(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の円盤に設けたウエハ装填穴に半導体ウエハを装填し、該円盤を回転させつつウエハ装填穴の開口面より露出する半導体ウエハの表面に研磨盤を当接し表面研磨を行うようにしたウエハ研磨装置において、前記ウエハ装填穴の内周縁に沿い、合成樹脂製保護リングを内設し、該合成樹脂製保護リングの外周縁に設けた複数の外向き凸歯と、前記ウエハ装填穴の内周縁に設けた複数の内向き凸歯とで咬合構造を成し、該咬合構造は前記ウエハ装填穴開口面に対して垂直方向より傾斜した垂直方向傾斜咬合面と、前記ウエハ装填穴開口面の水平方向（半径方向）より傾斜した水平方向傾斜咬合面とによって形成され、該垂直方向傾斜咬合面は、咬合部のピッチ円方向断面視において、前記合成樹脂製保護リングの外向き凸歯の上部に前記円盤の内向き凸歯を配置して、前記合成樹脂製保護リングの上方への抜けを防止する複数の第１傾斜面対と、前記円盤の内向き凸歯の上部に前記合成樹脂製保護リングの外向き凸歯を配置して、前記合成樹脂製保護リングの下方への抜けを防止する複数の第２傾斜面対を有し、前記水平方向傾斜咬合面は、前記内向き凸歯と前記外向き凸歯の歯厚を、歯元側から歯先側へ漸次拡大する形状にして、両凸歯の両側に係合し、前記合成樹脂製保護リングの内方への抜けを防止する複数の第３傾斜面対を有することを特徴とするウエハ研磨装置。
【請求項２】
請求項１記載のウエハ研磨装置において、上記第１傾斜面対と上記第２傾斜面対とをピッチ円方向に交互に配置することを特徴とするウエハ研磨装置。
【請求項３】
請求項１記載のウエハ研磨装置において、上記第１傾斜面対と上記第２傾斜面対とをピッチ円方向に二連続交互に配置することを特徴とするウエハ研磨装置。
【請求項４】
請求項１記載のウエハ研磨装置において、上記合成樹脂製保護リングが上記内向き凸歯を有するウエハ装填穴の内周縁に合成樹脂を型込めし硬化して形成したものであることを特徴とするウエハ研磨装置。
【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の研磨装置、殊に研磨に供する半導体ウエハのウエハ装填穴に合成樹脂製保護リングを設けた特開２０００−１５５６５号の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−１５５６５号及び特開２０００−１５５６６号は、この種半導体ウエハの研磨装置の代表例を示している。この研磨装置は図１、図２に示すように、中心部に設けた駆動歯車１に歯車構造の複数の遊星円盤２を咬合し、更に全円盤２の外接円上に各円盤２と咬合する環状歯車３を配して駆動歯車１の回転に伴い各円盤２を自転させつつ公転させるようにし、他方各円盤２の同心円上に配した複数のウエハ装填穴４内に半導体ウエハ５を装填し、前記の如く円盤２を回転（自転と公転）させつつウエハ装填穴４の開口面より露出する半導体ウエハの上下表面に研磨盤６を当接し表面研磨を行う構造のものが用いられている。即ち円盤２に保有された半導体ウエハ５を上下研磨盤６で狭持しつつ円盤２と半導体ウエハ５を回転させつつ研磨を行っている。
【０００３】
而して前記２０００−１５５６５号は、金属製の円盤２に設けたウエハ装填穴５の内周縁に合成樹脂製保護リングを内設し、半導体ウエハ５の表面に金属粉末が転移し鏡面研磨を適正に行い難くする問題を是正し、更に装填時と研磨時における半導体ウエハ５の保護を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然るに前記２０００−１５５６５号においては、ウエハ装填穴４と合成樹脂製保護リング７とを凹凸により圧入する嵌合構造を採っているが、この単なる圧入構造（しまり嵌め構造）では合成樹脂製保護リングの回転は阻止されるが、合成樹脂製保護リングの上方向と下方向への脱落と変形を禁じ得ない。
【０００５】
又合成樹脂製保護リングの柔軟性により、中心方向への撓みによる脱落と変形の恐れを有している。
