JP2001071255A - Polishing head - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/27—Work carriers
- B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バージンのシリコ
ンウェハや、半導体製造プロセスにおける半導体ウェー
ハ、あるいは、ハードディスク基板、液晶基板等の平坦
面を有する被研磨材表面を研磨するための装置に適用さ
れる研磨ヘッドに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to an apparatus for polishing a virgin silicon wafer, a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process, or a surface of a material to be polished having a flat surface such as a hard disk substrate or a liquid crystal substrate. Polishing head.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の研磨ヘッドとしては、例えば、
シリコンインゴットから切り出した半導体ウェーハの表
面を研磨するためのものが知られている。その中でも、
特に近年においては、ヘッド軸線方向に膨張・収縮可能
となるように取り付けた弾性膜等を用いて、ウェーハを
直接的に支持し、これにより、ウェーハの研磨パッドに
対する押圧圧力を調整自在とした膜を介したフローティ
ング形式の研磨ヘッドが提案されている。2. Description of the Related Art As a polishing head of this kind, for example,
A device for polishing a surface of a semiconductor wafer cut from a silicon ingot is known. Among them,
Particularly in recent years, a film that directly supports a wafer by using an elastic film or the like attached so as to be capable of expanding and contracting in the head axis direction, thereby making it possible to freely adjust the pressing pressure of the wafer against the polishing pad. Floating type polishing heads have been proposed.
【０００３】図６，７に、膜を介したフローティング形
式の研磨ヘッドの一例を示す。図６，７は、特開平１０
−２９４２９８号に記載された研磨ヘッド７０の立断面
図およびその要部拡大図である。これら図中に示すよう
に、この研磨ヘッド７０においては、ヘッド本体７１の
下面外周部に環状のトップリング７２が設けられ、この
トップリング７２の内側に同心状にリテーナリング７３
が設けられた構成となっている。また、リテーナリング
７３の上面７３ａには、圧力プレート７４が遊嵌されて
おり、トップリング７２、リテーナリング７３、およ
び、圧力プレート７４に囲まれた空間が空気室７５とし
て形成されている。FIGS. 6 and 7 show an example of a floating type polishing head via a film. FIGS.
FIG. 1 is an elevational sectional view of a polishing head 70 described in US Pat. As shown in these figures, in the polishing head 70, an annular top ring 72 is provided on the outer peripheral portion of the lower surface of the head main body 71, and the retainer ring 73 is concentrically provided inside the top ring 72.
Is provided. A pressure plate 74 is loosely fitted on the upper surface 73 a of the retainer ring 73, and a space surrounded by the top ring 72, the retainer ring 73, and the pressure plate 74 is formed as an air chamber 75.
【０００４】この研磨ヘッド７０を用いてウェーハの研
磨を行うには、圧力プレート７４の下面にウェーハを吸
着させた状態で、研磨ヘッド７０の下面側を図示略の研
磨パッドに押し付ける。この際に、空気室７５に圧縮空
気を供給して、圧力プレート７４を介して、ウェーハの
研磨パッドに対する押圧圧力を調整することにより、適
切な押圧圧力のもとでの研磨を行うことができる。To polish a wafer using the polishing head 70, the lower surface of the polishing head 70 is pressed against a polishing pad (not shown) in a state where the wafer is attracted to the lower surface of the pressure plate 74. At this time, by supplying compressed air to the air chamber 75 and adjusting the pressing pressure of the wafer against the polishing pad via the pressure plate 74, it is possible to perform polishing under an appropriate pressing pressure. .
【０００５】また、膜を介したフローティング形式の研
磨ヘッドの他の例を図８，９に示す。図８，９は、米国
特許５６２４２９９号の研磨ヘッド８０の立断面図およ
びその要部拡大図である。この研磨ヘッド８０において
は、上面が閉塞され、下面が開放された中空管状のヘッ
ド本体８１の下面を覆うように有孔板体８２が配置され
るとともに、この有孔板体８２の下面８２ａを覆うよう
に膜状体８３が設けられている、膜状体８３の周縁部８
３ａは、ヘッド本体８１の内壁部８１ａに対して固定さ
れており、膜状体８３の下面８３ｂには、保持すべきウ
ェーハの外周を支持するためのリテーナリング８４が固
定されている。FIGS. 8 and 9 show another example of a floating type polishing head via a film. 8 and 9 are an elevational sectional view of a polishing head 80 of U.S. Pat. In the polishing head 80, a perforated plate body 82 is disposed so as to cover the lower surface of a hollow tubular head body 81 whose upper surface is closed and whose lower surface is open, and the lower surface 82a of the perforated plate body 82 is Peripheral part 8 of film 83, provided with film 83 to cover
3a is fixed to the inner wall portion 81a of the head main body 81, and a retainer ring 84 for supporting the outer periphery of the wafer to be held is fixed to the lower surface 83b of the film body 83.
【０００６】この研磨ヘッド８０を用いてウェーハの研
磨を行うには、膜状体８３の下面８３ｂにおけるリテー
ナリング８４に囲まれた箇所に、ウェーハＷ（図９参
照）を保持するとともに、研磨ヘッド８０の下面を研磨
パッド８６（図９参照）に当接させる。また、それと同
時に、ヘッド本体８１および膜状体８３に囲まれたチャ
ンバ８５内に空気を供給することにより、チャンバ８５
の内部圧力を膜状体８３を介してウェーハに作用させ、
これにより、研磨ヘッド８０の研磨パッドに対する押圧
圧力を調整するようにしている。In order to polish a wafer using the polishing head 80, the wafer W (see FIG. 9) is held at a position surrounded by a retainer ring 84 on the lower surface 83b of the film 83, and the polishing head is The lower surface of 80 is brought into contact with polishing pad 86 (see FIG. 9). At the same time, by supplying air into the chamber 85 surrounded by the head main body 81 and the film-shaped body 83,
Is applied to the wafer through the film 83,
Thus, the pressing pressure of the polishing head 80 against the polishing pad is adjusted.
