JP2003124169A - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単に保護シート材を取り付けることができ、
リテーナーリングの強度、耐久性を確保できるウェーハ
研磨装置を提供する。 【解決手段】ホルダ５０とリテーナーリング２８のそれ
ぞれに設けられた貫通孔６２、６０に、めねじ部を有す
るインサート８０とおねじ部を有するボルト部材５８と
が貫挿され、インサート８０とボルト部材５８とが螺合
されることによりホルダ５０とリテーナーリング２８と
が取り付けられる。これにより、保護シート材５２はリ
テーナーリング２８の内周部にシワなく均一に張設する
ことができる。

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研磨法
（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によって
ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転す
る研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で
押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間にメカノケ
ミカル研磨剤を供給することにより行われる。この際、
ウェーハは、その周囲をリテーナーリングに包囲される
とともに、その裏面側をキャリアに保持されて研磨パッ
ドに押圧される。

【０００３】しかし、従来のウェーハ研磨装置、たとえ
ば、特許第２８９７２０７号に示されるキャリアでは、
ウェーハの押圧面が硬いため、ウェーハの吸着時にウェ
ーハの裏面にキャリアの硬い面が直接接触して傷が付く
という欠点があった。

【０００４】そこで、本願出願人は、このような欠点を
解消すべく特願平１１−１２８５５８号において、キャ
リアの下部に保護シートを設けたウェーハ研磨装置を提
案した。このウェーハ研磨装置は、キャリアの硬い面が
ウェーハの裏面に直接接触することを防止するものであ
り、これにより、ウェーハの裏面に傷が付くことを防止
している。この場合、保護シート１は、図６に示される
ように、キャリア２の周囲に配置されたリテーナーリン
グホルダ３に周縁部を接着して取り付けられ、リテーナ
ーリング４は、その保護シート１の下部に接着によって
取り付けられる。

【０００５】この際、上記のように保護シート１とリテ
ーナーリング４を取り付けると、リテーナーリング４の
厚さをウェーハＷの厚さ（１mm以下）と合わせなければ
ならないため、きわめて薄くなり、リテーナーリング４
の強度、耐久性が低下するという欠点があった。

【０００６】また、保護シート１は全体に皺なく均一に
取り付ける必要があるが、上記の取り付け方法では皺な
く取り付けることが難しいという欠点があった。

【０００７】上記欠点を解消すべく、本願出願人によ
り、リテーナーリング４の強度、耐久性を向上させ、か
つ、保護シート１を全体に皺なく均一に取り付ける提案
が特願２０００−３６８６３８号においてなされてい
る。

【０００８】この提案においては、リテーナーリング
が、その上部に形成された嵌合部をホルダ（リテーナー
リングホルダ）の下部に形成された被嵌合部に嵌合させ
て該ホルダに取り付けられる。この構成により、リテー
ナーリング自体の強度、耐久性を向上させることができ
るとされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成であっても、樹脂製のリテーナーリングを使
用した場合、リテーナーリングに設けられためねじ部の
強度が不十分となりやすく、ボルト部材によるホルダと
リテーナーリングとの固定が強固に行い得ない。

【００１０】その結果、保護シートの固定が不十分とな
り、保護シートがたるんだり、保護シートを全体に皺な
く均一に取り付けることが困難なこともある。また、ボ
ルト部材の緩みも生じやすい。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、簡単に保護シートを取り付けることができ、
リテーナーリングの強度、耐久性を確保できるウェーハ
研磨装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、ウェーハ保持ヘッドに設けられたホルダに
リテーナーリングを取り付けるとともに、該リテーナー
リングの内側に保護シートを張設し、該保護シートを介
してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェー
ハ研磨装置において、前記ホルダとリテーナーリングの
それぞれに設けられた貫通孔のいずれか一方の貫通孔に
めねじ部を有するインサートが貫通されるとともに、他
方の貫通孔におねじ部を有するボルト部材が貫通され、
該インサートとボルト部材とが螺合されることによりホ
ルダとリテーナーリングとが取り付けられることを特徴
とするウェーハ研磨装置を提供する。

