JP2597449B2 - 研磨ヘッド及びリテイナの使用方法 - Google Patents
研磨ヘッド及びリテイナの使用方法Info
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- JP2597449B2 JP2597449B2 JP34078892A JP34078892A JP2597449B2 JP 2597449 B2 JP2597449 B2 JP 2597449B2 JP 34078892 A JP34078892 A JP 34078892A JP 34078892 A JP34078892 A JP 34078892A JP 2597449 B2 JP2597449 B2 JP 2597449B2
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- Japan
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- retainer
- carrier
- wafer
- polishing
- polishing head
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Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/27—Work carriers
- B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、集積回路等を作成す
るための半導体ウエーハの研磨に関し、特に、ウエーハ
の表面を研磨盤面と接触させる動作を含む方法によって
半導体ウエーハの表面を研磨するために半導体ウエーハ
を位置決めするための研磨ヘッド、及びそのような研磨
方法に関する。
るための半導体ウエーハの研磨に関し、特に、ウエーハ
の表面を研磨盤面と接触させる動作を含む方法によって
半導体ウエーハの表面を研磨するために半導体ウエーハ
を位置決めするための研磨ヘッド、及びそのような研磨
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路は、普通「チップ」として提供
され、このそれぞれが、所望の電気回路を包含する一片
の平坦な材料を有する。通常は、円板状の半導体ウエー
ハ基板にエッチング及びコーテイングを施すことによ
り、複数の所望の集積回路が同時に形成される。このウ
エーハは切断されて矩形の平坦な小片にされ、それぞ
れ、その集積回路に電気的に接続するためのリードを有
する適当な外装が施される。これらの外装された材料片
(ダイ)は集積回路チップと呼ばれる。特定の場合に
は、1枚のウエーハが2以上の集積回路を形成するため
でなく、むしろ1つの所要の集積回路を形成するために
用いられることもある。
され、このそれぞれが、所望の電気回路を包含する一片
の平坦な材料を有する。通常は、円板状の半導体ウエー
ハ基板にエッチング及びコーテイングを施すことによ
り、複数の所望の集積回路が同時に形成される。このウ
エーハは切断されて矩形の平坦な小片にされ、それぞ
れ、その集積回路に電気的に接続するためのリードを有
する適当な外装が施される。これらの外装された材料片
(ダイ)は集積回路チップと呼ばれる。特定の場合に
は、1枚のウエーハが2以上の集積回路を形成するため
でなく、むしろ1つの所要の集積回路を形成するために
用いられることもある。
【0003】このウエーハ基板は、通常は、単結晶シリ
コンのような半導体の単結晶から形成される。ウエーハ
の形成のための1つの一般的な方法は、円柱状又は棒状
の単結晶を成長させ、この棒状体(ブールと呼ばれる)
をスライスして個々の円板状のウエーハとするものであ
る。現在では、半導体ウエーハの最も大きな用途は集積
回路の基板であるが、他にも、例えば太陽電池のような
用途があることに留意しなければならない。
コンのような半導体の単結晶から形成される。ウエーハ
の形成のための1つの一般的な方法は、円柱状又は棒状
の単結晶を成長させ、この棒状体(ブールと呼ばれる)
をスライスして個々の円板状のウエーハとするものであ
る。現在では、半導体ウエーハの最も大きな用途は集積
回路の基板であるが、他にも、例えば太陽電池のような
用途があることに留意しなければならない。
【0004】種々の回路の形成や、ウエーハの他の用途
のためには、活性面又はフロント面、すなわち、集積回
路が形成されるべきウエーハ面は高度に研磨されること
が必要である(ウエーハの他の面は、よくウエーハの
「背」面と呼ばれる。)。この目的のために、研磨機械
はそのような必要とされる仕上をすることができるよう
に設計されてきた。これらの機械は、通常、ウエーハの
面を、例えばコロイド状シリコンのスラリーのような所
要の研磨剤を含む回転研磨パッドの研磨盤面のような処
理面に接触させるようにしている。多くの場合、ウエー
ハをその表面を露出させた状態で保持する研磨ヘッドも
回転する。所望される研磨を行うのは、このウエーハと
研磨パッドの相対的な動きである。いくつかの例におい
ては、この「研磨」は、基本的に1つの面を平坦か又は
他の面に対して平行にする目的でなされている。これと
の関係では、ウエーハ自体が単結晶であることや、この
タイプの性質が集積回路の製造や他の必要な使用目的の
ために好適なウエーハの製造のために非常に重要である
ことが留意されなければならない。
のためには、活性面又はフロント面、すなわち、集積回
路が形成されるべきウエーハ面は高度に研磨されること
が必要である(ウエーハの他の面は、よくウエーハの
「背」面と呼ばれる。)。この目的のために、研磨機械
はそのような必要とされる仕上をすることができるよう
に設計されてきた。これらの機械は、通常、ウエーハの
面を、例えばコロイド状シリコンのスラリーのような所
要の研磨剤を含む回転研磨パッドの研磨盤面のような処
理面に接触させるようにしている。多くの場合、ウエー
ハをその表面を露出させた状態で保持する研磨ヘッドも
回転する。所望される研磨を行うのは、このウエーハと
研磨パッドの相対的な動きである。いくつかの例におい
ては、この「研磨」は、基本的に1つの面を平坦か又は