【０００７】以上示したような研磨ヘッド７０および８
０においては、空気室７５またはチャンバ８５内の圧力
を、剛性の比較的小さい圧力プレート７４または膜状体
８３を介してウェーハに作用させる構成となっているの
で、ウェーハが不均一な形状となっているような場合に
おいても、圧力プレート７４または膜状体８３が、ウェ
ーハの形状のゆがみを吸収するように変形しながら、ウ
ェーハに押圧圧力を付与することができる。したがっ
て、ウェーハを低圧で研磨することが可能となる。The polishing heads 70 and 8 as described above
0, the pressure in the air chamber 75 or the chamber 85 is applied to the wafer via the relatively rigid pressure plate 74 or the membrane 83, so that the wafer has an uneven shape. Even in such a case, the pressure plate 74 or the film-like body 83 can apply a pressing pressure to the wafer while deforming to absorb the distortion of the shape of the wafer. Therefore, the wafer can be polished at a low pressure.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
研磨ヘッド７０および８０は、以下のような問題点を有
している。すなわち、図６，７に示した研磨ヘッド７０
においては、圧力プレート７４がリテーナリング７３上
において遊嵌する構成となっているために、圧力プレー
ト７４の自重による変形を避けるために、圧力プレート
７４を、金属プレート７４ａとゴム等により形成された
弾性プレート７４ｂとを積層させた２層構造とし、その
強度を確保するようにしている。しかし、圧力プレート
７４をこのように強固なものとすると、保持すべきウェ
ーハの形状のゆがみ等に対する圧力プレート７４の変形
適応性が失われ、結果として、ウェーハを低圧で研磨す
ることが困難となる懸念がある。また、圧力プレート７
４を強固なものとしたため、空気室７５内に圧縮空気を
供給した場合に、圧力プレート７４が下方に向けてドー
ム状に変形することとなり、平面状に形成されたウェー
ハを研磨パッドに対して均一に押圧することが困難とな
る恐れがある。However, the above-mentioned polishing heads 70 and 80 have the following problems. That is, the polishing head 70 shown in FIGS.
Since the pressure plate 74 has a configuration in which the pressure plate 74 is loosely fitted on the retainer ring 73, the pressure plate 74 is formed of a metal plate 74a, rubber and the like in order to avoid deformation of the pressure plate 74 due to its own weight. The elastic plate 74b has a two-layer structure in which the elastic plate 74b and the elastic plate 74b are stacked to ensure the strength. However, if the pressure plate 74 is made strong in this way, the adaptability of the pressure plate 74 to deformation of the shape of the wafer to be held or the like is lost, and as a result, it becomes difficult to polish the wafer at a low pressure. There are concerns. The pressure plate 7
When the compressed air is supplied into the air chamber 75, the pressure plate 74 is deformed downward in a dome shape when the compressed air is supplied into the air chamber 75. It may be difficult to press uniformly.
【０００９】一方、図８，９に示した研磨ヘッド８０に
おいては、膜状体８３の下面８３ｂによってリテーナリ
ング８４が支持されるために、膜状体８３を、リテーナ
リング８４を支持できるように、強固に形成する必要が
ある。これにより、上述の研磨ヘッド７０と同様の問題
点が生じることとなる。また、この研磨ヘッド８０にお
いては、膜状体８３の形状が、特にその周縁部８３ａに
おいて複雑なものとなっており、このことが、膜状体８
３の寿命等に悪影響を及ぼす恐れがある。On the other hand, in the polishing head 80 shown in FIGS. 8 and 9, since the retainer ring 84 is supported by the lower surface 83 b of the film 83, the film 83 can be supported by the retainer ring 84. , Must be formed firmly. This causes the same problem as the polishing head 70 described above. Further, in the polishing head 80, the shape of the film 83 is particularly complicated at the peripheral portion 83a, and this is
3 may have an adverse effect on the life and the like.
【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、従来に比較して小さい押圧圧力によりウ
ェーハ等の被研磨材を均一に研磨パッドに押圧でき、な
おかつ、弾性膜の耐久性等においても優れた膜を介した
フローティング形式の研磨ヘッドを提供することを課題
とする。[0010] The present invention has been made in view of such circumstances, and a material to be polished such as a wafer can be uniformly pressed against a polishing pad with a smaller pressing pressure as compared with the related art. An object of the present invention is to provide a floating type polishing head via a film excellent in properties and the like.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては以下の手段を採用した。すなわち、
請求項１記載の研磨ヘッドは、天板部と該天板部の外周
下方に設けられた筒状の周壁部とからなるヘッド本体
と、前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に設けら
れたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに固定されてダ
イヤフラムとともにヘッド軸線方向に変位可能に設けら
れ、かつ、その下面において研磨すべき被研磨材の一面
を保持する円盤状のキャリアと、前記キャリアと前記ヘ
ッド本体との間に形成される流体室に満たされた流体圧
力を調整する第一の圧力調整機構と、前記キャリアの下
面と前記周壁部の内壁との間に同心状に配置されるとと
もに、前記キャリアの下面と略同一の高さ位置に設けら
れて、研磨時には研磨パッドに当接するリテーナリング
とを備えてなり、前記リテーナリングは、前記キャリア
に対して固定され、前記キャリアの下面には弾性膜が配
設され、該弾性膜は、その周縁部が、前記リテーナリン
グと前記キャリアとの間に挟持されて固定され、なおか
つ、前記キャリアには、前記弾性膜と前記キャリアとの
間に圧力可変の流体を供給するための流体供給路が設け
られていることを特徴としている。Means for Solving the Problems To solve the above problems, the present invention employs the following means. That is,
The polishing head according to claim 1, wherein a head main body including a top plate portion and a cylindrical peripheral wall portion provided below an outer periphery of the top plate portion, and provided inside the head main body perpendicular to a head axis. A diaphragm, a disk-shaped carrier fixed to the diaphragm and provided so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and holding one surface of a material to be polished on the lower surface thereof; and the carrier and the head main body. A first pressure adjusting mechanism that adjusts a fluid pressure filled in a fluid chamber formed between the carrier and a concentric arrangement between a lower surface of the carrier and an inner wall of the peripheral wall portion; A retainer ring is provided at substantially the same height position as the lower surface and abuts against the polishing pad during polishing, and the retainer ring is fixed to the carrier, An elastic film is provided on the lower surface of the carrier, and the elastic film has a peripheral portion fixed by being sandwiched between the retainer ring and the carrier, and the carrier has the elastic film and the elastic film. A fluid supply passage for supplying a variable pressure fluid is provided between the carrier and the carrier.
