JPH1142550A - リテーナリング付きウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リテーナリング付きウェーハ研磨装置におい
て、リテーナリングを均一に押圧して研磨布に押し付け
ることができるウェーハ研磨装置を提供する。 【解決手段】本発明は、ウェーハ保持ヘッド１４のヘッ
ド本体２２とリテーナリング２８との間に１枚のゴムシ
ート３０を介在させる。そして、リテーナリング２８の
上方に位置するゴムシート３０の外周部３０Ｂとヘッド
本体２２との間の空間６６を、Ｏリング４６、５６で密
閉する。この空間６６にポンプ４４から圧縮エアを供給
すると、ゴムシート３０の外周部３０Ｂが弾性変形して
リテーナリング２８を均一な圧力で押圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハ研磨装置に
係り、特にウェーハの周縁をリテーナリングで包囲した
状態で、ウェーハを回転する研磨定盤に押し付けてウェ
ーハを研磨するリテーナリング付きウェーハ研磨装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平８−２２９８０８号公報に開示さ
れたウェーハ研磨装置は、ウェーハの外周部を包囲する
リテーナリングを備え、このリテーナリングをウェーハ
と共に研磨定盤に押し付けてウェーハを研磨する研磨装
置が開示されている。また、前記ウェーハ研磨装置は、
リテーナリングとウェーハ保持ヘッドとの間に円環状の
チューブを設け、このチューブの内部エア圧力を調整す
ることによりリテーナリングの押し付け力を調整する方
法、及びダイヤフラムを使用して前記押し付け力を調整
する方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウェーハ研磨装置は、チューブにエアを供給すると、弱
い部分がより多く膨張してしまうので、結果としてリテ
ーナリングをその全周に亘り均一に押圧することができ
ないという欠点がある。このように押圧力が不均一にな
ると、ウェーハにかかる研磨圧力も不均一になるので、
ウェーハを均一に研磨することができない。

【０００４】また、ダイヤフラムでリテーナリングの押
し付け力を調整する方法は、リテーナリングの変位量を
大きくとれないので、必要な押圧力を得ることができな
い場合がある。本発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、リテーナリングを均一に押圧すると共にリ
テーナリングの変位量を大きくとることができるリテー
ナリング付きウェーハ研磨装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
するために、ウェーハを回転する研磨定盤に押し付け
て、ウェーハの表面を研磨するウェーハ研磨装置におい
て、回転すると共に前記研磨定盤に対面配置されるヘッ
ド本体と、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納さ
れ、前記ウェーハを支持してウェーハを前記研磨定盤に
押し付けるキャリアと、前記ヘッド本体に上下方向移動
自在に収納されると共に前記キャリアの外周に同心状に
配置され、研磨時に研磨定盤に当接すると共にウェーハ
の外周を保持するリテーナリングと、ヘッド本体内に形
成され、前記キャリアを押圧する第１空間部及び前記リ
テーナリングを押圧する第２空間部と、から形成され、
前記第１、第２空間部は、前記ヘッド本体のキャリア及
びリテーナリングの上部空間に設けられた弾性シートを
同心状に少なくとも２分し、その中央部を第１空間部と
すると共に外周部を第２空間部とし、前記第１、第２空
間部に圧力エアを供給して弾性シートの中央部と外周部
とを弾性変形させてキャリアとリテーナリングを前記研
磨定盤に押し付けることを特徴としている。

【０００６】また、本発明は、前記目的を達成するため
に、ウェーハを回転する研磨定盤に押し付けて、ウェー
ハの表面を研磨するウェーハ研磨装置において、回転す
ると共に前記研磨定盤に対面配置されるヘッド本体と、
前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納され、前記ウ
ェーハを支持してウェーハを前記研磨定盤に押し付ける
キャリアと、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納
されると共に前記キャリアの外周に同心状に配置され、
研磨時に研磨定盤に当接すると共にウェーハの外周を保
持するリテーナリングと、ヘッド本体内に形成され、前
記キャリアを押圧する密閉状の第１空間部及び前記リテ
ーナリングを押圧する密閉状の第２空間部と、から形成
され、前記第１、第２空間部に圧力エアを直接供給して
キャリアとリテーナリングを前記研磨定盤に押し付ける
ことを特徴としている。

【０００７】請求項１記載の発明によれば、第１空間部
に圧力エアを供給し、弾性シートの中央部をエア圧力で
弾性変形させてキャリアを押圧することにより、ウェー
ハを研磨布に押し付けることができる。そして、第２空
間部に圧力エアを供給し、弾性シートの外周部をエア圧
力で弾性変形させてリテーナリングを押圧することによ
り、リテーナリングを研磨布に均一に押し付けることが
できる。これにより、本発明は、ウェーハの研磨面全域
を均一に研磨することができ、また、ダイヤフラムを使
用するものよりもリテーナリングの移動ストロークを長
くとることができるので、十分な押圧力を得ることがで
きる。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、第１空間部
に圧力エアを供給し、このエア圧力でキャリアを直接押
圧することにより、ウェーハを研磨布に押し付けること
ができる。そして、第２空間部に圧力エアを供給し、こ
のエア圧力でリテーナリングを直接押圧することによ
り、リテーナリングを研磨布に均一に押し付けることが
できる。よって、本発明は、ウェーハの研磨面全域を均
一に研磨することができ、また、ダイヤフラムを使用す
るものよりもリテーナリングの移動ストロークを長くと
ることができるので、十分な押圧力を得ることができ
る。