他の面に対して平行にする目的でなされている。これと
の関係では、ウエーハ自体が単結晶であることや、この
タイプの性質が集積回路の製造や他の必要な使用目的の
ために好適なウエーハの製造のために非常に重要である
ことが留意されなければならない。
【0005】ここで、ウエーハの表面と、これに対して
相対的に移動する研磨パッドとの接触によってウエーハ
に横向きの力がかかり、これによってウエーハの挙動の
制御が困難になる傾向があることが分る。しかし、研磨
作業に要求される制御の精度を確保するには、このよう
な制御できない動きを排除することが望ましい。この問
題は1つのウエーハを研磨することを目的とする装置に
おいてよりも、複数のウエーハを同時に研磨することを
目的として設計されている装置において特に重要であ
る。例えば、米国特許第4,918,870号には、
「フローティングする」サブキャリヤが開示され、これ
によると、1枚のウエーハを研磨する方式の利点が、多
数のウエーハを研磨する方式における経済性とともに得
られる。
相対的に移動する研磨パッドとの接触によってウエーハ
に横向きの力がかかり、これによってウエーハの挙動の
制御が困難になる傾向があることが分る。しかし、研磨
作業に要求される制御の精度を確保するには、このよう
な制御できない動きを排除することが望ましい。この問
題は1つのウエーハを研磨することを目的とする装置に
おいてよりも、複数のウエーハを同時に研磨することを
目的として設計されている装置において特に重要であ
る。例えば、米国特許第4,918,870号には、
「フローティングする」サブキャリヤが開示され、これ
によると、1枚のウエーハを研磨する方式の利点が、多
数のウエーハを研磨する方式における経済性とともに得
られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】研磨されるウエーハの
キャリヤには、よくウエーハ保持用のインサート及び/
又は、ウエーハをセット位置に保持するポケットを形成
するリテイナが設けられている。難しい点は、このよう
なインサート又はリテイナが、ウエーハの露出した表面
を研磨する際の研磨作業と干渉する点である。このイン
サート又はリテイナはそれ自体は研磨パッドに対向して
固定されており、ウエーハを望ましい位置に保持するも
のの、それ自体の表面の特質や厚さの性質がウエーハの
研磨に対して有害な影響を与えることになる。
キャリヤには、よくウエーハ保持用のインサート及び/
又は、ウエーハをセット位置に保持するポケットを形成
するリテイナが設けられている。難しい点は、このよう
なインサート又はリテイナが、ウエーハの露出した表面
を研磨する際の研磨作業と干渉する点である。このイン
サート又はリテイナはそれ自体は研磨パッドに対向して
固定されており、ウエーハを望ましい位置に保持するも
のの、それ自体の表面の特質や厚さの性質がウエーハの
研磨に対して有害な影響を与えることになる。
【0007】
【課題を解決するための手段及びその作用】この発明の
研磨ヘッドは、ウエーハキャリヤに固定接続されたリテ
イナを有するもので、これは研磨作業の間は研磨盤面を
フローティングするが、さらにウエーハの搭載作業をす
ることができるようにキャリヤを超えて突出し、所要の
ポケットを形成することができる。つまり、エッジリテ
イナは、研磨パッドと係合しているときにはウエーハの
表面と研磨パッドの表面の間の角度変化に応じて必要に
応じて動くことができる。しかしながら、エッジリテイ
ナの位置は、ウエーハの表面が研磨盤面と係合していい
ないときには、必要なウエーハポケットを形成するよう
に固定されている。
研磨ヘッドは、ウエーハキャリヤに固定接続されたリテ
イナを有するもので、これは研磨作業の間は研磨盤面を
フローティングするが、さらにウエーハの搭載作業をす
ることができるようにキャリヤを超えて突出し、所要の
ポケットを形成することができる。つまり、エッジリテ
イナは、研磨パッドと係合しているときにはウエーハの
表面と研磨パッドの表面の間の角度変化に応じて必要に
応じて動くことができる。しかしながら、エッジリテイ
ナの位置は、ウエーハの表面が研磨盤面と係合していい
ないときには、必要なウエーハポケットを形成するよう
に固定されている。
【0008】好ましい構成として、この発明は、研磨作
業のためにウエーハを研磨盤面を押し付けるために、空
気又は他の流体の正圧を用いる。この結果、ウエーハは
研磨作業の間、この表面に対して相対的にフローティン
グする。つまり、ウエーハは、ヘッドと研磨盤面の間の
距離の比較的大きな変化に対応するのに必要な程度、空
気圧に抗して動くことになる。この発明においては、リ
テイナは研磨作業の間ウエーハとは独立にフローティン
グする。さらに、圧力差に抗してリテイナをフローティ
ングさせ、リテイナがキャリヤの他の部分を超えて突出
して所要のウエーハポケットを形成することを許容する
機械構造干渉手段が設けられている。このときのポケッ
トの形成は、研磨されたウエーハを未研磨のウエーハと
交換するため、つまり、機械に搭載するために有用であ
る。この作業は典型的な場合には10分に一度程度の割
合で行われる。
業のためにウエーハを研磨盤面を押し付けるために、空
気又は他の流体の正圧を用いる。この結果、ウエーハは
研磨作業の間、この表面に対して相対的にフローティン
グする。つまり、ウエーハは、ヘッドと研磨盤面の間の
距離の比較的大きな変化に対応するのに必要な程度、空
気圧に抗して動くことになる。この発明においては、リ
テイナは研磨作業の間ウエーハとは独立にフローティン
グする。さらに、圧力差に抗してリテイナをフローティ
ングさせ、リテイナがキャリヤの他の部分を超えて突出
して所要のウエーハポケットを形成することを許容する
機械構造干渉手段が設けられている。このときのポケッ
トの形成は、研磨されたウエーハを未研磨のウエーハと
交換するため、つまり、機械に搭載するために有用であ
る。この作業は典型的な場合には10分に一度程度の割
合で行われる。
【0009】ウエーハを研磨作業のためにこの発明の研
磨ヘッドに接着する方法としては、ウエーハポケットの
底面を形成するキャリヤの部分に、ウエーハの接着を行
わせるためのインサートを設けるのが典型的である。こ
