JP3724911B2 - ポリッシング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に係り、特にポリッシング対象物の周縁部の研磨量を制御する機構を具備したポリッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００４】
上述したポリッシング装置において、研磨中のポリッシング対象物と研磨布との間の相対的な押圧力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。よって、従来のポリッシング装置においては、上記の押圧力の不均一を避けるための手段として、
▲１▼ トップリングの半導体ウエハ保持面に、弾性を有する例えばポリウレタン等の弾性マットを貼ること、
▲２▼ ポリッシング対象物の保持部、即ちトップリングを、研磨布の表面に対して傾動可能にすること、
▲３▼ 研磨布の研磨部の周囲の部分を、トップリング及びポリッシング対象物とは独立して押圧することにより、研磨布の研磨領域とその周囲の段差を防ぐこと、等が行われている。
【０００５】
図４は従来のポリッシング装置の一例の主要部を示す図である。ポリッシング装置は、上面に研磨布４２を貼った回転するターンテーブル４１と、回転および押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ４３を保持するトップリング４５と、研磨布４２に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル４８を備えている。トップリング４５はトップリングシャフト４９に連結されており、またトップリング４５はその下面にポリウレタン等の弾性マット４７を備えており、弾性マット４７に接触させて半導体ウエハ４３を保持する。さらにトップリング４５は、研磨中に半導体ウエハ４３がトップリング４５の下面から外れないようにするため、円筒状のガイドリング４６Ａを外周縁部に備えている。ここで、ガイドリング４６Ａはトップリング４５に対して固定されており、その下端面はトップリング４５の保持面から突出するように形成され、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３が保持面内に保持され、研磨中に研磨布４２との摩擦力によってトップリング外へ飛び出さないようになっている。
【０００６】
半導体ウエハ４３をトップリング４５の下面の弾性マット４７の下部に保持し、ターンテーブル４１上の研磨布４２に半導体ウエハ４３をトップリング４５によって押圧するとともに、ターンテーブル４１およびトップリング４５を回転させて研磨布４２と半導体ウエハ４３を相対運動させて研磨する。このとき、砥液供給ノズル４８から研磨布４２上に砥液Ｑを供給する。砥液は、例えばアルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用によって半導体ウエハを研磨する。
【０００７】
図５は、図４に示すポリッシング装置による研磨時の半導体ウエハと研磨布と弾性マットの状態を示す拡大断面図である。図５に示すように、ポリッシング対象物のみが研磨布を押圧する構造になっている場合には、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３の周縁は、研磨布４２との接触／非接触の境界であると同時に、弾性マット４７との接触／非接触との境界になっている。このため、これらの境界であるポリッシング対象物の周縁において、ポリッシング対象物に加わる研磨圧力が不均一になり、ポリッシング対象物の周縁のみが多く研磨され、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまうという欠点があった。
【０００８】
上述した半導体ウエハの縁だれを防止するため、本件出願人は、先に特願平８−５４０５５号にて半導体ウエハの外周側に位置する研磨布を押圧する構造を有したポリッシング装置を提案している。
【０００９】
図６は、特願平８−５４０５５号にて提案したポリッシング装置の例の主要部を示す図である。トップリング４５はボール６５を介してトップリングシャフト６６に連結されている。押圧リング４６はキー５８を介してトップリング４５に連結されており、押圧リング４６はトップリング４５に対して上下動自在であるとともにトップリング４５と一体に回転可能になっている。そして、押圧リング４６はベアリング５９を保持したベアリング押さえ６０及びシャフト６１を介して押圧リング用エアシリンダ６２に連結されている。押圧リング用エアシリンダ６２はトップリングヘッド５９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ６２は円周上に複数個（例えば３個）配設されている。トップリング用エアシリンダ６０及び押圧リング用エアシリンダ６２は、それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源６４に接続されている。
【００１０】
前記レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ６０へ供給する空気圧を調整することによりトップリング４５が半導体ウエハ４３をターンテーブル４１上の研磨布４２に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータＲ２によって押圧リング用エアシリンダ６２へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング４６が研磨布４２を押圧する押圧力を調整することができる。このトップリングの押圧力に対する押圧リングの押圧力を適宜調整することにより、半導体ウエハの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハの外側にある押圧リング４６の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ４３の外周部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人が先に特願平８−５４０５５号において提案したポリッシング装置では、押圧リングがトップリングに対して円滑に上下動をする必要があることから、押圧リングとトップリングとの間に間隙を設けているが、この間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込み固着してしまい、押圧リングの円滑な動きが阻害されるという問題点があった。
