JP2015062956A - 研磨装置 - Google Patents

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正雄 梅本
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英夫 相澤
隆一 小菅
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隆一 小菅
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Abstract

【課題】トップリング本体の外周部に、上下動自在に設けたリテーナリングの内部に生じる隙間を塞ぐ、伸縮自在な接続シートや、トップリング本体とリテーナリングとの間に生じる隙間を塞ぐシール部材を、洗浄水で効率よく洗浄して、トップリングに付着した研磨液等の汚染によるスクラッチの発生を防止する。
【解決手段】研磨面を有する研磨テーブルと、トップリング本体2に固定されたリテーナリングガイド410と、該リテーナリングガイド410に案内されて、上下動するリテーナリング3のリング部材408との間の隙間を、塞ぐ伸縮自在な接続シート420を有し、基板を保持して研磨面に押圧するトップリングと、接続シート420に向けて洗浄水を水平方向に噴射し、水流を直接当てて該接続シート420を洗浄する接続シート洗浄ノズル500とを有する。
【選択図】図16

Description

本発明は、研磨装置に係り、特に半導体ウエハなどの研磨対象物(基板)の表面を研磨して平坦化する研磨装置に関する。
半導体ウエハの表面を研磨する研磨装置は、一般に、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエハを保持するトップリング(研磨ヘッド)とを備えている。そして、トップリングで保持した半導体ウエハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧しつつ、研磨テーブルとトップリングとを相対運動させることにより、半導体ウエハを研磨面に摺接させて、半導体ウエハの表面を平坦かつ鏡面に研磨するようにしている。化学的機械研磨(CMP)にあっては、研磨時に、研磨面に研磨液(スラリー)が供給される。
このような研磨装置において、研磨中の半導体ウエハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウエハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウエハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。半導体ウエハに対する押圧力を均一化するために、トップリングの下部に弾性膜から形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することで弾性膜を介して流体圧により半導体ウエハを押圧することが行われている。
この場合、研磨パッドは、一般に弾性を有するため、研磨中の半導体ウエハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウエハの外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれや、半導体ウエハのトップリングからの飛び出しを防止するため、半導体ウエハの外周縁を保持するリテーナリングをトップリング本体に対して上下動可能に設け、これによって、半導体ウエハの外周縁側に位置する研磨パッドの研磨面をリテーナリングで押圧することが行われている。
このように、半導体ウエハの外周縁を保持するリテーナリングをトップリング本体に対して上下動可能に設けると、トップリング本体とリテーナリングとの間に隙間が生じ、この隙間を通して、研磨時に研磨面に供給される研磨液等がトップリングの内部に入り込んでしまう。そして、トップリングに研磨液等の汚染物質が付着し、この研磨液等の汚染物質が乾燥して研磨パッド上に落下すると、基板にスクラッチを発生させる原因となる。
このため、本件出願人は、特開2009−131946号公報(特許文献1)において、トップリング本体に固定されたリテーナリングガイドと該リテーナリングガイドに案内されて上下動するリテーナリングとの間に生じる隙間を伸縮自在な接続シートで、トップリング本体とリテーナリングの内周面との間に生じる隙間をシール部材で塞ぐようにした研磨装置を提案している。
また、特開2001−15466号公報(特許文献2)には、研磨ヘッド(トップリング)の底面に装着されたメンブレン(弾性膜)に残留する汚染物質を洗浄するノズルと、メンブレンの外周面と研磨ヘッドの下部縁部に設けられたリテーナリングの内周面との間に形成された空間に流入された汚染物質を洗浄するノズルとを備えた研磨装置が提案されている。
特開2009−131946号公報 特開2001−15466号公報
上述したように、トップリング本体に固定されたリテーナリングガイドと該リテーナリングガイドに案内されて上下動するリテーナリングとの間に生じる隙間を塞ぐ伸縮自在な接続シートに研磨液等の汚染物質が付着し、これが乾燥して研磨パッド上に落下すると、基板にスクラッチが生じる原因となる。このため、接続シートを洗浄することが望まれるが、接続シートをブラシ等でスクラブ洗浄すると、ブラシのへたりや再汚染等で初期の効果が持続せず、ブラシの代わりに洗浄ノズルを設置し、接続シートに向けて洗浄水を噴射して接続シートを洗浄しようとすると、接続シートは、蛇腹状に構成されており、このため、研磨液等の汚染物質が付着しやすい、蛇腹状に折り重なる接続シートの内部にまで洗浄水が届かず、蛇腹状の接続シートの奥に研磨液等の汚染物質が残留してしまうことが判った。
また、トップリング本体とリテーナリングの内周面との間に生じる隙間を塞ぐシール部材にあっても同様に、これを洗浄するため、シール部材に向けて洗浄ノズルから洗浄水を噴射すると、シール部材は、隙間の深部に達するような深くへこんだ形状をしており、この深くへこんだ形状の内部に洗浄水が届かず、シール部材の全面を洗浄水で効率よく洗浄することがかなり困難であることが判った。
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、トップリング本体に固定されたリテーナリングガイドと該リテーナリングガイドに案内されて上下動するリテーナリングとの間に生じる隙間を塞ぐ伸縮自在な接続シートやトップリング本体とリテーナリングとの間に生じる隙間を塞ぐシール部材を洗浄水で効率よく洗浄して、トップリングに付着した研磨液等の汚染物質によるスクラッチの発生を防止できるようにした研磨装置を提供することを目的とする。
