JP2000288923A - キャリア及びｃｍｐ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラリ等の汚れの付着がない高品質なワーク
を提供することができると共に装置稼働率を向上させる
ことができるキャリア及びＣＭＰ装置を提供する。 【解決手段】 キャリア１をハウジング１０とキャリア
ベース１１とプレッシャプレート１２とリテーナリング
１３とリング部材１４とで構成し、リング部材１４の内
側に圧力室Ｒを画成した。そして、リング部材１４を軟
質リングシート１５と面粗さが小さな硬質リングシート
１６との二層構造にすると共に、リング部材１４の外周
面がリテーナリング１３の内周面と当接するように、リ
ング部材１４の外径を設定し、リテーナリング１３とリ
ング部材１４とウエハＷとで囲まれる空間を狭くした。
これにより、リング部材１４下面とウエハＷ外周部間が
層流状態になり、また、リテーナリング１３とリング部
材１４とウエハＷとで囲まれた空間に流出した空気に乱
流が発生することもない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ウエハ等のワー
クを定盤の研磨パッド上に押圧しながら回転してワーク
の表面を均一に研磨するためのキャリア及びＣＭＰ（Ch
emical Mechanical Polishing）装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、従来のキャリアを示す断面図
である。このキャリア２００は、空気加圧式のキャリア
であり、圧力室Ｒを下面側に有している。具体的には、
ハウジング２０１とキャリアベース２０２とプレッシャ
プレート２０３とが積層され、プレッシャプレート２０
３の下面にリング部材２１０が貼り付けられて、圧力室
Ｒが形成されている。なお、キャリア２００に下方力を
加えると、その下方力の分力がリング部材２１０を介し
てウエハＷの外周部に加わるので、このリング部材２１
０が硬質素材で形成されていると、ウエハＷ表面の凹凸
によって、ウエハＷ外周部への押圧力にむらが生じる。
そこで、従来は、ウエハＷ裏面に直接当接するリング部
材２１０を、ウエハＷの凹凸に追従して変形する柔軟な
ＳＵＢＡ−４００という素材で形成している。また、リ
ング部材２１０の外縁とプレッシャプレート２０３の外
縁とが一致するように、リング部材２１０を予め作成す
ることは実際上困難である。そこで、プレッシャプレー
ト２０３の外径よりも小さいリング部材２１０をプレッ
シャプレート２０３下面に貼り付けた構造となってい
る。このようなリング部材２１０が貼り付けられたプレ
ッシャプレート２０３には、圧力室Ｒに連通した複数の
通気孔２０４が穿設され、エアホース２０５からの空気
をこれらの通気孔２０４を通じて圧力室Ｒ内に供給する
ことで、ウエハＷの裏面を圧力室Ｒ内の空気圧によって
均一に加圧することができる。

【０００３】また、キャリアベース２０２の外周部に
は、リテーナリング２２０が取り付けられ、ウエハＷを
外側から保持するようになっている。ところで、キャリ
ア２００への上記下方力を加えないときに、ウエハＷが
リテーナリング２２０下面から突出する量によって、下
方力をキャリア２００に加えたときに生じるリング部材
２１０のウエハＷに対する分力の大きさが決定される。
したがって、リテーナリング２２０の下面が許容摩耗量
以上に摩耗すると、ウエハＷへの下方力の大きさが変化
し、ウエハＷ外周部に対して所望の研磨レートを得るこ
とができない。このため、リテーナリング２２０を上下
方向に調整可能な構造を採っている。具体的には、デル
リン製のリテーナリング本体部２２１をステンレス製の
取付部２２２の下面に取り付けて、リテーナリング２２
０を構成し、リテーナリング２２０の取付部２２２をネ
ジ２２３，２２４にてキャリアベース２０２外周部下側
に吊り下げた構造になっている。これにより、圧力室Ｒ
内をゼロ圧にして、キャリア２００を装置から外し反転
して、専用調整台に載置したウエハＷを、リング部材２
１０の上に置いた状態で、ウエハＷのリテーナリング２
２０からの突出量が所望値になるように、ネジ２２３，
２２４を用いて調整する。そして、この状態で、ウエハ
Ｗの表面（下面）を図示しない定盤上に当接させた後、
キャリア２００に所定の下方力を加えると共に圧力室Ｒ
内の空気圧を所定値に設定し、図示しないスラリを定盤
上に供給しながら、キャリア２００と定盤とを回転させ
ることで、ウエハＷの表面を均一に研磨することができ
る。そして、リテーナリング２２０のリテーナリング本
体部２２１がこの研磨作業によって許容摩耗量以上に摩
耗したときには、キャリア２００を、研磨装置から外し
て反転させ、専用調整台に載置し、ウエハＷのリテーナ
リング本体部２２１下面からの突出量が、初期値になる
ように、ネジ２２３，２２４を操作してリテーナリング
２２０を再調整する。なお、図１５において、符号２２
２ａは空気逃がし溝である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のキャリアでは、次のような３つの問題がある。第１の
問題は、ＳＵＢＡ−４００製のリング部材２１０がウエ
ハＷに直接接触した構造であるので、スラリ中の砥粒塊
等の汚れがリング部材２１０とウエハＷとの間に付着す
ることである。すなわち、圧力室Ｒ内の空気がリング部
材２１０とウエハＷとの間から外部に漏れ、圧力室Ｒ内
の空気圧が一定に保持されるようになっているが、図１
６に示すように、ＳＵＢＡ−４００の面粗さは非常に大
きい。このため、リング部材２１０表面には、深さ１５
０μｍにも達する大径且つ深い穴２１０ａが多数存在す
る。このため、図１７に示すように、リング部材２１０
とウエハＷとの間を流れる空気Ａに乱流が生じ、外部の
スラリや研磨粉等をリング部材２１０とウエハＷとの間
に吸い込む。この結果、当該間隙間のスラリが空気によ
って乾燥したり、研磨分等が付着して汚れＳａがウエハ
Ｗの裏面に付着することとなる。