【００１２】
また、前記押圧リングとトップリングとの間の間隙に空気等の気体がこもり（充満し）、研磨開始時に、トップリングに保持された半導体ウエハが研磨布に接触したにも拘わらず、押圧リングが下方に移動しないために研磨布に接触せずにタイミングよく研磨布を押圧できないという場合がある。押圧リングは、トップリングに保持された半導体ウエハが研磨布に接触すると同時もしくはやや早いタイミングで研磨布に接触することが好ましい。
【００１３】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、押圧リングをトップリングに対して円滑に上下動させることができるポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため本発明のポリッシング装置の１態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設け、前記ポリッシング対象物を研磨布に対して押圧する第１の押圧手段と、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する第２の押圧手段とを設け、該第２の押圧手段による押圧力は、前記第１の押圧手段による押圧力に応じて変更可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する手段を設けたため、たとえ押圧リングとトップリングとの間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込んだとしても、両者の間隙に洗浄液を適宜供給することにより、研磨砥液を洗い流すことができる。したがって、押圧リングの上下動は、研磨砥液の介在により妨げられず、円滑に行われる。洗浄液の供給は、ポリッシング対象物の研磨を終了した後に次のポリッシング対象物の研磨を行う前が好ましい。
【００１６】
また本発明のポリッシング装置の他の態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングに、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる空気等の気体を押圧リングに形成されたガス抜き孔より排出することができる。したがって、押圧リングとトップリングとの間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リングの上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リングは最適なタイミングで研磨布に接触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
また本発明のポリッシング装置の他の態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けたことを特徴とするものである。
また本発明のポリッシング装置の他の態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングに、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施例を図１乃至図３を参照して説明する。図１はポリッシング装置の全体構成を示す断面図であり、図２はトップリング及び押圧リングの部分を示す拡大断面図であり、図３は図２の要部拡大断面図である。
【００１９】
図１および図２において、符号１はトップリングであり、トップリング１は、トップリング本体１Ａと、トップリング本体１Ａの外周部にボルト３１によって着脱可能に固定されたリテーナリング１Ｂとからなり、半導体ウエハ４を収容する凹部１ａはトップリング本体１Ａの下面とリテーナリング１Ｂによって形成されている。そして、トップリング本体１Ａの下面によって半導体ウエハ４の上面を保持し、リテーナリング１Ｂによって半導体ウエハ４の外周部を保持するようになっている。前記トップリング本体１Ａおよびリテーナリング１Ｂの周囲には押圧リング３が上下動可能に設けられている。また押圧リング３とトップリング１との間には、トップリング１の過度な傾動を抑制するための略Ｕ字状の断面を有する板バネ１７が介装されている。
【００２０】
前記トップリング１の下面には弾性マット２が貼着されている。またトップリング１の下方には、上面に研磨布６を貼ったターンテーブル５が設置されている。またトップリング本体１Ａには凹球面３２ａを有した取付フランジ３２が固定されている。トップリング１の上方にはトップリングシャフト８が配置されている。トップリングシャフト８の下端には、凹球面３４ａを有した駆動軸フランジ３４が固定されている。そして、前記両凹球面３２ａ，３４ａ間には、球ベアリング７が介装されている。また、トップリング本体１Ａと取付フランジ３２との間には空間３３が形成され、この空間３３に真空、加圧空気、水等の液体が供給できるようになっている。トップリング本体１Ａは空間３３と連通して下面に開口する多数の連通孔３５を有している。弾性マット２も同様に前記連通孔３５に対向した位置に開口を有している。これによって、半導体ウエハ４（図１参照）の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ４の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。
【００２１】
