JP2009202325A - Polishing head, polishing device, and polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークの表面を研磨する際に、ワークを保持するための研磨ヘッド、及びそれを備えた研磨装置並びにこれを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing head for holding a workpiece when polishing the surface of the workpiece, a polishing apparatus including the same, and a polishing method using the same.
シリコンウェーハ等のワークの表面を研磨する装置として、ワークを片面ずつ研磨する片面研磨装置と、両面同時に研磨する両面研磨装置とがある。
一般的な片面研磨装置は、例えば図9に示したように、研磨布44が貼り付けられた定盤43と、研磨剤供給機構56と、研磨ヘッド30等から構成されている。このような研磨装置51では、研磨ヘッド30でワークWを保持し、研磨剤供給機構56から研磨布44上に研磨剤55を供給するとともに、定盤43と研磨ヘッド30をそれぞれ回転させてワークWの表面を研磨布44に摺接させることにより研磨を行う。
As a device for polishing the surface of a workpiece such as a silicon wafer, there are a single-side polishing device for polishing a workpiece one side at a time and a double-side polishing device for polishing both surfaces simultaneously.
For example, as shown in FIG. 9, a general single-side polishing apparatus includes a
ワークを保持する方法としては、平坦な円盤状のプレートにワックス等の接着剤を介してワークを貼り付ける方法、軟質のパッド(バッキングパッド)で水貼りする方法、真空吸着する方法などがある。
図9において、この研磨ヘッド30は、セラミックス等からなる円盤状のキャリア39の下面にポリウレタン等の弾性パッド(バッキングパッド)38が貼り付けられており、このパッド38に水分を吸収させてワークWを表面張力により保持する。また、研磨中にキャリア39からワークWが外れるのを防ぐため、キャリア39の周りにリング(ガイドリング)37が設けられている。
As a method of holding the work, there are a method of attaching a work to a flat disk-shaped plate through an adhesive such as wax, a method of attaching water with a soft pad (backing pad), a method of vacuum suction, and the like.
In FIG. 9, this polishing
また、図10のような研磨ヘッドが提案されている。この研磨ヘッド40は、回転可能であり且つ押圧機構(不図示)に取り付けられた軸体31と、軸体31に取り付けられたゴムシート32と、ゴムシート32を介して連結して保持されたキャリア36およびガイドリング37と、キャリア36の下部にバッキングパッド38とを有する。また、軸体31とゴムシート32によって密閉されたチャンバー39が形成されている。
このような研磨ヘッド40を用いる場合、バッキングパッド38によってワークWを保持し、チャンバー39内の圧力を圧力調整機構41によってコントロールして、キャリア36を介してワークWを研磨布44に押圧して研磨するものである。
また、3つのチャンバーを備え、チャンバーの圧力を調整して、ワークを平坦に保持することができるような研磨ヘッドが提案されている(特許文献1参照)。
Further, a polishing head as shown in FIG. 10 has been proposed. The
When such a
In addition, there has been proposed a polishing head that includes three chambers and can hold the workpiece flat by adjusting the pressure of the chambers (see Patent Document 1).
しかし、上述のような研磨ヘッドは、圧力系統は図示したもの以外にも多数備えているものの、ワークを加圧する、つまりキャリアを加圧するための圧力系統は、チャンバーの圧力をコントロールする1ラインのみであった。
このような研磨ヘッドを用いて研磨を行った場合、ワークに掛かる圧力はこの1ラインのみでコントロールされることとなり、ワーク面内で均一に圧力をかけることができないという問題があった。このため、ワークのグローバル形状(ワーク面内の平坦度)は、研磨ヘッドの構造および組み付けの精度で決まってしまい、ワークのグローバル形状を研磨によって自由にコントロールすることができなかった。
However, although the polishing head as described above has many pressure systems other than those shown in the figure, the pressure system for pressurizing the workpiece, that is, for pressurizing the carrier, is only one line for controlling the pressure of the chamber. Met.
When polishing is performed using such a polishing head, the pressure applied to the workpiece is controlled only by this one line, and there is a problem that pressure cannot be applied uniformly within the workpiece surface. For this reason, the global shape of the workpiece (flatness within the workpiece surface) is determined by the structure of the polishing head and the accuracy of assembly, and the global shape of the workpiece cannot be freely controlled by polishing.
本発明は、上述のような問題に鑑み、ワークのグローバル形状を研磨によって自由にコントロールすることのできる研磨ヘッドと、このような研磨ヘッドを備えた研磨装置並びにこれを用いた研磨方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a polishing head capable of freely controlling the global shape of a workpiece by polishing, a polishing apparatus including such a polishing head, and a polishing method using the same. For the purpose.
上記課題を解決するため、本発明では、ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する際に前記ワークを保持するための研磨ヘッドであって、少なくとも、回転可能でありかつ押圧機構に取り付けられた軸体と、該軸体に第一のゴムシートを介して連結して保持されたヘッド本体と、該ヘッド本体の下面に取り付けられた第二のゴムシートと、該第二のゴムシートの下面に取り付けられ、ガスケットを介して前記第二のゴムシートに保持された円盤状のキャリアと、該キャリアの外周部に沿って該キャリアのワークを保持する面から下方に突出し、前記ワークのエッジ部を保持するためのガイドリングと、前記キャリアの下面に取り付けられたバッキングパッドとを有し、前記軸体、前記第一のゴムシート及び前記ヘッド本体によって密閉された第一のチャンバーが形成されており、前記ヘッド本体及び前記第二のゴムシートによって密閉された第二のチャンバーが形成されており、前記第二のチャンバーの径が前記保持するワークの径より小さく、前記第一のチャンバーには第一の圧力調整機構が、前記第二のチャンバーには第二の圧力調整機構が設けられており、前記第一のチャンバーは前記第一の圧力調整機構を調整することによって前記ガスケットを介して前記キャリアの外周部を押圧して前記ワークに押圧力を、前記第二のチャンバーは前記第二の圧力調整機構を調整することによって前記第二のゴムシートを介して前記キャリアの中央部を押圧して前記ワークに押圧力をかけるものであることを特徴とする研磨ヘッドを提供する(請求項1)。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a polishing head for holding the workpiece when the workpiece surface is slidably contacted with an abrasive cloth affixed on a surface plate, and is at least rotatable. A shaft body attached to the pressing mechanism, a head body connected to the shaft body via a first rubber sheet, and a second rubber sheet attached to the lower surface of the head body, A disc-shaped carrier attached to the lower surface of the second rubber sheet and held on the second rubber sheet via a gasket, and a surface for holding the work of the carrier along the outer periphery of the carrier A guide ring that protrudes downward and holds the edge portion of the workpiece; and a backing pad attached to the lower surface of the carrier; the shaft body, the first rubber sheet, and the head book A first chamber sealed by the first main body and a second chamber sealed by the second rubber sheet are formed, and the diameter of the second chamber is the workpiece to be held. The first chamber is provided with a first pressure adjusting mechanism, the second chamber is provided with a second pressure adjusting mechanism, and the first chamber is provided with the first pressure adjusting mechanism. By adjusting the adjusting mechanism, the outer peripheral portion of the carrier is pressed through the gasket to press the workpiece, and the second chamber adjusts the second pressure adjusting mechanism to adjust the second pressure. A polishing head is provided, wherein a pressing force is applied to the workpiece by pressing a center portion of the carrier through a rubber sheet.
