JP2011124302A - Low center of gravity airbag type polishing head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものであり、更に、詳細には、半導体ウェーハを水張り又は粘着層により下面の可撓性膜に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するCMP研磨装置において、球面ベアリングによるジンバルポイントを可撓性膜の下面とを一致させた低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a low center-of-gravity airbag type polishing head, and more specifically, in a CMP polishing apparatus in which a semiconductor wafer is adhered to a flexible film on a lower surface with a water-filled or adhesive layer and polished with a polishing cloth. The present invention relates to a low center-of-gravity airbag type polishing head in which a gimbal point by a spherical bearing coincides with the lower surface of a flexible film.
現今における弛まざる技術革新は目覚ましいものがあり、その先端技術の開発によって、優れた様々な商品群が多数送出されており、特に、コンピュータ、マイコン等の電子関連機器に用いられるMEMSデバイス又はNEMSデバイスを製造する過程の半導体ウェーハの研削装置は、各種開発されて使用されており、近年要求される被研削体である半導体ウェーハは、装着するデバイスの小型化の観点からの極薄化であり、生産性の観点からの拡径化であり、歩留まりの観点からの全面を超高精度に均一性を有した平坦加工、鏡面加工であり、極薄化され、拡径化され、且つ、材料特性は硬質、脆性の半導体ウェーハを如何に超高精度に且つ効率良く仕上げるかに凌ぎを削っている現状である。 There are remarkable technological innovations that are not relaxed at present, and due to the development of its advanced technology, many excellent various product groups have been sent out, especially MEMS devices or NEMS devices used in electronic related equipment such as computers and microcomputers. Various types of semiconductor wafer grinding devices in the process of manufacturing have been developed and used, and semiconductor wafers that are required to be ground in recent years are extremely thin from the viewpoint of miniaturization of devices to be mounted, The diameter is increased from the viewpoint of productivity, and the entire surface from the viewpoint of yield is flat processing and mirror surface processing with uniformity with ultra-high accuracy, and is extremely thinned, expanded in diameter, and material characteristics. Is surpassing how hard and brittle semiconductor wafers are finished with ultra-high accuracy and efficiency.
その為に、例えば、本出願人が先に開示した、スピンドル軸2とワークヘッド3との間に球面軸受4を介装し、中心穴5aを開口させフランジ部5bを膨出させた金属製サスペンション5と、球面軸受4の太陽球4aと凹面受け部4bと間隙部4cと、凹面受け部4bに埋設させた多数の遊星球4dと、ワークヘッド3に形成した加圧室3aと、加圧室3aに張設した可撓性膜6と、を備え、加圧室3aにゲル状流体を流入させて可撓性膜6を膨縮させる流体流通系7は太陽球4aを固定したスピンドル軸2の軸心と金属製サスペンション5の中心穴5aとワークヘッド3を連通させたもの(特許文献1参照)や、他に開示された、主軸6、球面軸受4、保持プレート3、板バネ2などにより構成される。被加工物9は保持プレート3の下面に装着され、保持プレート3は球面軸受4及び板バネ2を介して主軸6の下端部に接続され、主軸6は回転駆動機構に接続される。球面軸受4は主軸6の回転軸上に傾動中心を有す。板バネ2は軸対称形状を備え、中央に開口部27を有し、外周部に径方向に伸びる複数の腕部21を有す。板バネ2の内周に沿って取付穴25が形成され、これに支持プレート1が結合される。各腕部21の先端に取付穴26が形成され、これに保持プレート3が結合される。上記の取付穴26及び取付穴25は、それぞれ、主軸6の回転軸を中心とする大小二つの同心円上に位置しているもの(特許文献2参照)や、研磨装置は、ベース(23)、ターンテーブル(27)、研磨パッド(29)、および研磨ヘッド(63)を回転するための駆動メカニズム(45)を含む。研磨ヘッドは、少なくとも一のウエハ(35)を保持して、ウエハの表面を、研磨パッドのワーク面に噛合わせる。球状のベアリングアセンブリ(75)は、研磨パッド(63)を駆動メカニズム上に載置し、ジンバルポイント(p)の周りで研磨ヘッドをピボット旋回させる。研磨ヘッドは、ウエハを研磨ヘッドと噛合うように保持した場合、ジンバルポイントはワーク表面より高い位置にはならない。このピボット旋回は、ウエハ表面が、ウエハ表面にかかる圧力が均等になるように連続的に自己整合でき、一方、研磨ヘッドの回転は、駆動メカニズムにより行なわれる。これは、表面とワーク表面とを、連続的に平行な関係に維持し、半導体ウエハ、特にウエハの横のエッジ近傍で、より均一な研磨を行なうもの(特許文献3参照)等が開示されている。
然し乍ら、特許文献1〜3は、何れもワークヘッドプレートの傾きに対応するように球面軸受を備えているものであるが、夫々の図1に図示されたように、ワークヘッドプレートの上面に球面軸受部を設けているものであるが、球体を介装しており、ジンバルポイントが高く成ると共に、超高精度にウェーハを研磨するためのワークヘッドプレートの下向きにかかる圧力の平均化が困難であり、中央辺においては平均化が図れても、外周辺においては研磨ヘッドの僅かな傾きに追従できなく安定化が計れなく、その為、研磨ヘッドを持ち上げる時のウェーハのフライアウトの要因となり、夫々課題を有していた。
However, each of
