JP2001358098A - 化学的機械的研磨装置の研磨ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨パッドにリテーナリングを均一に密着させ
る。 【解決手段】リテーナリング１４０は、研磨ヘッド１０
０にチャックされたウェーハ（Ｗ）を保護し、ウェーハ
（Ｗ）の周りを囲む。リテーナリング１４０の下部面１
４６は、外周縁部から内周縁部に向かって所定角度で傾
斜するように形成される。リテーナリング１４０の内周
縁部の上部面に配置される弾性力がある固定板はキャリ
ア１２０とリテーナリング１４０との間で密封を提供す
る。従って、リテーナリング１４０が研磨パッド（Ｐ）
に密着されてリテーナリング１４０の内周縁部が固定板
の弾性によって押されるときに、研磨パッド（Ｐ）とリ
テーナリング１４０の下部面１４６との間で均一な圧力
が形成されるようにリテーナリング１４０は曲げられ
る。したがって、ウェーハ（Ｗ）は均一に研磨される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械的研磨
装置に関するものであり、より詳細には化学的機械的研
磨装置の研磨ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ上に集積回路を製造する
過程で、ウェーハ前面（表面）又は背面（裏面）を平坦
化するために、通常は化学的機械的研磨装置による研磨
工程が実施される。このような、化学的機械的研磨工程
を利用した平坦化技術は、半導体集積回路の集積度が高
まり、ウェーハが大口径化することに従ってより重要な
加工技術として扱われている。

【０００３】ウェーハの表面を平坦化するために使用さ
れる化学的機械的研磨システムは、大きく区分してウェ
ーハカセットの脱着装置、ウェーハ移動装置、研磨装
置、ウェーハ洗浄装置とこれらの制御装置により構成さ
れる。このうちで、研磨装置はウェーハを支持しながら
回転加圧する研磨ヘッド、研磨パッドが取り付けられた
研磨板、及び駆動機構、研磨パッドのドレッシング機
構、ウェーハチャック面の洗浄機構、スラリー供給機構
により構成される。

【０００４】機械的研磨において、ウェーハ表面の除去
速度は研磨圧力と研磨速度に比例する。化学的機械的研
磨装置のように、化学的な作用が付加された研磨では、
これにウェーハ表面とスラリーとの化学反応が付加され
る。ウェーハ表面のいずれの位置に対しても研磨荷重、
研磨速度、スラリー量、ウェーハ面と研磨パッドの摩
擦、研磨温度などを均一にすることができれば、広域平
坦化及び残留膜厚の均一化を達成することができる。し
かし、実際には前述した因子と研磨パッドの表面状態
は、時間によって変化し、これによって、残留膜厚が不
均一になる。そして、ディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）
とシニング（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）現象が発生し、デバイ
スの収率に影響を及ぼす。従って、前述の因子は、経験
及び科学的な工程を通じて制御される必要がある。

【０００５】化学的機械的研磨では研磨除去量が１μｍ
以下であり、研磨後の表面平坦度は０．０１μｍ以下で
あることが要求される。従って、ウェーハを支持する方
法が相当に大事である。

【０００６】従来技術に従う化学的機械的研磨技術と関
連した重要な問題点は、ダイ収率（ｄｉｅ ｙｉｅｌ
ｄ）と製品信頼性を減少させる欠陥があるという点であ
る。例えば、良質の研磨工程を保障するために必要な圧
力が高ければ、ウェーハキャリアリングが相当に曲が
る。バンディグ（ｂａｎｄｉｎｇ）と関連して、ウェー
ハキャリアリングの過負荷部分がウェーハに対して平坦
でないために、スラリー流動に影響を及ぼし、ウェーハ
が不均一に研磨される。

【０００７】従来技術に従う化学的機械的研磨技術と関
連した異なる問題点は、ラバーブラダー（ｒｕｂｂｅｒ
ｂｌａｄｄｅｒ）がリークを起こしうるという点であ
る。リークを検査するために、予防的なメンテナンス
（ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）実
施する必要がある。このような予防的なメンテナンス
は、相応の時間、装備を停止させることになる。

【０００８】したがって、化学的機械的研磨ヘッドのウ
ェーハキャリアリングの曲がり及びラバーブラダーのリ
ークを減少させる方法が要求されている。例えば、米国
特許第５、９４４、５９０号には下面の外周面に沿って
囲まれたリテーナリングを具備する研磨装置が開示され
ている。リテーナリングの下面と半導体ウェーハの下面
との間の差は研磨パッド上で５０μｍ又はそれより小さ
い。米国特許第５、９４８、２０４号にはラバーブラダ
ー（ｒｕｂｂｅｒ ｂｌａｄｄｅｒ）に取り付けられ
て、研磨工程においてウェーハを安全にするように構成
されたリング組立体が開示されている。リング組立体
は、多数のリングを具備し、第１リングは軟質材料で製
作されており、研磨工程においてウェーハに取り付けら
れるバッキング板を支持する。第２リングは、硬質材料
で製作されており、研磨工程において第１リングの曲が
りを減少させ、ラバーブラダーのリークを減少させるた
めのウェーハキャリア板と第１リングに付着される。

【０００９】米国特許第５、６６４、９８８号には半導
体ウェーハ研磨方法及び研磨装置が開示されている。研
磨装置は、ウェーハキャリアリングと支持リングを具備
する。日本特開平第８−３３９９７９号には被研磨基板
維持装置及び基板を研磨するための方法が開示されてい
る。前記被研磨基板維持装置のガイド部材は、リング形
状に形成され、その内側と外側を通過する通路を具備す
る。

【００１０】図１は従来技術の一実施例による研磨ヘッ
ド１０の断面図である。図１で示したように、上述した
研磨ヘッド１０は、ハウジング１２、ハウジング１２に
装着された、ウェーハチャッキング板１３を具備するウ
ェーハキャリア１４、及びウェーハキャリア１４に装着
された、ウェーハチャッキング板１３の適所にウェーハ
（Ｗ）を維持するように形成されたウェーハリテーナリ
ング１６を具備する。

