研磨ヘッド、および、研磨装置
【課題】リテーナリングが摩耗した場合でも、リテーナリングを研磨パッドから離したウェーハの研磨中に、ウェーハがリテーナリングから飛び出すことを防止可能であり、かつ、リテーナリングの長寿命化を図れる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置の研磨ヘッド４は、ウェーハチャック４１と、リテーナリング４７を保持するリテーナ保持部材４２と、回転軸部材４３と、ウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２とにより第１加圧室Ｐ１を形成する第１ダイアフラム４８と、リテーナ保持部材４２と回転軸部材４３とにより第２加圧室Ｐ２を形成する第２ダイアフラム４９と、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量を規定するメカストッパ４４と、当該最大上昇量を調整する上昇量調整手段４５と、を備える。
【解決手段】研磨装置の研磨ヘッド４は、ウェーハチャック４１と、リテーナリング４７を保持するリテーナ保持部材４２と、回転軸部材４３と、ウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２とにより第１加圧室Ｐ１を形成する第１ダイアフラム４８と、リテーナ保持部材４２と回転軸部材４３とにより第２加圧室Ｐ２を形成する第２ダイアフラム４９と、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量を規定するメカストッパ４４と、当該最大上昇量を調整する上昇量調整手段４５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨ヘッド、および、研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェーハ（以下、ウェーハと称す）の研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１の研磨装置の研磨ヘッドには、第１エアバッグと第２エアバッグとが設けられている。第１エアバッグは、リテーナリングを保持するリテーナフレームと、シャフトに設けられたフレームとの間に設けられている。また、第２エアバッグは、ウェーハチャックと、リテーナフレームとの間に設けられている。
このような構成により、ウェーハチャックとリテーナリングとを、回転駆動軸に沿って、独立的に移動させることが可能となり、第１エアバッグおよび第２エアバッグの圧力の調整により、研磨パッドにウェーハを押し付ける圧力を調整することができる。また、リテーナリングを研磨パッドに押し付けた状態で研磨する（以下、リテーナ有り研磨と称す）と、リテーナリングを研磨パッドから離間させた状態で研磨する（以下、リテーナ無し研磨と称す）とを容易に切り替えることができる。
また、特許文献１の研磨ヘッドには、研磨中に、ウェーハチャックとリテーナリングとの隙間を一定の範囲に保つようなメカストッパが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４９０８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のような装置を用いてリテーナ有り研磨を行った場合、リテーナリングの先端部は研磨パッドに押し付けられることから、リテーナリングの先端部が摩耗する。このリテーナリングが摩耗した状態でリテーナ無し研磨を行った場合、リテーナ無し研磨を行うために第２エアバッグの圧力を大きくして、リテーナリングをウェーハチャックに対して上昇させても、ウェーハチャックとリテーナリングとの隙間を一定の範囲に保つようにメカストッパが設けられているため、リテーナリングと研磨パッドとの隙間（以下、リテーナパッド間隙間と称す）が大きくなってしまう。このため、リテーナ無し研磨中に、この隙間からウェーハがリテーナリングの外に飛び出してしまうおそれがある。また、このような飛び出しを防止するためには、リテーナリングの交換が必要となり、リテーナリングの長寿命化を図れない。
【０００５】
本発明の目的は、リテーナリングが摩耗した場合でも、リテーナリングを研磨パッドから離したウェーハの研磨中に、ウェーハがリテーナリングから飛び出すことを防止可能であり、かつ、リテーナリングの長寿命化を図れる研磨ヘッド、および、研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の研磨ヘッドは、ウェーハを保持するウェーハチャックと、前記ウェーハチャックを囲むリテーナリングを保持し、前記ウェーハチャックの上方に設けられたリテーナ保持部材と、前記リテーナ保持部材の上方に設けられた回転軸部材と、前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第１加圧室を、前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とにより形成する第１隔壁と、前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第２加圧室を、前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とにより形成する第２隔壁と、を有する研磨ヘッドにおいて、前記ウェーハチャックに対する前記リテーナ保持部材の最大上昇量を規定する上昇量規定手段と、前記上昇量規定手段で規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ウェーハチャックに対するリテーナ保持部材の最大上昇量を規定する上昇量規定手段とともに、当該上昇量規定手段により規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段を設けている。
このため、リテーナ保持部材の上昇量が上昇量規定手段で規定された最大上昇量となるように、第１加圧室の圧力を調整するだけの簡単な方法で、リテーナ無し研磨におけるリテーナパッド間隙間を、予め規定された大きさに設定することができる。
また、リテーナリングの摩耗により、摩耗前の研磨条件を維持するとリテーナパッド間隙間が摩耗前よりも大きくなってしまうような場合には、上昇量規定手段で規定される最大上昇量の大きさを摩耗前よりも小さくすることにより、リテーナパッド間隙間を摩耗前とほぼ等しくすることができる。したがって、リテーナ無し研磨中にウェーハが飛び出すことを防止するために、リテーナリングを交換する必要がなく、リテーナリングの長寿命化を図ることができる。
【０００８】
本発明の研磨ヘッドでは、前記上昇量規定手段は、前記リテーナ保持部材の下面から下方に突出する被係止部と、前記ウェーハチャックの上面から上方に突出し、前記被係止部を係止する係止部と、を備え、前記上昇量調整手段は、前記被係止部および前記係止部のうち少なくとも一方の突出量を調整することで、最大上昇量を調整することが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、被係止部あるいは係止部の突出量を調整するだけの簡単な方法で、リテーナ保持部材の最大上昇量を調整することができる。
【００１０】
本発明の研磨ヘッドでは、前記リテーナ保持部材の下面には、当該リテーナ保持部材の上面側に凹みかつ前記係止部を収容可能な収容凹部が設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、リテーナ有り研磨を行う場合には、係止部が収容凹部に収容されるまで、セラミックチャックに対してリテーナ保持部材を下降させることで、リテーナリングを研磨パッドに十分に押し付けることができ、エッジロールオフ量を適切に制御することができる。また、係止部の厚さ寸法を小さくしなくても、セラミックチャックに対してリテーナ保持部材を下降させることができるので、係止部の剛性を十分に確保でき、上昇量規定手段の長寿命化を図れる。
【００１２】
本発明の研磨ヘッドでは、前記上昇量規定手段は、前記回転軸部材の回転方向に沿って等しい間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、複数の上昇量規定手段を、回転軸部材の回転方向に沿って等しい間隔で設けているため、上昇量規定手段で規制されるリテーナ保持部材の上昇位置を、ウェーハの外周方向に沿ってほぼ等しくすることができる。したがって、当該回転方向に沿ったリテーナパッド間隙間の大きさもほぼ等しくすることができ、リテーナ無し研磨後のウェーハにおける外周方向に沿ったエッジ形状のばらつきを、抑制することができる。
【００１４】
