JP5199691B2 - 研磨装置 - Google Patents
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Description
1)研磨パッドの研磨面と半導体ウエハ間の摩擦力によりリテーナリングへ加わる横方向の力を受ける支点がリテーナリングの外周部にある従来の研磨ヘッドでは、リテーナリングとリテーナリングガイドの接触面積が小さいために、リテーナリングが研磨パッドの研磨面のうねり(動き)に追従して傾動(チルティング)および上下動する際に、リテーナリング外周面とリテーナリングガイド内周面との間の摺動面に大きな摩擦力が発生し、リテーナリングの追従性が不足することになり、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができないという問題点がある。
4)リテーナリングは研磨面との摩擦熱により熱膨張しようとするが、リテーナリングを取り付けているドライブリングとの温度差および線膨張係数の差により、リテーナリングがハの字に開いたような形状となってしまう。この状態での研磨ではリテーナリング内周側がより早く摩耗する偏摩耗が生じてしまい、リテーナリングの交換初期とその後では、パッド面形状を補正するリテーナリングの効果が変化してしまう。また複数枚の半導体ウエハを連続処理する状況ではリテーナリングの温度が半導体ウエハ間で徐々に上昇していく状況となるが、そうなった場合にリテーナリングの熱変形量が徐々に大きくなり半導体ウエハ間でリテーナリングの効果が変化してしまうことになる。研磨面と半導体ウエハ間の摩擦力に起因するリテーナリングの変形によってもリテーナリングの偏摩耗およびリテーナリングの効果が経時変化する原因となる。
本発明によれば、リテーナリングに加わる横方向の力を受ける支点を基板の中心部の上方、すなわちトップリング本体の中心部に位置させるようにしたため、リテーナリングを支持する部分を広い面積とすることができ、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねり(動き)に追従して傾動(チルティング)および上下動する際に、リテーナリングを摺動可能に支持する摺動部分の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記リテーナリングは、前記支点を通る軸線上で上下動可能に支持されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記トップリング本体は、弾性膜により形成され圧力流体が供給される複数の圧力室を有し、前記支点は、前記基板の中心部に対応した位置にある圧力室の上方にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記支点は、前記リテーナリングを前記トップリング本体に支持させる支持機構の回転中心にあることを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングを傾動可能に支持する支持機構を前記基板の中心部の上方、すなわちトップリング本体の中心部に位置させるようにしたため、支持機構の支持面(摺動面)を広い面積とすることができ、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねり(動き)に追従して傾動(チルティング)する際に、リテーナリングを摺動可能に支持する摺動部分の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記リテーナリングは、前記支持機構により前記トップリング本体とは独立して可動になっていることを特徴とする。
本発明によれば、弾性膜を保持したトップリング本体とは独立にリテーナリングが傾動(チルティング)可能であるため、研磨パッドの研磨面と基板間に作用する摩擦力に拘わらず、トップリング本体、特に、弾性膜を保持する部材は初期の姿勢を保つことができ、均一に基板を研磨面に押圧することができる。
本発明によれば、支持機構の摺接面を低摩擦材料で構成したため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して傾動および上下動する際に、リテーナリングを支持する支持機構の摺接面(摺動面)の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が0.35以下である低い摩擦係数の材料を云い、0.25以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐磨耗性の高い摺動材料であることが望ましい。前記低摩擦材料は、例えば含油ポリアセタール樹脂等からなる。
本発明の好ましい態様によれば、前記リテーナリングは、前記基板の外周縁を保持するためのリング部材と、前記トップリング本体の中心部に配置され前記リング部材を保持するための保持部と、前記リング部材と前記保持部とを連結するための連結用アームとを備え、前記保持部が前記支持機構により支持されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記トップリング本体は、弾性膜により形成され圧力流体が供給される複数の圧力室を有し、前記支持機構は、前記基板の中心部に対応した位置にある圧力室の上方にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記支持機構は、前記リテーナリングを直交する二つの軸線のまわりに回転可能に支持するジャイロ機構からなることを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングには、SUS等の金属性リングが装着されているため、リテーナリングの剛性を高めることができ、リテーナリングが研磨面と摺接してリテーナリングの温度が上昇してもリテーナリングの熱変形を抑制することができる。