【０００６】
前記合成樹脂製保護リングの研磨作業中における上下方向と中心方向への変形は、半導体ウエハ５の研磨の支障となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記特開２０００−１５５６５号が有する問題点を適切に解決するウエハ研磨装置を提供するものである。
【０００８】
要述すると本発明は金属製の円盤に設けたウエハ装填穴に半導体ウエハ（シリコンウエハ）を装填し、該円盤を回転させつつウエハ装填穴の開口面より露出する半導体ウエハの表面に研磨盤を当接し表面研磨を行う場合に、前記ウエハ装填穴の内周縁に沿い合成樹脂製保護リングを内設し、該合成樹脂製保護リングの外周縁に設けた複数の外向き凸歯と前記ウエハ装填穴の内周縁に設けた複数の内向き凸歯とを咬合構造にする。
【０００９】
該咬合構造は前記ウエハ装填穴開口面に対して垂直方向より傾斜した垂直方向傾斜咬合面と、前記ウエハ装填穴開口面の水平方向（半径方向）より傾斜した水平方向傾斜咬合面とによって形成され、該垂直方向傾斜咬合面は、咬合部のピッチ円方向断面視において、前記合成樹脂製保護リングの外向き凸歯の上部に前記円盤の内向き凸歯を配置して、前記合成樹脂製保護リングの上方への抜けを防止する複数の第１傾斜面対と、前記円盤の内向き凸歯の上部に前記合成樹脂製保護リングの外向き凸歯を配置して、前記合成樹脂製保護リングの下方への抜けを防止する複数の第２傾斜面対を有し、前記水平方向傾斜咬合面は、前記内向き凸歯と前記外向き凸歯の歯厚を、歯元側から歯先側へ漸次拡大する形状にして、両凸歯の両側に係合し、前記合成樹脂製保護リングの内方への抜けを防止する複数の第３傾斜面対を有する。即ち、前記咬合構造において前記第１、第２、第３傾斜面対を形成することにより、前記合成樹脂製保護リングの上方向、下方向、内方向への抜けを防止することができる。
【００１０】
適例として前記第１傾斜面対は前記外向き凸歯と内向き凸歯の一側咬合面に形成すると共に、前記第２傾斜面対は同他側咬合面に形成する。
【００１１】
更に前記第１傾斜面対と前記第２傾斜面対は、ピッチ円方向に交互に配置するか、二連続交互に配置する。
【００１２】
前記合成樹脂製保護リングは予め形成し準備したものを組み込むか、又は前記内向き凸歯を有するウエハ装填穴の内周縁に合成樹脂を型込めし硬化して形成し、寸法誤差によるガタを解消し前記第１乃至第３傾斜面対による規制効果を遺憾なく発揮せしめる。
【００１３】
【発明実施の形態】
前記のように本発明は前記特開２０００−１５５６５号が有する問題点を適切に解決するウエハ研磨装置を提供する。
【００１４】
このウエハ研磨装置は、図１，図２に示し、且つ図３，図４に示すように、中心部に設けた駆動歯車１に歯車構造の複数の遊星円盤２を咬合し、更に全円盤２の外接円上に各円盤２と咬合する環状歯車３を配して駆動歯車１の回転に伴い各円盤２を自転させつつ公転させるようにし、他方各円盤２の同心円上に配した複数のウエハ装填穴４内に半導体ウエハ５を装填し、前記の如く円盤２を回転（自転と公転）させつつウエハ装填穴４の開口面より露出する半導体ウエハの上下表面に研磨盤６を当接し表面研磨を行う構造のものに実施可能である他、半導体ウエハ５を円盤２のウエハ装填穴４内に保持させてこれを回転（公転又は／及び自転）させて研磨盤６を当接させ、半導体ウエハ５の片面又は両面の研磨を行うその他の研磨装置に適用可能である。
【００１５】
前記例示の金属製の円盤２に設けたウエハ装填穴４に半導体ウエハ５を装填し、該円盤２を回転させつつウエハ装填穴４の開口面より露出する半導体ウエハ５の表面に研磨盤６を当接し表面研磨を行う場合に、前記ウエハ装填穴４の内周縁に沿い合成樹脂製保護リング７を内設し、該合成樹脂製保護リング７の外周縁に設けた複数の外向き凸歯８と前記ウエハ装填穴４の内周縁に設けた複数の内向き凸歯９とを咬合構造にする。
【００１６】
歯車の咬合構造と同様、外向き凸歯８と内向き凸歯９は各凸歯８，９間の歯みぞ１２，１３内に相互に嵌合し、前記咬合構造を形成している。