本発明の研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、トップリング本体の外周部に上下動自在に設けられたリテーナリングの前記トップリング本体に固定されたリテーナリングガイドと該リテーナリングガイドに案内されて上下動するリング部材との間の隙間を塞ぐ伸縮自在な接続シートを有し、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリングと、前記接続シートに向けて洗浄水を水平方向に噴射し水流を直接当てて該接続シートを洗浄する接続シート洗浄ノズルとを有する。
このように、リテーナリングのリテーナリングガイドとリング部材との間の隙間を塞ぐ接続シートに向けて洗浄水を水平方向に噴射し水流を直接当てて接続シートを洗浄することで、たとえ接続シートが蛇腹状であっても、接続シートを洗浄水で効率よく洗浄し、しかも、必要に応じて、接続シートを湿潤状態にして、接続シートに付着した研磨液等の汚染物質が乾燥することを防止することができる。
本発明の好ましい一態様において、前記トップリングは、前記研磨テーブルの直上方の研磨位置と該研磨位置の側方の基板受渡し位置との間を移動自在に構成され、前記接続シート洗浄ノズルは、前記基板受渡し位置に位置する前記トップリングの側方に退避自在に配置されている。
これにより、トップリングと接続シート洗浄ノズルとが互いに干渉して、トップリングの動作が接続シート洗浄ノズルによって阻害されてしまうことを防止することができる。
本発明の好ましい一態様において、前記接続シート洗浄ノズルは、水平方向に扁平にした扁平部を先端に有するノズルからなる。
このように、接続シート洗浄ノズルの先端に水平方向に扁平な扁平部を設けることで、接続シートが蛇腹状である場合に、接続シート洗浄ノズルの先端扁平部を蛇腹状に折り重なる接続シートの内部に容易に差し込ませて、確実に水流が接続シートに直接当たるようにすることができ、しかも洗浄に使用した洗浄水の水はけを良くすることができる。また、接続シート洗浄ノズルに直進ノズルを採用することで、接続シート洗浄ノズルから噴出される洗浄水の十分な水圧を確保して、水流が接続シートの奥まで確実に届くようにすることができる。
本発明の好ましい一態様において、前記接続シート洗浄ノズルは、水平方向に扁平にした扁平部を先端に有し、該扁平部は一端部側から他端部側に向かって肉厚が次第に薄くなった楔形状をなしている。
このように、扁平部の形状は、トップリングが回転する下流方向にその厚さが増加するように楔形になっているため、ノズルから吐出されて洗浄に使用した洗浄水の水はけを良くすることができる。
本発明の他の研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、トップリング本体と該トップリング本体の外周部に上下動自在に設けられたリテーナリングの内周面との間に生じる隙間を塞ぐ伸縮自在なシール部材を有し、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリングと、前記トップリング本体と前記リテーナリングの内周面との間に生じる隙間に向けて鉛直方向に洗浄水を噴射し水流を前記シール部材に直接当てて該シール部材を洗浄するシール部材洗浄ノズルとを有する。
このように、トップリング本体とリテーナリングの内周面との間に生じる隙間に向けて鉛直方向に洗浄水を噴射し水流をシール部材に直接当てて該シール部材を洗浄することで、たとえシール部材が隙間の奥まで達するような深くへこんだ形状を有していても、シール部材を洗浄水で効率よく洗浄し、しかも必要に応じて、シール部材を湿潤状態にして、シール部材に付着した研磨液等の汚染物質が乾燥することを防止することができる。
本発明の好ましい一態様において、前記シール部材は、前記トップリング本体の下面に設けられて該トップリング本体の下部に圧力室を形成する弾性膜に一体に形成されている。
本発明の好ましい一態様において、前記トップリングは、前記研磨テーブルの上方の研磨位置と該研磨位置の側方の基板受渡し位置との間を移動自在に構成され、前記シール部材洗浄ノズルは、前記基板受渡し位置に位置する前記トップリングの側下方に退避自在に配置されている。
これにより、トップリングとシール部材洗浄ノズルとが互いに干渉して、トップリングの動作がシール部材洗浄ノズルによって阻害されてしまうことを防止することができる。
本発明の好ましい一態様において、前記シール部材洗浄ノズルは直進ノズルからなる。
これにより、シール部材洗浄ノズルから噴出される洗浄水の十分な水圧を確保して、水流がシール部材の奥まで確実に届くようにすることができる。
本発明によれば、トップリング本体に固定されたリテーナリングガイドと該リテーナリングガイドに案内されて上下動するリテーナリングとの間に生じる隙間を塞ぐ伸縮自在な接続シートや、トップリング本体とリテーナリングとの間に生じる隙間を塞ぐ伸縮自在なシール部材を洗浄水で効率よく洗浄して、基板にスクラッチが発生する要因の一つを解消することができる。
図1は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。 図2は、本発明に係る研磨装置の概略平面図である。 図3は、図1に示すトップリングの構成例を示す断面図である。 図4は、図1に示すトップリングの構成例を示す断面図である。 図5は、図1に示すトップリングの構成例を示す断面図である。 図6は、図1に示すトップリングの構成例を示す断面図である。 図7は、図1に示すトップリングの構成例を示す断面図である。 図8は、図5に示すリテーナリングのA部拡大図である。 図9は、リテーナリングガイドとリング部材との関係を示す図である。 図10は、図5に示すリテーナリングのB部拡大図である。 図11は、図10のX−X線矢視図である。 図12は、接続シート洗浄ノズルを示す斜視図である。 図13(a),(b)は、接続シート洗浄ノズルの変形例を示す図であり、図13(a)は接続シート洗浄ノズルを示す斜視図であり、図13(b)は図13(a)のC矢視図である。 図14は、基板受渡し位置に位置するトップリングの側方に配置された接続シート洗浄ノズルを示す平面図である。 図15は、基板受渡し位置に位置するトップリングの側方に配置されたシール部材洗浄ノズルを示す平面図である。 図16は、基板受渡し位置に位置するトップリング、接続シート洗浄ノズル及びシール部材洗浄ノズルを示す縦断正面図である。
