(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、
前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凹部と、
前記リテーナーリングの外周面に形成された下凹部と、
前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凹部に嵌合する上凸部と前記下凹部に嵌合する下凸部が形成された止め輪と、
前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、
を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、
前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凸部と、
前記リテーナーリングの外周面に形成された下凸部と、
前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凸部に嵌合する上凹部と前記下凸部に嵌合する下凹部が形成された止め輪と、
前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、
を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項３】
前記リテーナーリング取付部には、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライドさせたカバーに係合し、該カバーをその上方位置で保持する保持機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）によってウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにメカノケミカル研磨剤を供給しながら、キャリアで保持したウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨する。この際、ウェーハはリテーナーリングに囲まれた状態で研磨され、これにより、研磨中のウェーハがキャリアから飛び出すのを防止している。
【０００３】
ところで、このリテーナーリングはウェーハとともに研磨パッドに押し付けられるものであるため、使用により磨耗してしまう。このため定期的に交換されていた。
【０００４】
従来、リテーナーリングはキャリアに取り付けられたバッキング材に接着剤等で貼り付けて取り付けられており、交換する際はキャリアの一部を装置本体から取り外してバッキング材ごと交換するようにしていた。
【０００５】
あるいは、キャリア若しくはヘッド本体に形成されたリテーナーリング取付部にボルトを用いてネジ止めして取り付けられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のリテーナーリングの取付構造は、いずれも着脱がきわめて面倒であり、リテーナーリングの交換作業に多大な労力と時間を要するという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単にリテーナーリングを着脱できるウェーハ研磨装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は前記目的を達成するために、ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凹部と、前記リテーナーリングの外周面に形成された下凹部と、前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凹部に嵌合する上凸部と前記下凹部に嵌合する下凸部が形成された止め輪と、前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
また、請求項２に係る発明は、ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凸部と、前記リテーナーリングの外周面に形成された下凸部と、前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凸部に嵌合する上凹部と前記下凸部に嵌合する下凹部が形成された止め輪と、前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、リテーナーリングは、ヘッド本体の下部に接合し、その外周面に形成された嵌合部と、ヘッド本体の外周面に形成された嵌合部に止め輪を嵌合させることにより、ヘッド本体に取り付けられる。このように、本発明によれば簡単にリテーナーリングを取り付けることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る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。
【００１１】
図１は、ウェーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すようにウェーハ研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。
【００１２】
研磨定盤１２は円盤状に形成されており、その上面に研磨パッド１６が貼り付けられている。研磨定盤１２の下面にはスピンドル１８が連結されており、このスピンドル１８に連結されたモータ２０に駆動されることにより、研磨定盤１２は図１の矢印Ａ方向に回転する。そして、この回転する研磨定盤１２の研磨パッド１６に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤が供給される。