【００１１】ウェーハキャリア１４とリテーナリング１
６はハウジング１２に対して垂直に移動可能であるよう
に、ハウジング１２に装着される。ウェーハキャリア１
４とリテーナリング１６との間には気密を維持するため
に合成樹脂材弾性体で製作されたシールリング１５が配
置される。

【００１２】上述したように、従来技術に従う研磨ヘッ
ド１０は、ウェーハキャリア１４に加えられたバイアス
力によって、ウェーハ（Ｗ）が研磨パッド（Ｐ）と密着
され、リテーナリング１６及びウェーハキャリア１４に
加えられたバイアス力によって、研磨パッド（Ｐ）と密
着された状態で、ウェーハ（Ｗ）を研磨する。従って、
研磨パッド（Ｐ）にウェーハ（Ｗ）を均一に密着させる
ことができるために、ウェーハ（Ｗ）の全面にわたって
等しく研磨することができる。

【００１３】しかし、従来技術に従う研磨ヘッド１０
は、リテーナリング１６の内周縁部上に配置されて圧力
を受けるシールリング１５の弾性力によって、リテーナ
リング１６の下部面の外側縁部が研磨パッド（Ｐ）から
離隔される。その結果、ウェーハチャック板１３によっ
て支持されるウェーハ（Ｗ）及びリテーナリング１６が
研磨パッド（Ｐ）と不均一に密着される。従って、研磨
ヘッド１０が回転する間に、リテーナリング１６が研磨
パッド（Ｐ）と不均一に密着されるために、リテーナリ
ング１６の内周縁部が研磨パッド（Ｐ）によって研磨さ
れ、それによって、リテーナリング１６から発生した粒
子がウェーハ（Ｗ）の研磨面にスクラッチを形成してウ
ェーハ（Ｗ）の研磨面を損傷させるという欠陥がある。

【００１４】さらに、リテーナリング１６が研磨パッド
（Ｐ）と不均一に密着されるために、ウェーハ（Ｗ）が
研磨パッド（Ｐ）と不均一に密着され、ウェーハ（Ｗ）
と研磨パッド（Ｐ）との間に供給されるスラリーが研磨
パッド（Ｐ）上に均一に分布されない問題点があり、そ
の結果、ウェーハ（Ｗ）の研磨面が平坦に研磨されない
という短所がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
問題点を解決するためのものである。従って、本発明の
目的はウェーハを研磨する間に、シールリングの弾性力
によって弾性的に変形されても、研磨パッドと均一に密
着されるリテーナリングを具備する化学的機械的研磨装
置の研磨ヘッドを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述した本発明の目的を
達成するために、リテーナリングの下部面は外周縁部か
ら内周縁部の方向に所定角度で傾斜するように形成され
る。リテーナリングは、キャリアに装着される。キャリ
アは、研磨ヘッドの内部及び外部へ空気を案内するため
の空気流路を具備するハウジングに連結される。また、
ウェーハチャックは真空圧を利用してウェーハをチャッ
クするために、キャリアに装着される。リテーナリング
は、キャリアの外周縁部に沿って装着され、ウェーハチ
ャックが研磨ヘッドに向かって動く際にウェーハチャッ
クを案内し、ウェーハチャックにチャックされたウェー
ハを保護する。

【００１７】リテーナリングの下部面は、内周縁部がシ
ールリング又は類似の部材によって下部方向に押される
ときに、下部面が研磨パッドに均一に密着するように傾
斜して形成される。

【００１８】したがって、ウェーハは均一に研磨され
る。また、リテーナリングの下部面を研磨する必要がな
いので、そのための時間と労力が節減される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の望
ましい実施形態による化学的機械的研磨装置の研磨ヘッ
ドについてより詳細に説明する。

【００２０】図２を参照すれば、本発明の望ましい実施
形態による化学的機械的研磨装置の研磨ヘッド１００は
空気の流入と流出を案内する空気流路を具備するハウジ
ング１１０、ハウジング１１０に連結され、研磨パッド
（Ｐ）によって研磨されるウェーハ（Ｗ）を支持するた
めのキャリア１２０、キャリア１２０に装着され、真空
圧を利用してウェーハ（Ｗ）をチャックするためのウェ
ーハチャック１３０、そしてキャリア１２０に装着され
るリテーナリング１４０を具備する。リテーナリング１
４０は、キャリア１２０の縁部に沿って装着され、研磨
パッド（Ｐ）と接し、ウェーハチャック１３０を案内
し、ウェーハチャック１３０によってチャックされたウ
ェーハ（Ｗ）を保護維持する。

【００２１】ハウジング１１０は、キャリア１２０が上
下方向に昇降するようにキャリア１２０を案内するため
の本体部１１０ａと、本体部１１０ａの下端部で半径方
向外側に所定長さほど延長され、キャリア１２０をハウ
ジング１１０に連結するためのフランジ部１１０ｂとに
より構成される。

【００２２】ハウジング１１０の本体部１１０ａは、断
面形状が円形であり、その下面の中心部には下方に所定
長さほど延長される延長部１１２が本体部１１０ａと一
体で形成されている。本体部１１０ａは、その上面から
下面までその中心部を貫通して形成された第１貫通孔１
１４ａと第１貫通孔１１４ａから半径方向外側に所定長
さほど離れた位置で、本体部１１０ａの上面からその下
面に貫通して形成された第２及び第３貫通孔１１４ｂ、
１１４ｃを具備する。第２及び第３貫通孔１１４ｂ、１
１４ｃは、第１貫通孔１１４ａを中心として互いに対称
に形成することができる。第１、第２及び第３貫通孔１
１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、圧縮空気が流入または
流出される空気流路として機能をする。

