(57)【要約】【課題】消耗品コスト及び環境負荷が小さく、信頼性が高く、且つ新たなリテーナリングをトップリングハウジングに取付けた後、ダミー研磨を行う時間が短くて済む研磨装置及びリテーナリングを提供する。【解決手段】ターンテーブル２０の研磨面２１にトップリング１の基板保持面で保持する被研磨基板Ｗｆを押し付け、該研磨面２１と被研磨基板Ｗｆの相対運動により、該被研磨基板Ｗｆを研磨する研磨装置において、トップリング１の基板保持面に保持された被研磨基板Ｗｆの外周を保持するリテーナリング３を、樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２を有し、両者をボルト３３で締結して上下方向に２層構成とした。【選択図】図１
2005034959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルの研磨面にトップリングの基板保持面で保持する被研磨基板を押し付け、該研磨面と被研磨基板の相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装置において、
前記トップリングの基板保持面に保持された前記基板の外周を保持するリテーナリングを、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を有し、両者を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成としたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記リテーナリングの樹脂リング部は前記テーブルの研磨面側に位置し、削れ性を有し、その削れ粒が砥粒として作用することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の研磨装置において、
前記樹脂リング部と前記金属又はセラミックリング部は嵌め合い部を持つことを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨装置において、
前記リテーナリングは、樹脂リング部の交換のみで再生できる構成となっていることを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の研磨装置において、
前記着脱可能な締結手段はボルトであることを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
テーブルの研磨面にトップリングの基板保持面で保持する被研磨基板を押し付け、該研磨面と被研磨基板の相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装置の前記トップリングの基板保持面に保持された前記基板の外周を保持するリテーナリングであって、
前記リテーナリングは、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を有し、両者を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成とし、該樹脂リング部を平面度出し研磨したことを特徴とするリテーナリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を平坦且つ鏡面に研磨する研磨装置に関し、特にトップリングの基板保持面に保持された被研磨基板の外周面を保持するリテーナリングに特徴を有する研磨装置及びリテーナリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターンテーブル、トップリングを具備し、回転する該トップリングの基板保持面で保持する被研磨基板を、回転するターンテーブルの研磨面に押し付け、該研磨面と被研磨基板の相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装置において、トップリングに取付けられ、被研磨基板の外周を保持するリテーナリングは、被研磨基板の保持機能のほかに、回転テーブルの研磨面を構成する研磨パッドを均一に圧縮する機能も求められている。
【０００３】
研磨性能向上のため、被研磨基板を押圧する部分は複雑化の傾向にある。複雑な基板押圧機能を搭載するため、トップリングハウジングにリテーナリングを取付ける部分が周方向に基板の外径より離れてしまい、構造力学的にオーバーハングしている。このオーバーハングで発生する曲げモーメントにより、リテーナリングが撓み、リテーナリングの研磨面に対する面圧が不均一になる。リテーナリングの研磨時間の経過で偏削れを起こすと研磨プロファイルが変化するため、研磨安定性に悪影響を及ぼす。この偏削れを防ぐため、ステンレス（若しくはチタン、セラミック）リング部と樹脂リング部を接着剤で接着し、２層構造とするリテーナリングがあった。
【０００４】
上記２層構造のリテーナリングは、樹脂リング部の摩耗によりリテーナリングごと捨てるので消耗品コスト及び環境負荷が大きいという問題がある。また、接着剤の経年変化や接着力不足による剥れも起き、信頼性が低いという問題もある。そのため従来のリテーナリングは樹脂の一体物であった。
【０００５】
また、樹脂一体物のリテーナリングは、トップリングハウジングに取付けるボルトの締結力により変形してしまうため、トップリングハウジングに新たなリテーナリングを取付けた後、ダミー研磨を行い、この変形による表面の凹凸を除去する必要があり、装置のダウンタイムを増やす一因となっている。
