(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨時の半導体ウエハが安定せず、また、チャックプレートの上下方向の微動は可能であるが、研磨時の半導体ウエハの僅かな傾斜には追従できないもので、課題を有していた。【解決手段】内腔１ａを有するスピンドル軸１と、フランジ状の鍔部２ｂを備えたヘッド保持部材２と、接続部材３と、ヘッド基体固定用ボルト４ａにより固定した下方が開口したヘッド加圧エア室４ｂを形成すると共に係合用鍔部４ｃを膨出させたヘッド基体４と、回転駆動用ピン５と、ヘッド駆動プレート６と、ヘッド本体７と、バックプレート８と、ウェーハ加圧用エア系９ａａで連繋させたウェーハ加圧エア室を設けて張設した可撓性膜９と、調芯用リング１０と、調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球１１とを備え、調芯用リング１０の内側とヘッド基体４の外周との間には間隙を設けたものである。【選択図】図１
2011124303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられた内腔を有するスピンドル軸と、該スピンドル軸の下端辺を挿通させる円筒状上部を立設させフランジ状の鍔部を一体に備えたヘッド保持部材と、該ヘッド保持部材の下面に形成した環状段部に開口縁部を当接して前記スピンドル軸の下端と前記ヘッド保持部材を複数の接続部材固定用ボルトで固定する略皿状の接続部材と、前記ヘッド保持部材の下面に複数のヘッド基体固定用ボルトにより固定した下方が開口し且つ前記スピンドル軸の内腔とヘッド加圧用エア系で連繋させたヘッド加圧エア室を形成すると共に外周に係合用鍔部を膨出させた略カップ状のヘッド基体と、該ヘッド基体の下面に突設させた複数の回転駆動用ピンと、該複数の回転駆動用ピンを微遊動可能に挿通させる複数の回転駆動用ピン挿通孔を穿設したヘッド駆動プレートと、該ヘッド駆動プレートの下面に固定させた略皿状のヘッド本体と、該ヘッド本体の下面内側に内装固定したバックプレートと、該バックプレートの下面に前記スピンドル軸の内腔とウェーハ加圧用エア系で連繋させたウェーハ加圧エア室を設けて張設した可撓性膜と、前記ヘッド本体の上面の外周辺に内側下辺を前記ヘッド基体の前記係合用鍔部の上に係合させて固定した開口を内側とした断面略コ字状の調芯用リングと、該調芯用リングの開口と前記ヘッド基体の外周との間に挿入した調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球と、を備え、前記調芯用リングの内側と前記ヘッド基体の外周との間には間隙を設けたことを特徴とするゴム調芯式研磨ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゴム調芯式研磨ヘッドに関するものであり、更に、詳細には、半導体ウェーハを水張り又は粘着層により可撓性膜の下面に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するＣＭＰ研磨装置において、スピンドル軸側のヘッド基体と半導体ウェーハ側のヘッド本体とを微動可能に且つ正確に調芯できるゴム調芯式研磨ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現今における弛まざる技術革新は目覚ましいものがあり、その先端技術の開発によって、優れた様々な商品群が多数送出されており、特に、コンピュータ、マイコン等の電子関連機器に用いられるＭＥＭＳデバイス又はＮＥＭＳデバイスを製造する過程の半導体ウェーハの研削装置は、各種開発されて使用されており、近年要求される被研削体である半導体ウェーハは、装着するデバイスの小型化の観点からの極薄化であり、生産性の観点からの拡径化であり、歩留まりの観点からの全面を超高精度に均一性を有した平坦加工、鏡面加工であり、極薄化され、拡径化され、且つ、材料特性は硬質、脆性の半導体ウェーハを如何に超高精度に且つ効率良く仕上げるかに凌ぎを削っている現状である。
【０００３】
