JP3627143B2 - ウェーハ研磨装置 - Google Patents
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Description
【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メカノケミカル研磨剤を供給しながら、キャリアで保持したウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨する。この際、ウェーハはリテーナーリングに囲まれた状態で研磨され、これにより、研磨中のウェーハがキャリアから飛び出すのを防止している。
【0003】
ところで、このリテーナーリングはウェーハとともに研磨パッドに押し付けられるものであるため、使用により磨耗してしまう。このため定期的に交換されていた。
【0004】
従来、リテーナーリングはキャリアに取り付けられたバッキング材に接着剤等で貼り付けて取り付けられており、交換する際はキャリアの一部を装置本体から取り外してバッキング材ごと交換するようにしていた。
【0005】
あるいは、キャリア若しくはヘッド本体に形成されたリテーナーリング取付部にボルトを用いてネジ止めして取り付けられていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のリテーナーリングの取付構造は、いずれも着脱がきわめて面倒であり、リテーナーリングの交換作業に多大な労力と時間を要するという欠点があった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単にリテーナーリングを着脱できるウェーハ研磨装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は前記目的を達成するために、ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する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、前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凹部と、前記リテーナーリングの外周面に形成された下凹部と、前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凹部に嵌合する上凸部と前記下凹部に嵌合する下凸部が形成された止め輪と、前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
また、請求項2に係る発明は、ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する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、前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凸部と、前記リテーナーリングの外周面に形成された下凸部と、前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凸部に嵌合する上凹部と前記下凸部に嵌合する下凹部が形成された止め輪と、前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
【0009】
本発明によれば、リテーナーリングは、ヘッド本体の下部に接合し、その外周面に形成された嵌合部と、ヘッド本体の外周面に形成された嵌合部に止め輪を嵌合させることにより、ヘッド本体に取り付けられる。このように、本発明によれば簡単にリテーナーリングを取り付けることができる。
【0010】
【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。
【0011】
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。
【0012】
研磨定盤12は円盤状に形成されており、その上面に研磨パッド16が貼り付けられている。研磨定盤12の下面にはスピンドル18が連結されており、このスピンドル18に連結されたモータ20に駆動されることにより、研磨定盤12は図1の矢印A方向に回転する。そして、この回転する研磨定盤12の研磨パッド16に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤が供給される。
【0013】
ウェーハ保持ヘッド14は、図示しない昇降装置によって昇降自在に設けられている。この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、キャリア24、ガイドリング26、リテーナーリング28、ゴムシート30で構成されている。
【0014】
ヘッド本体22は円盤状に形成されており、その上面に回転軸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ることにより図1矢印B方向に回転する。このヘッド本体22にはリテーナーリング用エア供給路34Aとキャリア用エア供給路34Bとが形成されており、それぞれリテーナーリング用エア供給配管35Aとキャリア用エア供給配管35Bを介してエアポンプ40に接続されている。リテーナーリング用エア供給配管35Aとキャリア用エア供給配管35Bには、リテーナーリング用圧力制御弁38Aとキャリア用圧力制御弁38Bが設置されており、このリテーナーリング用圧力制御弁38Aとキャリア用圧力制御弁38Bの解放量を図示しないコントローラで制御することにより、リテーナーリング用エア供給路34Aとキャリア用エア供給路34Bとに供給する圧縮エアの量をコントロールすることができる。