【０００５】第２の問題は、リング部材２１０の外径が
プレッシャプレート２０３の外径よりも小さく設定され
ているので、ウエハＷの部分のうちリング部材２１０の
外側に位置する部分にスラリの砥粒塊等の汚れが付着す
ることである。すなわち、リテーナリング２２０内周面
とリング部材２１０外周面との間に大きな空間Ｇが存在
するので、リング部材２１０とウエハＷとの間を通った
空気がこの空間Ｇで急激に解放され、乱流が生じる。こ
のため、定盤上のスラリや研磨粉などがこの乱流によっ
て空間Ｇ側に吸い込まれ、これらの汚れＳａがウエハＷ
の外縁部に固着することとなる。

【０００６】第３の問題は、リテーナリング２２０の調
整をネジ２２３，２２４の操作で行わなければならない
構造になっているので、装置稼働率が低下してしまうこ
とである。すなわち、リテーナリング本体部２２１が許
容摩耗量以上に摩耗した時点で、その都度研磨作業を停
止し、リテーナリング２２０を調整した後、再び研磨作
業を行わなければならない。しかも、ネジ２２３，２２
４を操作してウエハＷの僅かな突出量を調整するという
高度な技術が要求されるので、短時間で調整作業を終了
させることは困難である。このため、装置停止時間が長
くなり、単位時間当たりのウエハＷの研磨処理枚数が少
なくなってしまう。

【０００７】この発明は上述した課題を解決するために
なされたもので、スラリ等の汚れの付着がない高品質な
ワークを提供することができると共に装置稼働率を向上
させることができるキャリア及びＣＭＰ装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、ワークと対向する下面に開口し
た流体通路を有するキャリア本体と、このキャリア本体
の外周部に設けられたリテーナリングと、キャリア本体
の下面の外周部に取り付けられ且つワークとの接触時
に、流体通路の開口と連通した圧力室を下面と共に画成
するリング部材とを具備するキャリアであって、リング
部材を、ワークの凹凸に追従して変形可能な柔軟性部材
と、この柔軟性部材の下面に設けられ且つ可撓性を有し
た面粗さが小さな平滑性部材との二層構造にすると共
に、このリング部材の外径をリテーナリングの内径と略
等しく設定した構成としてある。かかる構成により、ワ
ークをリテーナリングの内側に位置させると共にキャリ
ア本体下面のリング部材をワーク外周部に接触させた状
態で、所定圧力の流体を圧力室内に供給すると、ワーク
が圧力室内の流体によって均一に押圧される。また、ワ
ークの外周部はキャリア本体の押圧力に対応した力で押
圧される。このとき、ワークの凹凸があると、リング部
材の平滑性部材が凹凸によって撓むと共に柔軟性部材が
凹凸に追従して変形する。また、圧力室内の流体がワー
ク外周部とリング部材との間から漏れるが、流体は、面
粗さが小さな平滑性部材とワークとの間を流れるので、
ワークとリング部材との間の流体に乱流が生じることは
ほとんどない。さらに、流体はワークとリング部材との
間から外部に流出する。このとき、リング部材の外径が
リテーナリングの内径と略等しく設定されているので、
流体流出部分の空間はリテーナリング内周面とリング部
材下面とワーク外縁部とによって画成されており、非常
に小さい。したがって、この空間に流出した流体が急激
に解放されて、乱流を発生するという事態が生じること
はほとんどない。

【０００９】また、請求項２の発明に係るキャリアは、
ワークと対向する下面に開口した流体通路を有するキャ
リア本体と、キャリア本体の外周部に設けられたリテー
ナリングと、キャリア本体の下面外周部に凹設されたリ
ング状のシリンダ部，及びこのシリンダ部に上下動自在
に嵌められたリング状のピストン部を有し、このピスト
ン部とワークとの接触時に、ピストン部が流体通路の開
口と連通した圧力室を下面と共に画成すると共に、シリ
ンダ部内の流体圧を受けたピストン部によりワークの外
周部を押圧するワーク外周部押圧機構とを具備する構成
とした。かかる構成により、ワーク外周部押圧機構のシ
リンダ部内に所定圧力の流体を供給して、ピストン部を
キャリア本体下面から突出させた状態で、ワークをリテ
ーナリングの内側に位置させる。そして、ピストン部下
面をワーク外周部に接触させた状態で、所定圧力の流体
を圧力室内に供給すると、ワークが圧力室内の流体によ
って均一に押圧される。また、ワークの外周部はピスト
ン部によってシリンダ部内の流体圧に対応した力で押圧
される。そして、リテーナリングが摩耗すると、その摩
耗量に応じて、ピストン部が上昇する。このとき、圧力
室及びシリンダ部内の流体圧を初期値に保つことで、ワ
ーク全面の押圧力を初期値に維持することができる。さ
らに、請求項３の発明は、請求項２に記載のキャリアに
おいて、ワーク外周部押圧機構のピストン部の少なくと
も下部の外径をリテーナリングの内径と略等しく設定す
ると共に、ピストン部の下面に、ワークの凹凸に追従し
て変形可能な柔軟性部材とこの柔軟性部材の下面に設け
られ且つ可撓性を有した面粗さが小さな平滑性部材との
二層構造であるリング部材を設けた構成としてある。

