(57)【要約】【課題】  ワークのエッジ部を保持するとともにワークの周辺の研磨布を押圧するリテーナリングにおいて、低コストで表面平坦性を高く維持してワークを研磨することができるリテーナリング等を提供することを目的とする。【解決手段】  ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドの、前記ワークを保持する領域の周囲に配設され、前記ワークのエッジ部を保持するとともに前記研磨布を押圧するリテーナリングであって、前記ワークのエッジ部を包囲するように配置される靱性樹脂製の樹脂リングと、該樹脂リングの外側に配置されるセラミックリングとからなり、前記樹脂リングと前記セラミックリングとは、いずれか一方に凹部を有し、他方に凸部を有するものであり、該凹部と凸部とで嵌合されて固定されたものであるリテーナリング。【選択図】  図１
2008093810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドの、前記ワークを保持する領域の周囲に配設され、前記ワークのエッジ部を保持するとともに前記研磨布を押圧するリテーナリングであって、
前記ワークのエッジ部を包囲するように配置される靱性樹脂製の樹脂リングと、該樹脂リングの外側に配置されるセラミックリングとからなり、前記樹脂リングと前記セラミックリングとは、いずれか一方に凹部を有し、他方に凸部を有するものであり、該凹部と凸部とで嵌合されて固定されたものであることを特徴とするリテーナリング。
【請求項２】
前記靱性樹脂は、ＰＥＥＫであることを特徴とする請求項１に記載のリテーナリング。
【請求項３】
ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドであって、少なくとも、前期ワークの裏面を保持するキャリアと、前記ワークを保持する領域の周囲に請求項１または請求項２に記載のリテーナリングを具備するものであることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項４】
ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、請求項３に記載の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面を研磨する際に用いられるリテーナリング、及びそれを備えた研磨ヘッド、並びにそれを備えた研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエーハ等のワークの表面を研磨する装置として、ワークを片面ずつ研磨する片面研磨装置と、両面同時に研磨する両面研磨装置とがある。
一般的な片面研磨装置は、例えば図６に示したように、研磨布９４が貼り付けられた定盤９３と、研磨剤供給機構９６と、研磨ヘッド９２等から構成されている。このような研磨装置９１では、研磨ヘッド９２でワークＷを保持し、研磨剤供給機構９６から研磨布９４上に研磨剤９５を供給するとともに、定盤９３と研磨ヘッド９２をそれぞれ回転させてワークＷの表面を研磨布９４に摺接させることにより研磨を行う。
【０００３】
研磨中のワークＷには、定盤９３とともに回転する研磨布９４との摩擦力により、研磨ヘッド９２の径方向外側に向かって大きな力が作用している。そのため、例えば、図７（ａ）に示したように、研磨ヘッド９２のワークを保持する部材であるキャリア８２の下方に、ワーク保持領域を包囲するようにリテーナリング８１を設け、このリテーナリング８１でワークＷのエッジ部を保持することで、ワークＷが研磨ヘッド下面部から外れることを防止する。
なお、ワークＷをキャリア８２により確実に保持するために、キャリア８２の下面部にバッキングパッド８３を貼設することもある。
【０００４】
また、リテーナリング８１は、ワークＷの周辺において研磨布９４を押圧することで、ワークＷ自体による研磨布９４の圧縮変形を防止し、それによりワークＷの外周ダレ等を防止するという機能を有する。
【０００５】
従来、このリテーナリング８１は、ワークＷのエッジ部を保持する際にワークＷのエッジ部を傷つけないように、ワークより軟質の合成樹脂（以下、単に樹脂と言う）等の材質で作製されていた。
【０００６】
しかし、このようにリテーナリング８１が樹脂等の材質で作製されていると、研磨布９４に押圧される下面が研磨布９４との摩擦により摩耗してしまう。そのため、ワークＷを押圧する押圧力を維持しにくくなるなどの問題があった。
また、リテーナリング８１が樹脂等の材質で作製されていると、図７（ｂ）に示したように、研磨時のワークＷとリテーナリング８１の接触により、リテーナリング内壁が摩耗し、ワークＷのエッジ部の形状と概ね対応するような形状の溝が形成されてしまう。このように摩耗したリテーナリング８１の内壁の溝にワークＷがひっかかるなどして、ワークＷの研磨圧力が面内において均一に維持できず、外周ダレ等の表面平坦性不良の原因となることがあった。