【0015】
ゴムシート30は円盤状に形成されており、その外周縁をガイドリング26に挟持されてヘッド本体22の下面に固定されている。このゴムシート30は、環状に形成された止め金42によって外周部30Aと中央部30Bとに二分されている。外周部30Aにはリテーナーリング用エア供給路34Aが連通されており、このリテーナーリング用エア供給路34Aから圧縮エアが供給されることにより、外周部30Aはリテーナーリング用エアバック36Aとして機能する。一方、中央部30Bにはキャリア用エア供給路34Bが連通されており、このキャリア用エア供給路34Bから圧縮エアが供給されることにより、中央部30Bはキャリア用エアバッグ36Bとして機能する。
【0016】
キャリア24は円柱状に形成されており、その上端面がゴムシート30の中央部30Bに固定されている。リテーナーリング28はリング状に形成されており、ゴムシート30の外周部30Aに固定された押圧リング44のリテーナーリング取付部46にスナップリング(止め輪)48を介して取り付けられている。
【0017】
押圧リング44は円筒状に形成されており、その上端面がゴムシート30の外周部30Aに対向されている。また、この押圧リング44の上端部外周にはフランジ部44Aが形成されている。このフランジ部44Aはガイドリング26の下端部内周に張り出して形成されたフランジ部26Aに係止されており、これにより落下が防止されている。
【0018】
リテーナーリング取付部46はリング状に形成されており、押圧リング44の下端部に固定されている。このリテーナーリング取付部46の外周面にはリテーナーリング28を取り付けるための上溝部(上凹部)46Aが全周にわたって形成されている。リテーナーリング28は、このリテーナーリング取付部46の下部に取り付けられ、その外周には全周にわたって下溝部(下凹部)28Aが形成されている。
【0019】
スナップリング48は、図3に示すように厚みのあるC形止め輪である。そして、その内周部には上凸部48Aと下凸部48Bとが全周にわたって形成されている。このスナップリング48は、リテーナーリング取付部46とリテーナーリング28との接合部の外周に装着され、その上凸部48Aがリテーナーリング取付部46の上溝部46Aに嵌合されるとともに、下凸部48Bがリテーナーリング28の下溝部28Aに嵌合されて装着される。これにより、リテーナーリング28はリテーナーリング取付部46に一体化され、落下することなくリテーナーリング取付部46に取り付けられる。
【0020】
スナップリング48の外周には筒状に形成されたスナップリングカバー52が取り付けられる。このスナップリングカバー52はリテーナーリング取付部46の外径と略同じ内径を有しており、リテーナーリング取付部46の外周にスライド自在に設けられている。また、このスナップリングカバー52の上端部内周にはフランジ部52Aが形成されており、このフランジ部52Aがリテーナーリング取付部46の上面に係止されることによりスナップリングカバー52の落下が防止されている。
【0021】
前記のごとく構成されたウェーハ研磨装置10のウェーハの研磨方法について説明する。
【0022】
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16上に載置する。次いで、エアポンプ40からキャリア用エアバッグ36Bとリテーナーリング用エアバッグ36Aに圧縮エアを供給する。これにより、キャリア用エアバッグ36Bとリテーナーリング用エアバッグ36Aが膨らみ、ウェーハWとリテーナーリング28が所定の圧力で研磨パッド16に押し付けられる。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16上に図示しないノズルからスラリを供給する。これにより、ウェーハWの下面が研磨パッド16に研磨される。
【0023】
次に、リテーナーリング28の取付方法について図4(a)〜(d)に基づいて説明する。
【0024】
まず、図4(a)に示すように、リテーナーリング取付部46の下方にリテーナーリング28を配置する。そして、同図(b)に示すように、そのリテーナーリング28をリテーナーリング取付部46の下部に接合させる。
【0025】
次に、スナップリングカバー52を上方にスライドさせ、この状態で同図(c)に示すようにリテーナーリング28とリテーナーリング取付部46との接合部の外周にスナップリング48を嵌着する。この際、スナップリング48は、その上凸部48Aがリテーナーリング取付部46の上溝部46Aに嵌合されるとともに、下凸部48Bがリテーナーリング28の下溝部28Aに嵌合される。これにより、リテーナーリング28がリテーナーリング取付部46に取り付けられる。
【0026】
次に、同図(d)に示すように、スナップリングカバー52を下方にスライドさせ、そのスナップリングカバー52でスナップリング48の外周を覆う。
【0027】
リテーナーリング28を固定するスナップリング48は、その外周がスナップリングカバー52で覆われて、これにより、スナップリング48の拡径が規制されるので、リテーナーリング28は外れない。以上によりリテーナーリング28の取り付けが終了する。
【0028】
一方、リテーナーリング28の取り外しは次のように行われる。まず、スナップリングカバー52を上方にスライドさせる。次に、スナップリング48を押し拡げてスナップリング48を接合部から取り外す。これにより、リテーナーリング28がリテーナーリング取付部46から取り外される。
【0029】
このように、本実施の形態のリテーナーリングの取付構造によれば、ワンタッチでリテーナーリング28の取り付け、取り外しを行うことができる。これにより、従来、多大な時間、労力を要していたリテーナーリングの交換作業を短時間で、かつ簡単に行うことができるようになる。