【特許文献１】特開２００１−１７９６０５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように従来の２層構造のリテーナリングは、消耗品コスト及び環境負荷が大きく、信頼性が低いという問題があった。また、樹脂一体物のリテーナリングは、トップリングハウジングに新たなリテーナリングを取付けた後、ダミー研磨を行い表面の凹凸を除去する必要があり、装置のダウンタイムを増やす一因となるという問題点がある。本発明は上記問題点を除去し、消耗品コスト及び環境負荷が小さく、信頼性が高く、且つ新たなリテーナリングをトップリングハウジングに取付けた後、ダミー研磨を行う時間が短くて済む研磨装置を提供することを目的とする。また、研磨装置上で必要とされたダミー研磨を別の専用装置若しくは工作機械上で行うことができるリテーナリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、テーブルの研磨面にトップリングの基板保持面で保持する被研磨基板を押し付け、該研磨面と被研磨基板の相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装置において、トップリングの基板保持面に保持された基板の外周を保持するリテーナリングを、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を有し、両者を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、リテーナリングの樹脂リング部はテーブルの研磨面側に位置し、削れ性を有し、その削れ粒が砥粒として作用することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の研磨装置において、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部は嵌め合い部を持つことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨装置において、
前記リテーナリングは、樹脂リング部の交換のみで再生できる構成となっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の研磨装置において、着脱可能な締結手段はボルトであることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、テーブルの研磨面にトップリングの基板保持面で保持する被研磨基板を押し付け、該研磨面と被研磨基板の相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装置の前記トップリングの基板保持面に保持された基板の外周を保持するリテーナリングであって、該リテーナリングは、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を有し、両者を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成とし、該樹脂リング部を平面度出し研磨したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、リテーナリングを樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成としたので、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部の締結の信頼性が高く、摩耗する樹脂リング部のみを交換すればよいから、消耗コストも低い。また、リテーナリングを樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成としたことにより、該リテーナリングをトップリングハウジングの外周部下面に着脱可能な締結手段で締め付けて取付けた場合、締め付け応力を剛性の高い金属又はセラミックリング部が受けることになり、リテーナリングの変形が抑えられ、ダミー研磨にかける時間、即ち、ダウンタイムを短くできる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、リテーナリングの樹脂リング部が削れ性を有し、その削れ粒が砥粒として作用するから、テーブルの研磨面に例えば純水を供給するのみで、砥粒はリテーナリングから供給されることになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部が嵌め合い部を持つので、リテーナリングの組立てが容易となり、且つ樹脂リング部と金属又はセラミックリング部の締結の信頼性が更に向上する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、樹脂リング部の交換のみで再生できる構成となっているので、消耗品コストを低減し、且つ環境負荷が小さい。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、着脱可能な締結手段はボルトを用いるので、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部の締結組立及び分解が容易となる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、樹脂リング部と金属又はセラミックリング部を着脱可能な締結手段で締結した上下方向に２層構成のリテーナリングとした後、該樹脂リング部を平面度出し研磨するので、従来のように研磨装置上でダミー研磨を行う必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係る研磨装置のトップリングの構成例を示す縦断面図である。図示するように、本トップリング１は、トップリングハウジング２と、該トップリングハウジング２の外周縁部下端に取り付けられたリテーナリング３とを備えている。トップリングハウジング２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。トップリングハウジング２は、円筒容器状のハウジング本体部２ａと、ハウジング本体部２ａの円筒部の内側に嵌合された環状の加圧シート支持部２ｂを備えている。トップリングハウジング２のハウジング本体部２ａの下端には、リテーナリング３がボルト８にて固定されている。
【００２０】