本発明の研磨装置は、上述の研磨ヘッドと、研磨パッドが設けられた定盤と、前記研磨ヘッドと前記定盤とを相対的に回転させる回転駆動手段と、前記第１加圧室の圧力を調整する第１加圧調整手段と、前記第２加圧室の圧力を調整する第２加圧調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、上述の研磨ヘッドと同様の効果を奏することが可能な研磨装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体を表す平面図。
【図２】前記一実施形態における研磨装置の一部を切り欠いた側面図。
【図３】前記一実施形態における研磨パッドの断面図。
【図４】前記一実施形態における研磨パッドの平面図。
【図５】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、新品のリテーナリングを用いたリテーナ無し研磨中の適切な状態を表す。
【図６】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、新品のリテーナリングを用いたリテーナ有り研磨中の状態を表す。
【図７】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、リテーナリングが摩耗した状態を表す。
【図８】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、摩耗後のリテーナリングを用いたリテーナ無し研磨中の適切な状態を表す。
【図９】本発明の変形例に係る研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、新品のリテーナリングとシムとを用いたリテーナ無し研磨中の適切な状態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［ウェーハの研磨装置の構成］
図１に示すように、研磨装置１は、スラリーを用いて直径寸法が３００ｍｍのウェーハＷの表面を複数段階的に研磨する枚葉式の装置である。具体的には、研磨装置１は、ウェーハＷの粗研磨処理、この粗研磨処理よりも細かい粗さで研磨する第１仕上げ研磨処理、この第１仕上げ研磨よりも細かい粗さで研磨する第２仕上げ研磨処理を実施する装置である。なお、直径寸法が３００ｍｍ以外のウェーハＷを対象とした研磨装置１としてもよい。
この研磨装置１は、図１に示すように、箱状の筐体２０に設けられた研磨処理部２と、この研磨処理部２の上方に設けられたウェーハ保持回転部３と、このウェーハ保持回転部３に設けられた研磨ヘッド４とを備える。
【００１８】
研磨処理部２は、研磨ヘッド４の洗浄や、ウェーハＷの研磨やリンスなどを適宜行う。この研磨処理部２は、筐体２０の上面の外縁方向に沿って配置された、洗浄部２１と、粗研磨部２２と、第１仕上げ研磨部２３と、第２仕上げ研磨部２４とを備える。なお、粗研磨部２２、第１仕上げ研磨部２３、および、第２仕上げ研磨部２４は、同様の構成を有しているため、粗研磨部２２について詳細に説明し、第１仕上げ研磨部２３および第２仕上げ研磨部２４については説明を簡略化する。
【００１９】
洗浄部２１には、ウェーハＷが適宜載置される。このウェーハＷは、研磨ヘッド４に保持されて粗研磨部２２などで研磨される。また、洗浄部２１には、研磨されたウェーハＷが研磨ヘッド４により載置される。このウェーハＷは、外部に適宜搬送される。さらに、洗浄部２１は、この洗浄部２１の上方に位置する研磨ヘッド４の洗浄を適宜行う。
【００２０】
粗研磨部２２は、図１および図２に示すように、筐体２０内に設けられた定盤回転駆動手段２２１と、この定盤回転駆動手段２２１の回転軸に設けられた円板状の定盤２２２と、図示しない、粗研磨スラリー供給部と、リンス液供給部とを備える。
定盤２２２の上面には、研磨パッド２２３が設けられている。粗研磨スラリー供給部は、研磨パッド２２３の研磨面に、粗研磨用のスラリーを適宜供給する。リンス液供給部は、研磨面に、ウェーハＷの被研磨面をリンスするためのリンス液を適宜供給する。
【００２１】
第１仕上げ研磨部２３は、定盤回転駆動手段２２１と、定盤２２２と、研磨パッド２２３の研磨面に第１仕上げ研磨用のスラリーを供給する第１仕上げ研磨スラリー供給部と、リンス液供給部とを備える。
第２仕上げ研磨部２４は、定盤回転駆動手段２２１と、定盤２２２と、研磨パッド２２３の研磨面に第２仕上げ研磨用のスラリーを供給する第２仕上げ研磨スラリー供給部と、リンス液供給部とを備える。
【００２２】
ウェーハ保持回転部３は、ウェーハＷを保持して回転させるとともに、ウェーハＷを洗浄部２１、粗研磨部２２、第１仕上げ研磨部２３、第２仕上げ研磨部２４に順次搬送する。そして、ウェーハ保持回転部３は、筐体２０内に配置された支持体スピンドル３１と、この支持体スピンドル３１の回転軸に設けられた平面視で略十字型の箱状の支持体３２と、を備える。支持体３２の十字状の各先端には、研磨ヘッド４がそれぞれ２個ずつ設けられている。また、支持体３２の内部には、研磨ヘッド４をそれぞれ回転させるヘッド回転駆動手段３３が設けられている。
なお、定盤回転駆動手段２２１とヘッド回転駆動手段３３とにより、本発明の回転駆動手段が構成されている。
【００２３】
研磨ヘッド４は、図３に示すように、ウェーハＷを保持するウェーハチャック４１と、このウェーハチャック４１の上方に設けられたリテーナ保持部材４２と、このリテーナ保持部材４２の上方に設けられた回転軸部材４３と、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量を規定する上昇量規定手段としてのメカストッパ４４と、このメカストッパ４４により規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段４５とを備える。
ウェーハチャック４１は、ウェーハＷと略等しい直径寸法を有する略円板状に形成されている。このウェーハチャック４１には、当該ウェーハチャック４１の上面中央と、下面中央および下面外縁近傍の複数箇所とを連通するチャック孔４１１が開口形成されている。
また、ウェーハチャック４１の下面には、多孔質樹脂材により略円板状に形成されたバッキングパッド４６が設けられている。このバッキングパッド４６におけるチャック孔４１１に対応する位置には、パッド孔４６１が設けられている。
【００２４】
リテーナ保持部材４２は、ウェーハチャック４１より大きい直径寸法を有する略円板状に形成されている。このリテーナ保持部材４２の略中央には、上下を貫通する第１孔４２１が設けられている。また、リテーナ保持部材４２の下面における直径方向略中央には、上面側に凹む円環状の収容凹部４２２が設けられている。この収容凹部４２２には、後述する被係止部４４１の上端側が収容される。なお、収容凹部４２２の深さ寸法は、被係止部４４１の全体を収容可能な大きさであってもよい。
【００２５】
また、リテーナ保持部材４２の下面における外縁部分には、リテーナリング４７が設けられている。
リテーナリング４７は、例えばアルミナなどの材質により、内径寸法がウェーハチャック４１の直径寸法と略等しいリング状に形成され、ウェーハチャック４１を囲むように設けられている。また、リテーナリング４７の内周面には、樹脂で形成された樹脂リング４７１が設けられている。
【００２６】
ウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２とには、これらを接続するリング板状の第１隔壁としての第１ダイアフラム４８が設けられている。第１ダイアフラム４８の外縁部分は、リテーナ保持部材４２の下面と、リテーナリング４７の上面との間に挟まれている。一方、第１ダイアフラム４８の内縁部分は、ウェーハチャック４１の上面と、当該ウェーハチャック４１の上面に設けられた金属板４１２との間に挟まれている。
このような構成により、ウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２と第１ダイアフラム４８とで、内部圧力を調整可能な第１加圧室Ｐ１が形成される。
【００２７】
回転軸部材４３は、上下に延びる円筒状のシャフト部４３１と、このシャフト部４３１の下端から側方に向けて鍔状に延びる回転フレーム部４３２とを備える。
シャフト部４３１の下端面には、当該下端面を略閉塞する閉塞部材４３３が設けられている。この閉塞部材４３３には、上下を貫通する第２孔４３４が設けられている。
回転フレーム部４３２の直径寸法は、ウェーハチャック４１およびリテーナ保持部材４２の直径寸法よりも小さく設定されている。
【００２８】
リテーナ保持部材４２と回転軸部材４３とには、これらを接続するリング板状の第２隔壁としての第２ダイアフラム４９が設けられている。この第２ダイアフラム４９の外縁部分は、リテーナ保持部材４２の上面と、当該上面に設けられたリング状の固定部材４２３との間に挟まれている。一方、第２ダイアフラム４９の内縁部分は、回転フレーム部４３２の下面における外縁部分と、当該外縁部分に設けられたリング状の固定部材４３５との間に挟まれている。
このような構成により、リテーナ保持部材４２と回転軸部材４３と第２ダイアフラム４９とで、内部圧力を調整可能な第２加圧室Ｐ２が形成される。
【００２９】