前記トップリングシャフト８はトップリングヘッド９に固定されたトップリング用エアシリンダ１０に連結されており、このトップリング用エアシリンダ１０によってトップリングシャフト８は上下動し、トップリング１の下端面に保持された半導体ウエハ４をターンテーブル５に押圧するようになっている。
【００２２】
また、トップリングシャフト８はキー（図示せず）を介して回転筒１１に連結されており、この回転筒１１はその外周部にタイミングプーリ１２を有している。そして、タイミングプーリ１２は、タイミングベルト１３を介して、トップリングヘッド９に固定されたトップリング用モータ１４に設けられたタイミングプーリ１５に接続されている。したがって、トップリング用モータ１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１５、タイミングベルト１３およびタイミングプーリ１２を介して回転筒１１及びトップリングシャフト８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９は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１６によって支持されている。
【００２３】
トップリング１の周囲に設けられた押圧リング３は、図２および図３（ａ）に示すように、最下位置にあってアルミナセラミックからなる第１押圧リング部材３ａと、第１押圧リング部材３ａの上方にあるステンレス鋼からなる第２，第３押圧リング部材３ｂ，３ｃと、最上方位置にあるステンレス鋼からなる第４押圧リング部材３ｄとから構成されている。第２〜第４押圧リング部材３ｂ〜３ｄは、ボルト３６によって相互に接続されており（図３（ｂ）参照）、第１押圧リング部材３ａは第２押圧リング部材３ｂに接着等によって固定されている。第１押圧リング部材３ａの下端部は、内周側のみが下方に突出して突出部３ｅを形成しており、この突出部３ｅの下端面のみが研磨布６を押圧する押圧面３ｆになっている。
【００２４】
前記押圧面３ｆの半径方向の幅又は厚さｔは、２ｍｍ〜６ｍｍに設定されている。押圧リング３の上端部は押圧リング用エアシリンダ２２に連結されている。押圧リング用エアシリンダ２２はトップリングヘッド９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ２２は円周上に複数個（例えば３個）配設されている。またリテーナリング１Ｂはステンレス鋼等の金属からなり、リテーナリング１Ｂの外周部には、下部に半径方向内方に傾斜したテーパ面１Ｂｔを形成して下部側を上部側より薄肉に形成している。一方、押圧リング３の内周部にリテーナリング１Ｂのテーパ面１Ｂｔに対応した位置に半径方向内方に傾斜したテーパ面３ｔを形成し、押圧リング３の押圧面３ｆをトップリング１に保持された半導体ウエハ４の周縁部に可能な限り近づけるようにしている。
【００２５】
上述のリテーナリング１Ｂおよび押圧リング３の構成により、押圧リング３の押圧面３ｆの内周縁と半導体ウエハ４の周縁部との離間距離を短かくすることができるため、押圧リング３は半導体ウエハ４の周縁部近傍の研磨布６を押圧することができる。したがって、半導体ウエハ４の周縁部が過研磨されることを防止できる。またリテーナリング１Ｂは、図３（ａ）の太線に示すように、その下部内外周面および下端面に樹脂コーティング１８が施されている。樹脂コーティング１８はＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ポリビニール等が好ましく、その膜厚は１００ミクロン以内が適当である。金属製のリテーナリング１Ｂに樹脂コーティング１８を施したため、半導体ウエハ４への金属汚染を防止することができる。
【００２６】
本実施例においては、トップリング１と押圧リング３との間に、トップリング１の回転を押圧リング３に伝達するためのキー等の手段が設けられていない。従って、研磨中にトップリング１はトップリングシャフト８の軸心まわりに回転するが、押圧リング３は自身の軸線に対して非回転に構成されている。そのため、トップリング１の回転力が押圧リング３へ伝達しないので、トップリングシャフト８の回転負荷が少なくなる。また、押圧リング３をトップリングヘッド９に固定された押圧リング用エアシリンダ２２によって直接作動させることができるため、装置構造が簡易になる。
【００２７】
また押圧リング３には、図２および図３（ｂ）に示すように、洗浄液供給孔３ｈが形成されており、この洗浄液供給孔３ｈは、その一端が押圧リング３の内周面に開口され他端が押圧リング３の上端面に開口されている。なお、洗浄液供給孔３ｈの他端は押圧リング３の外周面に開口されていてもよい。押圧リング３の洗浄液供給孔３ｈの開口部には、コネクタ３７を介してチューブ３８が接続されており、このチューブ３８は洗浄液供給源３９に接続されている。洗浄液供給孔３ｈ、コネクタ３７、チューブ３８および洗浄液供給源３９は、洗浄液供給手段を構成している。押圧リング３が非回転に構成されているため、洗浄液供給源３９から洗浄液供給孔３ｈへの洗浄液の供給がロータリジョイント等を介さずに簡易に行える。
【００２８】
前記洗浄液供給手段から、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間隙に、適宜、洗浄液を供給することにより、前記間隙に入り込んだスラリー状の研磨砥液を洗い流すことができる。そのため、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間に研磨砥液が固着することがなく、押圧リング３の円滑な動きを確保することができる。
【００２９】
さらに、押圧リング３には、図２および図３（ａ）に示すように、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間隙に溜まる空気等の気体を排出するための複数のガス抜き穴３ｉ，３ｉが形成されている。したがって、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リング３の上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リング３は最適なタイミングで研磨布６に接触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
