CN101137464A - Cmp装置用挡圈及其制造方法、以及cmp装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够有效地将适应研磨所需的时间抑制在最小限度内的挡圈。在对晶片(W)进行化学机械研磨的CMP装置(1)中，将配设在保持头(4)内、以环状包围晶片(W)的外周、并且按压研磨垫(3)的研磨面(3a)的挡圈(8)采用PPS等工程塑料材料构成，使按压研磨垫(3)的研磨面(3a)的按压面(8a)的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值(Ra)计为0.01μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及以化学机械的方式研磨晶片的CMP(ChemicalMechanical Polishing：化学机械研磨)装置，特别涉及配设(安装)在CMP装置的保持头内而包围晶片外周的挡圈。
背景技术
随着半导体设备的高集成化、高性能化的发展，水平方向(平面上)的尺寸变小，并且使垂直方向的构造微细化和多层化。而且为了实现这样的微细化和多层化，半导体基板(硅基板等)的平面度(平坦度)需要较高。因此，在晶片的阶段要求提高平面度，作为对应这样的要求的技术，一般使用CMP装置。
该CMP装置例如由可旋转的研磨盘(platen)、配置在该研磨盘上的研磨垫、保持晶片并将其按压在研磨垫上的保持头、以及浆液供给喷嘴等构成。再者，保持头由包围晶片外周的挡圈、例如按压晶片的上表面的弹性体膜、由该弹性体膜、挡圈和头主体包围的空气室、和向该空气室供给加压用空气的空气供给路径等构成。并且，挡圈包围晶片的外周而防止晶片的飞出，并且按压研磨垫的研磨面(表面)，使研磨晶片的研磨垫的研磨面平坦化、微细化(均衡化)。因此，需要使挡圈的按压面(按压研磨垫的面)的表面粗糙度较小。
另一方面，这样的挡圈由于按压研磨垫，所以其按压面自身受研磨垫研磨而消耗。因此，必须定期地更换挡圈，但如果挡圈的按压面的表面粗糙度较大，则不能得到规定的研磨性能、即晶片的平面度。因此，在更换了挡圈的情况下，在开始产品晶片(作为产品生产的晶片)的研磨之前，需要进行新安装的挡圈的适应研磨。也就是说，需要将新的挡圈安装在CMP装置的保持头上、研磨几十片的模拟晶片(适应用晶片)、在确认得到了适当的研磨性能后开始产品晶片的研磨。并且，在这样的适应研磨中需要较多的时间和劳动，成为使晶片的生产开工率降低的原因。
根据这样的情况，为了缩短适应研磨所需要的时间，为人所知的有对挡圈的按压面进行表面加工，将其加工为规定的平滑度的技术(例如参照专利文献1)。也就是说，该挡圈通过使其按压面的表面粗糙度以最大高度(Rmax)计为0.8μm以下，可以不需要适应研磨。
但是，对晶片要求的平面度很高，如上述专利文献1所述的挡圈不能满足这样高的平面度。也就是说，在按压面的表面粗糙度以最大高度计为0.8μm左右时，不能使研磨垫的研磨面良好地(达到高水平)平坦化、微细化，即使采用这样的研磨垫研磨晶片，也不能得到很高的平面度。因此，实际上需要与以往同样的长时间的适应研磨。再者，在上述专利文献1中记载的表面粗糙度之中，最小的值以最大高度计为0.6μm，在这样的粗糙程度下，与0.8μm的情况同样，需要长时间的适应研磨的情况没有变化。另外，在上述专利文献1中，通过使按压面的表面粗糙度以最大高度计为0.8μm以下，提高了研磨速率和研磨速率的面内均匀性，但并不能表示出研磨速率能够以怎样的速度(mm/min)研磨晶片，并没有表示能够将晶片研磨为较高的平面度。
再者，通过CMP装置研磨的晶片的平面度受挡圈的材质和其按压面的表面粗糙度影响。也就是说，通过确定挡圈的材质和其按压面的表面粗糙度，能够将晶片研磨为较高的平面度。但是，在上述专利文献1中，对于挡圈的材质并没有记载，而且对于怎样的材质的挡圈、可以通过使其按压面的表面粗糙度以最大高度计为0.8μm以下而不需要适应研磨也是不清楚的。
如上所述，在上述专利文献1中记载的挡圈及其公开内容中，当然不能使适应研磨不再需要，实际上也不能将适应研磨所需的时间抑制在最小限度内。
