(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する上定盤と下定盤との間に挟まれたワークを保持する透孔が形成された平板状であり、前記透孔に保持するワークを同一面内で円運動をさせ、前記上定盤と前記下定盤とによりワークの両面を研磨する両面研磨装置に用いられる両面研磨装置用キャリアであって、
円運動機構によって同一面内で自転しない円運動をするリング状のキャリアホルダに保持されるように、該キャリアホルダに立設された複数個のピンの各々に遊嵌される貫通孔が周縁に沿って穿設され、
少なくとも前記貫通孔の周縁部が、その他の部分よりも肉厚に形成されていることを特徴とする両面研磨装置用キャリア。
【請求項２】
貫通孔が、キャリアの周縁に沿って接合されたリング状のフランジ板及び前記キャリアを貫通して形成されていることを特徴とする請求項１記載の両面研磨装置用キャリア。
【請求項３】
貫通孔の各々に、キャリアホルダに立設されたピンが遊嵌されるように、フランジ部材が接合されていることを特徴とする請求項１記載の両面研磨装置用キャリア。
【請求項４】
貫通孔の各々に、第一のフランジ部材に立設されたスリーブが挿入されていると共に、前記貫通孔から突出したスリーブの突出部に第二のフランジ部材が螺着され、
前記第一のフランジ部材及びスリーブの各内径が、キャリアホルダに立設されたピンが遊嵌される径であることを特徴とする請求項１記載の両面研磨装置用キャリア。
【請求項５】
回転する上定盤と下定盤との間に挟まれて両面に研磨が施されるワークを保持する透孔が形成された平板状のキャリアと、
リング状に形成され、その内側に前記上定盤及び下定盤の周縁からはみ出すキャリアの周縁部を保持するキャリアホルダと、
前記上定盤及び下定盤に挟まれたワークを同一面内で円運動をさせるように、前記キャリアが保持されたキャリアホルダを同一面内で自転しない円運動をさせる円運動機構とを具備する両面研磨装置であって、
前記キャリアホルダには、その内側に前記キャリアを保持するように、該キャリアの周縁に沿って穿設されている貫通孔に遊嵌される複数個のピンが立設され、
前記キャリアの貫通孔の少なくとも周縁部が、前記キャリアの他の部分よりも肉厚に形成されていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項６】
前記キャリアには、貫通孔が、該キャリアの周縁に沿って接合されたリング状のフランジ板及び該キャリアを貫通して形成されていることを特徴とする請求項５記載の両面研磨装置。
【請求項７】
前記キャリアには、貫通孔の各々に、キャリアホルダに立設されたピンが遊嵌されるように、フランジ部材が接合されていることを特徴とする請求項５記載の両面研磨装置。
【請求項８】
前記キャリアの貫通孔の各々に、第一のフランジ部材に立設されたスリーブが挿入されていると共に、前記貫通孔から突出したスリーブの突出部に第二のフランジ部材が螺着され、
前記第一のフランジ部材及びスリーブの各内径が、キャリアホルダに立設されたピンが遊嵌される径であることを特徴とする請求項５記載の両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの素材となるシリコンウェーハ等の薄物研磨加工に適した両面研磨装置用キャリアおよび両面研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークとしてのシリコンウェーハ（以下、単にウェーハと称する）の両面を研磨する両面研磨装置として、特開平１１−２５４３０８号公報には、図７及び図８に示す両面研磨装置が提案されている。
かかる両面研磨装置には、回転する上定盤１４と下定盤１６との間に挟まれて両面に研磨が施されるウェーハ１０、１０・・の各々を保持する透孔１２ａが形成された平板状のキャリア１２と、上定盤１４と下定盤１６とを囲むようにリング状に形成され、その内側にキャリア１２の周縁部を保持するキャリアホルダ２２と、上定盤１４及び下定盤１６に挟まれたウェーハ１０を同一面内で円運動をさせるように、キャリア１２が保持されたキャリアホルダ２２を同一面内で自転しない円運動をさせる円運動機構２０とが設けられている。
図７及び図８に示す両面研磨装置では、円運動機構２０によって、キャリア１２を同一面内で自転しない円運動をさせることができる。このため、キャリア１２の透孔１２ａに挿入されていると共に、回転する上定盤１４と下定盤１６との間に挟持されているウェーハ１０も、同一面内で円運動することができる。