【０００９】請求項３記載の発明は、前記弾性シートと
して、ゴム製、金属製、又はプラスチック製のシートを
適用したものである。即ち、圧力エアの圧力で弾性変形
してキャリアやリテーナリングを押圧できるシートであ
れば、本発明の弾性シートとして適用することができ
る。請求項４記載の発明は、弾性シートを１枚のシート
で構成したので、部品点数を削減することができる。

【００１０】請求項５記載の発明は、前記弾性シート
を、内側に配置される円形状のシートと、円形シートの
外側に配置される環状のシートとから構成したものであ
り、また、請求項６記載の発明は、前記弾性シートを、
上下に重ねて配置された２枚の弾性シートから構成した
ものである。即ち、請求項５、６記載の発明によれば、
２枚の弾性シートを使用しても第１空間部と第２空間部
とを形成することができる。

【００１１】請求項７記載の発明によれば、キャリアの
下面にエア吹出部材を設け、このエア吹出部材からウェ
ーハに向けてエアを吹き出して、キャリアとウェーハと
の間に圧力流体層を形成し、この圧力流体層を介してウ
ェーハを研磨定盤に押し付けて研磨する。これにより、
ウェーハは、研磨定盤に均一に押し付けられるので、ウ
ェーハ全面を均一に研磨することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るリテーナリング付きウェーハ研磨装置の好ましい実施
の形態について詳説する。図１は、本発明のリテーナリ
ング付きウェーハ研磨装置が適用されたウェーハ研磨装
置の全体構成図である。同図に示すように、前記ウェー
ハ研磨装置１０は、研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド
１４とを備えている。研磨定盤１２は円盤状に形成され
ており、その上面には研磨布１６が設けられている。ま
た、この研磨定盤１２の下部には、スピンドル１８が連
結されており、スピンドル１８はモータ２０の図示しな
い出力軸に連結されている。前記研磨定盤１２は、この
モータ２０を駆動することにより矢印Ａ方向に回転し、
その回転する研磨定盤１２の研磨布１６上に図示しない
ノズルからスラリが供給される。

【００１３】図２は前記ウェーハ保持ヘッド１４の縦断
面図である。同図に示すウェーハ保持ヘッド１４は、ヘ
ッド本体２２、キャリア２４、ガイドリング２６、リテ
ーナリング２８、及びゴムシート（弾性シート）３０等
から構成される。前記ヘッド本体２２は円盤状に形成さ
れ、回転軸３２に連結される図示しないモータによって
ヘッド本体２２は矢印Ｂ方向に回転される。また、ヘッ
ド本体２２にはエア供給路３４、３６、３７が形成され
ており、これらのエア供給路３４、３６、３７は前記回
転軸３２に形成されたエア供給路３８、４０、４１に連
通されている。前記エア供給路３８には、レギュレータ
４２Ａを介してポンプ４４が連結され、エア供給路４０
にはレギュレータ４２Ｂを介してポンプ４４に連結さ
れ、エア供給路４１にはレギュレータ４２Ｃを介してポ
ンプ４４に連結されている。

【００１４】前記キャリア２４は、円盤状に形成されて
ヘッド本体２２の下部にヘッド本体２２と同軸上に配置
されている。また、キャリア２４の下面には凹部２５が
形成され、この凹部２５に通気性を有する多孔質板５２
が収納されている。多孔質板５２の上方には空気室２７
が形成され、この空気室２７にはエア供給路５３が連通
され、このエア供給路５３は前述したエア供給路３７に
連通される。したがって、ポンプ４４からの圧縮エアは
エア供給路３７、４１、５３を介して空気室２７に供給
され、その後、多孔質板５２を通過して多孔質板５２の
下面から下方に噴き出される。これにより、キャリア２
４の圧力が圧力エア層５５を介してウェーハ５４に伝達
され、ウェーハ５４は研磨布１６に均一に押し付けられ
る。また、研磨布１６に対するウェーハ５４の押し付け
力は、レギュレータ４２Ｃでエア圧を調整することによ
り、制御することができる。キャリア２４でウェーハ５
４を研磨布１６に直接押圧すると、キャリア２４とウェ
ーハ５４との間にゴミがあった場合に、キャリア２４の
押圧力をウェーハ５４全面に均一に伝達することができ
ないが、このように、圧力エア層５５を介してウェーハ
５４を押圧すれば、キャリア２４とウェーハ５４との間
にゴミがあってもキャリア２４の押圧力をウェーハ５４
全面に均一に伝達することができる。