本発明は前記課題に鑑み、鋭意研鑽の結果、これらの課題を解決するもので、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸と、スピンドル軸の下端に接続用部材を介装して固定するための円筒状上部と下方を開口させたカップ状下部とを一体に備えたヘッド保持部材と、ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、ヘッド保持部材のカップ状下部の縁部に突設した回転力を伝えるための複数のドライブピンと、アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングと、インナー球面ベアリングを固定させる環状凹溝と複数のドライブピンを挿通させる複数のドライブピン挿通穴と刻設し上方に接続用円筒部を立設させたヘッド本体と、ヘッド本体の下面より若干下面を突出させて該ヘッド本体の胴周に固定した環状のエアバックと、エアバックの下面にバックプレートを介装して張設した可撓性膜と、ヘッド本体と接続用部材とを接続させる接続用ボルトと、を備え、アウター球面ベアリングとインナー球面ベアリングとによるジンバルポイントを可撓性膜の下面と一致させたものである。 In view of the above-mentioned problems, the present invention solves these problems as a result of diligent research, and includes a spindle shaft that is provided so as to be movable up and down and rotatable, and a connecting member interposed at the lower end of the spindle shaft. A head holding member integrally provided with a cylindrical upper portion for fixing and a cup-shaped lower portion having an opening at the bottom, an outer spherical bearing provided inside the cup-shaped lower portion of the head holding member, and a cup shape of the head holding member A plurality of drive pins for transmitting the rotational force projecting from the lower edge, an inner spherical bearing to be joined to the outer spherical bearing, an annular groove for fixing the inner spherical bearing, and a plurality of drive pins to be inserted through the plurality of drive pins A head body which is engraved with a drive pin insertion hole and has a connecting cylindrical portion standing upward, and a head surface which protrudes slightly from the lower surface of the head body. An annular airbag fixed to the periphery of the body, a flexible film stretched by a back plate on the lower surface of the airbag, and a connection bolt for connecting the head body and the connection member. The gimbal point by the outer spherical bearing and the inner spherical bearing is made to coincide with the lower surface of the flexible film.
前述の如く構成した本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドは、ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、該アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングとによるジンバルポイントがヘッド本体の下面に張設した可撓性膜と一致させることができ、また、可撓性膜の上方にはエアバックが介装されており、研磨されるウェーハの微妙な傾斜にも充分追従でき、研磨時の僅かな傾斜にも研磨面の全面にわたって押圧力の平均化が計れ、研磨ヘッドを持ち上げる際のウェーハのフライアウトを極減させるものであり、画期的で実用性の高い有効な発明である。 The low center-of-gravity airbag type polishing head of the present invention configured as described above has a gimbal point by an outer spherical bearing housed inside the cup-shaped lower portion of the head holding member and an inner spherical bearing fitted to the outer spherical bearing. It can be matched with the flexible film stretched on the lower surface of the head body, and an air bag is interposed above the flexible film, so that it can sufficiently follow the delicate inclination of the wafer to be polished. It is possible to average the pressing force over the entire polishing surface even with a slight inclination during polishing, and to minimize the flyout of the wafer when lifting the polishing head. It is a novel invention.
以下、本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドの実施の形態を図面によって、具体的に説明すると、図1は本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドの実施例の研削装置の概要説明図である。 The embodiment of the low center of gravity airbag type polishing head of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view of a grinding apparatus of an embodiment of the low center of gravity airbag type polishing head of the present invention. is there.
