(57)【要約】    【課題】  本発明は、ヘッド本体に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されるチャックおよびリテーナと、上記チャックを上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段と、上記リテーナを上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段とを有する研磨ヘッドを備えて成る研磨装置、および該研磨装置における研磨ヘッドを対象とするものであり、研磨作業時においてチャックおよびリテーナに余分な傾きモーメントが生じることを防止し、もって円板状ワークに対する研磨精度を向上させることの可能な研磨装置および研磨ヘッドの提供を目的とする。    【解決手段】  研磨装置は、チャックをヘッド本体にチャック支持機構を介してリテーナと独立させて支持し、かつリテーナをヘッド本体にリテーナ支持機構を介してチャックと独立させて支持して成る研磨ヘッドを具備している。  また、研磨ヘッドは、チャックをヘッド本体にチャック支持機構を介してリテーナと独立させて支持するとともに、リテーナをヘッド本体にリテーナ支持機構を介してチャックと独立させて支持している。    【選択図】  図１
2007053164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド本体に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されるチャックおよびリテーナと、前記チャックを上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段と、前記リテーナを上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段とを有する研磨ヘッドを備えて成る研磨装置であって、
前記チャックを前記ヘッド本体にチャック支持機構を介して前記リテーナと独立させて支持し、かつ前記リテーナを前記ヘッド本体にリテーナ支持機構を介して前記チャックと独立させて支持して成る研磨ヘッドを具備したことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨ヘッドの前記ヘッド本体に対する前記チャックの支持点と、前記ヘッド本体に対する前記リテーナの支持点とを、互いに異なる高さとしたことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨ヘッドの前記ヘッド本体に対する前記チャックの支持点と、前記ヘッド本体に対する前記リテーナの支持点とを、互いに等しい高さとしたことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】
ヘッド本体に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されたチャックおよびリテーナと、前記チャックを上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段と、前記リテーナを上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段とを備えて成る研磨ヘッドであって、
前記チャックを前記ヘッド本体にチャック支持機構を介して前記リテーナと独立させて支持し、かつ前記リテーナを前記ヘッド本体にリテーナ支持機構を介して前記チャックと独立させて支持して成ることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項５】
前記ヘッド本体に対する前記チャックの支持点と、前記ヘッド本体に対する前記リテーナの支持点とを、互いに異なる高さとしたことを特徴とする請求項４記載の研磨ヘッド。
【請求項６】
前記ヘッド本体に対する前記チャックの支持点を、前記ヘッド本体に対する前記リテーナの支持点とを、互いに等しい高さとしたことを特徴とする請求項４記載の研磨ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の円板状ワークの表面を研磨するための研磨装置の構造、および該研磨装置の構成要素である研磨ヘッドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０および図１１に示す如く、半導体ウェーハを作業対象とする従来の研磨装置Ａは、円板状の定盤Ｓを設置したテーブルＴと、定盤Ｓの上方に位置する研磨ヘッドＨとを具備し、上記テーブルＴの定盤Ｓは、上面に研磨用クロスＳｃが貼設され、駆動スピンドルＳｓにより水平面内を駆動回転する。
【０００３】
一方、上記研磨ヘッドＨは、下方に半導体ウェーハＷを保持するとともに、上部支持体Ｕに支持されて駆動回転し、上記半導体ウェーハＷを回転させつつ定盤Ｓの研磨用クロスＳｃに加圧することで、上記半導体ウェーハＷにおける表面の研磨が行なわれる。
【０００４】
上記研磨装置Ａにおける研磨ヘッドＨは、回転駆動されるヘッド本体Ｉと、ワーク保持面Ｃｗに半導体ウェーハＷを保持する円盤状のチャックＣと、該チャックＣを取り囲む環状のリテーナＲとを具備しており、上記チャックＣおよび上記リテーナＲは、上記ヘッド本体Ｉと一体に回転動作するよう連結されているとともに、上記ヘッド本体Ｉに対して上下動自在かつ揺動自在に支持されている。
【０００５】
また、上記ヘッド本体ＩとチャックＣとの間には、環状の板ゴムＧｃを設置して空気室Ｊｃが画成されており、該空気室Ｊｃには、レギュレータＬｃを介してエアポンプＰｃが接続され、これらエアポンプＰｃ、レギュレータＬｃおよび空気室Ｊｃ等から、上記エアポンプＰｃにより供給されるエアでチャックＣを上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段Ｋｃが構成されている。