【００２３】延長部１１２には貫通孔１１２ａが形成さ
れており、貫通孔１１２ａは本体部１１０ａの中心部に
形成された第１貫通孔１１４ａと連結される。延長部１
１２の貫通孔１１２ａは、本体部１１０ａの第１貫通孔
１１４ａより直径が大きい。

【００２４】一方、ハウジング１１０のフランジ部１１
０ｂは、その縁部に沿って所定の間隔を置いて、縁部に
貫通形成された多数の貫通孔を含む。ハウジング１１０
は、貫通孔に挿入されるネジによってキャリア１２０と
連結される。

【００２５】キャリア１２０は、ハウジング１１０の第
２貫通孔１１４ｂを通じて流入または流出される圧縮空
気の力によって上下方向に昇降する本体部１２２と、本
体部１２２をハウジング１１０に連結するための連結部
材１２４を含む。

【００２６】キャリア１２０の本体部１２２は、円形で
あり、その中心部には直径がハウジング１１０の延長部
１１２に形成された貫通孔１１２ａの直径と同一の第１
貫通孔１２２ａが形成されている。また、キャリア１２
０の本体部１２２には、キャリア１２０の第１貫通孔１
２２ａから半径方向外側に所定距離ほど離れた位置に、
キャリア１２０を貫通してキャリア１２０の上面とキャ
リア１２０の下面に形成された第２環形溝１２６ｂとを
連通する第２貫通孔１２２ｂが形成される。

【００２７】キャリア１２０の本体部１２２上面には、
その縁部から本体部１２２の中心部側に所定距離ほど離
れた位置に、本体部１２２の中心部を中心として第１環
形溝１２６ａが形成されている。本体部１２２の縁部に
は、多数の貫通孔が所定の間隔を置いて、本体部１２２
の中心部を中心として放射状に形成される。本体部１２
２の縁部に形成された多数の貫通孔にネジを貫通延長さ
せ、リテーナリング１４０に形成されたネジ孔にネジ結
合させて、リテーナリング１４０をキャリア１２０に固
定させる。

【００２８】また、本体部１２２の下面には、本体部１
２２の中心部と本体部１２２の縁部との間の中間部分
に、本体部１２２の中心部を中心として第２環形溝１２
６ｂが形成されている。本体部１２２下面の縁部は、所
定の幅を有する第１階段部が形成されており、第１階段
部から第２環形溝１２６ｂ側に第１階段部より幅が広い
第２階段部が形成されている。第１階段部と第２階段部
は本体部１２２の中心部を中心とする環形である。第２
階段部の側壁末端から第２環形溝１２６ｂの開口までは
傾斜している。

【００２９】一方、キャリア１２０の本体部１２２は、
中央部分が他の部分より厚みが薄い。キャリア１２０の
本体部１２２には、中央部分と第１環形溝１２６ａとの
間に多数のネジ孔が形成されている。多数のネジ孔は、
所定の間隔を置いて本体部１２２の中心部を中心に放射
状に配列されている。

【００３０】キャリア１２０の連結部材１２４は、ボル
ト及びナットによってハウジング１１０の底面に連結さ
れる外側クランプ１２４ａ、ネジによってキャリア１２
０の上面に固定される内側クランプ１２４ｂ、及び環形
弾性材シート１２４ｃを含む。環形弾性材シート１２４
ｃは、ゴム又は合成樹脂材の弾性体で製作される。環形
弾性材シート１２４ｃは、所定の幅を有し、直径は内側
クランプ１２４ｂより大きく、キャリア１２０と外側ク
ランプ１２４ａより小さい。環形弾性材シート１２４ｃ
の外周縁部は、外側クランプ１２４ａによってハウジン
グ１１０に固定され、内周縁部は内側クランプ１２４ｂ
によってキャリア１２０に固定されて、ハウジング１１
０とキャリア１２０を連結する。

【００３１】連結部材１２４の外側クランプ１２４ａ
は、本体部とフランジ部により構成され、本体部とフラ
ンジ部は一体で形成される。外側クランプ１２４ａの内
径は、内側クランプ１２４ｂの外径より大きく、その外
径は、ハウジング１１０の最大直径と大きさが同一であ
る。外側クランプ１２４ａのフランジ部は、その縁部に
ハウジング１１０のフランジ部１１０ｂに形成された多
数の貫通孔に各々対応する多数の貫通孔が形成されてい
る。

【００３２】外側クランプ１２４ａは、その縁部に形成
された多数の貫通孔がハウジング１１０のフランジ部１
１０ｂに形成された多数の貫通孔に各々対応するよう
に、ハウジング１１０の底面に配列された後、ボルトと
ナットを使用してハウジング１１０に連結固定される。
この時、弾性材シート１２４ｃの外周縁部をハウジング
１１０の底面と外側クランプ１２４ａとの間に配置し
て、外側クランプ１２４ａとハウジング１１０との間に
気密を維持するようにする。

【００３３】連結部材１２４の内側クランプ１２４ｂ
は、円板形状であり、その半径はキャリア１２０の中心
部から第１環形溝１２６ａの開口までの距離と同一であ
る。内側クランプ１２４ｂの中心部には、直径がハウジ
ング１１０の中心部から下方に延長される延長部１１２
の外径と同一であるか、又は若干大きな貫通孔が形成さ
れている。また、内側クランプ１２４ｂには、中心部か
ら半径方向の外側に所定距離ほど離れた位置に、キャリ
ア１２０の上面に環状に配列された多数のネジ孔に対応
する多数の貫通孔が形成されている。

【００３４】また、連結部材１２４の内側クランプ１２
４ｂには、その中心部から所定長さほど離してハウジン
グ１１０に形成された第３貫通孔１１４ｃに対応する貫
通孔が形成されており、内側クランプ１２４ｂの下面に
は、該貫通孔の開口から半径方向外側に向かってキャリ
ア１２０に形成された第２貫通孔１２２ｂに対応する位
置まで該開口の直径と同一な大きさの幅を有する長い溝
が形成されている。内側クランプ１２４ｂに形成された
その長い溝には、一端部がハウジング１１０の第３貫通
孔１１４ｃと連結され、他端部が後述するエアクッショ
ン１２８に連結されてエアクッション１２８に空気を供
給したり、そこから空気を排出したりするための空気導
管１２９が配置されている。

