JP2005011999A - Workpiece holding head and polishing apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置に係り、特に、化学的機械研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing )によってウェーハ等を研磨するのに好適なワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置に関する。
【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研磨剤スラリー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】
このような従来の基板研磨装置として、各種の工夫をこらした提案がなされている(たとえば、特許文献1参照。)。図5は、従来のウェーハ保持ヘッドの要部の構成を示す正面図である。同図において、各種の材質よりなる保護シート1は、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。
【0004】
このリテーナーリング4により研磨パッド20を押圧し、ウェーハWの端部(エッジ部)にかかる衝撃を軽減し、エッジ部の面ダレを生じないようにエッジ部の研磨量を制御している。すなわち、リテーナーリング4を研磨パッド20に押しつける圧力は、ウェーハWのエッジ部の形状に大きく影響する。このリテーナーリング4は、通常は下面がフラットになるように製作されていた。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−317819号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リテーナーリング4の下面をフラットにした場合、リテーナーリング4と研磨パッド20との間の摺動による発熱により、リテーナーリング4に熱変形を生じたり、リテーナーリング4の下面の微妙な寸法誤差等により、リテーナーリング4の研磨パッド20を押圧する圧力分布の形態が大きく変化し、リテーナーリング4の内周部分が強く押圧されたり、外周部分が強く押圧されたりする。これらの現象により、ウェーハWのエッジ部の形状が大きくばらつき、研磨後のウェーハWの品質を大幅に悪化させることとなる。
【0007】
また、ウェーハWの品質がばらついたり、加工中にウェーハWがリテーナーリング4の下にもぐりこむといった誤動作を生じたりするトラブルが散見されている。
【0008】
このように、リテーナーリング4の下面の水平に対する傾きは、ウェーハWのエッジ部やリテーナーリング4自体の圧力分布に影響を与え、ウェーハWの品質(特にエッジ部の形状)に支配的な要素となる。このため、リテーナーリング4の品質管理はシビアであり、装置整備上での大きな負担となっていた。
【0009】
また、一旦リテーナーリング4の下面の形状を最適な状態にセットできても、リテーナーリング4の磨耗によりこの状態が長時間維持できないという問題も生じている。
【0010】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、リテーナーリングと研磨パッドとの接触形態を安定化させて、ウェーハのエッジ部の品質(平坦性)が保て、ウェーハエッジ部の過剰磨耗が防げ、かつ、リテーナーリングを最適形状に維持できる基板研磨装置を提供することを目的とする。
【0011】
【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、ワークを保持するとともに前記ワークの表面を研磨パッドに押し付けるキャリアと、前記キャリアの外周に配置されて前記ワークの周囲を包囲するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、前記リング状部材の下面が水平面に対して傾いていることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。
【0012】
また、本発明は、ワークを保持するとともに前記ワークの表面を研磨パッドに押し付けるキャリアと、前記キャリアの外周に配置されて前記ワークの周囲を包囲するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、前記リング状部材には該リング状部材の下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置を提供する。
【0013】
また、本発明は、ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、前記リング状部材には該リング状部材の下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置を提供する。
【0014】
本発明によれば、リング状部材、すなわちリテーナリングの下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられているか、リテーナリングの下面が水平面に対して傾いている。これにより、ウェーハエッジ部等の品質が保て、かつ、リング状部材(リテーナーリング)を最適形状に維持できる。
【0015】