本発明では、2つのチャンバーを備え、片方のチャンバーの径を研磨するワークの径より小さくし、また研磨ヘッド内のキャリアを加圧する圧力系統(圧力調整機構)を2ライン持たせ、かつ径がワークより小さいチャンバーがキャリアの中央部を、別のチャンバーがキャリアの外周部を押圧するように各々のチャンバー内部の圧力を調整することができる研磨ヘッドとすることを特徴とする。
このような構造の研磨ヘッドにすることで、キャリアの中央部と外周部の押圧力を変えることができ、よってキャリアの面内での形状(凹凸)を自由に変えることが可能となる。研磨したいワークは、バッキングプレートを介してキャリアによって研磨布に加圧されるため、キャリア形状が変化すると、その変化に追従してワークへの押圧力も変化し、研磨後のワークの形状も変化させることができる。これにより、ワーク面内での研磨取代を均一化したり、面内で変えることもでき、研磨ヘッドの構造や組み付け精度のみならず、研磨によってもワークのグローバル形状を自由にコントロールすることができる研磨ヘッドとなっている。
In the present invention, two chambers are provided, the diameter of one chamber is made smaller than the diameter of the workpiece to be polished, the pressure system (pressure adjusting mechanism) for pressurizing the carrier in the polishing head is provided, and the diameter is The polishing head is characterized in that the pressure inside each chamber can be adjusted so that the chamber smaller than the workpiece presses the central portion of the carrier and the other chamber presses the outer peripheral portion of the carrier.
By using the polishing head having such a structure, it is possible to change the pressing force between the center and the outer periphery of the carrier, and thus it is possible to freely change the shape (unevenness) in the plane of the carrier. Since the workpiece to be polished is pressed against the polishing cloth by the carrier via the backing plate, if the carrier shape changes, the pressing force on the workpiece also changes following the change, and the shape of the workpiece after polishing also changes. Can be made. This makes it possible to make the polishing allowance uniform within the workpiece surface or change it within the workpiece surface, allowing the global shape of the workpiece to be freely controlled not only by the polishing head structure and assembly accuracy, but also by polishing. It is a head.
また、本発明では、ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、本発明に記載の研磨ヘッドを具備することを特徴とする研磨装置を提供する(請求項2)。
このように、本発明の研磨ヘッドを備えた研磨装置によれば、ワークを保持するキャリアの形状をチャンバーの圧力を調整・変更することでコントロールすることができるため、ワークを研磨布に押圧する圧力をワーク面内でコントロールすることができ、よって研磨するワークのグローバル形状を自由にコントロールすることができる。
Further, in the present invention, a polishing apparatus for use in polishing the surface of a workpiece, which is at least an abrasive cloth affixed on a surface plate, and an abrasive for supplying the abrasive onto the abrasive cloth A polishing apparatus comprising the polishing head according to the present invention as a supply mechanism and a polishing head for holding the workpiece is provided.
As described above, according to the polishing apparatus equipped with the polishing head of the present invention, the shape of the carrier holding the workpiece can be controlled by adjusting / changing the pressure of the chamber, so that the workpiece is pressed against the polishing cloth. The pressure can be controlled in the workpiece surface, and thus the global shape of the workpiece to be polished can be freely controlled.
また、本発明では、ワークの表面を研磨する方法であって、本発明に記載の研磨ヘッドによって前記ワークを保持し、前記第一の圧力調整機構を調整することによって前記ガスケットを介して前記キャリアの外周部を押圧して、また前記第二の圧力調整機構を調整することによって前記第二のゴムシートを介して前記キャリアの中央部を押圧して、前記キャリアに保持されたワークを定盤上の研磨布に対して回転しながら所定の押圧力で摺接させて研磨することを特徴とするワークの研磨方法を提供する(請求項3)。 According to the present invention, there is also provided a method for polishing a surface of a workpiece, wherein the workpiece is held by the polishing head according to the present invention, and the carrier is interposed through the gasket by adjusting the first pressure adjustment mechanism. Press the outer peripheral portion of the carrier and adjust the second pressure adjusting mechanism to press the center portion of the carrier via the second rubber sheet, and the work piece held by the carrier is placed on the surface plate. A work polishing method is provided, wherein the workpiece is polished by sliding with a predetermined pressing force while rotating with respect to the upper polishing cloth.
このように、本発明に記載の研磨ヘッドは、研磨ヘッドのキャリアの形状を第一の圧力調整機構及び第二の圧力調整機構によって第一のチャンバーおよび第二のチャンバーの圧力を調整することでコントロールすることができる。従ってキャリアの形状をコントロールすることができ、よってワークの面内の押圧力を調整することで、ワークのグローバル形状を自由にコントロールすることができる。 As described above, the polishing head according to the present invention adjusts the pressure of the first chamber and the second chamber by adjusting the shape of the carrier of the polishing head by the first pressure adjusting mechanism and the second pressure adjusting mechanism. Can be controlled. Therefore, the shape of the carrier can be controlled, and thus the global shape of the workpiece can be freely controlled by adjusting the pressing force in the plane of the workpiece.