【００１３】
ウェーハ保持ヘッド１４は、図示しない昇降装置によって昇降自在に設けられている。このウェーハ保持ヘッド１４は、図２に示すように、主としてヘッド本体２２、キャリア２４、ガイドリング２６、リテーナーリング２８、ゴムシート３０で構成されている。
【００１４】
ヘッド本体２２は円盤状に形成されており、その上面に回転軸３２が連結されている。ヘッド本体２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータに駆動されることにより図１矢印Ｂ方向に回転する。このヘッド本体２２にはリテーナーリング用エア供給路３４Ａとキャリア用エア供給路３４Ｂとが形成されており、それぞれリテーナーリング用エア供給配管３５Ａとキャリア用エア供給配管３５Ｂを介してエアポンプ４０に接続されている。リテーナーリング用エア供給配管３５Ａとキャリア用エア供給配管３５Ｂには、リテーナーリング用圧力制御弁３８Ａとキャリア用圧力制御弁３８Ｂが設置されており、このリテーナーリング用圧力制御弁３８Ａとキャリア用圧力制御弁３８Ｂの解放量を図示しないコントローラで制御することにより、リテーナーリング用エア供給路３４Ａとキャリア用エア供給路３４Ｂとに供給する圧縮エアの量をコントロールすることができる。
【００１５】
ゴムシート３０は円盤状に形成されており、その外周縁をガイドリング２６に挟持されてヘッド本体２２の下面に固定されている。このゴムシート３０は、環状に形成された止め金４２によって外周部３０Ａと中央部３０Ｂとに二分されている。外周部３０Ａにはリテーナーリング用エア供給路３４Ａが連通されており、このリテーナーリング用エア供給路３４Ａから圧縮エアが供給されることにより、外周部３０Ａはリテーナーリング用エアバック３６Ａとして機能する。一方、中央部３０Ｂにはキャリア用エア供給路３４Ｂが連通されており、このキャリア用エア供給路３４Ｂから圧縮エアが供給されることにより、中央部３０Ｂはキャリア用エアバッグ３６Ｂとして機能する。
【００１６】
キャリア２４は円柱状に形成されており、その上端面がゴムシート３０の中央部３０Ｂに固定されている。リテーナーリング２８はリング状に形成されており、ゴムシート３０の外周部３０Ａに固定された押圧リング４４のリテーナーリング取付部４６にスナップリング（止め輪）４８を介して取り付けられている。
【００１７】
押圧リング４４は円筒状に形成されており、その上端面がゴムシート３０の外周部３０Ａに対向されている。また、この押圧リング４４の上端部外周にはフランジ部４４Ａが形成されている。このフランジ部４４Ａはガイドリング２６の下端部内周に張り出して形成されたフランジ部２６Ａに係止されており、これにより落下が防止されている。
【００１８】
リテーナーリング取付部４６はリング状に形成されており、押圧リング４４の下端部に固定されている。このリテーナーリング取付部４６の外周面にはリテーナーリング２８を取り付けるための上溝部（上凹部）４６Ａが全周にわたって形成されている。リテーナーリング２８は、このリテーナーリング取付部４６の下部に取り付けられ、その外周には全周にわたって下溝部（下凹部）２８Ａが形成されている。
【００１９】
スナップリング４８は、図３に示すように厚みのあるＣ形止め輪である。そして、その内周部には上凸部４８Ａと下凸部４８Ｂとが全周にわたって形成されている。このスナップリング４８は、リテーナーリング取付部４６とリテーナーリング２８との接合部の外周に装着され、その上凸部４８Ａがリテーナーリング取付部４６の上溝部４６Ａに嵌合されるとともに、下凸部４８Ｂがリテーナーリング２８の下溝部２８Ａに嵌合されて装着される。これにより、リテーナーリング２８はリテーナーリング取付部４６に一体化され、落下することなくリテーナーリング取付部４６に取り付けられる。
【００２０】
スナップリング４８の外周には筒状に形成されたスナップリングカバー５２が取り付けられる。このスナップリングカバー５２はリテーナーリング取付部４６の外径と略同じ内径を有しており、リテーナーリング取付部４６の外周にスライド自在に設けられている。また、このスナップリングカバー５２の上端部内周にはフランジ部５２Ａが形成されており、このフランジ部５２Ａがリテーナーリング取付部４６の上面に係止されることによりスナップリングカバー５２の落下が防止されている。
【００２１】
前記のごとく構成されたウェーハ研磨装置１０のウェーハの研磨方法について説明する。
【００２２】
まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド１６上に載置する。次いで、エアポンプ４０からキャリア用エアバッグ３６Ｂとリテーナーリング用エアバッグ３６Ａに圧縮エアを供給する。これにより、キャリア用エアバッグ３６Ｂとリテーナーリング用エアバッグ３６Ａが膨らみ、ウェーハＷとリテーナーリング２８が所定の圧力で研磨パッド１６に押し付けられる。この状態で研磨定盤１２を図１Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１Ｂ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド１６上に図示しないノズルからスラリを供給する。これにより、ウェーハＷの下面が研磨パッド１６に研磨される。
【００２３】