のようなインサートとして、弾力性のある極微孔性のシ
ートがよく使用され、これは濡れているときにはウエー
ハの背面をそこに着脱自在に接着させ、ウエーハの表面
を研磨作業のために露出した状態とすることができる。
知られているように、このようなキャリヤインサートは
定期的に、例えば一日一回交換されなければならない。
磨ヘッドに接着する方法としては、ウエーハポケットの
底面を形成するキャリヤの部分に、ウエーハの接着を行
わせるためのインサートを設けるのが典型的である。こ
のようなインサートとして、弾力性のある極微孔性のシ
ートがよく使用され、これは濡れているときにはウエー
ハの背面をそこに着脱自在に接着させ、ウエーハの表面
を研磨作業のために露出した状態とすることができる。
知られているように、このようなキャリヤインサートは
定期的に、例えば一日一回交換されなければならない。
【0010】発明の組合わせの最も好ましい手段とし
て、キャリヤの一部をリテイナより突出させてポケット
の底面を形成する構造がある。これによれば、リテイナ
はインサートの取り外しと干渉せず、インサートの交換
が便利に行える。
て、キャリヤの一部をリテイナより突出させてポケット
の底面を形成する構造がある。これによれば、リテイナ
はインサートの取り外しと干渉せず、インサートの交換
が便利に行える。
【0011】好ましい発明の実施として、リテイナがリ
ング状で、円板形状のウエーハを収容するためのポケッ
トを形成する部分を取り囲むようにするものがある。柔
軟性のあるダイアフラムが、上述したように、リテイナ
を研磨の間フローティングさせ、さらにリテイナがキャ
リヤの他の部分を超えて突出して所要のウエーハポケッ
トを形成することを許容するコネクタとして働く。機械
構造干渉手段は2つの位置を採り、第1の位置において
は、圧力差に反応してキャリヤがリテイナに対して動
き、リテイナがキャリヤの他の部分を超えて突出して所
要のウエーハポケットを形成することを妨げ、第2の状
態においては、動作中にリテイナよりキャリヤが突出す
る動きを妨げる。
ング状で、円板形状のウエーハを収容するためのポケッ
トを形成する部分を取り囲むようにするものがある。柔
軟性のあるダイアフラムが、上述したように、リテイナ
を研磨の間フローティングさせ、さらにリテイナがキャ
リヤの他の部分を超えて突出して所要のウエーハポケッ
トを形成することを許容するコネクタとして働く。機械
構造干渉手段は2つの位置を採り、第1の位置において
は、圧力差に反応してキャリヤがリテイナに対して動
き、リテイナがキャリヤの他の部分を超えて突出して所
要のウエーハポケットを形成することを妨げ、第2の状
態においては、動作中にリテイナよりキャリヤが突出す
る動きを妨げる。
【0012】この発明の方法は、研磨作業の間、研磨さ
れているウエーハ面と研磨盤面の間の角度変化に対応す
るためにエッジリテイナの動きを許容し、さらにウエー
ハ面が研磨盤面と接触していないときには、ウエーハエ
ッジの位置を固定してウエーハポケットを形成する工程
を含むものである。この発明の他の特徴及び利点は、以
下の、発明の好ましい実施例のより詳しい説明により明
らかになるであろう。
れているウエーハ面と研磨盤面の間の角度変化に対応す
るためにエッジリテイナの動きを許容し、さらにウエー
ハ面が研磨盤面と接触していないときには、ウエーハエ
ッジの位置を固定してウエーハポケットを形成する工程
を含むものである。この発明の他の特徴及び利点は、以
下の、発明の好ましい実施例のより詳しい説明により明
らかになるであろう。
【0013】
【実施例】以下、この発明を図面を参照して詳しく説明
する。しかしながら、この分野の技術に熟練した者にと
って、特許請求の範囲によって限定された発明及びその
均等物から離れることなしに、多くの変更と改良が可能
であることが留意されなければならない。
する。しかしながら、この分野の技術に熟練した者にと
って、特許請求の範囲によって限定された発明及びその
均等物から離れることなしに、多くの変更と改良が可能
であることが留意されなければならない。
【0014】図1には、広く符号11により表される研
磨装置が複数の研磨ヘッド(発明の実施態様として6つ
のヘッドを有している。)を備えて示されており、これ
らの研磨ヘッドのそれぞれが、1つの円板形状の半導体
ウエーハを保持し、その露出した表面を研磨するように
設計されている。ヘッド12のそれぞれは、円板形状の
カルーセル(回転型コンベア)13に搭載され、このカ
ルーセル13は橋部14から吊るされて中心軸15の回
りに回転自在に搭載されている。ヘッド12は、互いに
等しい間隔をおいて配置され、カルーセル13の上に円
形パターンをなすように搭載されている。これらのヘッ
ド12は図に例示するようにチェーンドライブによって
結合されている。カルーセル13の動きと、カルーセル
13に対するヘッド12の動きを結合した回転が、ヘッ
ド12によって保持されたウエーハの遊星的動きを生じ
る。
磨装置が複数の研磨ヘッド(発明の実施態様として6つ
のヘッドを有している。)を備えて示されており、これ
らの研磨ヘッドのそれぞれが、1つの円板形状の半導体
ウエーハを保持し、その露出した表面を研磨するように
設計されている。ヘッド12のそれぞれは、円板形状の
カルーセル(回転型コンベア)13に搭載され、このカ
ルーセル13は橋部14から吊るされて中心軸15の回
りに回転自在に搭載されている。ヘッド12は、互いに
等しい間隔をおいて配置され、カルーセル13の上に円
形パターンをなすように搭載されている。これらのヘッ
ド12は図に例示するようにチェーンドライブによって
結合されている。カルーセル13の動きと、カルーセル
13に対するヘッド12の動きを結合した回転が、ヘッ
ド12によって保持されたウエーハの遊星的動きを生じ
る。
【0015】回転する研磨盤面17を提供する研磨パッ
ド16が、カルーセル13とヘッド12の下で回転自在
に設けられている。ヘッド12によって保持されたウエ
ーハの露出面は、ベロー19の中に設けられた図示しな
いネジ駆動機構によって矢18の方向に生ぜしめられた
カルーセル13の並進運動によって研磨盤面17と接触
させられる。このようなパッド16、カルーセル13及
