(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ保持ヘッドにリテーナーリングを取り付けるとともに、該リテーナーリングの内側にシート材を配設し、空気又は水の層である流体層を介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記シート材は、その周縁部が前記リテーナーリングの内側に配されるリング状部材に張設されており、該リング状部材はリテーナーリングに対し遊動状態にあるとともに、前記リング状部材が前記リテーナーリングと係合することによりウェーハ保持ヘッドからの脱落防止がなされていることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間にメカノケミカル研磨剤を供給することにより行われる。この際、ウェーハは、その周囲をリテーナーリングに包囲されるとともに、その裏面側をキャリア（バックプレート）に保持されて研磨パッドに押圧される。
【０００３】
しかし、従来のウェーハ研磨装置では、ウェーハの裏面にキャリアの硬い面が直接接触してウェーハを押圧しているため、ウェーハの裏面に傷が付くという欠点があった。また、キャリアの面精度がウェーハの研磨面に転写されるので、この面の加工を高精度で行う必要があった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、このような欠点を解消すべく特願平１１−１２８５５８号において、キャリア（バックプレート）の下部にリテーナーリングと一体の保護シートを設けたウェーハ研磨装置を提案した。このウェーハ研磨装置は、保護シートを介してエア層によりウェーハの裏面を押圧することにより、キャリアの硬い面がウェーハの裏面に直接接触するのを防止する。これにより、ウェーハの裏面に傷が付くのを防止している。また、キャリア（バックプレート）面の加工を高精度で行わなくてもすむようになった。
【０００５】
この場合、保護シート１は、図６に示すように、キャリア２の周囲に配置されたリテーナーリングホルダ３に周縁部を接着して取り付けられ、リテーナーリング４は、その保護シート１の下部に接着によって取り付けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように保護シート１とリテーナーリング４を取り付けると、リテーナーリング４の厚さをウェーハＷの厚さ（１mm以下）と合わせなければならないため、きわめて薄くなり、リテーナーリング４の強度、耐久性が低下するという欠点があった。
【０００７】
また、保護シート１は全体に皺なく均一に取り付けるのが好ましいが、上記の取り付け方法では皺なく取り付けることが難しいという欠点があった。
【０００８】
一方、保護シート１の材質、厚さ等によっては、保護シート１を必ずしもリテーナーリング４に固定しなくても研磨できるという知見が得られた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単に保護シートを取り付けることができ、リテーナーリングの強度、耐久性を確保できるウェーハ研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、流体層を介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、ウェーハ保持ヘッドにリテーナーリングを取り付けるとともに、該リテーナーリングの内側にシート材を配設し、該シート材を介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨することを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、シート材の材質、厚さ等によっては、リテーナーリングの内側に該シート材を配設するのみで済む。また、シート材を全体に皺なく均一に取り付ける場合にはリテーナーリングに取り付ければよい。いずれにしろ、これにより、簡単に保護シートを取り付けることができる効果が得られる。
【００１２】
本発明において、前記リテーナーリングは、その上部に形成された嵌合部を前記ウェーハ保持ヘッドに設けられたホルダの下部に形成された被嵌合部に嵌合させて該ホルダに取り付けられ、前記シート材は、その周縁部が前記リテーナーリングの嵌合部と前記ホルダの被嵌合部との間に挟持されて張設されることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、シート材は、その周縁部をリテーナーリングの嵌合部とホルダの被嵌合部との間に挟持されてリテーナーリングの内周部に張設される。このように張設することにより、シート材は、その周縁部が外周方向に引っ張られるため、全面に皺なく均一に張設することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１５】
図１は、ウェーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すようにウェーハ研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。
【００１６】
研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面には研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッド２０上に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤（スラリー）が供給される。
【００１７】
ウェーハ保持ヘッド１４は、 図２に示すように、主としてヘッド本体２２、バックプレート（キャリア）２４、バックプレート押圧手段２６、リテーナーリング２８、 リテーナーリング押圧手段３０等で構成されている。
【００１８】
ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その上面中央には回転軸３２が連結されている。ヘッド本体２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータに駆動されて回転する。
【００１９】
バックプレート２４は円盤状に形成され、ヘッド本体２２の下部中央に配置されている。バックプレート２４の上面中央部には円筒状の凹部３４が形成されている。凹部３４にはヘッド本体２２の軸部３６がピン３８を介して嵌着されている。 バックプレート２４は、このピン３８を介してヘッド本体２２から回転が伝達される。
【００２０】
また、バックプレート２４の上面周縁部にはバックプレート押圧部材４０が設けられている。バックプレート２４は、このバックプレート押圧部材４０を介してバックプレート押圧手段２６から押圧力が伝達される。
【００２１】
また、バックプレート２４の下面には、エアの吸引・吹出溝４２が形成されている。この吸引・吹出溝４２には、バックプレート２４の内部に形成されたエア流路４４が連通されている。エア流路４４には図示しないエア配管を介して吸気ポンプと給気ポンプが接続されている。吸引・吹出溝４２からのエアの吸引と吹出は、この吸気ポンプと給気ポンプとを切り替えることにより行われる。
【００２２】
バックプレート押圧手段２６は、 ヘッド本体２２の下面外周部に配置され、 バックプレート押圧部材４０に押圧力を与えることにより、これに結合されたバックプレート２４に押圧力を伝達する。このバックプレート押圧手段２６は、 好ましくはエアの吸排気により膨張収縮するゴムシート製のエアバッグ４６で構成される。エアバッグ４６にはエアを供給するための空気供給機構４８が連結され、この空気供給機構４８には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備される。
【００２３】
リテーナーリング２８は、リング状に形成され、バックプレート２４の外周に配置される。このリテーナーリング２８は、ホルダであるリテーナーリングホルダ５０に取り付けられ、その内周部にはシート材である保護シート５２が張設される。
【００２４】
リテーナーリングホルダ５０はリング状に形成され、図２及び図３に示すように、その下面には環状の凹部５４が形成されている。一方、リテーナーリング２８の上面には、この凹部５４に嵌合する凸部５６が形成されており、この凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌合させることにより、リテーナーリング２８がリテーナーリングホルダ５０に装着される。
【００２５】
保護シート５２は、円形状に形成され、複数の貫通孔である孔５２Ａが開けられている。この保護シート５２は、周縁部がリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０との間で挟持されることにより、リテーナーリング２８の内側に張設される。すなわち、保護シート５２は、薄い円盤状に形成されており、リテーナーリング２８の取り付け時に、その周縁部をリテーナーリング２８の凸部５６とリテーナーリングホルダ５０の凹部５４との間に挟み込むことにより、リテーナーリング２８の内側に張設される。このように張設することにより、保護シート５２は取り付けと同時に外周方向に引っ張られ、全面に皺なく均一に張設される。
【００２６】
なお、リテーナーリング２８は、その凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌合させた後、ボルト５８、５８、…でねじ止めすることにより、リテーナーリングホルダ５０に固定される。このため、リテーナーリング２８には、一定の間隔でねじ穴６０、６０、…が形成され、リテーナーリングホルダ５０には一定の間隔で貫通穴６２、６２、…が形成されている。
【００２７】
また、リテーナーリング２８に形成された凸部５６と、リテーナーリングホルダ５０に形成された凹部５４は、それぞれ内周側の壁面５４Ａ、５６Ａがテーパ状に形成されており、これにより嵌合作業が容易にできるようにされている。
【００２８】
図２のごとく保護シート５２が張設されたバックプレート２４の下部には、保護シート５２との間にエア層７４が形成される。ウェーハＷは、保護シート５２とエア層７４を介してバックプレート２４に押圧される。バックプレート２４の吸引・吹出溝４２からエアを吹出し、同時にバックプレート２４を押圧すると、エア層７４の圧力が高くなり、バックプレート２４を押圧する力とエア層７４の圧力でバックプレート２４を押し上げる力が同じになると、一定の圧力が維持される。
【００２９】
また、保護シート５２に形成された孔５２Ａは、ウェーハＷを保持して搬送する際には吸着用の孔として作用し、研磨終了時には、 ウェーハＷの剥離用のエア噴き出し孔として作用する。
【００３０】
リテーナーリングホルダ５０は、リング状に形成された取付部材６４にスナップリング６６を介して取り付けられている。スナップリング６６は、リング状に形成され、その内周部には図３のごとく溝６６Ａが形成されている。このスナップリング６６には切割りが形成されており、これにより拡縮可能に形成されている。リテーナーリングホルダ５０と取付部材６４は、その上端部外周と下端部外周に形成された外周フランジ部５０Ａ、６４Ａをスナップリング６６に形成された溝６６Ａに嵌合させることにより、互いに一体化されて固定される。
【００３１】
また、リテーナーリングホルダ５０の内周部には内周フランジ部５０Ｂが形成されており、この内周フランジ部５０Ｂにバックプレート２４の外周部に形成されたフランジ部２４Ａが遊嵌されている。上述の、バックプレート２４を押圧する力とエア層７４の圧力でバックプレート２４を押し上げる力が同じ状態になるように、この遊嵌されている隙間より排出されるエア層７４からのエアがコントロールされる。
【００３２】