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図で、図2は研磨装置の概略平面図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨テーブル100と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Wを保持して研磨テーブル100上の研磨面に押圧するトップリング1とを備えている。
研磨テーブル100は、テーブル軸100aを介してその下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸100a周りに回転可能になっている。研磨テーブル100の上面には研磨パッド101が貼付されており、研磨パッド101の表面101aが基板Wを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されており、この研磨液供給ノズル102によって研磨テーブル100上の研磨パッド101上に研磨液(スラリー)Qが供給される。
トップリング1は、トップリングシャフト111に接続されており、このトップリングシャフト111は、上下動機構124によりトップリングヘッド110に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト111の上下動により、トップリングヘッド110に対してトップリング1の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト111の上端にはロータリージョイント125が取付けられている。
トップリングシャフト111およびトップリング1を上下動させる上下動機構124は、軸受126を介してトップリングシャフト111を回転可能に支持するブリッジ128と、ブリッジ128に取付けられたボールねじ132と、支柱130により支持された支持台129と、支持台129上に設けられたACサーボモータ138とを備えている。サーボモータ138を支持する支持台129は、支柱130を介してトップリングヘッド110に固定されている。
ボールねじ132は、サーボモータ138に連結されたねじ軸132aと、このねじ軸132aが螺合するナット132bとを備えている。トップリングシャフト111は、ブリッジ128と一体となって上下動する。したがって、サーボモータ138を駆動すると、ボールねじ132を介してブリッジ128が上下動し、これによりトップリングシャフト111およびトップリング1が上下動する。
また、トップリングシャフト111は、キー(図示せず)を介して回転筒112に連結されている。この回転筒112は、その外周部にタイミングプーリ113を備えている。トップリングヘッド110にはトップリング用モータ114が固定されており、上記タイミングプーリ113は、タイミングベルト115を介してトップリング用モータ114に設けられたタイミングプーリ116に接続されている。したがって、トップリング用モータ114を回転駆動することによって、タイミングプーリ116、タイミングベルト115、およびタイミングプーリ113を介して回転筒112およびトップリングシャフト111が一体に回転し、トップリング1が回転する。
トップリングヘッド110は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト117によって支持されている。これによって、トップリングヘッド110に接続されたトップリング1は、トップリングヘッドシャフト117の回転に伴って、図2に示すように、研磨テーブル100の直上方の研磨位置Pと、研磨テーブル100の側方の、プッシャ等が配置された基板受渡し位置Tとの間を移動する。図2は、トップリング1が研磨位置Pに位置している状態を示しており、基板受渡し位置Tに位置するトップリング1を仮想線で示している。
図1及び図2に示すように構成された研磨装置において、トップリング1は、その下面に基板Wを保持できるようになっている。トップリングヘッド110は、トップリングシャフト117を中心として旋回可能に構成されており、基板受渡し位置Tで下面に基板Wを保持したトップリング1は、トップリングヘッド110の旋回により、研磨テーブル100の直上方の研磨位置Pに移動される。そして、トップリング1を下降させて基板Wを研磨パッド101の表面(研磨面)101aに押圧する。このとき、トップリング1および研磨テーブル100をそれぞれ回転させ、研磨テーブル100の上方に設けられた研磨液供給ノズル102から研磨パッド101上に研磨液を供給する。このように、基板Wを研磨パッド101の研磨面101aに摺接させて基板Wの表面を研磨する。
基板Wの研磨が完了すると、トップリング1は、トップリングヘッド110の旋回により、研磨テーブル100の直上方の研磨位置Pから研磨テーブル100の側方の基板受渡し位置Tに移動される。研磨後の基板Wは、この基板受渡し位置Tで、トップリング1からプッシャ等に受渡され、次工程に搬送される。
図3乃至図7は、トップリング1を示す図であり、複数の半径方向に沿って切断した断面図である。
図3乃至図7に示すように、トップリング1は、基板Wを研磨面101aに対して押圧するトップリング本体2と、研磨面101aを直接押圧するリテーナリング3とから基本的に構成されている。トップリング本体2は、円盤状の上部材300と、上部材300の下面に取付けられた中間部材304と、中間部材304の下面に取付けられた下部材306とを備えている。リテーナリング3は、トップリング本体2の上部材300の外周部に取付けられている。上部材300は、図4に示すように、ボルト308によりトップリングシャフト111に連結されている。中間部材304は、ボルト309を介して上部材300に固定されており、下部材306は、ボルト310を介して上部材300に固定されている。上部材300、中間部材304、および下部材306から構成されるトップリング本体2は、エンジニアリングプラスティック(例えば、PEEK)などの樹脂により形成されている。
図3に示すように、下部材306の下面には、基板Wの裏面に当接する弾性膜314が取付けられている。この弾性膜314は、外周側に配置された環状のエッジホルダ316と、エッジホルダ316の内方に配置された環状のリプルホルダ318,319とによって下部材306の下面に取付けられている。弾性膜314は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