びヘッド12の回転によってもたらされた複合的回転運
動により所要の研磨が行われる。
ド16が、カルーセル13とヘッド12の下で回転自在
に設けられている。ヘッド12によって保持されたウエ
ーハの露出面は、ベロー19の中に設けられた図示しな
いネジ駆動機構によって矢18の方向に生ぜしめられた
カルーセル13の並進運動によって研磨盤面17と接触
させられる。このようなパッド16、カルーセル13及
びヘッド12の回転によってもたらされた複合的回転運
動により所要の研磨が行われる。
【0016】図2は、ヘッド12の一部を破断して示し
た断面図である。ヘッド12を搭載するスピンドルは想
像線21によって示され、ヘッド12の内部に正の空気
圧を与えるための手段が22により模式的に表現されて
いる。
た断面図である。ヘッド12を搭載するスピンドルは想
像線21によって示され、ヘッド12の内部に正の空気
圧を与えるための手段が22により模式的に表現されて
いる。
【0017】ヘッド12は円板形状であり、上部外側の
機械加工された主要部23を有しており、これによって
中央のカプラ24を介してスピンドル21に所要の取付
けができるようになっている。環状に機械加工された側
部25は、主要部23を囲むようにしてこれに強固に固
定されている。この側部25は、27で表示されるウエ
ーハリテイナを取り囲む内向きの環状のフランジ26を
有している。このリテイナ27はさらに、円板形状のウ
エーハキャリヤ28を取り囲んでいる。リテイナ27の
主な目的はキャリヤ28によって保持された円板型のウ
エーハに作用する横向きの力に抵抗することであり、こ
の力は研磨されるウエーハの表面と研磨パッド16の表
面との間の接触によって引き起こされる。キャリヤ28
の表面には、ウエーハが接着されるべきインサート30
が設けられている。従来の技術においては、このインサ
ート30はキャリヤ28の全面を覆っていた。図解され
ている通り、また後に詳しく述べるように、柔軟性があ
るが、しかも非摩耗性のダイアフラム29の形式のコネ
クタがキャリヤ28とリテイナ27を結合する。このダ
イアフラム29はその端部の近傍においてヘッドの主要
部23及び側部25の間にそれぞれ挟まれて固定されて
いる。手段22はダイアフラム29の両側の空間におい
て圧力差を付与する。つまり、ヘッド12の中に形成さ
れた空間31の中の空気圧は、雰囲気圧と比較して少し
高い圧力、例えば1〜10ゲージ圧に維持されており、
そしてダイアフラム29に対してキャリヤ28が設けら
れている側の空間は環境圧力に晒されている。
機械加工された主要部23を有しており、これによって
中央のカプラ24を介してスピンドル21に所要の取付
けができるようになっている。環状に機械加工された側
部25は、主要部23を囲むようにしてこれに強固に固
定されている。この側部25は、27で表示されるウエ
ーハリテイナを取り囲む内向きの環状のフランジ26を
有している。このリテイナ27はさらに、円板形状のウ
エーハキャリヤ28を取り囲んでいる。リテイナ27の
主な目的はキャリヤ28によって保持された円板型のウ
エーハに作用する横向きの力に抵抗することであり、こ
の力は研磨されるウエーハの表面と研磨パッド16の表
面との間の接触によって引き起こされる。キャリヤ28
の表面には、ウエーハが接着されるべきインサート30
が設けられている。従来の技術においては、このインサ
ート30はキャリヤ28の全面を覆っていた。図解され
ている通り、また後に詳しく述べるように、柔軟性があ
るが、しかも非摩耗性のダイアフラム29の形式のコネ
クタがキャリヤ28とリテイナ27を結合する。このダ
イアフラム29はその端部の近傍においてヘッドの主要
部23及び側部25の間にそれぞれ挟まれて固定されて
いる。手段22はダイアフラム29の両側の空間におい
て圧力差を付与する。つまり、ヘッド12の中に形成さ
れた空間31の中の空気圧は、雰囲気圧と比較して少し
高い圧力、例えば1〜10ゲージ圧に維持されており、
そしてダイアフラム29に対してキャリヤ28が設けら
れている側の空間は環境圧力に晒されている。
【0018】柔軟性ダイアフラム29の両側に圧力差が
あるため、ダイアフラム29は空間31を拡大するよう
に、つまり、図の下方向に動く傾向にあることが分る。
しかし、この発明においては、所望の場所において圧力
差に対抗するために機械構造干渉手段が設けられてい
る。これは、その内向きのフランジ42を挿通して延び
る複数のボルト(そのうちの1つが41として示されて
いる。)によって、上記ダイアフラム29を挿通してキ
ャリヤ28に固定された環状のフランジリング39を有
している。図解されているように、フランジリング39
は、棒状部材49のねじの切られた端部47とは別の端
部に設けられている固定用円板46と係合する外向きの
棚つまりフランジ44を有する。この棒状部材49は、
インサート48を密封状態で軸方向に挿通し、さらにこ
のインサート48はヘッド12の主要部23を挿通す
る。図には棒状構造を有する1つのインサート48のみ
が示されているが、複数のインサート48をヘッド12
に対してヘッド回りに等間隔に配置して、図解するよう
な方法でフランジリング39と係合させて設けることが
望ましい。1つの実施形態として3つのインサート48
がヘッド12の回りに互いに等間隔に配置されている。
あるため、ダイアフラム29は空間31を拡大するよう
に、つまり、図の下方向に動く傾向にあることが分る。
しかし、この発明においては、所望の場所において圧力
差に対抗するために機械構造干渉手段が設けられてい
る。これは、その内向きのフランジ42を挿通して延び
る複数のボルト(そのうちの1つが41として示されて
いる。)によって、上記ダイアフラム29を挿通してキ
ャリヤ28に固定された環状のフランジリング39を有
している。図解されているように、フランジリング39
は、棒状部材49のねじの切られた端部47とは別の端
部に設けられている固定用円板46と係合する外向きの
棚つまりフランジ44を有する。この棒状部材49は、
インサート48を密封状態で軸方向に挿通し、さらにこ
のインサート48はヘッド12の主要部23を挿通す
る。図には棒状構造を有する1つのインサート48のみ