本発明において、前記傾き調整手段により前記リング状部材下面の内周側が外周側より下方に位置するように調整可能となっていることが好ましい。また、本発明において、前記傾き調整手段により前記リング状部材下面の外周側が内周側より下方に位置するように調整可能となっていることが好ましい。このように、傾き調整手段によってリング状部材(リテーナーリング)下面の内周側と外周側とに積極的に傾斜をつけることができれば、加工中の磨耗等により多少のばらつきを生じても、装置整備上及び品質管理上で負担が軽減できるからである。
【0016】
また、本発明において、前記リング状部材は、リング状部材本体と、該リング状部材本体の下側に固定されるとともに下面が前記研磨パッドに当接される下リングとより構成され、前記リング状部材本体と前記下リングとの間隔が前記傾き調整手段により可変となっていることが好ましい。このような構成のリング状部材(リテーナーリング)とし、かつ、このような構成の傾き調整手段が採用されれば、本発明の目的とする効果が好適に得られるからである。
【0017】
また、本発明において、前記傾き調整手段は、前記リング状部材本体と前記下リングとを連結するねじ機構よりなることが好ましい。また、本発明において、前記傾き調整手段が円周方向に複数配されていることが好ましい。このような構成であれば、リング状部材(リテーナーリング)の下面の水平面に対する傾きの微妙なコントロールが可能であり、本発明の目的達成がより確実にできるからである。
【0018】
また、本発明において、前記下リングが前記リング状部材本体に対して着脱可能となっていることが好ましい。このように、リング状部材の下リングが容易に着脱可能となっていれば、交換作業等の負担が大幅に軽減できるからである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【0020】
図1は、研磨装置10の全体構成を示す斜視図である。同図に示されるように研磨装置10は、主として研磨定盤12と保持ヘッド(ワーク保持ヘッド)14とで構成されている。
【0021】
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研磨剤スラリーが供給される。
【0022】
ワーク保持ヘッド14は、 図2に示されるように、主として保持ヘッドの本体(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(下リングに相当)、 リテーナーリング押圧手段30、保護シート52、エア制御手段等で構成されている。
【0023】
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。
【0024】
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には、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。
【0025】
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26から押圧力が伝達される。
【0026】
また、キャリア24の下面には、保護シート52にエアを噴射するエア供給経路であるエアの吸引・吹出溝42が形成されている。この吸引・吹出溝42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。
【0027】
上記のエアの吸引・吹出溝42、エア流路44、エア配管、吸気ポンプ、給気ポンプ、および、吸気ポンプと給気ポンプとの切り替え手段、等でエア制御手段が構成される。
【0028】
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。
【0029】
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、ワーク保持ヘッド14に設けられたリング状部材本体であるホルダ(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。
【0030】
リング状部材本体である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に示されるように、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。
【0031】
リテーナーリングホルダ50の材質としては、各種金属材料が使用できる。特に研磨剤に対する耐食性、防錆効果等の点より、ステンレス鋼、アルマイト処理したアルミニウム等が好ましく使用できる。
【0032】
リテーナーリング28の材質としては、研磨パッド20により磨耗することを考慮した場合、所定以上の耐磨耗性があり、かつ研磨剤に混入しても不具合を生じさせない材料が好ましく、四フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料としては、PET、ポリエチレン、ポリプロピレン、PFA、PTFE等が、ポリイミド系樹脂等の樹脂材料としては、PEEK、ベスペル(商品名)等が使用できる。これらのうち、特にPEEKが好ましく使用できる。
【0033】
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54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。
【0034】
保護シート52には、後述するボルト58、58、…が貫通するための複数の孔(図示略)が開けられている。同様に、保護シート52には、後述する調整ボルト(雄ねじ部材)84、84、…が貫通するための複数の孔(図示略)が開けられている。
【0035】