【００１７】
該咬合構造は前記ウエハ装填穴開口面に対して垂直方向より傾斜した垂直方向傾斜咬合面と、前記ウエハ装填穴開口面の水平方向（半径方向）より傾斜した水平方向傾斜咬合面とによって形成され、該垂直方向傾斜咬合面は、咬合部のピッチ円方向断面視において、前記合成樹脂製保護リングの外向き凸歯の上部に前記円盤の内向き凸歯を配置して、前記合成樹脂製保護リングの上方への抜けを防止する複数の第１傾斜面対と、前記円盤の内向き凸歯の上部に前記合成樹脂製保護リングの外向き凸歯を配置して、前記合成樹脂製保護リングの下方への抜けを防止する複数の第２傾斜面対を有し、前記水平方向傾斜咬合面は、前記内向き凸歯と前記外向き凸歯の歯厚を、歯元側から歯先側へ漸次拡大する形状にして、両凸歯の両側に係合し、前記合成樹脂製保護リングの内方への抜けを防止する複数の第３傾斜面対を有する。即ち第１，第２，第３傾斜面対１０，１１，１８により上下方向と内方向への変形と脱落を有効に防止する。
【００１８】
図５乃至図８に示すように、前記咬合面とは外向き凸歯８と内向き凸歯９の側面１４，１５（一側咬合面と他側咬合面）を意味する他、各歯みぞ１２，１３の底面１６と各凸歯８，９の先端面１７の咬合面を含む。
【００１９】
即ち前記垂直方向傾斜咬合面の成分である前記第１傾斜面対１０と前記第２傾斜面対１１は、各凸歯８，９の三辺の側面と先端面と底面１４乃至１７の何れかにおいて形成される。
【００２０】
適例として前記第１傾斜面対１０は、前記外向き凸歯８と内向き凸歯９の一側面１４，１５に形成すると共に、前記第２傾斜面対１１は同他側面１４，１５に形成する。
【００２１】
この場合、前記凸歯８，９は高密度ピッチで環状に形成し、隣接する凸歯８，９間において前記互いに係合する第１，第２傾斜面対１０，１１が交互、又は二連続交互に形成することが望ましい。
【００２２】
即ち、一例として図５と図６に示すように、外向き凸歯８と内向き凸歯９の両側面１４，１５の全てをピッチ円方向において上方から下方へ同調して傾斜させ、同各凸歯８，９の隣接する一側面と他側面１４，１５に形成された同調する傾斜面を互いに係合させ、前記ウエハ装填穴４の上方向（ウエハ装填穴４の上部開口面）と下方向（ウエハ装填穴４の下部開口面）への抜け止めを図る第１傾斜面対１０と第２傾斜面対１１を交互に形成する。
【００２３】
他例として図７と図８に示すように、内向き凸歯９として断面視（ピッチ円上の断面視）台形凸歯と逆台形凸歯を交互に形成し、該台形凸歯と逆台形凸歯間に嵌合する外向き凸歯８を交互に正平行四辺形と逆平行四辺形にする。
【００２４】
正平行四辺形と逆平行四辺形とはピッチ円方向において対向する二辺（凸歯の左右側面）の傾斜方向が互いに逆方向の平行四辺形を意味する。
【００２５】
前記図７と図８に示す構造によって、逆台形の内向き凸歯９のピッチ円方向において上方から下方へ傾斜せる両側面１５と、各側面に隣接する正方向と逆方向の平行四辺形の外向き凸歯８の同調傾斜せる各側面１４とを係合させて上方向への抜け止めを図る第１傾斜面対１０を形成し、更に正台形の内向き凸歯９のピッチ円方向において上方から下方へ傾斜せる両側面１５と、各側面に隣接する正方向と逆方向の平行四辺形の外向き凸歯８の同調傾斜せる各側面１４とを係合させて下方向への抜け止めを図る第２傾斜面対１１を形成する。即ち、前記第１傾斜面対１０と前記第２傾斜面対１１とを二連続交互に形成する。
【００２６】
前記水平方向傾斜咬合面は、即ち前記第３傾斜面対１８であり、図５、図７に示すように、前記内向き凸歯９と前記外向き凸歯８の歯厚（ピッチ円方向の寸法）を歯元側から歯先側へ漸次拡大する形状にして、両凸歯８，９の両側面１４，１５又は片側面に形成し、互いに係合して合成樹脂製保護リング７の中心方向（内方）への抜けを防止する。この第３傾斜面対１８は前記第１，第２傾斜面対１０，１１と協働し合成樹脂製保護リング７の各方向への脱落と変形を防止する。
【００２７】
