JPH10235554A - 研磨装置のヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨作業時の研磨装置のヘッドのリテーナリ
ングの摩耗を防止することにより、長期に亘つてワーク
に対する所期の研磨精度を維持する。 【解決手段】 ヘッド４は、ワーク１００を下定盤１側
に押圧するためのプレッシャプレート４５と、プレッシ
ャプレート４５の外周部に取り付けられたチャックホル
ダ４４と、プレッシャプレート４５の外周側面とチャッ
クホルダ４４とに狭持され、下面がプレッシャプレ一ト
４５の表面よりも下定盤１側に所定量だけ突出してワー
ク１００を保持するリテーナリング４６とを具備してい
る。そして、チャックホルダ４４とリテーナリング４６
の少なくとも一方が、研磨パッドｌａよりも硬質なセラ
ミック材料で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ等
のワークの表面を平坦に研磨するための研磨装置、特
に、長期に亘ってワーク表面を精密に研磨加工しうる耐
久性に優れた高精度の研磨用のヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】このような研磨装置の一例として、半導
体ウエハ等のワークの一面を研磨する片面ポリッシング
装置が知られている。このような片面ポリッシング装置
は、ヘッドで半導体ウエハ等のワークを保持し、このワ
ークの下面を下定盤表面の研磨パッドに圧接させて、ワ
ークと下定盤とを相対的に回転させることにより、ワー
ク表面を研磨する構造となっている。そして、このよう
な片面ポリッシング装置のヘッドでは、研磨時のワーク
の横ずれを防止すると共にワークの研磨量を正確に規制
するため、プレッシャプレートの外周面に、ワーク外周
縁部に当接してその移動を規制するリテーナリングを設
け、このリテーナリングを、その外側に設けたチャック
ホルダによりヘッドに固定保持するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術では、次のような問題がある。チャックホ
ルダやリテーナリングが共に、比較的柔らかなデルリン
（ポリアセタール）等の軟質材で形成されていたため、
研磨加工中におけるワークの研磨パッドへの沈み込みよ
り、ワークの外周に配置されたチャックホルダやリテー
ナリングが研磨パッドに接触して摩耗してしまう。この
結果、リテーナリングの突出量が変化してしまい、ワー
クの研磨量が変化して研磨精度が低下するという問題点
があった。また、リテーナリングの摩耗によって、リテ
ーナリングで保持されていたワークが横ずれしたり外れ
てしまい、ワークを所定位置にしっかり保持することが
できなくなり、ワークを研磨することができなくなると
いう問題点もあった。特に、上記のような問題は、研磨
パッドがＳＵＢＡ−６００等の柔らかい材質のパッドで
ある場合に顕著に現れる。

【０００４】この発明は上述した課題を解決するために
なされたもので、保持リング部材（リテーナリング）の
摩耗を防止することにより、長期に亘って所期の研磨精
度を維持しうる研磨装置のヘッドを提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、ワークを下定盤側に押圧するた
めの押圧部材と、押圧部材の外周部に取り付けられた外
周リング部材と、押圧部材と外周リング部材とに狭持さ
れ、下面が押圧部材の下面よりも下定盤側に所定量だけ
突出してワークを保持する保持リング部材とを具備する
研磨装置のへッドにおいて、外周リング部材と保持リン
グ部材との少なくとも一方を、下定盤表面部よりも硬質
の材料で形成した構成としてある。かかる構成により、
研磨作業中に、少なくとも外周リング部材と保持リング
部材とのうちの硬質材料で形成された方が下定盤表面に
接触して、他方の摩耗を防止するので、保持リング部材
の突出量の摩耗による減少を極力防止して、ワークの研
磨精度の低下を回避する。

【０００６】また、上記研磨装置のヘッドにおいて、外
周リング部材を、下定盤表面部よりも硬質の材料で形成
し、外周リング部材の下面と保持リング部材の下面とを
面一に配置した構成としてある。かかる構成により、外
周リング部材及び保持リング部材の上面が下定盤に接触
した場合に、硬質の材料で形成された外周リング部材が
保持リング部材の摩耗を防止するように働き、ワークの
研磨精度の低下を回避する。

