JP2005088171A - Work holding head and polishing device having work holding head - Google Patents
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Abstract
Description
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。 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 chemical mechanical polishing (CMP) and the work holding head. The present invention relates to a polishing apparatus having
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。 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.
このようなCMPによるウェーハの研磨において、研磨の均一性が強く求められており、これに対処すべく、各種の工夫をこらした基板研磨装置の提案がなされている(たとえば、特許文献1〜3参照。)。 In such polishing of a wafer by CMP, uniformity of polishing is strongly demanded, and in order to cope with this, proposals have been made for a substrate polishing apparatus that has been devised in various ways (for example, Patent Documents 1 to 3). reference.).
このうち、特許文献1は、リテーナーリングの押付け圧を独立して制御できる調整機構を備え、これにより研磨状態を均一化するものである。特許文献2は、ガイドリングの押付け圧を、基板の押付け圧よりも小さくするように制御し、研磨レートを均一化するものである。特許文献3は、加圧流体による押圧で研磨状態を均一化し、周辺ダレ等のないウェーハを得ようとするものである。
ところで、このような基板研磨装置で加工されるウェーハには、オリフラやノッチが設けられているのが一般的である。このオリフラとは、オリエンテーションフラットとも称され、結晶方位や伝導型の判別及び位置合わせを容易にするため、インゴット及びウェーハの外周に設けられたフラットな面を指す。ノッチとは、結晶方向の判別及び整列を容易にするため、インゴット及びウェーハの外周に設けられた切り欠きを指す。 Incidentally, an orientation flat or a notch is generally provided on a wafer processed by such a substrate polishing apparatus. This orientation flat is also referred to as an orientation flat, and refers to a flat surface provided on the outer periphery of the ingot and the wafer in order to facilitate discrimination and alignment of crystal orientation and conductivity type. A notch refers to a notch provided on the outer periphery of an ingot and a wafer in order to facilitate discrimination and alignment of crystal directions.
しかしながら、上記従来の基板研磨装置により加工した場合でも、ウェーハのオリフラやノッチの部分での研磨状態がウェーハの他の部分と同様の状態とならないという問題点がある。 However, even when processed by the conventional substrate polishing apparatus, there is a problem in that the polishing state at the orientation flat or notch portion of the wafer does not become the same state as other portions of the wafer.
図9及び図10は、従来の基板研磨装置の例を示す概念図である。図9において、保護シート1が、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ている。保護シート1とキャリア2との間には圧縮エアが供給され、保護シート1がエアバッグとなってウェーハWを押圧し、ウェーハWを研磨パッド20に押し付け、研磨がなされる。図10は、保護シート1が設けられない構成の基板研磨装置であり、キャリア2が直接ウェーハWを押圧し、ウェーハWを研磨パッド20に押し付け、研磨がなされる。
9 and 10 are conceptual diagrams showing an example of a conventional substrate polishing apparatus. In FIG. 9, the protective sheet 1 is attached to the
図9の基板研磨装置の場合、同図の円内の拡大図に示されるように、ウェーハWのエッジ部において保護シート1が撓み、この部分の圧力分布がウェーハWの他の部分と異なることとなる。その際、オリフラやノッチが設けられている部分においては、研磨レートが局所的に異なってしまう。すなわち、図11に示されるように、オリフラの両側部O2、O2においては研磨レートが高くなり、オリフラの中央部O1においては研磨レートが低くなり、研磨状態不良となる。 In the case of the substrate polishing apparatus of FIG. 9, the protective sheet 1 is bent at the edge portion of the wafer W as shown in the enlarged view in the circle of FIG. It becomes. At that time, the polishing rate is locally different in the portion where the orientation flat or notch is provided. That is, as shown in FIG. 11, the polishing rate is high at both side portions O2 and O2 of the orientation flat, and the polishing rate is low at the central portion O1 of the orientation flat, resulting in poor polishing conditions.