【００３０】
図１に示すように、トップリング用エアシリンダ１０及び押圧リング用エアシリンダ２２は、それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源２４に接続されている。そして、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１０へ供給する空気圧を調整することによりトップリング１が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータＲ２によって押圧リング用エアシリンダ２２へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力を調整することができる。
【００３１】
また、ターンテーブル５の上方には砥液供給ノズル２５が設置されており、砥液供給ノズル２５によってターンテーブル５上の研磨布６上に研磨砥液Ｑが供給されるようになっている。
【００３２】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング１の下面に半導体ウエハ４を保持させ、トップリング用エアシリンダ１０を作動させてトップリング１をターンテーブル５に向かって押圧し、回転しているターンテーブル５の上面の研磨布６に半導体ウエハ４を押圧する。一方、砥液供給ノズル２５から研磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布６に研磨砥液Ｑが保持されており、半導体ウエハ４の研磨される面（下面）と研磨布６の間に研磨砥液Ｑが存在した状態でポリッシングが行われる。
【００３３】
トップリング用エアシリンダ１０によるトップリング１の押圧力に応じて押圧リング用エアシリンダ２２による押圧リング３の研磨布６への押圧力を適宜調整して半導体ウエハ４の研磨を行う。研磨中にレギュレータＲ１によってトップリング１が半導体ウエハ４をターンテーブル５上の研磨布６に押圧する押圧力Ｆ1 を変更でき、レギュレータＲ２によって押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力Ｆ2 を変更できる（図１参照）。したがって、研磨中に、押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力Ｆ2 を、トップリング１が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力Ｆ1に応じて変更することができる。この押圧力Ｆ1に対する押圧力Ｆ2 を適宜調整することにより、半導体ウエハ４の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ４の外側にある押圧リング３の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ４の周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００３４】
また半導体ウエハ４の周縁部で内部側より意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合には、押圧リングの押圧力Ｆ2をトップリングの押圧力Ｆ1に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウエハ４の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
【００３５】
本実施例によれば、押圧リング３とトップリング１との間隙に洗浄液を供給する手段を設けたため、たとえ押圧リング３とトップリング１との間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込んだとしても、両者の間隙に洗浄液を適宜供給することにより、研磨砥液を洗い流すことができる。したがって、押圧リング３の上下動は、研磨砥液の介在により妨げられず、円滑に行われる。
【００３６】
また本実施例によれば、押圧リング３とトップリング１との間隙に溜まる空気等の気体を押圧リング３に形成されたガス抜き孔３ｉより排出することができる。したがって、押圧リング３とトップリング１との間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リング３の上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リング３は最適なタイミングで研磨布６に接触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
【００３７】
さらに本実施例によれば、リテーナリング１Ｂと押圧リング３とを最適な材質のものを選択することができる。リテーナリング１Ｂは、内周面が半導体ウエハ４に接触し、下端が研磨布６に接触しないため、金属に樹脂コーティング１８を施す等の手段により比較的柔らかな表面を有する材料から選ぶことができる。硬い材料を用いると、研磨中に半導体ウエハ４が破損することがあるからである。またリテーナリング１Ｂと押圧リング３とが接触したとしても、両者は樹脂コーティング１８を介して接触するため、金属同士の接触がなく、押圧リング３とリテーナリング１Ｂの相対運動（上下運動および回転運動）が円滑に行われる。
【００３８】