【００１０】ところで、上記請求項１から請求項５のキ
ャリアを利用したＣＭＰ装置は発明として成立し得る。
そこで、請求項４の発明は、研磨パッドが表面に貼り付
けられた定盤と、定盤の研磨パッド上のワークを保持し
た状態で回転可能なキャリアと、キャリアに所望圧力の
流体を供給可能な流体供給手段と、キャリアを押圧しな
がら回転させる回転駆動手段とを具備するＣＭＰ装置で
あって、キャリアを、ワークと対向する下面に開口し且
つ流体供給手段による流体を通す流体通路を有したキャ
リア本体と、キャリア本体の外周部に設けられたリテー
ナリングと、キャリア本体の下面の外周部に取り付けら
れ且つワークとの接触時に、流体通路の開口と連通した
圧力室を下面と共に画成する部材であって、ワークの凹
凸に追従して変形可能な柔軟性部材，及びこの柔軟性部
材の下面に設けられ且つ可撓性を有した面粗さが小さな
平滑性部材の二層構造であり且つその外径がリテーナリ
ングの内径と略等しいリング部材とで構成した。また、
請求項５の発明は、研磨パッドが表面に貼り付けられた
定盤と、定盤の研磨パッド上のワークを保持した状態で
回転可能なキャリアと、キャリアを押圧しながら回転さ
せる回転駆動手段とを具備するＣＭＰ装置であって、キ
ャリアを、ワークと対向する下面に開口した第１の流体
通路を有するキャリア本体と、キャリア本体の外周部に
設けられたリテーナリングと、キャリア本体の下面外周
部に凹設され且つその上面に第２の流体通路が開口した
リング状のシリンダ部，及びこのシリンダ部に上下動自
在に嵌められたリング状のピストン部を有し、このピス
トン部とワークとの接触時に、ピストン部が流体通路の
開口と連通した圧力室を下面と共に画成すると共に、シ
リンダ部内の流体圧を受けたピストン部によりワークの
外周部を押圧するワーク外周部押圧機構と、第１の流体
通路を介して圧力室内に流体を供給すると共にこの圧力
室内の流体圧を一定に保持可能な第１の流体供給手段
と、第２の流体通路を介してシリンダ部内に流体を供給
すると共にこのシリンダ部内の流体圧を一定に保持可能
な第２の流体供給手段とで構成した。特に、請求項６の
発明は、請求項５に記載のＣＭＰ装置において、キャリ
アに設けられたワーク外周部押圧機構のピストン部の少
なくとも下部の外径をリテーナリングの内径と略等しく
設定すると共に、このピストン部の下面に、ワークの凹
凸に追従して変形可能な柔軟性部材とこの柔軟性部材の
下面に設けられ且つ可撓性を有した面粗さが小さな平滑
性部材との二層構造であるリング部材を設けた構成とし
てある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、この発明の第１の実施形態
に係るＣＭＰ装置を一部破断して示す正面図である。図
１に示すように、このＣＭＰ装置では、研磨パッド１１
１が表面に貼り付けられた定盤１１０と、キャリア１
と、回転駆動手段としての回転駆動機構８と、流体供給
手段としてのエアポンプ９とを具備している。

【００１２】定盤１１０は、装置筐体内部のメインモー
タ１１２によって回転駆動されるようになっている。す
なわち、メインモータ１１２に取り付けられたプーリ１
１４と変速機１１５の入力回転軸１１６に取り付けられ
たプーリ１１７とにベルト１１８が巻き付けられ、変速
機１１５の出力回転軸１１９に定盤１１０が取り付けら
れている。これにより、メインモータ１１２の回転がプ
ーリ１１７に伝達され、プーリ１１７の回転が変速機１
１５で変速されて出力回転軸１１９に伝達され、定盤１
１０が所定の速度で回転する。

【００１３】回転駆動機構８は、キャリア１を押圧しな
がら回転させるための機構であり、シリンダ８０とモー
タ８４とを備えている。図２は回転駆動機構８を示す断
面図である。図２に示すように、シリンダ８０は、シリ
ンダ本体８１を貫通するピストンロッド８２と、ピスト
ンロッド８２の外側に固着された状態でシリンダ本体８
１内に気密に嵌められたピストン８３とで構成されてい
る。これにより、シリンダ本体８１内の空気圧を調整す
ることで、ピストンロッド８２をピストン８３と一体に
上下動させ、キャリア１への押圧力を調整することがで
きる。一方、モータ８４はシリンダ８０のピストンロッ
ド８２に組み付けられている。すなわち、モータ８４の
回転軸のギア８５が、ピストンロッド８２の上部にベア
リング８６を介して取り付けられたギア８７に噛み合わ
されている。そして、ギア８７の上面に固設された支持
部材８８に、筒状のインナーロッド８９の上端が固着さ
れている。これにより、モータ８４を駆動すると、その
回転がギア８５，８７と支持部材８８とを介してインナ
ーロッド８９に伝達され、インナーロッド８９がピスト
ンロッド８２内で所定の速度で回転する。