一方、図10の基板研磨装置の場合、キャリア2の変形はないものの、類似の現象を生じる。すなわち、図12に示されるように、オリフラの中央部O1においては研磨レートが低くなり、研磨状態不良となる。
On the other hand, in the case of the substrate polishing apparatus of FIG. 10, although the
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワーク(ウェーハ等)にオリフラやノッチが設けられていても、加工時の圧力分布が均一となり、ワークの略全面において研磨レートを均一とでき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ことを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. Even when an orientation flat or notch is provided on a workpiece (wafer or the like), the pressure distribution during processing is uniform, and the polishing rate is uniform over substantially the entire surface of the workpiece. An object of the present invention is to provide a work holding head that can be used and a polishing apparatus having the work holding head.
請求項1に係る本発明は、前記目的を達成するために、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、前記保護シートの上面及び/又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。 In order to achieve the object, the present invention according to claim 1 is a protective sheet made of an elastic material that presses a workpiece against a polishing pad, and a ring shape that holds the periphery of the protective sheet and abuts against the polishing pad. In a work holding head comprising a member and a carrier that presses a portion of the protective sheet corresponding to the region of the workpiece toward the workpiece, the portion corresponding to the outer peripheral region of the upper surface and / or the lower surface of the protective sheet includes: Provided is a work holding head characterized in that an annular reinforcing member is provided.
本発明によれば、保護シートの上面及び/又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられているので、この部分の保護シートの剛性が増し、オリフラ部分やノッチ部分(以下、「オリフラ部分等」と略記する)での保護シートの撓みが抑制される。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 According to the present invention, since the annular reinforcing member is provided in the portion corresponding to the work outer peripheral region on the upper surface and / or the lower surface of the protective sheet, the rigidity of the protective sheet in this portion increases, and the orientation flat portion And the bending of the protective sheet at the notch portion (hereinafter abbreviated as “orientation flat portion etc.”) are suppressed. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
本発明において、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっていることが好ましい。キャリアと保護シートとが機械的に接触する構成であっても、本発明の効果は得られるが、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっていれば、本発明の効果がより好適に得られる。 In the present invention, it is preferable that a pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet. Even if the carrier and the protective sheet are in mechanical contact with each other, the effect of the present invention can be obtained, but if a pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet, The effects of the present invention can be obtained more suitably.
請求項3に係る本発明は、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、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、前記キャリア下面の外縁と前記保護シートとの間、又は、前記キャリアの外側面と前記リング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されていることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。
The present invention according to
本発明によれば、キャリア下面の外縁と保護シートとの間、又は、キャリアの外側面とリング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されているので、このオリフィスの効果により、保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 According to the present invention, an orifice is formed between the outer edge of the lower surface of the carrier and the protective sheet, or between the outer surface of the carrier and the inner surface of the ring-shaped member. The sheet does not bend greatly below the edge of the orientation flat portion or the like. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
なお、「オリフィス」とは、面積を減少した通路が、断面寸法に比べて比較的短い場合の流体の絞りで、圧力降下は流体粘度によってあまり影響されないものを指す。 The term “orifice” refers to a fluid restriction in which a passage with a reduced area is relatively short compared to the cross-sectional dimension, and the pressure drop is not significantly affected by the fluid viscosity.
このようなオリフィスを形成する具体的な構成としては、保護シートの張力(たとえば、リング状部材で保護シートの周縁を支持する張力)を通常よりも強くし、キャリア下面の外縁と保護シートとの間にオリフィスを形成する構成、キャリアの外側面とリング状部材の内側面との間のクリアランスを所定値以下とする構成、等が考えられる。 As a specific configuration for forming such an orifice, the tension of the protective sheet (for example, the tension that supports the periphery of the protective sheet with a ring-shaped member) is made stronger than usual, and the outer edge of the lower surface of the carrier and the protective sheet A configuration in which an orifice is formed between them, a configuration in which the clearance between the outer side surface of the carrier and the inner side surface of the ring-shaped member is set to a predetermined value or less are conceivable.