【００１５】また、前記ウェーハ保持ヘッド１４は、キ
ャリア２４にかける押圧力を制御してキャリア２４を上
下動させ、ウェーハ５４の研磨圧力（ウェーハ５４を研
磨布１６に押しつける力）を制御するものなので、圧力
エア層５５の圧力を直接制御してウェーハ５４の研磨圧
力を制御するよりも、研磨圧力の制御が容易になる。即
ち、前記ウェーハ保持ヘッド１４では、キャリア２４の
上下位置を制御することでウェーハ５４の研磨圧力を制
御できるからである。なお、多孔質板５２から噴き出さ
れたエアは、リテーナリング２８に形成された図示しな
い排気孔から外部に排気される。

【００１６】前記多孔質板５２は、内部に多数の通気路
を有するものであり、例えば、セラミック材料の焼結体
よりなるものが用いられている。前記ゴムシート３０は
均一な厚さで１枚の円盤状に形成される。また、ゴムシ
ート３０は、Ｏリング４６を介して止め金４８によりヘ
ッド本体２２に固定され、ゴムシート３０は止め金４８
の部分で中央部３０Ａと外周部３０Ｂとに２分されてい
る。後述するように、ゴムシート３０の中央部３０Ａは
キャリア２４を押圧し、外周部３０Ｂはリテーナリング
２８を押圧する。本実施の形態では、弾性シートとして
ゴムシート３０を適用したが、これに限られるものでは
なく、エア圧力等の流体圧力で弾性変形するプラスチッ
ク等の材料で形成されたシートであれば良い。

【００１７】一方、ヘッド本体２２の下方には、ゴムシ
ート３０とＯリング４６とによって密閉される空間（第
１空間部）５０が形成される。この空間５０に、前記エ
ア供給路３６が連通されている。したがって、エア供給
路３６から空間５０に圧縮エアを供給し、ゴムシート３
０の中央部３０Ａをエア圧で弾性変形させてキャリア２
４の上面に押し付ければ、研磨布１６に対するウェーハ
５４の押し付け力を得ることができる。また、エア圧を
レギュレータ４２Ｂで調整すれば、ウェーハ５４の押し
付け力を制御することができる。

【００１８】前記ガイドリング２６は、円筒状に形成さ
れてヘッド本体２２の下部にヘッド本体２２と同軸上に
配置される。また、ガイドリング２６は、ゴムシート３
０を介してヘッド本体２２に固定されている。これによ
り、ヘッド本体２２からの回転力が、ゴムシート３０を
介してガイドリング２６に伝達される。なお、符号５
６、５８はシール用のＯリングである。

【００１９】ガイドリング２６とキャリア２４との間に
は、リテーナリング２８が配置されている。このリテー
ナリング２８は、外径がガイドリング２６の内径と略等
しく形成されてガイドリング２６の内周面２６Ａに摺接
支持されている。これにより、リテーナリング２８は、
ガイドリング２６の内周面２６Ａにガイドされて図中矢
印で示すＣ方向に摺動する。

【００２０】前記リテーナリング２８は、その外周面の
所定の位置に複数のストレート溝６０、６０…が形成さ
れている。前記ストレート溝６０は、リテーナリング２
８の移動方向に沿って形成され、このストレート溝６０
に、ガイドリング２６側に固定されたピン６２が係合さ
れている。これによって、ガイドリング２６からのリテ
ーナリング２８の脱落が防止されていると共に、リテー
ナリング２８は、研磨布１６に対するリテーナリング２
８の押し付け方向に移動できる。

【００２１】一方、ヘッド本体２２の下方外周部には、
ゴムシート３０の外周部３０Ｂ、Ｏリング４６、及びＯ
リング５６によって密閉される環状の空間（第２空間
部）６６が形成される。この空間６６に、前記エア供給
路３４が連通されている。したがって、エア供給路３４
から空間６６に圧縮エアを供給すると、図２に示すよう
にゴムシート３０の外周部３０Ｂがエア圧で弾性変形し
てリテーナリング２８の環状上面を押す。これにより、
リテーナリング２８が押圧されてリテーナリング２８の
環状下面が研磨布１６に押し付けられる。なお、リテー
ナリング２８の押し付け力は、レギュレータ４２Ａでエ
ア圧を調整することにより制御することができる。

【００２２】次に、前記の如く構成されたウェーハ研磨
装置１０のウェーハ保持ヘッド１４の作用について説明
する。まず、ポンプ４４を駆動して圧縮エアをエア供給
路４１、３７、５３を介して空気室２７に供給し、多孔
質板５２とウェーハ５４との間に、キャリア２４の押圧
力をウェーハ５４全面に均一に伝達する圧力流体層５５
を形成する。

【００２３】次に、ポンプ４４からの圧縮エアをエア供
給路４０、３６を介して空間５０に供給し、ゴムシート
３０の中央部３０Ａを内部エア圧により弾性変形させて
キャリア２４を押圧し、圧力エア層５５を介してウェー
ハ５４を研磨布１６に押し付ける。そして、レギュレー
タ４２Ｂでエア圧を調整して内部エア圧力を所望の圧力
に制御し、研磨布１６に対するウェーハ５４の押付力を
一定にする。