また第１押圧リング３ａは、半導体ウエハ４に接触せず、かつ研磨布６と接触するために、アルミナセラミック等の硬度が高く耐摩耗性に富み、かつ摩擦係数の低い材料から選択することができる。押圧リングは、摩耗が少なく、かつ研磨布との摩擦抵抗が小さく、又、押圧リングの摩耗粉が半導体ウエハ４上の半導体デバイスに悪影響を与えないものが望ましい。第１押圧リング３ａは、上述したように半導体ウエハ４と直接接触することがないために、この面からの制約がないので、上記要請を満たすような最適な材質であるアルミナセラミックを選択することができる。なお、押圧リングの材質としてアルミナセラミック以外に炭化ケイ素（ＳｉＣ）やジルコニア等のセラミックであってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のポリッシング装置によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する手段を設けたため、たとえ押圧リングとトップリングとの間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込んだとしても、両者の間隙に洗浄液を適宜供給することにより、研磨砥液を洗い流すことができる。したがって、押圧リングの上下動は、研磨砥液の介在により妨げられず、円滑に行われる。
【００４０】
また本発明によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる空気等の気体を押圧リングに形成されたガス抜き孔より排出することができる。したがって、押圧リングとトップリングとの間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リングの上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リングは最適なタイミングで研磨布に接触してこれを押圧することができる。
【００４１】
さらに本発明によれば、押圧リングは、研磨布と接触する押圧面を有する部位がセラミック等の耐摩耗性に富みかつ低摩擦係数の材料で構成されている。したがって、押圧リングが研磨布を押圧して摺動する際の摩耗を抑制することができるとともに摺動時の発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の要部構成を示す断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図であり、図３（ａ）は図２の左側の部分の拡大断面図、図３（ｂ）は図２の右側の部分の拡大断面図である。
【図４】従来のポリッシング装置の概略構造を示す断面図である。
【図５】従来のポリッシング装置における半導体ウエハと研磨布と弾性マットとの状態を示す拡大断面図である。
【図６】本件出願人が先に提案したポリッシング装置の例の主要部を示す図である。
【符号の説明】
１ トップリング
１Ａ トップリング本体
１Ｂ リテーナリング
２ 弾性マット
３ 押圧リング
３ｆ 押圧面
３ｈ 洗浄液供給孔
３ｉ ガス抜き孔
４ 半導体ウエハ
５ ターンテーブル
６ 研磨布
７ 球ベアリング
８ トップリングシャフト
９ トップリングヘッド
１０ トップリング用エアシリンダ
１８ 樹脂コーティング
２２ 押圧リング用エアシリンダ
２４ 圧縮空気源
２５ 砥液供給ノズル
３２ 取付フランジ
３４ 駆動軸フランジ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に係り、特にポリッシング対象物の周縁部の研磨量を制御する機構を具備したポリッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００４】
上述したポリッシング装置において、研磨中のポリッシング対象物と研磨布との間の相対的な押圧力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。よって、従来のポリッシング装置においては、上記の押圧力の不均一を避けるための手段として、
▲１▼ トップリングの半導体ウエハ保持面に、弾性を有する例えばポリウレタン等の弾性マットを貼ること、
▲２▼ ポリッシング対象物の保持部、即ちトップリングを、研磨布の表面に対して傾動可能にすること、
▲３▼ 研磨布の研磨部の周囲の部分を、トップリング及びポリッシング対象物とは独立して押圧することにより、研磨布の研磨領域とその周囲の段差を防ぐこと、等が行われている。
【０００５】
図４は従来のポリッシング装置の一例の主要部を示す図である。ポリッシング装置は、上面に研磨布４２を貼った回転するターンテーブル４１と、回転および押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ４３を保持するトップリング４５と、研磨布４２に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル４８を備えている。トップリング４５はトップリングシャフト４９に連結されており、またトップリング４５はその下面にポリウレタン等の弾性マット４７を備えており、弾性マット４７に接触させて半導体ウエハ４３を保持する。さらにトップリング４５は、研磨中に半導体ウエハ４３がトップリング４５の下面から外れないようにするため、円筒状のガイドリング４６Ａを外周縁部に備えている。ここで、ガイドリング４６Ａはトップリング４５に対して固定されており、その下端面はトップリング４５の保持面から突出するように形成され、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３が保持面内に保持され、研磨中に研磨布４２との摩擦力によってトップリング外へ飛び出さないようになっている。
【０００６】
半導体ウエハ４３をトップリング４５の下面の弾性マット４７の下部に保持し、ターンテーブル４１上の研磨布４２に半導体ウエハ４３をトップリング４５によって押圧するとともに、ターンテーブル４１およびトップリング４５を回転させて研磨布４２と半導体ウエハ４３を相対運動させて研磨する。このとき、砥液供給ノズル４８から研磨布４２上に砥液Ｑを供給する。砥液は、例えばアルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用によって半導体ウエハを研磨する。