【０００３】
図７及び図８の両面研磨装置によれば、キャリアを自転させた場合に発生する、キャリアの周縁部と中央部との周速差によるウェーハの不均一研磨を解消でき、均一研磨が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７及び図８の両面研磨装置において、キャリアホルダ２２の内側に保持されるキャリア１２としては、従来、図９に示すキャリア１２Ｂが用いられてきた。キャリア１２Ｂは、その外周縁に沿って貫通孔１２ｂ、１２ｂ・・が形成されている。かかる貫通孔１２ｂ、１２ｂ・・の各々は、キャリア１２Ｂをキャリアホルダ２２の内側に保持する際に、図１０に示すように、キャリアホルダ２２内側縁に沿って立設されたピン２３、２３・・に挿入され、キャリアホルダ２２の同一面内での自転しない円運動をキャリア１２Ｂに伝達する。
【０００５】
しかし、図７及び図８に示す両面研磨装置にキャリア１２Ｂを用いてウェーハ１０に研磨を長時間施すと、キャリアホルダ２２のピン２３は、図１１に示す如く、キャリア１２Ｂの貫通孔１２ｂの内壁面と接触する外周部分２３ａが磨り減ってしまうことが判明した。これは、円運動機構２０による運動をピン２３を通じてキャリア１２Ｂに伝達する際、ピン２３の外周部分２３ａとキャリア１２Ｂの貫通孔１２ｂの内周部分とが強く当接して擦れ合い、その摩擦力によって生じるものと考えられる。
【０００６】
この様に、ピン２３の外周部分２３ａが磨り減ると、段取り替えなどの工程でキャリア１２Ｂの交換のためにキャリア１２Ｂをピン２３から抜き出す際に、キャリア１２Ｂが、ピン２３の磨り減って形成された溝部に引っ掛かって抜き取りにくくなるという問題が発生する。特に、キャリア１２Ｂのキャリアホルダ２２への着脱を専用のキャリア着脱装置によって自動化した場合、キャリア着脱装置がキャリア１２Ｂの取り出す際にキャリア１２Ｂを抜き取れず、工程をストップさせなければならなくなることがある。
また、ピン２３が削られることで屑が発生して上定盤１４、下定盤１６やウェーハ１０に付着し、ウェーハ１０の品質に悪影響を与えるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、キャリアホルダのキャリア保持用のピンの磨り減りを軽減することで、キャリアがキャリアホルダのピンに引っ掛かって抜き取りにくくなることを防ぐと共に、ピンが削られて発生する屑の発生を抑えることが可能な両面研磨装置用キャリアおよびそれを用いた両面研磨装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る両面研磨装置用キャリアは、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、回転する上定盤と下定盤との間に挟まれたワークを保持する透孔が形成された平板状であり、前記透孔に保持するワークを同一面内で円運動をさせ、前記上定盤と前記下定盤とによりワークの両面を研磨する両面研磨装置に用いられる両面研磨装置用キャリアであって、円運動機構によって同一面内で自転しない円運動をするリング状のキャリアホルダに保持されるように、該キャリアホルダに立設された複数個のピンの各々に遊嵌される貫通孔が周縁に沿って穿設され、少なくとも前記貫通孔の周縁部が、その他の部分よりも肉厚に形成されている。
また、本発明に係る両面研磨装置は、回転する上定盤と下定盤との間に挟まれて両面に研磨が施されるワークを保持する透孔が形成された平板状のキャリアと、リング状に形成され、その内側に前記上定盤及び下定盤の周縁からはみ出すキャリアの周縁部を保持するキャリアホルダと、前記上定盤及び下定盤に挟まれたワークを同一面内で円運動をさせるように、前記キャリアが保持されたキャリアホルダを同一面内で自転しない円運動をさせる円運動機構とを具備する両面研磨装置であって、前記キャリアホルダには、その内側に前記キャリアを保持するように、該キャリアの周縁に沿って穿設されている貫通孔に遊嵌される複数個のピンが立設され、前記キャリアの貫通孔の少なくとも周縁部が、前記キャリアの他の部分よりも肉厚に形成されている。
【０００９】
さらに、前記キャリアには、貫通孔が、該キャリアの周縁に沿って接合されたリング状のフランジ板及び該キャリアを貫通して形成されている。
または、前記キャリアには、貫通孔の各々に、キャリアホルダに立設されたピンが遊嵌されるように、フランジ部材が接合されている。