【００１４】キャリア１は、定盤１１０の研磨パッド１
１１上のウエハＷ（図示省略）を保持した状態で回転す
ることができる構造になっており、上記ピストンロッド
８２の下端部に組み付けられている。図３はこのキャリ
ア１の構造を示す断面図である。図３に示すように、キ
ャリア１は、キャリア本体を構成するハウジング１０，
キャリアベース１１及びプレッシャプレート１２と、リ
テーナリング１３と、プレッシャプレート１２の下面外
周部に取り付けられたリング部材１４とを具備して成
る。

【００１５】ハウジング１０は、図３に示すように、中
央部に回転自在の連結部材１０ａを有し、この連結部材
１０ａにピストンロッド８２の下端部が連結されてい
る。また、このハウジング１０は、連結部材１０ａの下
側に内歯ギア１０ｂを有しており、この内歯ギア１０ｂ
が、連結部材１０ａの中心孔を貫通したインナーロッド
８９の下端部に形成された外歯ギア８９ａに噛み合って
いる。これにより、インナーロッド８９がモータ８４の
駆動で回転すると、内歯ギア１０ｂと外歯ギア８９ａと
の噛み合いによってハウジング１０にモータ８４の回転
力が加わる。

【００１６】キャリアベース１１は、上記ハウジング１
０の下面にネジ１ａで固定されており、その中央部に、
後述するエアポンプ９のエアホース９０の先端を挿入す
るための中心孔１１ａが穿設されている。プレッシャプ
レート１２は、その上面をキャリアベース１１の下面に
一致させた状態で、ネジ１ｂにてキャリアベース１１に
固定されている。

【００１７】リテーナリング１３は、図１５に示したリ
テーナリング２２０と同構造であり、キャリアベース１
１の外周部下側に取り付けられている。すなわち、デル
リン（Poly Oxymethylene）製のリテーナリング本体部
１３ａがステンレス製の取付部１３ｂの下面に固着さ
れ、取付部１３ｂが調整用ネジ１３ｃ，１３ｄにてキャ
リアベース１１のフランジ部１１ｂに固定されている。
なお、図３において、符号１３ｅは空気逃がし溝であ
る。

【００１８】リング部材１４は、柔軟性部材である軟質
リングシート１５と平滑性部材である硬質リングシート
１６とを二層にした構造になっている。図４は、リング
部材１４の取付構造を示す部分拡大図である。軟質リン
グシート１５は、ウエハＷの凹凸に追従して変形可能な
素材で形成されている。この実施形態では、ロデールニ
ッタ（RODEL NITTA）社製のＳＵＢＡ-４００が軟質リン
グシート１５として適用されており、この軟質リングシ
ート１５がプレッシャプレート１２の下面１２ａに貼着
されている。一方、硬質リングシート１６は、可撓性を
有し且つ面粗さの小さな素材で形成されている。この実
施形態では、ロデールニッタ社製のＷＢ-２０が硬質リ
ングシート１６として適用されており、この硬質リング
シート１６は軟質リングシート１５の下面に貼着されて
いる。このＷＢ−２０は、図５に示すように、表面に
は、深さ５μｍ程度の小径且つ浅い穴１６ａが存在する
に過ぎず、非常に面粗さが小さい。これら軟質リングシ
ート１５及び硬質リングシート１６で構成されるリング
部材１４の外径は、図４に示すように、リテーナリング
１３の内径と略等しく設定され、リング部材１４の外周
面がリテーナリング１３の内周面に当接している。ま
た、リング部材１４の幅は、使用されるウエハＷの半径
の５分の１〜１０分の１の範囲内の値に設定されてい
る。リング部材１４がかかる構造及び取付状態になって
いることから、リテーナリング１３内側に配されたウエ
ハＷにリング部材１４を載せると、中央部に比べて過研
磨や研磨不足が生じ易いウエハＷの外周部に、リング部
材１４が当接することとなる。また、リング部材１４を
ウエハＷに接触させることで、このリング部材１４とプ
レッシャプレート１２の下面１２ａとによって、圧力室
Ｒが画成される。図６は、リング部材１４全体の柔軟性
を示す線図である。図６の曲線Ｘで示すように、ＳＵＢ
Ａ−４００の軟質リングシート１５とＷＢ−２０の硬質
リングシート１６との二層構造であるリング部材１４の
単位当たりの圧縮量は、曲線Ｙで示すＳＵＢＡ−４００
単体の圧縮量とほとんど変わらず、リング部材１４はＳ
ＵＢＡ−４００の柔軟性をそのまま受け継いでいる。

【００１９】一方、図１及び図２に示すエアポンプ９
は、上記圧力室Ｒ内に所望圧力の空気を供給するための
機器である。具体的には、図３に示すように、プレッシ
ャプレート１２の下面１２ａに開口して圧力室Ｒと連通
した複数の通気孔９１がプレッシャプレート１２に穿設
されている。また、キャリアベース１１の中心孔１１ａ
から放射状に延出して上記通気孔９１と連通する直状溝
９２が、キャリアベース１１の下面に刻設されている。
これら通気孔９１及び直状溝９２により、空気を圧力室
Ｒ内に通す流体通路が形成されている。そして、エアポ
ンプ９に接続されたエアホース９０がインナーロッド８
９内に挿通され、その先端部がキャリアベース１１の中
心孔１１ａに嵌め込まれている。