キャリア24の吸引・吹出溝42により噴出されるエアは、キャリア押圧手段26により付与された押圧力により、キャリア24と保護シート52との間にエア層を形成し、いわゆる静圧軸受の原理(エアーベアリングの原理)により、保護シート52を介してウェーハWを研磨パッド20に押し付ける。
【0036】
保護シート52は、キャリア24の吸引・吹出溝42によるエア層で形成されたエア動圧分布をウェーハWに伝達するのに十分な可撓性がある弾性部材であり、かつ、ウェーハWを傷つけず、汚染しない材料であることが求められる。
【0037】
また、リテーナーリング28が磨耗した際にも、これに追随して撓み量が変化できるだけの可撓性があり、かつ、研磨時にウェーハWと接触し摩擦することに対する充分な強度が求められる。
【0038】
保護シート52の強度が不足すると、保護シート52が破損したり、保護シート52に皺が生じ、正常な研磨作業が困難となる。一方、保護シート52の強度が大きすぎると、可撓性が不足し、リテーナーリング28が磨耗した際に、これに追随できなくなる。その結果、リテーナーリング28の交換頻度が増える。
【0039】
ところで、ウェーハWには、ノッチタイプとオリフラタイプとの2種類がある。オリフラタイプの場合、オリフラ部の影響を少なくするには、保護シート52の硬度は高いことが好ましい。
【0040】
一方、ノッチタイプの場合、研磨時にウェーハWとの摩擦に耐え得る充分な強度がある限りにおいて、保護シート52の硬度は低いことが好ましい。すなわち、保護シート52の可撓性が大きければ、保護シート52のリテーナーリング28への取り付け位置をウェーハWの上面より充分高くできる。これにより、リテーナーリング28の磨耗量が大きくても使用可能となり、リテーナーリング28の交換頻度を減らせる。
【0041】
保護シート52の強度を最適にするためには、以下のように処置する必要がある。保護シート52の硬度を一定とした場合、ウェーハWの押圧力が高い状態の際には、保護シート52の厚さを大きくして、保護シート52の破損、保護シート52の皺発生に対処し、ウェーハWの押圧力が低い状態の際には、保護シート52の厚さを小さくして、リテーナーリング28が磨耗に追随できるようにする。
【0042】
一方、保護シート52の厚さを一定とした場合、ウェーハWの押圧力が高い状態の際には、保護シート52の硬度を高くして、保護シート52の破損、保護シート52の皺発生に対処し、ウェーハWの押圧力が低い状態の際には、保護シート52の硬度を低くして、リテーナーリング28が磨耗に追随できるようにする。
【0043】
保護シート52と研磨パッド20との関係で考えると、研磨パッド20が柔らかく、ウェーハWの押圧力が高い場合には、保護シート52の硬度を低くし、保護シート52の厚さを大きくすべきである。ただし、この場合でも、オリフラタイプの場合には、保護シート52の硬度を高くし、保護シート52の厚さを小さくして弾力性を確保すべきである。
【0044】
一方、研磨パッド20が硬く、ウェーハWの押圧力が低い場合には、保護シート52の硬度を低くし、保護シート52の厚さを小さくすべきである。これにより、ウェーハWの外周部まで押圧でき、保護シート52の張りむらも少なく、ウェーハWのエッジに加わる衝撃力も少ない。ただし、この場合でも、オリフラタイプの場合には、オリフラ部の影響が出にくい硬度の高い保護シート52を使用すべきである。
【0045】
このように対処するためには、保護シート52の硬度を適正な範囲とする必要がある。保護シート52の硬度が高過ぎると、ウェーハWの裏面に傷をつける可能性が高くなり、保護シートとしての機能を発揮できない。一方、保護シート52の硬度が低すぎると、保護シート52に皺を生じ、研磨量が部分的にバラツキ、正常な研磨作業が困難となる。
【0046】
保護シート52の厚さは、 0.1〜2mmであることが好ましい。保護シート52の厚さが2mm超では、ウェーハWの外周部付近において、保護シート52の曲率半径が大きくなり、ウェーハWの外周部を適正な押圧力で研磨できず、正常な研磨作業が困難となる。
【0047】
一方、保護シート52の厚さが0.1mm未満では、保護シート52の強度を維持するために、保護シート52のJIS−A硬度を高くせざるを得ず、その結果、 ウェーハWの裏面に傷をつける可能性が高くなり、保護シートとしての機能を発揮できない。
【0048】
特に、ゴム系の材料では、強度が低いため、厚さを大きくして強度を維持することになるが、保護シート52の厚さが2mm超では、保護シート52の曲率半径が大きくなるとともに曲率中心も外側へ移動する。そのため、ウェーハWの外周部を適正な押圧力で研磨できず、正常な研磨作業が困難となる。
【0049】
またポリイミド系の材料では、保護シート52の厚さが0.1mm未満でも一応研磨作業はできるが、保護シート52のわずかな傷でも裂けやすく、好ましくない。
【0050】
通常、ウェーハWの押圧力は20〜70kPaの範囲が採用されている。たとえば、外形が300mmのウェーハWを70kPaの押圧力で研磨する場合、JIS−A硬度が90で厚さが1mmの保護シート52を使用できる。
【0051】
保護シート52の材質としては、ゴム系の材料としては、クロロプレンゴムやニトリルゴム等が、四フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料としては、PET、ポリエチレン、ポリプロピレン、PFA、PTFE等が、ポリイミド系樹脂等の樹脂材料としては、PEEK、ベスペル(商品名)等が使用できる。
【0052】
