JP2010036283A - Retainer ring accuracy maintaining mechanism in wafer polishing device - Google Patents

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Soji Yamada
創士 山田
Takayoshi Kuwabara
孝好 桑原
Kanki Kitabayashi
幹基 北林
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing device for highly maintaining polishing accuracy for a wafer up to a service life provided originally in a retainer ring by decreasing advancing of wear in an inner peripheral part of the retainer ring with a simple constitution and suppressing application of local pressing on a wafer edge. <P>SOLUTION: The inner peripheral surface of the retainer ring 9 is made as a tapered surface 9a inclined to the lower surface by a required angle. Part of stress in a shearing direction to the inner peripheral surface of the retainer ring 9 by bringing a peripheral edge of the wafer W into contact with the inner peripheral surface of the retainer ring 9 is separated to be component force S<SB>2</SB>to the lower surface side of the partial retainer ring 9. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構に関するものであり、特に、化学機械研磨加工（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等においてリテーナリングが本来持つ寿命に至るまでウェーハに対する研磨加工精度を高く維持できるようにしたウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus, and in particular, maintains a high polishing accuracy for a wafer until the life of retainer ring inherent in chemical mechanical polishing (CMP) or the like. The present invention relates to a retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus that can be used.

従来、例えば、次のようなウェーハ研磨装置が知られている。この従来技術は、ウェーハキャリアで保持したウェーハをスラリーを供給しながら研磨パッドに押圧して研磨するウェーハ研磨装置において、前記ウェーハキャリアは、キャリア本体と、ウェーハに押圧力を伝達するメンブレンと、該メンブレンにエアー圧を供給するバックプレートと、メンブレンを周囲で保持するリテーナリングとを備え、さらにウェーハキャリアには前記リテーナリングとは別に、ウェーハの外周に近接してウェーハの径方向の動きを規制する断面三角形でテーパ形のリング状ガイドが前記メンブレンと一体的に形成されている。そして、研磨中にウェーハをそのリング状ガイドに内嵌させてウェーハがその位置を変えることなくウェーハエッジ部近傍の制御性や安定性を向上させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, for example, the following wafer polishing apparatuses are known. This prior art is a wafer polishing apparatus that polishes a wafer held by a wafer carrier by pressing it against a polishing pad while supplying slurry, wherein the wafer carrier includes a carrier body, a membrane that transmits a pressing force to the wafer, and the wafer A back plate that supplies air pressure to the membrane and a retainer ring that holds the membrane around it are provided. In addition to the retainer ring, the wafer carrier regulates the radial movement of the wafer close to the outer periphery of the wafer. A tapered ring-shaped guide having a triangular cross section is integrally formed with the membrane. Then, during polishing, the wafer is fitted into the ring-shaped guide to improve the controllability and stability in the vicinity of the wafer edge without changing the position of the wafer (see, for example, Patent Document 1).

また、従来、例えば、次のようなウェーハ研磨装置が知られている。この従来技術は、研磨ヘッドにおけるヘッド本体に取り付けられたリテーナリングでウェーハの周囲を包囲しながら該ウェーハを回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置であって、前記リテーナリングは、剛性材によりリング状に形成され、前記ヘッド本体におけるバックプレートの外周に配置されている。該リテーナリングはスナップリングによりリテーナリング取付部に取付固定され、該リテーナリング取付部にはリテーナリング押圧部材が連結されている。リテーナリングは、このリテーナリング押圧部材を介してリテーナリング押圧手段からの押圧力が伝達されて研磨パッドに押し付けられるように構成されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２５２１８号公報。 特許第３６２７１４３号公報。 Conventionally, for example, the following wafer polishing apparatus is known. This prior art is a wafer polishing apparatus that polishes a wafer by pressing the wafer against a rotating polishing pad while surrounding the periphery of the wafer with a retainer ring attached to the head body of the polishing head, and the retainer ring is a rigid material. Is formed in a ring shape and is arranged on the outer periphery of the back plate in the head body. The retainer ring is attached and fixed to the retainer ring attaching portion by a snap ring, and a retainer ring pressing member is connected to the retainer ring attaching portion. The retainer ring is configured such that a pressing force from the retainer ring pressing means is transmitted through the retainer ring pressing member and pressed against the polishing pad (for example, see Patent Document 2).
JP2003-25218A. Japanese Patent No. 3627143.

特許文献１に記載の従来技術におけるウェーハ研磨装置では、リテーナリングとは別に、ウェーハの径方向の動きを規制する断面三角形でテーパ形のリング状ガイドがメンブレンと一体的に形成されている。このため、装置構成の部品点数が増えるとともにウェーハ保持部周辺の構成が複雑化する。   In the conventional wafer polishing apparatus described in Patent Document 1, apart from the retainer ring, a tapered ring-shaped guide having a triangular section that regulates the movement of the wafer in the radial direction is formed integrally with the membrane. For this reason, the number of parts of the apparatus configuration increases and the configuration around the wafer holding unit becomes complicated.