その為に、可撓性膜と加圧用のエア室を用いたものは多数開示されており、例えば、本出願人が先に開示した、エア給排気孔を開口させたへッド基部と、ヘッド基部にエア貯溜空間を有して装着した通気性セラミックの外周に不通気性セラミック層を備えたヘッドプレートと、ガイド部材と、パッキングパットとから成るヘッドを用いて、半導体ウエハをヘッドに装着時は負圧にしパッキングパットに当接させてヘッドプレート側に吸着させると共に、研磨時には加圧にしパッキングパットから半導体ウエハを離間させるもの（特許文献１参照）や、研磨装置のスピンドル軸の先端に固定され半導体ウエハを貼着させるチャックであって、凹陥部を有したチャックベースと、チャックベースの凹陥部に遊動可能に嵌入させるガイドリングと、ガイドリングの内側に遊動可能に嵌入させるチャックプレートと、チャックプレートとチャックベースとの間に介装するエアバッグと、チャックプレートとチャックベースとの間に介装した間隔を微調整する複数のチャックベース用エアシリンダー手段と、チャックベースの凹陥部とガイドリングとの間に介装した間隔を微調整する複数のガイドリング用エアシリンダー手段を設けたもの（特許文献２参照）や、下面に凹陥部を有したチャックベース１と、チャックベース１の凹陥部の底部に配設したゲル状層２と、ゲル状層２に積層したチャックプレート３と、チャックプレート３に積層したバックパット４と、バックパット４に貼着する半導体ウエハＷと、半導体ウエハＷの外周に設けられたウエハホルダ５と、ウエハホルダ５とのチャックベース１の縁部との間に介装されたエアバッグ６と、エアバッグ６とエア供給源を接続させたチャックベース１に配設されたエア供給系とを備えたもの（特許文献３参照）を開示し、更には、半導体基板の研磨装置１００は、第１の主表面１ａとその第１の主表面１ａと反対側に位置する第２の主表面１ｂとを有する半導体基板としてのウエハ１を保持して、ウエハ１の第１の主表面１ａを研磨パッド３１に接触させて研磨する。半導体基板の研磨装置１００は、ベース体３０と、ベース体３０と第２の主表面１ｂとの間に流体としてのガスを送り込む供給部としてのエアフロート用エア導入ライン８と、ベース体３０と第２の主表面１ｂとの間に送り込まれる流体を加熱する第１の加熱部９とを備えるもの（特許文献参照）が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２１２７５５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１９９０３号公報
【特許文献３】特開２００２−２１７１４５号公報
【特許文献４】特開２００３−２７５９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
然し乍ら、特許文献１のものは、半導体ウエハをヘッドに装着時は負圧にしパッキングパットに当接させてヘッドプレート側に吸着させると共に、研磨時には加圧しパッキングパットから半導体ウエハを離間させるものであるが、研磨時の半導体ウエハが安定せず、特許文献２のものは、チャックプレートとチャックベースとの間に介装するエアバッグを備えるものであるが、チャックプレートの上下方向の微動は可能であるが、研磨時の半導体ウエハの僅かな傾斜には追従できないもので、特許文献３のものは、チャックベース１の凹陥部に配設したゲル状層２と、ウエハホルダ５のチャックベース１の縁部との間に介装されたエアバッグ６とを備えたもので、半導体ウエハはゲル状層２で加圧しており、エアバッグ６はウエハホルダ５のみを加圧しているものであり、また、特許文献４のものは、ベース体３０と第２の主表面１ｂとの間に流体としてのガスを送り込む供給部としてのエアフロート用エア導入ライン８と、エアバッグ４とを備えるものであるが、研磨時の半導体ウエハの僅かな傾斜には追従できないものであり、夫々課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記課題に鑑み、鋭意研鑽の結果、これらの課題を解決するもので、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられた内腔を有するスピンドル軸と、スピンドル軸の下端辺を挿通させる円筒状上部を立設させ鍔部を一体に備えたヘッド保持部材と、ヘッド保持部材の下面に形