【０００７】さらに、上記研磨装置のヘッドにおいて、
保持リング部材を、下定盤表面よりも硬質の材料で形成
し、保持リング部材の下面を、外周リング部材の下面と
面一あるいはそれより下定盤側に突出するように配置し
た構成としてある。かかる構成により、硬質の材料で形
成された保持リング部材自体の摩耗が抑制され、ワーク
の研磨精度の低下を回避する。

【０００８】また、上記研磨装置のヘッドにおいて、硬
質の材料は、セラミックスである構成とした。

【０００９】さらに、請求項５の発明では、ワークを下
定盤側に押圧するための押圧部材と、押圧部材の外周部
に取り付けられた外周リング部材と、押圧部材と外周リ
ング部材とに狭持され、下面が押圧部材の下面よりも下
定盤側に所定量だけ突出してワークを保持する保持リン
グ部材とを具備する研磨装置のヘッドにおいて、外周リ
ング部材と保持リング部材との少なくとも一方の下面
に、下定盤表面部よりも硬質の材料で形成される硬質部
分を設け、硬質部分の下面を、押圧部材の下面よりも下
定盤側に所定量だけ突出させた構成としてある。かかる
構成により、研磨作業中に、外周リング部材と保持リン
グ部材との少なくとも一方の下面に設けられた硬質部分
が下定盤表面部に接触して、保持リング部材の摩耗を防
止するので、この保持リング部材の突出量の摩耗による
減少を極力防止して、ワークの研磨精度の低下を回避す
る。

【００１０】また、上記研磨装置のヘッドにおいて、硬
質部分を、外周リング部材と保持リング部材との少なく
とも一方の下面に埋設された複数の耐摩耗片により構成
し、全ての耐摩耗片の下面を、面一に配置した構成とし
てある。また、上記研磨装置のヘッドにおいて、硬質部
分を、外周リング部材と保持リング部材との少なくとも
一方の下面に形成された耐摩耗層により構成した構成と
してある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、この発明の第１の実施形態
に適用される研磨装置の一例としての片面ポリッシング
装置を一部破断して示す正面図である。この片面ポリッ
シング装置は、図１に示すように、下定盤１と、昇降機
２と、モータ３と、昇降機２の下端部に取り付けられ、
昇降機２とモータ３との駆動によって、ワークとしての
ウエハ１００を回転させながら下定盤１に押圧するヘッ
ド４とを具備している。なお、下定盤１にはその表面部
を形成する研磨パッドｌａが設けられている。

【００１２】図２は、昇降機２及びモータ３による回転
機構を示す断面図である。昇降機２は、シリンダ２０
と、シリンダ２０を上下に貫通した筒状のピストンロッ
ド２１と、ピストンロッド２１の外側に固着され、且つ
シリンダ２０内部に気密に嵌められたピストン２２とか
ら構成され、空気を図示しないホースを介してシリンダ
２０内に流出入することで、ピストン２２を上下動させ
ることができる。

【００１３】モータ３は、上記昇降機２のピストンロッ
ド２１に組み付けられている。具体的には、モータ３の
回転軸に取り付けられたギア３０が、ピストンロッド２
１の上部にベアリング３１を介して取り付けられたギア
３２に噛み合っている。そして、ギア３２の上面に設け
られた支持部３３に、筒状のインナーロッド３４の上端
が固着されている。インナーロッド３４は、ピストンロ
ッド２１内に挿入されている。