これらの理由のため、適当な頻度でリテーナリング８１を交換する必要があり、コスト高につながるという問題があった。
【０００７】
リテーナリングの下面の摩耗を抑制するという観点について、特許文献１には、リテーナリングのワークを保持する側をポリカーボネート樹脂等の耐摩耗性の低い部材とし、該耐摩耗性の低い部材の外側を耐摩耗性の高い部材とすることにより、リテーナリングの寿命を長くできることが開示されている。
また、特許文献２にも、セラミックリングを樹脂材料で覆い、ワークを保持する側を樹脂材料とするリテーナリングの態様が開示されている。
【０００８】
しかし、このような複合材料のリテーナリングとしても、ワークを保持する内側の部材の内壁は従来と同様に摩耗するので、依然として適当な頻度で交換する必要があった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３４２８３０号公報
【特許文献２】特開２００２−３５５７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、ワークのエッジ部を保持するとともにワークの周辺の研磨布を押圧するリテーナリングにおいて、低コストで表面平坦性を高く維持してワークを研磨することができるリテーナリングを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドの、前記ワークを保持する領域の周囲に配設され、前記ワークのエッジ部を保持するとともに前記研磨布を押圧するリテーナリングであって、前記ワークのエッジ部を包囲するように配置される靱性樹脂製の樹脂リングと、該樹脂リングの外側に配置されるセラミックリングとからなり、前記樹脂リングと前記セラミックリングとは、いずれか一方に凹部を有し、他方に凸部を有するものであり、該凹部と凸部とで嵌合されて固定されたものであることを特徴とするリテーナリングが提供される（請求項１）。
【００１２】
このように、研磨ヘッドに具備されるリテーナリングであって、内側でワークと相対する側を靱性を有する樹脂製の樹脂リングとし、該樹脂リングの外側をセラミックリングとし、樹脂リングと前記セラミックリングとは、いずれか一方に凹部を有し、他方に凸部を有するものであり、樹脂リングと前記セラミックリングとを該凹部と凸部とで嵌合されて固定したリテーナリングであれば、ワークのエッジ部における傷を防止しつつワークの表面平坦性を高く維持して研磨することができ、研磨布との摩擦に対して耐性のあるリテーナリングとすることができるとともに、樹脂リングの内壁がワークとの接触で摩耗しても、樹脂リングだけを容易に交換することができるので、長期にわたって低コストで運用することができる。
【００１３】
この場合、前記靱性樹脂は、ＰＥＥＫであることが好ましい（請求項２）。
このように、樹脂リングの材質の靱性樹脂をＰＥＥＫとすれば、十分な靱性があり、セラミックリングと嵌合させる際に破損しにくい。また、ワークとの接触による摩耗が非常に少ないので、樹脂リングの交換頻度を低減することができる。
【００１４】
さらに、本発明では、ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドであって、少なくとも、前期ワークの裏面を保持するキャリアと、前記ワークを保持する領域の周囲に前記本発明に係るリテーナリングを具備するものであることを特徴とする研磨ヘッドが提供される（請求項３）。
【００１５】
さらに、本発明では、ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、前記本発明に係る研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置が提供される（請求項４）。
【００１６】
このように、本発明に係るリテーナリングを備えた研磨ヘッド、及び、該研磨ヘッドを備えた研磨装置を用いて、ワークの研磨を行えば、低コストでワークの表面平坦性を高く維持して研磨することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るリテーナリングであれば、ワークのエッジ部のダメージを抑制しつつ、下面の摩耗が抑制された長寿命のリテーナリングとすることができる。また、樹脂リングとセラミックリングとは嵌合方式で固定されるので樹脂リングの交換を容易にすることができる。その結果、表面平坦性を高く維持したワーク研磨を低コストで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