一方、特許文献２に記載の従来技術におけるリテーナリングの内周面は、図４（ａ）に示すように、その下面からの角度θ２が９０度になっている。ところで、該リテーナリングは、その内径がウェーハを安定して内嵌させるために、通例ウェーハの外径よりも１〜２ｍｍ程度大きく、余裕を持たせて作られている。このような寸法関係から、研磨をしてない状況下では、ウェーハはリテーナリングの中央部側に位置しているが、一旦研磨が始まるとウェーハはリテーナリング内を研磨パッドの回転方向に滑り動いて、前記図６（ａ）に示すように、ウェーハＷの外周部がリテーナリング２９の内周面に当接するように接触する。この接触で、図６（ｂ）に示すように、リテーナリング２９の内周部に損耗が発生する。そして、ウェーハ研磨装置の稼働の経過に伴って研磨パッドに接触するリテーナリング２９の下面が摩耗すると、図６（ｃ）に示すように、リテーナリング２９の内周部に発生する損耗Ｄが、該内周部の上側に広がって大きくなる。このため、この損耗Ｄがウェーハエッジに局所的押圧を与えることになって、研磨パッドに対するウェーハの押圧分布が変化し、ウェーハに対する研磨加工精度が劣化するという問題があった。 On the other hand, as shown in FIG. 4A, the inner peripheral surface of the retainer ring according to the prior art described in Patent Document 2 has an angle θ 2 from its lower surface of 90 degrees. By the way, the retainer ring is usually made with a margin of about 1 to 2 mm larger than the outer diameter of the wafer in order to stably fit the inner diameter of the wafer. Because of this dimensional relationship, the wafer is positioned at the center of the retainer ring when polishing is not performed. However, once polishing starts, the wafer slides in the retainer ring in the rotational direction of the polishing pad. Then, as shown in FIG. 6A, the outer peripheral portion of the wafer W comes into contact with the inner peripheral surface of the retainer ring 29. Due to this contact, as shown in FIG. 6B, wear occurs in the inner peripheral portion of the retainer ring 29. When the lower surface of the retainer ring 29 that comes into contact with the polishing pad wears with the progress of the operation of the wafer polishing apparatus, as shown in FIG. 6C, the wear D generated on the inner peripheral portion of the retainer ring 29 is It expands to the upper side of the inner periphery and becomes larger. For this reason, this wear D gives local pressure to the wafer edge, and the pressure distribution of the wafer against the polishing pad changes, and there is a problem that the polishing accuracy for the wafer deteriorates.

そこで、簡単な構成でリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させ、ウェーハエッジに局所的押圧がかかるのを抑えて、リテーナリングが本来持つ寿命に至るまでウェーハに対する研磨加工精度を高く維持するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。   Therefore, in order to maintain the high polishing accuracy for the wafer until the life of the retainer ring is reached, it is possible to slow down the wear progress of the inner periphery of the retainer ring with a simple structure and suppress the local pressing on the wafer edge. Therefore, a technical problem to be solved arises, and the present invention aims to solve this problem.

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付けるとともに前記ウェーハの周縁を研磨ヘッド側に取付けられたリテーナリングの内周面で包囲しつつ前記研磨ヘッドを前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構であって、前記リテーナリングの内周面を、該リテーナリングの下面に対し所要角度傾斜させたテーパ面とし、前記ウェーハの周縁が前記リテーナリングの内周面に接触することによる該リテーナリングの内周面への剪断方向のストレスを前記リテーナリングの下面側へ分力させる。また、テーパ面とすることでウェーハ端面上面にリテーナリング内周部が接触することを回避し、予定される以上の圧力を与えない機構を有する
ウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構を提供する。 The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is a retainer ring in which a wafer is pressed against a polishing pad on a platen and the periphery of the wafer is attached to a polishing head side. A retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus that polishes the wafer by rotating the polishing head relative to the platen while being surrounded by an inner peripheral surface, wherein the inner peripheral surface of the retainer ring is disposed on the retainer ring. The tapered surface is inclined at a required angle with respect to the lower surface, and the stress in the shearing direction on the inner peripheral surface of the retainer ring due to the peripheral edge of the wafer contacting the inner peripheral surface of the retainer ring is applied to the lower surface side of the retainer ring. Divide. Further, it is possible to provide a retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus having a mechanism that prevents the inner peripheral portion of the retainer ring from coming into contact with the upper surface of the wafer end surface by using a tapered surface and does not apply a pressure higher than expected.

この構成によれば、リテーナリングの内周面を、その下面に対し所要角度傾斜させたテーパ面としたことで、リテーナリングの内周面にウェーハの周縁が接触することによる剪断方向のストレスが、一部リテーナリングの下面側へ分力される。したがって、その分力された分だけ、剪断方向のストレスによるリテーナリング内周部の損耗進行が鈍化する。これによりリテーナリング内周部に発生する損耗でウェーハエッジ（ウェーハ周縁）に局所的押圧がかかるのが抑えられて研磨パッドに対するウェーハの押圧分布に変化が生じるのが抑えられる。   According to this configuration, since the inner peripheral surface of the retainer ring is a tapered surface inclined at a required angle with respect to the lower surface, stress in the shearing direction due to contact of the peripheral edge of the wafer with the inner peripheral surface of the retainer ring is caused. Part of the force is applied to the lower surface side of the retainer ring. Accordingly, the progress of wear of the inner periphery of the retainer ring due to the stress in the shearing direction is slowed by the amount of the force. As a result, it is possible to prevent the wafer edge (wafer peripheral edge) from being locally pressed due to wear generated in the inner peripheral portion of the retainer ring, and to prevent the change in the pressure distribution of the wafer against the polishing pad.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記リテーナリングの下面に対する上記リテーナリングの内周面の傾斜角度は、前記リテーナリングの下面からの法線に対し５度以上で１０度未満であるウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構を提供する。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the inclination angle of the inner peripheral surface of the retainer ring with respect to the lower surface of the retainer ring is 10 or more with respect to a normal line from the lower surface of the retainer ring. Provided is a retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus that is less than 1 degree.

