JP5457469B2 - シリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、シリコン・ベアー・ウエハー（ｓｉｌｉｃｏｎ ｂａｒｅ ｗａｆｅｒｓ）研磨装置用キャリア・ヘッドに係り、さらに詳細には、リテーナ・リングに加えられる圧力と、加圧プレートの弾性ゴム体を通じてシリコン・ベアー・ウエハーＷに加えられる圧力をそれぞれ独立して調節し、リテーナ・リングと研磨パッドが平行ではない場合に、研磨装置のシャフトに対して平行整列チルト・ユニットがチルトされて傾斜して、リテーナ・リングと研磨パッドを平行にすることによって、研磨パッドにシリコン・ベアー・ウエハーＷを均一に密着させて、端部を含むシリコン・ベアー・ウエハーＷ全体を均一に研磨することができる構造を有するシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドに関する。

一般的に、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）は、研磨パッドを利用する機械的研磨とＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）スラリー溶液を利用する化学的研磨によってウエハーの表面を研磨する技術である。

最近、半導体チップの高密度、高機能化及び配線構造の多層化により、ウエハーの表面高さの差が次第に大きくなっている。ウエハーの表面高さの差が発生することによって、原材料であるシリコン・ベアー・ウエハーにおける平坦化程度も伴われればならない技術的問題を抱いている。このような問題は、ウエハーの大口径化によるウエハーの中心部と端部間の平坦度が深化しており、特に、ウエハーの端部に対する研磨量を制御するための多様な方法が試みられている。このように、表面高さの差の発生したシリコン・ベアー・ウエハーの表面を平坦化するために、化学的研磨と機械的研磨を同時に行うＣＭＰ装置が使用されている。

ＣＭＰ装置は、シリコン・ベアー・ウエハーが取り付けられるキャリア・ヘッドと、研磨パッドを備える研磨定盤とからなる。研磨定盤とキャリア・ヘッドは独立して回転し、ＣＭＰスラリーが研磨パッドに供給される。キャリア・ヘッドによってシリコン・ベアー・ウエハーに所定の圧力が加えられる。

機械的研磨においてウエハーの表面の除去速度は、ウエハーに加えられる圧力と回転速度に比例する。ＣＭＰ装置のように、化学的な作用が付加された研磨においては、それにウエハーの表面とスラリーとの化学反応が付加される。ウエハーの表面のすべての位置に対してウエハーに加えられる圧力、回転速度、スラリーの量、研磨温度などを均一にすることができれば、広域平坦化及びシリコン・ウエハーの厚さの均一化を達成することができるであろう。しかし、実際は、前述の因子や研磨パッドの状態が位置や時間によって変化する。したがって、シリコン・ウエハーの厚さが不均一になる。
図１は、従来のＣＭＰ装置用キャリア・ヘッドの断面図である。

図１に示すように、従来のＣＭＰ装置用キャリア・ヘッド９１０は、ハウジング９１４に取り付けられるウエハー・キャリア９２０、ウエハー・キャリア９２０の下部に取り付けられてウエハーＷを固定する弾性ゴム体９２４、及びウエハー・キャリア９２０に取り付けられてウエハー支持面の適所にウエハーＷを保持するように形成されたリテーナ・リング９２２を備える。ウエハー・キャリア９２０は、前記ハウジング９１４に上下移動可能に取り付けられ、研磨作業時にウエハー・キャリア９２０に加えられる圧力がウエハー・キャリア９２０の下面に結合されているリテーナ・リング９２２に伝達される構造を有する。

前述のように構成された従来のＣＭＰ装置用キャリア・ヘッド９１０は、ウエハー・キャリアとハウジングの内部によって形成される空間に供給されるガスによって発生した圧力がウエハー・キャリア９２０に加えられる圧力と、弾性ゴム体とウエハー・キャリア間の空間に供給されるガスによって発生した圧力が弾性ゴム体９２４に加えられる圧力によってウエハーＷが研磨パッド９９０と密着し、リテーナ・リング９２２もウエハー・キャリア２０に加えられる圧力によって研磨パッド９９０と密着した状態で前記ウエハーを研磨する。