【００１２】この研磨ヘッドにおいては、弾性膜の周縁
部がリテーナリングとキャリアの間に挟持されるため
に、弾性膜を張力を付与した状態で配設することがで
き、したがって、弾性膜の自重による変形を避けるため
に弾性膜自体を強固なものとする必要がない。また、リ
テーナリングがキャリアに対して固定されているため
に、弾性膜がリテーナリングの自重を支持する必要が無
く、より一層、弾性膜を薄く形成することができ、弾性
膜の変形性を確保することができる。さらに、リテーナ
リングが剛性のあるキャリアに固定されるために、研磨
パッドに当接するリテーナリングの下面の平坦度を向上
させることができる。In this polishing head, since the peripheral edge of the elastic film is sandwiched between the retainer ring and the carrier, the elastic film can be disposed in a state where tension is applied. It is not necessary to make the elastic film itself strong in order to avoid deformation caused by the elastic film. In addition, since the retainer ring is fixed to the carrier, the elastic film does not need to support the weight of the retainer ring, so that the elastic film can be formed even thinner and the elastic film can be deformed. can do. Further, since the retainer ring is fixed to the rigid carrier, the flatness of the lower surface of the retainer ring that contacts the polishing pad can be improved.
【００１３】請求項２記載の研磨ヘッドは、請求項１記
載の研磨ヘッドであって、前記流体供給路は、前記弾性
膜と前記キャリアとの間に供給される流体の圧力を調整
する第二の圧力調整機構に接続されていることを特徴と
している。The polishing head according to a second aspect is the polishing head according to the first aspect, wherein the fluid supply path adjusts a pressure of a fluid supplied between the elastic film and the carrier. Is connected to the pressure adjusting mechanism.
【００１４】このような構成により、この研磨ヘッドに
おいては、弾性膜により被研磨材を研磨パッドに押圧す
る力と、リテーナリングを研磨パッドに押圧する力とを
独立に管理することができる。With this configuration, in this polishing head, the force of pressing the material to be polished against the polishing pad by the elastic film and the force of pressing the retainer ring against the polishing pad can be managed independently.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態
である研磨ヘッド１の立断面図である。なお、ここで説
明する実施の形態の研磨ヘッド１は、シリコンインゴッ
トから切り出した半導体ウェーハ（以下、単にウェーハ
Ｗと呼ぶ。）の表面を研磨するための研磨装置に対して
適用されるものである。この研磨ヘッド１は、図２に示
すウェーハ研磨装置全体図のうち、ヘッド駆動機構であ
るカルーセル２下部に複数設けられており、プラテン３
上に設けられた研磨パッド４上で遊星回転されるように
なっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical sectional view of a polishing head 1 according to an embodiment of the present invention. The polishing head 1 according to the embodiment described here is applied to a polishing apparatus for polishing a surface of a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer W) cut out from a silicon ingot. . A plurality of polishing heads 1 are provided below the carousel 2 which is a head driving mechanism in the overall view of the wafer polishing apparatus shown in FIG.
The planetary rotation is performed on the polishing pad 4 provided thereon.
【００１６】図１に示すように、研磨ヘッド１は、ヘッ
ド本体６、ダイヤフラム７、キャリア８、第一および第
二の圧力調整機構９，１０により概略構成されている。
ヘッド本体６は、天板部１１と、天板部１１の外周下方
に設けられた筒状の周壁部１２とからなるものである。
ヘッド本体６の下端部は開口されて中空になっており、
天板部１１は、カルーセル２に連結された図示略のシャ
フトに同軸に固定されている。As shown in FIG. 1, the polishing head 1 is schematically constituted by a head body 6, a diaphragm 7, a carrier 8, and first and second pressure adjusting mechanisms 9, 10.
The head main body 6 includes a top plate 11 and a cylindrical peripheral wall 12 provided below the outer periphery of the top plate 11.
The lower end of the head body 6 is open and hollow,
The top plate 11 is coaxially fixed to a shaft (not shown) connected to the carousel 2.
【００１７】周壁部１２の内壁１３には、全周にわたっ
て段部１４が設けられ、この段部１４上において、ダイ
ヤフラム固定リング１５により、ダイヤフラム７が固定
されている。ダイヤフラム７は、繊維補強ゴムなどの弾
性材料により平面視円環状の盤状体として形成されてお
り、ヘッド本体６内においてヘッド軸線に対し垂直に設
けられている。A step 14 is provided on the inner wall 13 of the peripheral wall 12 over the entire circumference, and the diaphragm 7 is fixed on the step 14 by a diaphragm fixing ring 15. The diaphragm 7 is formed of an elastic material such as fiber reinforced rubber and the like as a circular plate-shaped body in plan view, and is provided in the head main body 6 perpendicular to the head axis.
【００１８】また、セラミック等の高剛性材料からなる
キャリア８は、円盤状に一定の厚さで形成されており、
ダイヤフラム７の上面に設けられたキャリア固定リング
１６により、ダイヤフラム７に対して固定されている。The carrier 8 made of a high-rigidity material such as ceramic is formed in a disc-like shape with a constant thickness.
