(57)【要約】【課題】研磨屑の発生を低減できるようにしたリテーナリング及びウエーハ研磨装置を提供する。【解決手段】ウエーハＷを研磨布２に押し当てて研磨する際に当該ウエーハＷの周囲の該研磨布２上に配置されるリテーナリング１０であって、リテーナリング１０の研磨布２と接触する部分は、ウエーハＷの中心を通る垂線ａを軸に研磨布２上を回転移動することが可能な複数個の円すいころ１２からなる。このような構成であれば、リテーナリング１０と研磨布２との間に働く摩擦力は円すいころ１２の回転動作によって軽減されるので、リテーナリング１０からの研磨屑の発生を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に当該ウエーハの周囲の該研磨パッド上に配置されるリテーナリングであって、
当該リテーナリングの前記研磨パッドと接触する部分は、前記ウエーハの中心を通る垂線を軸に前記研磨パッド上を回転移動することが可能な複数個の転動体からなることを特徴とするリテーナリング。
【請求項２】
前記複数個の転動体を回転可能に、且つ当該転動体同士を互いに接触させないように個々に保持する保持器、を備え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】
前記転動体は「円すいころ」であることを特徴とする請求項２に記載のリテーナリング。
【請求項４】
前記転動体は「玉」であることを特徴とする請求項２に記載のリテーナリング。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のリテーナリングと、
研磨パッドと、
前記リテーナリングとウエーハとを前記研磨パッドに押し当てながら当該ウエーハの中心を通る垂線を軸に回転する回転ヘッドと、を備えることを特徴とするウエーハ研磨装置。
【請求項６】
ウエーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に当該ウエーハの周囲の該研磨パッド上に配置されるリテーナリングと、
前記リテーナリングと前記ウエーハとを前記研磨パッドに押し当てながら当該ウエーハの中心を通る垂線を軸に回転する回転ヘッドと、
前記回転ヘッドと前記リテーナリングとの間に設けられたベアリング機構と、を備え、
前記ベアリング機構は、前記ウエーハの中心を通る垂線を軸に前記リテーナリング上を回転移動することが可能な複数個の転動体、を備えることを特徴とするウエーハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リテーナリング及びウエーハ研磨装置に関し、特に、研磨屑の発生を低減できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来例に係るウエーハ研磨装置４００の構成例を示す断面図である。図８に示すウエーハ研磨装置４００は、ウエーハＷの表面をＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈ）処理する装置であり、図示しない回転軸を軸に回転可能な研磨テーブル９１と、研磨テーブル９１上に貼り付けられた研磨布９２と、研磨テーブル９１上でウエーハＷの周囲をガイドするリテーナリング９３と、ウエーハＷとリテーナリング９３とを研磨布９２上に押さえ付け、この状態でウエーハＷとリテーナリング９３とをウエーハＷの中心を通る垂線ａを軸に回転させる回転ヘッド９４及びスピンドル９５と、研磨布９２上に研磨剤スラリを供給するノズル（図示せず）と、を含んだ構成となっている。
【０００３】
このウエーハ研磨装置４００を用いて、ウエーハＷの表面を研磨する場合には、図示しないノズルから研磨布９２上に、水と一緒に研磨剤スラリを吐出させる。次に、回転ヘッド９４により、リテーナリング９３およびウエーハＷを研磨布９２上に押しつける。そして、ウエーハＷの周囲をリテーナリング９３でガイドしながら、研磨テーブル９１を図示しない回転軸を中心に回転させる（即ち、公転させる）と共に、回転ヘッド９４をウエーハの表面を通る垂線ａを軸に回転させる（即ち、自転させる）。このような研磨テーブル９１の公転と回転ヘッド９４の自転とによってウエーハＷの表面は研磨布９２によって削られ、研磨される。
【０００４】
