JP2008149408A - ラッピング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラッピング装置に関し、交換用のリテーナーリングを予め研磨してから実用ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けるのであるが、その場合、再調整や再ラッピングなどを行う必要がないように、そして、実用ＣＭＰ装置を長時間に亙って占拠することがないようにする。
【解決手段】リテーナーリング付きの研磨ヘッド１が研磨面を正対させて載置される定盤３と、定盤３上のリテーナーリング付きの研磨ヘッド１を回転させる駆動力を与える機構である回転ローラー２とを備える
【選択図】 図１

Description

本発明は、製品処理用研磨装置の研磨ヘッドに取り付けられたリテーナーリングを前記製品処理用の研磨装置を用いることなくラッピングする為のラッピング装置に関する。

一般に、化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）装置に於いては、研磨ヘッドのウェーハ当接面周辺部にリテーナーリングが取り付けられ、そのリテーナーリングは、研磨ヘッドに依るウェーハ加圧とは別に独立してウェーハを加圧することで、ウェーハの飛び出し防止、及び、研磨パッド押し付けによる研磨分布を調整する働きをしている。

通常、リテーナーリングの材料としては、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）等を使用しているが、これも研磨によって徐々に磨耗していくため、所定の処理数に達した時点で、新品のリテーナーリングに交換される。

この交換を行なった場合、新旧リテーナーリングの取り付け誤差や定盤との接触状態を調整するために、ラッピング処理に依ってリテーナーリングの研磨を行なっている。

この場合のラッピング処理は、ウェーハの研磨に使用する研磨パッドと研磨剤（スラリー）を流用して、ダミーウェーハを研磨しつつ、リテーナーリングも一緒に研磨する方法を採っている。但し、通常の場合に比較してリテーナーリング側の加圧を強く設定し、リテーナーリングの研磨が優先的に進行するよう調整する。

このようなラッピング作業を行なっている間、当然、ＣＭＰ装置を製品の処理、即ち、ウェーハの生産に使う事ができず、作業後には、リテーナーリングの研磨屑が多量にパッド上に残留する事になる。

そもそも、研磨パッドや研磨剤は、ＰＰＳよりも軟質であるウェーハの研磨を想定したものであるから、リテーナーリングを研磨すると研磨パッド側の磨耗もウェーハを研磨した場合に比較して著しくなり、ラッピング後、研磨パッドも交換しなければならない。

予めリテーナーリングだけを別の設備で研磨しておき、それを研磨ヘッドに取り付けるという手段もあるが、ＣＭＰ装置の構造上、リテーナーリングと研磨ヘッドとの接合は、僅かな数のネジで締め付けのみという精度再現性が低い方法で行なわれていて、殊に、今後ウェーハの大口径化が進むにつれ、リテーナーリングも大型化してネジ止め時の歪みも大きくなるので、研磨済のリテーナーリングを実用ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けた場合、再調整・再ラッピングが必要となる可能性が高くなり、これでは、結局、実用ＣＭＰ装置の長時間占拠、及び、パッド交換といった問題を回避することはできない（例えば特許文献１を参照。）。
特開２００５−３４９５９号公報

本発明では、交換用のリテーナーリングを予め研磨してから実用ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けるのであるが、その場合、再調整や再ラッピングなどを行う必要がないように、そして、実用ＣＭＰ装置を長時間に亙って占拠することがないようにする。

本発明に依るラッピング装置に於いては、リテーナーリング付きの研磨ヘッドが研磨面を正対させて載置される定盤と、定盤上のリテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる駆動力を与える機構とを備えてなることが基本になっている。

前記手段を採ることに依り、リテーナーリングの交換時にＣＭＰ装置を長時間に亙って拘束する必要がなくなるので、高効率の研磨作業を実施することが可能になり、しかも、ＣＭＰ装置に新しいリテーナーリング付きの研磨ヘッドを装着した後、再調整や再ラッピングなどを行う必要は皆無である。

本発明のラッピング装置は、リテーナーリング付き研磨ヘッドをラッピングする専用設備であって、実際の製品（ウェーハ）処理には使用せず、従って、実用ＣＭＰ装置の他に工場内で専用空間を必要とするから、小型且つ簡易な構造としなければならない。