【００２０】次に、この実施形態のＣＭＰ装置が示す動
作について説明する。図１において、ウエハＷをキャリ
ア１で保持して定盤１１０の研磨パッド１１１上に運ぶ
には、ウエハＷをリング部材１４の下面に当接させた状
態でエアポンプ９を吸引駆動させる。すると、図３に示
すキャリア１の圧力室Ｒ内の空気がエアホース９０に吸
い出され、圧力室Ｒ内が負圧なり、ウエハＷがリング部
材１４に吸着される。この状態で、シリンダ８０を駆動
してウエハＷが研磨パッド１１１に接触するまでピスト
ンロッド８２を下降させた後、図７に示すように、ウエ
ハＷを所定の下方力Ｆで研磨パッド１１１上に押さえ
る。これにより、ウエハＷの外周部がリング部材１４を
介して下方力Ｆの分力により押圧される。したがて、ウ
エハＷの外周部に凹凸が存在する場合には、外周部への
押圧力の分布が偏り、ウエハＷ外周部に研磨ムラが生じ
る。しかし、上記したように、リング部材１４が、柔軟
性ある軟質リングシート１５と可撓性ある硬質リングシ
ート１６との二層構造になっているので、図８に示すよ
うに、硬質リングシート１６がウエハＷの凹凸に応じて
撓み、軟質リングシート１５が硬質リングシート１６の
撓みに追従して変形する。この結果、リング部材１４か
らの押圧力がウエハＷの外周部に均一に加わるので、研
磨ムラが生じることはほとんどない。

【００２１】しかる後、エアポンプ９を供給駆動させ、
空気をエアホース９０から図７に示す圧力室Ｒ内に送
り、圧力室Ｒ内を正圧状態にすることで、ウエハＷの裏
面のうちリング部材１４内側に位置する部分が、圧力室
Ｒ内の空気によって均一に押圧される。この状態で図１
に示すモータ８４，１１２を駆動させて、図示しないス
ラリを供給しながら、キャリア１と定盤１１０とを互い
に逆方向に回転させると、ウエハＷの表面（下面）が回
転する研磨パッド１１１によって研磨される。

【００２２】ところで、圧力室Ｒ内の空気を供給する
と、図９に示すように、空気Ａがリング部材１４とウエ
ハＷの外周部Ｄとの間隙から外部に漏れ、圧力室Ｒ内を
一定圧力に維持する。このとき、リング部材１４下面の
面粗さが大きいと、図１７に示したように、空気Ａに乱
流が生じ、研磨パッド１１１上のスラリや研磨粉等がリ
ング部材１４と外周部Ｄとの間隙に吸い込まれ、これら
の汚れが外周部Ｄに付着することとなる。しかし、この
実施形態では、ウエハＷの外周部Ｄと対向する面に、面
粗さが小さな硬質リングシート１６を設けたので、当該
間隙を通る空気Ａに乱流が生じることはほとんどない。
すなわち、空気Ａが当該間隙を層流状態で通過するの
で、スラリ等が当該間隙に吸い込まれることがない。こ
の結果、ウエハＷの外周部Ｄにスラリ等の汚れが付着す
ることはほとんどない。また、ウエハＷの外周部Ｄと硬
質リングシート１６との間隙を通過した空気Ａは外部に
解放される。したがって、図１７に示したように、空気
Ａが解放される空間が大きいと、空間内で乱流が生じる
こととなる。しかしながら、この実施形態では、上記し
たように、リング部材１４の外周面とリテーナリング１
３の内周面とが当接されており、空気Ａが解放される空
間Ｇ′が非常に小さい。このため、空間Ｇ′内で乱流が
生じることはなく、スラリ等が空間Ｇ′に吸い込まれ
て、ウエハＷの外縁部ｄに汚れが付着することもほとん
どない。かかる点を実証すべく、発明者等は、図１５に
示したキャリアを用いて研磨したウエハＷの汚れと、こ
の実施形態のＣＭＰ装置のキャリアを用いて研磨したウ
エハＷの汚れとを比較した。すると、ＳＵＢＡ−４００
を用いた小幅のリング部材２１０を有したキャリアで研
磨したときのウエハＷの汚れに対して、ＳＵＢＡ−４０
０とＷＢ−２０との二層構造であるリング部材１４を用
いたこの実施形態のキャリア１で研磨したウエハＷの汚
れは５分の１〜１０分の１に過ぎなかった。

【００２３】（第２の実施形態）図１０は、この発明の
第２の実施形態に係るＣＭＰ装置を一部破断して示す正
面図であり、図１１はこのＣＭＰ装置に適用されるキャ
リアの断面図であり、図１２はその分解斜視図である。
なお、図１から図９に示した部材と同一部材については
同一符号を付して説明する。この実施形態のキャリア２
は、図１１に示すウエハ外周部押圧機構３と、図１０に
示す第１及び第２の流体供給手段としての流体供給機構
４，５とを具備している点が、上記第１の実施形態と異
なる。