が示されているが、複数のインサート48をヘッド12
に対してヘッド回りに等間隔に配置して、図解するよう
な方法でフランジリング39と係合させて設けることが
望ましい。1つの実施形態として3つのインサート48
がヘッド12の回りに互いに等間隔に配置されている。
【0019】機械構造干渉部は、さらにリテイナ27の
一部として環状の突起51を有している。この環状の突
起51は、側部25の内向きのフランジ26と係合する
ように配置され、これによってキャリヤ28が図2に示
す位置を超えて移動するのを防止している。
一部として環状の突起51を有している。この環状の突
起51は、側部25の内向きのフランジ26と係合する
ように配置され、これによってキャリヤ28が図2に示
す位置を超えて移動するのを防止している。
【0020】この機械構造干渉手段は、ダイアフラム2
9の両側の圧力差に対抗し、キャリヤ28とリテイナ2
7の間に所要の位置関係を形成する。さらに、これはキ
ャリヤ28とリテイナ27が研磨作業の間中フローティ
ングすることができるようにする。つまり、研磨作業の
間中ヘッド12からウエーハに作用する圧力を均等化す
るように自由に動きまわるようにする。図3ないし図6
は、種々の位置について理解のための図である。これら
は本質的に3つの位置であり、搭載位置(図3)、研磨
位置(図4)及び交換位置(図5)である。搭載位置
は、リテイナ27がキャリヤ28より突出して円板状の
ウエーハを収容するポケットを構成し、このウエーハを
取り付けることができる位置である。研磨位置は、現実
の研磨作業の間中リテイナ27がキャリヤ28に対して
フローティングする位置である。インサート交換位置で
は、機械構造干渉手段がキャリヤ28をリテイナ27よ
りも突出させ、インサート30の交換や他の種々の目的
のためにキャリヤ28の表面へ接触することができる位
置である。この図3から図6を参照すると、リテイナ2
7の突起51は側部25の内向きフランジ26と係合
し、上向きの圧力がかかっていないときに、図に示され
るように、リテイナ27が下方に向かって突出する程度
を軽減する。(リテイナ28には、図4に示されるよう
に、研磨作業の間には上向きの力がかかっている。)キ
ャリヤ28は、このリテイナ27よりやや上側の位置
に、フランジ44と端部の固定用円板46との係合によ
って保持されている。
9の両側の圧力差に対抗し、キャリヤ28とリテイナ2
7の間に所要の位置関係を形成する。さらに、これはキ
ャリヤ28とリテイナ27が研磨作業の間中フローティ
ングすることができるようにする。つまり、研磨作業の
間中ヘッド12からウエーハに作用する圧力を均等化す
るように自由に動きまわるようにする。図3ないし図6
は、種々の位置について理解のための図である。これら
は本質的に3つの位置であり、搭載位置(図3)、研磨
位置(図4)及び交換位置(図5)である。搭載位置
は、リテイナ27がキャリヤ28より突出して円板状の
ウエーハを収容するポケットを構成し、このウエーハを
取り付けることができる位置である。研磨位置は、現実
の研磨作業の間中リテイナ27がキャリヤ28に対して
フローティングする位置である。インサート交換位置で
は、機械構造干渉手段がキャリヤ28をリテイナ27よ
りも突出させ、インサート30の交換や他の種々の目的
のためにキャリヤ28の表面へ接触することができる位
置である。この図3から図6を参照すると、リテイナ2
7の突起51は側部25の内向きフランジ26と係合
し、上向きの圧力がかかっていないときに、図に示され
るように、リテイナ27が下方に向かって突出する程度
を軽減する。(リテイナ28には、図4に示されるよう
に、研磨作業の間には上向きの力がかかっている。)キ
ャリヤ28は、このリテイナ27よりやや上側の位置
に、フランジ44と端部の固定用円板46との係合によ
って保持されている。
【0021】先に述べたように、固定用円板46は棒状
部材49の端部にある。その位置は棒状部材49のねじ
が切られた端部47に係合させられたナット52を適当
に回転させることによってヘッド12の外部から調整す
ることができる。ヘッド12の内部で起きることを外部
から制御できるのは注目すべきことである。
部材49の端部にある。その位置は棒状部材49のねじ
が切られた端部47に係合させられたナット52を適当
に回転させることによってヘッド12の外部から調整す
ることができる。ヘッド12の内部で起きることを外部
から制御できるのは注目すべきことである。
【0022】キャリヤ28は、図3のリテイナ27に対
して、ウエーハの収容のためのポケットを形成するよう
に位置させられる。これは、キャリヤ28にウエーハを
取り付けるのに有用である。つまり、ウエーハのキャリ
ヤ28上の位置が厳密に確定できる。この図によれば、
リテイナ27がキャリヤ28を超えて突出することによ
り、所望のウエーハポケットが形成されることが分るで
あろう。インサート30は、ポケットの底面に接着剤で
固定される。このようなインサート30は、研磨される
ウエーハの背面に付着力を与える。
して、ウエーハの収容のためのポケットを形成するよう
に位置させられる。これは、キャリヤ28にウエーハを
取り付けるのに有用である。つまり、ウエーハのキャリ
ヤ28上の位置が厳密に確定できる。この図によれば、
リテイナ27がキャリヤ28を超えて突出することによ
り、所望のウエーハポケットが形成されることが分るで
あろう。インサート30は、ポケットの底面に接着剤で
固定される。このようなインサート30は、研磨される
ウエーハの背面に付着力を与える。
【0023】図3に示される搭載位置は、研磨ヘッド1
2が研磨盤面と接触していなければ、つまり、ヘッド1
2がカルーセル13と一緒に持上げられていれば常に、
上述した構成の全てを伴って自動的に形成されるような
キャリヤ28とリテイナ27の位置関係を示す。図4
は、研磨作業における関係を示す。キャリヤ28は、符
号56で示されるウエーハを研磨盤面と接触させる位置
に運ぶ。リテイナ27もまた、この研磨盤面と接触す
る。これとの関連で、リテイナ27は、アセタールプラ
スチック又は同じような材料により作られ、動く研磨盤
面と接触するリングを有する。このリング及びリテイナ