一般に、研磨ヘッドとＣＭＰ装置本体との結合は、研磨ヘッドに対するリテーナーリング取り付けに比較し、はるかに再現精度が高く、研磨ヘッドごと外して別の設備でラッピングを行い、実用ＣＭＰ装置にそれを戻すという手法ならば、再ラッピングのような状況は回避することができる。

通常、ラッピング装置は、定盤の上から研磨ヘッドを押し当て研磨する構造を採っているので、研磨ヘッド保持部を直接回転させようとすると、モーター等の駆動系や動力伝達系が、上方へと延びていく形態となり、装置が大型化する。

また、ＣＭＰ装置のメーカーや設計時期により、研磨ヘッド外径やシャフト形状が異なる為、ラッピング装置に於いて、それらの悉くをクリアする対応は難しい。

逆に、研磨ヘッド保持部ではなく、定盤の側を回転させることも考えられるが、定盤は頑丈で重量がある為、回転させるには強力な駆動系が必要となる。

本発明では、研磨ヘッドに対して回転するローラーを接触させ、研磨ヘッドを回転させる旨の手段を採ることで、上記諸問題を一挙に解決している。

このように構成にすることで、さほど強力な駆動系は必要なく、そして、定盤の形状もある程度自由に選択できるという利点も発生する。

定盤に押し当てられた研磨ヘッドが動力である回転ローラーの回転に追従する為には、処理中に研磨ヘッドが回転ローラーから離れるような事があってはならず、そこで、揺動（回動）自在、且つ、必要時には固定可能なアームの先端に自由回転するローラーを設置して構成したガイドローラーを用い、研磨ヘッドを回転ローラーに適切な圧力で押し付けるようにする。

研磨ヘッドとガイドローラーとの間隔調整によって、研磨ヘッドの外径、或いは、シャフト部分の形状差に関係なく、様々な研磨ヘッドに対応して処理する事が可能となる。

また、定盤を傾斜して設置することで、研磨ヘッドを自然力である重力を利用して回転ローラーの側に押しやる事ができるから、研磨ヘッドの回転に必要な摩擦力を別段の圧力や動力を用いることなく生成させることができる。但し、定盤の傾斜角度が大き過ぎる場合には、研磨剤（スラリー）の使用に支障を生じ、また、研磨ヘッドと定盤との接触が弱まって研磨効率が低下するので、定盤の傾斜角度設定には注意を要する。

本発明に依るラッピング装置に於いては、リテーナーリング付きの研磨ヘッドのみをセットしてラッピングする事が可能であり、そして、ラッピング装置自体は、その構成上、小型化が可能であり、汎用性に富んでいる。また、研磨剤を使用し、そして、ウェーハも保持した状態でラッピングを行うので、通常の研磨と略同じ態様であるから何ら特殊な技能や機具は必要としない。

尚、研磨ヘッド自体をラッピング装置にかけるのであるから、そのままでは、ウェーハ吸着部へのダメージは避けられないので、それを防止する為、ウェーハ、或いは、類似サイズのダミー板を保持してラッピングを行うことが必須である。また、スラリーは、使用後、回収して濾過すれば繰り返し使用することが可能である。

図１は本発明の１実施例であるラッピング装置を表す要部平面図、図２は同じく要部切断側面図であり、各図に於いて、１は定盤上に載置されたリテーナーリング付きの研磨ヘッド、２は研磨ヘッドを回転させる回転ローラー、３は定盤、４は先端にガイドローラーを備えて揺動（回動）自在で且つ必要に応じて位置の固定が可能なアーム、５は研磨ヘッドを押圧するガイドローラー、６はガイドローラーを支持するアームを任意の位置で固定するレバーハンドル、７はスラリー受皿の働きもする装置基体、８はスラリー濾過フィルター、９はスラリー貯溜タンク、１０はスラリー循環ポンプ、１１はスラリー吐出口をそれぞれ示している。

図示のラッピング装置に於いて、リテーナーリングが取り付けられた研磨ヘッド１はウェーハ、或いは、ダミーウェーハを保持し、１５度〜４０度、例えば３０度に傾斜した定盤３上に載置され、アーム４の先端に設けたガイドローラー５で回転ローラー２に押しつけられて回転することでラッピングされる。