エッジホルダ316は、リプルホルダ318により保持され、リプルホルダ318は、複数のストッパ320により下部材306の下面に取付けられている。リプルホルダ319は、図4に示すように、複数のストッパ322により下部材306の下面に取付けられている。ストッパ320およびストッパ322は、トップリング1の円周方向に均等に設けられている。
図3に示すように、弾性膜314の中央部にはセンター室360が形成されている。リプルホルダ319には、このセンター室360に連通する流路324が形成されており、下部材306には、この流路324に連通する流路325が形成されている。リプルホルダ319の流路324および下部材306の流路325は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体が流路325および流路324を通ってセンター室360に供給される。
リプルホルダ318は、弾性膜314のリプル314bおよびエッジ314cをそれぞれ爪部318b,318cで下部材306の下面に押さえつけるようになっており、リプルホルダ319は、弾性膜314のリプル314aを爪部319aで下部材306の下面に押さえつけるようになっている。
図5に示すように、弾性膜314のリプル314aとリプル314bとの間には環状のリプル室361が形成されている。弾性膜314のリプルホルダ318とリプルホルダ319との間には隙間314fが形成されており、下部材306にはこの隙間314fに連通する流路342が形成されている。また、図3に示すように、中間部材304には、下部材306の流路342に連通する流路344が形成されている。下部材306の流路342と中間部材304の流路344との接続部分には、環状溝347が形成されている。この下部材306の流路342は、環状溝347および中間部材304の流路344を介して、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル室361に供給される。この流路342は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜314の下面に基板を吸着できるようになっている。
図6に示すように、リプルホルダ318には、弾性膜314のリプル314bおよびエッジ314cによって形成される環状のアウター室362に連通する流路326が形成されている。下部材306には、リプルホルダ318の流路326にコネクタ327を介して連通する流路328が、中間部材304には、下部材306の流路328に連通する流路329がそれぞれ形成されている。このリプルホルダ318の流路326は、下部材306の流路328および中間部材304の流路329を介して、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウター室362に供給される。
図7に示すように、エッジホルダ316は、弾性膜314のエッジ314dを押さえて下部材306の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ316には、弾性膜314のエッジ314cおよびエッジ314dによって形成される環状のエッジ室363に連通する流路334が形成されている。下部材306には、エッジホルダ316の流路334に連通する流路336が、中間部材304には、下部材306の流路336に連通する流路338がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ316の流路334は、下部材306の流路336および中間部材304の流路338を介して、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ室363に供給される。
このトップリング1は、弾性膜314と下部材306との間に形成される圧力室、すなわち、センター室360、リプル室361、アウター室362、およびエッジ室363に供給する流体の圧力を調整することにより、基板を研磨パッド101に押圧する押圧力を基板の部分ごとに調整できる。
図8は、図5に示すリテーナリング3のA部拡大図である。リテーナリング3は、基板の外周縁を保持するものであり、図8に示すように、上部が閉塞された円筒状のシリンダ400と、シリンダ400の上部に取付けられた保持部材402と、保持部材402によりシリンダ400内に保持される弾性膜404と、弾性膜404の下端部に接続されたピストン406と、ピストン406により下方に押圧されるリング部材408とを備えている。
リング部材408は、ピストン406に連結される上リング部材408aと、研磨面101に接触する下リング部材408bとから構成されており、上リング部材408aと下リング部材408bは、複数のボルト409によって結合されている。上リング部材408aは、SUSなどの金属材料やセラミックス等の材料からなり、下リング部材408bは、PEEKやPPS等の樹脂材料からなる。
図8に示すように、保持部材402には、弾性膜404によって形成される室413に連通する流路412が形成されている。上部材300には、保持部材402の流路412に連通する流路414が形成されている。この保持部材402の流路412は、上部材300の流路414を介して、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通って室413に供給される。したがって、室413に供給する流体の圧力を調整することにより、弾性膜404を伸縮させてピストン406を上下動させ、リテーナリング3のリング部材408を所望の圧力で研磨パッド101に押圧することができる。
この例では、弾性膜404としてローリングダイヤフラムを用いている。ローリングダイヤフラムは、屈曲した部分をもつ弾性膜からなるもので、ローリングダイヤフラムで仕切る室の内部圧力の変化等により、その屈曲部が転動することにより室の空間を広げることができるものである。室が広がる際にダイヤフラムが外側の部材と摺動せず、殆ど伸縮しないため、摺動摩擦が極めて少なくてすみ、ダイヤフラムを長寿命化することができ、また、リテーナリング3が研磨パッド101に与える押圧力を精度よく調整することができるという利点がある。
このような構成により、リテーナリング3のリング部材408だけを下降させることができる。したがって、リテーナリング3のリング部材408が摩耗しても、下部材306と研磨パッド101との距離を一定に維持することが可能となる。また、研磨パッド101に接触するリング部材408とシリンダ400とは変形自在な弾性膜404で接続されているため、荷重点のオフセットによる曲げモーメントが発生しない。このため、リテーナリング3による面圧を均一にすることができ、研磨パッド101に対する追従性も向上する。