It is fixed to the diaphragm 7 by a carrier fixing ring 16 provided on the upper surface of the diaphragm 7.
【００１９】キャリア８とヘッド本体６との間には、流
体室１７が形成されている。この流体室１７は、第一の
圧力調整機構９に対して流路１８を介して連通されてお
り、第一の圧力調整機構９から、空気をはじめとする流
体が供給されることによって、その内部圧力が調整され
る構成となっている。A fluid chamber 17 is formed between the carrier 8 and the head body 6. The fluid chamber 17 communicates with the first pressure adjusting mechanism 9 via a flow path 18, and is supplied with a fluid such as air from the first pressure adjusting mechanism 9. The internal pressure is adjusted.
【００２０】キャリア８の下面８ａと周壁部１２の内壁
１３との間には、環状に形成されたリテーナリング２０
が、キャリア８と同心状に配置されている。このリテー
ナリング２０は、キャリア８の下面８ａと略同一の高さ
位置に設けられており、ネジ２１により、キャリア８に
対して固定されている。An annularly formed retainer ring 20 is provided between the lower surface 8a of the carrier 8 and the inner wall 13 of the peripheral wall portion 12.
Are arranged concentrically with the carrier 8. The retainer ring 20 is provided at substantially the same height as the lower surface 8 a of the carrier 8, and is fixed to the carrier 8 by screws 21.
【００２１】また、キャリア８の下面８ａには、弾性膜
２３が配設されている。この弾性膜２３は、その周縁部
２３ａが、リテーナリング２０とキャリア８との間に挟
持されて固定されるとともに、キャリア８の下面８ａに
おいて一定の張力をもって張設されている。An elastic film 23 is provided on the lower surface 8a of the carrier 8. The elastic film 23 has a peripheral portion 23 a sandwiched and fixed between the retainer ring 20 and the carrier 8, and is stretched with a constant tension on the lower surface 8 a of the carrier 8.
【００２２】また、キャリア８の下面８ａには、加圧ポ
ケット２４が形成されている。この加圧ポケット２４
は、その下端が弾性膜２３により覆われた構成とされる
とともに、キャリア８の内部に形成された流体供給路２
５に対して連通されている。流体供給路２５は、第二の
圧力調整機構１０に対して接続されており、この第二の
圧力調整機構１０において、圧力可変の空気等の流体
が、流体供給路２５を介して弾性膜２３とキャリアとの
間に供給されることにより、弾性膜２３が鉛直方向に膨
張・収縮可能な構成となっている。A pressure pocket 24 is formed on the lower surface 8a of the carrier 8. This pressurized pocket 24
The fluid supply passage 2 formed inside the carrier 8 has a lower end covered with an elastic film 23.
5 is communicated. The fluid supply path 25 is connected to the second pressure adjusting mechanism 10, and in this second pressure adjusting mechanism 10, a fluid such as air having variable pressure is supplied through the fluid supply path 25 to the elastic film 23. By supplying the elastic film 23 between the elastic film 23 and the carrier, the elastic film 23 can expand and contract in the vertical direction.
【００２３】なお、研磨ヘッド１においては、図示しな
い真空吸着手段により、図１に示すように、弾性膜２３
の下面にウェーハＷを吸着することができるようになっ
ている。この場合、ウェーハＷは、図３に拡大して示す
ように、その外周Ｗ１がリテーナリング２０によって係
止されるように吸着固定される。また、リテーナリング
２０は、その下面２０ａが、吸着されたウェーハＷの下
面Ｗ２よりも、若干下方（0.05〜1.00mm）に位置するよ
うになっている。Incidentally, in the polishing head 1, as shown in FIG.
Can be attracted to the lower surface of the wafer W. In this case, the wafer W is suction-fixed so that the outer periphery W1 is locked by the retainer ring 20 as shown in an enlarged manner in FIG. Further, the lower surface 20a of the retainer ring 20 is located slightly below (0.05 to 1.00 mm) the lower surface W2 of the wafer W that has been sucked.
【００２４】この研磨ヘッド１を用いてウェーハＷ（図
１参照）の研磨を行うには、まず、図示しない真空吸着
手段を用いて、弾性膜２３の下面にウェーハＷを吸着さ
せ、この状態で、研磨ヘッド１の下面を研磨パッド４に
当接させる。この段階においては、リテーナリング２０
の下面２０ａのみが、研磨パッド４に当接することとな
り、ウェーハＷの下面Ｗ２と研磨パッド４との間は、離
間した状態となる。In order to polish the wafer W (see FIG. 1) using the polishing head 1, first, the wafer W is sucked to the lower surface of the elastic film 23 by using a vacuum suction means (not shown). Then, the lower surface of the polishing head 1 is brought into contact with the polishing pad 4. At this stage, the retainer ring 20
Is brought into contact with the polishing pad 4, and the lower surface W2 of the wafer W and the polishing pad 4 are separated from each other.
【００２５】次に、第一の圧力調整機構９を駆動させ
て、流体室１７内に圧縮空気を供給する。これにより、
キャリア８に対して、その上方から、圧縮空気による圧
力が作用し、キャリア８に固定されたリテーナリング２
０は、研磨パッド４に対して所定の押圧力により押圧さ
れる。また、これと同時に、第二の圧力調整機構１０を
駆動させることにより、弾性膜２３とキャリア８との間
にも圧縮空気を送り込む。これにより、図４に示すよう
に、弾性膜２３とキャリア８との間には、空間Ｓが形成
される。そして、空間Ｓ内の圧縮空気の圧力により、ウ
ェーハＷの下面Ｗ２が、研磨パッド４に対して押圧され
るようになる。Next, the first pressure adjusting mechanism 9 is driven to supply compressed air into the fluid chamber 17. This allows
Pressure from the compressed air acts on the carrier 8 from above, and the retainer ring 2 fixed to the carrier 8
0 is pressed against the polishing pad 4 by a predetermined pressing force. At the same time, by driving the second pressure adjusting mechanism 10, compressed air is also sent between the elastic film 23 and the carrier 8. Thereby, as shown in FIG. 4, a space S is formed between the elastic film 23 and the carrier 8. Then, the pressure of the compressed air in the space S causes the lower surface W2 of the wafer W to be pressed against the polishing pad 4.