【００３５】内側クランプ１２４ｂは、その縁部に形成
された多数の貫通孔がキャリア１２０の上面に形成され
た多数のネジ孔と対応するようにする一方、長い溝の一
端がキャリア１２０の第２貫通孔１２２ｂに対応するよ
うにキャリア１２０の上面に配置された後、ネジを使用
してキャリア１２０に固定される。この時、弾性材シー
ト１２４ｃの内周縁部をキャリア１２０と内側クランプ
１２４ｂとの間に配置してキャリア１２０と内側クラン
プ１２４ｂとの間に気密を維持するようにする。

【００３６】キャリア１２０の下面に形成された第２環
形溝１２６ｂには環形形状のエアクッション１２８が配
置される。エアクッション１２８は、伸縮性が良好な合
成樹脂又はゴムで製作され、一側には空気が流出入をす
ることができる空気流出入口が形成されている。エアク
ッション１２８は、内側クランプ１２４ｂに配置された
空気導管１２９を通じて供給された圧縮空気の圧力によ
って膨張されてウェーハチャック１３０を下方に下降さ
せたり、空気導管１２９を通じて圧縮空気が排出される
ことによって収縮されて、キャリア１２０とウェーハチ
ャック１３０との間の空間（空気チャンバ）に真空状態
を形成して、ウェーハチャック１３０が上方に上昇する
ようにしたりする。

【００３７】上述したように連結部材１２４によって連
結されたハウジング１１０とキャリア１２０は、その間
に空気チャンバ１２０ａを形成する。従って、ハウジン
グ１１０に形成された第２貫通孔１１４ｂを通じて圧縮
空気が流入させられると、空気チャンバ１２０ａに空気
圧が加われてキャリア１２０は圧縮空気の力によって下
方に下降することになる。反対に、ハウジング１１０に
形成された第２貫通孔１１４ｂを通じて圧縮空気が流出
させられると、ハウジング１１０、キャリア１２０及び
連結部材１２４によって形成される空気チャンバ１２０
ａが真空状態になって、真空圧が発生することになり、
その結果キャリア１２０がハウジング１１０に向かって
上方に移動することになる。

【００３８】ウェーハチャック１３０は、空気圧によっ
て膨張及び収縮可能である弾性材板１３２、ウェーハ
（Ｗ）を吸着してチャックするためのチャッキング板１
３４、弾性材板１３２をチャッキング板１３４に固定さ
せる一方、チャッキング板１３４をキャリア１２０に連
結するための連結部材１３６、そして連結部材１３６を
案内してチャッキング板１３４の昇降を助けるための案
内部材１３８を含む。

【００３９】弾性材板１３２は、ゴム又は合成樹脂で製
作された円板である。弾性材板１３２の縁部には弾性材
板１３２の中心軸を中心に多数の貫通孔が放射状に配列
されている。

【００４０】チャッキング板１３４は、所定の直径を有
する円板形状であり、その中心軸から所定の半径範囲内
に多数の貫通孔が形成されている。チャッキング板１３
４の上面縁部には、縁部に沿ってチャッキング板１３４
の中心軸を中心とする環形溝が形成されている。チャッ
キング板１３４に形成された多数の貫通孔を通じて空気
が流動する。また、溝と隣接する位置には溝に沿って多
数のネジ孔が所定の間隔を置いて配列されている。

【００４１】連結部材１３６は、チャッキング板１３４
をキャリア１２０と連結する一方、キャリア１２０とウ
ェーハチャック１３０との間に空気チャンバ１３０ａを
形成する環形の弾性材シート１３６ａ、弾性材板１３２
をチャッキング板１３４に固定するための第１連結リン
グ１３６ｂ、第１連結リング１３６ｂが装着されたチャ
ッキング板１３４に弾性材シート１３６ａの内側円部を
固定するための第２連結リング１３６ｃ、そして、キャ
リア１２０に弾性材シート１３６ａの外側縁部を固定す
るための弾性材固定リング１３６ｄを含む。

【００４２】連結部材１３６の第１連結リング１３６ｂ
は、環形形状であり所定の幅を有する。第１連結リング
１３６ｂの外径はチャッキング板１３４の直径より若干
小さい。第１連結リング１３６ｂには、チャッキング板
１３４に形成された多数のネジ孔に対応する貫通孔が形
成されており、かつ第１連結リング１３６ｂの上面に
は、貫通孔と平行に多数のネジ孔を形成することもでき
る。

【００４３】上述したような、第１連結リング１３６ｂ
を使用して、弾性材板１３２をチャッキング板１３４に
固定する。まず、弾性材板１３２がチャッキング板１３
４の下面を覆い被さるように配列する。続いて、チャッ
キング板１３４の縁部に沿って弾性材板１３２の縁部を
上方に折り曲げた後、チャッキング板１３４の上面と接
するように弾性材板１３２の縁部を再び折り曲げる。こ
の時、弾性材板１３２の縁部に形成された多数の貫通孔
がチャッキング板１３４の上面に形成された多数のネジ
孔と各々対応するように配列しなければならない。その
後、第１連結リング１３６ｂに形成された多数の貫通孔
が弾性材板１３２の縁部に形成された多数の貫通孔と各
々対応するように第１連結リング１３６ｂを弾性材板１
３２の縁部の上に配置する。最終的に、第１連結リング
１３６ｂと弾性材板１３２の縁部に各々形成された多数
のネジ孔にネジをねじ込んで弾性材板１３２をチャッキ
ング板１３４に固定する。