このとき、前記ガスケットの外径及び/または内径を変えることによって、前記キャリア外周部及びキャリア中央部の押圧力を調整することができる(請求項4)。
本発明の研磨ヘッドは、第一のチャンバーは第一の圧力調整機構を調整することによってガスケットを介してキャリアの外周部を押圧してワークに押圧力を加える。このとき、ガスケットの外径及び/または内径を変更することによって、キャリアの外周部への押圧力が及ぶ面積を変更することができる。また、ガスケットを介して第二のゴムシートにキャリアは保持されているが、第二のチャンバーは、ヘッド本体とガスケットに接触した第二のゴムシートによって密閉された空間であるため、ガスケットの外径及び/または内径が変わることで第二のチャンバーはその空間体積が変わる。空間体積が変わることで、第二のチャンバーがキャリアを押圧する面積が変わり、よってキャリア中央部への押圧力をガスケットの外径及び/または内径を変更することで変えることができる。このように、キャリア外周部及び中央部の押圧力をガスケットの外径及び/または内径を変更することで調整することができる。
At this time, by changing the outer diameter and / or inner diameter of the gasket, the pressing force of the carrier outer peripheral portion and the carrier central portion can be adjusted (Claim 4).
In the polishing head of the present invention, the first chamber presses the outer peripheral portion of the carrier via the gasket by adjusting the first pressure adjusting mechanism to apply a pressing force to the workpiece. At this time, by changing the outer diameter and / or inner diameter of the gasket, the area covered by the pressing force to the outer peripheral portion of the carrier can be changed. Although the carrier is held on the second rubber sheet via the gasket, the second chamber is a space sealed by the second rubber sheet in contact with the head body and the gasket. As the diameter and / or inner diameter changes, the spatial volume of the second chamber changes. By changing the spatial volume, the area where the second chamber presses the carrier changes, and thus the pressing force to the center of the carrier can be changed by changing the outer diameter and / or inner diameter of the gasket. Thus, the pressing force of the carrier outer peripheral portion and the central portion can be adjusted by changing the outer diameter and / or inner diameter of the gasket.
このとき、前記第一の圧力調整機構及び前記第二の圧力調整機構を調整することによって、前記第一のチャンバーの圧力を前記第二のチャンバーの圧力より低くすることで前記ワークの外周をハネ形状にすることができる(請求項5)。また、前記第一の圧力調整機構及び前記第二の圧力調整機構を調整することによって、前記第一のチャンバーの圧力を前記第二のチャンバーの圧力より高くすることで前記ワークの外周をダレ形状にすることができる(請求項6)。
本発明の研磨ヘッドは、第一のチャンバーは第一の圧力調整機構によってキャリアの外周部を押圧し、第二のチャンバーは第二の圧力調整機構によってキャリアの中央部を押圧する。ここで、第一のチャンバーの圧力を第二のチャンバーの圧力より低くすると、キャリアの外周部への押圧力はキャリア中央部への押圧力より小さくなり、キャリアは中央部が盛り上がった形状になる。このような形状のキャリアを用いるとワークは研磨される際に中央部が強く押圧されることとなり、外周がハネ形状となる。また、第一のチャンバーの圧力を第二のチャンバーの圧力より高くすると、キャリア外周部への押圧力はキャリア中央部への押圧力より大きくなり、キャリアは中央部が相対的に見て窪んだ形状になる。このような形状のキャリアを用いるとワークは外周部が強く押圧されて研磨され、外周がダレ形状となる。
At this time, by adjusting the first pressure adjusting mechanism and the second pressure adjusting mechanism, the pressure of the first chamber is made lower than the pressure of the second chamber, so that the outer periphery of the workpiece is removed. It can be made into a shape (Claim 5). Further, by adjusting the first pressure adjusting mechanism and the second pressure adjusting mechanism, the pressure of the first chamber is made higher than the pressure of the second chamber, so that the outer periphery of the workpiece is sag-shaped. (Claim 6).
In the polishing head of the present invention, the first chamber presses the outer periphery of the carrier by the first pressure adjustment mechanism, and the second chamber presses the center of the carrier by the second pressure adjustment mechanism. Here, when the pressure in the first chamber is made lower than the pressure in the second chamber, the pressing force on the outer periphery of the carrier becomes smaller than the pressing force on the center of the carrier, and the carrier has a shape in which the center is raised. . When a carrier having such a shape is used, when the workpiece is polished, the center portion is strongly pressed, and the outer periphery becomes a honeycomb shape. Also, if the pressure in the first chamber is made higher than the pressure in the second chamber, the pressing force on the outer periphery of the carrier becomes larger than the pressing force on the center of the carrier, and the carrier is recessed when the center is relatively viewed Become a shape. When a carrier having such a shape is used, the outer periphery of the work is strongly pressed and polished, and the outer periphery becomes a sagging shape.
また、本発明では、ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する際に前記ワークを保持するための研磨ヘッドであって、少なくとも、前記ワークを保持するためのキャリアと、該キャリアの外周部を押圧するための第一の圧力調整機構と、該キャリアの中央部を押圧するための第二の圧力調整機構とを有し、前記第一の圧力調整機構と前記第二の圧力調整機構は各々独立に前記キャリアを押圧することができ、これによって、該キャリアは、前記ワークを前記研磨布に摺接させて研磨する際に、該キャリア面内の内外で前記ワークへの押圧力が異なるようにすることができ、前記ウェーハ面内の内外で異なる押圧力で前記研磨布へ摺接させることができるものであることを特徴とする研磨ヘッドを提供する(請求項7)。 Further, in the present invention, a polishing head for holding the workpiece when the surface of the workpiece is polished by being brought into sliding contact with a polishing cloth affixed on a surface plate, and at least for holding the workpiece. A carrier, a first pressure adjusting mechanism for pressing the outer peripheral portion of the carrier, and a second pressure adjusting mechanism for pressing the center portion of the carrier, the first pressure adjusting mechanism; Each of the second pressure adjusting mechanisms can press the carrier independently, so that the carrier can be moved inside and outside the carrier surface when the workpiece is polished by sliding the workpiece against the polishing cloth. Provided is a polishing head characterized in that the pressing force to the workpiece can be made different, and can be brought into sliding contact with the polishing cloth with different pressing forces inside and outside the wafer surface ( Claim 7).