27の他の部分は研磨作業の間ウエーハとともにフロー
ティングする。つまり、ヘッド12には、リテイナ27
を持上げて突起51をフランジ26との係合から解除す
るための充分な圧力が作用する。このような圧力は勿論
キャリヤ28をも持上げる。図4に示すように、棒状部
材49はこのような圧力に伴って必然的に上昇する。
2が研磨盤面と接触していなければ、つまり、ヘッド1
2がカルーセル13と一緒に持上げられていれば常に、
上述した構成の全てを伴って自動的に形成されるような
キャリヤ28とリテイナ27の位置関係を示す。図4
は、研磨作業における関係を示す。キャリヤ28は、符
号56で示されるウエーハを研磨盤面と接触させる位置
に運ぶ。リテイナ27もまた、この研磨盤面と接触す
る。これとの関連で、リテイナ27は、アセタールプラ
スチック又は同じような材料により作られ、動く研磨盤
面と接触するリングを有する。このリング及びリテイナ
27の他の部分は研磨作業の間ウエーハとともにフロー
ティングする。つまり、ヘッド12には、リテイナ27
を持上げて突起51をフランジ26との係合から解除す
るための充分な圧力が作用する。このような圧力は勿論
キャリヤ28をも持上げる。図4に示すように、棒状部
材49はこのような圧力に伴って必然的に上昇する。
【0024】この関係においては、機械構造干渉手段は
作動していないことに留意すべきである。キャリヤ28
とリテイナ27は研磨作業の間フローティングする。こ
れはつまり、それぞれが、充分意味のある程度に3つの
直交軸X,Y,Zに沿って、独立に動くことができるこ
とを意味する。このようにしてリテイナ27を少し傾
け、及び/又は上昇又は下降させることがウエーハの研
磨に伴って必要に応じて可能となる。リテイナ27、キ
ャリヤ28及びヘッド12の他の部分を連結する柔軟性
のあるダイアフラム29がこのような動きを可能とする
ことに留意するべきである。これはまた、キャリヤ28
とリテイナ27のフローティングする関係をも図3に示
すように可能とする。
作動していないことに留意すべきである。キャリヤ28
とリテイナ27は研磨作業の間フローティングする。こ
れはつまり、それぞれが、充分意味のある程度に3つの
直交軸X,Y,Zに沿って、独立に動くことができるこ
とを意味する。このようにしてリテイナ27を少し傾
け、及び/又は上昇又は下降させることがウエーハの研
磨に伴って必要に応じて可能となる。リテイナ27、キ
ャリヤ28及びヘッド12の他の部分を連結する柔軟性
のあるダイアフラム29がこのような動きを可能とする
ことに留意するべきである。これはまた、キャリヤ28
とリテイナ27のフローティングする関係をも図3に示
すように可能とする。
【0025】既に述べたように、キャリヤ28のポケッ
トの中のウエーハ接着用インサート30を定期的に取り
替えることが望ましい。図5,6は機械構造干渉手段の
位置を示すもので、これによって、上のような交換を行
わしめるためにキャリヤ28をリテイナ27より突出さ
せる。この関係において、キャリヤ28の外側において
棒状部材49が一対のワッシャ58,59を挿通する。
図6から分るように、このワッシャ59はいわゆるC型
ワッシャで、ワッシャ58を受けるための凹みと、ワッ
シャが棒状部材49から簡単に取り除けるようにするた
めの切欠の両方を備えている。これを除去することによ
り、ディスク46とフランジ44を有する機械構造干渉
手段において、ダイアフラム29が空間31の中の圧力
に反応し、キャリヤ28がリテイナ27よりも伸びるこ
とを可能とする。この配列の状態が図5に示されてい
る。これによって、作業者がインサート30を操作する
ことが簡単になり、また、リテイナ27とインサート3
0の干渉なしにインサート30を取り除くために、イン
サート30をキャリヤ28に固定することも簡単とな
る。
トの中のウエーハ接着用インサート30を定期的に取り
替えることが望ましい。図5,6は機械構造干渉手段の
位置を示すもので、これによって、上のような交換を行
わしめるためにキャリヤ28をリテイナ27より突出さ
せる。この関係において、キャリヤ28の外側において
棒状部材49が一対のワッシャ58,59を挿通する。
図6から分るように、このワッシャ59はいわゆるC型
ワッシャで、ワッシャ58を受けるための凹みと、ワッ
シャが棒状部材49から簡単に取り除けるようにするた
めの切欠の両方を備えている。これを除去することによ
り、ディスク46とフランジ44を有する機械構造干渉
手段において、ダイアフラム29が空間31の中の圧力
に反応し、キャリヤ28がリテイナ27よりも伸びるこ
とを可能とする。この配列の状態が図5に示されてい
る。これによって、作業者がインサート30を操作する
ことが簡単になり、また、リテイナ27とインサート3
0の干渉なしにインサート30を取り除くために、イン
サート30をキャリヤ28に固定することも簡単とな
る。
【0026】このようにしてC型ワッシャ59は、機械
構造干渉手段が図3又は図5に示されるような位置を与
えるかどうかを決定する手段として作用する。さらにそ
れは、インサート30の交換のためにヘッド12の外側
から選択的に操作できるような位置にある。このよう
に、インサート30の交換のための位置にキャリヤ28
を置くために、ヘッド12の外側を簡単に操作すればよ
いということは、大きな時間の節約になることが分っ
た。
構造干渉手段が図3又は図5に示されるような位置を与
えるかどうかを決定する手段として作用する。さらにそ
れは、インサート30の交換のためにヘッド12の外側
から選択的に操作できるような位置にある。このよう
に、インサート30の交換のための位置にキャリヤ28
を置くために、ヘッド12の外側を簡単に操作すればよ
いということは、大きな時間の節約になることが分っ
た。
【0027】上記のことから、発明の方法は、エッジリ
テイナ27が研磨盤面と研磨接触している間エッジリテ
イナ27が動くことを許容する一方、ヘッド12が研磨
パッド16から後退したときは、エッジリテイナ27の
位置を固定してウエーハポケットを形成するという工程
を含むことが分る。この発明の方法はさらに、キャリヤ
28をリテイナ27よりも選択的に突出させる工程を含