しかし、従来のＣＭＰ装置用キャリア・ヘッド９１０は、リテーナ・リング９２２に加えられる圧力とウエハーＷに加えられる圧力の両方がウエハー・キャリア９２０に加えられる圧力に影響される構造であるため、リテーナ・リング９２２に加えられる力を適切に調節する場合にのみ研磨パッド９９０にウエハーを均一に密着させることができるが、リテーナ・リング９２２に加えられる圧力はウエハーＷに加えられる圧力にも影響を及ぼすため、圧力を適切に調節し難いという問題点、すなわち、従来のＣＭＰ装置用キャリア・ヘッド９１０は、リテーナ・リング９２２に加えられる圧力とウエハーＷに加えられる圧力を独立して調節することができないため、リテーナ・リング９２２に加えられる力を適切に調節して研磨パッド９９０にウエハーＷを均一に密着させ難いため、ウエハーの中心部の研磨程度と端部の研磨程度が不均一になるという問題点がある。

また、従来のＣＭＰ装置用キャリア・ヘッド９１０は、リテーナ・リング９２２の下部摩耗または弾性ゴム体９２４の摩耗時にリテーナ・リング９２２と弾性ゴム体９２４の両方を脱去して交替せねばならないという構造を有するため、交替が煩瑣であり、交替によるコストがかかるという問題点がある。

本発明は、前述の従来の問題点を克服するためになされたものであって、本発明の目的は、リテーナ・リングに加えられる圧力と加圧プレート３００の弾性ゴム体４００を通じてシリコン・ベアー・ウエハーＷに加えられる圧力をそれぞれ独立して調節することによって、研磨パッドにシリコン・ベアー・ウエハーＷを均一に密着させて、端部を含むシリコン・ベアー・ウエハーＷ全体が均一に研磨されるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドを提供するところにある。

本発明の他の目的は、リテーナ・リングが損傷又は摩耗されたカバー・リング及び研磨リングのみを分解及び組み立てて容易に交替することができるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドを提供するところにある。

本発明のさらに他の目的は、加圧プレートの第３加圧プレートに取り囲まれて嵌め込まれた弾性ゴム体が摩耗して交替する場合には、第１加圧プレートが固定された状態で前記第２加圧プレートと第３加圧プレートを分離して弾性ゴム体を容易に交替することができるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドを提供するところにある。

本発明のこのような目的は、シリコン・ベアー・ウエハーＷを研磨パッド７００によって研磨させるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置の昇降移動するシャフトＳにキャリア・ヘッド・ハウジング１００がアダプダ１０によって連結されるキャリア・ヘッドであって、前記シャフトＳの下降移動によって研磨パッド７００の面と平行に整列されるように前記シャフトＳのアダプダ１０にチルト可能に結合され、前記シャフトＳの下降によって加えられる圧力を下部に伝達するキャリア・ヘッド・ハウジング１００と、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の縁部１２０の下端部に締結されて、前記シリコン・ベアー・ウエハーＷがキャリア・ヘッド・ハウジング１００から離脱しないように支持し、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の下降による圧力によって研磨パッド７００に密着するリテーナ・リング２００と、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の中央下部に前記リテーナ・リング２００と独立して垂直昇降移動するように結合され、下面にシリコン・ベアー・ウエハーＷを吸着支持する弾性ゴム体４００が固定される加圧プレート３００と、を備える本発明によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドによって達成される。

前述のように、本発明によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドは、リテーナ・リングに加えられる圧力と加圧プレート３００の弾性ゴム体４００を通じてシリコン・ベアー・ウエハーＷに加えられる圧力をそれぞれ独立して調節することによって、研磨パッドにシリコン・ベアー・ウエハーＷを均一に密着させて、端部を含むシリコン・ベアー・ウエハーＷ全体が均一に研磨されることができる。

また、リテーナ・リングと研磨パッドが平行ではない場合に、研磨装置のシャフトに対して平行整列チルト・ユニットがチルトされて傾斜することによって、リテーナ・リングと研磨パッドが平行になって研磨パッドにシリコン・ベアー・ウエハーＷを均一に密着させて、端部を含むシリコン・ベアー・ウエハーＷ全体を均一に研磨することができる。
また、リテーナ・リングが損傷又は摩耗されたカバー・リング及び研磨リングのみを分解及び組立てて容易に交替することができる。

また、加圧プレートの第３加圧プレートに取り囲まれて嵌め込まれた弾性ゴム体が摩耗して交替する場合には、第１加圧プレートが固定された状態で前記第２加圧プレートと第３加圧プレートを分離して弾性ゴム体を容易に交替することができる。