このような構造の研磨ヘッドは、キャリアの中央部と外周部の押圧力を変えることができ、よってキャリアの面内形状・平坦度を自由に変えることができる。キャリア形状が変化すると、その変化に追従してワークへの押圧力も変化させることができるため、研磨後のワークの形状も変化させることができる。よって、研磨取代をワーク面内で均一にすることも、変えることもでき、研磨によってもワークのグローバル形状を自由にコントロールすることができる研磨ヘッドとなっている。 The polishing head having such a structure can change the pressing force between the center portion and the outer periphery of the carrier, and can thus freely change the in-plane shape and flatness of the carrier. When the carrier shape changes, the pressing force to the workpiece can be changed following the change, and the shape of the workpiece after polishing can also be changed. Therefore, the polishing allowance can be made uniform within the workpiece surface or can be changed, and the polishing head is capable of freely controlling the global shape of the workpiece by polishing.
以上説明したように、本発明の研磨ヘッドは、各チャンバーの圧力を変更することで、キャリアの中央部と外周部の押圧力を変えることができ、よってキャリアの面内での形状(凹凸)を自由に変えることが可能である。キャリア形状が変化すると、その変化に追従してワークへの押圧力も変化し、ワーク形状も面内で変化させることができる。これにより、ワーク面内での研磨取代を面内で均一化させたり、変えることができ、研磨によってワークのグローバル形状を自由にコントロールすることができる研磨ヘッドとなっている。 As described above, the polishing head of the present invention can change the pressing force of the center part and the outer peripheral part of the carrier by changing the pressure of each chamber, and thus the shape (unevenness) in the plane of the carrier. Can be changed freely. When the carrier shape changes, the pressing force on the workpiece changes following the change, and the workpiece shape can be changed in the plane. Thereby, the polishing allowance in the work surface can be made uniform or changed in the surface, and the global shape of the work can be freely controlled by polishing.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、ワークのグローバル形状を研磨によって自由にコントロールすることのできる研磨ヘッドの開発が待たれていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, the development of a polishing head that can freely control the global shape of a workpiece by polishing has been awaited.
そこで、本発明者らは鋭意検討を重ねたところ、研磨ヘッドに圧力調整機構を2つ備えつけて、且つ片方はワークを保持するためのキャリアの外周部を、もう片方はキャリアの内周部を加圧するように配置して押圧させることで、キャリアの面内形状を自由に変え、これによってワークへの押圧力を面内で変化させてワーク面内での研磨取代を調整することができ、ワークのグローバル形状を平坦にすることのみならず自由にコントロールすることができることを発見し、本発明を完成させた。 Therefore, the inventors of the present invention have made extensive studies, and as a result, the polishing head is provided with two pressure adjusting mechanisms, one of which is the outer periphery of the carrier for holding the workpiece and the other is the inner periphery of the carrier. By placing and pressing so as to pressurize, you can freely change the in-plane shape of the carrier, thereby changing the pressing force on the workpiece in the plane and adjusting the polishing allowance in the workpiece surface, The present invention has been completed by discovering that the global shape of the workpiece can be freely controlled as well as flattened.
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図1は、本発明の研磨ヘッドの一例を示した概略断面図である。
本発明の研磨ヘッド10は、回転可能でありかつ押圧機構25に取り付けられた軸体11と、軸体11に第一のゴムシート12を介して連結して保持されたヘッド本体13と、ヘッド本体13の下面に取り付けられた第二のゴムシート14と、第二のゴムシート14の下面に取り付けられ、ガスケット15を介して第二のゴムシート14に保持された円盤状のキャリア16と、キャリア16のワークWを保持する面の外周部から下方に突出し、ワークWのエッジ部を保持するためのガイドリング17と、キャリア16の下面に取り付けられたバッキングパッド18とを有する。
また、軸体11、第一のゴムシート12及びヘッド本体13によって密閉された第一のチャンバー19が形成されている。そして、ヘッド本体13及び第二のゴムシート14によって密閉された第二のチャンバー20が形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the polishing head of the present invention.