取付部材６４には、図２のリテーナーリング押圧部材６８が連結されている。リテーナーリング２８は、このリテーナーリング押圧部材６８を介してリテーナーリング押圧手段３０からの押圧力が伝達される。
【００３３】
リテーナーリング押圧手段３０は、ヘッド本体２２の下面の中央部に配置され、 リテーナーリング押圧部材６８に押圧力を与えることで、 これに結合しているリテーナリング２８を研磨パッド２０に押し付ける。 このリテーナーリング押圧手段３０も好ましくはバックプレート押圧手段２６と同様にゴムシート製のエアバッグ７０で構成される。エアバッグ７０にはエアを供給するための空気供給機構７２が連結され、この空気供給機構７２には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備される。
【００３４】
前記のごとく構成されたウェーハ研磨装置１０のウェーハ研磨方法は次のとおりである。
【００３５】
まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、ウェーハＷはバックプレート２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２からのエアを吸引して保持される。
【００３６】
次に、バックプレート２４の吸引・吹出溝４２からエアを吹出し、同時にバックプレート２４を押圧すると、エア層７４の圧が高くなり、バックプレート２４を押圧する力とエア層７４の圧力でバックプレート２４を押し上げる力が同じになると、一定の圧力が維持されるようになる。
【００３７】
この状態で研磨定盤１２を図１Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１Ｂ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示しないノズルからスラリーを供給する。これにより、ウェーハＷの下面が研磨パッド２０により研磨される。
【００３８】
なお、保護シート５２には複数の孔５２Ａが形成されているため（図３参照）、バックプレート２４の吸引・吹出溝４２から供給されたエアは、バックプレート２４とウェーハＷ裏面との間で保護シート５２を介してエア層７４を形成し、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する。
【００３９】
また、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する力は、保護シート５２を介してエア層７４で行うが、保護シート５２がウェーハＷを押圧している圧力と同じなので、保護シート５２とウェーハＷとの間にはエアの流れがほとんどなく、またエアの流れがあったとしても、エア量は非常に少ないので、スラリーの凝集が起らない。 また、保護シート５２に厚さムラがあっても、ウェーハＷの加工精度には影響を及ぼさない。
【００４０】
次に、保護シート５２の張設方法について説明する。
【００４１】
まず、図５（ａ）に示すように、リテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０とを分離する。そして、その分離されたリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０との間に保護シート５２を配置する。
【００４２】
次に、図５（ｂ）に示すように、リテーナーリング２８に形成された凸部５６をリテーナーリングホルダ５０に形成された凹部５４に嵌め込む。これにより、保護シート５２は、その周縁部がリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０との間に挟持されて、リテーナーリング２８の内側に張設される。この際、保護シート５２は外周方向に引っ張られながら挟持されるため、全面に皺なく均一に張設される。
【００４３】
最後にリテーナーリング２８をリテーナーリングホルダ５０にボルト５８、５８、…で固定することにより、張設作業が終了する。
【００４４】
このように、本実施の形態のウェーハ研磨装置１０によれば、簡単に保護シート５２をリテーナーリング２８の内側に皺なく張設することができる。
【００４５】
また、本実施の形態のウェーハ研磨装置１０では、リテーナーリング２８の上面に凸部５６が形成されるため、リテーナーリングの強度、耐久性を向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、保護シート５２を挟持したリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０とをボルト５８で固定しているが、接着剤で接着して固定してもよい。
【００４７】
次に、図４により本発明に係るウェーハ研磨装置の他の好ましい実施の形態について説明する。なお、図２及び図３と同一、類似の部材については同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
リテーナーリング２８は、リング状に形成され、バックプレート２４の外周に配置される。このリテーナーリング２８は、図３に示される構成のようにリテーナーリングホルダ５０に取り付けられず、一体物で構成される。また、その内周部にシート材である保護シート５２が張設されない。さらに、リテーナーリング２８の内周部の下端には内周側に張り出したフランジ部２８Ａが形成されている。
【００４９】
保護シート５２は、円形状に形成され、複数の貫通孔である孔５２Ａが開けられている。この保護シート５２は、その周縁部がリテーナーリング２８の内側に配されるリング状部材５２Ｂに張設されており、リング状部材５２Ｂはリテーナーリング２８に対し遊動状態にある。また、リング状部材５２Ｂがリテーナーリング２８と係合することによりウェーハ保持ヘッド１４からの脱落防止がなされている。
【００５０】