また、このウエーハ研磨装置４００では、ウエーハＷおよびリテーナリング９３を研磨布９２上に押し付ける際に、ウエーハＷを押圧する力よりもリテーナリング９３を押圧する力の方が大きくなるように設定されている。これは、ウエーハＷ表面の研磨量の均一性を向上させるためである。研磨布９２のリテーナリング９３と接する部分を大きく沈み込ませることによって、研磨布９２のウエーハＷと接する部分は伸張され、それゆえ、ウエーハＷの表面に研磨布９２を均一に当てるようにすることができる。
【特許文献１】特開２００５−５３９８号公報
【特許文献２】特開２００１−１２１４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示したウエーハ研磨装置４００では、リテーナリング９３を研磨布９２上に強く押さえつけ、この状態でリテーナリング９３をウエーハＷと共に回転させていた。このため、リテーナリング９３の底面はその押さえ付けられる力と回転数とに比例して強く研磨され、その研磨屑が研磨テーブル９１上に大量に放出されてしまうという問題があった。リテーナリング９３から大量の研磨屑が出されると、その一部がウエーハＷと研磨布９２との間に入り込んでウエーハＷの表面に小さな傷（即ち、マイクロスクラッチ）を生じさせてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、研磨屑の発生を低減できるようにしたリテーナリング及びウエーハ研磨装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１のリテーナリングは、ウエーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に当該ウエーハの周囲の該研磨パッド上に配置されるリテーナリングであって、当該リテーナリングの前記研磨パッドと接触する部分は、前記ウエーハの中心を通る垂線を軸に前記研磨パッド上を回転移動することが可能な複数個の転動体からなることを特徴とするものである。このような構成であれば、リテーナリングと研磨パッドとの間に働く摩擦力は転動体の回転動作によって軽減されるので、リテーナリングからの研磨屑の発生を低減することができる。これにより、ウエーハ表面でのマイクロスクラッチの発生を抑えることができる。
【０００８】
〔発明２〕  発明２のリテーナリングは、発明１のリテーナリングにおいて、前記複数個の転動体を回転可能に、且つ当該転動体同士を互いに接触させないように個々に保持する保持器、を備えることを特徴とするものである。このような構成であれば、転動体同士の間隔を常に一定に維持することができ、転動体の位置に偏りが生じないようにすることができるので、研磨パッドのウエーハと接する部分をムラ少なく伸張させることができる。
【０００９】
〔発明３〕  発明３のリテーナリングは、発明２のリテーナリングにおいて、前記転動体は「円すいころ」であることを特徴とするものである。このような構成であれば、発明４と比べて、転動体と研磨パッドとの接触面積をより広く確保することが容易である。
【００１０】
〔発明４〕  発明４のリテーナリングは、発明２のリテーナリングにおいて、前記転動体は「玉」であることを特徴とするものである。このような構成であれば、転動体は水平面内の任意の方向に回転移動することが可能であるため、発明３と比べて、リテーナリングと研磨パッドとの間に働く摩擦力をさらに軽減することが可能である。
【００１１】
〔発明５〕  発明５のウエーハ研磨装置は、発明１から発明４の何れか一のリテーナリングにおいて、研磨パッドと、前記リテーナリングとウエーハとを前記研磨パッドに押し当てながら当該ウエーハの中心を通る垂線を軸に回転する回転ヘッドと、を備えることを特徴とするものである。このような構成であれば、発明１から発明４の何れか一のリテーナリングが応用されるので、リテーナリングからの研磨屑の発生を低減することができ、ウエーハ表面でのマイクロスクラッチの発生を抑えることができる。
【００１２】
〔発明６〕  発明６のウエーハ研磨装置は、ウエーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に当該ウエーハの周囲の該研磨パッド上に配置されるリテーナリングと、前記リテーナリングと前記ウエーハとを前記研磨パッドに押し当てながら当該ウエーハの中心を通る垂線を軸に回転する回転ヘッドと、前記回転ヘッドと前記リテーナリングとの間に設けられたベアリング機構と、を備え、前記ベアリング機構は、前記ウエーハの中心を通る垂線を軸に前記リテーナリング上を回転移動することが可能な複数個の転動体、を備えることを特徴とするものである。ここで、リテーナリングは、回転ヘッドによって押し当てられる力と、その回転数（即ち、回転速度）とに比例して強く研磨される傾向がある。