本発明によれば、リテーナリングは、研磨面との摩擦熱により温度上昇するが、冷却用流体がリテーナリングの外周面に吹きつけられるため、リテーナリングの温度上昇を抑えることができ、リテーナリングの熱膨張を抑えることができる。
本発明によれば、トップリング本体からリテーナリングに回転を伝達する回転駆動部をトップリング本体内に設けたので、回転駆動部からの摩耗粉をトップリング本体内に封じ込めることができるため、摩耗粉が研磨面へ落下することがなく、摩耗粉に起因するスクラッチ等の基板の欠陥を飛躍的に減少させることができる。
(1)リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねり(動き)に追従して傾動(チルティング)する際に、リテーナリングを摺動可能に支持する摺動部分の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
(2)リテーナリングを摺動可能に支持する部分がトップリング本体内にあるので、摺動部分からの摩耗粉をトップリング本体内に封じ込めることができるため、摩耗粉が研磨面へ落下することがなく、摩耗粉に起因するスクラッチ等の基板の欠陥を飛躍的に減少させることができる。
図1は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨テーブル100と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する研磨ヘッドを構成するトップリング1とを備えている。
研磨テーブル100は、テーブル軸100aを介してその下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸100a周りに回転可能になっている。研磨テーブル100の上面には研磨パッド101が貼付されており、研磨パッド101の表面101aが半導体ウエハWを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されており、この研磨液供給ノズル102によって研磨テーブル100上の研磨パッド101上に研磨液Qが供給されるようになっている。
図5は、研磨対象物である半導体ウエハWを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する研磨ヘッドを構成するトップリング1を示す図であり、複数の半径方向に沿って切断した断面図である。
下部材306の下面には、半導体ウエハの裏面に当接する弾性膜314が取り付けられている。この弾性膜314は、外周側に配置された環状のエッジホルダ316と、エッジホルダ316の内方に配置された環状のリプルホルダ318,319とによって下部材306の下面に取り付けられている。弾性膜314は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
また、本実施形態のように、支持機構412を低支点にすることにより、リテーナリング3を傾けるモーメントが小さくなるため、摩擦力によるリテーナリング3の傾きを小さく抑えることが可能となり、半導体ウエハWがトップリング1からスリップアウトし難い。
図10(a)および図10(b)は図6のX矢視図であり、図10(a)はカムリフタ432が作動した状態を示し、図10(b)はカムリフタ432の非作動状態を示す。図10(a)および図10(b)に示すように、カムリフタ432の外周面はカム面になっており、このカム面は軸430(図6参照)の軸心からの半径が変化するように形成されている。そして、カムリフタ432を回転させることで、最も半径の大きくなっている部分432aでピストン406を押し上げるようになっている。なお、カムリフタ432の軸430の軸心部分にはレンチを挿入するレンチ穴434が形成されている。
なお、図9乃至図11に示す例では、ピストン406を磁性体とし、リング部材408に磁石419を埋設しているが、リング部材408を磁性体とし、ピストン406に磁石を埋設してもよい。また、リング部材408にカムリフタ432を設けているが、ピストン406にカムリフタ432を設けてもよい。
また、図6に示すように、下リング部材408bの外周面と金属性リング440との間にOリング441を介装し、さらに金属性リング440とシリンダ400との間に接続シート420を設けているため、研磨ヘッド(トップリング)内から研磨面へ異物が落下することを防ぐことができ、また外部から研磨ヘッド内へ研磨液(スラリー)等が侵入することを防ぐことができる。
2 トップリング本体
3 リテーナリング
101a 研磨面
111 トップリングシャフト
300 上部材
304 中間部材
306 下部材
306c 切り欠き
306g 溝
306s 段部
308 ボルト
314 弾性膜
314a,314b リプル
314c エッジ
314d エッジ(外周縁)
314f 隙間
316 エッジホルダ