成した環状段部に開口縁部を当接してスピンドル軸の下端とヘッド保持部材を接続部材固定用ボルトで固定する接続部材と、ヘッド保持部材の下面にヘッド基体固定用ボルトにより固定した下方が開口し且つスピンドル軸の内腔とヘッド加圧用エア系で連繋させたヘッド加圧エア室を形成すると共に外周に係合用鍔部を膨出させたヘッド基体と、ヘッド基体の下面に突設させた回転駆動用ピンと、回転駆動用ピンを微遊動可能に挿通させる回転駆動用ピン挿通孔を穿設したヘッド駆動プレートと、ヘッド駆動プレートの下面に固定させたヘッド本体と、ヘッド本体の下面内側に内装固定したバックプレートと、バックプレートの下面にスピンドル軸の内腔とウェーハ加圧用エア系で連繋させたウェーハ加圧エア室を設けて張設した可撓性膜と、ヘッド本体の上面の外周辺に内側下辺をヘッド基体の係合用鍔部の上に係合させて固定した開口を内側とした断面略コ字状の調芯用リングと、調芯用リングの開口とヘッド基体の外周との間に挿入した調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球と、を備え、調芯用リングの内側とヘッド基体の外周との間は間隙を設けたものである。
【発明の効果】
【０００６】
前述の如く構成した本発明のゴム調芯式研磨ヘッドは、ヘッド本体の上面の外周辺に断面略コ字状の開口を内側とした調芯用リングを固定し、調芯用リングの内側下辺をヘッド基体の係合用鍔部の上に係合させると共に調芯用リングの開口とヘッド基体の外周との間に調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球を挿入すると共に、調芯用リングの内側とヘッド基体の外周との間は間隙を設けたことにより、ヘッド本体の調芯が容易で、ヘッド基体の下面に突設させた複数の回転駆動用ピンを駆動プレートの複数の回転駆動用ピン挿通孔に微遊動可能に挿通させるため、ヘッド本体が微動してウェーハの研磨時の僅かな傾斜に対応でき、更には、ヘッド駆動時の衝撃が緩和され部品の壊れが無くなり、夫々の部品は固定ボルトにより固定されており、組立分解が容易にできるもので、画期的で実用性の高い有効な発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のゴム調芯式研磨ヘッドの実施の形態を図面によって、具体的に説明すると、図１は本発明のゴム調芯式研磨ヘッドの実施例の研削装置の概要説明図である。
【０００８】
本発明はゴム調芯式研磨ヘッドに関するものであり、更に、詳細には、半導体ウェーハを水張り又は粘着層により可撓性膜の下面に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するＣＭＰ研磨装置において、スピンドル軸側のヘッド基体と半導体ウェーハ側のヘッド本体とを微動可能に且つ正確に調芯できるゴム調芯式研磨ヘッドに関するものであり、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられた内腔１ａを有するスピンドル軸１と、該スピンドル軸１の下端辺を挿通させる円筒状上部２ａを立設させフランジ状の鍔部２ｂを一体に備えたヘッド保持部材２と、該ヘッド保持部材２の下面に形成した環状段部２ｃに開口縁部３ａを当接して前記スピンドル軸１の下端と前記ヘッド保持部材２を複数のヘッド基体固定用ボルトで固定する略皿状の接続部材３と、前記ヘッド保持部材２の下面に複数のヘッド基体固定用ボルト４ａにより固定した下方が開口し且つ前記スピンドル軸１の内腔１ａとヘッド加圧用エア系４ｂａで連繋させたヘッド加圧エア室４ｂを形成すると共に外周に係合用鍔部４ｃを膨出させた略カップ状のヘッド基体４と、該ヘッド基体４の下面に突設させた複数の回転駆動用ピン５と、該複数の回転駆動用ピン５を微遊動可能に挿通させる複数の回転駆動用ピン挿通孔６ａを穿設したヘッド駆動プレート６と、該ヘッド駆動プレート６の下面に固定させた略皿状のヘッド本体７と、該ヘッド本体７の下面内側に内装固定したバックプレート８と、該バックプレート８の下面に前記スピンドル軸１の内腔１ａとウェーハ加圧用エア系９ａａで連繋させたウェーハ加圧エア室９ａを設けて張設した可撓性膜９と、前記ヘッド本体７の上面の外周辺に内側下辺を前記ヘッド基体４の前記係合用鍔部４ｃの上に係合させて固定した開口を内側とした断面略コ字状の調芯用リング１０と、該調芯用リング１０の開口と前記ヘッド基体４の外周との間に挿入した調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球１１と、を備え、前記調芯用リング１０の内側と前記ヘッド基体４の外周との間には間隙Ｈを設けたことを特徴とするものである。