【０００６】
さらに、上記ヘッド本体ＩとリテーナＲとの間には、環状の板ゴムＧｒを設置して空気室Ｊｒが画成されており、該空気室Ｊｒには、レギュレータＬｒを介してエアポンプＰｒが接続され、これらエアポンプＰｒ、レギュレータＬｒおよび空気室Ｊｒ等から、上記エアポンプＰｒにより供給されるエアでリテーナＲを上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段Ｋｒが構成されている。
【０００７】
ここで、研磨ヘッドＨのチャックＣおよびリテーナＲを、ヘッド本体Ｉに対して上下動自在かつ揺動自在に支持する構成としては、ヘッド本体ＩにリテーナＲを支持させ、該リテーナＲにチャックＣを支持させる構成(例えば、特許文献１および特許文献２参照)や、ヘッド本体ＩにチャックＣを支持させ、該チャックＣにリテーナＲを支持させる構成(例えば、特許文献３参照)等が提供されている。
【０００８】
すなわち、図１１〜図１４に示した研磨装置Ａでは、ヘッド本体Ｉの周壁とリテーナＲの外周との間に介装した外周ボール方式のリテーナ支持機構Ｖｒにより、リテーナＲをヘッド本体Ｉに対して上下動自在かつ揺動自在に支持するとともに、リテーナＲの内周とチャックＣの外周との間に介装した外周ボール方式のチャック支持機構Ｖｃにより、チャックＣをリテーナＲに対して、言い換えればヘッド本体Ｉに対してチャックＣを上下動自在かつ揺動自在に支持している。
【０００９】
また、図１５〜図１８に示した研磨装置Ａでは、ヘッド本体Ｉの中心とチャックＣの中心との間に介装したボール方式のチャック支持機構Ｖｃにより、チャックＣをヘッド本体Ｉに対して上下動自在かつ揺動自在に支持するとともに、チャックＣの外周とリテーナＲの内周との間に介装した外周ボール方式のリテーナ支持機構Ｖｒにより、リテーナＲをチャックＣに対して、言い換えればヘッド本体Ｉに対してリテーナＲを上下動自在かつ揺動自在に支持している。
【特許文献１】特許第０３２９４６００号公報
【特許文献２】特開２０００−３４３４２２号公報
【特許文献３】特開平０９−１６８９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述した研磨装置Ａのチャック支持機構Ｖｃおよびリテーナ支持機構Ｖｒは、それぞれチャックＣおよびリテーナＲを水平方向に支持する機能をも備えている。
【００１１】
すなわち、上述した研磨装置Ａによる研磨作業中、チャックＣに保持された半導体ウェーハＷの表面とリテーナＲの下面とが、研磨用クロスＳｃに対して摩擦することにより、チャックＣおよびリテーナＲに作用する横力(水平方向の外力)は、上記チャック支持機構Ｖｃおよびリテーナ支持機構Ｖｒによって支えられることとなる。
【００１２】
一方、半導体ウェーハＷの研磨精度を向上させるには、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布を均一とすることが肝要であり、この圧力分布を均一に近付けるためには、研磨中の横力によって発生する傾きモーメントが小さいほど良い。
【００１３】
ここで、図１１〜図１４に示した研磨装置Ａのように、チャックＣがリテーナＲを介してヘッド本体Ｉに支持されている構造では、上記リテーナＲには研磨用クロスＳｃとの摩擦による横力Ｆｒが作用するのみならず、チャックＣに作用する横力Ｆｃも併せて作用することとなり、さらにチャックＣとリテーナＲとの支持点の高さが相違している場合、横力によって発生する傾きモーメントが増大することとなる。
【００１４】
図１２に示す如く、研磨ヘッドＥに対して研磨用クロスＳｃが矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体Ｉに対するリテーナＲの支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構Ｖｃにおける下流側のボールＢｃの高さＨｃと、リテーナＲに対するチャックＣの支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構Ｖｒにおける下流側のボールＢｒの高さＨｒとが異なる場合、チャックＣの傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ”であるのに対し、リテーナＲの傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ＋Ｆｃ×(Ｈｒ−Ｈｃ)”となり、チャックＣに掛かる横力Ｆｃ分だけ増大したものとなる。
【００１５】
また、図１３に示す研磨装置Ａの如く、ヘッド本体Ｉに対するリテーナＲの支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構Ｖｃにおける下流側のボールＢｃの高さＨｃと、リテーナＲに対するチャックＣの支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構Ｖｒにおける下流側のボールＢｒの高さＨｒとが等しい装置でも、図１４に示す如くリテーナＲが傾いた場合には、上記高さＨｃと高さＨｒとが相違することによって、チャックＣの傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ”であるのに対して、リテーナＲの傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ＋Ｆｃ×ｌtanθ”となり、やはりチャックＣに掛かる横力Ｆｃ分だけ増大したものとなる。
【００１６】
このように、チャックＣがリテーナＲを介してヘッド本体Ｉに支持されている研磨装置Ａでは、その研磨作業中にリテーナＲの傾きモーメントが増大してしまうため、面圧分布(箇所毎の面圧のばらつき)が大きくなり、研磨取代分布が不均一になり易いために、半導体ウェーハＷの研磨精度が大幅に低下する不都合を招いていた。
【００１７】