【0030】
なお、本実施の形態ではスナップリング48の内周部の全周にわたって上凸部48Aと下凸部48Bを形成するようにしているが、この上凸部48Aと下凸部48Bは周方向に一定の間隔をもって複数箇所に形成するようにしてもよい。また、これに対応して上溝部46Aと下溝部28Aも周方向に一定の間隔をもって複数箇所に形成するようにしてもよい。
【0031】
また、本実施の形態ではリテーナーリング取付部46の外周面に上溝部46Aを形成するとともに、リテーナーリング28の外周面に下溝部28Aを形成し、スナップリング48の内周面に、これらの溝部に嵌合する上凸部48Aと下凸部48Bを形成するようにしているが、図5に示すように、逆の構成としてもよい。すなわち、リテーナーリング取付部46の外周面に上凸部46Bを形成するとともに、リテーナーリング28の外周面に下凸部28Bを形成し、スナップリング48の内周面に、これらの凸部に嵌合する上溝部(上凹部)48Cと下溝部(下凹部)48Dを形成する。これによっても、リテーナーリング28の着脱をワンタッチで行うことができる。
【0032】
また、本実施の形態では、リテーナーリング28がリテーナーリング用エアバッグ36Aを介してヘッド本体22に取り付けられたウェーハ研磨装置に本発明を適用した例で説明したが、本発明はリテーナーリングがヘッド本体に直接取り付けられたウェーハ研磨装置にも同様に適用することができる。この場合、ヘッド本体の外周面に上凹部(又は上凸部)を形成するとともに、リテーナーリングの外周面に下凹部(又は上凹部)を形成し、その上凹部(又は上凸部)と下凹部(下凸部)にスナップリングの上凸部(又は上凹部)と下凸部(又は下凹部)を嵌合させてリテーナーリングを取り付ける。
【0033】
さらに、本実施の形態では、リテーナーリング取付部46の外周にスナップリングカバー52がスライド自在に設けられているが、このスナップリングカバー52を上方にスライドさせた時の保持機構を設けることにより、スナップリング48の取り付け、取り外しをより簡単に行うことができる。
【0034】
図6には、スナップリングカバー52の保持機構の一実施形態が示されている。
【0035】
スナップリングカバー52はプラスチック等の弾性変形可能な材質で成型されており、その内周部には溝56が形成されている。一方、リテーナーリング取付部46の外周には、前記溝56に収容可能な半球状の突起54が3つ等間隔に形成されている。
【0036】
以上のように構成されたスナップリングカバー52の保持機構の作用は次のとおりである。
【0037】
スナップリングカバー52は、図6(a)に示す状態からある一定以上の力をもって上方に押し上げると、溝56の下縁部が弾性変形して突起54を乗り上げる。これにより、スナップリングカバー52が突起54の上方に移動する。
【0038】
突起54の上方に移動したスナップリングカバー52は、図6(b)に示すように、その下面が突起54に係止されて落下が防止される。オペレータは、この状態でスナップリング48の取り付け、取り外し等を行う。
【0039】
スナップリング48の取り付けが終わった後は、スナップリングカバー52を押し下げる。スナップリングカバー52は、ある一定以上の力をもって押し下げると、下端内周部が弾性変形して突起54を乗り上げる。これにより、図6(a)に示すように、溝56内に突起54が収容されるとともに、スナップリングカバー52に形成されたフランジ部52Aが、リテーナーリング取付部46の上面に係止される。そして、これにより、スナップリング48の外周がスナップリングカバー52で覆われ、スナップリング48の拡径が規制される。
【0040】
このように、スナップリングカバー52を上方にスライドさせた時の保持機構を設けることにより、スナップリングカバー52を手で抑えておく手間が省け、スナップリング48の取り付け、取り外しをより簡単に行うことができる。
【0041】
図7は、スナップリングカバー52の保持機構のその他の実施形態である。
【0042】
リテーナーリング取付部46の外周には、半球状の突起58が3つ等間隔に形成されている。一方、スナップリングカバー52の内周面には、L字状の溝60が3箇所等間隔に形成されている。各溝60は、水平溝60aと垂直溝60bとで形成されており、水平溝60aの一端から上方に向けて垂直溝60bが形成されている。また、水平溝60aの他端には、下方に向けて入口部60cが形成されている。なお、内周上部にはフランジ部52Aは形成されていない。
【0043】
以上のように構成されたスナップリングカバー52の保持機構の作用は次のとおりである。
【0044】
まず、溝60の入口部60cに突起58を嵌め込み、突起58を水平溝60a内に導く。これにより、スナップリングカバー52は、水平方向の回転のみが許容される。この状態でスナップリングカバー52を水平方向に回転させ、突起58を垂直溝60b内に導くと、スナップリングカバー52は、垂直溝60bに沿って上下方向に移動可能になる。そして、この垂直溝60b内に突起58が導かれると、図7(a)に示すように、垂直溝60bの上端部が突起58に係止されて、スナップリングカバー52の落下が防止される。そして、この状態でスナップリング48の外周がスナップリングカバー52に覆われる。
【0045】
スナップリング48を取り外すときは、まず、垂直溝60bに沿ってスナップリングカバー52を垂直に押し上げる。垂直に押し上げられたスナップリングカバー52は、ある位置で突起58が垂直溝60bの下端に当接するので、突起58が垂直溝60bの下端に当接したところで水平方向に回転させる。これにより、突起58が水平溝60a内に導かれるとともに、スナップリングカバー52がスナップリング48の上方に移動する。