この構成によれば、リテーナリングの内周面の傾斜角度を、その下面からの法線に対し５度以上で１０度未満としたことで、研磨ヘッドにおけるウェーハ保持部からのウェーハの飛び出しを規制するというリテーナリング本来の機能が損なわれずに、またウェーハエッジの接触時に研磨パッドに対するウェーハの押し付け力に影響を及ぼすことなく、ウェーハエッジの接触によるリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させることが可能となる。   According to this configuration, the angle of inclination of the inner peripheral surface of the retainer ring is set to 5 degrees or more and less than 10 degrees with respect to the normal line from the lower surface, thereby restricting the protrusion of the wafer from the wafer holding portion in the polishing head. The original function of the retainer ring is not impaired, and the wear progress of the inner periphery of the retainer ring due to the contact of the wafer edge can be slowed without affecting the pressing force of the wafer against the polishing pad when contacting the wafer edge. It becomes possible.

請求項１記載の発明は、簡単な構成でリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させることができて、ウェーハエッジに局所的押圧がかかるのを抑えることができる。したがって、研磨パッドに対するウェーハの押圧分布に変化が生じるのを抑えることができて、リテーナリングが本来持つ寿命に至るまでウェーハに対する研磨加工精度を高く維持することができるという利点がある。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to slow down the progress of wear of the inner peripheral portion of the retainer ring with a simple configuration, and it is possible to suppress the local pressing on the wafer edge. Therefore, it is possible to suppress a change in the pressure distribution of the wafer against the polishing pad, and there is an advantage that the polishing accuracy for the wafer can be kept high until the life of the retainer ring is reached.

請求項２記載の発明は、ウェーハの飛び出しを規制するというリテーナリング本来の機能が損なわれずに、また研磨パッドに対するウェーハの押し付け力に影響を及ぼすことなく、リテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させることができるという利点がある。   The invention according to claim 2 slows down the progress of wear of the inner periphery of the retainer ring without impairing the original function of the retainer ring for regulating the protrusion of the wafer and without affecting the pressing force of the wafer against the polishing pad. There is an advantage that can be made.

簡単な構成でリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させ、ウェーハエッジに局所的押圧がかかるのを抑えて、リテーナリングが本来持つ寿命に至るまでウェーハに対する研磨加工精度を高く維持するという目的を達成するために、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付けるとともに前記ウェーハの周縁を研磨ヘッド側に取付けられたリテーナリングの内周面で包囲しつつ前記研磨ヘッドを前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構であって、前記リテーナリングの内周面を、該リテーナリングの下面に対し所要角度傾斜させたテーパ面とし、前記ウェーハの周縁が前記リテーナリングの内周面に接触することによる該リテーナリングの内周面への剪断方向のストレスを前記リテーナリングの下面側へ分力させることにより実現した。   The objective is to slow down the progress of wear on the inner periphery of the retainer ring with a simple configuration, to prevent local pressing on the wafer edge, and to maintain high polishing accuracy for the wafer until the life of the retainer ring is reached. To achieve this, the wafer is pressed against a polishing pad on a platen and the polishing head is rotated relative to the platen while surrounding the periphery of the wafer with an inner peripheral surface of a retainer ring attached to the polishing head. A retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus for polishing a wafer, wherein an inner peripheral surface of the retainer ring is a tapered surface inclined at a required angle with respect to a lower surface of the retainer ring, and a peripheral edge of the wafer is the retainer ring In the shear direction on the inner peripheral surface of the retainer ring by contacting the inner peripheral surface of the retainer ring. Les was achieved by a component force to the lower surface of the retainer ring.

以下、本発明の実施例に係るウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構を図面に従って詳述する。図１はリテーナリング精度維持機構が内装されたウェーハ研磨装置の斜視図、図２は研磨ヘッドの拡大縦断面図である。   Hereinafter, a retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a wafer polishing apparatus equipped with a retainer ring accuracy maintaining mechanism, and FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a polishing head.

まず、リテーナリング精度維持機構が内装されたウェーハ研磨装置の構成を説明する。図１においてウェーハ研磨装置（化学機械研磨装置）１は、主としてプラテン２と、研磨ヘッド３とから構成されている。前記プラテン２は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸４が連結されており、モータ５の駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。プラテン２の上面には研磨パッド６が貼付されており、該研磨パッド６上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。研磨ヘッド３は、図示しない昇降装置によって上下移動自在に設けられており、研磨対象のウェーハを研磨ヘッド３にセットする際に上昇移動される。また、研磨ヘッド３は、ウェーハを研磨する際には下降移動されて研磨パッド６に押圧当接される。   First, the configuration of a wafer polishing apparatus equipped with a retaining ring accuracy maintaining mechanism will be described. In FIG. 1, a wafer polishing apparatus (chemical mechanical polishing apparatus) 1 is mainly composed of a platen 2 and a polishing head 3. The platen 2 is formed in a disk shape, and a rotary shaft 4 is connected to the center of the lower surface thereof. The platen 2 rotates in the direction of arrow A when the motor 5 is driven. A polishing pad 6 is affixed to the upper surface of the platen 2, and a slurry that is a mixture of an abrasive and a chemical is supplied onto the polishing pad 6 from a nozzle (not shown). The polishing head 3 is provided so as to be movable up and down by a lifting device (not shown), and is moved upward when a wafer to be polished is set on the polishing head 3. The polishing head 3 is moved downward and pressed against the polishing pad 6 when polishing the wafer.