図8に示すように、リテーナリング3は、リング部材408の上下動を案内するためのリング状のリテーナリングガイド410を備えている。リング状のリテーナリングガイド410は、リング部材408の上部側全周を囲むようにリング部材408の外周側に位置する外周側部410aと、リング部材408の内周側に位置する内周側部410bと、外周側部410aと内周側部410bとを接続している中間部410cとから構成されている。リテーナリングガイド410の内周側部410bは、ボルト411により、下部材306に固定されている。外周側部410aと内周側部410bとを接続する中間部410cには、円周方向に所定間隔毎に複数の開口410hが形成されている。
図9は、リテーナリングガイド410とリング部材408との関係を示す図である。図9に示すように、中間部410cは、円周方向に全周つながっているが、前述したように中間部410cには、円周方向に所定間隔毎に複数の円弧状開口410hが形成されている。円弧状開口410hは、図9では、破線で示している。
一方、リング部材408の上リング部材408aは、円周方向にリング状に全周つながっている下部リング状部408a1と、下部リング状部408a1から円周方向に所定間隔毎に上方に突出した複数の上部円弧状部408a2とから構成されている。そして、各上部円弧状部408a2が各円弧状開口410hを貫通してピストン406に連結されている(図8参照)。
図9に示すように、下リング部材408bには、SUS等からなる薄肉の金属性リング430が嵌合されている。そして、金属性リング430の外周面には、四フッ化エチレン(PTFE)やPTFEなどの充填剤を充填したPEEK・PPSなどの樹脂材料をコーティングしたコーティング層430cが形成されている。PTFEやPEEK・PPSなどの樹脂材料は、摩擦係数が低い低摩擦材料であるため、摺動性に優れている。ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が0.35以下である低い摩擦係数の材料を云い、0.25以下であることが望ましい。
一方、リテーナリングガイド410における外周側部410aの内周面は前記コーティング層430cに摺接するガイド面410gを構成しており、このガイド面410gは鏡面処理により面粗度が向上するようにしている。ここで、鏡面処理とは、例えば、研磨加工、ラップ加工、バフ加工等の処理を云う。
図9に示すように、下リング部材408bには、SUS等の金属性リング430が嵌合されているため、下リング部材408bの剛性を高めることができ、下リング部材408bが研磨面101aと摺接して下リング部材408bの温度が上昇しても下リング部材408bの熱変形を抑制することができる。したがって、下リング部材408bおよび金属性リング430の外周面と、リテーナリングガイド410の外周側部410aの内周面とのクリアランスを狭くすることができ、研磨中に、リング部材408がクリアランス内を移動してリテーナリングガイド410と衝接する際に生ずる異音や振動を抑制することができる。また、金属性リング430の外周面のコーティング層430cが低摩擦材料から構成されており、リテーナリングガイド410のガイド面410gは鏡面処理により面粗度を向上させているため、下リング部材408bとリテーナリングガイド410との摺動性を改善することができる。したがって、リング部材408の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
図10は、図5に示すリテーナリング3のB部拡大図であり、図11は、図10のX−X線矢視図である。図10および図11に示すように、リテーナリング3のリング部材408の上リング部材408aの外周面には、縦方向に延びる概略長円形状溝418が形成されている。長円形状溝418は、上リング部材408aの外周面に所定間隔毎に複数個形成されている。リテーナリングガイド410の外周側部410aには、半径方向内方に突出する複数の駆動ピン349が設けられており、この駆動ピン349がリング部材408の長円形状溝418に係合するようになっている。長円形状溝418内でリング部材408と駆動ピン349が相対的に上下方向にスライド可能になっているとともに、この駆動ピン349により上部材300およびリテーナリングガイド410を介してトップリング本体2の回転がリテーナリング3に伝達され、トップリング本体2とリテーナリング3は一体となって回転する。駆動ピン349の外周面には、ゴムクッション350が設けられ、ゴムクッション350の外側にPTFEやPEEK・PPSなどの低摩擦材料からなるカラー351が設けられている。一方、前記長円形状溝418の内面には鏡面処理が施され、低摩擦材料のカラー351が接触する長円形状溝418の内面の面粗度を向上させるようにしている。
図3乃至図10に示すように、リング部材408の外周面とリテーナリングガイド410の下端との間には、上下方向に伸縮自在な蛇腹状の接続シート420が設けられている。この接続シート420は、リング部材408とリテーナリングガイド410との間に生じる隙間を埋めることで、研磨液(スラリー)の浸入を防止する役割を持っている。また、シリンダ400の外周面とリテーナリングガイド410の外周面には、帯状の可撓性部材からなるバンド421が設けられている。このバンド421は、シリンダ400とリテーナリングガイド410との間をカバーすることで研磨液(スラリー)の浸入を防止する役割を持っている。
弾性膜314のエッジ(外周縁)314dには、弾性膜314とリテーナリング3とを接続する、上方に屈曲した形状のシール部材422が形成されている。このシール部材422は、弾性膜314とリング部材408との隙間を埋めるように配置されており、変形しやすい材料から形成されている。シール部材422は、トップリング本体200とリテーナリング3との相対移動を許容しつつ、弾性膜314とリテーナリング3との隙間に研磨液が浸入してしまうことを防止するために設けられている。この例では、シール部材422は、弾性膜314のエッジ314dに一体的に形成されており、断面U字型の形状を有している。
ここで、接続シート420、バンド421およびシール部材422を設けない場合は、研磨液がトップリング1内に浸入してしまい、トップリング1を構成するトップリング本体200やリテーナリング3の正常な動作を阻害してしまう。この例によれば、接続シート420、バンド421およびシール部材422によって研磨液のトップリング1への浸入を防止することができ、これにより、トップリング1を正常に動作させることができる。なお、弾性膜404、接続シート420、およびシール部材422は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