专利文献1：特开2002-126995号公报
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种实际上能够将适应研磨所需的时间抑制在最小限度内的挡圈及其制造方法。
为了达到上述目的，技术方案1所述的发明涉及一种CMP装置用挡圈，其在具备配置在研磨盘上的研磨垫、和保持晶片并将其按压在研磨垫上的保持头，从而对晶片进行化学机械研磨的CMP装置中，配设在保持头内，以环状包围晶片的外周，并且按压研磨垫的研磨面，所述CMP装置用挡圈的特征在于：由工程塑料材料构成，使按压研磨垫的研磨面的按压面的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值(算术平均粗糙度)计为0.01μm以下。
技术方案2所述的发明是根据技术方案1所述的CMP装置用挡圈，其特征在于：在位于按压面的背面的挡圈的背面上形成有被保持部，对按压面进行研磨加工。
技术方案3所述的发明涉及一种工程塑料制挡圈的制造方法，该挡圈在具备配置在研磨盘上的研磨垫、和保持晶片并将其按压在研磨垫上的保持头，从而对晶片进行化学机械研磨的CMP装置中，配设在保持头内，以环状包围晶片的外周，并且按压研磨垫的研磨面，所述制造方法的特征在于：在将除了按压研磨垫的研磨面的按压面以外的形状面加工为规定的尺寸后，对挡圈不施加外周压及内周压而保持挡圈，在此状态下将按压面机械加工，再进行研磨加工，直到其表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下。
技术方案4所述的发明是根据技术方案3所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：采用下述的研磨装置进行研磨加工，该研磨装置具备配置在研磨盘上的研磨垫、一边使挡圈旋转一边将其按压面按压在研磨垫上的按压机构、和对研磨垫供给浆液的浆液供给机构，该研磨装置能够调节按压机构的按压力及旋转速度、和浆液供给机构的浆液供给量。
技术方案5所述的发明是根据技术方案4所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：在进行研磨加工之前，在研磨装置中安装适应用挡圈，进行适应加工。
技术方案6所述的发明是根据技术方案3～5中任一项所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：在仅保持位于按压面的背面的挡圈的背面侧的状态下进行机械加工和研磨加工。
技术方案7所述的发明是根据技术方案6所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：在挡圈的背面上形成被保持部，通过具有保持该被保持部的保持部的机械加工夹具保持挡圈，在此状态下进行机械加工。
技术方案8所述的发明是根据技术方案7所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：通过支撑位于保持部的背面的机械加工夹具的背面侧的研磨加工夹具支撑保持着挡圈的机械加工夹具，在此状态下进行研磨加工。
技术方案9所述的发明涉及一种在技术方案7所述的CMP装置用挡圈的制造方法中使用的机械加工夹具，其特征在于：为平盘状，在与挡圈的背面进行面接触的安装面上，具备保持形成在挡圈的背面上的被保持部的保持部。
技术方案10所述的发明涉及一种在技术方案8所述的CMP装置用挡圈的制造方法中使用的研磨加工夹具，其特征在于：为平盘状，具备收容位于安装面的背面的机械加工夹具的背面侧、嵌合在机械加工夹具的外周面上、且支撑机械加工夹具的背面的凹状支撑部。
技术方案11所述的发明涉及一种对晶片进行化学机械研磨的CMP装置，其具备配置在研磨盘上的研磨垫、和保持晶片并将其按压在研磨垫上的保持头，在该保持头内配设有以环状包围晶片的外周并且按压研磨垫的研磨面的挡圈，其特征在于：挡圈由工程塑料材料构成，将按压研磨垫的研磨面的挡圈的按压面的表面粗糙度设定成以粗糙度算术平均偏差值计为O.01μm以下。