The polishing
In addition, a
そして、第二のチャンバー20の径は保持するワークWの径より小さく、第一のチャンバー19には第一の圧力調整機構21が流路29を介して、第二のチャンバー20には第二の圧力調整機構22が流路31を介して設けられている。この第一のチャンバー19は第一の圧力調整機構21を調整することによってガスケット15を介してキャリア16の外周部を押圧してワークWに押圧力を伝達し、第二のチャンバー20は第二の圧力調整機構22を調整することによって第二のゴムシート14を介してキャリア16の中央部を押圧してワークWに押圧力をかけることができる構造となっている。また、第二のチャンバー20の径は保持するワークWの径より小さいことで、キャリア16の中央部およびワークWの中央部を押圧することができる構造となっている。各圧力調整機構は、加圧流体、例えば空気を各チャンバーに供給するものとすることができる。
The diameter of the
このような構造の研磨ヘッド10では、第一のチャンバー19がキャリア16の外周部を押圧する圧力を第一の圧力調整機構21によって、第二のチャンバー20がキャリア16の中央部を押圧する圧力を第二の圧力調整機構22によって独立して調整することができる。従って、キャリア16の中央部と外周部の押圧力を変えることができ、よってキャリア16の面内形状を自由に変えることができる。
ここで、研磨するワークWは、バッキングプレート18を介してキャリア16によって定盤23上の研磨布24に摺接されるため、キャリア16の形状が変化すると、その変化に追従して研磨布24に対しての押圧力も変化し、研磨後のワークWの面内形状も変化することとなる。これにより、ワークWの面内での研磨取代を調整することができる。よって、研磨ヘッドの構造や組み付け精度のみならす、研磨によってもワークWのグローバル形状をコントロールすることができる研磨ヘッドとなっている。従って、ワークの面内での研磨取代を均一化して、平坦なウェーハを得ることができるし、目的に応じ、周辺がハネたものや、逆に周辺がダレたものを得ることも容易にできる。
In the polishing
Here, since the workpiece W to be polished is slidably contacted with the polishing
ここで、ガスケット15の外径は、図2(a)に示したように、外径を大きくすることによって、第二のゴムシート14とガイドリング17がガスケット15を介するように設けられた構造とすることができる。また図2(b)に示したように、ガスケットの外径を小さくすることによって、第二のゴムシート14とガイドリング17はガスケット15を介さずに一部は直接接するように設けられた構造とすることもできる。図2は本発明の研磨ヘッドの他の一例を示した概略断面図である。
また、ガスケット15の内径を変えることによって、第二のチャンバー20の空間体積を変えることができる。
このようにガスケット15の外径及び/または内径を変更することで、第一の圧力調整機構21と第二の圧力調整機構22がキャリア16に加える押圧力の領域を変えることができ、更に細かく面内の押圧力の分布を調整することができ、よってよりキャリアのワーク保持面の面内形状を自由にコントロールすることができる。
Here, as shown in FIG. 2A, the outer diameter of the
Further, the spatial volume of the
By changing the outer diameter and / or inner diameter of the
図3は、本発明に係る研磨ヘッドを備えた研磨装置の一例を示す概略断面図である。この研磨装置26は、研磨布24が貼り付けられた定盤23と、研磨剤28を供給する研磨剤供給機構27と、例えば図1で示したような本発明の研磨ヘッド10等から構成されている。
このような、本発明の研磨ヘッドを備えた研磨装置によれば、キャリア形状をチャンバーの圧力を調整することで変更することができる。よって、研磨するワークのグローバル形状も自由にコントロールすることができる。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a polishing apparatus provided with the polishing head according to the present invention. The polishing
According to such a polishing apparatus provided with the polishing head of the present invention, the carrier shape can be changed by adjusting the pressure of the chamber. Therefore, the global shape of the workpiece to be polished can be freely controlled.
以上のように、本発明の研磨ヘッドは、ワークを保持するためのキャリアと、キャリアの外周部を押圧するための第一の圧力調整機構と、キャリアの中央部を押圧するための第二の圧力調整機構とを有し、第一の圧力調整機構と第二の圧力調整機構は各々独立にキャリアを押圧する研磨ヘッドとすることができる。
このような構造の研磨ヘッドは、キャリアが、ワークを研磨布に摺接させて研磨する際に、キャリア面内の内外でワークへの押圧力が異なるようにすることができ、ウェーハ面内の内外で異なる押圧力で研磨布へ摺接させることができるものである。
このような構造の研磨ヘッドは、キャリアの面内形状を自由に変えることができ、よって研磨後のワークの形状も平坦にしたり、目的に応じて変化させることができる。よって、研磨取代をワーク面内で均一化することも変えることもできる研磨ヘッドとなっている。
As described above, the polishing head of the present invention includes the carrier for holding the workpiece, the first pressure adjusting mechanism for pressing the outer peripheral portion of the carrier, and the second for pressing the center portion of the carrier. The first pressure adjusting mechanism and the second pressure adjusting mechanism can each be a polishing head that presses the carrier independently.
In the polishing head having such a structure, when the carrier is polished by sliding the workpiece against the polishing cloth, the pressing force to the workpiece can be made different inside and outside the carrier surface. It can be brought into sliding contact with the polishing cloth with different pressing forces inside and outside.
In the polishing head having such a structure, the in-plane shape of the carrier can be freely changed, and thus the shape of the workpiece after polishing can be flattened or changed according to the purpose. Therefore, the polishing head can be made uniform or changeable in the work surface.
上記のような、本発明の研磨ヘッドを用いた、本発明のワークの研磨方法の一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 An example of the workpiece polishing method of the present invention using the polishing head of the present invention as described above is shown below, but the present invention is not limited to these.
図3のような研磨装置26を用いてウェーハWを研磨するには、まず、水を含ませたバッキングパッドにウェーハWを貼りつけてウェーハWの裏面をキャリアで保持するとともに、ウェーハWのエッジ部をガイドリングで保持する。そして、研磨剤供給機構27から研磨布24上に研磨剤28を供給するとともに、研磨ヘッド10と定盤23をそれぞれ所定の方向に回転させながらウェーハWを研磨布24に摺接させる。
このとき、研磨ヘッド10の密閉された第一のチャンバー及び第二のチャンバーの圧力を各々第一の圧力調整機構および第二の圧力調整機構で調整することによって、第一のチャンバーおよび第二のチャンバーの圧力を自由にコントロールすることができる。
In order to polish the wafer W using the polishing
At this time, by adjusting the pressures of the sealed first chamber and second chamber of the polishing
このように、本発明の研磨ヘッド10は、キャリアの形状を第一の圧力調整機構及び第二の圧力調整機構を調整して第一のチャンバーおよび第二のチャンバーの圧力を調整することで所望の形状に調整することができる。よってこれら第一のチャンバーおよび第二のチャンバーの圧力を調整・変更することのみで、キャリアの面内形状をコントロールすることができ、その結果ワークWのグローバル形状を自由にコントロールすることができる。
なお、研磨後のウェーハは、ガイドリングとウェーハWのエッジ部との間に水を吹き付けることで容易に離脱させることができる。
As described above, the polishing
The polished wafer can be easily separated by spraying water between the guide ring and the edge portion of the wafer W.