【００１４】ヘッド４は、上記のような昇降機２とモー
タ３とに連結されている。図３は、ヘッド４の断面図で
ある。ヘッド４は、図３に示すように、昇降機２のピス
トンロッド２１の下端に固着されたハウジング４０と、
ハウジング４０にベアリング４１ａを介して回転自在に
連結され、インナーロッド３４の下端のギア３４ａに噛
み合った内歯４１ｂを有する内歯ギア体４１と、内菌ギ
ア体４１にボルト等の固着具４２により固着されたチャ
ック４３と、そのチャック４３の下面に配置され、外周
部において、外周リング部材としてのチャックホルダ４
４によりチャック４３に取り付けられた押圧部材として
のプレッシャプレート４５と、そのプレッシャプレート
４５の外周面とチャックホルダ４４の内周面間に設けら
れた保持リング部材としてのリテーナリング４６とで構
成されている。そして、チャック４３の下面には、平面
形状が円形の凹部により負圧室４３ａが形成され、ま
た、プレッシャプレート４５には、負圧室４３ａに連通
する多数の通気孔４５ａが穿設されている。これら通気
孔４５ａの下端はプレッシャプレート４５の下面に閉口
している。

【００１５】図４を参照してヘッド４の構成について詳
細に説明すると、プレッシャプレート４５の上部外周に
は環状のフランジ部４５ｂが一体的に形成され、このフ
ランジ部４５ｂが、チャックホルダ４４の上部の環状切
り欠き部４４ａに係合されてボルト４７により一体的に
固着される。チャックホルダ４４の下部内周に形成され
た環状凹部４４ｂには、リテーナリング４６が圧入さ
れ、このリテーナリング４６の内外周面には内、外側Ｏ
リング４８，４９がそれぞれ配置されている。これによ
り、これら内、外側Ｏリング４８，４９によって、リテ
ーナリング４６がプレッシャプレート４５の外周面とチ
ャックホルダ４４の内周面間に弾力的に保持されてい
る。リテーナリング４６の下面は、プレッシャプレート
４５の下面から所定量ｄ（例えば０．５５ｍｍ程度）突
出するように配置されている。このようにして、チャッ
クホルダ４４，プレッシャプレート４５及びリテーナリ
ング４６を組み立てた後、プレッシャプレート４５をチ
ャック４３の下面に密着させて、プレッシャプレート４
５のフランジ部４５ｂ及びチャックホルダ４４をボルト
５０によりチャック４３の外周部に固着する。また、チ
ャック４３の外周上部には、環状の切り欠き部４３ｂが
形成され、この環状の切り欠き部４３ｂには、ボルト５
０の取り付け後、環状体５１が被着される。なお、符号
５２は環状体５１とチャック４３の間に配置されたＯリ
ングである。この実施例では、リテーナリング４６の下
面とプレッシャプレートの下面とは面一に配置され、リ
テーナリング４６はデルリン等の軟質材により構成され
るが、チャックホルダ４４は研磨パッドｌａよりも硬質
の材料で構成されている。具体的には、チャックホルダ
４４は硬質材であるセラミックスで形成するのが好まし
い。

【００１６】かかる構成により、図２に示す昇降機２を
駆動させると、ピストンロッド２１に連結したヘッド４
が昇降する。そして、モータ３を駆動させると、インナ
ーロッド３４のギア３４ａの回転が内歯４１ｂを介して
内歯ギア体４１に伝達される。この結果、内歯ギア体４
１とプレッシャプレート４５とが、ベアリング４１ａの
作用により、ハウジング４０の周りで一体回転する。

【００１７】エアポンプ９は、チューブ９０を介して負
圧室４３ａ内を吸引することにより、プレッシャプレー
ト４５の通気孔４５ａよりその表面の空気を負圧室４３
ａ内に吸引して、プレッシャプレート４５下面にワーク
１００を吸着させるものである。具体的には、図２に示
すように、エアポンプ９から延出されたチューブ９０
が、上部開口からインナ一ロッド３４の内部に挿入され
ている。そして、このチュ一ブ９０の先端部が、図３に
示すように、プレッシャプレート４５の中央部を貫通し
て負圧室４３ａの上部に連通する中央孔４３ｃに挿入さ
れている。これにより、負圧室４３ａ内の空気は、チュ
ーブ９０を介してエアポンプ９により吸排され、負圧室
４３ａ内の空気圧が変化するようになっている。