【実施例】
【０００９】
即ち、本発明のゴム調芯式研磨ヘッドのスピンドル軸１は内腔１ａを有し、ＣＭＰ研磨装置の図示しないコラムから垂設されるもので、図示しないモーターの駆動源と機械的に接続され動力を得て、昇降且つ回転自在に設けられているものであり、前記内腔１ａには後述するヘッド加圧エア室４ｂとウェーハ加圧エア室９ａとにエアを供給するヘッド加圧用エア系４ｂａとウェーハ加圧用エア系９ａａとが配設されているものである。
【００１０】
そして、ヘッド保持部材２は、立設させた円筒状上部２ａと一体に備えたフランジ状の鍔部２ｂとから成り、円筒状上部２ａはスピンドル軸１の下端辺を挿通させて後述する接続部材３で固定するもので、略皿状の接続部材３の開口縁部３ａを固定時に嵌入させる環状段部２ｃを鍔部２ｂの中心穴の周辺下面に形成しているものである。
【００１１】
次に、接続部材３は、略皿状のもので、ヘッド保持部材２の下面に形成した環状段部２ｃに開口を上方にして開口縁部３ａを当接して、接続部材３に穿設させた複数の接続部材固定ボルト用貫通孔に夫々接続部材固定用ボルト３ｂを貫通させ、スピンドル軸１の下端に螺設した複数の接続部材固定用螺子孔に螺着させることにより、接続部材３をヘッド保持部材２と共に固定するものである。
【００１２】
次いで、ヘッド基体４は、下方が開口した略カップ状のもので、中心に貫通穴を形成し、該貫通穴の周辺上面には前記ヘッド保持部材２の鍔部２ｂの下面を挿入させる環状凹部を形成し、前記ヘッド保持部材２の鍔部２ｂに穿設した複数のヘッド基体固定用ボルト孔にヘッド基体固定用ボルト４ａを挿通させてヘッド基体４を固定すると共に、略カップ状の下端の胴周には係合用鍔部４ｃを膨出しているもので、内部のスペースはヘッド加圧エア室４ｂと成るもので、ヘッド加圧エア室４ｂはスピンドル軸１の内腔１ａと接続部材３を貫通させたヘッド加圧用エア系４ｂａで連繋させているものである。
【００１３】
更に、回転駆動用ピン５は、前記ヘッド基体４の下面に２〜４本突設させているもので、後述するヘッド駆動プレート６に形成した複数の回転駆動用ピン挿通孔６ａに微遊動可能に挿通させるものである。
【００１４】
更には、ヘッド駆動プレート６は、略円板状のもので、上面には前記複数の回転駆動用ピン５を微遊動可能に挿通させる複数の回転駆動用ピン挿通孔６ａを穿設した短円筒部を突設しており、外周縁部には上方に前記ヘッド基体４の係合用鍔部４ｃを内装するように環状壁部を立設しており、ヘッド駆動プレート６の上方とヘッド基体４の下方とで囲まれたスペースが前記ヘッド加圧エア室４ｂと成るものである。
【００１５】
また、ヘッド本体７は、上方にヘッド駆動プレート６を積合し複数のヘッド本体固定用ボルト７ａで固定しているもので、下面には後述するバックプレート８を内装する凹陥部を形成しているものである。
【００１６】
次いで、バックプレート８は、ヘッド本体７の下面の凹陥部に挿入して積層し複数のバックプレート固定用ボルト８ａで固定しているもので、下面には緩い球面状の凹部が形成されており、後述する可撓性膜９との間にウェーハ加圧エア室９ａを形成するもので、ウェーハ加圧エア室９ａはスピンドル軸１の内腔１ａと接続部材３とヘッド駆動プレート６とを貫通させたウェーハ加圧用エア系９ａａで連繋させているものである。
【００１７】
次に、可撓性膜９は、バックプレート８の下面との間にウェーハ加圧エア室９ａを設けてヘッド本体７の下面に張設すると共に、下面には後述する研磨するウェーハＷと、ウェーハＷの外周にはウェーハＷの厚みより若干薄い環状のリテナーＲとを水張りや粘着層を介して貼設するものである。
【００１８】