この例のトップリング1においては、弾性膜314のセンター室360、リプル室361、アウター室362、およびエッジ室363に供給する圧力により基板に対する押圧力を制御するので、研磨中には下部材306を研磨パッド101から上方に離れた位置にする必要がある。ここに、リテーナリング3が摩耗すると、基板と下部材306との間の距離が変化し、弾性膜314の変形の仕方も変わるため、基板に対する面圧分布も変化することになる。このような面圧分布の変化は、プロファイルが不安定になる要因となる。この例では、リテーナリング3を下部材306とは独立して上下動させることができるので、リテーナリング3のリング部材408が摩耗しても、基板と下部材306との間の距離を一定に維持することができる。したがって、研磨後の基板のプロファイルを安定化させることができる。
上述した例では、基板の略全面に弾性膜314が配置されているが、これに限られるものではなく、弾性膜314は基板の少なくとも一部に当接するものであればよい。また、シール部材422は、弾性膜314と一体に形成されているが、弾性膜314と別体に形成するようにしても良い。
この例では、トップリング本体2の外周部にリテーナリング3を上下動自在に設けてトップリング1を構成することによって、トップリング本体2とリテーナリング3との間やリテーナリング3とリテーナリングガイド410との間などに隙間が生ずるが、これらの隙間から研磨液がトップリング1の内部に浸入しないように、接続シート420、バンド421およびシール部材422を設けている。このバンド421は、表面が平坦であるため、例えばトップリング1を洗浄するため、トップリング1に向けて噴射される洗浄水で容易に洗浄される。しかしながら、接続シート420は、十分な伸縮性を有するようにするため、例えば蛇腹状に形成され、シール部材422は、トップリング本体2の下部材306の下面を覆う弾性膜314とリテーナリング3のリング部材408の内周面との間に形成された隙間の深部に達するような深くへこんだ形状を有している。このため、トップリング1に向けて噴射される洗浄水で蛇腹状の接続シート420や、深くへこんだ形状をしているシール部材422の全面を洗浄することは一般に困難である。
このため、図2に示すように、基板受渡し位置Tに位置するトップリング1の側方に、接続シート420に向けて洗浄水を水平方向に噴射して接続シート420を洗浄する接続シート洗浄ノズル500が設けられている。また、基板受渡し位置Tに位置するトップリング1の側方かつ下方に、トップリング本体2の下部材306の下面を覆う弾性膜314とリテーナリング3のリング部材408の内周面との間に形成された隙間に向けて鉛直方向に洗浄水を噴射してシール部材422を洗浄するシール部材洗浄ノズル502が設けられている。接続シート洗浄ノズル500およびシール部材洗浄ノズル502は、トップリングヘッドシャフト117を支持する支持部に、垂直方向に上下に間隔をおいて取り付けられている。
図12は、接続シート洗浄ノズル500を示す斜視図である。接続シート洗浄ノズル500は、図12に示すように、上方に開口した洗浄水流入口504と側方に開口した洗浄水噴射口506を有するノズル部508と、リンク部510とからL字状に形成されている。洗浄水流入口504と洗浄水噴射口506は互いに連通し、洗浄水噴射口506から接続シート420に向けて水平方向に洗浄水が噴射される。接続シート洗浄ノズル500として、この例では、洗浄水噴射口506から洗浄水が噴出するノズルが使用される。ノズル部508の先端には、水平方向に扁平して延びる扁平部512が形成され、洗浄水噴射口506は扁平部512に形成されている。扁平部512の垂直方向の厚さは、2mm〜3mmに設定されている。扁平部512は、洗浄水噴射口506を有した中央部が最も突出し(長く)、中央部から両側部にいくにつれて短くなった略半円形の平面形状をしている。扁平部512の最も突出した部分の長さ(L)は5mmに設定されている。
ノズル部508の基部には、下記の枢軸522を挿通させる枢軸挿通孔514と、下記のストッパ530に当接して接続シート洗浄ノズル500の移動(回転)を規制するストッパ部516が設けられ、リンク部510の先端には、下記の連結ピン528を挿通させる連結ピン挿通孔518が設けられている。
図13(a),(b)は、接続シート洗浄ノズル500の変形例を示す図であり、図13(a)は接続シート洗浄ノズル500を示す斜視図であり、図13(b)は図13(a)のC矢視図である。図13(a),(b)に示す変形例においては、扁平部512は、矢印Cの方向からみた正面形状が楔形になっている。この楔形の形状は、図13(b)において右側端部の最も厚い部分が2mm〜3mmに設定され、左側にいくにつれて薄くなり、左側端部がとがっている。その他の構成は図12に示す接続シート洗浄ノズル500と同様である。
接続シート洗浄ノズル500は、図14に示すように、実線で示す、ノズル部508がトップリング1の動作(基板受け渡し動作)に干渉しない退避位置と、仮想線で示す、ノズル部508から接続シート420に向けて洗浄水を水平方向に噴射する洗浄位置との間を、ノズル部508が水平方向を向く状態で移動(回転)するように、基板受渡し位置Tに位置するトップリング1の側方に退避自在に配置されている。
すなわち、接続シート洗浄ノズル500は、固定ブラケット520に固定され枢軸挿通孔514内を挿通させた枢軸522を中心に、ノズル部508が水平方向を向く状態で回転するように固定ブラケット520に支承されている。固定ブラケット520は、トップリング1を揺動させるためのトップリングヘッドシャフト117を支持する支持部118に固定されている。そして、固定ブラケット520に基端を回転自在に支承されたシリンダ524のシリンダロッド526の先端に取付けた連結ピン528を、連結ピン挿通孔518内に挿通させることで、シリンダロッド526の先端にリンク部510の先端が回転自在に連結されている。更に、固定ブラケット520には、接続シート洗浄ノズル500が洗浄位置に位置するとき、リンク部510のストッパ部516に当接して、接続シート洗浄ノズル500の過度の回転を規制するボルトからなるストッパ530が設けられている。
これによって、接続シート洗浄ノズル500は、シリンダロッド526を縮めた状態では、ノズル部508が基板受渡し位置Tに位置するトップリング1に向けて突出しない退避位置に位置し、シリンダロッド526を伸ばして、枢軸522を中心に接続シート洗浄ノズル500を回転させ、ノズル部508を基板受渡し位置Tに位置するトップリング1に向けて揺動させることで、洗浄位置に位置するようになっている。