【０００７】
図５は、図４に示すポリッシング装置による研磨時の半導体ウエハと研磨布と弾性マットの状態を示す拡大断面図である。図５に示すように、ポリッシング対象物のみが研磨布を押圧する構造になっている場合には、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３の周縁は、研磨布４２との接触／非接触の境界であると同時に、弾性マット４７との接触／非接触との境界になっている。このため、これらの境界であるポリッシング対象物の周縁において、ポリッシング対象物に加わる研磨圧力が不均一になり、ポリッシング対象物の周縁のみが多く研磨され、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまうという欠点があった。
【０００８】
上述した半導体ウエハの縁だれを防止するため、本件出願人は、先に特願平８−５４０５５号にて半導体ウエハの外周側に位置する研磨布を押圧する構造を有したポリッシング装置を提案している。
【０００９】
図６は、特願平８−５４０５５号にて提案したポリッシング装置の例の主要部を示す図である。トップリング４５はボール６５を介してトップリングシャフト６６に連結されている。押圧リング４６はキー５８を介してトップリング４５に連結されており、押圧リング４６はトップリング４５に対して上下動自在であるとともにトップリング４５と一体に回転可能になっている。そして、押圧リング４６はベアリング５９を保持したベアリング押さえ６０及びシャフト６１を介して押圧リング用エアシリンダ６２に連結されている。押圧リング用エアシリンダ６２はトップリングヘッド５９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ６２は円周上に複数個（例えば３個）配設されている。トップリング用エアシリンダ６０及び押圧リング用エアシリンダ６２は、それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源６４に接続されている。
【００１０】
前記レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ６０へ供給する空気圧を調整することによりトップリング４５が半導体ウエハ４３をターンテーブル４１上の研磨布４２に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータＲ２によって押圧リング用エアシリンダ６２へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング４６が研磨布４２を押圧する押圧力を調整することができる。このトップリングの押圧力に対する押圧リングの押圧力を適宜調整することにより、半導体ウエハの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハの外側にある押圧リング４６の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ４３の外周部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人が先に特願平８−５４０５５号において提案したポリッシング装置では、押圧リングがトップリングに対して円滑に上下動をする必要があることから、押圧リングとトップリングとの間に間隙を設けているが、この間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込み固着してしまい、押圧リングの円滑な動きが阻害されるという問題点があった。
【００１２】
また、前記押圧リングとトップリングとの間の間隙に空気等の気体がこもり（充満し）、研磨開始時に、トップリングに保持された半導体ウエハが研磨布に接触したにも拘わらず、押圧リングが下方に移動しないために研磨布に接触せずにタイミングよく研磨布を押圧できないという場合がある。押圧リングは、トップリングに保持された半導体ウエハが研磨布に接触すると同時もしくはやや早いタイミングで研磨布に接触することが好ましい。
【００１３】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、押圧リングをトップリングに対して円滑に上下動させることができるポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため本発明のポリッシング装置の１態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設け、前記ポリッシング対象物を研磨布に対して押圧する第１の押圧手段と、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する第２の押圧手段とを設け、該第２の押圧手段による押圧力は、前記第１の押圧手段による押圧力に応じて変更可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する手段を設けたため、たとえ押圧リングとトップリングとの間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込んだとしても、両者の間隙に洗浄液を適宜供給することにより、研磨砥液を洗い流すことができる。したがって、押圧リングの上下動は、研磨砥液の介在により妨げられず、円滑に行われる。洗浄液の供給は、ポリッシング対象物の研磨を終了した後に次のポリッシング対象物の研磨を行う前が好ましい。
【００１６】
また本発明のポリッシング装置の他の態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングに、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる空気等の気体を押圧リングに形成されたガス抜き孔より排出することができる。したがって、押圧リングとトップリングとの間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リングの上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リングは最適なタイミングで研磨布に接触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