さらに、図１１〜図１４に示した研磨装置Ａにおいて、チャック支持機構Ｖｃには横力Ｆｃのみが作用するものの、リテーナ支持機構Ｖｒには横力Ｆｃと横力Ｆｒとの合力が作用するため、上記リテーナ支持機構Ｖｒに過大な負荷が加わることにより、リテーナＲの上下動や揺動の滑らかさに支障が生じたり、機械寿命が著しく短くなる等の問題があった。
【００１８】
一方、図１５〜図１８に示した研磨装置Ａのように、リテーナＲがチャックＣを介してヘッド本体Ｉに支持されている構造では、上記チャックＣには研磨用クロスＳｃとの摩擦による横力Ｆｃが作用するのみならず、リテーナＲに作用する横力Ｆｒも併せて作用することとなり、さらにチャックＣとリテーナＲとの支持点の高さが相違している場合、横力によって発生する傾きモーメントが増大することとなる。
【００１９】
図１６に示す如く、研磨ヘッドＥに対して研磨用クロスＳｃが矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体Ｉに対するチャックＣの支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構ＶｃにおけるボールＢｃの高さＨｃと、チャックＣに対するリテーナＲの支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構Ｖｒにおける上流側のボールＢｒの高さＨｒとが異なる場合、リテーナＲの傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ”であるのに対し、チャックＣの傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ＋Ｆｒ×(Ｈｃ−Ｈｒ)”となり、リテーナＲに掛かる横力Ｆｒ分だけ増大したものとなる。
【００２０】
また、図１７に示す研磨装置Ａの如く、ヘッド本体Ｉに対するチャックＣの支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構ＶｃにおけるボールＢｃの高さＨｃと、チャックＣに対するリテーナＲの支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構Ｖｒにおける上流側のボールＢｒの高さＨｒとが等しい装置でも、図１８に示す如くチャックＣが傾いた場合には、上記高さＨｃと高さＨｒとが相違することによって、リテーナＲの傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ”であるのに対し、チャックＣの傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ＋Ｆｒ×ｌtanθ”となり、やはりリテーナＲに掛かる横力Ｆｒ分だけ増大したものとなる。
【００２１】
このように、リテーナＲがチャックＣを介してヘッド本体Ｉに支持されている研磨装置Ａでは、その研磨作業中にチャックＣの傾きモーメントが増大してしまうため、面圧分布(箇所毎の面圧のばらつき)が大きくなり、研磨取代分布が不均一になり易いために、半導体ウェーハＷの研磨精度が大幅に低下する不都合を招いていた。
【００２２】
さらに、図１５〜図１８に示した研磨装置Ａにおいて、リテーナ支持機構Ｖｒには横力Ｆｒのみが作用するものの、チャック支持機構Ｖｃには横力Ｆｒと横力Ｆｃとの合力が作用するため、上記チャック支持機構Ｖｃに過大な負荷が加わることにより、チャックＣの上下動や揺動の滑らかさに支障が生じたり、機械寿命が著しく短くなる等の問題があった。
【００２３】
本発明は上記実状に鑑みて、研磨作業時においてチャックおよびリテーナに余分な傾きモーメントが生じることを未然に防止し、もって円板状ワークに対する研磨精度を向上させることの可能な研磨装置および研磨ヘッドの提供を目的とする。
【００２４】
また、本発明は上記実状に鑑みて、研磨作業時においてチャック支持機構およびリテーナ支持機構に過大な負荷が加わることを未然に防止し、もってチャックおよびリテーナのスムーズ動作を確保するとともに、上記チャック支持機構およびリテーナ支持機構の機械寿命の低下を抑制することの可能な研磨装置および研磨ヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するべく、請求項１の発明に関わる研磨装置は、ヘッド本体に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されるチャックおよびリテーナと、チャックを上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段と、リテーナを上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段とを有する研磨ヘッドを備えて成る研磨装置であって、チャックをヘッド本体にチャック支持機構を介してリテーナと独立させて支持し、かつリテーナをヘッド本体にリテーナ支持機構を介してチャックと独立させて支持して成る研磨ヘッドを具備することを特徴としている。
【００２６】
請求項２の発明に関わる研磨装置は、請求項１の発明に関わる研磨装置において、研磨ヘッドのヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とを、互いに異なる高さとしたことを特徴としている。
【００２７】
請求項３の発明に関わる研磨装置は、請求項１の発明に関わる研磨装置において、研磨ヘッドのヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とを、互いに等しい高さとしたことを特徴としている。
【００２８】