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58、58、…でねじ止めすることにより、リテーナーリングホルダ50に固定される。このため、リテーナーリング28には、一定の間隔でねじ穴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穴62、62、…が形成されている。
【0053】
また、リテーナーリング28に形成された凸部56と、リテーナーリングホルダ50に形成された凹部54は、それぞれ内周側の壁面54A、56Aがテーパ状に形成されており(テーパ部分を有し)、これにより嵌合作業が容易にできるようにされている。
【0054】
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との間にエア層が形成される。ウェーハWは、このエア溜り部74を介してキャリア24に押圧される。このエア溜り部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。
【0055】
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。
【0056】
また、リテーナーリングホルダ50の内周部には内周フランジ部50Bが形成されており、この内周フランジ部50Bにキャリア24の外周部に形成されたフランジ部24Aが緩挿されている。これにより、キャリア24と保護シート52との間にエア層が形成される。
【0057】
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28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。
【0058】
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。
【0059】
次に、本発明の特徴部分である傾き調整手段80について説明する。既述の図3及び図4に示されるように、傾き調整手段80は、リテーナ(リング状部材本体であるリテーナーリングホルダ50と下リングであるリテーナリング28)に設けられており、リテーナーリングホルダ50に設けられるねじ孔82と、ねじ孔82に螺合する調整ボルト84と、リテーナリング28の上面に面一になるように嵌め込まれ、調整ボルト84の先端に当接する当て板86と、より構成される。なお、図4は、傾き調整手段80の平面配置を示す要部平面図である。
【0060】
図3及び図4に示されるように、傾き調整手段80は、リテーナーリングホルダ50とリテーナリング28とを固定するボルト58の内周側に設けられている。図3の状態で、調整ボルト84をねじ孔82にねじ込むと、調整ボルト84の先端が当て板86を介してリテーナリング28の上面を押圧することとなる。これにより、リテーナリング28下面の内周側が外周側より下方に位置するようにリテーナリング28が弾性変形する。このリテーナリング28下面の内周側端縁と外周側端縁との高低差は、たとえば0.1mmとすることができる。
【0061】
なお、当て板86がリテーナリング28の上面に嵌め込まれている理由は、リテーナリング28が縦弾性係数の低い材質で形成されているのが一般的であることより(たとえば、PEEK等)、調整ボルト84の先端が当接する部分の局所変形を避けるためである。当て板86には、たとえばステンレス鋼が好ましく使用できる。
【0062】
以上の構成が効果を発揮できるためには、図4に示されるように、傾き調整手段80が円周方向に等間隔で配されていることが好ましい。そして、各傾き調整手段80において、調整ボルト84の締め込み量が均一になるように調整することが好ましい。なお、傾き調整手段80配設箇所は、図4に示されるように、ボルト58と1対1対応とせずともよく、ボルト58よりも密に配する構成であってもよい。
【0063】
以上に説明した傾き調整手段80とは異なり、図4に想像線で示されるように、傾き調整手段81が、リテーナーリングホルダ50とリテーナリング28とを固定するボルト58の外周側に設けられている構成をも採用できる。この場合には、調整ボルト84の先端が当て板86を介してリテーナリング28の上面を押圧し、これにより、リテーナリング28下面の外周側が内周側より下方に位置するようにリテーナリング28が弾性変形する。このリテーナリング28下面の内周側端縁と外周側端縁との高低差は、たとえば0.1mmとすることができる。以上のような傾き調整手段80(又は傾き調整手段81)を採用して加工を連続して長時間行った場合、リテーナリング28の下面が磨耗して水平な状態となることもある。その場合には、更に調整ボルト84を締め込み、リテーナリング28を好ましい形状に弾性変形させればよい。
【0064】
前記のごとく構成された研磨装置10のウェーハ研磨方法は次のとおりである。
【0065】
まず、ウェーハWをワーク保持ヘッド14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。
【0066】
次に、図示しないポンプからエアバック46、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からエアを吹出する。これにより、エア溜り部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、ワーク保持ヘッド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により研磨される。
【0067】