【００１３】本発明によれば、貫通孔にめねじ部を有す
るインサートとおねじ部を有するボルト部材とが貫挿さ
れ、該インサートとボルト部材とが螺合されることによ
りホルダとリテーナーリングとが取り付けられる。この
ように、リテーナーリングにめねじ部を設けず、インサ
ートを使用する構成であれば、ボルト部材による固定が
強固に行える。その結果、保護シートは、その周縁部が
外周方向に充分に引っ張られるため、全面に皺なく均一
に張設することができる。また、ボルト部材の緩みも生
じない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳
説する。

【００１５】図１は、ウェーハ研磨装置１０の全体構成
を示す斜視図である。同図に示すようにウェーハ研磨装
置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド
１４とで構成されている。

【００１６】研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下
面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２
は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動する
ことにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面に
は研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッ
ド２０上に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤
が供給される。

【００１７】ウェーハ保持ヘッド１４は、 図２に示すよ
うに、主としてヘッド本体２２、キャリア２４、キャリ
ア押圧手段２６、リテーナーリング２８、 リテーナーリ
ング押圧手段３０で構成されている。

【００１８】ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その
上面中央には回転軸３２が連結されている。ヘッド本体
２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータ
に駆動されて回転する。

【００１９】キャリア２４は円盤状に形成され、ヘッド
本体２２の下部中央に配置されている。キャリア２４の
上面中央部には円筒状の凹部３４が形成されている。凹
部３４にはヘッド本体２２の軸部３６がピン３８を介し
て嵌着されている。 キャリア２４は、このピン３８を介
してヘッド本体２２から回転が伝達される。

【００２０】また、キャリア２４の上面周縁部にはキャ
リア押圧部材４０が設けられている。キャリア２４は、
このキャリア押圧部材４０を介してキャリア押圧手段２
６から押圧力が伝達される。

【００２１】また、キャリア２４の下面には、エアの吸
引・吹出溝４２が形成されている。この吸引・吹出溝４
２には、キャリア２４の内部に形成されたエア流路４４
が連通されている。エア流路４４には図示しないエア配
管を介して吸気ポンプと給気ポンプが接続されている。
吸引・吹出溝４２からのエアの吸引と吹出は、この吸気
ポンプと給気ポンプとを切り替えることにより行われ
る。

【００２２】キャリア押圧手段２６は、 ヘッド本体２２
の下面外周部に配置され、 キャリア押圧部材４０に押圧
力を与えることにより、これに結合されたキャリア２４
に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段２６は、 好
ましくはエアの吸排気により膨張収縮するゴムシート製
のエアバッグ４６で構成される。エアバッグ４６にはエ
アを供給するための空気供給機構４８が連結され、この
空気供給機構４８には、図示しないポンプから圧送され
るエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備
される。

【００２３】リテーナーリング２８は、リング状に形成
され、キャリア２４の外周に配置される。このリテーナ
ーリング２８は、ウェーハ保持ヘッド１４に設けられた
ホルダ（リテーナーリングホルダ）５０に取り付けら
れ、その内周部には保護シート５２が張設される。

【００２４】リテーナーリングホルダ５０はリング状に
形成され、図２及び図３に示すように、その下面には環
状の凹部５４が形成されている。一方、リテーナーリン
グ２８の上面には、この凹部５４に嵌合する凸部５６が
形成されており、この凸部５６をリテーナーリングホル
ダ５０の凹部５４に嵌合させることにより、リテーナー
リング２８がリテーナーリングホルダ５０に装着され
る。

【００２５】保護シート５２は、円形状に形成され、複
数の孔５２Ａが開けられている。この保護シート５２
は、周縁部がリテーナーリング２８とリテーナーリング
ホルダ５０との間で挟持されることにより、リテーナー
リング２８の内側に張設される。すなわち、保護シート
５２は、薄い円盤状に形成されており、リテーナーリン
グ２８の取り付け時に、その周縁部をリテーナーリング
２８の凸部５６とリテーナーリングホルダ５０の凹部５
４との間に挟み込むことにより、リテーナーリング２８
の内側に張設される。このように張設することにより、
保護シート５２は取り付けと同時に外周方向に引っ張ら
れ、全面に皺なく均一に張設される。