更には、調芯用リング１０は、内側を開口させた断面略コ字状の環状のもので、内側下辺の若干巾をヘッド基体４の下端の胴周に膨出させた係合用鍔部４ｃの若干巾とヘッド駆動プレート６の外周縁部に立設させた環状壁部の上とに係合させると共に、調芯用リング１０の開口から後述する調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球１１を挿入して、ヘッド本体７の上面の外周辺に調芯用リング固定用ボルト１０ａで固定しているものである。
【００１９】
更に、調芯用ゴムリング１１は、断面円形の弾性を有するゴムリングであり、調芯用リング１０の断面略コ字状の内側に開口から内側に突出させて、ヘッド基体４の外周に当接させ挿入しているものである。
【００２０】
また、調芯用ゴムリング１１に代えて直径が同じ弾性を有する多数の調芯用ゴム球１１を並設し挿入しても構わないものである。
【００２１】
そして、調芯用リング１０の内側とヘッド基体４の外周とは微遊動可能にする間隙Ｈを設けているものである。
【００２２】
つまり、スピンドル軸側は、スピンドル軸１とヘッド保持部材２と接続部材３とヘッド基体４と回転駆動用ピン５とは夫々の固定用ボルトにより一体的に固定されており、一方、ヘッド本体側は、ヘッド駆動プレート６とヘッド本体７とバックプレート８と可撓性膜９と調芯用リング１０とは夫々の固定ボルトや貼着することで一体的に固定されているものである。
【００２３】
そして、スピンドル軸側とヘッド本体側との接続は、ヘッド基体４の外周に膨出させた係合用鍔部４ｃの外周辺の上に、調芯用リング１０の内周下端辺とを係合させると共に、断面略コ字状の調芯用リング１０に調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球１１をヘッド基体４の外周に当接して挿入しているものである。
【００２４】
更に、調芯用リング１０の内側とヘッド基体４の外周との間には間隙Ｈを設けたことにより、スピンドル軸側に対してヘッド本体側は微遊動を自在としているものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のゴム調芯式研磨ヘッドは、ヘッド本体の上面の外周辺に断面略コ字状の開口を内側とした調芯用リングを固定し、調芯用リングの内側下辺をヘッド基体の係合用鍔部の上に係合させると共に調芯用リングの開口とヘッド基体の外周との間に調芯用ゴムリング又は多数の調芯用ゴム球を挿入すると共に、調芯用リングの内側とヘッド基体の外周との間は間隙を設けたことにより、ヘッド本体の調芯が容易で、ヘッド基体の下面に突設させた複数の回転駆動用ピンを駆動プレートの複数の回転駆動用ピン挿通孔に微遊動可能に挿通させるため、ヘッド本体が微動してウェーハの研磨時の僅かな傾斜に対応でき、更には、ヘッド駆動時の衝撃が緩和され部品の壊れが無くなり、夫々の部品は固定ボルトにより固定されており、組立分解が容易にできるゴム調芯式研磨ヘッドの提供である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明のゴム調芯式研磨ヘッドの実施例の研削装置の概要説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｗ      ウェーハ
Ｒ      リテナー
Ｈ      間隙
１      スピンドル軸
１ａ    内腔
２      ヘッド保持部材
２ａ    円筒状上部
２ｂ    鍔部
２ｃ    環状段部
３      接続部材
３ａ    開口縁部
３ｂ    接続部材固定用ボルト
４      ヘッド基体
４ａ    ヘッド基体固定用ボルト
４ｂ    ヘッド加圧エア室
４ｂａ  ヘッド加圧用エア系
４ｃ    係合用鍔部
５      回転駆動用ピン
６      ヘッド駆動プレート
６ａ    回転駆動用ピン挿通孔
７      ヘッド本体
７ａ    ヘッド本体固定用ボルト
８      バックプレート
８ａ    バックプレート固定用ボルト
９      可撓性膜
９ａ    ウェーハ加圧エア室
９ａａ  ウェーハ加圧用エア系
１０    調芯用リング
１０ａ  調芯用リング固定用ボルト
１１    調芯用ゴムリング又は調芯用ゴム球
【図１】
2011124303.tif 000003