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)、エア溜り部74に供給されたエアは、この孔52Aから保護シート52を介してウェーハWの裏面を押圧する。エア層の中に存在する保護シート52とウェーハWの裏面との間には、直接の押圧力は働かない。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を与えない。
【0068】
また、保護シート52には吸着用に複数の孔52Aが形成されているため、保護シート52とウェーハWの裏面との間には薄いエア層ができるが、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。
【0069】
このように、本実施の形態の研磨装置10によれば、リテーナリングの下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられていることにより、ウェーハエッジ部等の品質が保て、かつ、リテーナーリングを最適形状に維持できる。
【0070】
また、本実施の形態の研磨装置10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。
【0071】
なお、本実施の形態では、保護シート52を挟持したリテーナーリング28とリテーナーリングホルダ50とをボルト58で固定しているが、接着剤で接着して固定してもよい。
【0072】
以上、本発明に係る基板研磨装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【0073】
たとえば、実施形態の例では、キャリア24を保護シート52の上方に配し、エアの圧力を使用してウェーハWを押圧する構成としたが、キャリア24を保護シート52に物理的に接触させてウェーハWを押圧する構成とすることもできる。
【0074】
また、実施形態の例では、傾き調整手段80がねじ孔82(雌ねじ)と調整ボルト84(雄ねじ)との組み合わせ等で構成されているが、これ以外のねじ機構、たとえば、差動ねじを採用することもできる。
【0075】
また、リテーナーリング28に保護シート52を接着剤で接着して固定したものを多数準備しておき、これをワンタッチでリテーナーリングホルダ50に取り付ける構成を採用してもよい。この場合、リテーナーリング28とリテーナーリングホルダ50との間には円周方向のスラスト力が加わるが、上下方向に引き離す力は殆ど働かないことより、リテーナーリング28とリテーナーリングホルダ50との間に円周方向のスラスト力が伝達できる構造を採用し、上下方向の固定を簡単なピン部材等で行う構成が採用できる。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リング状部材、すなわちリテーナリングの下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられているか、リテーナリングの下面が水平面に対して傾いている。これにより、ウェーハエッジ部等の品質が保て、かつ、リング状部材(リテーナーリング)を最適形状に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図2】ワーク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】傾き調整手段の平面配置を示す要部平面図
【図5】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…研磨装置、12…研磨定盤、14…ワーク保持ヘッド、20…研磨パッド、24…キャリア、28…リテーナーリング(下リング)、42…吸引・吹出溝、44…エア流路、46…エアバッグ、48…空気供給機構、50…リテーナーリングホルダ(リング状部材本体)、52…保護シート、72…空気供給機構、74…エア溜り部、80…傾き調整手段、82…ねじ孔(雌ねじ部材)、84…調整ボルト(雄ねじ部材)、86…当て板、W…ウェーハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a work holding head and a polishing apparatus having the work holding head, and in particular, a work holding head suitable for polishing a wafer or the like by a chemical mechanical polishing (CMP) method and the work holding head. The present invention relates to a polishing apparatus having
[0002]
[Prior art]
Polishing of a wafer by CMP is performed by pressing the wafer against a rotating polishing pad with a predetermined pressure while rotating the wafer, and supplying an abrasive slurry between the polishing pad and the wafer. At this time, the wafer is surrounded by a retainer ring, and the back side is held by the carrier and pressed against the polishing pad.