または、前記キャリアの貫通孔の各々に、第一のフランジ部材に立設されたスリーブが挿入されていると共に、前記貫通孔から突出したスリーブの突出部に第二のフランジ部材が螺着され、前記第一のフランジ部材及びスリーブの各内径が、キャリアホルダに立設されたピンが遊嵌される径である。
【００１０】
本発明に係る両面研磨装置用キャリアによれば、ピンが遊嵌されるキャリアの貫通孔の周縁部が、肉厚に形成されることで、貫通孔の内周部分がピンに当接する圧力が小さくなり、キャリアの貫通孔に遊嵌されたキャリアホルダのピンが削られにくくできる。
また、かかる両面研磨装置用キャリアを用いた両面研磨装置によれば、貫通孔に遊嵌したキャリアホルダのピンからキャリアを容易に抜き取ることができ、キャリア着脱装置を用いることができる。また、ピンが削られることで屑が発生して上定盤、下定盤やワークに付着することによる、ワークの品質低下を抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る両面研磨装置としては、図７及び図８に示す両面研磨装置を用いることができる。
図７及び図８に示す両面研磨装置には、薄平板に透孔１２ａが形成されたキャリア１２と、キャリア１２の透孔１２ａに配されたウェーハ１０を挟み込み、ウェーハ１０に対して相対的に移動して研磨する上定盤１４と下定盤１６とを具備する。上定盤１４と下定盤１６との間には、研磨布１４ａ、１６ａが貼付されて研磨面が形成されている。
このキャリアホルダ２２は、円運動機構２０によって駆動され、キャリア１２を同一面内で自転しない円運動をさせる。このため、かかるキャリア１２の透孔１２ａに挿入され、回転する上定盤１４と下定盤１６との間に挟持されているウェーハ１０も、同一面内で円運動する。
【００１２】
この円運動機構２０の構成を、図７及び図８を用いて説明する。
円運動機構２０を構成する偏心アーム２４には、軸２４ａが一面側に立設され、他面側に基体３０（図８参照）に回転可能に軸着される軸２４ｂが立設されている。軸２４ａ、２４ｂは、上定盤１４と下定盤１６との軸線Ｌに平行に、両軸間に所定の距離Ｍをおいて設けられている。このため、軸２４ａ、２４ｂが設けられた偏心アーム２４は、クランク機構のクランクアームと同様な機能を備える。
偏心アーム２４は、キャリアホルダ２２の外周面に突設された４箇所の軸受け部２２ｃ、２２ｃ・・の各々に配設され、各偏心アーム２４の軸２４ａは、軸受け部２２ｃに回転可能に軸着されている。
また、各偏心アーム２４の軸２４ｂの端部は、図８に示すように、基体３０の一面側から他面側に貫通されており、基体３０の他面側に突出した軸２４ｂの端部には、スプロケット２５が固着されている。従って、軸２４ｂの端部にスプロケット２５が固着された偏心アーム２４、２４・・は、各スプロケット２５に掛け渡されたタイミングチェーン２８によって同期されて回転できる。
【００１３】
かかる偏心アーム２４、２４・・を回転する回転駆動手段としては、モータ３２が用いられる。モータ３２の出力軸に固定された出力ギヤ３４は、偏心アーム２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定されたギア２６に噛合している。これにより、偏心アーム２４を基体側の軸２４ｂを中心に回転させる。
以上の構成による円運動機構２０により、モータ３２が回転することで、キャリアホルダ２２は同一面内で自転しない円運動をする。
【００１４】
下定盤１６は、下定盤回転用動力手段としてのギャードモータ３６によって回転される。上定盤１４は、同様にギャードモータ等によって構成可能な上定盤回転用動力手段３８によって回転される。
【００１５】
この両面研磨装置では、図８に示すようにキャリア１２の透孔１２ａ内に配されたウェーハ１０を上定盤１４と下定盤１６で挟んだ状態で、上定盤１４と下定盤１６とを回転させることで、ウェーハ１０の研磨加工がなされる。この際、ウェーハ１０が挟圧される力は、主に上定盤１４側に設けられた加圧手段（図示せず）による。加圧手段としては、例えば、空気圧を利用し、エアバック方式で上定盤１４のウェーハ１０への押圧力を調整するようにする。なお、上定盤１４側には加圧手段の他に上定盤１４を昇降動させる昇降装置４０が設けられ、ウェーハ１０の給排のときなどに作動する。
【００１６】
本発明に係る両面研磨装置においては、キャリア１２として、図１及び図２に示すキャリア１２Ａを用いる。