トップリングハウジング２のハウジング本体部２ａの中央部の上方には、トップリング駆動軸１１が配設されており、トップリングハウジング２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリングハウジング２及びトップリング駆動軸１１を互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリングハウジング２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１からトップリングハウジング２に対して互いに傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達できるようになっている。
【００２１】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング本体部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｃと、両凹部１１ａ、２ｃ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング本体部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリングハウジング２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であり、互いに接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリングハウジング２に確実に伝達する。
【００２２】
トップリングハウジング２及びトップリングハウジング２に取り付けられたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、トップリング１によって保持される半導体ウエハ等の被研磨基板Ｗｆに当接する弾性パッド４と、環状のホルダーリング５と、弾性パッド４を支持する環状のパッド支持部材９、１３と、該パッド支持部材９、１３を支持する概略円板状の支持部材６とが収容されている。弾性パッド４は、その外周部が支持部材６とパッド支持部材９、１３との間に挟み込まれており、パッド支持部材９、１３の下面を覆っている。
【００２３】
ホルダーリング５とトップリングハウジング２との間には弾性膜からなる加圧シート７（図２（ａ）参照）が張設されている。この加圧シート７は、一端をトップリングハウジング２のハウジング本体部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部と支持部材６との間に挟み込んで固定されている。トップリングハウジング２、支持部材６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によってトップリングハウジング２の内部に圧力室１４が形成されている。
【００２４】
圧力室１４にはパイプ１５の先端が開口し、該パイプ１５は図示しない切替弁やレギュレータを介して圧縮空気源に接続されている。また、支持部材６の下面にはパイプ１６、１９の先端が開口し、該パイプ１６、１９は図示しない切替弁やレギュレータを介して圧縮空気源に接続されている。また、パッド支持部材９、１３の下面にパイプ１７、１８が開口し、該パイプ１７、１８は図示しない切替弁やレギュレータを介して真空源と圧縮空気源に接続されている。
【００２５】
パイプ１８を介してパッド支持部材９、１３の下面を減圧することにより、被研磨基板Ｗｆはパッド支持部材９、１３の下面に吸着保持される。トップリング１を回転しながら、トップリングハウジング２の下面に吸着保持した被研磨基板Ｗｆを回転するターンテーブル２０の研磨面（研磨パッド上面）２１に押圧し、被研磨基板Ｗｆと研磨面２１の相対的運動により、該被研磨基板Ｗｆを研磨する。この時、パイプ１５、１６、１７、１８、１９を介して圧力室１４や、支持部材６の下面と被研磨基板Ｗｆの間に圧縮空気を送り、圧力を調整して被研磨基板Ｗｆのターンテーブル２０の研磨面２１に対する押圧力を調整する。
【００２６】
図２（ａ）はトップリング１のリテーナリング３の取付け部の構成を示す図、図２（ｂ）はリテーナリング３の面圧分布を示す図である。図示するように、リテーナリング３は樹脂リング部３１と、該樹脂リング部３１と平面形状が略同一な金属又はセラミックリング部３２を具備し、樹脂リング部３１は金属又はセラミックリング部３２の下面にボルト３３で締結されている。また、金属又はセラミックリング部３２の下面には環状の凹状溝３２ａが形成されており、樹脂リング部３１の上面には該凹状溝３２ａに嵌合する環状の凸状突起部３１ａが形成されている。即ち、樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２は嵌め合い部を持っている。これにより、樹脂リング部３１の金属又はセラミックリング部３２への組み付けが容易となるうえ両者の締結がより強固なものとなる。
【００２７】
また、リテーナリング３を金属又はセラミックリング部３２の下面に樹脂リング部３１を組み付けボルト３３で締め付けて構成することにより、該リテーナリング３を図１に示すように、トップリングハウジング２の外周部下面にボルト８で締め付け固定した際、ボルト８の締め付け応力は、樹脂リング部３１よりも剛性の大きい金属又はセラミックリング部３２が受けることになり、リテーナリング３の変形が抑えられる。そのため、リテーナリング３の表面の凹凸を無くす為のダミー研磨にかける時間（ダウンタイム）も少なくすることができる。
【００２８】
リテーナリング３の樹脂リング部３１の樹脂材としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、超耐熱性プラスチックである全芳香族ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂がある。また、金属又はセラミックリング部３２の金属としては、チタンやＳＵＳを用い、セラミックとしてはアルミナ等を用い樹脂リング部３１からの熱伝達が良好になるようにする。樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２を締結するボルト３３の材料としては、樹脂リング部３１の樹脂材と金属又はセラミックリング部３２の金属（チタン、ＳＵＳ）やセラミックと熱膨張係数の近いものがよい。