そして、接続シート洗浄ノズル500が退避位置から洗浄位置に移動(回転)する時、図16に示すように、ノズル部508の扁平部512が、蛇腹状の接続シート420の互いに折り重なる部分の内部に差し込まれ、この状態で、ノズル部508の洗浄水噴射口506から洗浄水を水平方向に噴射することで、水流が接続シート420の特に互いに折り重なる接続シート420の内部に直接当たるようになっている。これによって、接続シート420の互いに折り重なる内部を効率よく洗浄して、ここに溜まり易い研磨液等を確実に除去することができる。
このように、トップリング1の接続シート420に向けて洗浄水を水平方向に噴射し水流を直接当てて接続シート420を洗浄することで、たとえ接続シート420が蛇腹状であっても、接続シート420を洗浄水で効率よく洗浄し、しかも、例えば待機中等に、必要に応じて、接続シート420を定期的に洗浄水で湿潤状態にすることで、接続シート420に付着した研磨液等が乾燥することを防止し、洗浄を容易にすることができる。
特に、接続シート洗浄ノズル500のノズル部508の先端に扁平部512を設け、接続シート420が蛇腹状である場合に、この扁平部512を蛇腹状の接続シート420の互いに折り重なる内部に差し込ませることで、確実に水流が接続シート420に直接当たるようにすることができる。図13(a),(b)に示す接続シート洗浄ノズル500が蛇腹状の接続シート420の互いに重なる内部に差し込まれると、扁平部512の形状は、トップリング1が回転する下流方向にその厚さが増加するように楔形になっているため、ノズルから吐出されて洗浄に使用した洗浄水の水はけを良くすることができる。
シール部材洗浄ノズル502は、図15に示すように、ノズル部538がトップリング1の動作に干渉しない退避位置(実線で示す)と、ノズル部538からシール部材422に向けて洗浄水を垂直方向に噴射する洗浄位置(仮想線で示す)との間を移動(回転)するように、基板受け渡し位置Tに位置するトップリング1の側方かつ下方に配置されている。
シール部材洗浄ノズル502は、接続シート洗浄ノズル500と同様に、シリンダとリンク機構により、ノズル部538が揺動可能になっている。すなわち、トップリングヘッドシャフト117を支持する支持部118に固定ブラケット620が固定されており、固定ブラケット620にシリンダ624の基端が回転自在に支承されている。シリンダ624のシリンダロッド626の先端には、L字状のリンク部材610が連結されている。リンク部材610は、固定ブラケット620に固定された枢軸622を中心として揺動(回転)するようになっている。リンク部材610には、板状の支持部材630が固定されており、支持部材630にノズル部538が支持されている。これによって、シール部材洗浄ノズル502は、シリンダロッド626を縮めた状態ではノズル538が退避位置(実線で示す)に位置し、シリンダロッド626を伸ばして枢軸622を中心にL字状のリンク部材610を回転させることによりノズル部538が洗浄位置(仮想線で示す)に位置するようになっている。
シール部材洗浄ノズル502のノズル部538は、図16に示すように、水平方向に延びる水平部540と該水平部540から直角に立ち上がる鉛直部542を有し、この鉛直部542の先端の洗浄水噴射口544から鉛直方向に洗浄水を噴射するように構成されている。そして、ノズル部538は、仮想線で示す、トップリング1の動作(基板受け渡し動作)に干渉しない、トップリング1の側方の退避位置と、実線で示す、鉛直部542がトップリング本体2の下部材306の下面を覆う弾性膜314とリテーナリング3のリング部材408の内周面との間の隙間の直下方に位置する洗浄位置との間を移動するように、構成されている。シール部材洗浄ノズル502として、この例では、洗浄水噴射口544から洗浄水が直進状に噴出する直進ノズルが使用されている。直進ノズルは、5mm以上の直進部を有し、この直進部の先端に洗浄水噴射口が設けられ、洗浄水噴射口から吐出された吐出流が直進するように構成されている。
このシール部材洗浄ノズル502にあっては、洗浄位置に位置する時に、トップリング本体2の下部材306の下面を覆う弾性膜314とリテーナリング3のリング部材408の内周面との間の隙間に向けて、洗浄水噴射口544から鉛直方向に洗浄水を噴射し水流をシール部材422に直接当てて該シール部材422を洗浄する。これによって、たとえシール部材422が隙間の深部に達するような深くへこんだ形状であっても、シール部材422を洗浄水で効率よく洗浄し、しかも、例えば待機中等、必要に応じて、シール部材422を定期的に洗浄水で湿潤状態とすることで、シール部材422に付着した研磨液等が乾燥することを防止し、洗浄を容易にすることができる。
更に、シール部材洗浄ノズル502に、水流が直線状に進む直進ノズルを採用することで、シール部材洗浄ノズル502から噴射される洗浄水の十分な水圧を確保して、水流がシール部材422の奥まで確実に届くようにすることができる。
次に、各部の具体的寸法を説明すると、リテーナリング3と弾性膜314の間の隙間の一番狭いところは約1mmで、弾性膜314の下面からシール部材422の一番深いところまでは、約20mmであるので、直進ノズルのノズル先端からシール部材422の一番深いところまでは、20〜50mm程度である。ノズル先端径は1mmのオリフィスになっている。ノズルの吐出流の中心がリテーナリング3と弾性膜314の間の隙間の中心に一致するように、ノズルの位置は調整されている。
ノズルから吐出された洗浄水の吐出流によってシール部材422を常に湿潤状態にして、スラリー等が流入しても簡単に流せるようにすることができる。すなわち、シール部材洗浄ノズル502は、スラリーの固着防止効果を狙ったノズルということもできる。
次に、この接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502による接続シート420及びシール部材422の洗浄例について説明する。
先ず、基板Wを研磨したトップリング1が研磨位置Pから基板受渡し位置Tに移動して、研磨後の基板のプッシャ等への受渡しを完了したことを検知する。この時、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502は、共に退避位置に位置している。