前記研磨ヘッド３は、図２に示すように、主としてヘッド本体７、バックプレート８、リテーナリング９、リテーナリング押圧手段１０、弾性シート１１、バックプレート押圧手段１６及びエアー等の制御手段で構成されている。ヘッド本体７は前記プラテン２よりも小形の円盤状に形成され、その上面中央に回転軸１２（図１参照）が連結されている。該ヘッド本体７は前記回転軸１２に軸着されて図示しないモータで駆動され図１の矢印Ｂ方向に回転する。   As shown in FIG. 2, the polishing head 3 is mainly composed of a head body 7, a back plate 8, a retainer ring 9, a retainer ring pressing means 10, an elastic sheet 11, a back plate pressing means 16, and control means such as air. ing. The head body 7 is formed in a disk shape smaller than the platen 2, and a rotary shaft 12 (see FIG. 1) is connected to the center of the upper surface. The head body 7 is attached to the rotary shaft 12 and is driven by a motor (not shown) to rotate in the direction of arrow B in FIG.

前記バックプレート８は円盤状に形成され、ヘッド本体７の中央に配設されている。該バックプレート８の上面中央部とヘッド本体７の中央下部との間にはドライプレート１３が設けられており、ピン１４，１４を介してヘッド本体７から回転が伝達される。前記ドライプレート１３の中央下部と前記バックプレート８の中央上部との間には作動トランス本体１５ａが固定されており、さらに前記バックプレート８の中央上部には作動トランス１５のコア１５ｂが固定され、図示しない制御部に連結されてウェーハＷ上（図２の下方側）に形成されたＣｕ等からなる導電性膜の研磨状態信号を該制御部に出力している。   The back plate 8 is formed in a disc shape and is disposed in the center of the head body 7. A dry plate 13 is provided between the central portion of the upper surface of the back plate 8 and the central lower portion of the head body 7, and rotation is transmitted from the head body 7 via the pins 14 and 14. An operation transformer main body 15a is fixed between the center lower portion of the dry plate 13 and the center upper portion of the back plate 8, and a core 15b of the operation transformer 15 is fixed to the center upper portion of the back plate 8, A polishing state signal of a conductive film made of Cu or the like formed on the wafer W (on the lower side in FIG. 2) connected to a control unit (not shown) is output to the control unit.

前記バックプレート８の上面周縁部にはバックプレート押圧部材１６ａが設けられており、バックプレート８は該バックプレート押圧部材１６ａを介してバックプレート押圧手段１６から押圧力が伝達される。また、弾性シート１１が張設されたバックプレート８の下方には、バックプレート８と弾性シート１１との間にエアー室１８が形成されており、バックプレート８の下面には、エアーフロートライン１７から該エアー室１８に圧縮エアーを噴射するためのエアー吹出し口１９が設けられている。   A back plate pressing member 16a is provided on the peripheral edge of the upper surface of the back plate 8, and a pressing force is transmitted from the back plate pressing means 16 to the back plate 8 through the back plate pressing member 16a. An air chamber 18 is formed between the back plate 8 and the elastic sheet 11 below the back plate 8 on which the elastic sheet 11 is stretched, and an air float line 17 is formed on the lower surface of the back plate 8. An air outlet 19 for injecting compressed air into the air chamber 18 is provided.

前記エアーフロートライン１７はエアーフィルタ２０及び自動開閉バルブＶ１を介して圧縮エアーの供給源である吸気ポンプ２１に接続されている。前記エアー吹出し口１９からエアー室１８への圧縮エアーの吹出しは前記自動開閉バルブＶ１の切替えによって実行される。これにより、エアー室１８には圧力エア層が形成され、バックプレート８の押圧力がこの圧力エア層からさらに弾性シート１１を介してウェーハＷに伝達される。ウェーハＷは、圧力エア層及び弾性シート１１を介して伝達される前記押圧力によって研磨パッド６に押し付けられる。   The air float line 17 is connected to an intake pump 21 which is a supply source of compressed air via an air filter 20 and an automatic opening / closing valve V1. The compressed air is blown from the air blowing port 19 to the air chamber 18 by switching the automatic opening / closing valve V1. As a result, a pressure air layer is formed in the air chamber 18, and the pressing force of the back plate 8 is further transmitted from the pressure air layer to the wafer W via the elastic sheet 11. The wafer W is pressed against the polishing pad 6 by the pressing force transmitted through the pressure air layer and the elastic sheet 11.

前記バックプレート８の下面にはバキューム及び必要によりＤＩＷ（純水）又はエアーを吹き出すための孔１９ａが形成されている。該エアーの吸引は真空ポンプ２３の駆動によって実行され、そして、自動開閉バルブＶ２をバキュームライン２４に設け、該自動開閉バルブＶ２の切替えによって該バキュームライン２４を介し、バキューム及びＤＩＷの送給が実行される。前記エアーフロートライン１７からエアー室１８への圧縮エアーの送給及びバキュームライン２４からのバキューム作用及びＤＩＷの送給等は制御部からの指令信号によって実行される。   On the lower surface of the back plate 8, a hole 19a is formed for blowing out vacuum and, if necessary, DIW (pure water) or air. The suction of the air is executed by driving the vacuum pump 23, and an automatic opening / closing valve V2 is provided in the vacuum line 24. By switching the automatic opening / closing valve V2, the supply of vacuum and DIW is executed via the vacuum line 24. Is done. The supply of compressed air from the air float line 17 to the air chamber 18, the vacuum action from the vacuum line 24, the supply of DIW, and the like are executed by command signals from the control unit.