図１は、従来の化学的・機械的研磨装置用キャリア・ヘッドの断面図である。 図２は、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドが下降して、シリコン・ベアー・ウエハーが研磨される状態を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの研磨が終了して上昇した状態を示す断面図である。 図４は、図２に示すシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの平行整列チルト・ユニットを拡大して示す拡大断面図である。 図５は、図２に示すシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドのリテーナ・リングを示す斜視図である。 図６は、図５の分解斜視図である。 図７は、図２に示すシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの加圧プレートを分解して示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドを詳細に説明する。
図２ないし図７は、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドを示す。

図２は、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドが下降して、シリコン・ベアー・ウエハーが研磨される状態を示す断面図であり、図３は本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの研磨が終了して上昇した状態を示す断面図であり、図４は図２に示すシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの平行整列チルト・ユニットを拡大して示す拡大断面図である。

図２ないし図４に示すように、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドは、シリコン・ベアー・ウエハーＷを研磨パッド７００によって研磨させるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置の昇降移動するシャフトＳにキャリア・ヘッド・ハウジング１００がアダプダ１０によって連結されるキャリア・ヘッドであって、キャリア・ヘッド・ハウジング１００、リテーナ・リング２００、加圧プレート３００及び弾性ゴム体４００を備える。

前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００は、本体部１１０と、本体部１１０から下側の研磨パッド７００に向かって延長した縁部１２０とから形成され、前記シャフトＳの下降移動によって研磨パッド７００と平行に整列されるように前記シャフトＳのアダプダ１０にチルト可能に（傾斜するように）結合され、前記シャフトＳの下降によって加えられる圧力を下部に伝達する。

前記リテーナ・リング２００は、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の縁部１２０の下端部に締結されて、前記シリコン・ベアー・ウエハーＷがキャリア・ヘッド・ハウジング１００から離脱しないように支持し、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の下降による圧力によって研磨パッド７００に密着する。

前記加圧プレート３００は、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の中央下部に前記リテーナ・リング２００と独立して垂直昇降移動するように結合され、下部にシリコン・ベアー・ウエハーＷを吸着支持する弾性ゴム体４００が固定される。

また、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００とシャフトＳを連結するアダプダ１０とキャリア・ヘッド・ハウジング１００の中心部との間の空の空間部（肉逃げ部）には平行整列チルト・ユニット５００が取り付けられる。

前記平行整列チルト・ユニット５００は、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の中央下部に、前記シャフトＳの下降移動時にキャリア・ヘッド・ハウジング１００が研磨パッド７００と平行に整列（維持）されるようにチルトされる。

すなわち、シャフトＳと研磨パッド７００が垂直ではない場合、及び研磨パッド７００の面が長期間の使用によって片摩耗されて、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の下部のシリコン・ベアー・ウエハーＷの研磨面との接触面が平行ではなく傾斜した場合にも、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の下面と研磨パッド７００の面とが水平になるように平行整列（キャリア・ヘッドが研磨パッドと平行に整列）され、シャフトＳから加えられる圧力がキャリア・ヘッドに均一に分配される。

前記平行整列チルト・ユニット５００は、一側が前記シャフトＳのアダプダ１０に螺合されるロッド（ｒｏｄ）軸５１０と、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０に固定されるジョイント・プレート１６の一側に螺合される支持軸（ホルダーリング）５３０と、前記ロッド軸５１０と支持軸５３０との間にチルト可能に結合される平行整列チルト部材５２０とから構成されて、シャフトＳと結合されているアダプダ１０の下面に締結される。
すなわち、前記平行整列チルト・ユニット５００を固定及び支持するジョイント・プレート１６は、アダプダ１０とキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０を平行整列チルト・ユニット５００で連結して、シャフトＳ、アダプダ１０、及び平行整列チルト・ユニット５００とキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０を結合させる。すなわち、前記ジョイント・プレート１６の一側は、平行整列チルト・ユニット５００の支持軸５３０にボルト固定され、他側はジョイント・プレート固定ボルト１７でキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０に固定される。

したがって、前記平行整列チルト部材５２０によってシャフトＳの下降移動時、キャリア・ヘッド・ハウジング１００が研磨パッド７００の面と平行に整列されるようにチルトされて、シャフトＳの下降によって加えられる圧力がキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０に均一に分配されて、研磨パッド７００の面に均一に伝達される。