[0003]
As such a conventional substrate polishing apparatus, various proposals have been made (for example, see Patent Document 1). FIG. 5 is a front view showing a configuration of a main part of a conventional wafer holding head. In the figure, a protective sheet 1 made of various materials is attached to a
[0004]
The retainer ring 4 presses the
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-317819 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the lower surface of the retainer ring 4 is made flat, heat is generated by the sliding between the retainer ring 4 and the
[0007]
In addition, there are some troubles in which the quality of the wafer W varies and a malfunction occurs such that the wafer W gets under the retainer ring 4 during processing.
[0008]
As described above, the inclination of the lower surface of the retainer ring 4 with respect to the horizontal affects the pressure distribution of the edge portion of the wafer W and the retainer ring 4 itself, and is a factor that is dominant in the quality of the wafer W (particularly the shape of the edge portion). Become. For this reason, the quality control of the retainer ring 4 is severe, which has been a heavy burden on equipment maintenance.
[0009]
Moreover, even if the shape of the lower surface of the retainer ring 4 can be set to an optimum state, there is a problem that this state cannot be maintained for a long time due to wear of the retainer ring 4.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances. The contact form between the retainer ring and the polishing pad is stabilized, the quality (flatness) of the edge portion of the wafer is maintained, and the excess of the wafer edge portion is achieved. An object of the present invention is to provide a substrate polishing apparatus capable of preventing wear and maintaining the retainer ring in an optimum shape.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a carrier that holds a workpiece and presses the surface of the workpiece against a polishing pad, and is disposed on the outer periphery of the carrier so as to surround the workpiece and to contact the polishing pad. A work holding head comprising: a ring-shaped member that is in contact with the ring-shaped member, wherein the lower surface of the ring-shaped member is inclined with respect to a horizontal plane.
[0012]
The present invention also provides a carrier that holds the workpiece and presses the surface of the workpiece against the polishing pad, and a ring-shaped member that is disposed on the outer periphery of the carrier and surrounds the periphery of the workpiece and is in contact with the polishing pad. A workpiece holding head, wherein the ring-shaped member is provided with an inclination adjusting means capable of adjusting an inclination of a lower surface of the ring-shaped member with respect to a horizontal plane, and the workpiece holding head. A polishing apparatus is provided.
[0013]
Further, the present invention provides a protective sheet made of an elastic material that presses the workpiece against the polishing pad, a ring-shaped member that holds the periphery of the protective sheet and contacts the polishing pad, and a portion corresponding to the region of the workpiece A workpiece holding head comprising a carrier that presses the protective sheet toward the workpiece, wherein the ring-shaped member is provided with an inclination adjusting means capable of adjusting an inclination of a lower surface of the ring-shaped member with respect to a horizontal plane. A work holding head and a polishing apparatus having the work holding head are provided.
[0014]
According to the present invention, there is provided an inclination adjusting means capable of adjusting the inclination of the lower surface of the ring-shaped member, that is, the retainer ring with respect to the horizontal plane, or the lower surface of the retainer ring is inclined with respect to the horizontal plane. Thereby, the quality of a wafer edge part etc. can be maintained and a ring-shaped member (retainer ring) can be maintained in an optimal shape.