【００２６】すなわち、リテーナーリング２８は、その
凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌
合させた後、ボルト（ボルト部材）５８、５８、…とイ
ンサート８０、８０、…とを、それぞれリテーナーリン
グホルダ５０とリテーナーリング２８とに貫挿する。し
かる後、ボルト５８、５８、…とインサート８０、８
０、…とを螺合することにより、リテーナーリング２８
はリテーナーリングホルダ５０に固定される。

【００２７】このため、リテーナーリング２８には、一
定の間隔で貫通孔６０、６０、…が形成され、リテーナ
ーリングホルダ５０には一定の間隔で貫通孔６２、６
２、…が形成されている。貫通孔６０および貫通孔６２
は、いずれも２種以上の内径で形成されており、それぞ
れ段差部（座ぐり部）を有する。

【００２８】なお、本実施の形態においては、ボルト５
８、５８、…をリテーナーリングホルダ５０に貫挿し、
インサート８０、８０、…をリテーナーリング２８に貫
挿したが、この逆の組み合わせも採用できる。すなわ
ち、ボルト５８、５８、…をリテーナーリング２８に貫
挿し、インサート８０、８０、…をリテーナーリングホ
ルダ５０に貫挿する構成も採り得る。

【００２９】インサート８０は、図４に示されるよう
に、円筒状部材の内面にめねじ加工がなされた軸部８０
Ａと、軸部８０Ａの一端に設けられ軸部の外径より大な
る外径を有する頭部８０Ｂとより構成される。このよう
に軸部８０Ａと頭部８０Ｂとより構成されることによ
り、頭部８０Ｂが貫通孔６０の段差部（座ぐり部）に係
止する。同様に、ボルト５８の頭部は貫通孔６２の段差
部（座ぐり部）に係止する。

【００３０】インサート８０は金属製部材の表面に樹脂
コートが施された部材であることが好ましい。すなわ
ち、インサート８０の表面が樹脂であれば、貫通孔６０
への貫挿が容易になる。同時に、インサート８０の内部
が金属製部材であっても、スラリー中へ金属イオンが溶
出することを防止できるとともに、金属製部材が錆びる
こともない。樹脂コートの材質としては、耐水性、耐酸
性、耐アルカリ性のものが好ましく、たとえば、四フッ
化エチレン樹脂が使用できる。

【００３１】インサート８０と、ホルダ（リテーナーリ
ングホルダ）５０又はリテーナーリング２８との間に
は、インサート８０の回り止め手段が施されていること
が好ましい。このようにインサート８０の回り止め手段
が施されていれば、ボルト５８を操作することのみで螺
合操作ができ、操作が容易になる。

【００３２】インサート８０の回り止め手段としては、
たとえば、図４（ａ）に示されるように、インサート８
０の頭部８０Ｂの対向する２側面を直線状に形成し、同
時に、貫通孔６０の段差部（座ぐり部）も頭部８０Ｂと
略同様の形状とする。

【００３３】また、図４（ｂ）に示されるように、イン
サート８０の頭部８０Ｂの中心軸を軸部８０Ａの中心軸
に対し偏心した位置に設け、同時に、貫通孔６０の段差
部（座ぐり部）も頭部８０Ｂと略同様に貫通孔６０に対
し偏心した位置に設ける構成であってもよい。

【００３４】リテーナーリング２８に形成された凸部５
６と、リテーナーリングホルダ５０に形成された凹部５
４は、それぞれ内周側の壁面５４Ａ、５６Ａがテーパ状
に形成されている（図３参照）。これにより嵌合作業が
容易にできるようにされており、また、保護シート５２
は外周方向に引っ張られ、全面に皺なく均一に張設され
る。

【００３５】図２に示されるように、保護シート５２が
張設されたキャリア２４の下部には、キャリア２４と保
護シート５２との間にエア室７４が形成される。ウェー
ハＷは、このエア室７４を介してキャリア２４に押圧さ
れる。このエア室７４は、キャリア２４の吸引・吹出溝
４２からエアを吹出すことにより内圧が高められる。ま
た、保護シート５２に形成された孔５２Ａは、ウェーハ
Ｗを保持して搬送する際には吸着用の孔として作用し、
研磨時には、 エアの噴き出し用の孔として作用する。