また、請求項４の発明に関わる研磨ヘッドは、ヘッド本体に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されたチャックおよびリテーナと、チャックを上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段と、リテーナを上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段とを備えて成る研磨ヘッドであって、チャックをヘッド本体にチャック支持機構を介してリテーナと独立させて支持し、かつリテーナをヘッド本体にリテーナ支持機構を介してチャックと独立させて支持して成ることを特徴としている。
【００２９】
請求項５の発明に関わる研磨ヘッドは、請求項４の発明に関わる研磨ヘッドにおいて、ヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とを、互いに異なる高さとしたことを特徴としている。
【００３０】
請求項６の発明に関わる研磨ヘッドは、請求項４の発明に関わる研磨ヘッドにおいて、ヘッド本体に対するチャックの支持点を、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とを、互いに等しい高さとしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１の発明に関わる研磨装置によれば、研磨ヘッドを構成するチャックとリテーナとを、ヘッド本体に対して互いに独立させて支持したことで、研磨作業中にチャックとリテーナとに生じる横力が両者の間で伝達されることがなく、もって上記チャックおよびリテーナに余分に傾きモーメントが発生しないことから、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布を可及的に均一とすることができ、もって上記研磨ヘッドに保持された円板状ワークの研磨精度を大幅に向上させることが可能となる。
【００３２】
また、請求項１の発明に関わる研磨装置によれば、研磨ヘッドを構成するチャックとリテーナとを、ヘッド本体に対して互いに独立させて支持したことで、研磨作業時においてチャック支持機構およびリテーナ支持機構に過大な負荷の加わることが防止され、もってチャックおよびリテーナのスムーズ動作が確保されるとともに、チャック支持機構およびリテーナ支持機構における機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００３３】
請求項２の発明に関わる研磨装置によれば、研磨ヘッドのヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とが互いに異なる高さであっても、円板状ワークに対する研磨精度を向上させることが可能となり、併せてチャックおよびリテーナのスムーズ動作を確保するとともに、上記チャック支持機構およびリテーナ支持機構の機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００３４】
請求項３の発明に関わる研磨装置によれば、研磨ヘッドのヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とが互いに等しい高さであっても、円板状ワークに対する研磨精度を向上させることが可能となり、併せてチャックおよびリテーナのスムーズ動作を確保するとともに、上記チャック支持機構およびリテーナ支持機構の機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００３５】
請求項４の発明に関わる研磨ヘッドによれば、該研磨ヘッドを構成するチャックとリテーナとを、ヘッド本体に対して互いに独立させて支持したことで、研磨作業中にチャックとリテーナとに生じる横力が両者の間で伝達されることがなく、もって上記チャックおよびリテーナに余分に傾きモーメントが発生しないことから、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布を可及的に均一とすることができ、もって上記研磨ヘッドに保持された円板状ワークの研磨精度を大幅に向上させることが可能となる。
【００３６】
また、請求項１の発明に関わる研磨装置によれば、該研磨ヘッドを構成するチャックとリテーナとを、ヘッド本体に対して互いに独立させて支持したことで、研磨作業時においてチャック支持機構およびリテーナ支持機構に過大な負荷の加わることが防止され、もってチャックおよびリテーナのスムーズ動作が確保されるとともに、チャック支持機構およびリテーナ支持機構における機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００３７】
請求項５の発明に関わる研磨ヘッドによれば、該研磨ヘッドのヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とが互いに異なる高さであっても、円板状ワークに対する研磨精度を向上させることが可能となり、併せてチャックおよびリテーナのスムーズ動作を確保するとともに、上記チャック支持機構およびリテーナ支持機構の機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００３８】
請求項６の発明に関わる研磨ヘッドによれば、該研磨ヘッドのヘッド本体に対するチャックの支持点と、ヘッド本体に対するリテーナの支持点とが互いに等しい高さであっても、円板状ワークに対する研磨精度を向上させることが可能となり、併せてチャックおよびリテーナのスムーズ動作を確保するとともに、上記チャック支持機構およびリテーナ支持機構の機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に関わる研磨装置および研磨ヘッドの構成を、幾つかの実施例を示す図面に基づいて詳細に説明する。  
図１および図２は、本発明に関わる研磨装置および研磨ヘッドの第１実施例を示しており、この研磨装置における基本的な構成は、図１０〜図１２に示した従来の研磨装置Ａと大きく変わるところはない。
【００４０】
すなわち、上記研磨装置１は、円板状の定盤２を設置したテーブル(図示せず)と、定盤２の上方に位置する研磨ヘッド１０とを具備し、水平面内を駆動回転する定盤２の上面には研磨用クロス３が貼設されている。