【００１３】
発明６のウエーハ研磨装置によれば、回転ヘッドが回転している間は、ベアリング機構の転動体がリテーナリング上を回転移動する。従って、回転ヘッドの回転数よりもリテーナリングの回転数を少なくすることができ、リテーナリングからの研磨屑の発生を低減することができる。これにより、ウエーハ表面でのマイクロスクラッチの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るウエーハ研磨装置１００の構成例を示す断面図である。
このウエーハ研磨装置１００は、例えばウエーハの表面をＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈ）処理する装置である。図１に示すように、このウエーハ研磨装置１００は、研磨テーブル１と、研磨布２と、回転ヘッド４と、スピンドル５と、メンブレン９と、リテーナリング１０と、研磨布２上に研磨剤スラリを供給するノズル（図示せず）と、を含んだ構成となっている。
【００１５】
研磨テーブル１は、図示しない回転軸に結合され、この回転軸を中心に回転（即ち、公転）できるようになっている。また、研磨布２は、研磨テーブル１上に貼り付けられている。そして、研磨布２が貼り付けられた研磨テーブル１の上方には、ウエーハＷおよびリテーナリング１０を研磨布２上に押さえ付ける回転ヘッド４が設けられている。
図１に示すように、回転ヘッド４とウエーハＷとの間には、ウエーハＷの押圧を調整するメンブレン９が挿入されている。メンブレン９は、例えば、ゴムなどで構成されている。また、研磨の対象となるウエーハＷとしては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、多結晶シリコンなどの配線層、シリコン酸化膜やシリコン窒素膜などの絶縁層などが形成された半導体ウエーハＷやガラスウエーハＷなどを挙げることができる。回転ヘッド４は、スピンドル５に結合され、ウエーハＷおよびリテーナリング１０を研磨布２上に押さえ付けながら、ウエーハＷの中心を通る垂線ａを軸に回転（即ち、自転）できるように構成されている。
【００１６】
リテーナリング１０は、ウエーハＷの周囲をガイド（即ち、水平方向への移動を抑制）するものであり、ウエーハＷを研磨布２に押し当てて研磨する際に、このウエーハＷの周囲の研磨布２上に配置される。図１に示すように、このリテーナリング１０の研磨布２と接触する部分は、ウエーハＷの中心を通る垂線ａを軸に研磨布２上を回転移動することが可能な複数個の円すいころ１２で構成されている。
【００１７】
図２は、リテーナリング１０の底面の構成例を示す平面図である。図２に示すように、リテーナリング１０は、複数個の円すいころ１２と、これらの円すいころ１２を回転可能に、且つ円すいころ１２同士を互いに接触させないように個々に保持する保持器１４と、これらの保持器１４を支持する枠体１６と、を含んだ構成となっている。
円すいころ１２は、全て同一形状且つ同一寸法であり、径の小さい内輪１２ａをウエーハＷの中心に向け、径の大きな外輪１２ｂをウエーハＷの中心から遠ざけるようにして配置されているので、回転時の外内輪差をほぼゼロにすることができ、外輪１２ｂのスリップ等を防止することができる。円すいころ１２は、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）又はセラミック等で構成されている。また、円すいころ１２を保持する保持器１４は、円すいころ１２と同一の数だけ用意されており、１個の円すいころ１２を１個の保持器１４が保持するようになっている。これらの保持器１４は、枠体１６の底面（即ち、研磨布２と向かい合う面）側に一定の間隔で取り付けられている。図１に示すように、枠体１６は回転ヘッド４に着脱可能に取り付けられている。
【００１８】