前記平行整列チルト部材５２０は、前記ロッド軸５１０を環状に取り囲むように結合され、外面が凸球面として形成された軸受５２３と、前記支持軸５３０に支持されるように結合され、内面が前記軸受５２３の凸球面にチルト可能に面接触する凹球面が形成されたチルト・ベアリング５２５とを備える。

一方、前記平行整列チルト・ユニット５００は、一つの部品を組立て、加工製作してジンバル連結（ｇｉｍｂａｌ ｊｏｉｎｔ）またはユニバーサル・ジョイント（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｊｏｉｎｔ）方式でその機能を使用することができる。

また、前記加圧プレート３００の上面の一側に貫設された貫通孔３１４に締結固定される垂直昇降ベアリング６２０と、前記加圧プレート３００の上面の垂直昇降ベアリング６２０を通過して、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の内側の下面に一側が螺合されるガイド軸ピン６００をさらに備える。したがって、前記加圧プレート３００がキャリア・ヘッド・ハウジング１００の中央下部でガイド軸ピン６００に沿って垂直昇降移動する。すなわち、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の内側の下面と加圧プレート３００との間にガイド軸ピン６００を備える。

未説明符号３２３は、加圧プレート３００の上面の一側に貫設された貫通孔３１４に締結されて、下部に露出した締結ボルトの下部の露出部分が挿入されるガイド孔である。したがって、後述する第３加圧プレート３３０に取り囲まれて嵌め込まれた弾性ゴム体４００が摩耗されて交替する場合には、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の下部に固定された状態で第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０を分離して交替することができる。

前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の内側の下端面に一側が螺合されたガイド軸ピン６００は、後述する第１加圧プレート３１０に締結された垂直昇降ベアリング６２０の間に位置し、垂直にのみ昇降移動可能にガイド軸の役割を行う。

前記ガイド軸ピン６００は、加圧プレート３００がキャリア・ヘッド・ハウジング１００の内部で後述する第１チャンバ４０に正圧（下降）を設定すれば、加圧プレート３００が水平に下降し、第１チャンバ４０に負圧（上昇）を設定すれば、加圧プレート３００が上昇しつつ水平ではない、一側に片寄ることを防止して垂直上昇するようにガイドする。

前記加圧プレート３００の上部には、弾性のシワ付き環状加圧シート（elastic wrinkled annular pressure sheet）３０の外枠部が嵌め込まれて密閉固定される位置制御リング２０が結合され、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の内側の下部には前記シワ付き環状加圧シート３０の内枠部が嵌め込まれて密閉固定されて、前記加圧プレート３００の上面とキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の内側の下面との間には密閉された第１チャンバ４０が形成される。

前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の内側の下部には、前記シワ付き環状加圧シート３０の内枠部が本体部固定ジョイント・リング３７によって嵌め込まれて密閉固定され、前記加圧プレート３００の上部の位置制御リング２０には、前記シワ付き環状加圧シート３０の外枠部が位置制御リング固定ジョイント・リング３５によって嵌め込まれて密閉固定される。すなわち、第１チャンバ４０は、シワ付き環状加圧シート３０、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の内面、位置制御リング２０及び加圧プレート３００の上部によって取り囲まれられて密閉形成される。

また、前記第１チャンバ４０に連結された第１チャンバガス通路１１４を通じて供給されるガスの正圧（下降）または負圧（上昇）によって加圧プレート３００が垂直昇降移動する。

このとき、前記位置制御リング２０は、前記加圧プレート３００の直径より大きく形成されて、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の縁部１２０に結合されたリテーナ・リング２００の連結リング２１０によって下降方向への移動が制限（ストップ）され、上昇方向への移動はキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０によって制限される。
すなわち、前記加圧プレート３００の垂直移動範囲は前記位置制御リング２０によって制限される。

また、前記加圧プレート３００の下面と弾性ゴム体４００との間には密閉された第２チャンバ５０が形成され、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０と加圧プレート３００を貫通して第２チャンバ５０に連結された第２チャンバガス通路１１６を通じて供給されるガスの正圧（下降）または負圧（上昇）によってシリコン・ベアー・ウエハーＷを研磨パッド７００に加圧研磨または分離する。

すなわち、第２チャンバ５０に供給される正圧または負圧のガス圧力を調節することによって、シリコン・ベアー・ウエハーＷを研磨パッド７００に対して加圧する圧力を調節する。