前述のように、リテーナリングが樹脂等の材質で作製されていると、研磨布との摩擦により摩耗してしまい、ワークＷを押圧する押圧力を維持しにくくなるなどの問題があった。また、リテーナリングの内壁とワークとの接触により、リテーナリング内壁が摩耗し、特には、ワークＷのエッジ部の形状と概ね対応するような溝形状が形成されてしまうというような問題があった。そして、このような状況下でワークを研磨すると、外周ダレ等が発生するなどワークの研磨形状に悪影響を与えるという問題があった。
これらの問題を解決するため、本発明者らは、鋭意実験及び検討を行った。
【００１９】
その中で、本発明者らは、図７に示したような従来の樹脂製のリテーナリング８１であると、研磨布９４に摺接される下面の摩耗速度よりも、ワークＷと接触する内壁の摩耗速度の方が速い傾向があることを見出した。また、リテーナリング下面の摩耗による押圧力の維持は、ワークの押圧と、リテーナリングの押圧とを独立して行うような研磨ヘッドとすることなどによっても解決できるが、リテーナリング内壁の摩耗の対策は、有効な手段がないことを見出した。すなわち、リテーナリングを交換すべき頻度について、下面の摩耗状況よりも、内壁の摩耗状況による影響の方が大きい場合が多々あることを見出した。従って、特許文献１や特許文献２のように、複合材料からなるリテーナリングとしても、ワークを保持する内側の部材は従来通り摩耗するので、適当な頻度で交換する必要があることに変わりはなく、従来の複合材料によるリテーナリングであると、交換作業が複雑であり、コスト高になる等の問題があることを見出した。
そこで、本発明者らは、リテーナリングを構成する複合材料の交換を、より簡便に行えるようにして生産性を向上させるとともに低コストで運用できる方策を鋭意検討した。
【００２０】
そして、本発明者らは、樹脂リングとセラミックリングとからなるリテーナリングを、樹脂リングとセラミックリングを互いに嵌合するような形状とすれば、接着剤等を使わなくても両者を固定することができ、また、嵌合させる際の破損等を防止するには、十分に靱性を有する樹脂を採用すればよいことに想到し、本発明を完成させた。
【００２１】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係るリテーナリング及び研磨ヘッド並びに研磨装置について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係るリテーナリングの一例を示している。このリテーナリング１１は、十分に靱性を有する樹脂（以下、このような樹脂を靱性樹脂と言う）からなる樹脂リング１２と、樹脂リング１２の外側に配置されるセラミックリング１３とからなる。また、図２（ａ）に示したように、樹脂リング１２は凸部２２を有し、セラミックリング１３は凹部２３を有する。そして、図２（ｂ）に示したように樹脂リングの凸部２２とセラミックリングの凹部２３とが嵌合され固定される。
【００２２】
また、図３（ａ）に示したように、樹脂リング１２が凹部２４を有し、セラミックリング１３が凸部２５を有するものとし、図３（ｂ）に示したように両者を嵌合させてもよい。
樹脂リング１２とセラミックリング１３とのどちらの部材について凹部を有し、また、凸部を有するものとするか、すなわち、図２と図３のどちらの態様にするかは、機械的強度や加工のしやすさ等を考慮して適宜決定すればよい。
以下、樹脂リング１２とセラミックリング１３との、一方の凹部と他方の凸部とを「嵌合部」と総称することがある。
【００２３】
このように樹脂リング１２を靱性樹脂製とすれば、靱性樹脂は、十分に靱性を有する樹脂であるので、樹脂リング１２とセラミックリング１３とのそれぞれの嵌合部で嵌合しても、嵌合部を破損しにくい。一方、樹脂リングを、靱性に乏しい樹脂からなるものとすると、樹脂リングとセラミックリングとの嵌合の際に樹脂リングの嵌合部を破損しやすいので好ましくない。
【００２４】
なお、樹脂リング１２とセラミックリング１３とは、それぞれの嵌合部で十分な強度で固定され、ワークの研磨中に容易に外れることがないように嵌合するようにしたものであればよく、それぞれの嵌合部の形状が完全に一致するようにすることは必ずしも必須ではない。
【００２５】
また、後述する樹脂リング１２の交換作業を簡便にするために、樹脂リング１２とセラミックリング１３とは、接着剤等を用いず固定されることが好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、接着剤等を補助的に用いて、固定強度を高めることもできる。
【００２６】
また、部材の強度や交換の容易さ等の理由から、樹脂リング１２とセラミックリング１３それぞれにつき嵌合部の数は１つであることが望ましく、また、１つであれば十分である。ただし、２つ以上の凹凸で嵌合されることも可能であり、本発明はこの場合を排除するものではない。
【００２７】