アーム４、従って、ガイドローラー５は揺動自在であって、適切な圧力で研磨ヘッド１に接触した後、レバーハンドル６を操作する事で位置を固定される。

ラッピング処理が終了した後、リテーナーリング付の研磨ヘッド１はＣＭＰ装置に戻して再装着され、実際のウェーハ処理を再開することになる。繰り返しになるが、この際、研磨ヘッド１とＣＭＰ装置本体との結合は、研磨ヘッドに対して予め研磨されたリテーナーリングを取り付け、そのリテーナーリング付きの磁気ヘッドをＣＭＰ装置に装着する場合に比較し、はるかに精度再現性が高いので、研磨ヘッドをＣＭＰ装置に戻してから、再ラッピングしてければならないような状況は起こらない。

本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができるので、以下、それを付記として例示する。

（付記１）
リテーナーリング付きの研磨ヘッドが研磨面を正対させて載置される定盤と、
定盤上のリテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる駆動力を与える機構と
を備えてなることを特徴とするラッピング装置。

（付記２）
定盤上のリテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる駆動力を与える機構が研磨ヘッドの周縁に触接する複数個の回転ローラーであること
を特徴とする（付記１）記載のラッピング装置。

（付記３）
定盤上のリテーナーリング付きの研磨ヘッドを介し回転ローラーに対向する側に位置してリテーナーリング付きの研磨ヘッドの周縁に触接して押圧力を印加する揺動自在且つ接離自在のガイドローラー
を備えてなることを特徴とする（付記１）記載のラッピング装置。

（付記４）
定盤が水平面に対して30度程度に傾斜し、且つ、低くい側に回転ローラーが設置されてなること
を特徴とする（付記１）記載のラッピング装置。

（付記５）
ラッピングする際に用いる研磨剤（スラリー）の滴下・回収・濾過の各機構
を備えてなることを特徴とする（付記１）記載のラッピング装置。

（付記６）
前記定盤の傾斜角は１５度〜４０度であること
を特徴とする（付記４）記載のラッピング装置。

（付記７）
リテーナーリング付きの研磨ヘッドを水平面に対して傾斜角を有する定盤上の研磨面に載置する工程と、
回転駆動機構に依って前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる工程と
が含まれてなることを特徴とするリテーナーリングのラッピング方法。

（付記８）
前記回転駆動機構は、前記傾斜を有する前記研磨面に於いて、前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドに対し低い側に設けられた回転ローラーであること
を特徴とする（付記７）記載のリテーナーリングのラッピング方法。

（付記９）
前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる前記工程に於いて、前記研磨面に研磨剤を滴下すること
を特徴とする（付記７）或いは（付記８）記載のリテーナーリングのラッピング方法。

本発明の１実施例であるラッピング装置を表す要部平面図である。 本発明の１実施例であるラッピング装置を表す要部切断側面図である。

符号の説明

１ リテーナーリング付きの研磨ヘッド
２ 研磨ヘッドを回転させる回転ローラー
３ 定盤
４ ガイドローラーを備えるアーム
５ 研磨ヘッドを押圧するガイドローラー
６ アームを固定するレバーハンドル
７ スラリー受皿の働きもする装置基体
８ スラリー濾過フィルター
９ スラリー貯溜タンク
１０ スラリー循環ポンプ
１１ スラリー吐出口

Claims (5)

1. リテーナーリング付きの研磨ヘッドが研磨面を正対させて載置される定盤と、
   定盤上のリテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる駆動力を与える機構と
   を備えてなることを特徴とするラッピング装置。
2. 前記定盤上の前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる駆動力を与える前記機構が、前記研磨ヘッドの周縁に触接する複数個の回転ローラーであること
   を特徴とする請求項１記載のラッピング装置。
3. 前記定盤上の前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドを介し前記回転ローラーに対向する側に位置して前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドの周縁に触接して押圧力を印加する揺動自在且つ接離自在のガイドローラー
   を備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載のラッピング装置。
4. 前記定盤が水平面に対して30度程度に傾斜し、且つ、低くい側に回転ローラーが設置されてなること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載のラッピング装置。
5. リテーナーリング付きの研磨ヘッドを、水平面に対して傾斜角を有する定盤上の研磨面に載置する工程と、
   回転駆動機構により前記リテーナーリング付きの研磨ヘッドを回転させる工程と
   が含まれてなることを特徴とするリテーナーリングのラッピング方法。

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