キャリア１２Ａは、円形の薄平板であって、ウェーハ１０が配される透孔１２ａは、研磨を施すウェーハ１０の形状にあわせて形成される。図１に示すキャリア１２Ａは円形のウェーハ１０を保持するため、その透孔１２ａは円形に形成される。キャリア１２Ａは、ガラスエポキシ等の樹脂製であり、その寸法は、一般的に、厚さ０．８ｍｍのウェーハ１０に対してキャリア１２Ａの厚さを０．７ｍｍ程度に形成する。
また、キャリア１２Ａの周縁に沿って、キャリアホルダ２２に立設された複数個のピン２３の各々に遊嵌される貫通孔１２ｂが穿設される。
【００１７】
図１及び図２に示すキャリア１２Ａには、貫通孔１２ｂの各々の周辺部にフランジ部材６２が接合されている。フランジ部材６２は、その穴が貫通孔１２ｂに連通するようにキャリア１２Ａの平板部に接合される。接合方法としては、接着剤を用いる等の方法を採ることができる。
図２は、キャリアホルダ２２のピン２３に遊嵌されてキャリア１２Ａが保持された状態の、ピン２３とキャリア１２Ａの部分断面図である。図２に示すように、フランジ部材６２は、キャリアホルダ２２に設けられたピン２３がフランジ部材６２の穴に遊嵌されるように、キャリア１２Ａの平板部に接合されている。このため、キャリア１２Ａの貫通孔１２ｂの周縁部は、フランジ部材６２によって、キャリア１２Ａの他の部分よりも肉厚に形成される。
【００１８】
図１及び図２に示すキャリア１２Ａによれば、キャリアホルダ２２が円運動機構２０によって円運動され、キャリア１２Ａが貫通孔１２ｂに遊嵌されたピン２３に導かれてキャリアホルダ２２に伴って円運動する際、ピン２３の外周面と貫通孔１２ｂの内壁面とが当接する部分の面積を、従来の図９及び図１０に示すキャリア１２Ｂを用いた場合に比較して、大幅に広くできる。従って、円運動機構２０による運動をピン２３を通じてキャリア１２Ａに伝達する際に、ピン２３の外周部分２３ａとキャリア１２Ａの貫通孔１２ｂの内周部分とが当接する圧力が小さくなり、その間の摩擦力が軽減される。その結果、ピン２３の外周が部分的に磨り減るのを抑えることができる。
【００１９】
また、図１及び図２に示すキャリア１２Ａに替えて、図３及び図４に示すキャリア１２Ａを用いることもできる。
図３及び図４に示すキャリア１２Ａは、貫通孔１２ｂの周縁部の肉厚部が、第一のフランジ部材６３と、第二のフランジ部材６４とから形成されている。つまり、第一のフランジ部材６３に立設されたスリーブ６３ａが、キャリア１２Ａの一面側から貫通孔１２ｂに挿入され、キャリア１２Ａの他面側に突出するスリーブ６３ａの突出部の外周面には、第二のフランジ部材６４が螺着される。
なお、第一のフランジ部材６３およびスリーブ６３ａには、キャリアホルダ２２のピン２３が挿入される貫通孔が形成されている。
【００２０】
図３及び図４に示すキャリア１２Ａによれば、第一のフランジ部材６３とスリーブ６３ａとを貫通する貫通孔の内壁面がピン２３の外周面と当接することとなり、その当接する部分の面積は、図９及び図１０に示す従来のキャリア１２Ｂを用いた場合に比較して、大幅に広くなる。従って、図３及び図４に示すキャリア１２Ａによれば、図１および図２に示すキャリア１２Ａと同様に、ピン２３の外周が部分的に磨り減るのを抑えることができる。
また、図３及び図４に示すキャリア１２Ａによれば、第一のフランジ部材６３または第二のフランジ部材６４が破損した場合に、それらを簡単に交換することができ、メンテナンス性が向上するというメリットもある。
【００２１】
また、図１及び図２に示すキャリア１２Ａに替えて、図５及び図６に示すキャリア１２Ａを用いることもできる。
図５及び図６に示すキャリア１２Ａには、キャリア１２Ａの周縁に沿ってリング状のフランジ板６６が接合され、キャリア１２Ａの貫通孔１２ｂは、図６（ａ）に示すように、キャリア１２Ａとフランジ板６６とを貫通して形成される。
フランジ板６６は、図５及び図６（ｂ）に示すように、各貫通孔１２、１２・・の間に形成されたキャリア１２Ａの本体部を貫通する別の貫通孔１２ｃに挿入された留ねじ６８に螺着されることで、キャリア１２Ａの本体部に接合される。なお、フランジ板６６とキャリア１２Ａの本体部との接合は、接着剤によって行っても良い。
【００２２】
図５および図６に示すキャリア１２Ａによれば、キャリア１２Ａの貫通孔１２ｂの内周面と、キャリアホルダ２２のピン２３とが当接する部分の面積は、図９及び図１０に示す従来のキャリア１２Ｂを用いた場合に比較して広くなり、図１及び図２に示すキャリア１２Ａと同様に、ピン２３の外周が部分的に磨り減るのを抑えることができる。