本発明において、前記保護シートのワーク外周の領域に該当する部分には、円周方向に沿って複数の貫通孔が設けられていることが好ましい。このような複数の貫通孔が設けられていれば、キャリアと保護シートとの間に供給される加圧された気体が、この貫通孔よりリークする。この貫通孔がオリフラ部分等においてワークに塞がれていない状態であれば、加圧された気体はこの貫通孔よりリークし、これにより保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 In this invention, it is preferable that the part applicable to the area | region of the workpiece | work outer periphery of the said protection sheet is provided with the several through-hole along the circumferential direction. If such a plurality of through holes are provided, the pressurized gas supplied between the carrier and the protective sheet leaks from the through holes. If the through hole is not blocked by the workpiece in the orientation flat part, etc., the pressurized gas leaks from the through hole, which causes the protective sheet to be greatly bent downward from the edge of the orientation flat part, etc. Disappears. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
請求項5に係る本発明は、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、前記キャリアに設けられた複数の貫通孔より、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、前記保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられているとともに、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置と前記キャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致していることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。 The present invention according to claim 5 corresponds to the region of the workpiece, 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 And a carrier for pressing a portion of the protective sheet against the work, and a pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet from a plurality of through holes provided in the carrier. In the part corresponding to the work area of the protective sheet, a plurality of through holes are provided, and the part corresponding to the work outer peripheral area is provided along the circumferential direction. Provided is a work holding head characterized in that positions of a plurality of through-holes and positions of a plurality of through-holes provided in the carrier substantially coincide with each other.
本発明によれば、キャリアに設けられた複数の貫通孔より、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給される。そして、保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられており、更に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置とキャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致している。したがって、キャリアと保護シートとの間に供給される加圧された気体が、この貫通孔よりリークして、保護シートとワークとの隙間を通ってワークの外周部より排出される。特に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている貫通孔は、キャリアに設けられた貫通孔の位置と同一箇所にあるので、ここより排出される気体の流量は多く、この部分の保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 According to the present invention, pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet from the plurality of through holes provided in the carrier. And the part corresponding to the area | region of the workpiece | work of a protection sheet is provided with several through-holes, Furthermore, the several through-hole provided along the circumferential direction in the part applicable to the area | region of workpiece | work outer periphery And the positions of the plurality of through holes provided in the carrier substantially coincide with each other. Therefore, the pressurized gas supplied between the carrier and the protective sheet leaks from the through hole, and is discharged from the outer peripheral portion of the work through the gap between the protective sheet and the work. In particular, since the through hole provided along the circumferential direction in the portion corresponding to the region of the outer periphery of the workpiece is in the same location as the position of the through hole provided in the carrier, the flow rate of the gas discharged from here is In many cases, the protective sheet in this portion does not bend greatly below the edge of the orientation flat portion or the like. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
以上説明したように、請求項1に係る本発明によれば、ワーク保持ヘッドにおいて、ワークを研磨パッドに押し付ける保護シートの上面及び/又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられている。これにより、この部分の保護シートの剛性が増し、オリフラ部分等での保護シートの撓みが抑制される。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, in the work holding head, a portion corresponding to the work outer peripheral region on the upper surface and / or the lower surface of the protective sheet that presses the work against the polishing pad has an annular shape. The reinforcing member is provided. Thereby, the rigidity of the protective sheet of this part increases and the bending of the protective sheet in an orientation flat part etc. is suppressed. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