む。これらの全ての工程は、ダイアフラム29がキャリ
ヤ28をリテイナ27に固定し、リテイナ27をヘッド
12の他の部分に固定するため、簡単に達成できる。こ
れにおいて、柔軟なダイアフラム29が、キャリヤがリ
テイナ及びヘッドの他の部分に対して動くのに必要な柔
軟性を与えるとともに、リテイナ27がキャリヤ28及
びヘッド12の他の部分の両方に対して動くことを許容
するのに必要な柔軟性を与えるという2つの機能を果た
すことに留意すべきである。
テイナ27が研磨盤面と研磨接触している間エッジリテ
イナ27が動くことを許容する一方、ヘッド12が研磨
パッド16から後退したときは、エッジリテイナ27の
位置を固定してウエーハポケットを形成するという工程
を含むことが分る。この発明の方法はさらに、キャリヤ
28をリテイナ27よりも選択的に突出させる工程を含
む。これらの全ての工程は、ダイアフラム29がキャリ
ヤ28をリテイナ27に固定し、リテイナ27をヘッド
12の他の部分に固定するため、簡単に達成できる。こ
れにおいて、柔軟なダイアフラム29が、キャリヤがリ
テイナ及びヘッドの他の部分に対して動くのに必要な柔
軟性を与えるとともに、リテイナ27がキャリヤ28及
びヘッド12の他の部分の両方に対して動くことを許容
するのに必要な柔軟性を与えるという2つの機能を果た
すことに留意すべきである。
【0028】詳細な説明の最初で述べたように、出願人
は上述した特定の実施例に限定されるものではない。種
々の変更及び改良が可能である。例えば、発明の目的を
達成するために異なる機械構造干渉部の構成とすること
ができる。特許請求の範囲に記載された発明とその均等
物及びその均等言語により保護の範囲が確定される。
は上述した特定の実施例に限定されるものではない。種
々の変更及び改良が可能である。例えば、発明の目的を
達成するために異なる機械構造干渉部の構成とすること
ができる。特許請求の範囲に記載された発明とその均等
物及びその均等言語により保護の範囲が確定される。
【0029】
【発明の効果】この発明の研磨ヘッドは、ウエーハキャ
リヤに固定接続されたリテイナを有するもので、研磨作
業の間はフローティングするが、さらにウエーハの搭載
作業をすることができるようにキャリヤを超えて突出
し、所要のポケットを形成することができる。従って、
研磨作業がなされているときは、リテイナはウエーハの
表面と研磨パッドの表面の間の角度変化を伴って必要に
応じて動くことができ、また、ウエーハの表面が研磨盤
面と接触していいないときには、必要なウエーハポケッ
トを形成するように固定され、これによりウエーハの交
換作業等が確実に行える。
リヤに固定接続されたリテイナを有するもので、研磨作
業の間はフローティングするが、さらにウエーハの搭載
作業をすることができるようにキャリヤを超えて突出
し、所要のポケットを形成することができる。従って、
研磨作業がなされているときは、リテイナはウエーハの
表面と研磨パッドの表面の間の角度変化を伴って必要に
応じて動くことができ、また、ウエーハの表面が研磨盤
面と接触していいないときには、必要なウエーハポケッ
トを形成するように固定され、これによりウエーハの交
換作業等が確実に行える。
【図1】この発明の研磨ヘッドを複数有するウエーハ研
磨装置の関連する部材を概観する図である。
磨装置の関連する部材を概観する図である。
【図2】研磨ヘッドの好ましい実施例の断面図である。
【図3】リテイナがウエーハ用ポケットを形成するため
にキャリヤより突出したときの各部間の関係を示す部分
拡大図である。
にキャリヤより突出したときの各部間の関係を示す部分
拡大図である。
【図4】図3と同様に、研磨時の各部の関係を示す図で
ある。
ある。
【図5】やはり、図3と同様に、キャリヤがリテイナよ
り突出した時の各部の関係を示す図である。
り突出した時の各部の関係を示す図である。
【図6】この発明の一実施例のさらなる部分拡大図であ
る。
る。
12 ヘッド 27 リテイナ 28 キャリヤ 29 ダイアフラム 30 インサート 44 フランジリング 46 固定用円板 48 インサート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ジェイ・コレンカウ アメリカ合衆国・94709・カリフォルニ ア・バークリー・ラ・ローマ・1717・ナ ンバー・1・
Claims (17)
- 【請求項1】 ウエーハの表面を研磨盤面と接触させる
動作を含む方法により半導体ウエーハの表面を研磨する
ための、半導体ウエーハを位置決めする研磨ヘッドであ
って、 (a)円盤状をなし、下端面にウエーハが支持されるキ
ャリアと、 (b)上記キャリアの周囲を覆い、かつ上記ウエーハの
表面を研磨している間、研磨盤面とウエーハの表面との
接触によってウエーハに作用する横方向の力に抵抗して
上記ウエーハを上記キャリアの下端面上に保つリテイナ
と、 (c)上記キャリア及び上記リテイナの上端側に水平に
張設されて上記キャリア及び上記リテイナを弾性的に支
持し、上記ウエーハ表面が研磨されている間は上記キャ
リアを上記リテイナより上方に引き上げて、上記キャリ
アの下方に、上記リテイナで囲まれた上記ウエーハ支持
用のポケットを形成可能とする、柔軟性のあるダイヤフ
ラムとを有することを特徴とする研磨ヘッド。 - 【請求項2】 上記キャリアの下端面を上記リテイナよ
りも選択的に突出させるための手段を具備することを特
徴とする請求項1に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項3】 上記キャリアの下端面に、上記ウエーハ
装着用のインサートを有していることを特徴とする請求
項1又は2に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項4】 上記ダイヤフラムが、このダイヤフラム
の上下に形成された空間の圧力差に対応して上下に変位
するとともに、上記圧力差を生じさせるための手段が設
けられ、かつ上記キャリアの上端縁に取り付けられたフ
ランジと、このフランジの下方に位置する円板とを有
し、これらフランジと円板との係合により上記圧力差に
抗して上記キャリアの下降を阻止し、これにより上記ポ