【００２９】
また、樹脂リング部３１から金属又はセラミックリング部３２への熱伝達を良好にするために、その界面の接合面積を大きくする工夫を施すとよい。また、ボルト３３には熱伝達率の高い材料を用いる。また、樹脂リング部３１から金属又はセラミックリング部３２を締結するボルト３３の本数も図４に示すように円周上に所定のピッチで複数設けたり、図５に示すように、２個の円周上に所定のピッチで複数設けてもよい。
【００３０】
図３（ａ）は図２（ａ）に示す構成のリテーナリング３とその作用効果を比較するための従来のトップリング１のリテーナリング３の取付け部構成例を示す図、図３（ｂ）はリテーナリング３の面圧分布を示す図である。図示するように、ここではリテーナリング４０を樹脂材で一体物とし、トップリングハウジング２の外周部下面にボルト８で締め付け固定している（図１参照）。
【００３１】
図２（ａ）に示す構成のリテーナリング３を取付けたトップリング１を押圧力Ｆでターンテーブル２０の研磨面２１に押圧した場合、リテーナリング３の樹脂リング部３１の下面の面圧Ｐの分布は、図２（ｂ）に示すように、樹脂リング部３１の内周近傍Ａの部分で若干小さくなるものの、面圧Ｐは外周から内周まで略均一である。これに対して、図３（ａ）に示す構成のリテーナリング４０を取付けたトップリング１を押圧力Ｆでターンテーブル２０の研磨面２１に押圧した場合、リテーナリング４０の下面の面圧Ｐの分布は、図３（ｂ）に示すように、リテーナリング４０の外周部から中央部までは略均一であるが、内周近傍Ａの部分で大きく変化する。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、リテーナリング３を樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２をボルト３３で締結した上下方向に２層構成としたので、樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２の締結の信頼性が高く、摩耗する樹脂リング部３１のみを交換すればよい。また、金属又はセラミックリング部３２の下面には環状の凹状溝３２ａを形成し、樹脂リング部３１の上面には該凹状溝３２ａに嵌合する環状の凸状突起部３１ａを形成し、嵌め合い部を持たせたことにより、リテーナリング３の組立てが容易となり、且つ樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２の締結の信頼性が更に向上する。また、樹脂リング部３１の交換のみでリテーナリング３が再生できるから、消耗品コストを低減し、且つ環境負荷が小さくなる。
【００３３】
なお、リテーナリング３を構成する樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２の締結をボルト３３で行っているが、樹脂リング部３１と金属又はセラミックリング部３２の締結手段はこれに限定されるものではなく、種々の着脱可能な締結手段を用いることができる。例えば、樹脂リング部３１或いは金属又はセラミックリング部３２の一方に小外径部の段部を設けると共に、反対の金属又はセラミックリング部３２或いは樹脂リング部３１に大内径部の段部を設け、該小外径部の外周面に雄ネジ溝を設けると共に、大内径部の内周面に雌ネジ溝を設け、該雄ネジ溝と雌ネジ溝の螺合により、樹脂リング部３１或いは金属又はセラミックリング部３２が互いに締結されるようにしてもよい。また、説明は省略するが他の機械的な締結手段も可能である。
【００３４】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態例では、研磨テーブルをターンテーブルとしたが、ターンテーブルに限定されるものではなく、要はトップリングに保持した被研磨基板Ｗｆをテーブルの研磨面に押し当て被研磨基板Ｗｆと研磨面の相対的運動で被研磨基板Ｗｆを研磨する研磨装置であれば、本発明の対象である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る研磨装置のトップリングの構成例を示す縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明に係る研磨装置のトップリングのリテーナリングの取付け部の構成を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）のリテーナリングの面圧分布を示す図である。
【図３】図３（ａ）は従来のトップリングのリテーナリングの取付け部の構成を示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）のリテーナリングの面圧分布を示す図である。
【図４】本発明に係る研磨装置に用いるリテーナリングの平面図である。
【図５】本発明に係る研磨装置に用いるリテーナリングの平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      トップリング
２      トップリングハウジング
３      リテーナリング
４      弾性パッド
５      ホルダーリング
８      ボルト
９      パッド支持部材
１０    自在継手部
１１    トップリング駆動軸
１２    ベアリングボール
１３    パッド支持部材
１４    圧力室
１５    パイプ
１６    パイプ
１７    パイプ
１８    パイプ
１９    パイプ
２０    ターンテーブル
２１    研磨面
３１    樹脂リング部
３２    金属又はセラミックリング部
３３    ボルト
【図１】
2005034959.tif 000003
【図２】
2005034959.tif 000004
【図３】
2005034959.tif 000005
【図４】
2005034959.tif 000006
【図５】
2005034959.tif 000007