また、シャフト部４３１の内部には、それぞれ上下に延びる、チャック管５０と、第１圧力管５１と、第２圧力管５２とが設けられている。
チャック管５０は、閉塞部材４３３およびリテーナ保持部材４２を貫通するように設けられ、その下端側が、ウェーハチャック４１のチャック孔４１１内に固定されている。また、チャック管５０の上端には、チャック吸引部５３が接続されている。このチャック吸引部５３は、チャック管５０、チャック孔４１１、および、パッド孔４６１の内部を吸引して真空にすることにより、バッキングパッド４６を介してウェーハチャック４１でウェーハＷを吸引保持させる。
第１圧力管５１は、閉塞部材４３３を貫通するように設けられ、その下端側がリテーナ保持部材４２の第１孔４２１内に固定されている。また、第１圧力管５１の上端には、第１加圧調整手段５４が接続されている。この第１加圧調整手段５４は、第１圧力管５１を介して、第１加圧室Ｐ１内部の圧力を調整する。
第２圧力管５２の下端側は、閉塞部材４３３の第２孔４３４内に固定されている。また、第２圧力管５２の上端には、第２加圧調整手段５５が接続されている。この第２加圧調整手段５５は、第２圧力管５２を介して、第２加圧室Ｐ２内部の圧力を調整する。
【００３０】
なお、リテーナ保持部材４２におけるチャック管５０の貫通部分と、閉塞部材４３３におけるチャック管５０および第１圧力管５１の貫通部分には、第１加圧室Ｐ１や第２加圧室Ｐ２の圧力調整による大きさの変化により、当該貫通部分に対してチャック管５０や第１圧力管５１が相対移動した場合でも、第１加圧室Ｐ１や第２加圧室Ｐ２の気密性を保持できるような機構が設けられている。
【００３１】
メカストッパ４４は、図４に示すように、研磨ヘッド４の外周方向に沿って、円環状に設けられている。また、上昇量調整手段４５は、被係止部４４１の外周方向に沿って約１２０°間隔で３個設けられている。
【００３２】
メカストッパ４４は、図５に示すように、リテーナ保持部材４２の下面から突出する円環状の被係止部４４１と、ウェーハチャック４１の上面から突出する円環状の係止部４４３とを備えている。
被係止部４４１の下端には、当該被係止部４４１の全周にわたって研磨ヘッド４の外側に向けて突出する、被係止突部４４２が設けられている。この被係止部４４１は、上昇量調整手段４５により、リテーナ保持部材４２からの突出量を調整可能に、かつ、被係止突部４４２が後述する係止突部４４４の下方に位置するように固定されている。
係止部４４３の上端には、当該係止部４４３の全周にわたって研磨ヘッド４の中央に向けて突出する、係止突部４４４が設けられている。係止部４４３は、ねじ４４５によりウェーハチャック４１の外縁近傍に固定されている。
そして、被係止部４４１の被係止突部４４２の上面と係止突部４４４の下面とが接触することにより、被係止部４４１が係止部４４３で係止される。なお、被係止突部４４２および係止突部４４４は、互いに接触可能であれば、被係止部４４１や係止部４４３の外周方向に沿って所定間隔で複数設けてもよい。
【００３３】
上昇量調整手段４５は、マイクロメータと同様の構成を有し、スリーブ４５１と、このスリーブ４５１に対して回転可能なシンブル４５２と、このシンブル４５２の回転操作によりスリーブ４５１に対して上下に進退するスピンドル４５３とを備える。また、スリーブ４５１およびシンブル４５２には、図示しない目盛りが表示されている。
そして、上昇量調整手段４５は、スピンドル４５３がリテーナ保持部材４２に設けられた孔に挿通されており、スピンドル４５３の先端で被係止部４４１を保持している。また、スピンドル４５３が挿通されている孔の上端側には、スピンドル４５３の外周面に密接する円環状のシール４５４が嵌め込まれている、このシール４５４の上面にスリーブ４５１の下端が当接することで、上昇量調整手段４５がリテーナ保持部材４２の上面に位置決めされている。そして、シール４５４により、スピンドル４５３が上下に進退した場合でも、第１加圧室Ｐ１や第２加圧室Ｐ２の気密性を保持できるようになっている。
【００３４】
［ウェーハの研磨装置の作用］
次に、上述の研磨装置１の作用として、ウェーハＷの研磨方法について説明する。
ここで、研磨装置１の粗研磨部２２での粗研磨は、リテーナ有り研磨で行われ、第１仕上げ研磨部２３での第１仕上げ研磨および第２仕上げ研磨部２４での第２仕上げ研磨は、リテーナ無し研磨で行われる。また、詳しくは後述するが、上昇量調整手段４５は、リテーナ無し研磨を行う工程において、リテーナリング４７が摩耗したときに有効に作用する。
以上のことから、まず、新品のリテーナリング４７を用いたとき（４７が摩耗していないとき）の粗研磨および第１仕上げ研磨について説明し、その後、リテーナリング４７が摩耗したときの第１仕上げ研磨について説明し、他の研磨については説明を簡略にする。
【００３５】
｛新品のリテーナリングを用いるときの研磨｝
まず、作業者は、事前準備として、上昇量調整手段４５の調整により被係止部４４１を所定位置に位置決めするとともに、リテーナ保持部材４２に新品のリテーナリング４７を取り付ける。
そして、研磨装置１は、作業者の操作に基づき、支持体３２を下降させるとともにチャック吸引部５３を駆動して、研磨ヘッド４のウェーハチャック４１で洗浄部２１上のウェーハＷを吸引保持する。次に、支持体３２を上昇させた後、支持体３２を９０°回転させて、ウェーハＷを保持している研磨ヘッド４を粗研磨部２２の上方に位置させる。
【００３６】
（粗研磨）
研磨装置１は、粗研磨を行う際に、第１加圧調整手段５４を制御して、係止部４４３が収容凹部４２２内に収容され、かつ、係止部４４３の上面が収容凹部４２２の上面に接触するように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。すなわち、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の下降量が最も大きくなるように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。
このような調整により、リテーナ保持部材４２で保持されているリテーナリング４７の下面は、ウェーハチャック４１で保持されているウェーハＷの下面とほぼ等しい高さに位置することになる。
さらに、研磨装置１は、第２加圧調整手段５５を制御して、ウェーハＷおよびリテーナリング４７の両方が所定の圧力で研磨パッド２２３に押し付けられるように、第２加圧室Ｐ２内の圧力を制御する。
【００３７】
そして、研磨装置１は、研磨ヘッド４をヘッド回転駆動手段３３で回転させながら支持体３２を下降させ、図６に示すように、粗研磨用のスラリーが供給され、かつ、回転している研磨パッド２２３の研磨面に、研磨ヘッド４で保持しているウェーハＷおよびリテーナリング４７を接触させる。これにより、ウェーハＷとリテーナリング４７とが研磨パッド２２３に押し付けられた状態での粗研磨が行われる。
研磨装置１は、粗研磨が終了すると、研磨ヘッド４の回転を停止させるとともに、ウェーハＷを保持させたまま研磨ヘッド４を上昇させる。そして、支持体３２を９０°回転させて、当該研磨ヘッド４を第１仕上げ研磨部２３の上方に位置させる。
【００３８】
（第１仕上げ研磨）
研磨装置１は、粗研磨が行われたウェーハＷが第１仕上げ研磨部２３の上方に位置すると、第１仕上げ研磨を行うために、第１加圧調整手段５４を制御して、被係止部４４１が係止部４４３で係止されるように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。すなわち、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の上昇量が最大上昇量となるように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。
このような調整により、リテーナ保持部材４２で保持されているリテーナリング４７の下面は、ウェーハチャック４１で保持されているウェーハＷの下面よりも上方に位置することになる。
さらに、研磨装置１は、第２加圧調整手段５５を制御して、ウェーハＷのみが所定の圧力で研磨パッド２２３に押し付けられるように、第２加圧室Ｐ２内の圧力を制御する。
【００３９】
そして、研磨装置１は、研磨ヘッド４をヘッド回転駆動手段３３で回転させながら支持体３２を下降させ、図５に示すように、第１仕上げ研磨用のスラリーが供給され、かつ、回転している研磨パッド２２３の研磨面に、研磨ヘッド４で保持しているウェーハＷのみを接触させる。これにより、ウェーハＷのみが研磨パッド２２３に押し付けられた状態での第１仕上げ研磨が行われる。
ここで、リテーナ無し研磨、すなわち第１仕上げ研磨および第２仕上げ研磨において、リテーナリング４７と研磨パッド２２３との間に形成されるリテーナパッド間隙間Ｄの間隔寸法Ｄｈは、ウェーハＷの厚さ寸法の半分以下とすることが好ましい。間隔寸法ＤｈがウェーハＷの厚さ寸法を超える場合には、研磨中に、リテーナリング４７と研磨パッド２２３との間からウェーハＷが飛び出してしまうおそれがあるからである。なお、間隔寸法Ｄｈの具体的な範囲としては、５０μｍ以上４００μｍ以下が例示できる。