請求項3に係る本発明によれば、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給され、この保護シートがワークを研磨パッドに押し付ける構成のワーク保持ヘッドにおいて、キャリア下面の外縁と保護シートとの間、又は、キャリアの外側面とリング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されている。このオリフィスの効果により、保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 According to the third aspect of the present invention, in the work holding head having a configuration in which a pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet, and the protective sheet presses the work against the polishing pad, An orifice is formed between the protective sheet or between the outer surface of the carrier and the inner surface of the ring-shaped member. Due to the effect of the orifice, the protective sheet does not bend greatly below the edge of the orientation flat portion or the like. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
請求項5に係る本発明によれば、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給され、この保護シートがワークを研磨パッドに押し付ける構成のワーク保持ヘッドにおいて、キャリアに設けられた複数の貫通孔より、加圧された気体が供給される。そして、保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられており、更に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置とキャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致している。したがって、キャリアと保護シートとの間に供給される加圧された気体が、この貫通孔よりリークして、保護シートとワークとの隙間を通ってワークの外周部より排出される。特に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている貫通孔は、キャリアに設けられた貫通孔の位置と同一箇所にあるので、ここより排出される気体の流量は多く、この部分の保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, a pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet, and the protective sheet is provided on the carrier in the workpiece holding head configured to press the workpiece against the polishing pad. Pressurized gas is supplied from the plurality of through holes. And the part corresponding to the area | region of the workpiece | work of a protection sheet is provided with several through-holes, Furthermore, the several through-hole provided along the circumferential direction in the part applicable to the area | region of workpiece | work outer periphery And the positions of the plurality of through holes provided in the carrier substantially coincide with each other. Therefore, the pressurized gas supplied between the carrier and the protective sheet leaks from the through hole, and is discharged from the outer peripheral portion of the work through the gap between the protective sheet and the work. In particular, since the through hole provided along the circumferential direction in the portion corresponding to the region of the outer periphery of the workpiece is in the same location as the position of the through hole provided in the carrier, the flow rate of the gas discharged from here is In many cases, the protective sheet in this portion does not bend greatly below the edge of the orientation flat portion or the like. As a result, the polishing state at the orientation flat portion or the like becomes substantially the same as the other portions of the workpiece, and the polishing state at the orientation flat portion or the like can be made uniform.
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。先ず、保持ヘッド(ワーク保持ヘッド)を主体として、研磨装置の基本構成について説明し、次いで、各実施の形態について詳説することとする。 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. First, the basic configuration of the polishing apparatus will be described with a holding head (work holding head) as a main component, and then each embodiment will be described in detail.
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。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the polishing
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。
The polishing
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。
The
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。
Further, a
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。
An air suction /
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。
The air suction /
なお、図2に示される基本構成においては、エアの吸引・吹出溝42が採用されているが、これに代えて複数の貫通孔とすることによっても、同様に機能が得られる。後述する各実施の形態においては、複数の貫通孔が採用される場合もある。
In the basic configuration shown in FIG. 2, the air suction /
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。
The carrier pressing means 26 is disposed on the outer peripheral portion of the lower surface of the
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。
The
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。
The
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。
As the material of the
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。
The material of the
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。保護シート52には、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。
The
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。
The air ejected by the suction / blowing
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。
The
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。
Further, when the
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。
When the strength of the
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。
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
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。
On the other hand, in the case of the notch type, the hardness of the
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。
In order to optimize the strength of the
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。