次に、リテーナーリング２８の取付方法について図４（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。
【００２４】
まず、図４（ａ）に示すように、リテーナーリング取付部４６の下方にリテーナーリング２８を配置する。そして、同図（ｂ）に示すように、そのリテーナーリング２８をリテーナーリング取付部４６の下部に接合させる。
【００２５】
次に、スナップリングカバー５２を上方にスライドさせ、この状態で同図（ｃ）に示すようにリテーナーリング２８とリテーナーリング取付部４６との接合部の外周にスナップリング４８を嵌着する。この際、スナップリング４８は、その上凸部４８Ａがリテーナーリング取付部４６の上溝部４６Ａに嵌合されるとともに、下凸部４８Ｂがリテーナーリング２８の下溝部２８Ａに嵌合される。これにより、リテーナーリング２８がリテーナーリング取付部４６に取り付けられる。
【００２６】
次に、同図（ｄ）に示すように、スナップリングカバー５２を下方にスライドさせ、そのスナップリングカバー５２でスナップリング４８の外周を覆う。
【００２７】
リテーナーリング２８を固定するスナップリング４８は、その外周がスナップリングカバー５２で覆われて、これにより、スナップリング４８の拡径が規制されるので、リテーナーリング２８は外れない。以上によりリテーナーリング２８の取り付けが終了する。
【００２８】
一方、リテーナーリング２８の取り外しは次のように行われる。まず、スナップリングカバー５２を上方にスライドさせる。次に、スナップリング４８を押し拡げてスナップリング４８を接合部から取り外す。これにより、リテーナーリング２８がリテーナーリング取付部４６から取り外される。
【００２９】
このように、本実施の形態のリテーナーリングの取付構造によれば、ワンタッチでリテーナーリング２８の取り付け、取り外しを行うことができる。これにより、従来、多大な時間、労力を要していたリテーナーリングの交換作業を短時間で、かつ簡単に行うことができるようになる。
【００３０】
なお、本実施の形態ではスナップリング４８の内周部の全周にわたって上凸部４８Ａと下凸部４８Ｂを形成するようにしているが、この上凸部４８Ａと下凸部４８Ｂは周方向に一定の間隔をもって複数箇所に形成するようにしてもよい。また、これに対応して上溝部４６Ａと下溝部２８Ａも周方向に一定の間隔をもって複数箇所に形成するようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施の形態ではリテーナーリング取付部４６の外周面に上溝部４６Ａを形成するとともに、リテーナーリング２８の外周面に下溝部２８Ａを形成し、スナップリング４８の内周面に、これらの溝部に嵌合する上凸部４８Ａと下凸部４８Ｂを形成するようにしているが、図５に示すように、逆の構成としてもよい。すなわち、リテーナーリング取付部４６の外周面に上凸部４６Ｂを形成するとともに、リテーナーリング２８の外周面に下凸部２８Ｂを形成し、スナップリング４８の内周面に、これらの凸部に嵌合する上溝部（上凹部）４８Ｃと下溝部（下凹部）４８Ｄを形成する。これによっても、リテーナーリング２８の着脱をワンタッチで行うことができる。
【００３２】
また、本実施の形態では、リテーナーリング２８がリテーナーリング用エアバッグ３６Ａを介してヘッド本体２２に取り付けられたウェーハ研磨装置に本発明を適用した例で説明したが、本発明はリテーナーリングがヘッド本体に直接取り付けられたウェーハ研磨装置にも同様に適用することができる。この場合、ヘッド本体の外周面に上凹部（又は上凸部）を形成するとともに、リテーナーリングの外周面に下凹部（又は上凹部）を形成し、その上凹部（又は上凸部）と下凹部（下凸部）にスナップリングの上凸部（又は上凹部）と下凸部（又は下凹部）を嵌合させてリテーナーリングを取り付ける。
【００３３】
さらに、本実施の形態では、リテーナーリング取付部４６の外周にスナップリングカバー５２がスライド自在に設けられているが、このスナップリングカバー５２を上方にスライドさせた時の保持機構を設けることにより、スナップリング４８の取り付け、取り外しをより簡単に行うことができる。
【００３４】
図６には、スナップリングカバー５２の保持機構の一実施形態が示されている。
【００３５】
スナップリングカバー５２はプラスチック等の弾性変形可能な材質で成型されており、その内周部には溝５６が形成されている。一方、リテーナーリング取付部４６の外周には、前記溝５６に収容可能な半球状の突起５４が３つ等間隔に形成されている。
【００３６】
以上のように構成されたスナップリングカバー５２の保持機構の作用は次のとおりである。
【００３７】
スナップリングカバー５２は、図６（ａ）に示す状態からある一定以上の力をもって上方に押し上げると、溝５６の下縁部が弾性変形して突起５４を乗り上げる。これにより、スナップリングカバー５２が突起５４の上方に移動する。
【００３８】
突起５４の上方に移動したスナップリングカバー５２は、図６（ｂ）に示すように、その下面が突起５４に係止されて落下が防止される。オペレータは、この状態でスナップリング４８の取り付け、取り外し等を行う。
【００３９】
スナップリング４８の取り付けが終わった後は、スナップリングカバー５２を押し下げる。スナップリングカバー５２は、ある一定以上の力をもって押し下げると、下端内周部が弾性変形して突起５４を乗り上げる。これにより、図６（ａ）に示すように、溝５６内に突起５４が収容されるとともに、スナップリングカバー５２に形成されたフランジ部５２Ａが、リテーナーリング取付部４６の上面に係止される。そして、これにより、スナップリング４８の外周がスナップリングカバー５２で覆われ、スナップリング４８の拡径が規制される。