【００１８】このようにして、エアポンプ９によって負
圧室４３ａ内を負圧にすることで、ワーク１００がプレ
ッシャプレート４５の下面に吸着され、また、負圧室４
３ａを正圧にすることで、ワーク１００をプレッシャプ
レート４５から離脱させることができる。

【００１９】次に、この実施形態の片面ポリッシング装
置が示す動作について説明する。まず、図３に示すよう
に、モータ９を作動させてウエハ１００をヘッド４のプ
レッシャプレート４５下面に吸着させ、図２に示した昇
降機２を作動させてヘッド４を下定盤１まで下降させ、
ヘッド４の下面に保持されたワーク１００が下定盤１の
表面の研磨パッドｌａに当接した状態でモータ９の作動
を停止させる。これにより、図５の（ａ）に示すよう
に、ウエハ１００はヘッド４のプレッシャプレート４５
によって加圧され、下定盤１の表面部すなわち研磨パッ
ドｌａに押圧された状態となる。この状態で、モータ
３，１５（図１参照）を駆動させ、ヘッド４と下定盤１
とを回転させると、ウエハ１００の下面が下定盤１の表
面の研磨パッドｌａによって研磨される。

【００２０】この研磨作業中に、ウエハ１００の研磨が
進んでいくと、図５の（ｂ）に示すように、研磨パッド
ｌａ内に沈み込んだウエハ１００の厚さが減少して、研
磨パッドｌａがウエハ１００の外側に配置されたリテー
ナリング４６やチャックホルダ４４の下面に当接する。
しかし、セラミックス等の硬質材で形成されたチャック
ホルダ４４が研磨パッドｌａよりも硬質であるので、チ
ャックホルダ４４はほとんど摩耗しない。そして、リテ
ーナリング４６の下面はチャックホルダ４４の下面と面
一であるので、デルリン等の軟質材より形成されたこの
リテーナリング４６の摩耗は、チャックホルダ４４によ
って防止される。この結果、リテーナリング４６の突出
量が初期値に維持された状態で、ワーク１００の研磨が
進行する。そして、ウエハ１００の下面が所定量だけ研
磨されたときに、モータ３，１５を停止させてヘッド４
及び下定盤１の回転を停止させることで、研磨作業を終
了する。

【００２１】このように、この実施形態の片面ポリッシ
ング装置によれば、ワーク１００の外側に配置されるチ
ャックホルダの下面とリテーナリング４６の下面とを面
一に配置し、且つチャックホルダ４４を研磨パッドｌａ
よりも硬質の材料で形成したので、研磨作業中、このチ
ャックホルダ４４が研磨パッドｌａと接触することによ
り、軟質材よりなるリテーナリング４６の摩耗を効果的
に防止してその耐久性を高める。したがって、リテーナ
リング４６のプレッシャプレート４５下面からの突出量
ｄ（図４参照）が減少することはないので、ウエハ等の
ワーク１００を所定の厚さに高精度で研磨加工すること
ができる。

【００２２】以上の説明では、チャックホルダ４４を硬
質材により形成し、リテーナリング４６を軟質材で形成
したが、これを逆にして、リテーナリング４６をセラミ
ックス等の硬質材で形成する一方、チャックホルダ４４
をデルリン等の軟質材で形成しても略同様の効果が得ら
れるが、特にこの場合には、リテーナリング４６自体が
硬質材であるため、その耐久性（摩耗防止効果）を一層
向上させることができる上、上記実施形態のように、リ
テーナリング４６よりも体積の大きなチャックホルダ４
４を硬質材により形成した場合に比べて、一般的に軟質
材よりも高価な硬質材の使用量を減少させることがで
き、製造費を安価に抑えることができる。また、りてー
なリング４６とチャックホルダ４４の双方をセラミック
ス等の硬質材で形成すれば、リテーナリング４６の耐久
性を一層向上させることができることは言うまでもな
い。