本発明は低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものであり、更に、詳細には、半導体ウェーハを水張り又は粘着層により下面の可撓性膜に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するCMP研磨装置において、球面ベアリングのジンバルポイントを可撓性膜の下面とを一致させたことを特徴とする低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものであり、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸1と、該スピンドル軸1の下端に接続用部材2を介装して固定するための円筒状上部3aと下方を開口させたカップ状下部3bとを一体に備えたヘッド保持部材3と、該ヘッド保持部材3のカップ状下部3bの内側に内装したアウター球面ベアリング4と、前記ヘッド保持部材3のカップ状下部3bの縁部に突設した回転力を伝えるための複数のドライブピン5と、前記アウター球面ベアリング4と合着するインナー球面ベアリング6と、該インナー球面ベアリング6を固定させる環状凹溝7aと前記複数のドライブピン6を挿通させる複数のドライブピン挿通穴7bと刻設し上方に接続用円筒部7cを立設させたヘッド本体7と、該ヘッド本体7の下面より若干下面を突出させて該ヘッド本体7の胴周に固定した環状のエアバック8と、該エアバック8の下面にバックプレート9を介装して張設した可撓性膜10と、前記ヘッド本体7と前記接続用部材2とを接続させる接続用ボルト11と、を備え、前記アウター球面ベアリング4と前記インナー球面ベアリング6とによるジンバルポイントPを前記可撓性膜10の下面と一致させたことを特徴とするものである。
The present invention relates to a low center-of-gravity airbag type polishing head, and more specifically, in a CMP polishing apparatus in which a semiconductor wafer is adhered to a flexible film on a lower surface with a water-filled or adhesive layer and polished with a polishing cloth. The present invention relates to a low center-of-gravity airbag type polishing head characterized in that the gimbal point of a spherical bearing is made to coincide with the lower surface of the flexible membrane, and a
即ち、本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドのスピンドル軸1は、CMP研磨装置の図示しないコラムから垂設されるもので、図示しないモーターの駆動源と機械的に接続され動力を得て、昇降且つ回転自在に設けられているものである。
That is, the
そして、接続用部材2は、図1に図示するように、厚みを有した短管状部材で、軸方向の円周面にはスピンドル軸1の下端に後述するヘッド保持部材3を複数の固定用ボルト2aで固定するための複数の固定用ボルト用挿通孔を貫設しており、中心には後述する接続用ボルト11と螺合させる接続用ボルト用螺子孔2bを貫設しているものである。
As shown in FIG. 1, the connecting
次に、ヘッド保持部材3は、スピンドル軸1の下端に固定されるもので、上方にスピンドル軸1の下端辺を挿通してスピンドル軸1の下端の環状段部に接続用部材2を介装して固定用ボルト2aで固定するための円筒状上部3aと、該円筒状上部3aとフランジ部を介して拡径し一体的に形成される下方が開口したカップ状下部3bとを備えたもので、ヘッド保持部材3の外方には防塵用のカバー3cを装着すると共に、カップ状下部3bには後述するアウター球面ベアリング4を内装すると共に、外周縁部には後述するドライブピン5を突設させるものである。
Next, the
次いで、アウター球面ベアリング4は、円柱状の外周面と、平坦面の上面と、中央には後述するヘッド本体7を固定するための接続用ボルト11を間隙を有して挿通させるための中心穴と、下面の内側には前記中心穴に繋がる上方が狭く下方が拡がる球体の一部である球面ベアリングとなる凹状の球面摺動部4aを備えており、アウター球面ベアリング4はヘッド保持部材3の下方が開口したカップ状下部3bの下方から内装するもので、カップ状下部3bの内側面と天板とにアウター球面ベアリング4の外周面と上面とを密着させて内装しているものである。
Next, the outer
更に、複数のドライブピン5は、ヘッド保持部材3のカップ状下部3bの縁部から2〜4本突設しているもので、後述するヘッド本体7にスピンドル軸1からの回転力を伝えるためのものである。
Further, the plurality of
更には、インナー球面ベアリング6は、球体の上方を横方向に切断したような略半球状のもので、上面と下面とは平坦面を備え、中心には後述するヘッド本体7の上面に立設した接続用円筒部7cを挿通させる中心穴6aを備えると共に、前記アウター球面ベアリング4の内側の凹状の球面摺動部4aと合着して球面ベアリングとする球体の一部である上方が小径で下方が大径の凸状の球面摺動面6bとを備えもので、周知のようにあらゆる方向への傾斜に追従できる球面ベアリングと成るものである。
Furthermore, the inner spherical bearing 6 is a substantially hemispherical shape obtained by cutting the upper part of the sphere in the lateral direction, and the upper surface and the lower surface have a flat surface, and the upper surface of the head body 7 to be described later is erected at the center. A
加えて、ヘッド本体7は、外形が略凸形状のもので、上面の中心に接続用円筒部7cを立設しており、該接続用円筒部7cの内側は接続用穴7dを貫通させ、該接続用穴7dには後述する接続用ボルト11を挿通させるもので、接続用円筒部7cの外側にはインナー球面ベアリング6の中心穴6aに挿通させると共に、ヘッド本体7の上面には環状凹溝7aを形成して、インナー球面ベアリング6の下面を載置させるものである。
In addition, the head body 7 has a substantially convex outer shape, and has a connecting