根据技术方案1所述的发明，在工程塑料制的挡圈中，由于其按压面的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为O.01μm以下，所以能够有效地将适应研磨所需的时间抑制在最小限度内。也就是说，由于挡圈的按压面的表面粗糙度很小，为O.01μm以下，所以在将挡圈安装在CMP装置的保持头上之后，马上能够通过挡圈的按压面将研磨垫的研磨面良好地(达到较高的水平)平坦化、微细化。因此，不进行适应研磨、或者通过进行短时间(最小限度)的适应研磨，便能够得到适当的研磨性能，即能够将晶片研磨为很高的平面度。结果，能够将适应研磨所需的时间和劳动抑制在最小限度，能够有效地提高晶片的生产开工率。并且，由于适应研磨所需的时间被最小限度化，所以由适应研磨产生的研磨屑减少，由研磨屑引起的对晶片的划伤(擦伤)及杂质的附着等的发生率也减少。结果，晶片的生产品质得以提高且稳定化，不良品降低，由此进一步提高了生产效率。
根据技术方案2所述的发明，通过保持背面的被保持部，能够不使按压面变形而保持挡圈，所以通过在该保持状态下进行研磨加工，能够使按压面的表面粗糙度变得更小。
根据技术方案3所述的发明，由于在将除了按压面以外的形状面加工为规定的尺寸后对按压面进行机械加工或研磨加工(抛光)，所以进行过机械加工等的按压面不会因为其后的加工而变形，并且由于在不施加外周压及内周压而保持挡圈的状态下进行机械加工等，所以因保持而使按压面发生的变形得以防止。再者，在通过机械加工(切削加工及磨削加工等)而使按压面的平面度与表面粗糙度达到某一一定的大小(水平)后进行研磨加工，由此能够良好地进行研磨加工。并且作为它们的结果，能够将按压面精加工为高平面度且很小的表面粗糙度。
根据技术方案4所述的发明，通过根据挡圈的材质或大小、浆液(研磨材料)的种类等调节按压机构的按压力及旋转速度、和浆液供给量，能够将挡圈的按压面研磨为高平面度且很小的表面粗糙度。
根据技术方案5所述的发明，通过进行适应加工而使研磨装置的研磨垫(织物等)均衡化(平坦化、微细化)、稳定化，在其后的研磨加工中能够将挡圈的按压面良好地(以高平面度且很小的表面粗糙度)进行加工。
根据技术方案6所述的发明，由于在仅保持挡圈的背面侧的状态下进行机械加工与研磨加工，所以因保持而使按压面发生的变形得以防止，从而能够良好地加工按压面。
根据技术方案7所述的发明，由于在保持着形成在挡圈的背面上的被保持部的状态下对按压面进行机械加工，所以因挡圈的保持而使按压面发生的变形得以防止，从而能够良好地机械加工按压面。
根据技术方案8所述的发明，由于通过研磨加工夹具支撑保持着挡圈的机械加工夹具的背面侧，所以因支撑而使挡圈的按压面发生的变形得以防止。并且，由于能够在用机械加工夹具保持着挡圈的状态下直接进行研磨加工、即能够不将挡圈从机械加工夹具上拆下而连续地进行机械加工与研磨加工，所以能够维持机械加工夹具的保持精度和保持稳定性。其结果是，能够良好地对按压面进行研磨加工。
根据技术方案9所述的发明，由于通过机械加工夹具保持形成在挡圈的背面上的被保持部，所以因保持而使挡圈的按压面发生的变形得以防止。并且，由于在挡圈的背面与机械加工夹具的安装面进行面接触的状态下、通过机械加工夹具保持挡圈，所以在机械加工时使挡圈的按压面稳定化。其结果是，能够良好地对按压面进行机械加工。
根据技术方案10所述的发明，由于保持着挡圈的机械加工夹具的背面侧受研磨加工夹具支撑，所以因支撑而使挡圈的按压面发生的变形得以防止。并且，由于支撑部嵌合在机械加工夹具的外周面上，所以防止了机械加工夹具(挡圈)的横向偏移，并且由于支撑着机械加工夹具的背面(挡圈的背面)，所以能够适当地支撑施加在挡圈的按压面上的加工力，在研磨加工时使按压面稳定化。其结果是，能够良好地对按压面进行研磨加工。