【００３６】リテーナーリングホルダ５０は、リング状
に形成された取付部材６４にスナップリング６６を介し
て取り付けられている。スナップリング６６は、リング
状に形成され、その内周部には図３に示されるように溝
６６Ａが形成されている。このスナップリング６６には
切割りが形成されており、これにより拡縮可能に形成さ
れている。リテーナーリングホルダ５０と取付部材６４
は、その上端部外周と下端部外周に形成された外周フラ
ンジ部５０Ａ、６４Ａをスナップリング６６に形成され
た溝６６Ａに嵌合させることにより、互いに一体化され
て固定される。

【００３７】取付部材６４には、図２のリテーナーリン
グ押圧部材６８が連結されている。リテーナーリング２
８は、このリテーナーリング押圧部材６８を介してリテ
ーナーリング押圧手段３０からの押圧力が伝達される。

【００３８】リテーナーリング押圧手段３０は、ヘッド
本体２２の下面の中央部周縁に配置され、 リテーナーリ
ング押圧部材６８に押圧力を与えることにより、 これに
結合しているリテーナリング２８を研磨パッド２０に押
し付ける。 このリテーナーリング押圧手段３０も、好ま
しくはキャリア押圧手段２６と同様にゴムシート製のエ
アバッグ７０で構成される。エアバッグ７０にはエアを
供給するための空気供給機構７２が連結され、この空気
供給機構７２には、図示しないポンプから圧送されるエ
アの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備され
る。

【００３９】前記のように構成されたウェーハ研磨装置
１０のウェーハ研磨方法は次のとおりである。

【００４０】まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１
４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、キ
ャリア２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２を用い
ウェーハＷを吸引保持する。この吸引のため、保護シー
ト５２には複数の孔５２Ａが形成されている（図３参
照）。この孔５２Ａを介してウェーハＷを吸引保持す
る。

【００４１】次に、図示しないポンプからエアバッグ４
６、７０にエアを供給する。これと同時にキャリア２４
の吸引・吹出溝４２からエア室７４にエアを供給する。
これにより、エア室７４の内圧が高くなるとともにエア
バッグ４６、７０が膨らみ、ウェーハＷとリテーナーリ
ング２８が所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けられ
る。この状態で研磨定盤１２を図１Ａ方向に回転させる
とともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１Ｂ方向に回転
させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示
しないノズルからスラリーを供給する。これにより、ウ
ェーハＷの下面が研磨パッド２０に研磨される。

【００４２】なお、保護シート５２には複数の孔５２Ａ
が形成されているため（図３参照）、エア室７４に供給
されたエアは、この孔５２Ａから保護シート５２とウェ
ーハＷとの間に吹き出される。この吹き出されたエア
は、キャリア２４と保護シート５２との間に薄いエア層
を形成し、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する。し
たがって、保護シート５２の厚さムラがウェーハＷの加
工精度には影響されない。

【００４３】また、保護シート５２には吸着用に複数の
孔５２Ａが形成されているが、キャリア２４と保護シー
ト５２との間の薄いエア層の圧力と、保護シート５２が
ウェーハＷを押圧している圧力は同じなので、保護シー
ト５２とウェーハＷとの間にはエアの流れがほとんどな
く、またエアの流れがあったとしても、エア量は非常に
少ないので、スラリーの凝集が起らない。

【００４４】次に、保護シート５２の張設方法について
説明する。

【００４５】まず、図５（ａ）に示すように、リテーナ
ーリング２８とリテーナーリングホルダ５０とを分離す
る。そして、その分離されたリテーナーリング２８とリ
テーナーリングホルダ５０との間に保護シート５２を配
置する。

【００４６】次に、図５（ｂ）に示すように、リテーナ
ーリング２８に形成された凸部５６をリテーナーリング
ホルダ５０に形成された凹部５４に嵌め込む。これによ
り、保護シート５２は、その周縁部がリテーナーリング
２８とリテーナーリングホルダ５０との間に挟持され
て、リテーナーリング２８の内側に張設される。この
際、保護シート５２は外周方向に引っ張られながら挟持
されるため、全面に皺なく均一に張設される。