【００４０】
このように、スナップリングカバー５２を上方にスライドさせた時の保持機構を設けることにより、スナップリングカバー５２を手で抑えておく手間が省け、スナップリング４８の取り付け、取り外しをより簡単に行うことができる。
【００４１】
図７は、スナップリングカバー５２の保持機構のその他の実施形態である。
【００４２】
リテーナーリング取付部４６の外周には、半球状の突起５８が３つ等間隔に形成されている。一方、スナップリングカバー５２の内周面には、Ｌ字状の溝６０が３箇所等間隔に形成されている。各溝６０は、水平溝６０ａと垂直溝６０ｂとで形成されており、水平溝６０ａの一端から上方に向けて垂直溝６０ｂが形成されている。また、水平溝６０ａの他端には、下方に向けて入口部６０ｃが形成されている。なお、内周上部にはフランジ部５２Ａは形成されていない。
【００４３】
以上のように構成されたスナップリングカバー５２の保持機構の作用は次のとおりである。
【００４４】
まず、溝６０の入口部６０ｃに突起５８を嵌め込み、突起５８を水平溝６０ａ内に導く。これにより、スナップリングカバー５２は、水平方向の回転のみが許容される。この状態でスナップリングカバー５２を水平方向に回転させ、突起５８を垂直溝６０ｂ内に導くと、スナップリングカバー５２は、垂直溝６０ｂに沿って上下方向に移動可能になる。そして、この垂直溝６０ｂ内に突起５８が導かれると、図７（ａ）に示すように、垂直溝６０ｂの上端部が突起５８に係止されて、スナップリングカバー５２の落下が防止される。そして、この状態でスナップリング４８の外周がスナップリングカバー５２に覆われる。
【００４５】
スナップリング４８を取り外すときは、まず、垂直溝６０ｂに沿ってスナップリングカバー５２を垂直に押し上げる。垂直に押し上げられたスナップリングカバー５２は、ある位置で突起５８が垂直溝６０ｂの下端に当接するので、突起５８が垂直溝６０ｂの下端に当接したところで水平方向に回転させる。これにより、突起５８が水平溝６０ａ内に導かれるとともに、スナップリングカバー５２がスナップリング４８の上方に移動する。
【００４６】
突起５８が水平溝６０ａ内に導入されると、図７（ｂ）に示すように、スナップリングカバー５２は水平方向のみの移動が許容されて上下方向の移動が規制されるので、この状態でスナップリング４８の取り付け、取り外しを行う。
【００４７】
スナップリング４８の取り付けが終わった後は、スナップリングカバー５２を水平方向に回転させ、突起５８を垂直溝６０ｂに導入する。これにより、スナップリングカバー５２の上下方向の移動が許容され、図７（ａ）に示すように、スナップリング４８の外周を覆う位置まで下降して停止する。これにより、スナップリング４８の拡径が規制される。
【００４８】
以上のようにスナップリングカバー５２を上方にスライドさせた時の保持機構を設けることにより、スナップリングカバー５２を手で抑えておく手間が省け、スナップリング４８の取り付け、取り外しをより簡単に行うことができる。この他、スナップリングカバー５２の外周部にボルト穴を形成し、そのボルト穴にボルトを螺合させておき、そのボルトを締め付けることにより、ボルトの先端でリテーナーリング取付部４６の外周面を押圧し、スナップリングカバー５２を固定するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、止め輪を用いることによってワンタッチでリテーナーリングの取り付け、取り外しを行うことができるので、従来、多大な時間、労力を要していたリテーナーリングの交換作業を短時間で、かつ簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハ研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図２】ウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図３】スナップリングの構成を示す斜視図
【図４】リテーナーリングの取付方法の説明図
【図５】ウェーハ保持ヘッドの他の実施の形態の構成を示す縦断面図
【図６】スナップリングカバーの保持機構の一実施形態を示す要部拡大図
【図７】スナップリングカバーの保持機構の一実施形態を示す要部拡大図
【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…研磨パッド、１８…スピンドル、２０…モータ、２２…ヘッド本体、２４…キャリア、２６…ガイドリング、２８…リテーナーリング、２８Ａ…下溝部（下凹部）、２８Ｂ…下凸部、３０…ゴムシート、３２…回転軸、３４Ａ…リテーナーリング用エア供給路、３４Ｂ…キャリア用エア供給路、３５Ａ…リテーナーリング用エア供給配管、３５Ｂ…キャリア用エア供給配管、３６Ａ…リテーナーリング用エアバッグ、３６Ｂ…キャリア用エアバッグ、３８Ａ…リテーナーリング用圧力制御弁、３８Ｂ…キャリア用圧力制御弁、４０…エアポンプ、４２…止め金、４４…押圧リング、４６…リテーナーリング取付部、４６Ａ…上溝部（上凹部）、４６Ｂ…上凸部、４８…スナップリング（止め輪）、４８Ａ…上凸部、４８Ｂ…下凸部、４８Ｃ…上溝部（上凹部）、４８Ｄ…下溝部（下凹部）、５２…スナップリングカバー、５４…突起、５６…溝、５８…突起、６０…溝、６０ａ…水平溝、６０ｂ…垂直溝、６０ｃ…入口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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