【００４４】連結部材１３６の第２連結リング１３６ｃ
は、環形形状であり所定の幅を有する。第２連結リング
１３６ｃの外径は、第１連結リング１３６ｂの外径より
小さく、内径は第１連結リング１３６ｂの内径より若干
小さい。第２連結リング１３６ｃの内周面は、上端部か
ら下端部側に所定の角度で傾斜するように切削加工され
ている。第２連結リング１３６ｃの内周縁の下端部での
直径が内周縁上端部での直径より大きい。第１連結リン
グ１３６ｂの上面に形成されたネジ孔と対応するように
多数の貫通孔を所定の間隔をおいて形成することもでき
る。

【００４５】連結部材１３６の弾性材固定リング１３６
ｄは、環形形状であり所定の弾性力を有する合成樹脂又
はゴムを使用して所定の厚み、例えば約１ｍｍの厚みを
有するように製作される。弾性材固定リング１３６ｄ
は、最大直径がキャリア１２０の直径より若干小さい。
弾性材固定リング１３６ｄは、弾性材シート１３６ａを
キャリア１２０に固定する一方、キャリア１２０と後述
するリテーナリング１４０との間で気密を維持するシー
ルリングとしての役割をする。

【００４６】弾性材シート１３６ａは、外径が弾性材固
定リング１３６ｄの外径と同一である。弾性材シート１
３６ａの内側縁部には、多数の貫通孔を縁部に沿って所
定の間隔をおいて形成してもよいし、形成しなくてもよ
い。弾性材シート１３６ａの内側縁部に貫通孔を形成し
ない場合には、弾性材シート１３６ａの内側縁部の両端
に接着材を塗布した後、内側縁部を第１連結リング１３
６ｂと第２連結リング１３６ｃとの間に配置して接着さ
せる。一方、弾性材シート１３６ａの外側縁部及びその
両面に接着材を塗布した後、キャリア１２０の下面と弾
性材固定リング１３６ｄとの間に配置して接着させる。
これにより、チャッキング板１３４をキャリア１２０に
連結させることができる。

【００４７】これと異なり、弾性材シート１３６ａの内
側縁部にその縁部に沿って多数の貫通孔が形成されてい
る場合には、貫通孔に対応するようにネジ孔が形成され
ている第１及び第２連結リング１３６ｂ、１３６ｃを使
用する。弾性材シート１３６ａの内側縁部に形成された
貫通孔が第１連結リング１３６ｂと第２連結リング１３
６ｃに形成されたネジ孔と各々対応するように弾性材シ
ート１３６ａを第１連結リング１３６ｂと第２連結リン
グ１３６ｃとの間に配置した後、第１連結リング１３６
ｂに形成されたネジ孔と弾性材シート１３６ａの内側縁
部に形成された貫通孔にネジを各々ねじ込んで、第２連
結リング１３６ｃに形成されたネジ孔と結合させて弾性
材シート１３６ａを第１及び第２連結リング１３６ｂ、
１３６ｃと連結する。弾性材シート１３６ａの外側縁部
は、上述したように、接着材を使用してキャリア１２０
に接着固定する。

【００４８】案内部材１３８は、所定の厚みを有する円
板形状であり、その中心部には、上方に所定高さほど延
長される延長部が形成されている。案内部材１３８の縁
部下部には、所定の幅と高さを有する階段部が形成され
ている。案内部材１３８には、延長部の上端から案内部
材１３８の下面まで貫通孔が形成されている。案内部材
１３８の延長部は、外径がハウジング１１０の延長部１
１２の内径及びキャリア１２０の中心部に形成された貫
通孔と同一またはそれより若干小さい。

【００４９】案内部材１３８は、図２で示したように、
延長部がキャリア１２０の中心部に形成された貫通孔を
通り、ハウジング１１０の延長部１１２に形成された貫
通孔１１２ａに挿入され、また、ウェーハチャック１３
０の第２連結リング１３６ｃの傾斜になった内周縁部が
案内部材１３８の階段部にかかって、空気圧及び真空圧
に従って第２連結リング１３６ｃが該階段部に沿って滑
走して昇降が可能であるように装着する。この時、案内
部材１３８の上面がキャリア１２０の下面と密着され
る。

【００５０】案内部材１３８に形成された貫通孔は、ハ
ウジング１１０に形成された第１貫通孔１１４ａと連通
され、かつウェーハチャック１３０の案内部材１３８、
チャッキング板１３４、連結部材１３６及び弾性材板１
３２によって形成された空気チャンバ１３０ｂと連通さ
れる。従って、ウェーハチャック１３０がウェーハ
（Ｗ）をチャッキングするときには、案内部材１３８に
形成された貫通孔とハウジング１１０に形成された第１
貫通孔１１４ａを通じて空気チャンバ１３０ｂから空気
を排出して空気チャンバ１３０ｂが真空状態になるよう
にする。その結果、チャッキング板１３４の下面に配置
された弾性材板１３２の一部がチャッキング板１３４に
形成された多数の貫通孔内へ吸引され、弾性材板１３２
とウェーハ（Ｗ）との間に真空圧が発生して、弾性材板
１３２にウェーハ（Ｗ）が密着することになる。

【００５１】一方、上述したように構成したウェーハチ
ャック１３０の連結部材１３６は、キャリア１２０及び
案内部材１３８と共に空気チャンバ１３０ａを形成す
る。空気チャンバ１３０ａは、キャリア１２０の下面に
形成された第２環形溝１２６ｂに装着されたエアクッシ
ョン１２８が空気圧によって膨張すれば、圧力が上昇す
ることになる。その結果、案内部材１３８に滑走可能に
接している連結部材１３６の第２連結リング１３６ｃと
それに連結された第１連結リング１３６ｂ及びチャッキ
ング板１３４が下方に下降することになる。逆に、エア
クッション１２８内の空気が排出されて、エアクッショ
ン１２８が収縮すれば、空気チャンバ１３０ａに加わえ
られた空気圧が低下する。その結果、連結部材１３６の
弾性材シート１３６ａの弾性力によって第２連結リング
１３６ｃ及びそれに連結された第１連結リング１３６ｂ
とチャッキング板１３４が上方に上昇することになる。