なお、前記バックプレート押圧手段１６は、ヘッド本体７下面の中央部周縁に配置され、バックプレート押圧部材１６ａに押圧力を与えることにより、これに結合されたバックプレート８に押圧力を伝達する。このバックプレート押圧手段１６は、好ましくはエアーの吸排気により膨脹収縮するゴムシート製のエアバック２５で構成される。該エアバック２５にはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。   The back plate pressing means 16 is disposed at the peripheral edge of the central portion of the lower surface of the head main body 7, and transmits a pressing force to the back plate 8 coupled thereto by applying a pressing force to the back plate pressing member 16a. The back plate pressing means 16 is preferably composed of a rubber sheet airbag 25 that expands and contracts by air intake and exhaust. The air bag 25 is connected to an air supply mechanism (not shown) for supplying air.

前記リテーナリング９は、ウェーハＷを内嵌させるため、その内径がウェーハＷの直径よりも適宜量大径のリング状に形成され、バックプレート８の外周に配置されている。該リテーナリング９は、その内周面が下面からの法線Ｎに対し５度以上で１０度未満の所要角度θ１（図３参照）だけ傾斜したテーパ面９ａとなっている。このテーパ面９ａの部分が、ウェーハエッジがリテーナリング９の内周面に接触することによる剪断方向のストレスを下面側へ分力させて、該剪断方向のストレスによるリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させるリテーナリング精度維持機構として機能する。該リテーナリング９は研磨ヘッド３に設けられたリテーナリングホルダ２６に取り付けられ、その内側上部に前記弾性シート１１が張設されている。該弾性シート１１は円形状に形成され、複数の孔２２が開穿されている。 The retainer ring 9 is formed in a ring shape whose inner diameter is appropriately larger than the diameter of the wafer W in order to fit the wafer W therein, and is disposed on the outer periphery of the back plate 8. The retainer ring 9 has a tapered surface 9a whose inner peripheral surface is inclined by a required angle θ 1 (see FIG. 3) of 5 degrees or more and less than 10 degrees with respect to the normal line N from the lower surface. The taper surface 9a causes the stress in the shearing direction due to the wafer edge to contact the inner peripheral surface of the retainer ring 9 to be divided to the lower surface side, and the wear progress of the inner peripheral portion of the retainer ring due to the stress in the shearing direction. It functions as a retainer ring accuracy maintaining mechanism that slows down the pressure. The retainer ring 9 is attached to a retainer ring holder 26 provided in the polishing head 3, and the elastic sheet 11 is stretched on the inner upper portion thereof. The elastic sheet 11 is formed in a circular shape, and a plurality of holes 22 are opened.

弾性シート１１は、周縁部がリテーナリング９とリテーナリングホルダ２６との間で挟持されることにより、リテーナリング９の内側上部に張設される。前記リテーナリングホルダ２６はリング状に形成された取付部材２７にスナップリング２８を介して取り付けられている。該取付部材２７にはリテーナリング押圧部材１０ａが連結されている。リテーナリング９は、このリテーナリング押圧部材１０ａを介してリテーナリング押圧手段１０からの押圧力が伝達される。   The elastic sheet 11 is stretched between the retainer ring 9 and the retainer ring holder 26, so that the elastic sheet 11 is stretched on the inner upper portion of the retainer ring 9. The retainer ring holder 26 is attached to an attachment member 27 formed in a ring shape via a snap ring 28. A retainer ring pressing member 10 a is connected to the mounting member 27. The retainer ring 9 is transmitted with the pressing force from the retainer ring pressing means 10 via the retainer ring pressing member 10a.

該リテーナリング押圧手段１０はヘッド本体７の下面の外周部に配置され、リテーナリング押圧部材１０ａ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９を研磨パッド６に押し付ける。このリテーナリング押圧手段１０も好ましくは、バックプレート押圧手段１６と同様に、ゴムシート製のエアバック１６ｂで構成される。該エアバック１６ｂにはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。   The retainer ring pressing means 10 is disposed on the outer peripheral portion of the lower surface of the head main body 7, and applies a pressing force to the retainer ring pressing member 10 a to press the retainer ring 9 coupled thereto against the polishing pad 6. The retainer ring pressing means 10 is also preferably constituted by a rubber sheet airbag 16b, similar to the back plate pressing means 16. An air supply mechanism (not shown) for supplying air is connected to the airbag 16b.

次に、上述のように構成されたウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構の作用を図３、図４及び図５を用いて説明する。図３はウェーハエッジ（ウェーハ周縁）の接触によるリテーナリング内周面への剪断方向のストレスがリテーナリングの下面側へ分力される様子を説明するための部分拡大縦断面図、図４はウェーハの研磨プロファイル例を比較例とともに示す図、図５は研磨処理時間に対するリテーナリング内周部への損耗進行量の例を比較例とともに示す特性図である。   Next, the operation of the retainer ring accuracy maintaining mechanism in the wafer polishing apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view for explaining a state in which the stress in the shearing direction on the inner peripheral surface of the retainer ring due to the contact of the wafer edge (wafer peripheral edge) is divided to the lower surface side of the retainer ring. FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of the amount of progress of wear on the inner periphery of the retainer ring with respect to the polishing processing time, together with a comparative example.