ここで、ガスケットの径を変更することで、キャリアの外周部及び中央部のワークWに対する押圧力を調整することができる。
図1、図2(b)のような研磨ヘッド10では、第一のチャンバー19はガスケット15を介してキャリア16の外周部を押圧してワークWに押圧力を加える。このとき、ガスケット15の径を変更すると、キャリア16の外周部への押圧力が及ぶ面積を変更することができる。また、ガスケット15を介して第二のゴムシート14にキャリア16は保持されているが、第二のチャンバー20は、ガスケット15に接触した第二のゴムシート14とヘッド本体13とによって密閉された空間である。ここで例えば図2(a)のようにガスケット15の径が変わると、第二のチャンバー20はその空間体積が変わり、第二のチャンバー20がキャリア16を押圧する面積が変わり、よってキャリア16の中央の押圧力が変化する。このように、キャリア16の外周部及び中央部の押圧力をガスケット15の径を変更することで調整することができる。このようにすると、キャリアのグローバル形状をより自由にコントロールすることができ、よってよりワークの面内形状を自由にコントロールすることができる。
Here, by changing the diameter of the gasket, it is possible to adjust the pressing force against the workpiece W at the outer peripheral portion and the central portion of the carrier.
In the polishing
また、第一の圧力調整機構21及び第二の圧力調整機構22を調整することによって、ワークの平面形状を平坦にするのみならず第一のチャンバー19の圧力を第二のチャンバー20の圧力より低くすることでワークWの外周をハネ形状にすることができる。また、第一の圧力調整機構21及び第二の圧力調整機構22を調整することによって、第一のチャンバー19の圧力を第二のチャンバー20の圧力より高くすることでワークWの外周をダレ形状にすることもできる。
Further, by adjusting the first
本発明の研磨ヘッドは、第一のチャンバー19は第一の圧力調整機構21によってキャリア16の外周部を押圧し、第二のチャンバー20は第二の圧力調整機構22によって第二のゴムシート14を介してキャリア16の中央部を押圧することができるものである。従って、研磨されるワークWの周辺がダレている場合は第二のチャンバーの圧力を高くすることによって、相対的に第一のチャンバーの圧力を低くして研磨することで、研磨後に平坦なウェーハを得ることができる。
また、第一のチャンバー19の圧力を第二のチャンバー20の圧力より低くすると、キャリア16の中央部の押圧力は外周部の押圧力に比べて大きくなり、キャリア16は中央部が盛り上がった形状になる。このような形状のキャリア16を用いるとワークWは研磨される際に中央部が強く押圧されることとなり、外周がハネ形状となる。
また、逆に第一のチャンバー19の圧力を第二のチャンバー20の圧力より高くすると、キャリア16の外周部の押圧力は中央部の押圧力より大きくなり、キャリア16は中央部が相対的に窪んだ形状になる。このような形状のキャリア16を用いるとワークWは外周部が強く押圧されて研磨され、外周がダレ形状となる。
このように研磨後のワークWの形状を、第一の圧力調整機構21及び第二の圧力調整機構22を調整することによって所望の形状とすることができる。
In the polishing head of the present invention, the
When the pressure in the
Conversely, if the pressure in the
In this way, the shape of the workpiece W after polishing can be made a desired shape by adjusting the first
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1、2)
図1に示した構成の研磨ヘッドを作製した。ここで、図2(a)、(b)に示したように外径336mm(実施例1:図2(a))のガスケットと外径291mm(実施例2:(図2(b))、内径は両方とも同じ269mmのガスケットを用いて研磨ヘッドの作製を行った。このような2種類の研磨ヘッドを研磨装置に設置した後に直径300mmのシリコンウェーハの研磨を行った。研磨布は、不織布タイプを使用し、研磨剤には、コロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。また、研磨の際は、研磨ヘッドと研磨定盤は、各々30rpmで回転させた。ウェーハの研磨圧力は、300g/cm2とした。
そして研磨工程の前後において以下のような評価を行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Examples 1 and 2)
A polishing head having the configuration shown in FIG. 1 was produced. Here, as shown in FIGS. 2A and 2B, a gasket having an outer diameter of 336 mm (Example 1: FIG. 2A) and an outer diameter of 291 mm (Example 2: (FIG. 2B)), A polishing head was prepared using a gasket having the same inner diameter of 269 mm, and a silicon wafer having a diameter of 300 mm was polished after the two types of polishing heads were installed in a polishing apparatus. The type used was an alkaline solution containing colloidal silica, and the polishing head and the polishing platen were each rotated at 30 rpm during polishing, and the polishing pressure of the wafer was 300 g. / Cm 2 .
The following evaluation was performed before and after the polishing step.
第一のチャンバーと第二のチャンバーの圧力差によるキャリアの変形量を確認するため、実施例1の研磨ヘッドを反転(裏返し)させ、第一のチャンバーおよび第二のチャンバーを各々加圧しキャリアの平面度を測定した。測定長さは310mm、測定箇所は45°おきに4方向測定した。図4にその概要を示す。図4は第二のチャンバーと第一のチャンバーの圧力差によるキャリアの変形量を確認するための評価方法の概略を示した図である。また圧力は、第一のチャンバーの圧力を38kPaに固定し、第二のチャンバーの圧力を0・20・40・60kPaと変化させて評価を行った。評価には、簡易的な冶具を作成し、キャリア表面をNANOWAY装置(京セラ(株)製)にて測定した。図5に第二のチャンバーと第一のチャンバーの圧力差によるキャリアの変形量の評価結果を示す。図5において(a)は第二のチャンバーの圧力を0kPa、(b)は20kPa、(c)は40kPa、(d)は60kPaとした。また、4方向測定したうち2方向の研磨ヘッドの評価結果である。 In order to confirm the amount of deformation of the carrier due to the pressure difference between the first chamber and the second chamber, the polishing head of Example 1 was inverted (turned over), and the first chamber and the second chamber were pressurized respectively. Flatness was measured. The measurement length was 310 mm, and the measurement locations were measured in four directions every 45 °. The outline is shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an outline of an evaluation method for confirming the deformation amount of the carrier due to the pressure difference between the second chamber and the first chamber. The pressure was evaluated by fixing the pressure in the first chamber at 38 kPa and changing the pressure in the second chamber to 0, 20, 40, and 60 kPa. For evaluation, a simple jig was prepared, and the carrier surface was measured with a NANOWAY device (manufactured by Kyocera Corporation). FIG. 5 shows the evaluation result of the deformation amount of the carrier due to the pressure difference between the second chamber and the first chamber. 5A, the pressure in the second chamber is 0 kPa, (b) is 20 kPa, (c) is 40 kPa, and (d) is 60 kPa. Moreover, it is an evaluation result of a polishing head in two directions among four directions.