【００２６】さらに、第一および第二の圧力調整機構
９，１０によって、流体室１７および空間Ｓの内圧を調
整することにより、リテーナリング２０およびウェーハ
Ｗの研磨パッド４への押圧力を、それぞれ独立に適切な
値に調整しつつ、プラテン３を回転させ、また、研磨ヘ
ッド１を遊星回転させることにより、ウェーハＷの研磨
を行う。Further, by adjusting the internal pressure of the fluid chamber 17 and the space S by the first and second pressure adjusting mechanisms 9 and 10, the pressing force of the retainer ring 20 and the wafer W against the polishing pad 4 is respectively reduced. The wafer W is polished by rotating the platen 3 and rotating the polishing head 1 planetarily while independently adjusting the value to an appropriate value.
【００２７】上述の研磨ヘッド１においては、弾性膜２
３の周縁部２３ａが、リテーナリング２０とキャリア８
との間に挟持されて固定されているため、弾性膜２３を
キャリア８の下面８ａにおいて張力を付与した状態で配
設することができる。したがって、従来と異なり、弾性
膜２３の自重による変形を避けるために弾性膜２３自体
を強固に形成する必要がない。また、リテーナリング２
０が、キャリア８に対して固定されるために、従来と異
なり、弾性膜２３がリテーナリング２０の荷重を支持す
ることもない。これらにより、弾性膜２３として、変形
適応力に優れた薄いもの（例えば、厚さが0.1〜2.0mm程
度のもの）を使用することができ、弾性膜２３を、ウェ
ーハＷに対する密着性を確保しつつ、膨張・収縮させる
ことが可能となる。したがって、ウェーハＷの平面形状
が不均一である場合においても、ウェーハＷを研磨パッ
ド４に対して低圧で均一に押圧することができ、従来に
比較して、より低圧の研磨が可能となる。また、弾性膜
２３を、上述のように単純な形状に配設することができ
るために、従来と異なり、弾性膜２３自体の寿命等に悪
影響が及ぼされる恐れがない。しかも、リテーナリング
２０が剛性の高いキャリア８に対して固定されるため
に、研磨パッド４に当接するリテーナリング２０の下面
２０ａの平坦度を向上させることができる。一般に、ウ
ェーハの周辺の研磨精度は、リテーナリング下面の平坦
度に大きく影響されるが、本実施の形態においては、こ
のように、リテーナリング２０の下面２０ａの平坦度を
向上させることができるために、従来に比較して、ウェ
ーハＷにおける研磨面の平坦度をより良好に確保するこ
とができる。In the polishing head 1 described above, the elastic film 2
3 is formed by the retainer ring 20 and the carrier 8.
, The elastic film 23 can be disposed under tension on the lower surface 8 a of the carrier 8. Therefore, unlike the related art, it is not necessary to form the elastic film 23 itself firmly in order to avoid deformation of the elastic film 23 due to its own weight. Also, retainer ring 2
Since 0 is fixed to the carrier 8, the elastic film 23 does not support the load of the retainer ring 20 unlike the related art. As a result, a thin film (e.g., having a thickness of about 0.1 to 2.0 mm) excellent in deformation adaptability can be used as the elastic film 23, and the elastic film 23 secures adhesion to the wafer W. In addition, it is possible to expand and contract. Therefore, even when the planar shape of the wafer W is non-uniform, the wafer W can be pressed uniformly to the polishing pad 4 with a low pressure, and polishing at a lower pressure can be performed as compared with the related art. In addition, since the elastic film 23 can be arranged in a simple shape as described above, unlike the related art, there is no possibility that the life of the elastic film 23 itself is adversely affected. In addition, since the retainer ring 20 is fixed to the rigid carrier 8, the flatness of the lower surface 20 a of the retainer ring 20 abutting on the polishing pad 4 can be improved. In general, the polishing accuracy around the wafer is greatly affected by the flatness of the lower surface of the retainer ring. However, in the present embodiment, the flatness of the lower surface 20a of the retainer ring 20 can be improved as described above. In addition, the flatness of the polished surface of the wafer W can be more preferably ensured as compared with the related art.
【００２８】また、上述の研磨ヘッド１においては、弾
性膜２３とキャリア８との間の空間Ｓが、キャリア８に
形成された液体供給路２５を介して第二の圧力調整機構
１０に対して接続されているために、空間Ｓ内の圧力
を、流体室１７内の圧力と独立に制御することができ
る。したがって、研磨時において、弾性膜２３によりウ
ェーハＷを研磨パッド４に押圧する力と、リテーナリン
グ２０を研磨パッド４に押圧する力とを独立に管理する
ことができ、ウェーハＷの研磨パッド４に対する押圧力
を低圧とした場合においても、リテーナリング２０によ
り研磨パッド４を高圧で押圧することができる。このた
め、研磨時に、研磨パッド４上においてウェーハＷが当
接した部分の周辺部分に形状のゆがみ等が発生すること
を防止することができ、研磨作業を良好に行うことが可
能となる。In the above-described polishing head 1, the space S between the elastic film 23 and the carrier 8 is separated from the second pressure adjusting mechanism 10 via the liquid supply passage 25 formed in the carrier 8. Due to the connection, the pressure in the space S can be controlled independently of the pressure in the fluid chamber 17. Therefore, at the time of polishing, the force of pressing the wafer W against the polishing pad 4 by the elastic film 23 and the force of pressing the retainer ring 20 against the polishing pad 4 can be managed independently. Even when the pressing force is set to a low pressure, the polishing pad 4 can be pressed at a high pressure by the retainer ring 20. For this reason, at the time of polishing, it is possible to prevent the distortion of the shape and the like in the peripheral portion of the portion where the wafer W abuts on the polishing pad 4, and it is possible to perform the polishing operation satisfactorily.