【００４１】
一方、上記研磨ヘッド１０は、下方に半導体ウェーハＷを保持するとともに、上部支持体(図示せず)に支持されて駆動回転し、上記半導体ウェーハＷを回転させつつ定盤２の研磨用クロス３に加圧することで、上記半導体ウェーハＷにおける表面の研磨を実施する。
【００４２】
上記研磨ヘッド１０は、回転駆動されるヘッド本体１１と、ワーク保持面１２ｗに半導体ウェーハＷを保持する円盤状のチャック１２と、該チャック１２を取り囲む環状のリテーナ１３とを具備しており、上記チャック１２および上記リテーナ１３は、上記ヘッド本体１１と一体に回転動作するよう連結されている。
【００４３】
また、上記チャック１２は、自身の中心部とヘッド本体１１の中心部との間に介装したボール方式のチャック支持機構１４により、ヘッド本体１１に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されており、さらに上記チャック支持機構１４により、ヘッド本体１１に対する水平方向へも支持されている。
【００４４】
一方、上記リテーナ１３は、自身の外周とヘッド本体１１の周壁との間に介装した外周ボール方式のリテーナ支持機構１５により、ヘッド本体１１に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されており、さらに上記リテーナ支持機構１５により、ヘッド本体１１に対する水平方向へも支持されている。
【００４５】
すなわち、上記チャック１２は、チャック支持機構１４を介して、ヘッド本体１１にリテーナ１３と独立して支持されており、上記リテーナ１３は、リテーナ支持機構１５を介して、ヘッド本体１１にチャック１２と独立して支持されている。
【００４６】
上記ヘッド本体１１とチャック１２との間には、環状の板ゴム１６を設置して空気室１１Ｃが画成されており、該空気室１１Ｃには、レギュレータ４Ｃを介してエアポンプ５Ｃが接続され、これらエアポンプ５Ｃ、レギュレータ４Ｃおよび空気室１１Ｃ等から、上記エアポンプ５Ｃにより供給されるエアでチャック１２を上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段６Ｃが構成されている。
【００４７】
また、上記ヘッド本体１１とリテーナ１３との間には、環状の板ゴム１７を設置して空気室１１Ｒが画成されており、該空気室１１Ｒには、レギュレータ４Ｒを介してエアポンプ５Ｒが接続され、これらエアポンプ５Ｒ、レギュレータ４Ｒおよび空気室１１Ｒ等から、上記エアポンプ５Ｒにより供給されるエアでリテーナ１３を上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段６Ｒが構成されている。
【００４８】
上述した研磨装置１の研磨ヘッド１０においては、図２に示す如く、研磨ヘッド１０に対して研磨用クロス３が矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体１１に対するチャック１２の支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構１４におけるボール１４ｂの高さＨｃと、ヘッド本体１１に対するリテーナ１３の支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構１５における下流側のボール１５ｂの高さＨｒとが相違している。
【００４９】
ここで、上述した構成の研磨装置１では、研磨作業時、研磨ヘッド１０のチャック１２に生じる傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ”となり、また、研磨ヘッド１０のリテーナ１３に生じる傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ”となる。因みに、Ｆｃはチャック１２に作用する横力、Ｆｒはリテーナ１３に作用する横力である。
【００５０】
すなわち、上述した構成の研磨装置１においては、研磨ヘッド１０を構成するチャック１２とリテーナ１３とが、ヘッド本体１１に対して互いに独立させて支持されているので、研磨作業中にチャック１２とリテーナ１３とに生じる横力が両者の間で伝達されることがなく、もって上記チャック１２およびリテーナ１３には、各々に作用する横力と揺動中心の高さとから必然に生じる傾きモーメント以上の余分な傾きモーメントが生じることはない。
【００５１】
かくして、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布が可及的に均一なものとなり、もって研磨ヘッド１０に保持された半導体ウェーハＷの研磨精度を大幅に向上させることが可能となる。
【００５２】
また、上述した構成の研磨装置１においては、研磨ヘッド１０を構成するチャック１２とリテーナ１３とを、ヘッド本体１１に対して互いに独立させて支持したことで、チャック支持機構１４にはチャック１２に対する横力Ｆｃのみが作用し、リテーナ支持機構１５にはリテーナ１３に対する横力Ｆｒのみが作用することとなる。
【００５３】
かくして、研磨作業時においてチャック支持機構１４およびリテーナ支持機構１５に過大な負荷の加わることが防止され、もってチャック１２およびリテーナ１３のスムーズ動作が確保されるとともに、チャック支持機構１４およびリテーナ支持機構１５における機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００５４】
図３および図４に示す研磨装置１′は、研磨ヘッド１０′に対して研磨用クロス３′が矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体１１′に対するチャック１２′の支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構１４′におけるボール１４ｂ′の高さＨｃと、ヘッド本体１１′に対するリテーナ１３′の支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構１５′における下流側のボール１５ｂ′の高さＨｒとが等しく設定されている。