また、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０を貫通する第１チャンバガス通路１１４と第２チャンバガス通路１１６が形成されている。第１チャンバガス通路１１４及び第２チャンバガス通路１１６を通じてキャリア・ヘッド・ハウジング１００の内部に形成された第１チャンバ４０及び第２チャンバ５０に正圧または負圧のガスを供給することができる。

したがって、前記シリコン・ベアー・ウエハーＷに加えられる圧力は、第１チャンバガス通路１１４及び第２チャンバガス通路１１６を通じて供給されるガスの圧力によって調節される。

すなわち、前記シャフトＳから加えられる圧力は、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０と縁部１２０を通じてリテーナ・リング２００にのみ加えられ、リテーナ・リング２００は、ＣＭＰの進行中にキャリア・ヘッドの下部に位置するシリコン・ベアー・ウエハーＷの離脱を防止する役割を行う。したがって、リテーナ・リング２００に加えられる圧力とシリコン・ベアー・ウエハーＷに加えられる圧力の調節が容易であるという長所がある。

図２に示すＰ１は、リテーナ・リングが下降（ダウン）して研磨パッドに接触して圧力が加えられる第１の順序を示す矢印であり、Ｐ２は、第１チャンバに正圧が加えられて、シリコン・ベアー・ウエハー全体を押圧する圧力が加えられる第２の順序を示す矢印であり、Ｐ３は、第２チャンバに正圧が加えられて、弾性ゴム体を通じて間接的に押し、シリコン・ベアー・ウエハーを押圧してシリコン・ベアー・ウエハーの端部の研磨をも向上させる第３の順序を示す矢印である。

図３に示すＱ１は、研磨が完了した後、第２チャンバに負圧をかければ、負圧によってシリコン・ベアー・ウエハーが弾性ゴム体に吸着される第１の順序を示す矢印であり、Ｑ２は、第１チャンバに負圧をかければ、加圧プレートが研磨パッドから分離されて、互いに離隔されたシリコン・ベアー・ウエハーと研磨パッド面との間に空間が形成される第２の順序を示す矢印であり、Ｑ３は、リテーナ・リングに負圧を加えれば（シャフトに連結されたシリンダーに負圧を加えれば）、リテーナ・リングを備えるキャリア・ヘッド・ハウジング全体が上昇して、全体的に研磨パッドから分離される第３の順序を示す矢印である。
図５は図２に示すシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドのリテーナ・リングを示す斜視図であり、図６は図５の分解斜視図である。

図５及び図６に示すように、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドのリテーナ・リング２００は、連結リング２１０、カバー・リング２２０及び研磨リング２３０を備える。

前記リテーナ・リング２００の連結リング２１０は、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の縁部１２０の下端部に結合され、前記カバー・リング２２０は前記連結リング２１０に着脱可能に結合され、前記研磨リング２３０は前記カバー・リング２２０の下端面に接着剤によって付着する。

すなわち、前記リテーナ・リング２００の連結リング２１０は、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の縁部１２０の下端部に設置されるものであって、金属で製造する。

前記リテーナ・リング２００の連結リング２１０の外周面には雄ネジ線２１２が形成され、前記カバー・リング２２０の内周面には前記連結リング２１０の雄ネジ線２１２と対応する雌ネジ線２２２が形成されて、着脱可能に螺合される。

前記のような研磨リング２３０は摩耗される材質からなり、好ましくは、ポリフェニレンスルフィド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）、ポリベンズイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ：ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ：ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙ(ｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）：ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙ(ｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ)：ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリカーボネート、アセタールなどの合成樹脂で製造される。
前記研磨リング２３０は、カバー・リング２２０の下面に交替可能に接着剤によって付着して、研磨パッドとＣＭＰスラリーとの接触によって摩耗される。

前記連結リング２１０の上面には等間隔で複数のネジ溝２１１が形成されている。複数のネジ溝２１１は、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の縁部１２０を貫通するリテーナ・リングボルト固定貫通孔１２２に挿入されたそれぞれのリテーナ・リング固定ボルト１２３を締結するためのものであり、連結リング２１０の外周面には雄ネジ線２１２が形成されており、カバー・リング２２０の内周面に形成された雌ネジ線２１２と締結されて、損傷又は摩耗されたカバー・リング２２０及び研磨リング２３０を分解及び組立てて交替を容易にする。したがって、連結リング２１０は、ハウジングの縁部１２０の下端部に固定して置き、カバー・リング２２０のみを容易に分離、すなわち、カバー・リング２２０及び研磨リング２３０を容易に交替することができる。
図７は、図２に示すシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの加圧プレートを分解して示す分解斜視図である。