また本発明のポリッシング装置の他の態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けたことを特徴とするものである。
また本発明のポリッシング装置の他の態様は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングに、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施例を図１乃至図３を参照して説明する。図１はポリッシング装置の全体構成を示す断面図であり、図２はトップリング及び押圧リングの部分を示す拡大断面図であり、図３は図２の要部拡大断面図である。
【００１９】
図１および図２において、符号１はトップリングであり、トップリング１は、トップリング本体１Ａと、トップリング本体１Ａの外周部にボルト３１によって着脱可能に固定されたリテーナリング１Ｂとからなり、半導体ウエハ４を収容する凹部１ａはトップリング本体１Ａの下面とリテーナリング１Ｂによって形成されている。そして、トップリング本体１Ａの下面によって半導体ウエハ４の上面を保持し、リテーナリング１Ｂによって半導体ウエハ４の外周部を保持するようになっている。前記トップリング本体１Ａおよびリテーナリング１Ｂの周囲には押圧リング３が上下動可能に設けられている。また押圧リング３とトップリング１との間には、トップリング１の過度な傾動を抑制するための略Ｕ字状の断面を有する板バネ１７が介装されている。
【００２０】
前記トップリング１の下面には弾性マット２が貼着されている。またトップリング１の下方には、上面に研磨布６を貼ったターンテーブル５が設置されている。またトップリング本体１Ａには凹球面３２ａを有した取付フランジ３２が固定されている。トップリング１の上方にはトップリングシャフト８が配置されている。トップリングシャフト８の下端には、凹球面３４ａを有した駆動軸フランジ３４が固定されている。そして、前記両凹球面３２ａ，３４ａ間には、球ベアリング７が介装されている。また、トップリング本体１Ａと取付フランジ３２との間には空間３３が形成され、この空間３３に真空、加圧空気、水等の液体が供給できるようになっている。トップリング本体１Ａは空間３３と連通して下面に開口する多数の連通孔３５を有している。弾性マット２も同様に前記連通孔３５に対向した位置に開口を有している。これによって、半導体ウエハ４（図１参照）の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ４の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。
【００２１】
前記トップリングシャフト８はトップリングヘッド９に固定されたトップリング用エアシリンダ１０に連結されており、このトップリング用エアシリンダ１０によってトップリングシャフト８は上下動し、トップリング１の下端面に保持された半導体ウエハ４をターンテーブル５に押圧するようになっている。
【００２２】
また、トップリングシャフト８はキー（図示せず）を介して回転筒１１に連結されており、この回転筒１１はその外周部にタイミングプーリ１２を有している。そして、タイミングプーリ１２は、タイミングベルト１３を介して、トップリングヘッド９に固定されたトップリング用モータ１４に設けられたタイミングプーリ１５に接続されている。したがって、トップリング用モータ１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１５、タイミングベルト１３およびタイミングプーリ１２を介して回転筒１１及びトップリングシャフト８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９は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１６によって支持されている。
【００２３】
トップリング１の周囲に設けられた押圧リング３は、図２および図３（ａ）に示すように、最下位置にあってアルミナセラミックからなる第１押圧リング部材３ａと、第１押圧リング部材３ａの上方にあるステンレス鋼からなる第２，第３押圧リング部材３ｂ，３ｃと、最上方位置にあるステンレス鋼からなる第４押圧リング部材３ｄとから構成されている。第２〜第４押圧リング部材３ｂ〜３ｄは、ボルト３６によって相互に接続されており（図３（ｂ）参照）、第１押圧リング部材３ａは第２押圧リング部材３ｂに接着等によって固定されている。第１押圧リング部材３ａの下端部は、内周側のみが下方に突出して突出部３ｅを形成しており、この突出部３ｅの下端面のみが研磨布６を押圧する押圧面３ｆになっている。
【００２４】
前記押圧面３ｆの半径方向の幅又は厚さｔは、２ｍｍ〜６ｍｍに設定されている。押圧リング３の上端部は押圧リング用エアシリンダ２２に連結されている。押圧リング用エアシリンダ２２はトップリングヘッド９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ２２は円周上に複数個（例えば３個）配設されている。またリテーナリング１Ｂはステンレス鋼等の金属からなり、リテーナリング１Ｂの外周部には、下部に半径方向内方に傾斜したテーパ面１Ｂｔを形成して下部側を上部側より薄肉に形成している。一方、押圧リング３の内周部にリテーナリング１Ｂのテーパ面１Ｂｔに対応した位置に半径方向内方に傾斜したテーパ面３ｔを形成し、押圧リング３の押圧面３ｆをトップリング１に保持された半導体ウエハ４の周縁部に可能な限り近づけるようにしている。
【００２５】