【００４０】
｛リテーナリングが摩耗したときの第１仕上げ研磨｝
作業者は、リテーナリング４７が摩耗することにより、例えば図７に示すように、間隔寸法Ｄｈが大きくなり、リテーナ無し研磨中にウェーハＷが飛び出してしまうおそれがある場合に、上昇量調整手段４５のシンブル４５２を回転させて被係止部４４１を上昇させる。これにより、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量が、小さくなる。
なお、リテーナリング４７が摩耗する主な要因は、リテーナ有り研磨中に、スラリーと研磨パッド２２３とにより削られることであるが、リテーナ無し研磨中に、リテーナリング４７の内外に移動するスラリーによっても削られる。
【００４１】
このような状態にして、第１仕上げ研磨を行うために、第１加圧調整手段５４の制御により、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の上昇量が最大上昇量となるように第１加圧室Ｐ１内の圧力が調整されると、図８に示すように、リテーナ保持部材４２の上昇量は、被係止部４４１を上昇させない状態と比べて小さくなる。このため、リテーナリング４７が摩耗した場合であっても、リテーナパッド間隙間Ｄをリテーナリング４７が摩耗する前と同様の大きさにすることができ、リテーナ無し研磨である第１仕上げ研磨中に、ウェーハＷが飛び出してしまうことを防止できる。
【００４２】
［実施形態の作用効果］
上述したような本実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）研磨装置１に、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量を規定するメカストッパ４４とともに、当該最大上昇量を調整する上昇量調整手段４５を設けている。
このため、リテーナリング４７が摩耗した場合でも、上昇量調整手段４５にてリテーナ保持部材４２の最大上昇量を摩耗前よりも小さくすることにより、リテーナパッド間隙間Ｄを摩耗前とほぼ等しくすることができる。したがって、リテーナ無し研磨中にウェーハＷが飛び出すことを防止するために、リテーナリング４７を交換する必要がない。
【００４３】
（２）メカストッパ４４を、被係止部４４１と係止部４４３とで構成している。さらに、上昇量調整手段４５を、被係止部４４１の位置を微調整可能なマイクロメータで構成している。
このため、上昇量調整手段４５のシンブル４５２を回転させて、被係止部４４１のリテーナ保持部材４２からの突出量を調整するだけの簡単な方法で、リテーナ保持部材４２の最大上昇量を高精度に調整することができる。
【００４４】
（３）係止部４４３を収容可能な収容凹部４２２を、リテーナ保持部材４２に設けている。
このため、リテーナ有り研磨を行う際には、係止部４４３の上面が収容凹部４２２の上面に接触するように第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整することで、リテーナリング４７をウェーハＷとともに研磨パッド２２３に十分に押し付けることができ、エッジロールオフ量を適切に制御することができる。また、係止部４４３の厚さ寸法を小さくしなくても、ウェーハチャック４１に対してリテーナ保持部材４２を十分に下降させることができるので、係止部４４３の剛性を十分に確保でき、メカストッパ４４の長寿命化を図れる。
【００４５】
（４）３個の上昇量調整手段４５を、リテーナ保持部材４２の外周方向、すなわち回転軸部材４３の回転方向に沿って略等間隔で設けている。
このため、上昇量調整手段４５により制限されるリテーナ保持部材４２の上昇位置をウェーハＷの外周方向に沿ってほぼ等しくすることができ、当該外周方向に沿ったリテーナパッド間隙間Ｄの大きさもほぼ等しくすることができる。よって、リテーナ無し研磨後のウェーハＷにおける外周方向に沿ったエッジ形状のばらつきを、抑制することができる。
【００４６】
［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々の改良および設計の変更などが可能である。
すなわち、本発明の上昇量規定手段としては、被係止部４４１と係止部４４３との係止により制限する構成に限らず、例えば両端をウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２とに固定したテープ状の部材を適用し、当該テープ状の部材が伸びきった状態を、リテーナ保持部材４２の最大上昇量として規定してもよい。このような構成における上昇量調整手段としては、例えばテープ状の部材におけるリテーナ保持部材４２に固定される位置を変更するためのねじが例示できる。
【００４７】
また、図９に示すように、上昇量調整手段４５Ａを、必要に応じて被係止部４４１とリテーナ保持部材４２との間に挟まれるシム４５１Ａと、被係止部４４１をシム４５１Ａとともにあるいは被係止部４４１のみをリテーナ保持部材４２に固定するねじ４５２Ａとで構成してもよい。このような構成の場合、リテーナリング４７の摩耗前にシム４５１Ａを挟み、摩耗後にシム４５１Ａを取り外すことにより、被係止部４４１のリテーナ保持部材４２からの突出量を調整して、リテーナ保持部材４２の最大上昇量を調整することができる。
なお、図９に示す構成において、ウェーハチャック４１と係止部４４３との間にシム４５１Ａを挟むことで、リテーナ保持部材４２の最大上昇量を調整してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態あるいは図９に示す変形例において、被係止部４４１および係止部４４３のうちの少なくとも一方を、円環状ではなくブロック状に形成して、複数設けてもよい。このような構成の場合、上昇量調整手段４５，４５Ａを、被係止部４４１と同じ数だけ設ければよい。
また、被係止部４４１をブロック状にした場合、被係止突部４４２を被係止部４４１の外周方向全体にわたって設けた部材と、ねじとを一体化した部品を準備し、当該部品のリテーナ保持部材４２への螺合状態により、当該部品のリテーナ保持部材４２からの突出量を調整する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…研磨装置
４…研磨ヘッド
４１…ウェーハチャック
４２…リテーナ保持部材
４３…回転軸部材
４４…上昇量規定手段としてのメカストッパ
４５，４５Ａ…上昇量調整手段
４７…リテーナリング
４８…第１隔壁としての第１ダイアフラム
４９…第２隔壁としての第２ダイアフラム
５４…第１加圧調整手段
５５…第２加圧調整手段
２２１…回転駆動手段を構成する定盤回転駆動手段
２２２…定盤
２２３…研磨パッド
４２２…収容凹部
４４１…被係止部
４４３…係止部
Ｐ１…第１加圧室
Ｐ２…第２加圧室
Ｗ…ウェーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨ヘッド、および、研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェーハ（以下、ウェーハと称す）の研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１の研磨装置の研磨ヘッドには、第１エアバッグと第２エアバッグとが設けられている。第１エアバッグは、リテーナリングを保持するリテーナフレームと、シャフトに設けられたフレームとの間に設けられている。また、第２エアバッグは、ウェーハチャックと、リテーナフレームとの間に設けられている。
このような構成により、ウェーハチャックとリテーナリングとを、回転駆動軸に沿って、独立的に移動させることが可能となり、第１エアバッグおよび第２エアバッグの圧力の調整により、研磨パッドにウェーハを押し付ける圧力を調整することができる。また、リテーナリングを研磨パッドに押し付けた状態で研磨する（以下、リテーナ有り研磨と称す）と、リテーナリングを研磨パッドから離間させた状態で研磨する（以下、リテーナ無し研磨と称す）とを容易に切り替えることができる。
また、特許文献１の研磨ヘッドには、研磨中に、ウェーハチャックとリテーナリングとの隙間を一定の範囲に保つようなメカストッパが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４９０８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のような装置を用いてリテーナ有り研磨を行った場合、リテーナリングの先端部は研磨パッドに押し付けられることから、リテーナリングの先端部が摩耗する。このリテーナリングが摩耗した状態でリテーナ無し研磨を行った場合、リテーナ無し研磨を行うために第２エアバッグの圧力を大きくして、リテーナリングをウェーハチャックに対して上昇させても、ウェーハチャックとリテーナリングとの隙間を一定の範囲に保つようにメカストッパが設けられているため、リテーナリングと研磨パッドとの隙間（以下、リテーナパッド間隙間と称す）が大きくなってしまう。このため、リテーナ無し研磨中に、この隙間からウェーハがリテーナリングの外に飛び出してしまうおそれがある。また、このような飛び出しを防止するためには、リテーナリングの交換が必要となり、リテーナリングの長寿命化を図れない。