図７に示すように、本発明の一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドの加圧プレート３００は、前記キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０の中央下部に結合される第１加圧プレート３１０と、前記第１加圧プレート３１０の下部に着脱可能に結合される第２加圧プレート３２０と、前記第２加圧プレート３２０の下部に着脱可能に結合される第３加圧プレート３３０とを備える。このとき、前記第３加圧プレート３３０に前記弾性ゴム体４００を取り囲んで嵌め込んだ状態で前記第２加圧プレート３２０の下部に結合して弾性ゴム体４００を固定させる。
また、前記弾性ゴム体４００は、加圧プレート３００の下部に取り囲まれて結合されてシリコン・ベアー・ウエハーＷを固定する役割を行う。

前記弾性ゴム体４００は、シリコン・ベアー・ウエハーＷが固定される平たい部分である平坦部４２０と、第３加圧プレート３３０を取り囲むように外周部に'コ'字状に折り曲げられて形成された結合部４４０とを備える。また、前記結合部４４０に形成された突起４４２が第３加圧プレート３３０に形成された溝に嵌め込まれ、第３加圧プレート３３０に第２加圧プレート３２０が螺合されることによって加圧プレート３００と結合する。

前記第３加圧プレート３３０に取り囲まれて嵌め込まれた弾性ゴム体４００が摩耗されて交替する場合には、前記第１加圧プレート３１０がキャリア・ヘッド・ハウジング１００の下部に固定された状態で前記第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０を分離して交替することができる。

また、前記加圧プレート３００は、第１加圧プレート３１０の上面の中央部に複数のパイ状に圧力分配通路が区画配置されて、上面に加えられる圧力を均一に分配伝達させる役割を行う圧力分配突出部３１２が突設される。

前記加圧プレート３００は、第３加圧プレート３３０の縁部の下端部には、下部に配置されるシリコン・ベアー・ウエハーＷの端部に研磨圧力が伝達されるように調節する環状突部３３２が突設される。すなわち、第３加圧プレート３３０の下面の端部及び中心部と端部との間には環状突部３３２が形成される。

前記突部３３２は、シリコン・ベアー・ウエハーＷの端部の研磨程度を調節するためのものであって、シリコン・ベアー・ウエハーＷのサイズ、キャリア・ヘッドの回転速度、キャリア・ヘッドによってシリコン・ベアー・ウエハーＷに加えられる圧力などの研磨条件によって多様な形状に変更可能である。

また、前記加圧プレート３００と位置制御リング２０とが結合される方法を詳細に説明すれば、第１加圧プレート３１０の上面に位置制御リング２０を螺合する。その後、第２加圧プレート３２０に第３加圧プレート３３０を螺合する。その後、前記結合された第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０をキャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０に貫設されている第１本体貫通孔１２４と、位置制御リング２０に貫設されている第２位置制御リング貫通孔２２を通じて投入された加圧プレート固定ボルト１２５とを利用して、第１加圧プレート及び第２加圧プレートにそれぞれ形成されたネジ締結孔３１６、３２６を通じて第１加圧プレート及び第２加圧プレートを螺合する。

また、第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０にそれぞれ形成されたネジ締結孔３２５、３３６を通じて締結ボルト３３９で第２加圧プレート及び第３加圧プレートを螺合する。

したがって、第１加圧プレート３１０から第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０を分離した後、第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０を容易に分離することができる。

一方、加圧プレート３００は、好ましくは、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの合成樹脂材またはオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６など）、アルミニウムチタンのような金属材で製造されることができ、重量を減らすために上部及び下部の一部を凹状にして空の空間を形成することができる。すなわち、第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０との結合部分には空の空間（チャンネル）３４０が形成されて加圧プレート３００の重量を減らすことができる。

また、前記弾性ゴム体４００を交替する方法は、キャリア・ヘッド・ハウジング１００の本体部１１０を貫通する第１本体貫通孔１２４と、位置制御リング２０を貫通する第２位置制御貫通孔２２を通じて加圧プレート固定ボルト１２５とを緩めて、第１加圧プレート３１０から第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０を分離する。