【００２９】以上において、本発明の一実施の形態を説
明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるもの
でなく、その構造等において、他の形態を採用すること
も可能である。Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other structures can be adopted in the structure and the like. .
【００３０】例えば、上記実施の形態においては、流体
供給路２５を第二の圧力調整機構１０に対して接続する
ことにより、ウェーハＷの研磨パッド４への押圧力とリ
テーナリング２０の研磨パッド４への押圧力とを別々に
管理するようにしていたが、これに代えて、図５に示す
研磨ヘッド１’のように、流体供給路２５を流体室１７
に連通させ、これにより、ウェーハＷの研磨パッド４へ
の押圧力とリテーナリング２０の研磨パッド４への押圧
力との双方を第一の圧力調整機構９により管理するよう
にしてもよい。For example, in the above embodiment, by connecting the fluid supply passage 25 to the second pressure adjusting mechanism 10, the pressing force of the wafer W against the polishing pad 4 and the polishing pad 4 of the retainer ring 20 are formed. The pressing force applied to the fluid supply passage 25 is separately controlled. However, instead of this, the fluid supply path 25 is connected to the fluid chamber 17 as in the polishing head 1 ′ shown in FIG.
Thus, both the pressing force of the wafer W against the polishing pad 4 and the pressing force of the retainer ring 20 against the polishing pad 4 may be managed by the first pressure adjusting mechanism 9.
【００３１】また、それとは別に、上記実施の形態ある
いはその変形例である研磨ヘッド１、および１’を、半
導体製造プロセスにおける半導体ウェーハの研磨に用い
るようにしてもよい。Alternatively, the polishing heads 1 and 1 'of the above-described embodiment or its modifications may be used for polishing a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process.
【００３２】近年、半導体製造プロセスにおいては、装
置の高集積化に伴うパターンの微細化が進んでおり、特
に多層構造の微細なパターンの形成を容易かつ確実に行
う必要が生じている。In recent years, in the semiconductor manufacturing process, finer patterns have been developed in accordance with higher integration of devices. In particular, it has become necessary to easily and surely form fine patterns having a multilayer structure.
【００３３】ＬＳＩのパターンが微細化すると、配線幅
を従来に比較して狭くする必要が生じ、これにより研磨
時に生じるディッシング、シンニング、エロージョンな
どの影響が無視できないものとなる。したがって、半導
体ウェーハの押圧圧力を低圧としたまま研磨を行いうる
技術が求められていた。As the LSI pattern becomes finer, it becomes necessary to make the wiring width narrower than in the past, and the effects of dishing, thinning, erosion and the like generated during polishing cannot be ignored. Therefore, there has been a demand for a technique capable of performing polishing while keeping the pressing pressure of the semiconductor wafer low.
【００３４】また、この場合、配線幅の狭小化に伴って
配線抵抗が大きくなることから、配線材として従来のア
ルミニウムに代えて、銅を使う必要が生じる。配線材に
銅を用いた場合、従来のエッチング処理に代えて、ＣＭ
Ｐ法（化学機械的研磨法）を用いて研磨を行う必要があ
る。ここに、ＣＭＰ法とは、アルカリ溶液や中性溶液あ
るいは酸性溶液に加えて、砥粒剤等を用いて化学的・機
械的にウェーハ表面を研磨し、平坦化する方法であり、
表面の膜を研磨するために平坦化の度合いが高く、凹部
への膜の埋め込みも可能となるという観点から、注目を
浴びているものである。In this case, since the wiring resistance increases as the wiring width is reduced, it is necessary to use copper instead of conventional aluminum as the wiring material. When copper is used for the wiring material, CM is used instead of the conventional etching process.
It is necessary to perform polishing using the P method (chemical mechanical polishing method). Here, the CMP method is a method of polishing a wafer surface chemically and mechanically using an abrasive or the like, in addition to an alkaline solution, a neutral solution or an acidic solution, and planarizing the wafer.
This method has attracted attention from the viewpoint that the degree of planarization is high because the surface film is polished, and that the film can be embedded in the concave portions.
【００３５】一方、上述のように配線幅が狭小化する
と、隣接する配線間にコンデンサ効果が発生する懸念が
あるため、これを避けるために、配線間にLow-k材と呼
ばれる硬度の小さい材料を配置することが必要となる。
このように銅とLow-k材を組み合わせて用いようとする
と、さらに加えて、バリアメタルとしてＴａＣ、Ｔａ
Ｎ、ＴｉＮなどのセラミックが必要となる。On the other hand, when the wiring width is reduced as described above, there is a concern that a capacitor effect may occur between adjacent wirings. To avoid this, a low-k material called a low-k material is provided between the wirings. Need to be placed.
If copper and low-k materials are used in combination as described above, in addition, TaC and Ta are used as barrier metals.
Ceramics such as N and TiN are required.
【００３６】以上のような材料が組み合わされた多層構
造の半導体ウェーハをＣＭＰ法により研磨する場合、材
料毎の硬度変化が大きく、これに起因して、研磨中にお
いて研磨状態の変化が発生することが避けられないた
め、半導体ウェーハに対する押圧圧力を低圧力化して、
状況変化の影響を最小限とすることが求められている。When a semiconductor wafer having a multilayer structure in which the above-mentioned materials are combined is polished by the CMP method, a change in hardness of each material is large, which causes a change in a polishing state during polishing. Unavoidable, lowering the pressing pressure on the semiconductor wafer,
There is a need to minimize the effects of changing circumstances.