すなわち、保護シート５２の板厚、材質等によっては、保護シート５２が必ずしもリテーナーリング２８に固定されなくても、保護シート５２の周縁部がリング状部材５２Ｂに張設されていれば、保護シート５２が皺になったり、変形したりすることもなく、研磨作業には支障とならない。
【００５１】
なお、リング状部材５２Ｂの材質、厚さ、保護シート５２の固定（張設）方法等は、保護シート５２の材質、厚さ等を考慮し最適な条件を選択すればよい。また、リング状部材５２Ｂを使用せず、保護シート５２の周縁部を熱変形等させて周縁部の肉厚を大とし、実質的にリング状部材５２Ｂを設けた構成と同様の機能を与えてもよい。
【００５２】
リング状部材５２Ｂは、ウェーハ保持ヘッド１４が上昇した際には、リテーナーリング２８の内周部下端のフランジ部２８Ａの上に載ることによりリテーナーリング２８と係合し、脱落防止がなされる。なお、保護シート５２の交換頻度が多い等の場合であって、リング状部材５２Ｂのウェーハ保持ヘッド１４からの脱落防止が不要な場合には、リテーナーリング２８に上記のフランジ部２８Ａを設けない構成とすればよい。
【００５３】
図４の構成では、バックプレート２４の下面２４Ｂが凹形状になっている。本発明は、既述のように、流体層を介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨する方式を採用するので、バックプレート２４の下面２４Ｂの加工精度には基本的に影響されない。したがって、通常の研磨装置のウェーハ保持ヘッドと比べ、下面２４Ｂの加工状態が多少悪くても、また、凹形状でなくても、良好な研磨結果が得られる。
【００５４】
ただし、この場合であっても、バックプレート２４の下面２４Ｂを凹形状とすることにより、以下の効果が得られる。すなわち、ウェーハＷを保持して搬送する際には、吸引・吹出溝４２を使用してウェーハを吸着する。その際、下面２４Ｂが凹形状以外の形状、たとえば、凸形状または凹凸が入り混じった形状であるならば、ウェーハＷがその形状に倣わない限り良好な吸着とならない。
【００５５】
一方、下面２４Ｂが凹形状であれば、凹部が空洞部を形成し、ウェーハＷがその形状に倣い良好な吸着状態となる。凹部の形状（凹部の深さ、断面形状：円弧状、放物線状、等）は、ウェーハ保持ヘッド１４の構成、ウェーハＷのサイズ等を考慮して最適化すればよい。
【００５６】
リテーナーリング２８は、リング状に形成された取付部材６４にスナップリング８０を介して取り付けられている。スナップリング８０は、金属製の（非金属製でも可）単なるリング状部材であり、図３のごとく溝６６Ａは形成されていない。リテーナーリング２８と取付部材６４は、その外周部をスナップリング８０により、互いに一体化されて固定される。このような構成であっても、リテーナーリング２８と取付部材６４との固定はでき、構成が容易になる。
【００５７】
取付部材６４には、図２のリテーナーリング押圧部材６８が連結されている。リテーナーリング２８は、このリテーナーリング押圧部材６８を介してリテーナーリング押圧手段３０からの押圧力が伝達される。
【００５８】
以上に説明した構成は、本発明の実施例であるが、本発明の構成はこれらに限定されるものではなく、各種の構成が採り得る。
【００５９】
たとえば、これまでの説明では、流体層として空気層（エア層）を介してウェーハＷを研磨パッド２０に押し付けて研磨する構成について述べてきたが、これに限られず窒素ガス等の他の気体、又は、水等の液体の層を介してウェーハＷを研磨パッド２０に押し付けることでもよい。
【００６０】
水等の液体を使用する場合には、流量が多いとメカノケミカル研磨剤（スラリー）が希釈されるので好ましくないが、流量がわずかであって、かつ、純水等を使用するのであれば、メカノケミカル研磨剤の希釈、汚染等の大きな問題とはならず、適用できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シート材の材質、厚さ等によっては、リテーナーリングの内側に該シート材を配設するのみで済む。また、シート材を全体に皺なく均一に取り付ける必要がある場合にはリテーナーリングに取り付ければよい。いずれにしろ、これにより、簡単に保護シートを取り付けることができる効果が得られる。
【００６２】
また、本発明によれば、シート材の周縁部をリテーナーリングの嵌合部とホルダの被嵌合部との間で挟持することにより、簡単にシート材をムラなく張設することができる。また、リテーナーリングに嵌合部を凸状に形成することにより、リテーナーリング自体の強度、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハ研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図２】ウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図３】保護シートの挟持部の構成を示す断面図
【図４】保護シートの挟持部の他の構成を示す断面図
【図５】リテーナーリングの取付方法の説明図
【図６】従来のウェーハ保持ヘッドの要部の構成を示す正面図
【符号の説明】
１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ウェーハ保持ヘッド、２０…研磨パッド、２２…ヘッド本体、２４…バックプレート、２８…リテーナーリング、３４…凹部、５０…リテーナーリングホルダ、５２…保護シート（シート材）、５２Ａ…孔、５４…凹部、５４Ａ…壁面、５６…凸部、５６Ａ…壁面、７４…エア層
【図１】
0003969069.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003969069.tif 000005
【図５】
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【図６】
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