【０００５】
本発明の目的は、リテーナリングが摩耗した場合でも、リテーナリングを研磨パッドから離したウェーハの研磨中に、ウェーハがリテーナリングから飛び出すことを防止可能であり、かつ、リテーナリングの長寿命化を図れる研磨ヘッド、および、研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の研磨ヘッドは、ウェーハを保持するウェーハチャックと、前記ウェーハチャックを囲むリテーナリングを保持し、前記ウェーハチャックの上方に設けられたリテーナ保持部材と、前記リテーナ保持部材の上方に設けられた回転軸部材と、前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第１加圧室を、前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とにより形成する第１隔壁と、前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第２加圧室を、前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とにより形成する第２隔壁と、を有する研磨ヘッドにおいて、前記ウェーハチャックに対する前記リテーナ保持部材の最大上昇量を規定する上昇量規定手段と、前記上昇量規定手段で規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ウェーハチャックに対するリテーナ保持部材の最大上昇量を規定する上昇量規定手段とともに、当該上昇量規定手段により規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段を設けている。
このため、リテーナ保持部材の上昇量が上昇量規定手段で規定された最大上昇量となるように、第１加圧室の圧力を調整するだけの簡単な方法で、リテーナ無し研磨におけるリテーナパッド間隙間を、予め規定された大きさに設定することができる。
また、リテーナリングの摩耗により、摩耗前の研磨条件を維持するとリテーナパッド間隙間が摩耗前よりも大きくなってしまうような場合には、上昇量規定手段で規定される最大上昇量の大きさを摩耗前よりも小さくすることにより、リテーナパッド間隙間を摩耗前とほぼ等しくすることができる。したがって、リテーナ無し研磨中にウェーハが飛び出すことを防止するために、リテーナリングを交換する必要がなく、リテーナリングの長寿命化を図ることができる。
【０００８】
本発明の研磨ヘッドでは、前記上昇量規定手段は、前記リテーナ保持部材の下面から下方に突出する被係止部と、前記ウェーハチャックの上面から上方に突出し、前記被係止部を係止する係止部と、を備え、前記上昇量調整手段は、前記被係止部および前記係止部のうち少なくとも一方の突出量を調整することで、最大上昇量を調整することが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、被係止部あるいは係止部の突出量を調整するだけの簡単な方法で、リテーナ保持部材の最大上昇量を調整することができる。
【００１０】
本発明の研磨ヘッドでは、前記リテーナ保持部材の下面には、当該リテーナ保持部材の上面側に凹みかつ前記係止部を収容可能な収容凹部が設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、リテーナ有り研磨を行う場合には、係止部が収容凹部に収容されるまで、セラミックチャックに対してリテーナ保持部材を下降させることで、リテーナリングを研磨パッドに十分に押し付けることができ、エッジロールオフ量を適切に制御することができる。また、係止部の厚さ寸法を小さくしなくても、セラミックチャックに対してリテーナ保持部材を下降させることができるので、係止部の剛性を十分に確保でき、上昇量規定手段の長寿命化を図れる。
【００１２】
本発明の研磨ヘッドでは、前記上昇量規定手段は、前記回転軸部材の回転方向に沿って等しい間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、複数の上昇量規定手段を、回転軸部材の回転方向に沿って等しい間隔で設けているため、上昇量規定手段で規制されるリテーナ保持部材の上昇位置を、ウェーハの外周方向に沿ってほぼ等しくすることができる。したがって、当該回転方向に沿ったリテーナパッド間隙間の大きさもほぼ等しくすることができ、リテーナ無し研磨後のウェーハにおける外周方向に沿ったエッジ形状のばらつきを、抑制することができる。
【００１４】
本発明の研磨装置は、上述の研磨ヘッドと、研磨パッドが設けられた定盤と、前記研磨ヘッドと前記定盤とを相対的に回転させる回転駆動手段と、前記第１加圧室の圧力を調整する第１加圧調整手段と、前記第２加圧室の圧力を調整する第２加圧調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、上述の研磨ヘッドと同様の効果を奏することが可能な研磨装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体を表す平面図。
【図２】前記一実施形態における研磨装置の一部を切り欠いた側面図。
【図３】前記一実施形態における研磨パッドの断面図。
【図４】前記一実施形態における研磨パッドの平面図。
【図５】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、新品のリテーナリングを用いたリテーナ無し研磨中の適切な状態を表す。
【図６】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、新品のリテーナリングを用いたリテーナ有り研磨中の状態を表す。
【図７】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、リテーナリングが摩耗した状態を表す。
【図８】前記一実施形態における研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、摩耗後のリテーナリングを用いたリテーナ無し研磨中の適切な状態を表す。
【図９】本発明の変形例に係る研磨パッドの一部を拡大した断面図であり、新品のリテーナリングとシムとを用いたリテーナ無し研磨中の適切な状態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［ウェーハの研磨装置の構成］
図１に示すように、研磨装置１は、スラリーを用いて直径寸法が３００ｍｍのウェーハＷの表面を複数段階的に研磨する枚葉式の装置である。具体的には、研磨装置１は、ウェーハＷの粗研磨処理、この粗研磨処理よりも細かい粗さで研磨する第１仕上げ研磨処理、この第１仕上げ研磨よりも細かい粗さで研磨する第２仕上げ研磨処理を実施する装置である。なお、直径寸法が３００ｍｍ以外のウェーハＷを対象とした研磨装置１としてもよい。
この研磨装置１は、図１に示すように、箱状の筐体２０に設けられた研磨処理部２と、この研磨処理部２の上方に設けられたウェーハ保持回転部３と、このウェーハ保持回転部３に設けられた研磨ヘッド４とを備える。
【００１８】
研磨処理部２は、研磨ヘッド４の洗浄や、ウェーハＷの研磨やリンスなどを適宜行う。この研磨処理部２は、筐体２０の上面の外縁方向に沿って配置された、洗浄部２１と、粗研磨部２２と、第１仕上げ研磨部２３と、第２仕上げ研磨部２４とを備える。なお、粗研磨部２２、第１仕上げ研磨部２３、および、第２仕上げ研磨部２４は、同様の構成を有しているため、粗研磨部２２について詳細に説明し、第１仕上げ研磨部２３および第２仕上げ研磨部２４については説明を簡略化する。
【００１９】
洗浄部２１には、ウェーハＷが適宜載置される。このウェーハＷは、研磨ヘッド４に保持されて粗研磨部２２などで研磨される。また、洗浄部２１には、研磨されたウェーハＷが研磨ヘッド４により載置される。このウェーハＷは、外部に適宜搬送される。さらに、洗浄部２１は、この洗浄部２１の上方に位置する研磨ヘッド４の洗浄を適宜行う。
【００２０】
粗研磨部２２は、図１および図２に示すように、筐体２０内に設けられた定盤回転駆動手段２２１と、この定盤回転駆動手段２２１の回転軸に設けられた円板状の定盤２２２と、図示しない、粗研磨スラリー供給部と、リンス液供給部とを備える。
定盤２２２の上面には、研磨パッド２２３が設けられている。粗研磨スラリー供給部は、研磨パッド２２３の研磨面に、粗研磨用のスラリーを適宜供給する。リンス液供給部は、研磨面に、ウェーハＷの被研磨面をリンスするためのリンス液を適宜供給する。