作製した研磨ヘッドを用いた場合、キャリア形状の変化を、ガスケット外径によって、キャリアの平面度がどの程度異なるかを確認するために以下のような評価を行った。
実施例1の研磨ヘッドを研磨装置に装着し、研磨ヘッドにシリコンウェーハを装着し、また研磨布上に面圧計(ニッタ(株)製)をセットした。その後、実荷重をかけることによって、シリコンウェーハ面内の押圧力分布を評価した。図6に第二のチャンバーの圧力を変化させたときのシリコンウェーハ面内の押圧力を示した分布図を示す。また、図7に実施例1と実施例2の研磨ヘッドで、キャリアの平面度がどの程度異なるかを比較したグラフを示す。ここで、第一のチャンバーの圧力は35kPaに固定し、第二のチャンバーの圧力を(a)0kPa、(b)18kPa、(c)35kPa、(d)50kPaとした。
When the produced polishing head was used, the following evaluation was performed in order to confirm how much the carrier flatness differs depending on the gasket outer diameter when the carrier shape was changed.
The polishing head of Example 1 was mounted on a polishing apparatus, a silicon wafer was mounted on the polishing head, and a surface pressure gauge (manufactured by Nitta Corporation) was set on the polishing cloth. Thereafter, the pressure distribution in the silicon wafer surface was evaluated by applying an actual load. FIG. 6 is a distribution diagram showing the pressing force in the silicon wafer surface when the pressure in the second chamber is changed. FIG. 7 shows a graph comparing how the flatness of the carrier differs between the polishing heads of Example 1 and Example 2. Here, the pressure of the first chamber was fixed at 35 kPa, and the pressure of the second chamber was (a) 0 kPa, (b) 18 kPa, (c) 35 kPa, and (d) 50 kPa.
実際に研磨を行い、第一のチャンバーと第二のチャンバーの圧力比を変化させた場合に、シリコンウェーハの面内における取代の変化を確認するために以下のような評価を行った。
実施例2の研磨ヘッドを備えた研磨装置によってシリコンウェーハを研磨した。そして研磨前後のシリコンウェーハの平坦度を測定して、研磨前後の差分形状を評価した。平坦度の測定には、AFS装置(ADE社製)を用いた。ここで、各々のチャンバーの圧力は、第一のチャンバーの圧力は35kPaに固定し、第二のチャンバーの圧力を(b)18kPa、(c)35kPa、(d)50kPaとした。その結果を図8に示す。図8は実施例2の研磨ヘッドにおいて、第二のチャンバーの圧力を変化させた場合にシリコンウェーハの面内における取代がどの程度変化したかの差分を示したグラフである。
When the polishing was actually performed and the pressure ratio between the first chamber and the second chamber was changed, the following evaluation was performed in order to confirm the change in the machining allowance in the surface of the silicon wafer.
The silicon wafer was polished by a polishing apparatus equipped with the polishing head of Example 2. Then, the flatness of the silicon wafer before and after polishing was measured to evaluate the differential shape before and after polishing. An AFS apparatus (manufactured by ADE) was used for measuring the flatness. Here, the pressure of each chamber was fixed to 35 kPa for the first chamber, and (b) 18 kPa, (c) 35 kPa, and (d) 50 kPa for the second chamber. The result is shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing the difference in how much the machining allowance in the surface of the silicon wafer is changed when the pressure in the second chamber is changed in the polishing head of Example 2.
なお、図5に示したように、(a)0kPaのときのキャリアの平面度R(面内4方向測定の各凹凸の最大値の平均)は−55.9μm、(b)18kPaのときのRは−42.3μm、(c)35kPaのときのRは−32.0μm、(d)50kPaのときのRは−21.5μmとなり、第二のチャンバーの圧力を高くするほど、キャリアは平坦になっていき、また外周部と中央部の高さの差が減少することが分かった。 As shown in FIG. 5, (a) the flatness R of the carrier at 0 kPa (the average of the maximum values of the unevenness in the in-plane four-direction measurement) is −55.9 μm, and (b) at 18 kPa. R is -42.3 μm, (c) R is −32.0 μm at 35 kPa, (d) R is −21.5 μm at 50 kPa, and the carrier is flatter as the pressure in the second chamber is increased. It became clear that the difference in height between the outer periphery and the center decreased.
また、図6に示したように、(a)の場合は外周部と中央部での押圧力は異なる。しかし第二のチャンバーの圧力を高くするほど外周部と中央部での押圧力は同じ程度になっていくことが分かった。 Moreover, as shown in FIG. 6, in the case of (a), the pressing force is different between the outer peripheral portion and the central portion. However, it was found that as the pressure in the second chamber was increased, the pressing force at the outer peripheral portion and the central portion became the same level.
そして、図7に示したように、ガスケットの径が異なる実施例1と実施例2のキャリア形状は異なることが分かった。このようにガスケットの外径及び/または内径を変えることでキャリア変形量の初期値を決めることができる。また、第二のチャンバー圧力を上昇させると、キャリアは徐々に中央が凸形状に変化していくことが分かった。
これは、キャリア形状を評価した結果と同じ傾向であり、第一のチャンバーおよび第二のチャンバーの圧力を変えることで、実際にキャリア形状を変化させることができることが分かった。ここで、図7のグラフにおいて、横軸は第二のチャンバーの圧力、縦軸はキャリアの凹凸の最大値の差である。なお、縦軸では、上に行くほどキャリアが凸形状に、下に行くほど凹形状となる。
And as shown in FIG. 7, it turned out that the carrier shape of Example 1 and Example 2 in which the diameter of a gasket differs is different. Thus, the initial value of the carrier deformation amount can be determined by changing the outer diameter and / or inner diameter of the gasket. It was also found that when the second chamber pressure was increased, the carrier gradually changed to a convex shape at the center.