【００２４】次いで、ポンプ４４からの圧縮エアをエア
供給路３８、３４を介して空間６６に供給し、ゴムシー
ト３０の外周部３０Ｂを内部エア圧により弾性変形させ
てリテーナリング２８を押圧し、リテーナリング２８を
研磨布１６に押し付ける。そして、レギュレータ４２Ａ
でエア圧を調整して内部エア圧力を所望の圧力に制御
し、研磨布１６に対するリテーナリング２８の押付力を
一定に保持する。ここで、研磨布１６に対するウェーハ
５４の単位面積当たりの押付力Ｐ１と、研磨布１６に対
するリテーナリング２８の単位面積当たりの押付力Ｐ２
とは、例えば、軟らかい研磨布（上層が硬質発泡ポリウ
レタンで下層がスポンジの研磨布）の場合には、Ｐ１＜
Ｐ２に設定する。この後、ウェーハ保持ヘッド１４を回
転させてウェーハ５４の研磨を開始する。

【００２５】本実施の形態では、リテーナリング２８の
押圧手段としてゴムシート３０を使用したので、エアバ
ッグやチューブよりも均一に弾性変形させることがで
き、また、リテーナリング２８をガイドリング２６によ
ってリテーナリングの押し付け方向に移動自在にガイド
しているので、リテーナリングを均一な圧力で安定して
押圧することができる。

【００２６】したがって、本実施の形態では、エアバッ
グやチューブを適用した従来の研磨装置よりも、ウェー
ハ５４の研磨面全域を均一に研磨することができる。ま
た、本実施の形態では、押圧手段としてダイヤフラムを
使用するものよりも、リテーナリング２８の移動ストロ
ークを大きく取ることができる。図３は、ウェーハ保持
ヘッドの第２の実施の形態を示す要部拡大断面図であ
り、図２に示した第１の実施の形態と同一、若しくは類
似の部材については同一の符号を付してその説明は省略
する。

【００２７】図３に示すウェーハ保持ヘッド１５は、リ
テーナリング２８の外周面を摺接支持するガイドリング
７０、リテーナリング２８の内周面を摺接支持するガイ
ドリング７２を備えている。リテーナリング２８は、前
記ガイドリング７０、７２によってリテーナリング２８
の押し付け方向に移動自在にガイドされている。ガイド
リング７０、７２と保持ヘッド本体２２との間には空間
（第２空間部）７４が形成され、この空間７４にエア供
給路３４が連通されている。符号７６、７８、８０は、
前記空間７４を密閉するＯリングであり、符号８２は空
間（第１空間部）５０を密閉するＯリングである。前記
空間５０にエア供給路３６から圧縮エアを供給すると、
キャリア２４はエア圧力によって下方に押され、ウェー
ハ５４を圧力エア層５５を介して研磨布１６に押し付け
る。

【００２８】前記リテーナリング２８の上面には、スト
ッパ板８４が固着されている。このストッパ板８４によ
ってガイドリング７０、７２からの脱落が防止される。
また、リテーナリング２８の下部には内側に突出したス
トッパ８６が形成され、このストッパ８６がガイドリン
グ７２の下面７２Ａに当接することにより、リテーナリ
ング２８の上位置が規制されている。

【００２９】このように構成されたウェーハ保持ヘッド
１５によれば、前記空間７４にエア供給路３４から圧縮
エアを供給すると、リテーナリング２８はエア圧力によ
って下方に押されて、研磨布１６に押し付けられる。ま
た、圧縮エアのエア圧を調整すれば、研磨布１６に対す
るリテーナリング２８の押し付け力が制御できる。本実
施の形態では、前記空間７４を形成するガイドリング７
０、７２とヘッド本体２２とでシリンダ本体を構成し、
リテーナリング２８をロッドとして機能させることによ
りエアシリンダ機構を構成している。したがって、本発
明は、リテーナリング２８を全周に亘り均一な圧力で押
圧することができると共に、エアバッグやチューブより
も移動ストロークを長くとることができるので、十分な
押圧力を得ることができる。

【００３０】ところで、図２に示した第１実施例では、
１枚のゴムシート３０を２分して中央部に第１空間部５
０を形成し、外周部に第２空間部６６を形成したが、こ
れに限られるものではない。例えば、図４に示すように
ゴムシートを、内側に配置される円形状のシート９０
と、円形シート９０の外側に配置される環状のシート９
２とから構成しても良い。この場合、シート９０の外周
部とシート９２の内周部とを重ね合わせ、この重合部に
環状の止め金９４を貫通させ、この止め金９４をヘッド
本体２２に取り付ける。これにより、第１空間部５０
は、シート９０、９２の重合部の自己シール性によって
密閉される。一方、シート９２の外周部をヘッド本体２
２とガイドリング２６とで挟み込み、そして、ヘッド本
体２２とガイドリング２６とを複数本のボルト９６で締
結して、シート９２の外周部をヘッド本体２２とガイド
リング２６とで挟圧保持する。これにより、第２空間部
６６は、シート９２の外周部の自己シール性によって密
閉される。