【００２１】
第１仕上げ研磨部２３は、定盤回転駆動手段２２１と、定盤２２２と、研磨パッド２２３の研磨面に第１仕上げ研磨用のスラリーを供給する第１仕上げ研磨スラリー供給部と、リンス液供給部とを備える。
第２仕上げ研磨部２４は、定盤回転駆動手段２２１と、定盤２２２と、研磨パッド２２３の研磨面に第２仕上げ研磨用のスラリーを供給する第２仕上げ研磨スラリー供給部と、リンス液供給部とを備える。
【００２２】
ウェーハ保持回転部３は、ウェーハＷを保持して回転させるとともに、ウェーハＷを洗浄部２１、粗研磨部２２、第１仕上げ研磨部２３、第２仕上げ研磨部２４に順次搬送する。そして、ウェーハ保持回転部３は、筐体２０内に配置された支持体スピンドル３１と、この支持体スピンドル３１の回転軸に設けられた平面視で略十字型の箱状の支持体３２と、を備える。支持体３２の十字状の各先端には、研磨ヘッド４がそれぞれ２個ずつ設けられている。また、支持体３２の内部には、研磨ヘッド４をそれぞれ回転させるヘッド回転駆動手段３３が設けられている。
なお、定盤回転駆動手段２２１とヘッド回転駆動手段３３とにより、本発明の回転駆動手段が構成されている。
【００２３】
研磨ヘッド４は、図３に示すように、ウェーハＷを保持するウェーハチャック４１と、このウェーハチャック４１の上方に設けられたリテーナ保持部材４２と、このリテーナ保持部材４２の上方に設けられた回転軸部材４３と、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量を規定する上昇量規定手段としてのメカストッパ４４と、このメカストッパ４４により規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段４５とを備える。
ウェーハチャック４１は、ウェーハＷと略等しい直径寸法を有する略円板状に形成されている。このウェーハチャック４１には、当該ウェーハチャック４１の上面中央と、下面中央および下面外縁近傍の複数箇所とを連通するチャック孔４１１が開口形成されている。
また、ウェーハチャック４１の下面には、多孔質樹脂材により略円板状に形成されたバッキングパッド４６が設けられている。このバッキングパッド４６におけるチャック孔４１１に対応する位置には、パッド孔４６１が設けられている。
【００２４】
リテーナ保持部材４２は、ウェーハチャック４１より大きい直径寸法を有する略円板状に形成されている。このリテーナ保持部材４２の略中央には、上下を貫通する第１孔４２１が設けられている。また、リテーナ保持部材４２の下面における直径方向略中央には、上面側に凹む円環状の収容凹部４２２が設けられている。この収容凹部４２２には、後述する被係止部４４１の上端側が収容される。なお、収容凹部４２２の深さ寸法は、被係止部４４１の全体を収容可能な大きさであってもよい。
【００２５】
また、リテーナ保持部材４２の下面における外縁部分には、リテーナリング４７が設けられている。
リテーナリング４７は、例えばアルミナなどの材質により、内径寸法がウェーハチャック４１の直径寸法と略等しいリング状に形成され、ウェーハチャック４１を囲むように設けられている。また、リテーナリング４７の内周面には、樹脂で形成された樹脂リング４７１が設けられている。
【００２６】
ウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２とには、これらを接続するリング板状の第１隔壁としての第１ダイアフラム４８が設けられている。第１ダイアフラム４８の外縁部分は、リテーナ保持部材４２の下面と、リテーナリング４７の上面との間に挟まれている。一方、第１ダイアフラム４８の内縁部分は、ウェーハチャック４１の上面と、当該ウェーハチャック４１の上面に設けられた金属板４１２との間に挟まれている。
このような構成により、ウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２と第１ダイアフラム４８とで、内部圧力を調整可能な第１加圧室Ｐ１が形成される。
【００２７】
回転軸部材４３は、上下に延びる円筒状のシャフト部４３１と、このシャフト部４３１の下端から側方に向けて鍔状に延びる回転フレーム部４３２とを備える。
シャフト部４３１の下端面には、当該下端面を略閉塞する閉塞部材４３３が設けられている。この閉塞部材４３３には、上下を貫通する第２孔４３４が設けられている。
回転フレーム部４３２の直径寸法は、ウェーハチャック４１およびリテーナ保持部材４２の直径寸法よりも小さく設定されている。
【００２８】
リテーナ保持部材４２と回転軸部材４３とには、これらを接続するリング板状の第２隔壁としての第２ダイアフラム４９が設けられている。この第２ダイアフラム４９の外縁部分は、リテーナ保持部材４２の上面と、当該上面に設けられたリング状の固定部材４２３との間に挟まれている。一方、第２ダイアフラム４９の内縁部分は、回転フレーム部４３２の下面における外縁部分と、当該外縁部分に設けられたリング状の固定部材４３５との間に挟まれている。
このような構成により、リテーナ保持部材４２と回転軸部材４３と第２ダイアフラム４９とで、内部圧力を調整可能な第２加圧室Ｐ２が形成される。
【００２９】
また、シャフト部４３１の内部には、それぞれ上下に延びる、チャック管５０と、第１圧力管５１と、第２圧力管５２とが設けられている。
チャック管５０は、閉塞部材４３３およびリテーナ保持部材４２を貫通するように設けられ、その下端側が、ウェーハチャック４１のチャック孔４１１内に固定されている。また、チャック管５０の上端には、チャック吸引部５３が接続されている。このチャック吸引部５３は、チャック管５０、チャック孔４１１、および、パッド孔４６１の内部を吸引して真空にすることにより、バッキングパッド４６を介してウェーハチャック４１でウェーハＷを吸引保持させる。
第１圧力管５１は、閉塞部材４３３を貫通するように設けられ、その下端側がリテーナ保持部材４２の第１孔４２１内に固定されている。また、第１圧力管５１の上端には、第１加圧調整手段５４が接続されている。この第１加圧調整手段５４は、第１圧力管５１を介して、第１加圧室Ｐ１内部の圧力を調整する。
第２圧力管５２の下端側は、閉塞部材４３３の第２孔４３４内に固定されている。また、第２圧力管５２の上端には、第２加圧調整手段５５が接続されている。この第２加圧調整手段５５は、第２圧力管５２を介して、第２加圧室Ｐ２内部の圧力を調整する。
【００３０】
なお、リテーナ保持部材４２におけるチャック管５０の貫通部分と、閉塞部材４３３におけるチャック管５０および第１圧力管５１の貫通部分には、第１加圧室Ｐ１や第２加圧室Ｐ２の圧力調整による大きさの変化により、当該貫通部分に対してチャック管５０や第１圧力管５１が相対移動した場合でも、第１加圧室Ｐ１や第２加圧室Ｐ２の気密性を保持できるような機構が設けられている。
【００３１】
メカストッパ４４は、図４に示すように、研磨ヘッド４の外周方向に沿って、円環状に設けられている。また、上昇量調整手段４５は、被係止部４４１の外周方向に沿って約１２０°間隔で３個設けられている。
【００３２】
メカストッパ４４は、図５に示すように、リテーナ保持部材４２の下面から突出する円環状の被係止部４４１と、ウェーハチャック４１の上面から突出する円環状の係止部４４３とを備えている。
被係止部４４１の下端には、当該被係止部４４１の全周にわたって研磨ヘッド４の外側に向けて突出する、被係止突部４４２が設けられている。この被係止部４４１は、上昇量調整手段４５により、リテーナ保持部材４２からの突出量を調整可能に、かつ、被係止突部４４２が後述する係止突部４４４の下方に位置するように固定されている。
係止部４４３の上端には、当該係止部４４３の全周にわたって研磨ヘッド４の中央に向けて突出する、係止突部４４４が設けられている。係止部４４３は、ねじ４４５によりウェーハチャック４１の外縁近傍に固定されている。
そして、被係止部４４１の被係止突部４４２の上面と係止突部４４４の下面とが接触することにより、被係止部４４１が係止部４４３で係止される。なお、被係止突部４４２および係止突部４４４は、互いに接触可能であれば、被係止部４４１や係止部４４３の外周方向に沿って所定間隔で複数設けてもよい。
【００３３】
上昇量調整手段４５は、マイクロメータと同様の構成を有し、スリーブ４５１と、このスリーブ４５１に対して回転可能なシンブル４５２と、このシンブル４５２の回転操作によりスリーブ４５１に対して上下に進退するスピンドル４５３とを備える。また、スリーブ４５１およびシンブル４５２には、図示しない目盛りが表示されている。
そして、上昇量調整手段４５は、スピンドル４５３がリテーナ保持部材４２に設けられた孔に挿通されており、スピンドル４５３の先端で被係止部４４１を保持している。また、スピンドル４５３が挿通されている孔の上端側には、スピンドル４５３の外周面に密接する円環状のシール４５４が嵌め込まれている、このシール４５４の上面にスリーブ４５１の下端が当接することで、上昇量調整手段４５がリテーナ保持部材４２の上面に位置決めされている。そして、シール４５４により、スピンドル４５３が上下に進退した場合でも、第１加圧室Ｐ１や第２加圧室Ｐ２の気密性を保持できるようになっている。