【００２４】図１１に示すように、ウエハ外周部押圧機
構３は、シリンダ部３０とピストン部３１とを有して成
る。シリンダ部３０は、キャリアベース１１の下面外周
部に設けられたリング状の空間部である。具体的にはウ
エハＷの外周部Ｄ（図９参照）の内径よりも小径のプレ
ッシャプレート１２′をキャリアベース１１の下面に固
定した。これにより、キャリアベース１１のフランジ部
１１ｂに固定したデルリン製のリテーナリング１３′と
このプレッシャプレート１２′との間に、ウエハＷの外
縁から外周部に至る幅の空間を形成し、このリング状の
空間をシリンダ部３０とした。一方、ピストン部３１
は、シリンダ部３０に上下動自在に嵌められたリング状
の部材である。このピストン部３１の内周面と外周面と
には、Ｏ−リング３１ａ，３１ｂが装着され、シリンダ
部３０内が気密に保持されている。また、このシリンダ
部３０の下面には、上記第１の実施形態で適用されたリ
ング部材１４が貼着されている。これにより、プレッシ
ャプレート１２′の下面から突出した状態のリング部材
１４の下面をウエハＷの裏面に当接すると、圧力室Ｒが
画成される。第１の実施形態と同様に、この圧力室Ｒ内
への空気の供給は、通気孔９１′と直状溝９２とで構成
される第１の流体通路を介して行われる。一方、シリン
ダ部３０内への空気の供給は、第２の流体通路を介して
行われる。すなわち、第２の流体通路が、シリンダ部３
０の真上のキャリアベース１１下面に開口した通気孔９
５とハウジング１０の下面に刻設された直状溝９６とで
構成されている。

【００２５】図１０において、流体供給機構４は、上記
第１の流体通路を介して圧力室Ｒ内に空気を供給すると
共にこの圧力室Ｒ内の空気圧を一定に保持可能な周知の
機構である。具体的には、エアポンプ４０から延出され
たエアホース４１が、図１１に示すようにインナーロッ
ド８９に挿通され、エアホース４１の先端がキャリアベ
ース１１の中心孔１１ａに挿入されている。また、図１
０に示すように、エアホース４１の接続部分には、圧力
調整弁４２が設けられ、エアホース４１の途中には圧力
センサ４３が介設されている。これにより、圧力室Ｒ内
の空気圧が初期値から変化して、エアホース４１内の空
気圧が変動した場合には、圧力センサ４３がその圧力変
動を検知して圧力調整弁４２を制御し、圧力室Ｒ内の圧
力を常に初期値に保つ。流体供給機構５は、上記第２の
流体通路を介してシリンダ部３０内に空気を供給すると
共にこのシリンダ部３０内の空気圧を一定に保持可能な
周知の機構である。この流体供給機構５も流体供給機構
４と同構造であり、エアポンプ５０から延出されたエア
ホース５１が、図１１に示すようにインナーロッド８９
に挿通された後、直状溝９６に通され、その先端が通気
孔９５に挿入されている。また、図１０に示すように、
圧力調整弁５２と圧力センサ５３とが設けられており、
シリンダ部３０内の空気圧が初期値から変化したとき
に、圧力センサ５３が圧力変動を検知して圧力調整弁５
２を制御し、シリンダ部３０内の圧力を常に初期値に保
つようにしている。

【００２６】なお、図１１において、符号１３ｅ′は空
気逃がし溝であり、符号６は圧力計である。この圧力計
６は、圧力室Ｒ内の圧力を検知するセンサ部６０とその
圧力値をディジタル表示するディスプレイ６１とを有し
ている。

【００２７】次に、この実施形態のＣＭＰ装置が示す動
作について説明する。まず、図１１に示した流体供給機
構５によって、空気をウエハ外周部押圧機構３のシリン
ダ部３０内に供給し、ピストン部３１のプレッシャプレ
ート１２′下面からの突出量を最適且つ最大値（例え
ば、２ｍｍ）に設定する。しかる後、下方力をキャリア
２全体に加えると共に、流体供給機構４によって、空気
を圧力室Ｒ内に供給する。このとき、ウエハＷの種類に
応じて圧力室Ｒ内圧力とシリンダ部３０内圧力とを決定
し、これらの圧力値を初期値として、流体供給機構４，
５に設定しておく。この状態で、キャリア２と定盤１１
０とを回転させることで、ウエハＷの表面を研磨するこ
とができる。

【００２８】そして、研磨作業を続けると、リテーナリ
ング１３′の下面が定盤１１０の研磨パッド１１１との
摩擦によって摩耗し、ピストン部３１を介してウエハＷ
の外周部に加わっている押圧力が初期値と異なるおそれ
がある。しかし、このキャリア２では、図１３に示すよ
うに、リテーナリング１３′の下面１３ｆ′がΔだけ摩
耗すると、ピストン部３１がシリンダ部３０内をΔだけ
上昇する。そして、ピストン部３１の上昇によって、シ
リンダ部３０内の圧力及び圧力室Ｒ内の圧力が大きくな
ると、図１０に示した流体供給機構４，５の圧力センサ
４３，５３がその圧力変化を検知し、圧力調整弁４２，
５２を制御して、シリンダ部３０内の空気圧と圧力室Ｒ
内の空気圧とを直ちに初期値に戻す。以後、同様にリテ
ーナリング１３′の摩耗に応じて、ピストン部３１が上
昇し、上昇に伴うシリンダ部３０及び圧力室Ｒの圧力変
化が流体供給機構４，５によって直ちに初期値に戻され
る。ところで、ピストン部３１のプレッシャプレート１
２′下面からの初期突出量を２ｍｍに設定した場合に
は、リテーナリング１３′の摩耗は約１ｍｍまで許容さ
れる。かかる設定下においては、リテーナリング１３′
が約１ｍｍ摩耗するまでに、約５０００枚のウエハＷを
連続的に研磨する研磨することができる。これに対し
て、図１５に示した従来のキャリアでは、リテーナリン
グ２２０の許容摩耗量は約６０μｍであり、その間に研
磨可能なウエハＷは４００枚程度に過ぎず、その都度、
リテーナリング２２０を調整しなければならない。