まず、ウェーハ研磨装置１における研磨ヘッド３を図示しない移動機構により所定箇所に待機中のウェーハＷ上に載置する。そして、研磨ヘッド３のバキュームライン２４側を作動状態とし、バキューム側の孔１９ａを介してエアー室１８を真空にし、孔（バキューム孔）２２を介して弾性シート１１下面にウェーハＷを吸着保持する。そして、前記移動機構により、ウェーハＷを吸着保持した研磨ヘッド３をプラテン２上に運び、該ウェーハＷを、研磨対象である導電性膜が研磨パッド６に対接するようにプラテン２上に載置する。バキュームライン２４はウェーハＷ上部の導電性膜の研磨作業が終了したとき、再び、該バキュームライン２４側を作動状態とし、ウェーハＷを研磨ヘッド３によって吸着保持し、図示しない洗浄装置へ搬送するときにも用いられる。   First, the polishing head 3 in the wafer polishing apparatus 1 is placed on a waiting wafer W at a predetermined location by a moving mechanism (not shown). Then, the vacuum line 24 side of the polishing head 3 is activated, the air chamber 18 is evacuated through the vacuum side hole 19a, and the wafer W is sucked and held on the lower surface of the elastic sheet 11 through the hole (vacuum hole) 22. . Then, the polishing mechanism 3 holding the wafer W by suction is carried onto the platen 2 by the moving mechanism, and the wafer W is placed on the platen 2 so that the conductive film to be polished contacts the polishing pad 6. To do. When the polishing operation of the conductive film on the upper portion of the wafer W is completed, the vacuum line 24 is brought into the operating state again, and the wafer W is sucked and held by the polishing head 3 and transferred to a cleaning device (not shown). Also used for.

次いで、バキュームライン２４側の作動を解除し、図示しない空気供給機構から両エアバック１６ｂ，２５にエアーを供給して該両エアバック１６ｂ，２５を膨らませる。これと同時にエアーフロートライン１７側を作動状態とし、バックプレート８に設けたエアー吹出し口１９からエアー室１８に圧縮エアーを供給する。これにより、エアー室１８の内圧が高くなり、該エアー室１８に圧力エア層が形成される。そして、前記両エアバック１６ｂ，２５の膨らみによって、前記ウェーハＷ上部の導電性膜とリテーナリング９が所定の圧力で研磨パッド６に押し付けられる。   Next, the operation on the vacuum line 24 side is released, and air is supplied to both airbags 16b, 25 from an air supply mechanism (not shown) to inflate both airbags 16b, 25. At the same time, the air float line 17 side is activated, and compressed air is supplied to the air chamber 18 from an air outlet 19 provided in the back plate 8. Thereby, the internal pressure of the air chamber 18 is increased, and a pressure air layer is formed in the air chamber 18. Then, the conductive film and the retainer ring 9 on the upper portion of the wafer W are pressed against the polishing pad 6 with a predetermined pressure by the swelling of the airbags 16b and 25.

この状態でプラテン２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに研磨ヘッド３を図１の矢印Ｂ方向に回転させ、回転する研磨パッド６上に図示しないノズルからスラリーを供給する。このとき、リテーナリングホルダ２６を介して研磨ヘッド３側に取り付けられているリテーナリング９は、該研磨ヘッド３とともに回転する。一方、エアー室１８内の圧力エア層及び孔２２が開穿された弾性シート１１を介して研磨パッド６に押し付けられているウェーハＷはリテーナリング９内で研磨パッド３上を滑り動くように該研磨パッド６の回転方向に移動し、その周縁がリテーナリング９の内周面に当接するように接触する。そして、この接触した状態でウェーハＷは所定の回転数で回転し、研磨が進行する。   In this state, the platen 2 is rotated in the direction of arrow A in FIG. 1 and the polishing head 3 is rotated in the direction of arrow B in FIG. 1 to supply slurry from a nozzle (not shown) onto the rotating polishing pad 6. At this time, the retainer ring 9 attached to the polishing head 3 side via the retainer ring holder 26 rotates together with the polishing head 3. On the other hand, the wafer W pressed against the polishing pad 6 via the elastic sheet 11 in which the pressure air layer in the air chamber 18 and the hole 22 are opened is slidably moved on the polishing pad 3 in the retainer ring 9. The polishing pad 6 moves in the rotational direction, and comes into contact so that its peripheral edge comes into contact with the inner peripheral surface of the retainer ring 9. Then, in this contacted state, the wafer W rotates at a predetermined rotational speed, and polishing proceeds.

このとき、図３に示すように、リテーナリング９の内周面は、所要角度θ１だけ傾斜したテーパ面９ａとなっていることで、このテーパ面９ａにウェーハＷの周縁が接触することによる剪断方向のストレスＳが、一部リテーナリングの下面側へ分力Ｓ２される。したがって、リテーナリング９の内周面に実質的にかかる剪断方向のストレスは、分力Ｓ２された分だけ少ないストレスＳ１となり、リテーナリング内周部の損耗進行が鈍化する。これによりリテーナリング内周部に発生する損耗でウェーハＷの周縁に局所的押圧がかかるのが抑えられて研磨パッド６に対するウェーハＷの押圧分布に変化が生じるのが抑えられる。この結果、ウェーハＷに対する研磨加工精度が高くなる。 At this time, as shown in FIG. 3, the inner peripheral surface of the retainer ring 9 is a tapered surface 9 a inclined by the required angle θ 1 , so that the peripheral edge of the wafer W comes into contact with the tapered surface 9 a. stress S shear direction is a component force S 2 is the lower surface of the part retainer ring. Accordingly, the stress in the shearing direction that is substantially applied to the inner peripheral surface of the retainer ring 9 becomes the stress S 1 that is less by the component force S 2 , and the wear progress of the inner peripheral portion of the retainer ring is slowed down. As a result, it is possible to suppress the local pressing of the peripheral edge of the wafer W due to the wear generated in the inner peripheral portion of the retainer ring, and to suppress the change in the pressing distribution of the wafer W against the polishing pad 6. As a result, the polishing accuracy for the wafer W is increased.