【００３４】
［ウェーハの研磨装置の作用］
次に、上述の研磨装置１の作用として、ウェーハＷの研磨方法について説明する。
ここで、研磨装置１の粗研磨部２２での粗研磨は、リテーナ有り研磨で行われ、第１仕上げ研磨部２３での第１仕上げ研磨および第２仕上げ研磨部２４での第２仕上げ研磨は、リテーナ無し研磨で行われる。また、詳しくは後述するが、上昇量調整手段４５は、リテーナ無し研磨を行う工程において、リテーナリング４７が摩耗したときに有効に作用する。
以上のことから、まず、新品のリテーナリング４７を用いたとき（４７が摩耗していないとき）の粗研磨および第１仕上げ研磨について説明し、その後、リテーナリング４７が摩耗したときの第１仕上げ研磨について説明し、他の研磨については説明を簡略にする。
【００３５】
｛新品のリテーナリングを用いるときの研磨｝
まず、作業者は、事前準備として、上昇量調整手段４５の調整により被係止部４４１を所定位置に位置決めするとともに、リテーナ保持部材４２に新品のリテーナリング４７を取り付ける。
そして、研磨装置１は、作業者の操作に基づき、支持体３２を下降させるとともにチャック吸引部５３を駆動して、研磨ヘッド４のウェーハチャック４１で洗浄部２１上のウェーハＷを吸引保持する。次に、支持体３２を上昇させた後、支持体３２を９０°回転させて、ウェーハＷを保持している研磨ヘッド４を粗研磨部２２の上方に位置させる。
【００３６】
（粗研磨）
研磨装置１は、粗研磨を行う際に、第１加圧調整手段５４を制御して、係止部４４３が収容凹部４２２内に収容され、かつ、係止部４４３の上面が収容凹部４２２の上面に接触するように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。すなわち、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の下降量が最も大きくなるように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。
このような調整により、リテーナ保持部材４２で保持されているリテーナリング４７の下面は、ウェーハチャック４１で保持されているウェーハＷの下面とほぼ等しい高さに位置することになる。
さらに、研磨装置１は、第２加圧調整手段５５を制御して、ウェーハＷおよびリテーナリング４７の両方が所定の圧力で研磨パッド２２３に押し付けられるように、第２加圧室Ｐ２内の圧力を制御する。
【００３７】
そして、研磨装置１は、研磨ヘッド４をヘッド回転駆動手段３３で回転させながら支持体３２を下降させ、図６に示すように、粗研磨用のスラリーが供給され、かつ、回転している研磨パッド２２３の研磨面に、研磨ヘッド４で保持しているウェーハＷおよびリテーナリング４７を接触させる。これにより、ウェーハＷとリテーナリング４７とが研磨パッド２２３に押し付けられた状態での粗研磨が行われる。
研磨装置１は、粗研磨が終了すると、研磨ヘッド４の回転を停止させるとともに、ウェーハＷを保持させたまま研磨ヘッド４を上昇させる。そして、支持体３２を９０°回転させて、当該研磨ヘッド４を第１仕上げ研磨部２３の上方に位置させる。
【００３８】
（第１仕上げ研磨）
研磨装置１は、粗研磨が行われたウェーハＷが第１仕上げ研磨部２３の上方に位置すると、第１仕上げ研磨を行うために、第１加圧調整手段５４を制御して、被係止部４４１が係止部４４３で係止されるように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。すなわち、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の上昇量が最大上昇量となるように、第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整する。
このような調整により、リテーナ保持部材４２で保持されているリテーナリング４７の下面は、ウェーハチャック４１で保持されているウェーハＷの下面よりも上方に位置することになる。
さらに、研磨装置１は、第２加圧調整手段５５を制御して、ウェーハＷのみが所定の圧力で研磨パッド２２３に押し付けられるように、第２加圧室Ｐ２内の圧力を制御する。
【００３９】
そして、研磨装置１は、研磨ヘッド４をヘッド回転駆動手段３３で回転させながら支持体３２を下降させ、図５に示すように、第１仕上げ研磨用のスラリーが供給され、かつ、回転している研磨パッド２２３の研磨面に、研磨ヘッド４で保持しているウェーハＷのみを接触させる。これにより、ウェーハＷのみが研磨パッド２２３に押し付けられた状態での第１仕上げ研磨が行われる。
ここで、リテーナ無し研磨、すなわち第１仕上げ研磨および第２仕上げ研磨において、リテーナリング４７と研磨パッド２２３との間に形成されるリテーナパッド間隙間Ｄの間隔寸法Ｄｈは、ウェーハＷの厚さ寸法の半分以下とすることが好ましい。間隔寸法ＤｈがウェーハＷの厚さ寸法を超える場合には、研磨中に、リテーナリング４７と研磨パッド２２３との間からウェーハＷが飛び出してしまうおそれがあるからである。なお、間隔寸法Ｄｈの具体的な範囲としては、５０μｍ以上４００μｍ以下が例示できる。
【００４０】
｛リテーナリングが摩耗したときの第１仕上げ研磨｝
作業者は、リテーナリング４７が摩耗することにより、例えば図７に示すように、間隔寸法Ｄｈが大きくなり、リテーナ無し研磨中にウェーハＷが飛び出してしまうおそれがある場合に、上昇量調整手段４５のシンブル４５２を回転させて被係止部４４１を上昇させる。これにより、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量が、小さくなる。
なお、リテーナリング４７が摩耗する主な要因は、リテーナ有り研磨中に、スラリーと研磨パッド２２３とにより削られることであるが、リテーナ無し研磨中に、リテーナリング４７の内外に移動するスラリーによっても削られる。
【００４１】
このような状態にして、第１仕上げ研磨を行うために、第１加圧調整手段５４の制御により、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の上昇量が最大上昇量となるように第１加圧室Ｐ１内の圧力が調整されると、図８に示すように、リテーナ保持部材４２の上昇量は、被係止部４４１を上昇させない状態と比べて小さくなる。このため、リテーナリング４７が摩耗した場合であっても、リテーナパッド間隙間Ｄをリテーナリング４７が摩耗する前と同様の大きさにすることができ、リテーナ無し研磨である第１仕上げ研磨中に、ウェーハＷが飛び出してしまうことを防止できる。
【００４２】
［実施形態の作用効果］
上述したような本実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）研磨装置１に、ウェーハチャック４１に対するリテーナ保持部材４２の最大上昇量を規定するメカストッパ４４とともに、当該最大上昇量を調整する上昇量調整手段４５を設けている。
このため、リテーナリング４７が摩耗した場合でも、上昇量調整手段４５にてリテーナ保持部材４２の最大上昇量を摩耗前よりも小さくすることにより、リテーナパッド間隙間Ｄを摩耗前とほぼ等しくすることができる。したがって、リテーナ無し研磨中にウェーハＷが飛び出すことを防止するために、リテーナリング４７を交換する必要がない。
【００４３】
（２）メカストッパ４４を、被係止部４４１と係止部４４３とで構成している。さらに、上昇量調整手段４５を、被係止部４４１の位置を微調整可能なマイクロメータで構成している。
このため、上昇量調整手段４５のシンブル４５２を回転させて、被係止部４４１のリテーナ保持部材４２からの突出量を調整するだけの簡単な方法で、リテーナ保持部材４２の最大上昇量を高精度に調整することができる。
【００４４】
（３）係止部４４３を収容可能な収容凹部４２２を、リテーナ保持部材４２に設けている。
このため、リテーナ有り研磨を行う際には、係止部４４３の上面が収容凹部４２２の上面に接触するように第１加圧室Ｐ１内の圧力を調整することで、リテーナリング４７をウェーハＷとともに研磨パッド２２３に十分に押し付けることができ、エッジロールオフ量を適切に制御することができる。また、係止部４４３の厚さ寸法を小さくしなくても、ウェーハチャック４１に対してリテーナ保持部材４２を十分に下降させることができるので、係止部４４３の剛性を十分に確保でき、メカストッパ４４の長寿命化を図れる。
【００４５】
（４）３個の上昇量調整手段４５を、リテーナ保持部材４２の外周方向、すなわち回転軸部材４３の回転方向に沿って略等間隔で設けている。