【００２３】
なお、図１〜図６に示したキャリア１２Ａにおいて、貫通孔１２ｂの下面側の縁部には、下方に向かって開くテーパー部１２ｄが形成される。テーパー部１２ｄにより、貫通孔１２ｂにピン２３を差し込む際の貫通孔１２ｂの位置合わせが容易となる。そのため、特にキャリア１２Ａのキャリアホルダ２２への着脱を専用のキャリア着脱装置によって自動化した場合には、着脱時のエラーが発生しにくくなるといった効果を得ることができる。
【００２４】
これら図１から図６に示す両面研磨装置用キャリア１２Ａを用いることにより、キャリアホルダ２２のキャリア保持用のピン２３の磨り減りを抑えることができる。それにより、段取り替えなどの工程でキャリア１２Ａの交換のためにキャリア１２Ａをピン２３から抜き出す際に、キャリア１２Ａが、ピン２３の磨り減って形成された溝部に引っ掛かって抜き取りにくくなるという現象が発生しなくなる。特に、キャリア１２Ａのキャリアホルダ２２への着脱を専用のキャリア着脱装置によって自動化した場合、キャリア着脱装置がキャリア１２Ａの取り出す際にキャリア１２Ａを抜き取れず、工程をストップすることがなくなる。
また、ピン２３が削られることで屑が発生して上定盤１４、下定盤１６やウェーハ１０に付着することによる、ウェーハ１０の品質低下を抑えることができる。
【００２５】
以上の説明では、貫通孔１２ｂの少なくとも周縁部に、フランジ部材６２、または、第一のフランジ部材６３および第二のフランジ部材６４、または、フランジ板６６を取り付けることによって、肉厚部を形成した。しかし、本発明は上記構成に限らず、貫通孔１２ｂの少なくとも周縁部が肉厚に形成されていれば良く、例えばキャリア１２Ａと一体に肉厚部を形成しても良い。
また、本実施形態においては、キャリアホルダ２２のピン２３は円柱形に形成されているが、必ずしも円柱形である必要はなく、肉厚に形成された貫通孔１２ｂの内周がピン２３の形状に合わせて形成され、ピン２３の外周と貫通孔１２ｂの当接面積が、肉厚部によって大きくなるよう構成されていればよい。
また、フランジ部材６２、第一のフランジ部材６３、第二のフランジ部材６４およびフランジ板６６は、各種の材料を用いて構成可能であるが、例えばＰＶＣで構成すると好適である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る両面研磨装置用キャリアおよびそれを用いた両面研磨装置によれば、キャリアホルダのキャリア保持用のピンの磨り減りを軽減することで、キャリアがキャリアホルダのピンに引っ掛かって抜き取りにくくなることを防ぐと共に、ピンが削られて発生する屑の発生を抑えることで、ワークの品質低下を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る両面研磨装置用キャリアの平面図である。
【図２】本発明に係る両面研磨装置用キャリアの部分断面図である。
【図３】本発明に係る両面研磨装置用キャリアの平面図である。
【図４】本発明に係る両面研磨装置用キャリアの部分断面図である。
【図５】本発明に係る両面研磨装置用キャリアの平面図である。
【図６】本発明に係る両面研磨装置用キャリアの部分断面図である。
【図７】両面研磨装置の斜視組み立て図である。
【図８】両面研磨装置の側断面図である。
【図９】従来の両面研磨装置用キャリアの平面図である。
【図１０】従来の両面研磨装置用キャリアの部分断面図である。
【図１１】従来の両面研磨装置用キャリアの部分断面図である。
【符号の説明】
１０  ウェーハ（ワーク）
１２  両面研磨装置用キャリア
１２Ａ  本発明の両面研磨装置用キャリア
１２Ｂ  従来の両面研磨装置用キャリア
１２ａ  透孔
１２ｂ  貫通孔
１２ｄ  テーパー部
１４  上定盤
１６  下定盤
２０  円運動機構
２２  キャリアホルダ
２３  ピン
２３ａ  ピンの外周部分
３２  モータ（円運動機構の回転駆動手段）
３６  ギャードモータ（下定盤回転用動力手段）
３８  上定盤回転用動力手段
６２  フランジ部材
６３  第一のフランジ部材
６３ａ  スリーブ
６４  第二のフランジ部材
６６  フランジ板
６８  留ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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