図４は、研磨精度が保証できる期間内における本実施例のウェーハ研磨プロファイル（研磨形状）例を比較例とともに示した図である。図中、ａ；傾斜角度θ１が５度のテーパ面９ａを持つ本実施例のリテーナリング９を適用したとき、ｂ；傾斜角度θ１が１０度のテーパ面を持つ比較例としてのリテーナリングを適用したとき、ｃ；傾斜角度θ１が０度の内周面を持つ従来例（比較例）のリテーナリングを適用したときの各研磨プロファイルを示している。この比較例を含めたウェーハ研磨プロファイル例から、本実施例ａの傾斜角度θ１が５度のテーパ面９ａを持つリテーナリング９は、従来例ｃの傾斜角度θ１が０度の内周面を持つリテーナリングの場合とほぼ同等の研磨加工精度が得られている。これに対し、比較例ｂの傾斜角度θ１が１０度を超えたリテーナリングでは、特にウェーハ周縁部近傍の研磨形状が不安定になっている。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a wafer polishing profile (polishing shape) of the present example within a period in which polishing accuracy can be guaranteed, together with a comparative example. In the figure, a; when applying retainer ring 9 of the present embodiment the inclination angle theta 1 has a 5 degree tapered surfaces 9a, b; retainer ring as a comparative example in which the inclination angle theta 1 has a tapered surface of 10 degrees When c is applied, c; each polishing profile when applying the retainer ring of the conventional example (comparative example) having an inner peripheral surface with an inclination angle θ 1 of 0 degree is shown. From the wafer polishing profile examples including this comparative example, a retainer ring 9 the inclination angle theta 1 of the present embodiment a has a 5 degree tapered surface 9a is an inner circumferential surface of the inclined angle theta 1 of the conventional example c is 0 degrees A polishing accuracy almost equal to that of a retainer ring having a diameter is obtained. In contrast, in the retainer ring to the inclination angle theta 1 is greater than 10 degrees in the comparative example b, in particular the polishing shape of the wafer peripheral portion near unstable.

図５は、研磨処理時間に対するリテーナリング内周部への損耗進行量の例を従来例（比較例）とともに示した図である。本実施例；傾斜角度θ１が５度のテーパ面９ａを持つリテーナリング９を適用したとき、従来例；傾斜角度θ１が０度の内周面を持つリテーナリングを適用したときのものである。この損耗進行量の特性例から、研磨加工精度に影響を与える閾値を損耗進行量０．０５としたときの研磨処理時間を本実施例と従来例について比較すると、本実施例の研磨処理時間は従来例のそれの２倍以上になっている。この結果から本実施例のリテーナリング９は、従来例に比べて、リテーナリング内周部の損耗進行を２倍以上の研磨処理時間にわたって鈍化させることができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the amount of progress of wear to the inner peripheral portion of the retainer ring with respect to the polishing processing time together with the conventional example (comparative example). When the inclination angle theta 1 is applied to the retainer ring 9 having a 5 degrees tapered surface 9a, a conventional example; the present embodiment obtained when the inclination angle theta 1 is applied to the retainer ring having an inner peripheral surface of the 0-degree is there. From this characteristic example of the wear progress amount, when the polishing process time when the threshold value affecting the polishing accuracy is set to 0.05 is the wear process amount, the polishing process time of this example is as follows. It is more than twice that of the conventional example. From this result, the retainer ring 9 of the present embodiment can slow down the progress of wear of the inner periphery of the retainer ring over a polishing process time that is twice or more that of the conventional example.

上述したように、本実施例に係るウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構においては、リテーナリング９の内周面をテーパ面９ａにするという簡単な構成でリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させることができて、ウェーハエッジに局所的押圧がかかるのを抑えることができる。したがって、研磨パッド６に対するウェーハＷの押圧分布に変化が生じるのを抑えることができて、リテーナリング９が本来持つ寿命に至るまでウェーハＷに対する研磨加工精度を高く維持することができる。   As described above, in the retainer ring accuracy maintaining mechanism in the wafer polishing apparatus according to the present embodiment, the wear progress of the inner peripheral portion of the retainer ring is slowed with a simple configuration in which the inner peripheral surface of the retainer ring 9 is a tapered surface 9a. Therefore, local pressing on the wafer edge can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a change in the pressure distribution of the wafer W against the polishing pad 6 and to maintain high polishing accuracy for the wafer W until the life of the retainer ring 9 is reached.

上記テーパ面９ａの傾斜角度を、その下面からの法線Ｎに対し５度以上で１０度未満としたことで、研磨ヘッド３におけるウェーハ保持部からのウェーハＷの飛び出しを規制するというリテーナリング９本来の機能が損なわれずに、またウェーハエッジの接触時に研磨パッド６に対するウェーハＷの押し付け力に影響を及ぼすことなく、ウェーハエッジの接触によるリテーナリング内周部の損耗進行を鈍化させることができる。   The inclination angle of the taper surface 9a is set to 5 degrees or more and less than 10 degrees with respect to the normal line N from the lower surface thereof, so that the retainer ring 9 that restricts the protrusion of the wafer W from the wafer holding portion in the polishing head 3 is controlled. The progress of wear of the inner periphery of the retainer ring due to the contact of the wafer edge can be slowed without impairing the original function and without affecting the pressing force of the wafer W against the polishing pad 6 at the time of contact of the wafer edge.

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。   The present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.