このため、上昇量調整手段４５により制限されるリテーナ保持部材４２の上昇位置をウェーハＷの外周方向に沿ってほぼ等しくすることができ、当該外周方向に沿ったリテーナパッド間隙間Ｄの大きさもほぼ等しくすることができる。よって、リテーナ無し研磨後のウェーハＷにおける外周方向に沿ったエッジ形状のばらつきを、抑制することができる。
【００４６】
［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々の改良および設計の変更などが可能である。
すなわち、本発明の上昇量規定手段としては、被係止部４４１と係止部４４３との係止により制限する構成に限らず、例えば両端をウェーハチャック４１とリテーナ保持部材４２とに固定したテープ状の部材を適用し、当該テープ状の部材が伸びきった状態を、リテーナ保持部材４２の最大上昇量として規定してもよい。このような構成における上昇量調整手段としては、例えばテープ状の部材におけるリテーナ保持部材４２に固定される位置を変更するためのねじが例示できる。
【００４７】
また、図９に示すように、上昇量調整手段４５Ａを、必要に応じて被係止部４４１とリテーナ保持部材４２との間に挟まれるシム４５１Ａと、被係止部４４１をシム４５１Ａとともにあるいは被係止部４４１のみをリテーナ保持部材４２に固定するねじ４５２Ａとで構成してもよい。このような構成の場合、リテーナリング４７の摩耗前にシム４５１Ａを挟み、摩耗後にシム４５１Ａを取り外すことにより、被係止部４４１のリテーナ保持部材４２からの突出量を調整して、リテーナ保持部材４２の最大上昇量を調整することができる。
なお、図９に示す構成において、ウェーハチャック４１と係止部４４３との間にシム４５１Ａを挟むことで、リテーナ保持部材４２の最大上昇量を調整してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態あるいは図９に示す変形例において、被係止部４４１および係止部４４３のうちの少なくとも一方を、円環状ではなくブロック状に形成して、複数設けてもよい。このような構成の場合、上昇量調整手段４５，４５Ａを、被係止部４４１と同じ数だけ設ければよい。
また、被係止部４４１をブロック状にした場合、被係止突部４４２を被係止部４４１の外周方向全体にわたって設けた部材と、ねじとを一体化した部品を準備し、当該部品のリテーナ保持部材４２への螺合状態により、当該部品のリテーナ保持部材４２からの突出量を調整する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…研磨装置
４…研磨ヘッド
４１…ウェーハチャック
４２…リテーナ保持部材
４３…回転軸部材
４４…上昇量規定手段としてのメカストッパ
４５，４５Ａ…上昇量調整手段
４７…リテーナリング
４８…第１隔壁としての第１ダイアフラム
４９…第２隔壁としての第２ダイアフラム
５４…第１加圧調整手段
５５…第２加圧調整手段
２２１…回転駆動手段を構成する定盤回転駆動手段
２２２…定盤
２２３…研磨パッド
４２２…収容凹部
４４１…被係止部
４４３…係止部
Ｐ１…第１加圧室
Ｐ２…第２加圧室
Ｗ…ウェーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを保持するウェーハチャックと、
前記ウェーハチャックを囲むリテーナリングを保持し、前記ウェーハチャックの上方に設けられたリテーナ保持部材と、
前記リテーナ保持部材の上方に設けられた回転軸部材と、
前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第１加圧室を、前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とにより形成する第１隔壁と、
前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第２加圧室を、前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とにより形成する第２隔壁と、を有する研磨ヘッドにおいて、
前記ウェーハチャックに対する前記リテーナ保持部材の最大上昇量を規定する上昇量規定手段と、
前記上昇量規定手段で規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段と、を備えることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨ヘッドにおいて、
前記上昇量規定手段は、前記リテーナ保持部材の下面から下方に突出する被係止部と、前記ウェーハチャックの上面から上方に突出し、前記被係止部を係止する係止部と、を備え、
前記上昇量調整手段は、前記被係止部および前記係止部のうち少なくとも一方の突出量を調整することで、最大上昇量を調整することを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の研磨ヘッドにおいて、
前記リテーナ保持部材の下面には、当該リテーナ保持部材の上面側に凹みかつ前記係止部を収容可能な収容凹部が設けられていることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の研磨ヘッドにおいて、
前記上昇量規定手段は、前記回転軸部材の回転方向に沿って等しい間隔で複数設けられていることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の研磨ヘッドと、
研磨パッドが設けられた定盤と、
前記研磨ヘッドと前記定盤とを相対的に回転させる回転駆動手段と、
前記第１加圧室の圧力を調整する第１加圧調整手段と、
前記第２加圧室の圧力を調整する第２加圧調整手段と、を備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項１】
ウェーハを保持するウェーハチャックと、
前記ウェーハチャックを囲むリテーナリングを保持し、前記ウェーハチャックの上方に設けられたリテーナ保持部材と、
前記リテーナ保持部材の上方に設けられた回転軸部材と、
前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第１加圧室を、前記ウェーハチャックと前記リテーナ保持部材とにより形成する第１隔壁と、
前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とを接続し、内部圧力を調整可能な第２加圧室を、前記リテーナ保持部材と前記回転軸部材とにより形成する第２隔壁と、を有する研磨ヘッドにおいて、
前記ウェーハチャックに対する前記リテーナ保持部材の最大上昇量を規定する上昇量規定手段と、
前記上昇量規定手段で規定される最大上昇量を調整する上昇量調整手段と、を備えることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨ヘッドにおいて、
前記上昇量規定手段は、前記リテーナ保持部材の下面から下方に突出する被係止部と、前記ウェーハチャックの上面から上方に突出し、前記被係止部を係止する係止部と、を備え、
前記上昇量調整手段は、前記被係止部および前記係止部のうち少なくとも一方の突出量を調整することで、最大上昇量を調整することを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の研磨ヘッドにおいて、
前記リテーナ保持部材の下面には、当該リテーナ保持部材の上面側に凹みかつ前記係止部を収容可能な収容凹部が設けられていることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の研磨ヘッドにおいて、
前記上昇量規定手段は、前記回転軸部材の回転方向に沿って等しい間隔で複数設けられていることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の研磨ヘッドと、
研磨パッドが設けられた定盤と、
前記研磨ヘッドと前記定盤とを相対的に回転させる回転駆動手段と、
前記第１加圧室の圧力を調整する第１加圧調整手段と、
前記第２加圧室の圧力を調整する第２加圧調整手段と、を備えることを特徴とする研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２４０１６０（Ｐ２０１２−２４０１６０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２６０９（Ｐ２０１１−１１２６０９）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００１８４７１３）ＳＵＭＣＯ ＴＥＣＨＸＩＶ株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００１８４７１３）ＳＵＭＣＯ ＴＥＣＨＸＩＶ株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
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