【００５５】
なお、上述した研磨装置１′の構成は、チャック支持機構１４′およびリテーナ支持機構１５′のレイアウト以外、図１および図２に示した研磨装置１と基本的に同一なので、研磨装置１′の構成要素において、研磨装置１の構成要素と同一の作用を成すものには、図３および図４において、図１および図２と同一の符号に′(ダッシュ)を附して詳細な説明を省略する。
【００５６】
上記研磨装置１′においては、図４に示す如く研磨ヘッド１０′が傾いた場合、研磨ヘッド１０′に対して研磨用クロス３′が矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体１１′に対するチャック１２′の支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構１４′におけるボール１４ｂ′の高さＨｃと、ヘッド本体１１′に対するリテーナ１３′の支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構１５′における下流側のボール１５ｂ′の高さＨｒとが相違することとなる。
【００５７】
しかしながら、上記研磨装置１′において、研磨作業時、研磨ヘッド１０′のチャック１２′に生じる傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ”となり、また、研磨ヘッド１０′のリテーナ１３′に生じる傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ”となり、チャック１２′およびリテーナ１３′には、各々に作用する横力と揺動中心の高さとから必然に生じる傾きモーメント以上の余分な傾きモーメントが生じないので、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布が可及的に均一なものとなり、図１および図２に示した研磨装置１と同じく、研磨ヘッド１０′に保持された半導体ウェーハＷの研磨精度を大幅に向上させることができる。
【００５８】
また、上述した構成の研磨装置１′においては、図１および図２に示した研磨装置１と同じく、研磨作業時においてチャック支持機構１４′およびリテーナ支持機構１５′に過大な負荷の加わることが防止され、もってチャック１２′およびリテーナ１３′のスムーズ動作が確保されるとともに、チャック支持機構１４′およびリテーナ支持機構１５′における機械寿命の低下を抑制することができる。
【００５９】
図５および図６は、本発明に関わる研磨装置および研磨ヘッドの第２実施例を示しており、この研磨装置における基本的な構成は、図１０〜図１２に示した従来の研磨装置Ａと大きく変わるところはない。
【００６０】
すなわち、上記研磨装置１００は、円板状の定盤１０２を設置したテーブル(図示せず)と、定盤１０２の上方に位置する研磨ヘッド１１０とを具備し、水平面内を駆動回転する定盤１０２の上面には研磨用クロス１０３が貼設されている。
【００６１】
一方、上記研磨ヘッド１１０は、下方に半導体ウェーハＷを保持するとともに、上部支持体(図示せず)に支持されて駆動回転し、上記半導体ウェーハＷを回転させつつ定盤１０２の研磨用クロス１０３に加圧することで、上記半導体ウェーハＷにおける表面の研磨を実施する。
【００６２】
上記研磨ヘッド１１０は、回転駆動されるヘッド本体１１１と、ワーク保持面１１２ｗに半導体ウェーハＷを保持する円盤状のチャック１１２と、該チャック１１２を取り囲む環状のリテーナ１１３とを具備しており、上記チャック１１２および上記リテーナ１１３は、上記ヘッド本体１１１と一体に回転動作するよう連結されている。
【００６３】
また、上記チャック１１２は、ヘッド本体１１１との間に介装したボール・ソケット方式のすチャック支持機構１１４、詳しくはヘッド本体１１１に突設された球面シャフト１１４Ａと、チャック１１２に形成されたストレート軸受１１４Ｂとから成るチャック支持機構１１４により、ヘッド本体１１１に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されており、さらに上記チャック支持機構１１４によって、ヘッド本体１１１に対する水平方向へも支持されている。
【００６４】
一方、上記リテーナ１１３は、ヘッド本体１１１との間に介装したボール・ソケット方式のリテーナ支持機構１１５、詳しくはヘッド本体１１１に突設された球面シャフト１１５Ａと、リテーナ１１３に形成されたストレート軸受１１５Ｂとから成るリテーナ支持機構１１５により、ヘッド本体１１１に対して上下動自在かつ揺動自在に支持されており、さらに上記リテーナ支持機構１１５によって、ヘッド本体１１１に対する水平方向へも支持されている。
【００６５】
すなわち、上記チャック１１２は、チャック支持機構１１４を介して、ヘッド本体１１１にリテーナ１１３と独立して支持されており、上記リテーナ１１３は、リテーナ支持機構１１５を介して、ヘッド本体１１１にチャック１１２と独立して支持されている。
【００６６】
上記ヘッド本体１１１とチャック１１２との間には、チャック１１２とリテーナ１１３とに亘って設けた環状の板ゴム１１６と、ヘッド本体１１１とリテーナ１１３とに亘って設けた環状の板ゴム１１７とによって、空気室１１１Ｃが画成されている。
【００６７】
上記空気室１１１Ｃには、レギュレータ１０４Ｃを介してエアポンプ１０５Ｃが接続され、これらエアポンプ１０５Ｃ、レギュレータ１０４Ｃおよび空気室１１１Ｃ等から、上記エアポンプ１０５Ｃにより供給されるエアでチャック１１２を上方から全面に亘って加圧するチャック加圧手段１０６Ｃが構成されている。
【００６８】