その後、第２加圧プレート３２０と第３加圧プレート３３０を分離した後、第３加圧プレート３３０を取り囲んでいる弾性ゴム体４００を交替する。このような方法によって弾性ゴム体４００を容易に交替することができる。

一方、好ましくは、前記弾性ゴム体４００は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴムまたはシリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材から形成される。
前述のような構成によって、本発明の好ましい一実施形態によるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッドは下記のように作動する。

前記第１チャンバ４０と第２チャンバ５０に供給される負圧のガスが第１チャンバガス通路１１４及び第２チャンバガス通路１１６を通じてそれぞれの第１チャンバ４０及び第２チャンバ５０を真空状態にする。

それぞれの第１チャンバ４０及び第２チャンバ５０が真空状態になれば、負圧によって加圧プレート３００は垂直上昇して、弾性ゴム体４００は収縮し、加圧プレート３００と弾性ゴム体４００が上昇及び収縮した状態でシリコン・ベアー・ウエハーＷを吸着させる。それと同時に、シャフトＳを下降させてリテーナ・リング２００を研磨パッド７００に接触させる。

このとき、リテーナ・リング２００と研磨パッド７００が水平ではない場合には、シャフトＳとキャリア・ヘッド・ハウジング１００の連結部品である平行整列チルト・ユニット５００がチルトされて（傾斜して）、キャリア・ヘッドが研磨パッド７００の面と平行に整列される。
したがって、シャフトＳによって加えられる圧力は、キャリア・ヘッド・ハウジング１００を通じてリテーナ・リング２００に均一に伝達される。

その後、第１チャンバ４０と第２チャンバ５０に正圧のガスを供給すれば、加圧プレート３００が下降し、弾性ゴム体４００が膨脹して、弾性ゴム体４００がシリコン・ベアー・ウエハーＷを間接的に押しつつ、第１チャンバ４０と第２チャンバ５０に供給される正圧または負圧のガス圧力によってシリコン・ベアー・ウエハーＷに対して弾性ゴム体４００が加える圧力が調節される。

前述のように、シリコン・ベアー・ウエハーＷをキャリア・ヘッドに密着させた状態で、シリコン・ベアー・ウエハーＷと研磨パッド７００との間にＣＭＰスラリーを供給しつつ、研磨パッド７００とキャリア・ヘッド・ハウジング１００が回転してシリコン・ベアー・ウエハーＷの研磨面が研磨される。

本発明の技術的思想は、前記好ましい実施形態によって具体的に記述されたが、前述の実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないことに注意せねばならない。また、当業者ならば本発明の技術的思想の範囲内で多様な実施形態が可能であるということが理解できるであろう。

Claims (11)