【００５２】次に、図３と図４を参照する。リテーナリ
ング１４０は、ポリフェニレンスルフィド樹脂（Ｐｏｌ
ｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ ｒｅｓｉｎ、
ＰＰＳ樹脂）のような合成樹脂で製作されうる。しか
し、ポリフェニレンスルフィド樹脂だけでなく、アセタ
ール樹脂及びポリエーテルスルホン樹脂等で製作するこ
ともできる。

【００５３】一般には、リテーナリング１４０は、ポリ
フェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）で製作した円筒体
を所定の厚みで切断して、輪形状の部材とし、その後、
旋盤を利用してその輪形状の部材を研磨ヘッド１００に
適合した形状及び大きさに加工することにより製作され
うる。

【００５４】リテーナリング１４０は、環形形状に所定
の直径及び高さを有する。リテーナリング１４０は、内
径が約２００ｍｍであり、外径は約２４０ｍｍ乃至約２
５０ｍｍであり、その下面の幅は約２０ｍｍ乃至約２５
ｍｍである。

【００５５】リテーナリング１４０は、上述したように
合成樹脂材円筒体を所定の厚みで切断して旋盤を利用し
て切削加工して製作されうる。図３と図４で示したよう
に、リテーナリング１４０には、その上部内周縁に第１
階段部１４２と第２階段部１４４が形成されている。リ
テーナリング１４０の第１階段部１４２は、内周縁から
半径方向外側に所定の幅と高さを有するように切削加工
して形成される。第１階段部１４２の幅と高さは固定リ
ング１３６ｄの幅及び厚みと同一である。しかし、第１
階段部１４２の高さは固定リング１３６ｄの厚みより若
干小さくなるようにすることもできる。リテーナリング
１４０の第２階段部１４４は、キャリア１２０の下面に
形成された顎部(jaw portion)とかみ合うように形成さ
れる。従って、第２階段部１４４の幅と高さは顎部の幅
及び高さと同一である。

【００５６】一方、リテーナリング１４０の下部面１４
６は、上部に加わる力がないときに、水平面に対して約
０．８乃至０．９度の範囲内で傾斜するように切削加工
し、望ましくは約０．８５度の角度で傾斜するように切
削加工する。リテーナリング１４０の傾斜した面は、底
面から見たとき、リテーナリング１４０の外周縁から内
周縁側に延長されている。リテーナリング１４０の下部
面１４６は鉛直方向に対して、約８９度で傾斜してい
る。リテーナリング１４０の上端部から下端部までの長
さは、外周縁が内周縁より約０．３５ｍｍ程度長い。

【００５７】リテーナリング１４０の上縁部には、多数
のネジ孔１４８が所定の間隔を置いて、放射状に形成さ
れている。リテーナリング１４０の上縁部に形成するネ
ジ孔１４８の数は１２個であることが望ましい。リテー
ナリング１４０は、多数のネジ孔１４８がキャリア１２
０の縁部に形成された貫通孔と各々対応するようにキャ
リア１２０の下面に密着した状態で、キャリア１２０の
貫通孔内へネジをねじ込んでリテーナリング１４０に形
成されたネジ孔１４８にネジ結合させることで、キャリ
ア１２０に連結固定することができる。

【００５８】一方、リテーナリング１４０の外周縁に
は、ネジ孔１４８間の空間に１２個のホール（図示せ
ず）が各々形成されており、内周縁にはネジ孔１４８間
に各々３個ずつ合計で３６個のホール（図示せず）が形
成されている。外周縁に形成されたホールと内周縁に形
成されたホールは、外周縁に形成されたホール１個当り
に内周縁に形成されたホール３個の比率で連通される。

【００５９】外周縁と内周縁を連通する貫通ホールを通
じてスラリー供給装置から供給されるスラリーがリテー
ナリング１４０の内周縁側に移動して、ウェーハ（Ｗ）
を研磨するために使用される。

【００６０】以下、図面を参照して本発明の望ましい実
施例による研磨ヘッド１００の各構成要素の作用関係に
ついて詳細に説明する。

【００６１】図２を再び参照すれば、ハウジング１１０
とキャリア１２０及び連結部材１２４によって形成され
た空気チャンバ１２０ａからハウジング１１０の第２貫
通孔１１４ｂを通じて空気を排出して、空気チャンバ１
２０ａが真空状態になるようにする。空気チャンバ１２
０ａが真空状態になると、真空圧によってキャリア１２
０がハウジング１１０の下面に密着することになる。

【００６２】キャリア１２０がハウジング１１０の下面
に密着すると、キャリア１２０に連結されたリテーナリ
ング１４０及びウェーハチャック１３０が上方に共に移
動する。このような状態で、外側クランプ１２４ｂに配
置され、ハウジング１１０の第３貫通孔１１４ｃと連結
された空気導管１２９を通じてエアクッション１２８内
へ空気を供給してエアクッション１２８を膨張させる。
エアクッション１２８が膨張することによって、キャリ
ア１２０、ウェーハチャック１３０の案内部材１３８と
連結部材１３６によって形成される空気チャンバ１３０
ａに圧力が加えられる。空気チャンバ１３０ａ内の空気
圧によってウェーハチャック１３０が下方に下降するこ
とになる。この時、ウェーハチャック１３０は、第２連
結リング１３６ｃの傾斜面が案内部材１３８の階段部に
沿って滑走移動し、下面に配置された弾性材板１３２が
リテーナリング１４０の下部面１４６と同一平面上に位
置するまで下降する。上述したように、下方に移動した
ウェーハチャック１３０は、ウェーハ移送装置（図示せ
ず）によって移送されるウェーハ（Ｗ）に密着すること
になる。