【００３１】また、図５に示すように２枚のゴムシート
１００、１０２を上下に重ねて配置しても良い。この場
合、第１空間部５０を形成するために、シート１００、
１０２に環状の止め金１０４を貫通させて、この止め金
１０４をヘッド本体２２に取り付ける。これにより、第
１空間部５０は、シート１００、１０２の重合部の自己
シール性によって密閉される。一方、シート１００、１
０２の外周部をヘッド本体２２とガイドリング２６とで
挟み込み、そして、ヘッド本体２２とガイドリング２６
とを複数本のボルト１０６で締結して、シート１００、
１０２の外周部をヘッド本体２２とガイドリング２６と
で挟圧保持する。これにより、第２空間部６６は、シー
ト１００、１０２の外周部の自己シール性によって密閉
される。なお、シート１００には、エア供給路３６に連
結されてエアを第１空間部５０に導入するためのエア導
入孔１００Ａが形成されると共に、エア供給路３４に連
結されてエアを第２空間部６６に導入するためのエア導
入孔１００Ｂが形成されている。

【００３２】図６は、三分割された１枚のゴムシートを
有する保持ヘッド２１４の平面図であり、図７は図６の
７−７線に沿う縦断面図である。図７に示す保持ヘッド
２１４は、ヘッド本体２２２、キャリア２２４、ガイド
リング２２６、研磨面調整リング２２８、リテーナリン
グ２３０、ゴムシート２３２、差動トランス２３４、及
び押付部材２３６等から構成されている。

【００３３】前記ヘッド本体２２２は、円盤状に形成さ
れると共に、その上面には回転軸２３８が連結され、こ
の回転軸２３８に連結された図示しないモータによって
矢印Ｂ方向に回転される。また、ヘッド本体２２２には
エア供給路２４０、２４２、２４４が形成されている。
前記エア供給路２４０は、図６上二点鎖線で示すように
保持ヘッド２１４の外部に延設され、レギュレータ２４
６Ａを介してエアポンプ２４８に接続される。また、エ
ア供給路２４２、２４４も同様に保持ヘッド２１４の外
部に延設され、エア供給路２４２はレギュレータ２４６
Ｂを介してポンプ２４０に、そして、エア供給路２４４
はレギュレータ２４６Ｃを介してポンプ２４０にそれぞ
れ接続されている。

【００３４】前記キャリア２２４は、略円柱状に形成さ
れてヘッド本体２２２の下部にヘッド本体２２２と同軸
上に配置されている。また、キャリア２２４の下面には
凹部２２５が形成され、この凹部２２５に通気性を有す
る多孔質板２５０が収納されている。多孔質板２５０に
は、キャリア２２４に形成されたエア路２５２、２５２
が連通されており、これらのエア路２５２、２５２は、
図中二点鎖線で示すように保持ヘッド２１４の外部に延
設されて、サクションポンプ２７６に接続されている。
したがって、前記サクションポンプ２７６を駆動する
と、ウェーハ２５４が多孔質板２５０に吸引されて多孔
質板２５０に吸着保持される。なお、前記多孔質板２５
０は、内部に多数の通気路を有するものであり、例え
ば、セラミック材料の焼結体よりなるものが用いられて
いる。

【００３５】前記キャリア２２４には、キャリア２２４
の下面外周部に噴出口が形成された多数のエア供給路２
７８、２７８…（図６では２ヵ所のみ図示）が形成され
ている。このエア供給路２７８、２７８…は、図中二点
鎖線で示すように保持ヘッド２１４の外部に延設され、
レギュレータ２４６Ｄを介してエアポンプ２４８に接続
されている。したがって、エアポンプ２４８からの圧縮
エアは、エア供給路２７８、２７８…を介して多孔質板
２５０とウェーハ２５４との間の空気室２５６に噴き出
される。これにより、空気室２５６には圧力エア層が形
成され、キャリア２２４の押圧力がこの圧力エア層を介
してウェーハ２５４に伝達される。ウェーハ２５４は、
前記圧力エア層を介して伝達される前記押圧力によって
研磨布２１６に押し付けられる。なお、エア供給路２７
８、２７８…から噴き出されたエアは、研磨面調整リン
グ２２８に形成された図示しない排気孔から外部に排気
される。

【００３６】一方、ヘッド本体２２２とキャリア２２４
との間には、１枚のゴムシート２３２が配置されてい
る。このゴムシート２３２は、均一な厚さで円盤状に形
成される。また、ゴムシート２３２は、大小２つの環状
の止め金２５８、２６０によってヘッド本体２２２の下
面に固定されている。また、止め金２５８、２６０とヘ
ッド本体２２２との隙間が、前記ゴムシート２３２によ
ってシールされている。これにより、ゴムシート２３２
は、止め金２６０を境として中央部２３２Ａと中間部２
３２Ｂとに２分され、また、止め金２５８を境として中
間部２３２Ｂと外周部２３２Ｃとに２分されている。即
ち、ゴムシート２３２は、止め金２５８、２６０によっ
て３分され、その中央部２３２Ａはキャリア２２４を押
圧し、中間部２３２Ｂは押付部材２３６を押圧し、外周
部２３２Ｃは研磨面調整リング２２８を押圧するための
エアーバックとして機能する。