1. シリコン・ベアー・ウエハー（Ｗ）を研磨パッド（７００）によって研磨させるシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置の昇降移動するシャフト（Ｓ）に、キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）がアダプダ（１０）によって連結されるキャリア・ヘッドであって、
   前記シャフト（Ｓ）の下降移動によって研磨パッド（７００）の面と平行に整列されるように前記シャフト（Ｓ）のアダプダ（１０）にチルト可能に結合され、前記シャフト（Ｓ）の下降によって加えられる圧力を下部に伝達するキャリア・ヘッド・ハウジング（１００）と、
   前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の縁部（１２０）の下端部に締結されて、前記シリコン・ベアー・ウエハー（Ｗ）がキャリア・ヘッド・ハウジング（１００）から離脱しないように支持し、前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の下降による圧力によって研磨パッド（７００）に密着するリテーナ・リング（２００）と、
   前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の中央下部に前記リテーナ・リング（２００）と独立して垂直昇降移動するように結合され、下面にシリコン・ベアー・ウエハー（Ｗ）を吸着支持する弾性ゴム体（４００）が固定される加圧プレート（３００）と、を備え、
   前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の中央部には、前記シャフト（Ｓ）の下降移動時に、キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）が研磨パッド（７００）の面と平行に整列されるようにチルトされる平行整列チルト・ユニット（５００）がチルト可能に取り付けられ、
   前記平行整列チルト・ユニット（５００）は、
   一側が前記シャフト（Ｓ）のアダプダ（１０）に螺合されるロッド軸（５１０）と、
   前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）に固定されるジョイント・プレート（１６）の一側に螺合される支持軸（５３０）と、
   前記ロッド軸（５１０）と支持軸（５３０）との間にチルト可能に結合する平行整列チルト部材（５２０）とを備え、
   前記平行整列チルト部材（５２０）によってシャフト（Ｓ）の下降移動時に、キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）が研磨パッド（７００）の面と平行に整列されるようにチルトされて、シャフト（Ｓ）の下降によって加えられる圧力がキャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）に均一に分配されて研磨パッド（７００）の面に均一に伝達されることを特徴とするシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
2. 前記平行整列チルト部材（５２０）は、
   前記ロッド軸（５１０）を環状に取り囲むように結合され、外面が凸球面として形成された軸受（５２３）と、前記支持軸（５３０）に支持されるように結合され、内面が前記軸受（５２３）の凸球面にチルト可能に面接触する凹球面が形成されたチルト・ベアリング（５２５）とを備えることを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
3. 前記加圧プレート（３００）の上部には、弾性のシワ付き環状加圧シート（３０）の外枠部が嵌め込まれて密閉固定される位置制御リング（２０）が結合され、前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の内側の下部には前記シワ付き環状加圧シート（３０）の内枠部が嵌め込まれて密閉固定され、
   前記加圧プレート（３００）の上面とキャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の内側の下面との間には密閉された第１チャンバ（４０）が形成され、
   前記第１チャンバ（４０）に連結された第１チャンバガス通路（１１４）を通じて供給されるガスの正圧または負圧によって、加圧プレート（３００）が垂直昇降移動することを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
4. 前記加圧プレート（３００）の下面と弾性ゴム体（４００）との間には密閉された第２チャンバ（５０）が形成され、
   前記第２チャンバ（５０）に連結された第２チャンバガス通路（１１６）を通じて供給されるガスの正圧または負圧によって、シリコン・ベアー・ウエハー（Ｗ）を研磨パッド（７００）に加圧研磨または分離することを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
5. 前記加圧プレート（３００）の上面の一側に貫設された貫通孔（３１４）に締結固定される垂直昇降ベアリング（６２０）と、
   前記加圧プレート（３００）の上面の垂直昇降ベアリング（６２０）を通過して前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の内側の下面に一側が螺合されるガイド軸ピン（６００）をさらに備え、
   前記加圧プレート（３００）がキャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の中央下部でガイド軸ピン（６００）に沿って垂直昇降移動することを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
6. 前記リテーナ・リング（２００）と、
   前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の縁部（１２０）の下端部に結合される連結リング（２１０）と、
   前記連結リング（２１０）に着脱可能に結合されるカバー・リング（２２０）と、
   前記カバー・リング（２２０）の下端面に付着する研磨リング（２３０）とを備えることを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
7. 前記リテーナ・リング（２００）の連結リング（２１０）の外周面には雄ネジ線（２１２）が形成され、
   前記カバー・リング（２２０）の内周面には前記連結リング（２１０）の雄ネジ線（２１２）と対応する雌ネジ線（２２２）が形成されて着脱可能に螺合されることを特徴とする請求項６に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
8. 前記加圧プレート（３００）は、上面の中央部に複数のパイ状に圧力分配通路が区画配置されて、上面に加えられる圧力が均一に分配伝達されるように圧力分配突出部（３１２）が突設されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
9. 前記加圧プレート（３００）は、縁部の下端部には、下部に配置されるシリコン・ベアー・ウエハー（Ｗ）の端部に研磨圧力が伝達されるように調節する環状突部（３３２）が突設されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
10. 前記加圧プレート（３００）は、
    前記キャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の本体部（１１０）の中央下部に結合される第１加圧プレート（３１０）と、
    前記第１加圧プレート（３１０）の下部に着脱可能に結合する第２加圧プレート（３２０）と、
    前記第２加圧プレート（３２０）の下部に着脱可能に結合する第３加圧プレート（３３０）とを備え、
    前記第３加圧プレート（３３０）に前記弾性ゴム体（４００）を取り囲んで嵌め込んだ状態で前記第２加圧プレート（３２０）の下部に結合して弾性ゴム体（４００）を固定させることを特徴とする請求項１に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。
11. 前記第３加圧プレート（３３０）に取り囲まれて嵌め込まれた弾性ゴム体（４００）が摩耗されて交替する場合には、前記第１加圧プレート（３１０）がキャリア・ヘッド・ハウジング（１００）の下部に固定された状態で前記第２加圧プレート（３２０）と第３加圧プレート（３３０）を分離して交替することを特徴とする請求項１０に記載のシリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド。