JP3197674U - 化学機械研磨固定具 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨液がグリップリングと基台との結合箇所から侵入し、グリップリングの早期故障を招くことを防止できる化学機械研磨固定具を提供する。【解決手段】リング状基台１１とグリップリング１２とを含み、リング状基台は、第１結合面と第１内環面１１２と連結面１１３と第２内環面１１４とを備え、第１内環面の直径が第２内環面より大きく、第１内環面の両側が第１結合面と連結面に各々連接し、連結面の両側が第１内環面と第２内環面に各々連接する。グリップリングは、第２結合面と、第２結合面から凸起する内環凸縁１２９とを備える。内環凸縁が外環壁面１２９ａと頂面１２９ｂとを有し、外環壁面が第１内環面に結合し、頂面が連結面に結合する。グリップリングとリング状基台が結合した時、内環凸縁が第１結合面と第２結合面の接合境界部を覆うことで、研磨液が境界部から侵入するのを遮断する。【選択図】図５

Description

本考案は、化学機械のグリップリングに関し、特に、半導体ウエハの研磨に運用する化学機械研磨固定具に関する。

半導体の製造過程において化学機械研磨は必要不可欠な工程で、ウエハが化学機械研磨中に良好な表面平坦度まで研磨されていない場合或いはスリキズが発生した場合、その後の露光、現像及びエッチング等のフォトリソグラフィ工程に誤りが生じ、更に補修できない欠陥が起きてしまう。

従来の化学機械研磨装置の多くは、直接一定の厚みを有するグリップリングを対面して接着貼合方法で外観形状がグリップリングと対応する基台に貼付する。グリップリングは、高分子材料で製造され、研磨待ちウエハをその内側リングの中に嵌め込む。化学機械研磨過程中、グリップリングは高速回転の研磨パッドとの摩擦に耐えなければならず、研磨過程中の化学機械研磨液からの侵食も耐えなければならない。半導体ウエハの加工製造過程中、化学機械研磨装置のグリップリングは、一定数のウエハ研磨工程を経た後で交換されなければならない。

しかしながら、実務上、半導体ウエハの化学機械研磨工程において、グリップリングが早期故障を生じるという一定の確率問題が発見された。長期調査を経たところ原因は、化学機械研磨過程中、化学機械研磨液がグリップリングと基台との結合するインターフェース箇所に侵入することで、グリップリングと基台間にある接着剤が小粒子になって化学機械研磨液の中に落下することでウエハ表面のスリキズ欠陥が起こり、グリップリング全体を早期に故障させることにある。こうなると、グリップリングの交換回数が増えるだけではなく、同時に生産ラインのストップ時間も増え、ウエハファウンドリの消耗材コストと生産コストが同時に増えてしまっていた。

よって、従来の化学機械研磨装置は、化学機械研磨液がグリップリングと基台との結合箇所から容易に侵入し、グリップリングの早期故障を招くことで、消耗材コストと生産コストが同時に増える問題が起きていた。

本考案は、従来の問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、以下の発明を完成するに至った。

本考案に係る化学機械研磨固定具は、主にリング状基台の半径方向に平行する第１結合面と、直径が第２内環面より大きく、両側が第１結合面と第１連結面に各々連接する第１内環面と、両側が第１内環面と第２内環面に各々連接する第１連結面と、第２内環面とを備えるリング状基台と、グリップリングの半径方向に平行し、リング状基台の第１結合面に結合する第２結合面と、第２結合面から凸起し、外環壁面と頂面とを有し、外環壁面がリング状基台の第１内環面に結合し、頂面が第１連結面に結合する内環凸縁とを備えるグリップリングと、を含む。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、内環凸縁の頂面からグリップリングの第２結合面までの距離は５ｍｍ〜１５ｍｍとする。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、内環凸縁の該グリップリング半径方向に沿う厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍとする。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、内環凸縁は内環壁面を有し、該内環凸縁の内環壁面と該リング状基台の第２内環面を面一にする。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、第１連結面と第１内環面の連接箇所にリード角を有し、リード角が半径１．５ｍｍの円弧とする。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、リング状基台は第１外環面と第２連結面と第２外環面とを更に含み、第１外環面の直径が第２外環面より小さく、第１外環面の両側が第１結合面と第２連結面に各々連接し、第２連結面の両側が第１外環面と第２外環面に各々連接する。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、グリップリングは、第２結合面から凸起し、リング状基台の第１内環面に結合する内環壁面と、第１連結面に結合する頂面とを備える外環凸縁を更に含む。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、外環凸縁の頂面からグリップリングの第２結合面までの距離は、４ｍｍ〜１０ｍｍとする。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、外環凸縁の該グリップリング半径方向に沿う厚みは、１ｍｍ〜４ｍｍとする。

本考案の概念の１つによれば、上記化学機械研磨固定具において、外環凸縁は外環壁面を有し、該外環凸縁の外環壁面と該リング状基台の第２外環面を面一にする。

従来技術の化学機械研磨固定具の立体図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本考案の一具体的実施例に係る化学機械研磨固定具の組立図である。 本考案の具体的実施例に係る化学機械研磨固定具の立体図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本考案の具体的実施例に係る作業状態を示す図である。

図１と図２は、従来技術の化学機械研磨固定具立体図と断面図である。従来技術の化学機械研磨固定具９は、主に基台９１とグリップリング９２と接合面９３とを含み、接合面９３が基台９１とグリップリング９２の間に位置する。基台９１とグリップリング９２の間は通常接着剤で接合する。しかしながら化学機械研磨過程中、化学機械研磨液が接合面９３に侵入することで、高分子材料（例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ））で製造されたグリップリング９２の早期故障を招いてしまう。よって、本考案の重要な概念の１つは、化学機械研磨過程において化学機械研磨液が基台９１とグリップリング９２の間に侵入することを防止できる技術的思想を提出することである。

図３、図４及び図５は、各々本考案の一具体的実施例の化学機械研磨固定具の組立合図、立体図及び断面図である。化学機械研磨固定具１は、主にリング状基台１１とグリップリング１２とを含む。ウエハの化学機械研磨過程を行う時、グリップリング１２は下方へ向いてウエハをその内側リングの中に嵌め込む。

リング状基台１１は、第１結合面１１１と第１内環面１１２と第１連結面１１３と第２内環面１１４と複数の嵌め凸部１１８と複数の締付孔１１９とを含む。リング状基台１１の第１結合面１１１はリング状基台１１の半径方向に平行し、第１内環面１１２の直径が第２内環面１１４の直径より大きい。
図３に示すように、第１内環面１１２は上下両側に沿って第１結合面１１１と第１連結面１１３に各々連接する。第１連結面１１３は第１結合面１１１と実質的に平行し、その両側が第１内環面１１２と第２内環面１１４に各々連接し、且つ第１連結面１１３と第１内環面１１２の連接箇所にリード角を形成しており、該リード角のＲ値が１．５ｍｍ〜２．０ｍｍとする。各嵌め凸部１１８は、締付孔１１９を貫通するネジによってリング状基台１１の第１結合面上１１１に固定される。

グリップリング１２は、第２結合面１２１と、複数の嵌め孔１２８と内環凸縁１２９とを含み、第２結合面１２１がグリップリング１２の半径方向に平行する。第２結合面１２１と第１結合面１１１の間は、嵌め凸部１１８と嵌め孔１２８の互いに嵌合する方法によって結合し、更に嵌め凸部１８と嵌め孔１２８の結合箇所以外の表面に接着剤を塗ってグリップリング１２とリング状基台１１間の結合力を増加できる。

グリップリング１２の内環凸縁１２９は、第２結合面１２１から凸起し、外環壁面１２９ａと頂面１２９ｂとを備える。図５に示すように、外環壁面１２９ａは、リング状基台１１の第１内環面１１２に結合され、頂面１２９ｂが第１連結面１１３に結合される。

更に図６を参照する。図６は、本考案の具体的実施例の作業状態を示す図である。本考案の化学機械研磨固定具１は、外部の化学機械研磨設備６にセットし、下方の研磨パッド（図示略）に対して回転でき、ウエハ７がグリップリング１２の内側リングの中に嵌め込まれる。加工過程中、化学機械研磨液がウエハ７とグリップリング１２間の隙間を浸透してウエハ７背面に溜まる。本実施例のグリップリング１２に内環凸縁１２９を追加したため、本実施例のグリップリング１２は第２結合面１２１を通じてリング状基台１１の第１結合面１１１に結合され、外環壁面１２９ａを通じてリング状基台の第１内環面１１２に結合され、並びに頂面１２９ｂを通じてリング状基台１１の第１連結面１１３に結合される。
ウエハ７の化学機械研磨を行う時、ウエハ７とグリップリング１２間の隙間を浸透してウエハ７背面に溜まる化学機械研磨液８の唯一のリング状基台１１とグリップリング１２間に入ることができる位置は、第１連結面１１３と内環凸縁１２９の頂面１２９ｂとの相互結合箇所だけである。ただし、リング状基台１１の第１連結面１１３と内環凸縁１２９の頂面１２９ｂとの相互結合箇所からウエハ７背面までの距離が非常に遠く、従来技術に比べると、本実施例の方が内環凸縁１２９の頂面１２９ｂから第２結合面１２１までの距離がある。よって、化学機械研磨液８はグリップリング１２とリング状基台１１の間に侵入する機会があまりなく、グリップリング１２が定める耐用年数内に早期故障しないことを確保し、ウエハファウンドリの消耗材コストと生産コストが同時に増えるという問題を解決できる。

実験により検証したところ、内環凸縁１２９の頂面１２９ｂからグリップリング１２の第２結合面１２１までの距離が５ｍｍ以上ある時、明らかにグリップリング１２の早期故障問題を避けることができ、１０ｍｍ以上あった時、実験検証結果、グリップリング１２の早期故障状況が起きないことが判明した。

このほか、内環凸縁１２９のグリップリング１２の半径方向に沿う厚みが、１ｍｍ以上の場合、内環凸縁１２９の強度をアップでき、且つ内環凸縁１２９が破損しにくく、またリング状基台１１の第１連結面１１３と内環凸縁１２９の頂面１２９ｂとの相互結合箇所にも一定の結合強度を有し、化学機械研磨過程中、第１連結面１１３と頂面１２９ｂとの相互結合箇所に生じるせん断応力に耐えられる。
実験の検証により、内環凸縁１２９のグリップリング１２の半径方向に沿う厚みが１ｍｍ〜５ｍｍの場合、好適な効果を奏することができる。

本実施例の態様の１つにおいて、図５に示すように、内環凸縁１２９は内環壁面１２９ｃを有し、内環凸縁１２９の内環壁面１２９ｃとリング状基台１１の第２内環面１１４を面一にする。内環凸縁１２９の内環壁面１２９ｃとリング状基台１１の第２内環面１１４を面一にしない場合、頂面１２９ｂの面積が第１連結面１１３より大きくと、極めて低い確率の下で、少量の化学機械研磨液８が内環凸縁１２９の頂面１２９ｂ上に溜まる可能性があり、この時回転時の遠心力作用を通じて、化学機械研磨液が頂面１２９ｂと第１連結面１１３の間から浸透する可能性がある。
内環凸縁１２９の内環壁面１２９ｃとリング状基台１１の第２内環面１１４を面一にするよう設計した場合、少量の化学機械研磨液８が第１連結面１１３と頂面１２９ｂとの相互結合箇所に飛散しても、該結合箇所から侵入することを心配する必要がない。

本考案の技術的内容を、好ましい実施例で上記通り開示したが、そのような実施例により本考案の保護範囲が限定されるべきものではなく、当業者が本考案の精神から離れることなく為した種々の変更及び改変は、本考案の範囲に含めるものであるのが当然である。よって本考案の保護範囲は、本明細書に添付する実用新案登録請求の範囲で定義しているものを基準とする。

１ 化学機械研磨固定具
１１ リング状基台
１１１ 第１結合面
１１２ 第１内環面
１１３ 第１連結面
１１４ 第２内環面
１１８ 嵌め凸部
１１９ 締付孔
１２ グリップリング
１２１ 第２結合面
１２８ 嵌め孔
１２９ 内環凸縁
１２９ａ 外環壁面
１２９ｂ 頂面
１２９ｃ 内環壁面
６ 化学機械研磨装置
７ ウエハ
８ 化学機械研磨液
９ 従来技術の化学機械研磨固定具
９１ 基台
９２ グリップリング
９３ 接合面

Claims (5)

1. リング状基台の半径方向に平行する第１結合面と、直径が第２内環面より大きく、両側が前記第１結合面と第１連結面に各々連接する第１内環面と、両側が前記第１内環面と前記第２内環面に各々連接する第１連結面と、第２内環面とを備えるリング状基台と、
   グリップリングの半径方向に平行となり、前記リング状基台の前記第１結合面に結合する第２結合面と、前記第２結合面から凸起し、外環壁面と頂面とを有し、前記外環壁面が前記リング状基台の前記第１内環面に結合し、前記頂面が前記第１連結面に結合する内環凸縁とを備えるグリップリングと、を含むことを特徴とする、
   化学機械研磨固定具。
2. 前記内環凸縁の頂面から前記グリップリングの前記第２結合面までの距離は、５ｍｍ〜１５ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載の化学機械研磨固定具。
3. 前記内環凸縁の前記該グリップリング半径方向に沿う厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍとすることを特徴とする請求項２に記載の化学機械研磨固定具。
4. 前記内環凸縁は、内環壁面を有し、前記内環凸縁の内環壁面と前記リング状基台の前記第２内環面を面一にすることを特徴とする請求項３に記載の化学機械研磨固定具。
5. 前記第１連結面と前記第１内環面の連接箇所にリード角を有し、前記リード角の呼称寸法が１．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることを特徴とする請求項４に記載の化学機械研磨固定具。

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