【００３７】前記エアーバックのうち、ゴムシート２３
２の中央部２３２Ａで画成されるエアーバック２６２に
は、前記エア供給路２４０が連通されている。したがっ
て、エア供給路２４０からエアーバック２６２に圧縮エ
アを供給すると、ゴムシート２３２の中央部２３２Ａが
エア圧で弾性変形されてキャリア２２４の上面を押圧す
る。これにより、研磨布２１６に対するウェーハ２５４
の押し付け力を得ることができる。また、エア圧をレギ
ュレータ２４６Ａで調整すれば、ウェーハ２５４の押し
付け力（研磨圧力）を制御することができる。

【００３８】前記ガイドリング２２６は、円筒状に形成
されてヘッド本体２２２の下部にヘッド本体２２２と同
軸上に配置される。また、ガイドリング２６は、ゴムシ
ート２３２を介してヘッド本体２２２に固定されてい
る。ガイドリング２２６とキャリア２２４との間には、
研磨面調整リング２２８が配置されている。前記研磨面
調整リング２２８の上方には、ゴムシート２３２の外周
部２３２Ｃと止め金２５８とによって画成される環状の
エアーバック２６４が形成される。このエアーバック２
６４に、前記エア供給路２４４が連通されている。した
がって、エア供給路２４４からエアーバック２６４に圧
縮エアを供給すると、ゴムシート２３２の外周部２３２
Ｃがエア圧で弾性変形されて研磨面調整リング２２８の
環状上面２２８Ａを押圧し、研磨面調整リング２２８の
環状下面２２８Ｂが研磨布２１６に押し付けられる。な
お、研磨面調整リング２２８の押し付け力は、レギュレ
ータ２４６Ｃでエア圧を調整することにより制御するこ
とができる。

【００３９】前記キャリア２２４と研磨面調整リング２
２８との間には押付部材２３６が配置されている。この
押付部材２３６は本体２３６Ａ、ヘッド２３６Ｂ、支持
アーム２３６Ｃ、２３６Ｃ、及び脚部２３６Ｄ、２３６
Ｄから構成されている。なお、押付部材２３６のヘッド
２３６Ｂ、支持アーム２３６Ｃ、及び脚部２３６Ｄは図
６上で点線で示すように、それぞれ３本ずつ等間隔で形
成されている。

【００４０】図７に示す前記押付部材２３６の本体２３
６Ａは、研磨面調整リング２２８に形成された開口部２
２９内に配置されている。また、押付部材２３６の前記
ヘッド２３６Ｂは、本体２３６Ａと一体に形成されると
共に、キャリア２２４と研磨面調整リング２２８との間
の隙間に配置されている。前記ヘッド２３６Ｂの上方に
は、ゴムシート２３２の中間部２３２Ｂと止め金２５
８、２６０とによって画成される環状のエアーバック２
６６が形成される。このエアーバック２６６に、前記エ
ア供給路２４２が連通されている。したがって、エア供
給路２４２からエアーバック２６６に圧縮エアを供給す
ると、ゴムシート２３２の中間部２３２Ｂがエア圧で弾
性変形されて押付部材２３６のヘッド２３６Ｂを押圧す
る。これにより、押付部材２３６の脚部２３６Ｄの下面
２３７が研磨布２１６に押し付けられる。なお、押付部
材２３６の押し付け力は、レギュレータ２４６Ｂでエア
圧を調整することにより制御することができる。また、
前記脚部２３６Ｄは、研磨面調整リング２２８に形成さ
れた貫通孔２２８Ｃに配置されている。更に、押付部材
２３６は、研磨加工熱による熱膨張を防止するために、
熱膨張率が極小さいアンバーを母材として形成され、そ
して、研磨布２１６に押圧される前記下面２３７は、研
磨布２１６に研磨されないようにダイヤモンドコーティ
ングされている。

【００４１】一方、前記押付部材２３６の支持アーム２
３６Ｃの先端部には、ウェーハ２５４の研磨量を検出す
る差動トランス２３４が設けられている。この差動トラ
ンス２３４は、コア２７０、ボビン２７２、及び接触子
２７４から構成されると共に、前記ボビン２７２は、押
付部材２３６の支持アーム２３６Ｃの先端部に固定さ
れ、このボビン２７２内に前記コア２７０が上下移動自
在に配置されている。また、前記コア２７０の下部に前
記接触子２７４が設けられ、この接触子２７４はキャリ
ア２２４に接触されている。また、前記ボビン２７２に
は、図示しない演算装置が接続されており、この演算装
置は、ボビン２７２に対するコア２７０の上下移動量に
基づいてウェーハ２５４の研磨量を演算する。

【００４２】ところで、キャリア２２４の下部外周部に
は、リテーナリング２３０が上下移動可能に嵌入されて
いる。前記リテーナリング２３０は、ウェーハ２５４の
研磨中において研磨布２１６に接触される。そして、前
記ウェーハ２５４は、研磨布２１６の回転力で横方向に
移動してリテーナリング２３０の内周面に当接され、こ
れによって、キャリア２２４からのウェーハ２５４の飛
び出しがリテーナリング２３０によって阻止されてい
る。