【0046】
突起58が水平溝60a内に導入されると、図7(b)に示すように、スナップリングカバー52は水平方向のみの移動が許容されて上下方向の移動が規制されるので、この状態でスナップリング48の取り付け、取り外しを行う。
【0047】
スナップリング48の取り付けが終わった後は、スナップリングカバー52を水平方向に回転させ、突起58を垂直溝60bに導入する。これにより、スナップリングカバー52の上下方向の移動が許容され、図7(a)に示すように、スナップリング48の外周を覆う位置まで下降して停止する。これにより、スナップリング48の拡径が規制される。
【0048】
以上のようにスナップリングカバー52を上方にスライドさせた時の保持機構を設けることにより、スナップリングカバー52を手で抑えておく手間が省け、スナップリング48の取り付け、取り外しをより簡単に行うことができる。この他、スナップリングカバー52の外周部にボルト穴を形成し、そのボルト穴にボルトを螺合させておき、そのボルトを締め付けることにより、ボルトの先端でリテーナーリング取付部46の外周面を押圧し、スナップリングカバー52を固定するようにしてもよい。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、止め輪を用いることによってワンタッチでリテーナーリングの取り付け、取り外しを行うことができるので、従来、多大な時間、労力を要していたリテーナーリングの交換作業を短時間で、かつ簡単に行うことができる。
【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】スナップリングの構成を示す斜視図
【図4】リテーナーリングの取付方法の説明図
【図5】ウェーハ保持ヘッドの他の実施の形態の構成を示す縦断面図
【図6】スナップリングカバーの保持機構の一実施形態を示す要部拡大図
【図7】スナップリングカバーの保持機構の一実施形態を示す要部拡大図
【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、16…研磨パッド、18…スピンドル、20…モータ、22…ヘッド本体、24…キャリア、26…ガイドリング、28…リテーナーリング、28A…下溝部(下凹部)、28B…下凸部、30…ゴムシート、32…回転軸、34A…リテーナーリング用エア供給路、34B…キャリア用エア供給路、35A…リテーナーリング用エア供給配管、35B…キャリア用エア供給配管、36A…リテーナーリング用エアバッグ、36B…キャリア用エアバッグ、38A…リテーナーリング用圧力制御弁、38B…キャリア用圧力制御弁、40…エアポンプ、42…止め金、44…押圧リング、46…リテーナーリング取付部、46A…上溝部(上凹部)、46B…上凸部、48…スナップリング(止め輪)、48A…上凸部、48B…下凸部、48C…上溝部(上凹部)、48D…下溝部(下凹部)、52…スナップリングカバー、54…突起、56…溝、58…突起、60…溝、60a…水平溝、60b…垂直溝、60c…入口部
Claims (3)
- ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する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、
前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、
前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凹部と、
前記リテーナーリングの外周面に形成された下凹部と、
前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凹部に嵌合する上凸部と前記下凹部に嵌合する下凸部が形成された止め輪と、
前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、
を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置。 - ウェーハ保持ヘッドのヘッド本体に取り付けられたリテーナーリングでウェーハの周囲を包囲しながらウェーハを回転する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、
前記ヘッド本体に設けられ、下部に前記リテーナーリングが接合されるリング状のリテーナーリング取付部と、
前記リテーナーリング取付部の外周面に形成された上凸部と、
前記リテーナーリングの外周面に形成された下凸部と、
前記リテーナーリング取付部と前記リテーナーリングとの接合部の外周に着脱自在に取り付けられ、内周面に前記上凸部に嵌合する上凹部と前記下凸部に嵌合する下凹部が形成された止め輪と、
前記リテーナーリング取付部の外周に設けられ、前記止め輪の外周を覆うカバーであって、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライド可能に設けられたカバーと、
を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置。 - 前記リテーナーリング取付部には、前記止め輪の外周を覆う位置から上方に向けてスライドさせたカバーに係合し、該カバーをその上方位置で保持する保持機構が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のウェーハ研磨装置。
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