次に、トップリング1を回転させ、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502を退避位置から洗浄位置に移動させる。そして、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502を洗浄位置に移動したことを確認した後、洗浄水噴射口506,544からの洗浄水の噴射を開始する。つまり、接続シート洗浄ノズル500にあっては、ノズル部508の先端の扁平部512を蛇腹状に互いに折り重なる接続シート420の内部に位置させて、洗浄水噴射口506から水平方向に洗浄水を噴射し、シール部材洗浄ノズル502にあっては、トップリング本体2の下部材306の下面を覆う弾性膜314とリテーナリング3のリング部材408の内周面との間の隙間に向けて、洗浄水噴射口544から鉛直方向に洗浄水を噴射する。尚、接続シート洗浄ノズル500又はシート部材洗浄ノズル502を退避位置から洗浄位置に移動させて、各々が洗浄位置に移動したことを確認した後、トップリング1を回転させてもよい。
接続シート420及びシール部材422の洗浄が終了した時に、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502の洗浄水噴射口506,544からの洗浄水の噴射を停止し、トップリング1の回転を停止する。そして、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502を退避位置に退避させた後、トップリング1のプッシャ等からの基板の受取り等の通常の運転を行う。
なお、例えば待機中等に、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502から噴射される洗浄水で接続シート420及びシール部材422を湿潤させる場合には、トップリング1が所定の基板受渡し位置Tに位置していることを検知した後、上記とほぼ同様にして、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502の洗浄水噴射口506,544からの洗浄水を噴射する。
尚、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502の少なくとも一方を、複数個設けるようにしてもよい。
本発明の研磨装置によれば、接続シート洗浄ノズル500及びシール部材洗浄ノズル502から噴射される洗浄水で接続シート420及びシール部材422を洗浄して接続シート420及びシール部材422に付着する研磨液等の汚染物質を確実に除去することで、特に半導体ウエハなどの研磨対象物(基板)の表面を、研磨液等の汚染物質によるスクラッチの発生を防止しつつ、研磨して平坦化することができる。
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
1 トップリング
2 トップリング本体
3 リテーナリング
100 研磨テーブル
101a 研磨面
111 トップリングシャフト
300 上部材
304 中間部材
306 下部材
314 弾性膜
316 エッジホルダ
318,319 リプルホルダ
360 センター室
361 リプル室
362 アウター室
363 エッジ室
400 シリンダ
402 保持部材
404 弾性膜
406 ピストン
408 リング部材
410 リテーナリングガイド
420 接続シート
421 バンド
422 シール部材
500 接続シート洗浄ノズル
502 シール部材洗浄ノズル
504 洗浄水流入口
506 洗浄水噴射口
508 ノズル部
510 リンク部
512 扁平部
516 ストッパ部
520 固定ブラケット
522 枢軸
524 シリンダ
526 シリンダロッド
528 連結ピン
530 ストッパ
538 ノズル部
540 水平部
542 鉛直部
544 洗浄水噴射口
610 リンク部材
620 固定ブラケット
624 シリンダ
626 シリンダロッド
630 支持部材

Claims (8)

  1. 研磨面を有する研磨テーブルと、
    トップリング本体に固定されたリテーナリングガイドと該リテーナリングガイドに案内されて上下動するリテーナリングとの間の隙間を塞ぐ伸縮自在な接続シートを有し、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリングと、
    前記接続シートに向けて洗浄水を水平方向に噴射し水流を直接当てて該接続シートを洗浄する接続シート洗浄ノズルとを有することを特徴とする研磨装置。
  2. 前記トップリングは、前記研磨テーブルの直上方の研磨位置と該研磨位置の側方の基板受渡し位置との間を移動自在に構成され、
    前記接続シート洗浄ノズルは、前記基板受渡し位置に位置する前記トップリングの側方に退避自在に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。
  3. 前記接続シート洗浄ノズルは、水平方向に扁平にした扁平部を先端に有するノズルからなることを特徴とする請求項1または2に記載の研磨装置。
  4. 前記接続シート洗浄ノズルは、水平方向に扁平にした扁平部を先端に有し、該扁平部は一端部側から他端部側に向かって肉厚が次第に薄くなった楔形状をなしていることを特徴とする請求項1または2に記載の研磨装置。
  5. 研磨面を有する研磨テーブルと、
    トップリング本体と該トップリング本体の外周部に上下動自在に設けられたリテーナリングの内周面との間に生じる隙間を塞ぐ伸縮自在なシール部材を有し、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリングと、
    前記トップリング本体と前記リテーナリングの内周面との間に生じる隙間に向けて洗浄水を鉛直方向に噴射し水流を前記シール部材に直接当てて該シール部材を洗浄するシール部材洗浄ノズルとを有することを特徴とする研磨装置。
  6. 前記シール部材は、前記トップリング本体の下面に設けられて該トップリング本体の下部に圧力室を形成する弾性膜に一体に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の研磨装置。
  7. 前記トップリングは、前記研磨テーブルの上方の研磨位置と該研磨位置の側方の基板受渡し位置との間を移動自在に構成され、
    前記シール部材洗浄ノズルは、前記基板受渡し位置に位置する前記トップリングの下方に退避自在に配置されていることを特徴とする請求項5または6に記載の研磨装置。
  8. 前記シール部材洗浄ノズルは、直進ノズルからなることを特徴とする請求項5に記載の研磨装置。
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