On the other hand, when the thickness of the
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。
Considering the relationship between the
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。
On the other hand, when the
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。
In order to cope with this, the hardness of the
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。
The thickness of the
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。
On the other hand, if the thickness of the
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。
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
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。
In addition, with a polyimide-based material, the polishing operation can be performed even if the thickness of the
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。
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
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。
As the material of the
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。
The
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。
Further, the
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。
As shown in FIG. 2, an air layer is formed between the
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。
The
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。
An inner
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。
The retainer
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ーリング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。
The retainer ring pressing means 30 is disposed on the peripheral edge of the central portion of the lower surface of the head
前記のごとく構成された研磨装置10の研磨方法は次のとおりである。先ず、ウェーハWをウェーハ保持ヘッド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。
The polishing method of the polishing
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1のA方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド14を図1のB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。
Next, air is supplied to the
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されない。
Since the
以上が、保持ヘッド(ワーク保持ヘッド)14を主体とした、研磨装置10の基本構成及びその運転方法(研磨方法)の説明である。次に、本発明の各実施の形態について詳説する。
The above is the description of the basic configuration of the polishing
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図4は、この実施形態を説明する図であり、保護シート52の挟持部の構成を示す断面図である。同図は、ほとんどの構成が既述の図3と一致する。また各構成要素の番号も図3と同一であることより、詳細な説明は省略する。
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a view for explaining this embodiment, and is a cross-sectional view showing the structure of the clamping portion of the
本実施形態は、保護シート52の上面のワーク(ウェーハW)外周の領域に該当する部分に、円環状の補強部材80が設けられているワーク保持ヘッド14である。この実施形態によれば、保護シート52の上面のウェーハWの外周の領域に該当する部分に、補強部材80が設けられているので、この部分の保護シート52の剛性が増し、オリフラ部分等での保護シート52の撓みが抑制される。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がウェーハWの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
The present embodiment is the
すなわち、保護シート52の全面の剛性を高くした場合、既述のように、エッジ部分の形状を適正にし難く、また、ウェーハWの面内の研磨状態の均一性を適正に制御することが困難である。これに対し、本実施形態のように、オリフラ部分等に対応する、ウェーハWの外周の領域に該当する部分にのみ補強部材80が設けられているので、保護シート52のこの部分のみ剛性を高くし、保護シート52の他の部分は従前のままとできる。
That is, when the rigidity of the entire surface of the
本実施形態に使用される補強部材80のサイズ(内径、外形、厚さ)、補強部材80の材質、補強部材80の保護シート52への固定方法等は、ウェーハWのサイズ(外形、厚さ)、ウェーハWの材質、研磨速度(定盤の回転数)、研磨圧力等に応じて、適宜のもの、値等が選択できる。
The size (inner diameter, outer shape, thickness) of the reinforcing
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。既述の図3は、この実施形態をも説明する図であり、保護シート52の挟持部の構成を示す断面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 described above is also a view for explaining this embodiment, and is a cross-sectional view showing the structure of the clamping portion of the
本実施形態は、キャリア24下面の外縁と保護シート52との間、又は、キャリア24の外側面とリング状部材(リテーナーリングホルダ50)の内側面との間にオリフィスを形成するワーク保持ヘッド14である。この実施形態によれば、オリフィス(図3では、82)が形成されているので、これにより保護シート52がオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
In the present embodiment, the
以下、この詳細を図5により説明する。図5は、第2の実施形態を説明する概略断面図であり、(a)は、保護シート52とウェーハWの通常のエッジとの関係を示し(b)は、保護シート52とウェーハWのオリフラO部分のエッジとの関係を示す。オリフィス84の上流と下流との間には圧力差が存在するが、同図(b)に示されるように、オリフラO部分では、保護シート52が 同図(a)のものよりも大きく撓むが、オリフィス84の開口部が広がり、その結果、オリフラO部分における過度な加圧が避けられる。なお、図5における各矢印はエアの流れを示す。
The details will be described below with reference to FIG. 5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating the second embodiment. FIG. 5A shows the relationship between the
なお、図3のオリフィス82は、キャリア24の外側面とリテーナーリングホルダ50の内側面との間に形成され、図5のオリフィス84は、キャリア24の下面の外縁と保護シート52との間に形成されている。
3 is formed between the outer surface of the
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図6及び図7は、この実施形態を説明する図であり、図6は、ウェーハWを保持した保持ヘッド(ワーク保持ヘッド)14の底面図であり、図7は、第3の実施形態を説明する概略断面図である。図7における各矢印はエアの流れを示す。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. 6 and 7 are views for explaining this embodiment. FIG. 6 is a bottom view of the holding head (work holding head) 14 holding the wafer W. FIG. 7 shows the third embodiment. It is a schematic sectional drawing to explain. Each arrow in FIG. 7 shows the flow of air.