そして、前記ヘッド本体7の接続用穴7dの下方は球面座金7eを装着する凹状の球面座金受け部7fを形成し、該球面座金受け部7fに球面座金7eを収容してヘッド本体7とアウター球面ベアリング4とインナー球面ベアリング6とをヘッド保持部材3に介装した接続用部材2に螺設した接続用ボルト用螺子孔2bと後述する接続用ボルト11と螺合させることにより、ヘッド本体7を全方向に微遊動可能に固定するものである。
A concave spherical
また、前記インナー球面ベアリング6の下面を載置させたヘッド本体7の上面の環状凹溝7aの外方には、ヘッド保持部材3のカップ状下部3bの縁部から突設ししているスピンドル軸1の回転力をヘッド本体7に伝達する複数のドライブピン5を微遊動可能に挿通させる複数のドライブピン挿通穴7bを刻設しているものである。
A spindle projecting from the edge of the cup-shaped
次に、エアバッグ8は、環状のものでヘッド本体7の下面から下方に突出させると共に、ヘッド本体7の外側に装着しており、エアバッグ8の下面にはバックプレート9を積層し、更に、バックプレート9の下面には可撓性膜10を張設しているのである。
Next, the
次いで、接続用ボルト11は、中心には内腔を備え、可撓性膜10の裏面を流体加圧する流体供給系を形成すると共に、下端辺を拡径させた六角形の頭部を備え、上端辺には接続用螺子11aを螺設して接続用部材2の中心の接続用ボルト用螺子孔2bと螺合させるものである。
Next, the connecting
そして、アウター球面ベアリング4とインナー球面ベアリング6とによる球面ベアリングのジンバルポイントPを、図1に図示するように、可撓性膜10の下面と一致させたものである。
Then, the gimbal point P of the spherical bearing formed by the outer
つまり、本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドは、スピンドル軸1とヘッド保持部材3とは、ヘッド保持部材3の内側に接続用部材2を挿入して固定用ボルト2aで一体的に固定するものである。
That is, in the low center-of-gravity airbag type polishing head of the present invention, the
一方、ヘッド本体7には、上方に突設した接続用円筒部7cをインナー球面ベアリング6の中心穴6aに挿通させると共に、環状凹溝7aに載置させ、インナー球面ベアリング6の凸状の球面摺動面6bの上方にアウター球面ベアリング4の凹状の球面摺動部4aと合着させるものである。
On the other hand, in the head main body 7, a connecting
そして、接続用ボルト11に球面座金7eを挿通させて、ヘッド本体7のインナー球面ベアリング6とアウター球面ベアリング4と載置した状態で接続用穴7dに挿通させて、接続用部材2の接続用螺子孔に螺合させて微遊動可能に接続しているものである。
Then, the spherical washer 7e is inserted into the
更に、ヘッド本体7の外周にエアバック8を固定し、エアバック8にはバックプレート9を介装して可撓性膜10を張設するものである。
Further, an
本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドは、ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、該アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングとによるジンバルポイントがヘッド本体の下面に張設した可撓性膜と一致させることができ、また、可撓性膜の上方にはエアバックが介装されており、CMP研磨装置で研磨されるウェーハの微妙な傾斜にも充分追従でき、研磨時の僅かな傾斜にも研磨面のウェーハの全面にわたって押圧力の平均化が計れ、研磨ヘッドを持ち上げる際のウェーハのフライアウトを極減させる研磨ヘッドの提供である。 The low center-of-gravity airbag type polishing head of the present invention has a gimbal point on the lower surface of the head body by an outer spherical bearing housed inside the cup-shaped lower portion of the head holding member and an inner spherical bearing fitted to the outer spherical bearing. It can be matched with the stretched flexible film, and an air bag is interposed above the flexible film, and can sufficiently follow the delicate inclination of the wafer polished by the CMP polishing apparatus. An object of the present invention is to provide a polishing head in which the pressing force is averaged over the entire surface of the wafer even at a slight inclination during polishing, and the flyout of the wafer when lifting the polishing head is minimized.
W ウェーハ
R リテナー
1 スピンドル軸
2 接続用部材
2a 固定用ボルト
2b 接続用ボルト用螺子孔
3 ヘッド保持部材
3a 円筒状上部
3b カップ状下部
3c カバー
4 アウター球面ベアリング
4a 凹状の球面摺動部
5 ドライブピン
6 インナー球面ベアリング
6a 中心穴
6b 凸状の球面摺動部
7 ヘッド本体
7a 環状凹溝
7b ドライブピン挿通穴
7c 接続用円筒部
7d 接続用穴
7e 球面座金
7f 球面座金受け部
8 エアバック
9 バックプレート
10 可撓性膜
11 接続用ボルト
11a 接続用螺子
P ジンバルポイント
W
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JP2009279095A JP2011124302A (en) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | Low center of gravity airbag type polishing head |
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