【００４３】また、前記リテーナリング２３０は樹脂製
なので、ウェーハ２５４からの押圧力によって元の形状
から変形し、ウェーハ２５４の周縁の形状に沿った形状
に弾性変形する。したがって、前記ウェーハ２５４は、
リテーナリング２３０に面接触した状態で押し付けられ
る。なお、前記押圧力で弾性変形するものであれば、樹
脂製に限らず金属製のリテーナリングを適用しても良
い。

【００４４】次に、前記の如く構成されたウェーハ研磨
装置の作用いついて説明する。まず、保持ヘッド２１４
を上昇させた後、サクションポンプ２７６を駆動して研
磨対象のウェーハ２５４を多孔質板２５０に吸着保持さ
せる。次に、保持ヘッド２１４を下降させて、研磨面調
整リング２２８の接触面が研磨布２１６に当接した位置
で下降移動を停止する。そして、サクションポンプ２７
６を停止して前記ウェーハ２５４の吸着を解除し、ウェ
ーハ２５４を研磨布２１６上に載置する。

【００４５】次いで、エアポンプ２４８を駆動して圧縮
エアをエア路２７８を介して空間２５６に供給し、空気
室２５６に圧力エア層を形成する。この時、レギュレー
タ２４６Ｄを制御することにより圧縮エアの供給量を調
整し、圧力エア層の圧力を所定の圧力に設定する。次
に、ポンプ２４８からの圧縮エアを、エア供給路２４０
を介してエアーバック２６２に供給し、ゴムシート２３
２の中央部２３２Ａを内部エア圧により弾性変形させて
キャリア２２４を押圧し、前記圧力エア層を介してウェ
ーハ２５４を研磨布２１６に押し付ける。そして、レギ
ュレータ２４６Ａでエア圧を調整して内部エア圧力を所
望の圧力に制御し、研磨布２１６に対するウェーハ２５
４の押し付け力を一定に保持する。

【００４６】そして、これと同時に、ポンプ２４８から
の圧縮エアをエア供給路２４４を介してエアーバック２
６４に供給し、ゴムシート２３２の外周部２３２Ｃを内
部エア圧により弾性変形させて研磨面調整リング２２８
を押圧し、研磨面調整リング２２８とリテーナリング２
３０の下面を研磨布２１６に押し付ける。そして、ポン
プ２４０からの圧縮エアをエア供給路２４２を介してエ
アーバック２６６に供給し、ゴムシート２３２の中間部
２３２Ｂを内部エア圧により弾性変形させて押付部材２
３６を押圧し、押付部材２３６の下面２３７を研磨布２
１６に押し付ける。この後、研磨定盤２１２及び保持ヘ
ッド２１４を回転させてウェーハ２５４の研磨を開始す
る。

【００４７】ウェーハ２５４の研磨中において、ウェー
ハ２５４は研磨布２１６の回転によって横方向に移動し
て、その周縁がリテーナリング２３０に押し付けられた
状態で研磨されるが、この時、リテーナリング２３０
は、ウェーハ２５４からの押圧力によってウェーハ２５
４の周縁の形状に沿った形状に弾性変形する。これによ
り、ウェーハ２５４は、リテーナリング２３０と面接触
した状態でリテーナリング２３０に押し付けられること
になり、リテーナリング２３０からウェーハにかかる圧
力が分散するので、ウェーハに割れ欠け等の欠陥は生じ
ない。

【００４８】一方、研磨中におけるウェーハ２５４の研
磨量は、差動トランス２３４の接触子２７４がキャリア
２２４に接触していることにより、接触子２７４の下降
量、即ち、コア２７０の下降量に基づいて演算装置によ
り算出されている。そして、前記演算装置で算出された
研磨量が、予め設定した研磨加工終点になると、ウェー
ハ研磨装置を停止して、ウェーハ２５４の研磨を終了す
る。これにより、１枚のウェーハ２５４の研磨が終了
し、２枚目以降のウェーハ２５４を研磨する場合には、
前述した工程を繰り返せば良い。

【００４９】なお、本実施の形態では、弾性シートとし
てゴムシートを適用した例について説明したが、圧力エ
アで弾性変形してキャリアやリテーナリングを押圧でき
るものであれば、ゴムシートに代えて、金属製のシー
ト、プラスチック製のシートを適用しても良い。また、
弾性シートに代えて、温度によって変形量が変化する形
状記憶合金を適用し、この形状記憶合金の加熱温度をヒ
ータで制御することにより形状記憶合金の変形量を制御
し、この変形による力でリテーナリング、キャリアを押
圧するようにしても良い。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るリテー
ナリング付きウェーハ研磨装置によれば、第１空間部に
圧力エアを供給し、弾性シートの中央部をエア圧力で弾
性変形させてキャリアを押圧することにより、ウェーハ
を研磨布に押し付けることができ、そして、第２空間部
に圧力エアを供給し、弾性シートの外周部をエア圧力で
弾性変形させてリテーナリングを押圧することにより、
リテーナリングを研磨布に均一に押し付けることができ
る。これにより、本発明は、ウェーハの研磨面全域を均
一に研磨することができ、また、ダイヤフラムを使用す
るものよりもリテーナリングの移動ストロークを長くと
ることができるので、十分な押圧力を得ることができ
る。