また、図１では、樹脂リング１２とセラミックリング１３とをそれぞれ環状の部材として表しているが、これに限定される必要はなく、複数の部材を組み合わせて全体として環状の部材となるようにしてもよい。また、樹脂リング１２とセラミックリング１３とを嵌合させて固定させる際には、このように複数の部材を組み合わせる態様とすることが都合がよい。
【００２８】
図４は、上記リテーナリング１１を備えた研磨ヘッド４１の概略を示している。この研磨ヘッド４１は、ワークＷを保持するキャリア４２と、キャリア４２のワークＷを保持する領域の周囲に本発明に係るリテーナリング１１と、図示しないキャリア回転手段とキャリア上下動手段等が備えられる。その他、キャリア４２のワーク保持面には、ワークＷをキャリア４２に保持するバッキングパッド４３が備えられていても良い。
【００２９】
このように構成された研磨ヘッド４１を用いて、キャリア上下動手段によりキャリア４２が定盤６３上に貼り付けられた研磨布６４の方向に押圧され、ワークＷを研磨布６４に摺接してワーク表面を研磨する。
【００３０】
なお、キャリア４２としては、標準的な円盤状のセラミックプレート等の他、種々の公知のものを用いることができる。また、リテーナリング１１の研磨ヘッド４１への取り付けの態様も特に限定されるものではない。また、リテーナリング１１は必ずしもキャリア４２に直接固定されるものでなくてもよく、ワークＷのエッジ部を保持し、ワークＷの周囲において研磨布６４を押圧できる形態とすればよい。
【００３１】
樹脂リング１２とセラミックリング１３それぞれの部材の横方向の厚さは特に限定されるものではなく、強度等を考慮した上で適宜都合の良い厚さを選ぶことができる。
一方、樹脂リング１２とセラミックリング１３それぞれの部材の縦方向の厚さは、ワークＷの厚さや、所望の研磨代等を考慮して適宜決定される。
【００３２】
樹脂リング１２の材質となる靱性樹脂は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、ポリアミド樹脂等とすれば、樹脂リング１２とセラミックリング１３とを勘合させる際に破損しにくいものとすることができる。ただし、後述のように、ワークＷを保持する部分である内壁の耐摩耗性の観点から、ＰＥＥＫを採用することが好ましい。
セラミックリング１３の材質としては、研磨布に対して耐摩耗性が高いものが望ましく、アルミナ、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ジルコニア等を好適に使用することができる。その他、ワークＷがシリコンウエーハであるような場合は金属汚染が少ない材料とすることなどを考慮する。
【００３３】
上記のように研磨ヘッド４１が構成されていれば、セラミックリング１３の耐摩耗性により、リテーナリング１１の下面の摩耗速度を極めて小さくできるとともに、ワークＷを樹脂リング１２の内壁で保持するので、ワークのエッジ部に傷が発生することを防止できる。また、樹脂リング１２が摩耗してもリテーナリング１１全体ではなく、樹脂リング１２を交換すればよいだけであり、樹脂リング１２とセラミックリング１３とは互いの嵌合部で固定される嵌合方式なので樹脂リング１２の交換も簡便である。
その結果、長期にわたり低コストで生産性よくワークの研磨を行うことができる研磨ヘッドとなる。
【００３４】
図５は、上記研磨ヘッド４１を備えた研磨装置６１の概略を示している。この研磨装置６１は、本発明に係るリテーナリング１１を具備した研磨ヘッド４１のほか、定盤６３上に貼り付けられた研磨布６４と、研磨布６４上に研磨剤６５を供給するための研磨剤供給機構６６を具備している。
【００３５】
この研磨装置６１を用いてワークＷを研磨するには、まず、キャリア４２にワークＷを保持する。また、バッキングパッド４３がキャリア４２に貼設されている場合には、水を含ませたバッキングパッド４３にワークＷを貼りつけてワークＷの裏面をキャリア４２に保持してもよい。また、ワークＷのエッジ部がリテーナリング１１によって保持される。ワークＷのエッジ部には樹脂リング１２の内壁が相対する。
【００３６】
そして、研磨剤供給機構６６から研磨布６４上に研磨剤６５を供給するとともに、研磨ヘッド４１と定盤６３をそれぞれ所定の方向に回転させながらワークＷを研磨布６４に摺接させる。キャリア４２に保持されたワークＷを、定盤６３上の研磨布６４に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けてワークＷの表面を研磨することができる。
【００３７】
このような研磨ヘッド４１を備えた研磨装置６１を用いてワークＷの研磨を行えば、長期にわたり低コストで生産性よくワークの研磨を行うことができる研磨装置となる。
【００３８】
本発明者らは、樹脂リング１２の材質として好適な靱性樹脂を選び出すために、以下のような実験を行った。
（実験）
図１に示したようなリテーナリング１１を以下のようにして作製した。