[0015]
In the present invention, it is preferable that the inclination adjusting means can be adjusted so that the inner peripheral side of the lower surface of the ring-shaped member is positioned below the outer peripheral side. Moreover, in this invention, it is preferable that it can adjust so that the outer peripheral side of the said ring-shaped member lower surface may be located below an inner peripheral side with the said inclination adjustment means. In this way, if the inclination adjusting means can positively incline the inner peripheral side and the outer peripheral side of the lower surface of the ring-shaped member (retainer ring), even if some variation occurs due to wear during processing, etc. This is because the burden on maintenance and quality control can be reduced.
[0016]
In the present invention, the ring-shaped member includes a ring-shaped member main body, and a lower ring fixed to the lower side of the ring-shaped member main body and having a lower surface abutting against the polishing pad. It is preferable that the interval between the main member and the lower ring is variable by the tilt adjusting means. This is because if the ring-shaped member (retainer ring) having such a configuration is used and the inclination adjusting means having such a configuration is employed, the intended effect of the present invention can be suitably obtained.
[0017]
In the present invention, it is preferable that the tilt adjusting means is a screw mechanism that connects the ring-shaped member main body and the lower ring. In the present invention, it is preferable that a plurality of the tilt adjusting means are arranged in the circumferential direction. With such a configuration, it is possible to delicately control the inclination of the lower surface of the ring-shaped member (retainer ring) with respect to the horizontal plane, and the object of the present invention can be achieved more reliably.
[0018]
Moreover, in this invention, it is preferable that the said lower ring is detachable with respect to the said ring-shaped member main body. Thus, if the lower ring of the ring-shaped member can be easily attached and detached, the burden of replacement work and the like can be greatly reduced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a workpiece holding head and a polishing apparatus having the workpiece holding head according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the polishing
[0021]
The polishing
[0022]
As shown in FIG. 2, the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
Further, a
[0026]
An air suction /
[0027]
The air suction /
[0028]
The carrier pressing means 26 is disposed on the outer peripheral portion of the lower surface of the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
As the material of the
[0032]
The material of the
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The air ejected by the suction / blowing
[0036]
The
[0037]
Further, when the
[0038]
When the strength of the
[0039]
There are two types of wafers W, a notch type and an orientation flat type. In the case of the orientation flat type, the hardness of the
[0040]
On the other hand, in the case of the notch type, the hardness of the
[0041]
In order to optimize the strength of the
[0042]
On the other hand, when the thickness of the
[0043]
Considering the relationship between the
[0044]
On the other hand, when the
[0045]
In order to cope with this, the hardness of the
[0046]
The thickness of the
[0047]
On the other hand, if the thickness of the
[0048]
In particular, since the strength of rubber-based materials is low, the thickness is increased to maintain the strength. However, when the thickness of the
[0049]
In addition, with a polyimide-based material, the polishing operation can be performed even if the thickness of the
[0050]
Usually, the pressure of the wafer W is in the range of 20 to 70 kPa. For example, when a wafer W having an outer shape of 300 mm is polished with a pressing force of 70 kPa, a
[0051]
As a material of the
[0052]
The
[0053]
Further, the
[0054]
As shown in FIG. 2, an air layer is formed between the
[0055]
The
[0056]
An inner
[0057]
The retainer
[0058]
The retainer ring pressing means 30 is disposed on the peripheral edge of the central portion of the lower surface of the head
[0059]
Next, the inclination adjusting means 80 which is a characteristic part of the present invention will be described. As shown in FIGS. 3 and 4 described above, the inclination adjusting means 80 is provided in the retainer (the
[0060]
As shown in FIGS. 3 and 4, the inclination adjusting means 80 is provided on the inner peripheral side of the
[0061]
The reason why the abutting
[0062]
In order for the above configuration to be effective, it is preferable that the inclination adjusting means 80 be arranged at equal intervals in the circumferential direction as shown in FIG. And in each inclination adjustment means 80, it is preferable to adjust so that the tightening amount of the
[0063]
Unlike the inclination adjusting means 80 described above, an inclination adjusting means 81 is provided on the outer peripheral side of the
[0064]
The wafer polishing method of the polishing
[0065]
First, the wafer W is held by the
[0066]
Next, air is supplied to the
[0067]
Since the
[0068]
In addition, since the
[0069]
Thus, according to the polishing
[0070]
Further, in the polishing
[0071]
In this embodiment, the
[0072]
As mentioned above, although the example of embodiment of the substrate polishing apparatus which concerns on this invention was demonstrated, this invention is not limited to the example of the said embodiment, Various aspects can be taken.