根据技术方案11所述的发明，由于挡圈的按压面的表面粗糙度设定成以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下，所以能够有效地将适应研磨所需的时间抑制在最小限度。也就是说，由于挡圈的按压面的表面粗糙度很小，为0.01μm以下，所以在将挡圈安装在保持头上之后，能够马上通过按压面使研磨垫的研磨面良好地平坦化、微细化。因此，不进行适应研磨、或者通过进行短时间的适应研磨，能够得到适当的研磨性能。其结果是，能够将适应研磨所需的时间和劳动抑制在最小限度，能够有效地提高晶片的生产开工率。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的CMP装置的概略结构的主视图。
图2是本发明的实施方式的CMP装置的保持头的概略剖视图。
图3是本发明的实施方式的CMP装置用挡圈的俯视图图3(a)和剖视图图3(b)。
图4是本发明的实施方式的CMP装置用挡圈的制造工序流程图。
图5是用于对本发明的实施方式的CMP装置用挡圈进行研磨前加工(机械加工)的机械加工夹具的主视图(局部剖视图)。
图6是用于对本发明的实施方式的CMP装置用挡圈进行研磨加工的研磨加工夹具的剖视图。
图7是表示本发明的实施方式的CMP装置用挡圈的按压面的表面粗糙度的测量结果等的图。
图8是表示本发明的实施方式的CMP装置用挡圈的按压面的表面粗糙度的测量点的图。
图9是表示本发明的实施方式的另一CMP装置用挡圈的按压面的表面粗糙度的测量结果的图。
符号说明：
1CMP装置
2研磨盘
3研磨垫
3a研磨面
4保持头
5浆液供给嘴(浆液供给机构)
5a浆液
6修整器
7头主体
8挡圈
8a按压面
8b狭缝
8c背面
8d螺钉***部(被保持部)
8e阴螺纹
9弹性体膜
10空气室
11机械加工夹具
11a安装面
12螺栓(保持部)
13研磨加工夹具
13a支撑部
W晶片
W1被研磨面
具体实施方式
以下，根据图示的实施方式说明本发明。
图1是表示本发明的实施方式的CMP装置1的概略结构的主视图。该CMP装置1除了后述的挡圈8以外，是与广泛地一般使用的CMP装置同样的结构，这里省略其详细的说明，但具备可旋转的研磨盘2、配置在该研磨盘2上的研磨垫3(织物等)、保持头4、浆液供给嘴5(浆液供给机构)以及修整器6(整形机构)，是对晶片W进行化学机械研磨W的装置。
保持头4是保持晶片W并将其被研磨面W1按压到研磨垫3上的部件，能够一边旋转(自转)一边在研磨垫3上移动。该保持头4如图2所示，具备头主体7、配设在该头主体7的下部的挡圈8、和位于该挡圈8内而按压晶片W的上表面W2的弹性体膜9。并且，对由头主体7、挡圈8和弹性体膜9包围的空气室10供给加压用空气，经由弹性体膜9将晶片W按压在研磨垫3上。
挡圈8包围晶片W的外周，防止晶片W从保持头4飞出，并且按压研磨垫3的研磨面3a(表面)，使研磨晶片W的研磨垫3的研磨面3a(与晶片W的被研磨面W1进行面接触的部位)平坦化、微细化(均衡化)。也就是说，研磨垫3的研磨面3a在浆液(研磨材料)5a的作用下平面度变低、表面粗糙度***，通过挡圈8使这样的研磨面3a平面度变高、并且使表面粗糙度变小。
从耐药品性及机械性能等角度考虑，该挡圈8由PPS(polyphenylene sulfide，聚苯硫醚，工程塑料)材料构成，呈图3所示的环状，在按压研磨垫3的研磨面3a的按压面8a上，形成有多个使研磨屑逃离(排出)的槽状的狭缝8b。此外，在位于按压面8a的背面的挡圈8的背面8c上，***有多个形成有阴螺纹8e的螺钉***部8d(被保持部)。也就是说，该螺钉***部8d大致呈圆筒形，在外周上形成有阳螺纹，在内周上形成有阴螺纹8e。再者，按压面8a的表面粗糙度设定(研磨加工)成以粗糙度算术平均偏差值(算术平均粗糙度，Ra)计为0.01μm以下。
接着，根据图4所示的工序流程说明这种结构的挡圈8的制造方法。