【００４７】最後にリテーナーリング２８をリテーナー
リングホルダ５０にボルト５８、５８、…及びインサー
ト８０、８０、…で固定することにより、張設作業が終
了する。

【００４８】このように、本実施の形態のウェーハ研磨
装置１０によれば、簡単に保護シート５２をリテーナー
リング２８の内側に皺なく張設することができる。すな
わち、ボルト５８とインサート８０とを組み合わせたこ
とにより、樹脂製のリテーナーリングを使用した場合で
あっても、リテーナーリングホルダ５０（ホルダ）とリ
テーナーリング２８との固定が強固に行え、保護シート
の固定が十分となる。また、ボルト部材の緩みも生じな
い。

【００４９】また、本実施の形態のウェーハ研磨装置１
０では、リテーナーリング２８の上面に凸部５６が形成
されるため、リテーナーリングの強度、耐久性を向上さ
せることができる。

【００５０】以上に説明した構成は、本発明の実施例で
あるが、本発明の構成はこれらに限定されるものではな
く、各種の構成が採り得る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
保護シートの周縁部をリテーナーリングの嵌合部とホル
ダの被嵌合部との間で挟持することにより、簡単に保護
シートをムラなく張設することができる。

【００５２】また、ボルトとインサートとを組み合わせ
てホルダとリテーナーリングとを固定し、かつ、リテー
ナーリングの嵌合部を凸状に形成することにより、リテ
ーナーリング自体の強度、耐久性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウェーハ研磨装置の全体構造を示す斜視図

【図２】ウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図

【図３】保護シートの挟持部の構成を示す断面図

【図４】インサートの構成を示す断面図及び側面図

【図５】リテーナーリングの取付方法の説明図

【図６】従来のウェーハ保持ヘッドの要部の構成を示す
正面図

【符号の説明】

１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ウェ
ーハ保持ヘッド、２０…研磨パッド、２２…ヘッド本
体、２４…キャリア、２６…キャリア押圧手段、２８…
リテーナーリング、３０…リテーナーリング押圧手段、
４０…キャリア押圧部材、４４…エア流路、４８…空気
供給機構、５０…リテーナーリングホルダ（ホルダ）、
５２…保護シート、５２Ａ…孔、５４…凹部、５４Ａ…
壁面、５６…凸部、５６Ａ…壁面、５８…ボルト、６
０、６２…貫通孔、６４Ａ…外周フランジ部、６６Ａ…
溝、６８…リテーナーリング押圧部材、７２…空気供給
機構、７４…エア室、８０…インサート

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハ保持ヘッドに設けられたホルダ
   にリテーナーリングを取り付けるとともに、該リテーナ
   ーリングの内側に保護シートを張設し、該保護シートを
   介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェ
   ーハ研磨装置において、 前記ホルダとリテーナーリングのそれぞれに設けられた
   貫通孔のいずれか一方の貫通孔にめねじ部を有するイン
   サートが貫通されるとともに、他方の貫通孔におねじ部
   を有するボルト部材が貫通され、該インサートとボルト
   部材とが螺合されることによりホルダとリテーナーリン
   グとが取り付けられることを特徴とするウェーハ研磨装
   置。
2. 【請求項２】 前記インサートは金属製部材の表面に樹
   脂コートが施された部材である請求項１に記載のウェー
   ハ研磨装置。
3. 【請求項３】 前記インサートと、前記ホルダ又はリテ
   ーナーリングとの間には、インサートの回り止め手段が
   施されている請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装
   置。
4. 【請求項４】 前記インサートは円筒状部材の内面にめ
   ねじ加工がなされた軸部と、該軸部の一端に設けられ軸
   部の外径より大なる外径を有する頭部とよりなる請求項
   １、２又は３に記載のウェーハ研磨装置。
5. 【請求項５】 前記頭部の中心軸は、前記軸部の中心軸
   に対し偏心した位置に設けられている請求項４に記載の
   ウェーハ研磨装置。