316d,318b,318c,319a 爪部
318,319 リプルホルダ
320,322 ストッパ
324,325,326,328,334,336,338 流路
327 コネクタ部
340 シール部材
341 シールリング
342,344,346 流路
347 環状溝
349 駆動ピン
360 センター室
361 リプル室
362 アウター室
363 エッジ室
400 シリンダ
401,402 保持部材
404 弾性膜
406 ピストン
408 リング部材
408a 上リング部材
408b 下リング部材
409 ボルト
410 保持部
411 連結用アーム
412 支持機構
413 外輪
414 内輪
414h 貫通孔
415 C形止め輪
418 アーム
419 磁石
420 接続シート
422 シール部材
430 軸
432 カムリフタ
432a 部分
434 レンチ穴
436 凹部
438 ボール
440 金属性リング
441 Oリング
442 長円形状溝
450,452 流路
451 室
512 支持機構
513 外輪
513c 切り欠き
514 中間輪
515 内輪
515h 貫通孔
516,516 ボール
517,517 ボール
518 クリップ
519 ピン
520 ノズルブロック
520a ノズル
Claims (16)
- 研磨面を有した研磨テーブルと、
圧力流体が供給される圧力室を有し、前記圧力室に圧力流体を供給することで流体圧により基板を前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられるとともに前記トップリング本体とは独立して上下動可能に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングとを備え、
前記基板の研磨中に基板から前記リテーナリングに加わる横方向の力を受ける支点を前記基板の中心部の上方に位置させるようにしたことを特徴とする研磨装置。 - 前記リテーナリングは、前記支点を中心に傾動可能であることを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 前記リテーナリングは、前記支点を通る軸線上で上下動可能に支持されていることを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 前記トップリング本体は、弾性膜により形成され圧力流体が供給される複数の圧力室を有し、
前記支点は、前記基板の中心部に対応した位置にある圧力室の上方にあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の研磨装置。 - 前記支点は、前記リテーナリングを前記トップリング本体に支持させる支持機構の回転中心にあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記支持機構は、前記リテーナリングを前記研磨面の動きに追従させるために前記リテーナリングを傾動可能に支持することを特徴とする請求項5に記載の研磨装置。
- 前記支持機構は、前記リテーナリングを上下動可能に支持することを特徴とする請求項6記載の研磨装置。
- 前記リテーナリングは、前記支持機構により前記トップリング本体とは独立して可動になっていることを特徴とする請求項6又は7記載の研磨装置。
- 前記支持機構の摺接面は低摩擦材料で構成されていることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記リテーナリングは、前記基板の外周縁を保持するためのリング部材と、前記トップリング本体の中心部に配置され前記リング部材を保持するための保持部と、前記リング部材と前記保持部とを連結するための連結用アームとを備え、前記保持部が前記支持機構により支持されていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記トップリング本体は、弾性膜により形成され圧力流体が供給される複数の圧力室を有し、
前記支持機構は、前記基板の中心部に対応した位置にある圧力室の上方にあることを特徴とする請求項6乃至10のいずれか一項に記載の研磨装置。 - 前記支持機構は、前記リテーナリングを球面で回転可能に支持する球面軸受機構からなることを特徴とする請求項6乃至11のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記支持機構は、前記リテーナリングを直交する二つの軸線のまわりに回転可能に支持するジャイロ機構からなることを特徴とする請求項6乃至11のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記リテーナリングに金属性リングを装着したことを特徴とする請求項6乃至13のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記リテーナリングを冷却する流体を供給するノズルを設けたことを特徴とする請求項6乃至14のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記トップリング本体の回転を前記リテーナリングに伝達する回転駆動部を前記トップリング本体内に設けたことを特徴とする請求項6乃至15のいずれか一項に記載の研磨装置。
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