首先，作为第1工序，将PPS的坯材进行粗切削加工，做成接近于最终形状及尺寸的形状。接着，对背面8c侧进行螺套加工(阴螺纹形成加工)(工序2)，将螺钉***部8d螺入(***)到该螺套中(工序3)。接着，将内径切削加工为规定的尺寸(工序4)后，对按压面8a侧和背面8c侧进行切削加工，以使挡圈8的高度(厚度)成为规定的尺寸(工序5)。然后，将外径切削加工为规定的尺寸(工序6)，进行用于在按压面8a侧形成狭缝8b的铣削加工(工序7)。接着，将通过这些加工而产生的毛刺除去(工序8)，对背面8c侧再次进行切削加工(工序9)。此时，减小切削加工的切深，以使背面8c侧的平面度得以提高。以上，通过工序1到工序9，将除了按压面8a以外的形状面加工为规定的尺寸。
接着，使用图5所示的机械加工夹具11，对挡圈8的按压面8a进行研磨前加工(机械加工)(工序10)。该机械加工夹具11是不锈钢制的圆盘(平盘)，其外径与挡圈8的外径为大致相同的尺寸。此外，在与挡圈8的螺钉***部8d相同的位置(相同的间距)上形成有螺栓孔11c，经由该螺栓孔11c将螺栓12(保持部)从背面11b侧向安装面11a侧***。接着，使挡圈8的背面8c与该机械加工夹具11的安装面11a进行面接触，将螺栓12紧固在螺钉***部8d上。由此，在挡圈8上没有施加外周压及内周压，挡圈8由机械加工夹具11保持。接着，通过车床的卡盘把持机械加工夹具11的外周部，通过车床对挡圈8的按压面8a进行平面切削加工。此时，使切深较小、并且使车床的转速较小，以使按压面8a的平面度变高、并且表面粗糙度变小。另外，在本实施方式中，虽然通过车床切削加工按压面8a，但根据挡圈8的材质、硬度等的不同，也可以进行磨削加工等其它机械加工。
然后，不将挡圈8从机械加工夹具11上拆下，便利用图6所示的研磨加工夹具13，对挡圈8的按压面8a进行研磨加工(工序11)。该研磨加工夹具13是聚氯乙烯制圆盘(平盘)，在中央部形成有凹状支撑部13a。该支撑部13a的内径具有与机械加工工具11的外径相同的尺寸，与机械加工工具11的外周面紧密地嵌合。接着，通过将机械加工工具11的背面11b侧收容(***)到该支撑部13a中，机械加工工具11的背面11b便受到支撑部13a的底面13b支撑。另外，在该底面13b上，配置有用于保护机械加工工具11的保护织物14。通过这样的研磨加工夹具13，在支撑着保持挡圈8的机械加工工具11的状态下，对按压面8a进行研磨加工。
该研磨加工通过具有与上述CMP装置1同样的结构的研磨装置(研磨机、抛光机)进行。也就是说，该研磨装置具备配置在研磨盘上的研磨垫(与研磨垫3同样)、一边使挡圈8旋转一边将其按压面8a按压到研磨垫上的按压机构(与保持头4同样)、和对研磨垫供给浆液的浆液供给机构(与浆液供给嘴5同样)，能够调节按压机构的按压力及旋转速度、和浆液供给机构的浆液供给量等。接着，根据挡圈8的材质(硬度等)及大小、浆液(研磨材料)的种类等的不同，调节按压机构的按压力及旋转速度、和浆液供给量等的研磨条件，对挡圈8的按压面8a进行研磨加工。以下表示具体的研磨条件的一个实例。
浆液5a：CO(稀释剂为铈类)，粒径为2μm
浆液的供给量：500～1000ml/分
研磨盘温度：24℃～26℃(研磨盘的冷却水温度)
按压机构的按压力：0.2kgf/cm2
按压机构的旋转速度：50rpm
另外，该研磨装置在对挡圈8进行研磨加工之前，安装适应用挡圈(模拟挡圈)以进行适应加工，通过该适应加工，使研磨装置的研磨垫均衡化(平坦化、微细化)、稳定化。接着，在该适应加工之后，在上述的研磨条件下进行研磨加工，直到挡圈8的按压面8a的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下。
在该研磨加工之后，通过空气喷吹将研磨屑去除，对各部进行测量(工序12)，将得到了规定尺寸和表面粗糙度的挡圈8进行超声波清洗(工序13)，便结束了制造工序。
接着，就经过以上的制造工序制造的挡圈8的按压面8a的表面粗糙度的测量结果进行说明。图7是表示该测量结果的图，测量是采用以下的测量仪器和测量条件进行的。此外，测量点A、B是图8所示的位置。
测量仪器：株式会社ミットョ制，サ—フテストSV-3000S4(触针式表面粗糙度测量仪)
规格：OLDMIX
评价曲线种类：R
基准长度：0.8mm
区间数：5
λc(截断值：cut off value)：0.8mm
过滤器种类：Gaussian
评价长度：4.0mm