【００２３】（第２の実施形態）図６は、この発明の第
２実施形態によるヘッドの要部を示すもので、図６の
（ａ）はその下面図、図６の（ｂ）はそのＡ−Ａ線によ
る断面図である。この実施形態は、ヘッド４のチャック
ホルダ４４及びリテーナリング４６の少なくとも一方の
一部分のみを、研磨パッド１ａよりも硬質な材料により
形成した点が上記第１の実施形態と異なる。

【００２４】具体的には、セラミックス等の硬質材から
なる硬質部分としての複数の直方体状の耐摩耗片６０を
チャックホルダ４４の下面に円周方向に沿って略等間隔
に埋設し、それら全ての耐摩耗片６０の下面が面一にな
るように配置したものである。 このような構成によ
り、上記第１の実施形態と略同様の作用効果が得られる
上、チャックホルダ４４全体を比較的高価な硬質材より
形成する場合に比べて製造費を低減しうるものである。

【００２５】なお、図６の図示例では、耐摩耗片６０を
チャックホルダ４４の表面に埋設したが、リテーナリン
グ４６の下面に埋設しても、あるいはチャックホルダ４
４及びリテーナリング４６の両方に埋設しても同様の効
果が得られる。また、耐摩耗片６０は必ずしも円周方向
に等間隔に配置する必要はなく、互いに適当な間隔をあ
けて配設するだけでも良い。また、耐摩耗片６０の形状
も、直方体状に限らず、円形などの他の断面形状のもの
でも良い。さらに、上記実施形態では、硬質部分として
の耐摩耗片６０を別体に形成してチャックホルダ４４及
びリテーナリング４６の一方の表面に埋め込んだが、硬
質部分は、チャックホルダ４４及びリテーナリング４６
の少なくとも一方の表面に形成したセラミックスなどの
硬質材によりなる耐摩耗層により構成しても良い。

【００２６】なお、この発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、
この発明を片面ポリッシング装置に適用したが、、ワー
クをヘッドにより保持して下定盤に押圧してワーク片面
を研磨する装置であるならばすべての研磨装置に適用す
ることができる。すなわち、下定盤１の表面に、研磨パ
ッドｌａの代わりに砥石層を設けたグラインダ装置や、
下定盤の表面になにも設けないラッピング装置などにも
適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明に
よれば、外周リング部材と保持リング部材との少なくと
も一方が、下定盤表面部よりも硬質の材料で形成される
ので、研磨作業中、少なくとも外周リング部材と保持リ
ング部材とのうちの硬質材料で形成された方が下定盤表
面部に接触して、他方の摩耗を防止するので、保持リン
グ部材の突出量の摩耗による減少を極力防止することが
できる。この結果、ワークの所期の研磨精度を維持する
ことができるという優れた効果がある。また、外周リン
グ部材を、下定盤表面部よりも硬質の材料で形成し、且
つ外周リング部材の下面と保持リング部材の下面とを面
一に配置することにより、外周リング部材及び保持リン
グ部材が下定盤に接触した場合に、硬質の材料で形成さ
れた外周リング部材が保持リング部材の摩耗を防止する
ように働き、ワークの研）磨精度の低下を回避すること
ができるという効果がある。さらに、保持リング部材
を、下定盤表面部よりも硬質の材料で形成し、且つ保持
リング部材の下面を、外周リング部材の下面と面一ある
いはそれより下定盤側に突出するように配置することに
より、硬質の材料で形成された保持リング部材自体の摩
耗が抑制され、ワークの研磨精度の低下を回避すること
ができる。また、外周リング部材と保持リング部材との
少なくとも一方の下面に、下定盤表面よりも硬質の材料
で形成される硬質部分を設け、この硬質部分の表面が、
押圧部材の表面よりも下定盤側に所定量だけ突出する構
成とすることにより、研磨作業中に、外周リング部材と
保持リング部材との少なくとも一方の下面に設けられた
硬質部分が下定盤表面部に接触して、保持リング部材の
摩耗を防止するのでこの保持リング部材の突出量の摩耗
による減少を極力防止して、ワークの研磨精度の低下を
回避することができる上、外周リング部材及び保持リン
グ部材の少なくとも一方全体を比較的高価な硬質材によ
り形成した場合に比べて、製造費を大幅に低減できると
いう優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に適用される片面ポ
リッシング装置を一部彼断して示す正面図である。