[0073]
For example, in the example of the embodiment, the
[0074]
In the example of the embodiment, the tilt adjusting means 80 is configured by a combination of a screw hole 82 (female screw) and an adjustment bolt 84 (male screw), but other screw mechanisms such as a differential screw are employed. You can also
[0075]
Alternatively, a configuration may be adopted in which a large number of the
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ring-shaped member, that is, the tilt adjusting means that can adjust the tilt of the lower surface of the retainer ring with respect to the horizontal plane is provided, or the lower surface of the retainer ring is tilted with respect to the horizontal plane. Thereby, the quality of a wafer edge part etc. can be maintained and a ring-shaped member (retainer ring) can be maintained in an optimal shape.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a substrate polishing apparatus.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a work holding head.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a holding portion of a protective sheet
FIG. 4 is a main part plan view showing a planar arrangement of the tilt adjusting means.
FIG. 5 is a front view showing a configuration of a main part of a conventional wafer holding head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記キャリアの外周に配置されて前記ワークの周囲を包囲するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、
前記リング状部材の下面が水平面に対して傾いていることを特徴とするワーク保持ヘッド。A carrier that holds the workpiece and presses the surface of the workpiece against the polishing pad;
A workpiece holding head comprising: a ring-shaped member disposed on an outer periphery of the carrier and surrounding the workpiece and abutting against the polishing pad;
A work holding head, wherein a lower surface of the ring-shaped member is inclined with respect to a horizontal plane.
前記キャリアの外周に配置されて前記ワークの周囲を包囲するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、
前記リング状部材には該リング状部材の下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッド。A carrier that holds the workpiece and presses the surface of the workpiece against the polishing pad;
A workpiece holding head comprising: a ring-shaped member disposed on an outer periphery of the carrier and surrounding the workpiece and abutting against the polishing pad;
The workpiece holding head, wherein the ring-shaped member is provided with an inclination adjusting means capable of adjusting an inclination of a lower surface of the ring-shaped member with respect to a horizontal plane.
該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、
ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、
前記リング状部材には該リング状部材の下面の水平面に対する傾きを調整できる傾き調整手段が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッド。A protective sheet made of an elastic material that presses the workpiece against the polishing pad;
A ring-shaped member that holds the periphery of the protective sheet and is in contact with the polishing pad;
In a work holding head comprising a carrier that presses a protective sheet corresponding to a work area toward the work,
The workpiece holding head, wherein the ring-shaped member is provided with an inclination adjusting means capable of adjusting an inclination of a lower surface of the ring-shaped member with respect to a horizontal plane.
前記リング状部材本体と前記下リングとの間隔が前記傾き調整手段により可変となっている請求項2〜5のいずれか1項に記載のワーク保持ヘッド。The ring-shaped member is composed of a ring-shaped member main body, and a lower ring fixed to the lower side of the ring-shaped member main body and having a lower surface abutted against the polishing pad,
The work holding head according to any one of claims 2 to 5, wherein an interval between the ring-shaped member main body and the lower ring is variable by the inclination adjusting means.
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