【００５１】また、本発明によれば、第１空間部に圧力
エアを供給し、このエア圧力でキャリアを直接押圧する
ことにより、ウェーハを研磨布に押し付けることがで
き、そして、第２空間部に圧力エアを供給し、このエア
圧力でリテーナリングを直接押圧することにより、リテ
ーナリングを研磨布に均一に押し付けることができる。
よって、本発明は、ウェーハの研磨面全域を均一に研磨
することができ、また、ダイヤフラムを使用するものよ
りもリテーナリングの移動ストロークを長くとることが
できるので、十分な押圧力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のリテーナリング付きウェー
ハ研磨装置の全体構造図

【図２】図１に示したウェーハ研磨装置のウェーハ保持
ヘッドの縦断面図

【図３】第２の実施の形態のリテーナリング付きウェー
ハ研磨装置の要部拡大断面図

【図４】２枚のゴムシートで弾性シートを構成した第１
の実施の形態を示す断面図

【図５】２枚のゴムシートで弾性シートを構成した第２
の実施の形態を示す断面図

【図６】第３の実施の形態のウェーハ保持ヘッドの平面
図

【図７】図６に示したウェーハ保持ヘッドの縦断面図

【符号の説明】

１０…ウェーハ研磨装置 １２…研磨定盤 １４…ウェーハ保持ヘッド １６…研磨布 ２２…ヘッド本体 ２４…キャリア ２６…ガイドリング ２８…リテーナリング ３０…ゴムシート ５２…多孔質板 ５４…ウェーハ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハを回転する研磨定盤に押し付け
   て、ウェーハの表面を研磨するウェーハ研磨装置におい
   て、 回転すると共に前記研磨定盤に対面配置されるヘッド本
   体と、 前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納され、前記ウ
   ェーハを支持してウェーハを前記研磨定盤に押し付ける
   キャリアと、 前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納されると共に
   前記キャリアの外周に同心状に配置され、研磨時に研磨
   定盤に当接すると共にウェーハの外周を保持するリテー
   ナリングと、 ヘッド本体内に形成され、前記キャリアを押圧する第１
   空間部及び前記リテーナリングを押圧する第２空間部
   と、から形成され、 前記第１、第２空間部は、前記ヘッド本体のキャリア及
   びリテーナリングの上部空間に設けられた弾性シートを
   同心状に少なくとも２分し、その中央部を第１空間部と
   すると共に外周部を第２空間部とし、前記第１、第２空
   間部に圧力エアを供給して弾性シートの中央部と外周部
   とを弾性変形させてキャリアとリテーナリングを前記研
   磨定盤に押し付けることを特徴とするリテーナリング付
   きウェーハ研磨装置。
2. 【請求項２】ウェーハを回転する研磨定盤に押し付け
   て、ウェーハの表面を研磨するウェーハ研磨装置におい
   て、 回転すると共に前記研磨定盤に対面配置されるヘッド本
   体と、 前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納され、前記ウ
   ェーハを支持してウェーハを前記研磨定盤に押し付ける
   キャリアと、 前記ヘッド本体に上下方向移動自在に収納されると共に
   前記キャリアの外周に同心状に配置され、研磨時に研磨
   定盤に当接すると共にウェーハの外周を保持するリテー
   ナリングと、 ヘッド本体内に形成され、前記キャリアを押圧する密閉
   状の第１空間部及び前記リテーナリングを押圧する密閉
   状の第２空間部と、から形成され、 前記第１、第２空間部に圧力エアを直接供給してキャリ
   アとリテーナリングを前記研磨定盤に押し付けることを
   特徴とするリテーナリング付きウェーハ研磨装置。
3. 【請求項３】前記弾性シートは、ゴム製、金属製、又は
   プラスチック製であることを特徴とする請求項１記載の
   リテーナリング付きウェーハ研磨装置。
4. 【請求項４】前記弾性シートは、１枚のシートであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のリテーナリング付きウェ
   ーハ研磨装置。
5. 【請求項５】前記弾性シートは、内側に配置される円形
   状のシートと、該円形シートの外側に配置される環状の
   シートとから構成されることを特徴とする請求項１記載
   のリテーナリング付きウェーハ研磨装置。
6. 【請求項６】前記弾性シートは、上下に重ねて配置され
   た２枚の弾性シートから構成され、該２枚の弾性シート
   を同心状に少なくとも２分し、該２枚の弾性シートで挟
   まれて形成される中央部の空間を前記第１空間部とし、
   該２枚の弾性シートで挟まれて形成される外周部の空間
   を前記第２空間部としたことを特徴とする請求項１記載
   のリテーナリング付きウェーハ研磨装置。
7. 【請求項７】前記キャリアの下面にエア吹出部材を設
   け、該エア吹出部材から前記ウェーハの裏面に向けてエ
   アを吹き出すことにより、キャリアとウェーハとの間に
   圧力流体層を形成し、該圧力流体層を介して前記ウェー
   ハを前記研磨定盤に押し付けることを特徴とする請求項
   １、又は２記載のウェーハ研磨装置。