本発明の実施例に係るリテーナリング精度維持機構が内装されたウェーハ研磨装置の斜視図。1 is a perspective view of a wafer polishing apparatus equipped with a retainer ring accuracy maintaining mechanism according to an embodiment of the present invention. 図１のウェーハ研磨装置における研磨ヘッドの拡大縦断面図。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a polishing head in the wafer polishing apparatus of FIG. 1. 図１のリテーナリング精度維持機構が内装されたウェーハ研磨装置においてウェーハエッジの接触によるリテーナリング内周面への剪断方向のストレスがリテーナリングの下面側へ分力される様子を説明するための部分拡大縦断面図。1 is a diagram for explaining a state in which stress in a shearing direction on the inner peripheral surface of the retainer ring due to contact of the wafer edge is divided into the lower surface side of the retainer ring in the wafer polishing apparatus in which the retainer ring accuracy maintaining mechanism of FIG. FIG. 図１のウェーハ研磨装置によるウェーハの研磨プロファイル例を比較例とともに示す図。The figure which shows the example of a grinding | polishing profile of the wafer by the wafer grinding | polishing apparatus of FIG. 1 with a comparative example. 図１のウェーハ研磨装置における研磨処理時間に対するリテーナリング内周部への損耗進行量の例を比較例とともに示す特性図。The characteristic view which shows the example of the wear progress amount to the retainer ring inner peripheral part with respect to the grinding | polishing processing time in the wafer grinding | polishing apparatus of FIG. 1 with a comparative example. 従来のウェーハ研磨装置においてリテーナリング内周部に発生する損耗によりウェーハエッジに局所的押圧がかかることを説明するための図であり、（ａ）はウェーハエッジがリテーナリングの内周面に当接した状態を示す図、（ｂ）はリテーナリングの内周部に損耗が発生する様子を示す図、（ｃ）はリテーナリングの下面の摩耗により損耗がリテーナリングの内周部上側に広がって大きく様子を示す図。It is a figure for demonstrating that a local edge is applied to a wafer edge by the abrasion which generate | occur | produces in the inner peripheral part of a retainer ring in the conventional wafer grinding | polishing apparatus, (a) is a wafer edge contact | abutted to the inner peripheral surface of a retainer ring. (B) is a diagram showing how the wear occurs on the inner peripheral portion of the retainer ring, and (c) is a diagram showing wear caused by the wear on the lower surface of the retainer ring and spreading to the upper side of the inner peripheral portion of the retainer ring. The figure which shows a mode.

符号の説明Explanation of symbols

１ ウェーハ研磨装置
２ プラテン
３ 研磨ヘッド
４ 回転軸
５ モータ
６ 研磨パッド
７ ヘッド本体
８ バックプレート
９ リテーナリング
９ａ テーパ面
１０ リテーナリング押圧手段
１１ 弾性シート
１２ 回転軸
１３ ドライプレート
１４ ピン
１５ 作動トランス
１６ バックプレート押圧手段
１７ エアーフロートライン
１８ エアー室
１９ エアー吹出し口
２０ エアーフィルタ
２１ 給気ポンプ
２２ 孔
２３ 真空ポンプ
２４ バキュームライン
２５ エアバック
２６ リテーナリングホルダ
２７ 取付部材
２８ スナップリング
２９ リテーナリング（従来）
Ｗ ウェーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer polisher 2 Platen 3 Polishing head 4 Rotating shaft 5 Motor 6 Polishing pad 7 Head main body 8 Back plate 9 Retainer ring 9a Tapered surface 10 Retainer ring pressing means 11 Elastic sheet 12 Rotating shaft 13 Dry plate 14 Pin 15 Actuating transformer 16 Back Plate pressing means 17 Air float line 18 Air chamber 19 Air outlet 20 Air filter 21 Air supply pump 22 Hole 23 Vacuum pump 24 Vacuum line 25 Air bag 26 Retainer ring holder 27 Mounting member 28 Snap ring 29 Retainer ring (conventional)
W wafer

Claims (2)

ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付けるとともに前記ウェーハの周縁を研磨ヘッド側に取付けられたリテーナリングの内周面で包囲しつつ前記研磨ヘッドを前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構であって、
前記リテーナリングの内周面を、該リテーナリングの下面に対し所要角度傾斜させたテーパ面とし、前記ウェーハの周縁が前記リテーナリングの内周面に接触することによる該リテーナリングの内周面への剪断方向のストレスを前記リテーナリングの下面側へ分力させたこと、また、テーパ面とすることでウェーハ端面上面にリテーナリング内周部が接触することを回避し、予定される以上の圧力を与えない機構を有することを特徴とするウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構。 A wafer for pressing the wafer against a polishing pad on the platen and polishing the wafer by rotating the polishing head relative to the platen while surrounding the periphery of the wafer with an inner peripheral surface of a retainer ring attached to the polishing head. A retainer ring accuracy maintaining mechanism in a polishing apparatus,
The inner peripheral surface of the retainer ring is a tapered surface inclined at a required angle with respect to the lower surface of the retainer ring, and the peripheral edge of the wafer contacts the inner peripheral surface of the retainer ring to the inner peripheral surface of the retainer ring. The stress in the shearing direction is divided to the lower surface side of the retainer ring, and the tapered surface prevents the retainer ring inner peripheral portion from contacting the upper surface of the wafer end surface, resulting in a pressure higher than expected. A retainer ring accuracy maintaining mechanism in a wafer polishing apparatus, characterized in that the mechanism has a mechanism that does not give an effect. 上記リテーナリングの下面に対する上記リテーナリングの内周面の傾斜角度は、前記リテーナリングの下面からの法線に対し５度以上で１０度未満であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置におけるリテーナリング精度維持機構。
2. The wafer polishing according to claim 1, wherein an inclination angle of an inner peripheral surface of the retainer ring with respect to a lower surface of the retainer ring is 5 degrees or more and less than 10 degrees with respect to a normal line from the lower surface of the retainer ring. Retainer ring accuracy maintaining mechanism in equipment.
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