まず、内径が３０２ｍｍであり、図２のように凸部２２を有する樹脂リング１２を、靱性樹脂の材料をＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂としてそれぞれ１つずつ作製した。このような樹脂リング１２を、凹部２３を有するアルミナ製のセラミックリング１３と組み合わせてリテーナリング１１を組み立てた。
【００３９】
上記のようなリテーナリング１１が具備された研磨ヘッド４１を備えた研磨装置６１を用いて、以下のように、ワークＷとして直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン単結晶ウエーハの研磨を行った。なお、使用したシリコン単結晶ウエーハは、その両面に予め１次研磨を施し、エッジ部にも研磨を施したものである。また、定盤６３には直径が８００ｍｍであるものを使用し、研磨布６４には通常用いられるものを使用した。
【００４０】
研磨剤としてコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を使用し、研磨ヘッド４１と定盤６３はそれぞれ４８ｒｐｍ、４４ｒｐｍで回転させた。ワークＷの研磨荷重（押圧力）と、リテーナリング１１の研磨布６４方向への押圧力をともに３０ｋＰａとなるようにし、研磨を行った。
そして、樹脂リング１２の内壁の摩耗量が０．１ｍｍに達するまでの時間を測定した。
【００４１】
その結果、ＰＥＥＫが２１２時間、ＰＴＦＥが１．５時間、ポリアミド樹脂が９．８時間であった。また、研磨後のウエーハエッジ部を顕微鏡観察した結果、いずれのウエーハのエッジ部にも傷は見当たらなかった。
【００４２】
以上の結果より、樹脂リング１２の材質としてはＰＥＥＫが好適であることがわかった。すなわち、樹脂リング１２の材質としてＰＥＥＫを採用すれば、十分な靱性を有するので、本発明のリテーナリング１１を好適に作製することができ、また、耐摩耗性も高いので、ワークＷとの接触による摩耗速度も小さくすることができ、樹脂リング１２の交換の頻度も少なくすることができる。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４４】
例えば、本発明に係る研磨ヘッドの構成は図４に示した態様に限定されず、例えば、キャリアの形状等は適宜設計すればよい。
また、研磨装置の構成も図５に示したものに限定されず、例えば、本発明に係る研磨ヘッドを複数備えた研磨装置とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るリテーナリングを示す概略図であり、（ａ）は概略上面図であり、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】本発明に係るリテーナリングの構成を示す説明図であり、（ａ）は樹脂リングとセラミックリングが分離している状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は樹脂リングとセラミックリングが結合している状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係るリテーナリングの構成を示す説明図であり、（ａ）は樹脂リングとセラミックリングが分離している状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は樹脂リングとセラミックリングが結合している状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係るリテーナリングを備えた研磨ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る研磨ヘッドを備えた研磨装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】片面研磨装置の一例を示す概略構成図である。
【図７】従来のリテーナリングのワーク研磨中の様子を示す説明図であり、（ａ）は研磨ヘッド全体を示す概略断面図であり、（ｂ）はリテーナリングの内壁が摩耗した状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１…リテーナリング、  １２…樹脂リング、  １３…セラミックリング、
２２…凸部、  ２３…凹部、  ２４…凹部、  ２５…凸部、
４１…研磨ヘッド、  ４２…キャリア、  ４３…バッキングパッド、
６１…研磨装置、
６３…定盤、  ６４…研磨布、
６５…研磨剤、  ６６…研磨剤供給機構、
Ｗ…ワーク。
【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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