次に、図１に示したウエーハ研磨装置１００を用いてウエーハＷの表面を研磨する場合について説明する。ウエーハＷの表面を研磨する場合、研磨テーブル１上に研磨布２を貼り付け、研磨布２上に研磨剤スラリを吐出させる。そして、スピンドル５及び回転ヘッド４により、リテーナリング１０およびウエーハＷを研磨布２上に押さえ付け、ウエーハＷの周囲をリテーナリング１０でガイドしながら、研磨テーブル１および回転ヘッド４を回転させる。
【００１９】
ここで、ウエーハＷおよびリテーナリング１０を研磨布２上に押し付けると、ウエーハＷおよびリテーナリング１０の押圧で研磨布２が圧縮されて沈み込みが発生する。このため、ウエーハＷおよびリテーナリング１０を研磨布２上に押し付ける場合、ウエーハＷの押圧よりもリテーナリング１０の押圧の方が大きくなるように、メンブレン９の厚みや材質などを調整する。これにより、研磨布２のリテーナリング１０と接する部分が大きく沈み込み、研磨布２のウエーハＷと接する部分は伸張されるので、ウエーハＷの表面に研磨布２を均一に当てるようにすることができ、ウエーハＷ表面での研磨量の均一性を向上させることができる。
【００２０】
また、この第１実施形態では、リテーナリング１０の研磨布２と接触する部分は複数個の円すいころ１２で構成されており、あたかも「スラストベアリング状」となっている。回転ヘッド４が回転している間は、図示しないノズルから研磨剤スラリと共に大量の水が供給され、円すいころ１２と保持器１４との間には水が入りこんで潤滑状態（即ち、しめっていてなめらかな状態）となるので、円すいころ１２は抵抗少なく回転することができる。
【００２１】
従って、リテーナリング１０と研磨布２との間に働く摩擦力は円すいころ１２の回転動作によって軽減される。これにより、図８に示したような従来の技術と比べて、リテーナリングからの研磨屑の発生を低減することができ、ウエーハＷ表面でのマイクロスクラッチの発生を抑えることができる。
この第１実施形態では、研磨布２が本発明の「研磨パッド」に対応し、円すいころ１２が本発明の「転動体」に対応している。
【００２２】
（２）第２実施形態
第１実施形態では、本発明の「転動体」として円すいころ１２を使用する場合について説明したが、本発明の「転動体」は円すいころに限定されるものではく、例えば、水平面内の任意の方向に回転移動することが可能な玉であっても良い。この第２実施形態では、「転動体」に玉を使用する場合について説明する。
【００２３】
図３は、本発明の第２実施形態に係るウエーハ研磨装置２００の構成例を示す断面図である。図３において、図１と同一の構成及び機能を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１に示すように、このウエーハ研磨装置２００は、研磨テーブル１と、研磨布２と、回転ヘッド４と、スピンドル５と、メンブレン９と、リテーナリング２０と、研磨布２上に研磨剤スラリを供給するノズル（図示せず）と、を含んだ構成となっている。
【００２４】
これらの中で、リテーナリング２０は、ウエーハＷの周囲をガイドするものであり、ウエーハＷを研磨布２に押し当てて研磨する際に、ウエーハＷの周囲の研磨布２上に配置されるものである。そして、リテーナリング２０が備える転動体は、円すいころではなく、玉２２となっている。
図４は、リテーナリング２０の底面の構成例を示す平面図である。図４に示すように、リテーナリング２０は、複数個の玉２２と、これらの玉２２を回転可能に、且つ玉２２同士を互いに接触させないように個々に保持する保持器２４と、これらの保持器２４を支持する枠体２６と、を含んだ構成となっている。玉２２は、全て同一形状且つ同一寸法であり、例えばＰＥＥＫ、ＰＰＳ又はセラミック等で構成されている。また、玉２２を保持する保持器２４は、玉２２と同一の数だけ用意されており、１個の玉２２を１個の保持器２４が保持するようになっている。これらの保持器２４は、枠体２６の底面（即ち、研磨布２と向かい合う面）側に一定の間隔で取り付けられている。図３に示すように、枠体２６は回転ヘッド４に着脱可能に取り付けられている。
【００２５】
このように、本発明の第２実施形態によれば、玉２２は水平面内の任意の方向に回転移動することができ、回転ヘッド４から伝わる回転力と研磨テーブル１から伝わる回転力の両方の力を受けて研磨布２上を転がるようになっている。また、回転ヘッド４が回転している間は、図示しないノズルから研磨剤スラリと共に大量の水が供給され、玉２２と保持器２４との間には水が入りこんで潤滑状態となるので、玉２２は抵抗少なく回転することができる。