【００２９】このように、この実施形態のＣＭＰ装置に
よれば、キャリア２のリテーナリング１３′を調整する
ことなく、多数枚のウエハＷを処理することができ、装
置稼働率が極めて高い。しかも、ピストン部３１の下面
に二層構造のリング部材１４を設けているので、上記第
１の実施形態と同様に、汚れが少ない高品質のウエハＷ
を提供することができる。その他の構成，作用効果は上
記第１の実施形態と同様であるので、その記載は省略す
る。

【００３０】なお、この発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、
流体として空気を適用したが、油等の液体を適用してそ
の油圧等でウエハＷを均一に押圧することもできる。ま
た、上記第２の実施形態では、シリンダ部３０を、プレ
ッシャプレート１２′の外周面とリテーナリング１３′
の内周面との空間で形成し、ピストン部３１全体の幅を
シリンダ部３０の幅と等しく設定したが、図１４に示す
ように、プレッシャプレート１２′の外径をリテーナリ
ング１３′の内径と等しく設定し、このプレッシャプレ
ート１２′の外周部に、ピストン部３１よりも幅狭のシ
リンダ部３０′を凹設すると共に、このシリンダ部３
０′に嵌合可能な上部３１ａ′を有した断面逆Ｔの字状
のピストン部３１′を上下動自在に取り付けた構造とす
ることもできる。さらに、第２の実施形態では、ピスト
ン部３１の下面にリング部材１４を貼着した構造を採用
したが、リング部材１４が貼着されていないものもこの
発明の要旨の範囲に含まれることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１及
び請求項４の発明によれば、ワーク外周部とリング部材
との間を流れる流体及び当該間隙から外部に流出する流
体に乱流が生じないので、ワーク外周部やワーク外縁部
にスラリ等の汚れが付着するという事態を防止すること
ができる。この結果、従来の第１及び第２の問題を解決
こととができ、高品質のワークを提供することができる
効果がある。

【００３２】また、請求項２及び請求項５の発明によれ
ば、リテーナリングが摩耗すると、その摩耗量に応じ
て、ピストン部が上昇するので、圧力室及びシリンダ部
内の流体圧を初期値に保つようにすることにより、ワー
ク全面の押圧力を初期値に維持することができる。この
ため、リテーナリング摩耗時に装置を停止させてリテー
ナリングを調整する必要がなく、この結果、従来の第３
の問題を解決することができ、装置稼働率の向上を図る
ことができるという効果がある。

【００３３】さらに、請求項３及び請求項６の発明によ
れば、上記従来の第１ないし第３の問題を同時に解決す
ることができる。すなわち、装置稼働率の向上を図るこ
とができるだけでなく、ワークの汚れを防止して高品質
のワークを提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に係るＣＭＰ装置を
一部破断して示す正面図である。