【００６３】ウェーハチャック１３０がウェーハ（Ｗ）
に密着された状態で、ウェーハチャック１３０の案内部
材１３８に形成された延長部の空気流路とハウジング１
１０に形成された第１貫通孔１１４ａを通じて案内部材
１３８、チャッキング板１３４、及び連結部材１３６に
よって形成される空気チャンバ１３０ｂ内の空気を排出
させる。それによって、空気チャンバ１３０ｂには真空
圧が発生することになり、その真空圧によってチャッキ
ング板１３４の下面に配置された弾性材板１３２がチャ
ッキング板１３４に形成された貫通孔内へ吸着される。
従って、チャッキング板１３４とウェーハ（Ｗ）との間
に真空圧が発生してチャッキング板１３４にウェーハ
（Ｗ）が堅固に密着される。

【００６４】以後、エアクッション１２８から空気を排
出してエアクッション１２８を収縮させる。従って、空
気チャンバ１３０ａ内の圧力が低まり、連結部材１３６
の弾性材シート１３６ｃがその弾性力によってチャッキ
ング板１３４を引くために、チャッキング板１３４が上
方に移動し、チャッキング板１３４に吸着されたウェー
ハ（Ｗ）がリテーナリング１４０の底面１４６より高い
位置に置かれる。

【００６５】上述したような状態で、ウェーハチャック
１３０のチャッキング板１３４、案内部材１３８及び連
結部材１３６によって形成される空気チャンバ１３０ｂ
を真空状態で維持しながら、ハウジング１１０とキャリ
ア１２０との間に形成された空気チャンバ１２０ａに空
気を供給する。その結果、ハウジング１１０とキャリア
１２０との間に形成された空気チャンバ１２０ａへ供給
される空気の圧力によってキャリア１２０が下方に移動
することになる。キャリア１２０が下方に移動されば、
キャリア１２０に連結されたリテーナリング１４０とウ
ェーハチャック１３０が、キャリア１２０と共に下方に
移動することになる。この時、リテーナリング１４０
は、図２で示したように、研磨パッド（Ｐ）の上面と接
することになる。この時、リテーナリング１４０は、ウ
ェーハチャック１３０の固定リング１３６ｄの弾性力に
よってその内周縁部分が下方に多少押されて、その外周
縁部分と共に研磨パッド（Ｐ）の上面に均一に接するこ
とになる。しかし、ウェーハ（Ｗ）はリテーナリング１
４０の下面より高い位置にあるために、研磨パッド
（Ｐ）の上面と離隔された状態にある。

【００６６】続いて、ハウジング１１０とキャリア１２
０との間に形成された空気チャンバ１２０ａに空気を続
けて供給する。この時、リテーナリング１４０が研磨パ
ッド（Ｐ）の上面と接触した状態に維持される一方、空
気チャンバ１３０ｂが真空状態に維持される。そして、
キャリア１２０の下面に配置されたエアクッション１２
８に空気を供給して膨張させる。エアクッション１２８
が膨張するにつれて、空気チャンバ１３０ａ内の圧力が
上昇する。従って、圧力によってウェーハチャック１３
０が下方に下降する。その結果、ウェーハチャック１３
０によってチャックされたウェーハ（Ｗ）の一面が研磨
パッド（Ｐ）の上面と接する。続けて、キャリア１２０
とウェーハチャック１３０との間の空気チャンバ１３０
ａの圧力を高めて、研磨パッド（Ｐ）にウェーハ（Ｗ）
を堅固に密着させる。

【００６７】上述したように、ウェーハ（Ｗ）を研磨パ
ッド（Ｐ）に密着させた状態で、ウェーハ（Ｗ）と研磨
パッド（Ｐ）との間にスラリーを供給しながら、研磨ヘ
ッド１００と研磨パッド（Ｐ）を互いに反対方向に回転
させてウェーハ（Ｗ）の一面を研磨する。

【００６８】以上、本発明を特定の実施形態を通して詳
細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が
属する技術分野において通常の知識を有するものであれ
ば本発明の思想と精神を逸脱することなく、該実施形態
を修正または変更できるであろう。

【００６９】

【発明の効果】上述したように、本発明の化学的機械的
研磨装置の研磨ヘッドに適用されたリテーナリングは、
例えば、その外周縁から内周縁側に傾斜するように底面
が切削加工されているので、ウェーハチャックの固定リ
ングの弾性力によって内周縁部分が下方に押されてもリ
テーナリングの底面が研磨パッドに均一に密着される。

【００７０】従って、リテーナリングは研磨されず、リ
テーナリングとウェーハが研磨パッドに均一に密着さ
れ、ウェーハの一面が均一に研磨される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による化学的機械的研磨装置の研磨ヘ
ッドを示した断面図である。

【図２】本発明の望ましい実施形態による化学的機械的
研磨装置の研磨ヘッドを示した断面図である。

【図３】本発明の望ましい実施形態による化学的機械的
研磨装置の研磨ヘッドに適用されるリテーナリングを示
した斜視図である。

【図４】図３に図示したリテーナリングの断面図であ
る。

【符号の説明】

１００ 研磨ヘッド １１０ ハウジング １１２ 延長部 １１４ａ 第１貫通孔 １１４ｂ 第２貫通孔 １１４ｃ 第３貫通孔 １１０ａ、１２２ 本体部 １２０ キャリア １２４ 連結部材 １２４ａ 外側クランプ １２４ｂ 内側クランプ １２４ｃ 弾性材シート １２６ 第１環形溝 １２８ エアクッション １３２ 弾性材板 １３０ ウェーハチャック １３４ チャッキング板 １３６ 連結部材 １３６ｃ 弾性材シート １３６ｄ 固定リング １４０ リテーナリング