【００３７】しかしながら、上記の研磨ヘッド１あるい
は１’は、低圧での研磨を可能とするものであるから、
上述のような半導体ウェーハの研磨の低圧力化の要求に
良好に応えることができ、これにより半導体製造プロセ
スにおいて、特に好適に用いることができる。However, since the above-mentioned polishing head 1 or 1 'enables polishing at a low pressure,
As described above, it is possible to satisfactorily meet the demand for lowering the pressure for polishing a semiconductor wafer, and thereby it can be particularly suitably used in a semiconductor manufacturing process.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る研
磨ヘッドにおいては、キャリアの下面に配設された弾性
膜の周縁部が、リテーナリングとキャリアとの間に挟持
されて固定されているため、弾性膜をキャリアの下面に
おいて張力を付与した状態で配設することができる。し
たがって、従来と異なり、弾性膜の自重による変形を避
けるために弾性膜自体を強固に形成する必要がない。ま
た、リテーナリングが、キャリアに対して固定されるた
めに、従来と異なり、弾性膜がリテーナリングの荷重を
支持することもない。これらにより、弾性膜として、変
形適応力に優れた薄いものを使用することができ、流体
供給路から圧力可変の流体を供給することにより、弾性
膜を、被研磨材に対する密着性を確保しつつ、膨張・収
縮させることが可能となる。したがって、被研磨材に形
状的な不均一が存在する場合においても、被研磨材を研
磨パッドに対して低圧で均一に押圧することができ、従
来に比較して、より低圧の研磨が可能となる。また、弾
性膜を、単純な形状に配設することができるために、従
来と異なり、弾性膜自体の寿命等に悪影響が及ぼされる
恐れがない。さらに、リテーナリングが剛性の高いキャ
リアに対して固定されるために、研磨パッドに当接する
リテーナリングの下面の平坦度を向上させることがで
き、従来に比較して、被研磨材の研磨面の平坦度をより
良好に確保することができる。また、低圧での研磨が可
能であることから、微細パターンを有する半導体ウェー
ハの研磨にも良好に適用できる。As described above, in the polishing head according to the first aspect, the peripheral portion of the elastic film disposed on the lower surface of the carrier is fixed by being sandwiched between the retainer ring and the carrier. Therefore, the elastic film can be disposed on the lower surface of the carrier in a state where tension is applied. Therefore, unlike the related art, it is not necessary to form the elastic film itself firmly in order to avoid deformation of the elastic film due to its own weight. Further, since the retainer ring is fixed to the carrier, the elastic film does not support the load of the retainer ring, unlike the related art. As a result, a thin film having excellent deformation adaptability can be used as the elastic film, and by supplying a variable-pressure fluid from the fluid supply path, the elastic film can be secured while maintaining the adhesion to the workpiece. , Can be expanded and contracted. Therefore, even when the material to be polished has a non-uniform shape, the material to be polished can be uniformly pressed against the polishing pad at a low pressure, and polishing at a lower pressure can be performed as compared with the related art. Become. In addition, since the elastic film can be arranged in a simple shape, unlike the related art, there is no possibility that the life of the elastic film itself is adversely affected. Further, since the retainer ring is fixed to the carrier having high rigidity, the flatness of the lower surface of the retainer ring which comes into contact with the polishing pad can be improved. The flatness can be better ensured. Further, since polishing at a low pressure is possible, it can be favorably applied to polishing of a semiconductor wafer having a fine pattern.
【００３９】請求項２に係る研磨ヘッドにおいては、液
体供給路が第二の圧力調整機構に対して接続されている
ために、キャリアと弾性膜との間の空間内圧力を、キャ
リアとヘッド本体との間の流体室内圧力と独立に調整す
ることができる。したがって、研磨時において、弾性膜
により被研磨材を研磨パッドに押圧する力と、リテーナ
リングを研磨パッドに押圧する力とを独立に管理するこ
とができ、被研磨材の研磨パッドに対する押圧力を低圧
とした場合においても、リテーナリングにより研磨パッ
ドを高圧で押圧することができる。このため、研磨時
に、研磨パッド上において被研磨材が当接した部分の周
辺部分に形状のゆがみ等が発生することを防止すること
ができ、低圧での研磨作業を良好に行うことが可能とな
る。In the polishing head according to the second aspect, since the liquid supply path is connected to the second pressure adjusting mechanism, the pressure in the space between the carrier and the elastic film is reduced. And can be adjusted independently of the fluid chamber pressure. Therefore, at the time of polishing, the force for pressing the material to be polished against the polishing pad by the elastic film and the force for pressing the retainer ring to the polishing pad can be managed independently, and the pressing force of the material to be polished against the polishing pad can be reduced. Even when the pressure is low, the polishing pad can be pressed at a high pressure by the retainer ring. For this reason, at the time of polishing, it is possible to prevent a shape distortion or the like from occurring in a peripheral portion of a portion where the material to be polished abuts on the polishing pad, and it is possible to perform a polishing operation at a low pressure satisfactorily. Become.
【図１】 本発明の一実施の形態である研磨ヘッドを模
式的に示す立断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing a polishing head according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１に示した研磨ヘッドを用いたウェーハ研
磨装置の全体を示す立面図である。FIG. 2 is an elevational view showing an entire wafer polishing apparatus using the polishing head shown in FIG.
【図３】 図１に示した研磨ヘッドにおいてウェーハを
保持した場合の状況を示すウェーハの下面付近の拡大立
断面図である。FIG. 3 is an enlarged vertical sectional view near the lower surface of the wafer, showing a situation where the wafer is held by the polishing head shown in FIG. 1;
【図４】 図１に示した研磨ヘッドを用いてウェーハの
研磨を行う場合のウェーハ下面付近の拡大立断面図であ
る。FIG. 4 is an enlarged vertical sectional view near the lower surface of the wafer when polishing the wafer using the polishing head shown in FIG. 1;
【図５】 本発明の他の実施の形態を模式的に示す研磨
ヘッドの立断面図である。FIG. 5 is an elevational sectional view of a polishing head schematically showing another embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の従来の技術を示す図であって、膜を
介したフローティング形式の研磨ヘッドの一例を示す立
断面図である。FIG. 6 is a view showing a conventional technique of the present invention, and is an elevational sectional view showing an example of a floating type polishing head via a film.