【図２】回転駆動機構を示す断面図である。

【図３】第１の実施形態に適用されたキャリアの構造を
示す断面図である。

【図４】リング部材の取付構造を示す部分拡大図であ
る。

【図５】ＷＢ−２０で形成された硬質リングシートの面
粗さを示す部分拡大断面図である。

【図６】リング部材全体の柔軟性を示す線図である。

【図７】図３に示すキャリアでウエハを定盤の研磨パッ
ド上に押圧した状態を示す断面図である。

【図８】リング部材１４がウエハＷの凹凸に追従して変
形した状態を示す部分拡大断面図である。

【図９】空気の流出状態を示す部分拡大断面図である。

【図１０】この発明の第２の実施形態に係るＣＭＰ装置
を一部破断して示す正面図である。

【図１１】第２の実施形態のＣＭＰ装置に適用されるキ
ャリアの断面図である。

【図１２】図１１のキャリアの分解斜視図である。

【図１３】リテーナリング摩耗に対応してピストン部が
シリンダ部内を上昇する状態を示す部分拡大断面図であ
る。

【図１４】ウエハ外周部押圧機構の変形例を示す部分拡
大図である。

【図１５】従来のキャリアを示す断面図である。

【図１６】ＳＵＢＡ−４００で形成されたリング部材の
面粗さを示す部分拡大断面図である。

【図１７】ウエハ外周部に汚れが付着する状態を示す部
分拡大断面図である。

【符号の説明】

１，２…キャリア、 ３…ウエハ外周部押圧機構、
４，５…流体供給機構、８…回転駆動機構、 ９…エア
ポンプ、 １０…ハウジング、 １１…キャリアベー
ス、 １２…プレッシャプレート、 １３，１３′…リ
テーナリング、１４…リング部材、 １５…軟質リング
シート、 １６…硬質リングシート、３０…シリンダ
部、 ３１…ピストン部、 １１０…定盤、 Ｒ…圧力
室、 Ｗ…ウエハ、 Ｄ…外周部、 Ｓａ…汚れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 秀男 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA12 AB04 AB06 AC04 BA05 BB04 BC01 CB01 CB03 DA12 DA17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークと対向する下面に開口した流体通
   路を有するキャリア本体と、このキャリア本体の外周部
   に設けられたリテーナリングと、上記キャリア本体の下
   面の外周部に取り付けられ且つ上記ワークとの接触時
   に、上記流体通路の開口と連通した圧力室を上記下面と
   共に画成するリング部材とを具備するキャリアであっ
   て、 上記リング部材を、上記ワークの凹凸に追従して変形可
   能な柔軟性部材と、この柔軟性部材の下面に設けられ且
   つ可撓性を有した面粗さが小さな平滑性部材との二層構
   造にすると共に、このリング部材の外径を上記リテーナ
   リングの内径と略等しく設定した、 ことを特徴とするキャリア。
2. 【請求項２】 ワークと対向する下面に開口した流体通
   路を有するキャリア本体と、 上記キャリア本体の外周部に設けられたリテーナリング
   と、 上記キャリア本体の下面外周部に凹設されたリング状の
   シリンダ部，及びこのシリンダ部に上下動自在に嵌めら
   れたリング状のピストン部を有し、このピストン部とワ
   ークとの接触時に、ピストン部が上記流体通路の開口と
   連通した圧力室を上記下面と共に画成すると共に、上記
   シリンダ部内の流体圧を受けたピストン部によりワーク
   の外周部を押圧するワーク外周部押圧機構とを具備する
   ことを特徴とするキャリア。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のキャリアにおいて、 上記ワーク外周部押圧機構のピストン部の少なくとも下
   部の外径を上記リテーナリングの内径と略等しく設定す
   ると共に、 上記ピストン部の下面に、上記ワークの凹凸に追従して
   変形可能な柔軟性部材とこの柔軟性部材の下面に設けら
   れ且つ可撓性を有した面粗さが小さな平滑性部材との二
   層構造であるリング部材を設けた、 ことを特徴とするキャリア。
4. 【請求項４】 研磨パッドが表面に貼り付けられた定盤
   と、上記定盤の研磨パッド上のワークを保持した状態で
   回転可能なキャリアと、上記キャリアに所望圧力の流体
   を供給可能な流体供給手段と、上記キャリアを押圧しな
   がら回転させる回転駆動手段とを具備するＣＭＰ装置で
   あって、 上記キャリアを、 上記ワークと対向する下面に開口し且つ上記流体供給手
   段による流体を通す流体通路を有したキャリア本体と、 上記キャリア本体の外周部に設けられたリテーナリング
   と、 上記キャリア本体の下面の外周部に取り付けられ且つ上
   記ワークとの接触時に、上記流体通路の開口と連通した
   圧力室を上記下面と共に画成する部材であって、上記ワ
   ークの凹凸に追従して変形可能な柔軟性部材，及びこの
   柔軟性部材の下面に設けられ且つ可撓性を有した面粗さ
   が小さな平滑性部材の二層構造であり且つその外径が上
   記リテーナリングの内径と略等しいリング部材とで構成
   したことを特徴とするＣＭＰ装置。
5. 【請求項５】 研磨パッドが表面に貼り付けられた定盤
   と、上記定盤の研磨パッド上のワークを保持した状態で
   回転可能なキャリアと、上記キャリアを押圧しながら回
   転させる回転駆動手段とを具備するＣＭＰ装置であっ
   て、 上記キャリアを、 上記ワークと対向する下面に開口した第１の流体通路を
   有するキャリア本体と、 上記キャリア本体の外周部に設けられたリテーナリング
   と、 上記キャリア本体の下面外周部に凹設され且つその上面
   に第２の流体通路が開口したリング状のシリンダ部，及
   びこのシリンダ部に上下動自在に嵌められたリング状の
   ピストン部を有し、このピストン部とワークとの接触時
   に、ピストン部が上記流体通路の開口と連通した圧力室
   を上記下面と共に画成すると共に、上記シリンダ部内の
   流体圧を受けたピストン部によりワークの外周部を押圧
   するワーク外周部押圧機構と、 上記第１の流体通路を介して上記圧力室内に流体を供給
   すると共にこの圧力室内の流体圧を一定に保持可能な第
   １の流体供給手段と、 上記第２の流体通路を介して上記シリンダ部内に流体を
   供給すると共にこのシリンダ部内の流体圧を一定に保持
   可能な第２の流体供給手段と、 で構成したことを特徴とするＣＭＰ装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のＣＭＰ装置において、 上記キャリアに設けられた上記ワーク外周部押圧機構の
   ピストン部の少なくとも下部の外径を上記リテーナリン
   グの内径と略等しく設定すると共に、このピストン部の
   下面に、上記ワークの凹凸に追従して変形可能な柔軟性
   部材とこの柔軟性部材の下面に設けられ且つ可撓性を有
   した面粗さが小さな平滑性部材との二層構造であるリン
   グ部材を設けた、 ことを特徴とするＣＭＰ装置。