また、上記ヘッド本体１１１とリテーナ１１３との間には、ヘッド本体１１１とリテーナ１１３とに亘って設けた環状の板ゴム１１７と、ヘッド本体１１１とリテーナ１１３とに亘って設けた環状の板ゴム１１８とによって、空気室１１１Ｒが画成されている。
【００６９】
上記空気室１１１Ｒには、レギュレータ１０４Ｒを介してエアポンプ１０５Ｒが接続され、これらエアポンプ１０５Ｒ、レギュレータ１０４Ｒおよび空気室１１１Ｒ等から、上記エアポンプ１０５Ｒにより供給されるエアでリテーナ１１３を上方から全面に亘って加圧するリテーナ加圧手段１０６Ｒが構成されている。
【００７０】
上述した研磨装置１００の研磨ヘッド１１０においては、図６に示す如く、研磨ヘッド１１０に対して研磨用クロス１０３が矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体１１１に対するチャック１１２の支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構１１４における球面シャフト１１４Ａとストレート軸受１１４Ｂとの接触点の高さＨｃと、ヘッド本体１１１に対するリテーナ１１３の支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構１１５における球面シャフト１１５Ａとストレート軸受１１５Ｂとの接触点の高さＨｒとが相違している。
【００７１】
ここで、上述した構成の研磨装置１００では、研磨作業時、研磨ヘッド１１０のチャック１１２に生じる傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ”となり、また、研磨ヘッド１１０のリテーナ１１３に生じる傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ”となる。因みに、Ｆｃはチャック１１２に作用する横力、Ｆｒはリテーナ１１３に作用する横力である。
【００７２】
すなわち、上述した構成の研磨装置１００においては、研磨ヘッド１１０を構成するチャック１１２とリテーナ１１３とが、ヘッド本体１１１に対して互いに独立させて支持されているので、研磨作業中にチャック１１２とリテーナ１１３とに生じる横力が両者の間で伝達されることがなく、もって上記チャック１１２およびリテーナ１１３には、各々に作用する横力と揺動中心の高さとから必然に生じる傾きモーメント以上の余分な傾きモーメントが生じることはない。
【００７３】
かくして、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布が可及的に均一なものとなり、もって研磨ヘッド１１０に保持された半導体ウェーハＷの研磨精度を大幅に向上させることが可能となる。
【００７４】
また、上述した構成の研磨装置１００においては、研磨ヘッド１１０を構成するチャック１１２とリテーナ１１３とを、ヘッド本体１１１に対して互いに独立させて支持したことで、チャック支持機構１１４にはチャック１１２に対する横力Ｆｃのみが作用し、リテーナ支持機構１１５にはリテーナ１１３に対する横力Ｆｒのみが作用することとなる。
【００７５】
かくして、研磨作業時においてチャック支持機構１１４およびリテーナ支持機構１１５に過大な負荷の加わることが防止され、もってチャック１１２およびリテーナ１１３のスムーズ動作が確保されるとともに、チャック支持機構１１４およびリテーナ支持機構１１５における機械寿命の低下を抑制することが可能となる。
【００７６】
図７および図８に示す研磨装置１００′は、研磨ヘッド１１０′に対して研磨用クロス１０３′が矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体１１１′に対するチャック１１２′の支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構１１４′における球面シャフト１１４Ａ′とストレート軸受１１４Ｂ′との接触点の高さＨｃと、ヘッド本体１１１′に対するリテーナ１１３′の支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構１１５′における球面シャフト１１５Ａ′とストレート軸受１１５Ｂ′との接触点の高さＨｒとが等しく設定されている。
【００７７】
なお、上述した研磨装置１００′の構成は、チャック支持機構１１４′およびリテーナ支持機構１１５′のレイアウト以外、図５および図６に示した研磨装置１００と基本的に同一なので、研磨装置１００′の構成要素において、研磨装置１００の構成要素と同一の作用を成すものには、図７および図８において、図５および図６と同一の符号に′(ダッシュ)を附して詳細な説明を省略する。
【００７８】
上記研磨装置１００′においては、図８に示す如く研磨ヘッド１１０′が傾いた場合、研磨ヘッド１１０′に対して研磨用クロス１０３′が矢印Ｑの如く移動している状況で、ヘッド本体１１１′に対するチャック１１２′の支持点(揺動中心)となる、チャック支持機構１１４′における球面シャフト１１４Ａ′とストレート軸受１１４Ｂ′との接触点の高さＨｃと、ヘッド本体１１１′に対するリテーナ１１３′の支持点(揺動中心)となる、リテーナ支持機構１１５′における球面シャフト１１５Ａ′とストレート軸受１１５Ｂ′との接触点の高さＨｒとが相違することとなる。
【００７９】
しかしながら、上記研磨装置１００′において、研磨作業時、研磨ヘッド１１０′のチャック１１２′に生じる傾きモーメントは“Ｆｃ×Ｈｃ”となり、また、研磨ヘッド１１０′のリテーナ１１３′に生じる傾きモーメントは“Ｆｒ×Ｈｒ”となり、チャック１１２′およびリテーナ１１３′には、各々に作用する横力と揺動中心の高さとから必然に生じる傾きモーメント以上の余分な傾きモーメントが生じないので、研磨作業中の半導体ウェーハＷに対する圧力分布が可及的に均一なものとなり、図５および図６に示した研磨装置１００と同じく、研磨ヘッド１１０′に保持された半導体ウェーハＷの研磨精度を大幅に向上させることができる。