【図７】 図６の要部拡大立断面図である。FIG. 7 is an enlarged vertical sectional view of a main part of FIG. 6;
【図８】 本発明の従来の技術を示す図であって、膜を
介したフローティング形式の研磨ヘッドの他の例を示す
立断面図である。FIG. 8 is a view showing a conventional technique of the present invention, and is an elevational sectional view showing another example of a floating type polishing head via a film.
【図９】 図８の要部拡大立断面図である。FIG. 9 is an enlarged vertical sectional view of a main part of FIG. 8;
１ 研磨ヘッド ６ ヘッド本体 ７ ダイヤフラム ８ キャリア ８ａ 下面 ９ 第一の圧力調整機構 １０ 第二の圧力調整機構 １１ 天板部 １２ 周壁部 １３ 内壁 １４ 段部 １７ 流体室 ２０ リテーナリング ２３ 弾性膜 ２３ａ 周縁部 ２５ 流体供給路 Ｗ ウェーハ（被研磨材） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing head 6 Head main body 7 Diaphragm 8 Carrier 8a Lower surface 9 First pressure adjusting mechanism 10 Second pressure adjusting mechanism 11 Top plate part 12 Peripheral wall part 13 Inner wall 14 Step part 17 Fluid chamber 20 Retainer ring 23 Elastic film 23a Peripheral part 25 Fluid supply path W Wafer (material to be polished)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 弘志 兵庫県朝来郡生野町口銀谷字猪野々985番 地１ 三菱マテリアル株式会社生野製作所 内 (72)発明者 力田 直樹 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者 森田 悦郎 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 原田 晴司 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 BA05 BC01 CB01 CB03 DA17 5D112 AA02 AA24 GA02 GA11 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Tanaka 985 Ino-no-ino, Ginya, Ikuno-cho, Asago-gun, Hyogo Pref. 1-297, Fukuromachi, Mitsubishi Materials Corporation Research Laboratory (72) Inventor Morita Etsuro 1-5-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Material Silicon Co., Ltd. (72) Inventor Haruji Harada Chiyoda-ku, Tokyo 1-5-1, Machi Mitsubishi Material Silicon Co., Ltd. F-term (reference) 3C058 AA07 AB04 BA05 BC01 CB01 CB03 DA17 5D112 AA02 AA24 GA02 GA11
Claims (2)
た筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、 前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に設けられた
ダイヤフラムと、 前記ダイヤフラムに固定されてダイヤフラムとともにヘ
ッド軸線方向に変位可能に設けられ、かつ、その下面に
おいて研磨すべき被研磨材の一面を保持する円盤状のキ
ャリアと、 前記キャリアと前記ヘッド本体との間に形成される流体
室に満たされた流体圧力を調整する第一の圧力調整機構
と、 前記キャリアの下面と前記周壁部の内壁との間に同心状
に配置されるとともに、前記キャリアの下面と略同一の
高さ位置に設けられて、研磨時には研磨パッドに当接す
るリテーナリングとを備えてなり、 前記リテーナリングは、前記キャリアに対して固定さ
れ、 前記キャリアの下面には弾性膜が配設され、 該弾性膜は、その周縁部が、前記リテーナリングと前記
キャリアとの間に挟持されて固定され、 なおかつ、前記キャリアには、前記弾性膜と前記キャリ
アとの間に圧力可変の流体を供給するための流体供給路
が設けられていることを特徴とする研磨ヘッド。A head body including a top plate and a cylindrical peripheral wall provided below an outer periphery of the top plate; a diaphragm provided in the head body perpendicular to a head axis; A disk-shaped carrier fixed to the diaphragm and provided so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and having a lower surface holding one surface of the material to be polished, formed between the carrier and the head main body; A first pressure adjusting mechanism for adjusting a fluid pressure filled in a fluid chamber to be filled; and a concentric arrangement between a lower surface of the carrier and an inner wall of the peripheral wall portion, and substantially the same as a lower surface of the carrier. And a retainer ring that is provided at a height position and abuts against a polishing pad during polishing. The retainer ring is fixed to the carrier, and the carrier is An elastic film is disposed on a lower surface of the elastic film, and a peripheral portion of the elastic film is sandwiched and fixed between the retainer ring and the carrier, and the elastic film and the carrier are provided on the carrier. And a fluid supply path for supplying a fluid having a variable pressure is provided between the polishing head and the polishing head.
供給される流体の圧力を調整する第二の圧力調整機構に
接続されていることを特徴とする研磨ヘッド。2. The polishing head according to claim 1, wherein the fluid supply path is connected to a second pressure adjusting mechanism that adjusts a pressure of a fluid supplied between the elastic film and the carrier. A polishing head, characterized in that:
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24918899A JP2001071255A (en) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | Polishing head |
| TW89117865A TW476691B (en) | 1999-09-02 | 2000-09-01 | Polishing head, polishing apparatus using polishing head, and method for sensing polished surface state |
| EP00118225A EP1080841A3 (en) | 1999-09-02 | 2000-09-01 | Carrier head, polishing apparatus using the carrier head, and method for sensing polished surface state |
| KR1020000051464A KR20010030213A (en) | 1999-09-02 | 2000-09-01 | Polishing head, polishing apparatus using polishing head, and method for sensing polished surface state |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005007342A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-01-27 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| CN114473853A (en) * | 2021-12-21 | 2022-05-13 | 北京子牛亦东科技有限公司 | Diaphragm of grinding head for chemical mechanical grinding equipment |
-
1999
- 1999-09-02 JP JP24918899A patent/JP2001071255A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005007342A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-01-27 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| CN114473853A (en) * | 2021-12-21 | 2022-05-13 | 北京子牛亦东科技有限公司 | Diaphragm of grinding head for chemical mechanical grinding equipment |
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