【図２】昇降機及びモータによる回転機構を示す断面図
である。

【図３】ヘッドの断面図である。

【図４】ヘッドの一部拡大断面図である。

【図５】ポリッシング作業時のヘッド及び研磨パッドの
状態を示すもので、図５の（ａは研磨初期の状態示す部
分拡大断面図、図５の（ｂ）は研磨が進んで研磨パッド
がリテーナリングやチャックホルダに接触している状態
を示す部分拡大断面図である。

【図６】この発明の第２の実施形態を示すもので、図６
の（ａ）はその下面図、図６の（ｂ）は図６の（ａ）の
Ａ−Ａ線による断面図である。

【符号の説明】

１・・・下定盤、 ｌａ・・・研磨パッド、 ４・・・
ヘッド、 ４４・・・チャックホルダ、 ４５・・・プ
レッシャプレート、 ４６・・・リテーナリング、 ６
０・・・耐摩耗片、 １００・・・ウエハ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを下定盤側に押圧するための押圧
   部材と、 上記押圧部材の外周部に取り付けられた外周リング部材
   と、 上記押圧部材と上記外周リング部材とに狭持され、下面
   が上記押圧部材の下面よりも上記下定盤側に所定量だけ
   突出して上記ワークを保持する保持リング部材と、 を具備する研磨装置のヘッドにおいて、 上記外周リング部材と上記保持リング部材との少なくと
   も一方を、上記下定盤表面部よりも硬質の材料で形成し
   た、ことを特徴とする研磨装置のヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置のヘッドにお
   いて、 上記外周リング部材を、上記下定盤表面部よりも硬質の
   材料で形成し、 上記外周リング部材の下面と上記保持リング部材の下面
   とを面一に配置した、 ことを特徴とする研磨装置のヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の研磨装置のヘッドにお
   いて、 上記保持リング部材を、上記下定盤表面よりも硬質の材
   料で形成し、 上記保持リング部材の下面を、上記外周リング部材の下
   面と面一あるいはそれより上記下定盤側に突出するよう
   に配置した、 ことを特徴とする研磨装置のヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３いずれかに記載
   の研磨装置のヘッドにおいて、 上記硬質の材料は、セラミックスである、 ことを特徴とする研磨装置のヘッド。
5. 【請求項５】 ワークを下定盤側に押圧するための押圧
   部材と、 上記押圧部材の外周部に取り付けられた外周リング部材
   と、 上記押圧部材と上記外周リング部材とに狭持され、下面
   が上記押圧部材の下面よりも上記下定盤側に所定量だけ
   突出して上記ワークを保持する保持リング部材と、 を具備する研磨装置のヘッドにおいて、 上記外周リング部材と上記保持リング部材との少なくと
   も一方の下面に、上記下定盤表面部よりも硬質の材料で
   形成される硬質部分を設け、 上記硬質部分の下面を、上記押圧部材の下面よりも上記
   下定盤側に所定量だけ突出させた、 ことを特徴とする研磨装置のヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の研磨装置のヘッドにお
   いて、 上記硬質部分を、上記外周リング部材と上記保持リング
   部材との少なくとも一方の下面に埋設された複数の耐摩
   耗片により構成し、 全ての上記耐摩耗片の下面を、面一に配置した・ことを
   特徴とする研磨装置のヘッド。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の研磨装置のヘッドにお
   いて、 上記硬質部分を、上記外周リング部材と上記保持リング
   部材との少なくとも一方の下面に形成された耐摩耗層に
   より構成した、 ことを特徴とする研磨装置のヘッド。