換言すると、外向き凸歯８と内向き凸歯９の両側面１４，１５を先端へ向け互いに離反する方向へ漸次傾斜させるか、又は片側面を同調方向へ傾斜させ、各凸歯８，９を平面視台形にする。更に換言すると、前記各内向き凸歯９間と前記外向き凸歯８間の歯みぞ１２，１３を歯元から歯先へ向け漸次狭小となる形状（平面視台形）にし、両凸歯８，９の両側面１４，１５、又は一方の側面１４，１５に互いに係合し合成樹脂製保護リング７の中心方向への抜け止めを図る第３傾斜面対１８を形成する。
【００２８】
前記合成樹脂製保護リング７は予め成形し準備したものをウエハ装填穴４に組み込んで、該ウエハ装填穴４の内周縁部に形成した凸歯９に係合せしめる。
【００２９】
又は適例として図９に示すように、前記内向き凸歯９を有するウエハ装填穴４の内周縁に流動合成樹脂を型込めし硬化して形成し、寸法誤差によるガタを解消し前記第１乃至第３傾斜面対１０，１１，１８による上方抜け止めと下方抜け止めと内方抜け止めとを図る。
【００３０】
例えば円盤２の上面に上型１９を密接すると共に、同下面に下型２０を密接しつつ、上型１９又は下型２０の一方を円盤２のウエハ装填穴４に遊合せしめ、該遊合部とウエハ装填穴４間に形成された環状間隙２２内への上型１９又は下型２０の注入口２１がら樹脂を注入し、硬化せしめて前記合成樹脂製保護リング７を成形する。この合成樹脂製保護リング７は、単に事前に形成したものを嵌め込み組み立てする場合に比し、各凸歯８，９との密着性が良好であり、第１乃至第３傾斜面対１０，１１，１８との整合（係合）が正確に得られ、初期の目的を達成する上で有効である
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のウエハ研磨装置の平面図。
【図２】同要部断面図。
【図３】本発明の実施形態例を示すウエハ研磨装置の平面図。
【図４】同要部断面図。
【図５】前記ウエハ研磨装置におけるウエハ装填穴に合成樹脂製保護リングを内設し、上方抜け止めを図る第１傾斜面対と下方抜け止めを図る第２傾斜面対、更に内方抜け止めを図る第３傾斜面対を説明した要部拡大平面図であり、更に前記第１傾斜面対と第２傾斜面対を交互に形成した場合の形成例。
【図６】前記第１傾斜面対と前記第２傾斜面対を交互に形成した場合のピッチ円方向における要部拡大断面図。（図５におけるＡ−Ａ断面）
【図７】前記第１傾斜面対と前記第２傾斜面対を二連続交互に形成した場合の形成例であり、その要部拡大断面図。
【図８】前記第１傾斜面対と前記第２傾斜面対を二連続交互に形成した場合のピッチ円方向における要部拡大断面図。（図７におけるＡ−Ａ断面）
【図９】上型と下型により前記合成樹脂製保護リングをウエハ装填穴の内周縁に内設する方法と構造を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
１            駆動歯車
２            円盤
３            環状歯車
４            ウエハ装填穴
５            半導体ウエハ
６            研磨盤
７            合成樹脂製保護リング
８            外向き凸歯
９            内向き凸歯
１０          第１傾斜面対
１１          第２傾斜面対
１２，１３    歯みぞ
１４          外向き凸歯の側面
１５          内向き凸歯の側面
１６          底面
１７          先端面
１８          第３傾斜面対
１９          上型
２０          下型
２１          注入口
２２          環状空隙
【図１】
0003552108.tif 000002
【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】
0003552108.tif 000008
【図８】
0003552108.tif 000009
【図９】
0003552108.tif 000010