【００２６】
従って、第１実施形態と比べて、リテーナリング２０と研磨布２との間に働く摩擦力をさらに軽減することができ、リテーナリング２０からの研磨屑の発生をよりいっそう低減することが可能である。この第２実施形態では、玉２２が本発明の「転動体」に対応している。
なお、この第２実施形態では、図３に示したように、リテーナリング２０の内側から外側にかけて玉２２を一列だけ配置する場合について説明したが、玉２２の配置は一列に限られることはない。例えば、図５に示すように、リテーナリング２０の内側から外側にかけて玉２２を三列配置しても良い。このような構成であれば、玉２２と研磨布２との接触箇所を増やすことができ、玉２２と研磨布２との接触面積の総和を増やすことができるので、研磨布２の伸張に有利である。
【００２７】
（３）第３実施形態
図６は、本発明の第３実施形態に係るウエーハ研磨装置３００の構成例を示す断面図である。図６において、図１と同一の構成及び機能を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図６に示すように、このウエーハ研磨装置３００は、研磨テーブル１と、研磨布２と、回転ヘッド４と、スピンドル５と、メンブレン９と、ベアリング機構３０と、リテーナリング４０と、研磨布２上に研磨剤スラリを供給するノズル（図示せず）と、を含んだ構成となっている。
【００２８】
ベアリング機構３０は、複数個の円すいころ１２と、これらの円すいころ１２を回転可能に、且つ円すいころ１２同士を互いに接触させないように個々に保持する保持器１４と、これらの保持器１４を支持する枠体１６と、を含んだ構成となっている。枠体１６は回転ヘッド４に着脱可能に取り付けられている。
図７は、リテーナリング４０の上面の構成例を示す平面図である。図７に示すように、リテーナリング４０の上面（即ち、円すいころ１２と接触する面）には、円すいころ１２をリテーナリング４０上で転がすための軌道面４１と、この軌道面４１の両側端に設けられた内つば４２と外つば４３とが設けられている。そして、図６に示した回転ヘッド４が回転している間は、ベアリング機構３０の円すいころ１２は、内つば４２と外つば４３とにガイドされながら軌道面４１上を転がるようになっている。
【００２９】
このように、本発明の第３実施形態によれば、回転ヘッド４が回転している間は、ベアリング機構３０の円すいころ１２がリテーナリング４０上を回転移動するので、回転ヘッド４の回転数よりもリテーナリング４０の回転数を少なくすることができ、リテーナリング４０からの研磨屑の発生を低減することができる。これにより、ウエーハＷ表面でのマイクロスクラッチの発生を抑えることができる。この第３実施形態では、円すいころ１２が本発明の「転動体」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係るウエーハ研磨装置１００の構成例を示す断面図。
【図２】リテーナリング１０の底面の構成例を示す平面図。
【図３】第２実施形態に係るウエーハ研磨装置２００の構成例を示す断面図。
【図４】リテーナリング２０の底面の構成例を示す平面図。
【図５】ウエーハ研磨装置２００の他の構成例を示す断面図。
【図６】第３実施形態に係るウエーハ研磨装置３００の構成例を示す断面図。
【図７】リテーナリング４０の上面の構成例を示す平面図。
【図８】従来例に係るウエーハ研磨装置４００の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  研磨テーブル、２  研磨布、４  回転ヘッド、５  スピンドル、９  メンブレン、１０，２０，４０  リテーナリング、２２  玉、３０  ベアリング機構、１２  円すいころ、１４，２４  保持器、１６，２６  枠体、４１  軌道面、４２  内つば、４３  外つば、１００，２００，３００  ウエーハ研磨装置、Ｗ  ウエーハ
【図１】
2007158255.tif 000003
【図２】
2007158255.tif 000004
【図３】
2007158255.tif 000005
【図４】
2007158255.tif 000006
【図５】
2007158255.tif 000007
【図６】
2007158255.tif 000008
【図７】
2007158255.tif 000009
【図８】
2007158255.tif 000010