起始段：0.4mm
结束段：0.3985mm
平滑连接：关闭
参数计算时的平均线修正：关闭
在图7中，试样1的值是本挡圈8的测量结果，在测量点A、B处，表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值(Ra)计均为0.010μm。此外，以最大高度(Ry)计，在测量点A为0.080μm，在测量点B为0.108μm。这样，本挡圈8的按压面8a的表面粗糙度比上述专利文献1中记载的挡圈的表面粗糙度(以最大高度计为0.8μm左右)小得多。此外，图7中试样2的值是将与本挡圈8同样(相同材料、相同尺寸)的挡圈的按压面用手工研磨(抛光、研磨)时的表面粗糙度的测量结果，以粗糙度算术平均偏差值计，在测量点A为0.220μm，在测量点B为0.201μm，以最大高度计，在测量点A为1.776μm，在测量点B为1.923μm。另外，在金属产品(金属加工)的情况下，如果表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下，则可以说是镜面状态，由于本挡圈8的按压面8a的表面粗糙度为0.01μm以下，因而可以说是金属产品的镜面状态。另外，图7中的表面粗糙度“Rq”表示平方平均平方根粗糙度，“Rz”表示十点平均粗糙度，“Rc”表示平均凹凸高度，“Rp”表示最大峰高度，“Rv”表示最大谷深度，“Rt”表示最大截面高度。
这样，本挡圈8的按压面8a的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计很小，为0.01μm以下。因此，在将本挡圈8安装到CMP装置中时，能够有效地将适应研磨所需的时间抑制在最小限度内。也就是说，由于按压面8a的表面粗糙度很小，所以在将本挡圈8安装到CMP装置1的保持头4上之后，能够马上通过按压面8a将研磨垫3的研磨面3a良好地(达到较高的水平)平坦化、微细化。因此，通过不进行适应研磨、或者进行短时间(最小限度)的适应研磨，能够得到适当的研磨性能，即能够将晶片W的被研磨面W1研磨为很高的平面度。其结果是，能够将适应研磨所需的时间和劳动抑制在最小限度，能够有效地提高晶片W的生产开工率。
例如，在按压面的表面粗糙度较大的以往的挡圈中，在开始作为产品晶片W(作为产品生产的晶片)的研磨之前，需要外部更换作业和适应研磨。也就是说，在外部更换作业中，将挡圈通过专用的研磨装置(抛光机)粗磨削约10分钟后，通过另外的专用的研磨装置精研磨约15分钟，然后进行约20分钟超声波清洗。接着，在适应研磨中，必须将挡圈安装在保持头4上、研磨20片以上的模拟晶片(适应用晶片)，来确认能够得到适当的研磨性能。与此相对照，在本挡圈8中，由于按压面8a的表面粗糙度很小，所以不需要进行外部更换作业。再者，虽然CMP装置1的加工精度因研磨垫3的种类及状态(平面度等)等的不同而稍稍不同，但在将本挡圈8安装在保持头4上之后，不进行适应研磨、或者进行几分钟的适应研磨，就能够将晶片W的被研磨面W1研磨为很高的平面度。另外，以往的挡圈的按压面例如仅通过车床切削加工，其表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为3.0μm左右。
此外，由于使适应研磨所需的时间达到最小限度，所以适应研磨的研磨屑得以减少，研磨屑对晶片W的划伤(擦伤)及杂质的附着等的发生率也减少。其结果是，晶片W的生产品质得以提高且稳定化，不良品降低，由此生产效率进一步提高。
可是，本挡圈8的按压面8a的表面粗糙度之所以很小，以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm，是因为经过了上述那样的制造工序。也就是说，首先通过从工序1到工序9，将除了按压面8a以外的形状面加工为规定的尺寸后，对按压面8a进行研磨前加工(工序10)及研磨加工(工序11)，所以加工后的按压面8a不会变形。也就是说，如果在将按压面8a加工为规定的尺寸等之后加工其它形状面，则有时按压面8a会变形、尺寸等会变化，但在上述那样的工序中不会有这种情况。