This is the same tendency as the result of evaluating the carrier shape, and it has been found that the carrier shape can actually be changed by changing the pressure in the first chamber and the second chamber. Here, in the graph of FIG. 7, the horizontal axis is the pressure of the second chamber, and the vertical axis is the difference in the maximum value of the unevenness of the carrier. On the vertical axis, the carrier becomes convex as it goes up and concave as it goes down.
そして、図8に示したように、第二のチャンバーの圧力を変更することで、研磨前後のシリコンウェーハの差分形状が変わることが分かった。例えば、第二のチャンバーの圧力が18kPaの(b)では、研磨前後でウェーハ外周部の形状はほとんど変わっていないが、50kPaの(d)ではハネ形状となっていることが分かった。このように、本発明の研磨ヘッドによりウェーハの形状をコントロールすることが確認できた。ここで、図8のグラフにおいて、横軸はシリコンウェーハの中心から半径方向の位置、縦軸は研磨前後のウェーハの高さの差を示している。 And as shown in FIG. 8, it turned out that the differential shape of the silicon wafer before and behind grinding | polishing changes by changing the pressure of a 2nd chamber. For example, when the pressure in the second chamber was 18 kPa (b), the shape of the outer peripheral portion of the wafer was hardly changed before and after polishing, but at 50 kPa (d), it was found that the shape was a honeycomb. Thus, it was confirmed that the shape of the wafer was controlled by the polishing head of the present invention. Here, in the graph of FIG. 8, the horizontal axis indicates the position in the radial direction from the center of the silicon wafer, and the vertical axis indicates the difference in wafer height before and after polishing.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
10…研磨ヘッド、 11…軸体、 12…第一のゴムシート、 13…ヘッド本体、 14…第二のゴムシート、 15…ガスケット、 16…キャリア、 17…ガイドリング、 18…バッキングパッド、 19…第一のチャンバー、 20…第二のチャンバー、 21…第一の圧力調整機構、 22…第二の圧力調整機構、 23…定盤、 24…研磨布、 25…押圧機構、 26…研磨装置、 27…研磨材供給機構、 28…研磨剤、 29…流路、 31…流路、 W…ワーク。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
少なくとも、回転可能でありかつ押圧機構に取り付けられた軸体と、
該軸体に第一のゴムシートを介して連結して保持されたヘッド本体と、
該ヘッド本体の下面に取り付けられた第二のゴムシートと、
該第二のゴムシートの下面に取り付けられ、ガスケットを介して前記第二のゴムシートに保持された円盤状のキャリアと、
該キャリアの外周部に沿って該キャリアのワークを保持する面から下方に突出し、前記ワークのエッジ部を保持するためのガイドリングと、
前記キャリアの下面に取り付けられたバッキングパッドとを有し、
前記軸体、前記第一のゴムシート及び前記ヘッド本体によって密閉された第一のチャンバーが形成されており、前記ヘッド本体及び前記第二のゴムシートによって密閉された第二のチャンバーが形成されており、前記第二のチャンバーの径が前記保持するワークの径より小さく、
前記第一のチャンバーには第一の圧力調整機構が、前記第二のチャンバーには第二の圧力調整機構が設けられており、
前記第一のチャンバーは前記第一の圧力調整機構を調整することによって前記ガスケットを介して前記キャリアの外周部を押圧して前記ワークに押圧力を、前記第二のチャンバーは前記第二の圧力調整機構を調整することによって前記第二のゴムシートを介して前記キャリアの中央部を押圧して前記ワークに押圧力をかけるものであることを特徴とする研磨ヘッド。 A polishing head for holding the workpiece when the surface of the workpiece is polished by being brought into sliding contact with a polishing cloth affixed on a surface plate,
At least a shaft that is rotatable and attached to the pressing mechanism;
A head body connected to the shaft body via a first rubber sheet and held;
A second rubber sheet attached to the lower surface of the head body;
A disc-shaped carrier attached to the lower surface of the second rubber sheet and held on the second rubber sheet via a gasket;
A guide ring that protrudes downward from the surface of the carrier that holds the workpiece along the outer periphery of the carrier and holds the edge of the workpiece;
A backing pad attached to the lower surface of the carrier;
A first chamber sealed by the shaft body, the first rubber sheet, and the head body is formed, and a second chamber sealed by the head body and the second rubber sheet is formed. And the diameter of the second chamber is smaller than the diameter of the workpiece to be held,
The first chamber is provided with a first pressure adjusting mechanism, and the second chamber is provided with a second pressure adjusting mechanism,
The first chamber adjusts the first pressure adjusting mechanism to press the outer peripheral portion of the carrier through the gasket to press the workpiece, and the second chamber presses the second pressure. A polishing head, wherein an adjustment mechanism is adjusted to press the center portion of the carrier via the second rubber sheet to apply a pressing force to the workpiece.
少なくとも、前記ワークを保持するためのキャリアと、該キャリアの外周部を押圧するための第一の圧力調整機構と、該キャリアの中央部を押圧するための第二の圧力調整機構とを有し、
前記第一の圧力調整機構と前記第二の圧力調整機構は各々独立に前記キャリアを押圧することができ、これによって、該キャリアは、前記ワークを前記研磨布に摺接させて研磨する際に、該キャリア面内の内外で前記ワークへの押圧力が異なるようにすることができ、前記ウェーハ面内の内外で異なる押圧力で前記研磨布へ摺接させることができるものであることを特徴とする研磨ヘッド。 A polishing head for holding the workpiece when the surface of the workpiece is polished by being brought into sliding contact with a polishing cloth affixed on a surface plate,
At least a carrier for holding the workpiece, a first pressure adjusting mechanism for pressing the outer periphery of the carrier, and a second pressure adjusting mechanism for pressing the center of the carrier ,
The first pressure adjustment mechanism and the second pressure adjustment mechanism can each independently press the carrier, whereby the carrier is slid in contact with the polishing cloth and polished. The pressing force to the workpiece can be made different inside and outside the carrier surface, and can be brought into sliding contact with the polishing cloth with different pushing force inside and outside the wafer surface. And polishing head.
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