ケットを形成させる機械構造干渉手段が設けられている
ことを特徴とする請求項1.2又は3に記載の研磨ヘッ
ド。 - 【請求項5】 上記機械構造干渉手段における上記フラ
ンジと円板との係合位置を変更する手段が設けられてい
ることを特徴とする請求項4に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項6】 上記位置変更手段が上記研磨ヘッドの外
部から操作可能な位置に設けられていることを特徴とす
る請求項5に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項7】 上記機械構造干渉手段が、上記圧力差に
抗して上記キャリアの下降を阻止し、それにより上記ポ
ケットの形成を許容する第1の位置と、上記キャリアを
上記リテイナより突出させる第2の位置とをとることを
特徴とする請求項4に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項8】 さらに、上記機械構造干渉手段が上記第
1又は第2の位置のいずれの位置をとるかを決定する手
段を有していることを特徴とする請求項7に記載の研磨
ヘッド。 - 【請求項9】 上記決定手段は、上記研磨ヘッドの外部
から操作可能な位置に設けられていることを特徴とする
請求項8に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項10】 上記ダイヤフラムが、上記キャリアを
上記リテイナを越えて選択的に突出させる手段を提供し
ていることを特徴とする請求項2に記載の研磨ヘッド。 - 【請求項11】 下端面にウエーハが支持されるキャリ
アと、上記キャリアの周囲を覆うリテイナとを有する研
磨ヘッドを用い、上記ウエーハ表面を研磨盤面と接触さ
せる動作を含む方法によりウエーハの表面を研磨する
間、ウエーハに作用する横方向の力に抵抗するため、上
記キャリアの下方に、上記リテイナで囲まれたポケット
を形成するための、上記リテイナの使用方法であって、 (a)上記接触の間、上記ウエーハの表面と上記研磨板
面との間で上記リテイナが上下に動くことを許容する工
程と、 (b)上記ウエーハ表面が上記研磨板面と接触していな
いときに上記ポケットを形成させるために上記リテイナ
を上記研磨ヘッドに支持させる工程とを含むことを特徴
とするリテイナの使用方法。 - 【請求項12】 上記リテイナの動きを許容する工程は
上記接触の間は上記リテイナの位置がフローティングす
ることを許容する工程を含むことを特徴とする請求項1
1に記載のリテイナの使用方法。 - 【請求項13】 上記キャリアの下端面を上記リテイナ
を越えて選択的に突出させる工程を含むことを特徴とす
る請求項11又は12に記載のリテイナの使用方法。 - 【請求項14】 柔軟性のあるダイヤフラムが上記キャ
リア及び上記リテイ ナの上端側に水平に張設されて上記
キャリア及び上記リテイナを弾性的に支持し、このダイ
ヤフラムはダイヤフラムの上下に形成された空間の圧力
差に対応して上下に変位するとともに、上記圧力差を生
じさせるための手段が設けられ、さらに上記リテイナが
上記接触の間動くことを許容する工程が、上記接触の際
に上記圧力差に抗して上記ダイヤフラムを弛緩させるこ
とを許容する工程を含むことを特徴とする請求項11又
は12に記載のリテイナの使用方法。 - 【請求項15】 上記リテイナを上記研磨ヘッドに支持
させる工程が、上記キャリアの上端縁に取り付けられた
フランジと、このフランジの下方に位置する円板とを有
し、これらフランジと円板との係合により上記圧力差に
抗して上記キャリアの下降を阻止し、これにより上記ポ
ケットを形成させる機械構造干渉手段により提供される
ことを特徴とする請求項14に記載のリテイナの使用方
法。 - 【請求項16】 上記キャリヤの下端面を上記リテイナ
より選択的に突出させる工程を含むことを特徴とする請
求項15に記載のリテイナの使用方法。 - 【請求項17】 上記キャリヤの下端面を上記リテイナ
より選択的に突出させる工程が、さらに、上記機械構造
干渉手段が上記圧力差に抗する位置を変更する工程を含
むことを特徴とする請求項16に記載のリテイナの使用
方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/811,568 US5205082A (en) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Wafer polisher head having floating retainer ring |
US811,568 | 1991-12-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0679618A JPH0679618A (ja) | 1994-03-22 |
JP2597449B2 true JP2597449B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=25206911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34078892A Expired - Fee Related JP2597449B2 (ja) | 1991-12-20 | 1992-12-21 | 研磨ヘッド及びリテイナの使用方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5205082A (ja) |
EP (1) | EP0548846B1 (ja) |
JP (1) | JP2597449B2 (ja) |
DE (1) | DE69210568T2 (ja) |
Families Citing this family (195)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3370112B2 (ja) * | 1992-10-12 | 2003-01-27 | 不二越機械工業株式会社 | ウエハーの研磨装置 |
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