再者，由于在不对挡圈8作用外周压及内周压而保持挡圈8的状态下进行研磨前加工及研磨加工，所以能够防止因保持而产生的按压面8a的变形。也就是说，在研磨前加工(工序10)中，通过将机械加工工具11的螺栓12紧固在挡圈8的螺钉***部8d中，将挡圈8保持在机械加工工具11上，所以不会因该保持而产生按压面8a的变形。并且，由于挡圈8的背面8c受机械加工工具11的安装面11a支撑，所以在研磨前加工时，使挡圈8的按压面8a稳定化。其结果是，按压面8a被良好地(高平面度且较小的表面粗糙度)进行研磨前加工。接着，通过在由该研磨前加工使按压面8a的平面度与表面粗细度达到某一一定的大小(水平)后进行研磨加工，能够将按压面8a精加工(研磨)为高平面度且很小的表面粗糙度。
此外，在接着的研磨加工(工序11)中，由于通过研磨加工夹具13支撑保持着挡圈8的机械加工工具11的背面11b侧，所以不会因该支撑而产生挡圈8的按压面8a的变形。并且，由于研磨加工夹具13的支撑部13a嵌合在机械加工工具11的外周面上，所以能够防止机械加工工具11(挡圈8)的横向偏移。此外，由于通过支撑部13a的底面13b支撑机械加工工具11的背面11b(挡圈8的背面8c)，所以能够适当地支撑施加在挡圈8的按压面8a上的加工力(研磨力)，在研磨加工时使按压面8a稳定化。再者，由于在通过机械加工工具11保持着挡圈8的状态下直接进行研磨加工，也就是说，由于不将挡圈8从机械加工工具11拆下而连续地进行研磨前加工和研磨加工，所以能够维持机械加工工具11的保持精度和保持的稳定性。并且，通过以上的结果，能够将按压面8a研磨加工为高平面度且很小的表面粗糙度。
再者，在研磨加工中，如上所述，根据挡圈8的材质及大小、浆液5a的种类等来调节按压机构的按压力及旋转速度、和浆液供给量等，所以能够将挡圈8的按压面8a研磨为高平面度且很小的表面粗糙度。并且，由于在研磨加工挡圈8之前进行适应用挡圈的适应加工，所以通过该适应加工使研磨装置的研磨垫均衡化(平坦化、微细化)、稳定化。并且，由于在该适应加工后研磨挡圈8的按压面8a，所以能够良好地(以高平面度且很小的表面粗糙度)加工按压面8a。
并且，作为以上的结果，能够将挡圈8的按压面8a的表面粗糙度研磨(精加工)成以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下的很小的值。
在本实施方式中，挡圈8是PPS制，但即使是PEEK(polyetheretherketone，聚醚醚酮)、PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、POM(polyacetals，聚缩醛)、PI(polyimide，聚酰亚胺)等其它的工程塑料制，也与本挡圈8同样，能够使按压面的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下。例如，将测量由PEEK材料构成挡圈、经过与上述同样的制造工序的按压面的表面粗糙度的结果在图7中作为试样3表示。结果，测量点A、B的表面粗细度以粗糙度算术平均偏差值计均为0.009μm，以最大高度计，在测量点A为0.076μm，在测量点B为0.074μm。这样，与PPS制的本挡圈8相比，PEEK制的挡圈的表面粗糙度之所以稍小，是因为PEEK材料的硬度比PPS材料稍高(硬)。另外，图7中试样4的值是通过手工研磨PEEK制的挡圈的按压面时的表面粗糙度的测量结果。
此外，通过用粒径较小的浆液研磨加工按压面，能够使按压面的表面粗糙度更小。例如，在采用1.2μm的浆液研磨加工PPS制的挡圈的按压面的情况下，如图9所示，能够得到更小的表面粗糙度。例如，以粗糙度算术平均偏差值计，在测量点A为0.004μm，在测量点B为0.005μm，以最大高度计，在测量点A为0.049μm，在测量点B为0.051μm。这样，通过对应于挡圈的材质及硬度等减小浆液的粒径，能够使按压面的表面粗糙度更小。另外，在图9中，测量点C、D、E是图8所示的测量位置。