【００８０】
また、上述した構成の研磨装置１００′においては、図５および図６に示した研磨装置１００と同じく、研磨作業時においてチャック支持機構１１４′およびリテーナ支持機構１１５′に過大な負荷の加わることが防止され、もってチャック１１２′およびリテーナ１１３′のスムーズ動作が確保されるとともに、チャック支持機構１１４′およびリテーナ支持機構１１５′における機械寿命の低下を抑制することができる。
【００８１】
図９(ａ)は、図５および図６に示した本発明に関わる研磨装置１００(研磨ヘッド１１０による、研磨中の面圧を測定した結果を示す動的な面圧分布図であり、図９(ｂ)は、図１１および図１２に示した従来の研磨装置Ａ(研磨ヘッドＥ)による研磨中の面圧を測定した結果を示す動的な面圧分布図である。
【００８２】
ここで、図９(ａ)および図９(ｂ)は、チャック面圧：２０kPa、リテーナ面圧：８０kPa、テーブル回転数：２０rpm、ヘッド回転数：４０rpm、研磨用クロス：ＳＵＢＡ４００、スラリー(研磨剤)：アコジエールＡＪ１５３０という測定条件において、テーブルと研磨用クロスとの間に面圧測定シートを挟んで測定した結果を、多数のマトリクスの濃淡によって表現したものであり、明度が低い(濃色)程、面圧の高い箇所を指し示している。また、測定に供された研磨装置１００および研磨装置Ａは、両者共にヘッド本体に対するチャックの支持点の高さが３０mmに設定されており、また両者共に同様のバキュームチャックを具備したものである。
【００８３】
図９(ａ)および図９(ｂ)から明らかなように、従来の研磨装置Ａよりも本発明に関わる研磨装置１００、すなわち研磨ヘッドのヘッド本体にチャックとリテーナとを互いに独立させて支持した研磨装置の方が、リテーナにおける面圧分布が小さく、もって傾きモーメントが小さいことが分かり、このことからも本発明に関わる研磨装置の優位性が理解されるものである。
【００８４】
なお、上述した各実施例においては、円板状ワークの一種である半導体ウェーハを作業対象とした研磨装置および研磨ヘッドを例示したが、例えば各種半導体基板や液晶ガラス基板等、様々な円板状ワークの表面を研磨するための研磨装置および研磨ヘッドにおいても、本発明を有効に適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に関わる研磨装置および研磨ヘッドの第１実施例を示す側面断面図。
【図２】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図３】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図４】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図５】本発明に関わる研磨装置および研磨ヘッドの第２実施例を示す側面断面図。
【図６】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図７】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図８】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図９】(ａ)および(ｂ)は、本発明に関わる研磨装置による研磨中の面圧を測定した結果を示す動的な面圧分布図、および従来の研磨装置による研磨中の面圧を測定した結果を示す動的な面圧分布図。
【図１０】(ａ)および(ｂ)は、従来の研磨装置を示す全体平面図および全体側面図。
【図１１】従来の研磨装置の１つの態様を示す研磨ヘッドを中心とした概念的な側面断面図。
【図１２】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図１３】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図１４】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図１５】従来の研磨装置の他の態様を示す研磨ヘッドを中心とした概念的な側面断面図。
【図１６】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図１７】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【図１８】研磨ヘッドに作用する横力の様子を示した概念図。
【符号の説明】
【００８６】
１、１′…研磨装置、
１０、１０′…研磨ヘッド、
１１、１１′…ヘッド本体、
１２、１２′…チャック、
１３、１３′…リテーナ、
１４、１４′…チャック支持機構、
１４ｂ、１４ｂ′…ボール(支持点)、
１５、１５′…リテーナ支持機構、
１５ｂ、１５ｂ′…ホール(支持点)、
６Ｃ…チャック加圧手段、
６Ｒ…リテーナ加圧手段、
１００、１００′…研磨装置、
１１０、１１０′…研磨ヘッド、
１１１、１１１′…ヘッド本体、
１１２、１１２′…チャック、
１１３、１１３′…リテーナ、
１１４、１１４′…チャック支持機構、
１１４Ａ、１１４Ａ′…球面シャフト、
１１４Ｂ、１１４Ｂ′…ストレート軸受、
１１５、１１５′…リテーナ支持機構、
１１５Ａ、１１５Ａ′…球面シャフト、
１１５Ｂ、１１５Ｂ′…ストレート軸受、
１０６Ｃ…チャック加圧手段、
１０６Ｒ…リテーナ加圧手段、
Ｗ…半導体ウェーハ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2007053164.tif 000016
【図１５】
2007053164.tif 000017
【図１６】
2007053164.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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