フロントページの続き (72)発明者 金▲煕▼徳 大韓民国京畿道水原市八達区霊通洞964− ５新ナムシル住公アパート506棟501号 (72)発明者 崔永萬 大韓民国京畿道水原市八達区牛満洞住公２ 団地アパート203棟1201号 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 CB01 CB02 CB10 DA12 DA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気の流入と流出を案内する少なくとも
   一つの空気流路を具備するハウジングと、 前記ハウジングに対して上下方向に移動可能に前記ハウ
   ジングに連結されたキャリアと、 前記空気流路を通じて提供される真空圧によってウェー
   ハをチャックすることができるように、前記ハウジング
   が具備する前記空気流路と連結され、前記キャリアに装
   着されたウェーハチャックと、 前記ウェーハチャックによってチャックされたウェーハ
   を保護し、前記ウェーハチャックを案内するように前記
   ウェーハチャックの周りで、前記キャリアの外周縁部に
   沿って前記キャリアに装着され、上部に加わる力がない
   ときに、外周縁部から内周縁部に向かって水平面に対し
   て所定角度で傾斜するように形成される下部面を具備す
   る弾力的なリテーナリングと、 前記リテーナリングが前記研磨パッドに密着されると
   き、前記リテーナリングの内周縁部を下方に押す力を加
   えるように設置された弾性部材とを具備し、前記リテー
   ナリングの下部面が前記研磨パッドに均一に密着される
   ようにすることを特徴とする化学的機械的研磨装置の研
   磨ヘッド。
2. 【請求項２】 前記弾性部材は、前記リテーナリングの
   上部面の内周縁部と前記キャリアの下部面との間に配置
   され、前記ウェーハチャックと前記キャリアによって形
   成される空気チャンバの気密を維持するための固定リン
   グであることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械
   的研磨装置の研磨ヘッド。
3. 【請求項３】 前記リテーナリングの下部面は、水平面
   に対して０．８乃至０．９度の角度で傾いていることを
   特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨装置の研
   磨ヘッド。
4. 【請求項４】 前記リテーナリングは、アセタール樹
   脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂又はポリエーテルス
   ルホン樹脂から成ることを特徴とする請求項１に記載の
   化学的機械的研磨装置の研磨ヘッド。
5. 【請求項５】 空気の流入と流出を案内する複数個の空
   気流路を具備するハウジングと、 前記ハウジングに対して上下方向に移動可能に前記ハウ
   ジングに連結されるキャリアと、 前記キャリアに連結されるチャッキング板及び前記キャ
   リアに対して前記チャッキング板が上下方向に移動可能
   に前記チャッキング板を前記キャリアに連結する連結部
   材を具備するウェーハチャックと、 前記キャリアと前記チャッキング板との間に配置され、
   前記連結部材と前記キャリア及び前記チャッキング板と
   共に第１空気チャンバを形成し、前記チャッキング板と
   の間に第２空気チャンバを形成し、前記チャッキング板
   が上下方向に移動する際に、前記ウェーハチャックを案
   内するように前記ウェーハチャックに接触し、前記第２
   空気チャンバと前記ハウジングが具備する複数個の空気
   流路の一つとを連通させる貫通孔を具備する案内部材
   と、 前記第１空気チャンバ内部で露出した前記キャリアの下
   部面に配置され、前記ハウジングが具備する複数個の空
   気流路の一つと連通され、前記連通した一つの空気流路
   を通じた空気の流入と流出によって膨張及び収縮して、
   前記第１空気チャンバの圧力を変化させ、前記空気チャ
   ンバの圧力変化によってチャッキング板を上下方向に移
   動させるエアクッションと、 前記ウェーハチャックによってチャックされたウェーハ
   を保護し、前記ウェーハチャックを案内するように前記
   ウェーハチャックの周りで、前記キャリアの外周縁部に
   沿って前記キャリアに装着され、上部に加わる力がない
   ときに、外周縁部から内周縁部に向かって水平面に対し
   て所定角度に傾斜するように形成された下部面を具備す
   る弾力的なリテーナリングと、 前記リテーナリングが前記研磨パッドに密着されると
   き、前記リテーナリングの内周縁部を下方に押す力を加
   えるように設置された弾性部材とを具備し、前記リテー
   ナリングの下部面が前記研磨パッドに均一に密着される
   ようにすることを特徴とする化学的機械的研磨装置の研
   磨ヘッド。
6. 【請求項６】 前記弾性部材は、前記リテーナリングの
   内周縁部と前記キャリアの下部面との間に配置され、前
   記チャッキング板と前記キャリアによって形成される第
   １空気チャンバの気密を維持する固定リングであること
   を特徴とする請求項５に記載の化学的機械的研磨装置の
   研磨ヘッド。
7. 【請求項７】 前記リテーナリングの下部面は、水平面
   に対して０．８乃至０．９度の角度で傾いていることを
   特徴とする請求項５に記載の化学的機械的研磨装置の研
   磨ヘッド。
8. 【請求項８】 前記リテーナリングは、アセタール樹
   脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂又はポリエーテルス
   ルホン樹脂から成ることを特徴とする請求項５に記載の
   化学的機械的研磨装置の研磨ヘッド。
9. 【請求項９】 上部面、下部面、内周縁部、外周縁部、
   前記上部面に隣接する前記内周縁部の上部末端に形成さ
   れた階段部を有する弾力的な環形本体を具備し、前記キ
   ャリアに前記環形本体が固定されるようにするために前
   記外周縁部に隣接する前記上部面に設けられた多数個の
   ネジ孔とを具備し、前記下部面は前記外周縁部から内周
   縁部に向かって上方向に所定角度で傾斜するように構成
   されており、前記ウェーハチャックによってチャックさ
   れたウェーハを保護することを特徴とする化学的機械的
   研磨装置の研磨ヘッドのリテーナリング。
10. 【請求項１０】 前記リテーナリングの下部面は、前記
    環形本体の縦軸と直交する平面に対して０．８乃至０．
    ９度の角度で傾いていることを特徴とする請求項９に記
    載の化学的機械的研磨装置の研磨ヘッドのリテーナリン
    グ。
11. 【請求項１１】 前記リテーナリングは、アセタール樹
    脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂又はポリエーテルス
    ルホン樹脂から成ることを特徴とする請求項９に記載の
    化学的機械的研磨装置の研磨ヘッドのリテーナリング。