如上所述，本发明的CMP装置用挡圈作为能够将适应研磨所需的时间抑制在最小限度、并且能够使晶片的生产品质提高且稳定化的挡圈是极其有用的。
Claims (11)
1.一种CMP装置用挡圈，其在具备配置在研磨盘上的研磨垫、和保持晶片并将其按压在所述研磨垫上的保持头，从而对所述晶片进行化学机械研磨的CMP装置中，配设在所述保持头内，以环状包围所述晶片的外周，并且按压所述研磨垫的研磨面，所述CMP装置用挡圈的特征在于：
由工程塑料材料构成，使按压所述研磨垫的研磨面的按压面的表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下。
2.如权利要求1所述的CMP装置用挡圈，其特征在于：
在位于所述按压面的背面的所述挡圈的背面上形成有被保持部，对所述按压面进行研磨加工。
3.一种CMP装置用挡圈的制造方法，该挡圈在具备配置在研磨盘上的研磨垫、和保持晶片并将其按压在所述研磨垫上的保持头，从而对所述晶片进行化学机械研磨的CMP装置中，配设在所述保持头内，以环状包围所述晶片的外周，并且按压所述研磨垫的研磨面，而且由工程塑料制成，所述制造方法的特征在于：
在将除了按压所述研磨垫的研磨面的按压面以外的形状面加工为规定的尺寸后，
对所述挡圈不施加外周压及内周压而保持所述挡圈，在此状态下将所述按压面机械加工，再进行研磨加工，直到其表面粗糙度以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下。
4.如权利要求3所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：
采用下述的研磨装置进行所述研磨加工，该研磨装置具备配置在研磨盘上的研磨垫、一边使所述挡圈旋转一边将其按压面按压在所述研磨垫上的按压机构、和对所述研磨垫供给浆液的浆液供给机构，该研磨装置能够调节所述按压机构的按压力及旋转速度、和所述浆液供给机构的浆液供给量。
5.如权利要求4所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：
在进行所述研磨加工之前，在所述研磨装置中安装适应用挡圈，进行适应加工。
6.如权利要求3～5中任一项所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：
在仅保持位于所述按压面的背面的所述挡圈的背面侧的状态下进行所述机械加工和研磨加工。
7.如权利要求6所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：
在所述挡圈的背面上形成被保持部，通过具有保持该被保持部的保持部的机械加工夹具保持所述挡圈，在此状态下进行所述机械加工。
8.如权利要求7所述的CMP装置用挡圈的制造方法，其特征在于：
通过支撑位于所述保持部的背面的所述机械加工夹具的背面侧的研磨加工夹具支撑保持着所述挡圈的所述机械加工夹具，在此状态下进行所述研磨加工。
9.一种CMP装置用挡圈的机械加工夹具，其是在权利要求7所述的CMP装置用挡圈的制造方法中使用的所述机械加工夹具，其特征在于：
为平盘状，在与所述挡圈的背面进行面接触的安装面上，具备保持形成在所述挡圈的背面上的被保持部的保持部。
10.一种CMP装置用挡圈的研磨加工夹具，其是在权利要求8所述的CMP装置用挡圈的制造方法中使用的所述研磨加工夹具，其特征在于：
为平盘状，具备收容位于所述安装面的背面的所述机械加工夹具的背面侧、嵌合在所述机械加工夹具的外周面上、且支撑所述机械加工夹具的背面的凹状支撑部。
11.一种CMP装置，其具备配置在研磨盘上的研磨垫、和保持晶片并将其按压在所述研磨垫上的保持头，在该保持头内配设有以环状包围所述晶片的外周并且按压所述研磨垫的研磨面的挡圈，用于对所述晶片进行化学机械研磨，其特征在于：
所述挡圈由工程塑料材料构成，将按压所述研磨垫的研磨面的所述挡圈的按压面的表面粗糙度设定成以粗糙度算术平均偏差值计为0.01μm以下。
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