本実施形態は、保護シート52のワーク外周の領域に該当する部分に、円周方向に沿って複数の貫通孔52A、52A…が設けられているワーク保持ヘッド14である。この実施形態によれば、キャリア24と保護シート52との間に供給される加圧された気体が、この貫通孔52A、52A…よりリークする。この貫通孔52A、52A…がオリフラO部分等においてワーク(ウェーハW)に塞がれていない状態であれば、加圧された気体はこの貫通孔52A、52A…よりリークし、これにより保護シート52がオリフラO部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラO部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラO部分等における研磨状態を均一とすることができる。
This embodiment is the
なお、本実施形態は、本発明の第2の実施形態と組み合わせて適用すると相乗効果が得られ、好ましいが、本実施形態を単独で適用しても効果は十分に得られる。 In addition, when this embodiment is applied in combination with the second embodiment of the present invention, a synergistic effect can be obtained, and it is preferable, but the effect can be sufficiently obtained even when this embodiment is applied alone.
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図8は、この実施形態を説明する概略断面図である。同図における各矢印はエアの流れを示す。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic sectional view for explaining this embodiment. Each arrow in the figure indicates the flow of air.
本実施形態は、保護シート52の貫通孔52Aの位置とキャリア24の貫通孔86の位置とが略一致しているワーク保持ヘッド14である。この実施形態によれば、キャリア24と保護シート52との間に供給された気体の一部は、保護シート52の貫通孔52Aよりワーク(ウェーハW)の裏面と保護シート52との隙間を通ってワークの外周部より排出される。この気体の流れにより、保護シート52がオリフラO部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。特に、保護シート52の貫通孔52Aの位置とキャリア24の貫通孔86の位置とが略一致しているので、この効果が顕著となる。その結果、オリフラO部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラO部分等における研磨状態を均一とすることができる。
This embodiment is the
なお、キャリア24に貫通孔86が複数設けられる場合、特に、貫通孔86がワークの略全面を網羅するように設けられる場合、保護シート52の貫通孔52Aの位置と略一致している貫通孔86は、ワーク外周の領域に該当する部分に設けられていれば、本実施形態の効果が得られる。
In the case where a plurality of through
以上に説明した構成は、本発明の実施態様の例であるが、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。 The configuration described above is an example of an embodiment of the present invention, but the configuration of the present invention is not limited to these, and various configurations can be adopted.
たとえば、実施形態の例では、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。
For example, in the example of the embodiment, the
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、W…ウェーハ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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、
前記保護シートの上面及び/又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材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,
A work holding head, wherein an annular reinforcing member is provided in a portion corresponding to a work outer peripheral region on the upper surface and / or the lower surface of the protective sheet.
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、
前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、前記キャリア下面の外縁と前記保護シートとの間、又は、前記キャリアの外側面と前記リング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成さ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,
A pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet, and between the outer edge of the carrier lower surface and the protective sheet, or the outer surface of the carrier and the ring-shaped member. A workpiece holding head, wherein an orifice is formed between the inner surface of the workpiece.
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、
前記キャリアに設けられた複数の貫通孔より、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、
前記保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられているとともに、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置と前記キャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致し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,
From a plurality of through holes provided in the carrier, pressurized gas is supplied between the carrier and the protective sheet,
Positions of the plurality of through-holes provided along the circumferential direction in the portion corresponding to the work outer periphery area, in the portion corresponding to the work area of the protective sheet. And a position of a plurality of through holes provided in the carrier substantially coincide with each other.
A polishing apparatus comprising the work holding head according to claim 1.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009105280A (en) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2009190101A (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Ebara Corp | Grinder |
JP2013094918A (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Template pressing wafer polishing method |
-
2003
- 2003-09-19 JP JP2003328459A patent/JP2005088171A/en active Pending
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