上述のリテーナリング１Ｂおよび押圧リング３の構成により、押圧リング３の押圧面３ｆの内周縁と半導体ウエハ４の周縁部との離間距離を短かくすることができるため、押圧リング３は半導体ウエハ４の周縁部近傍の研磨布６を押圧することができる。したがって、半導体ウエハ４の周縁部が過研磨されることを防止できる。またリテーナリング１Ｂは、図３（ａ）の太線に示すように、その下部内外周面および下端面に樹脂コーティング１８が施されている。樹脂コーティング１８はＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ポリビニール等が好ましく、その膜厚は１００ミクロン以内が適当である。金属製のリテーナリング１Ｂに樹脂コーティング１８を施したため、半導体ウエハ４への金属汚染を防止することができる。
【００２６】
本実施例においては、トップリング１と押圧リング３との間に、トップリング１の回転を押圧リング３に伝達するためのキー等の手段が設けられていない。従って、研磨中にトップリング１はトップリングシャフト８の軸心まわりに回転するが、押圧リング３は自身の軸線に対して非回転に構成されている。そのため、トップリング１の回転力が押圧リング３へ伝達しないので、トップリングシャフト８の回転負荷が少なくなる。また、押圧リング３をトップリングヘッド９に固定された押圧リング用エアシリンダ２２によって直接作動させることができるため、装置構造が簡易になる。
【００２７】
また押圧リング３には、図２および図３（ｂ）に示すように、洗浄液供給孔３ｈが形成されており、この洗浄液供給孔３ｈは、その一端が押圧リング３の内周面に開口され他端が押圧リング３の上端面に開口されている。なお、洗浄液供給孔３ｈの他端は押圧リング３の外周面に開口されていてもよい。押圧リング３の洗浄液供給孔３ｈの開口部には、コネクタ３７を介してチューブ３８が接続されており、このチューブ３８は洗浄液供給源３９に接続されている。洗浄液供給孔３ｈ、コネクタ３７、チューブ３８および洗浄液供給源３９は、洗浄液供給手段を構成している。押圧リング３が非回転に構成されているため、洗浄液供給源３９から洗浄液供給孔３ｈへの洗浄液の供給がロータリジョイント等を介さずに簡易に行える。
【００２８】
前記洗浄液供給手段から、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間隙に、適宜、洗浄液を供給することにより、前記間隙に入り込んだスラリー状の研磨砥液を洗い流すことができる。そのため、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間に研磨砥液が固着することがなく、押圧リング３の円滑な動きを確保することができる。
【００２９】
さらに、押圧リング３には、図２および図３（ａ）に示すように、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間隙に溜まる空気等の気体を排出するための複数のガス抜き穴３ｉ，３ｉが形成されている。したがって、押圧リング３とトップリング１のリテーナリング１Ｂとの間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リング３の上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リング３は最適なタイミングで研磨布６に接触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
【００３０】
図１に示すように、トップリング用エアシリンダ１０及び押圧リング用エアシリンダ２２は、それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源２４に接続されている。そして、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１０へ供給する空気圧を調整することによりトップリング１が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータＲ２によって押圧リング用エアシリンダ２２へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力を調整することができる。
【００３１】
また、ターンテーブル５の上方には砥液供給ノズル２５が設置されており、砥液供給ノズル２５によってターンテーブル５上の研磨布６上に研磨砥液Ｑが供給されるようになっている。
【００３２】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング１の下面に半導体ウエハ４を保持させ、トップリング用エアシリンダ１０を作動させてトップリング１をターンテーブル５に向かって押圧し、回転しているターンテーブル５の上面の研磨布６に半導体ウエハ４を押圧する。一方、砥液供給ノズル２５から研磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布６に研磨砥液Ｑが保持されており、半導体ウエハ４の研磨される面（下面）と研磨布６の間に研磨砥液Ｑが存在した状態でポリッシングが行われる。
【００３３】
トップリング用エアシリンダ１０によるトップリング１の押圧力に応じて押圧リング用エアシリンダ２２による押圧リング３の研磨布６への押圧力を適宜調整して半導体ウエハ４の研磨を行う。研磨中にレギュレータＲ１によってトップリング１が半導体ウエハ４をターンテーブル５上の研磨布６に押圧する押圧力Ｆ1 を変更でき、レギュレータＲ２によって押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力Ｆ2 を変更できる（図１参照）。したがって、研磨中に、押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力Ｆ2 を、トップリング１が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力Ｆ1に応じて変更することができる。この押圧力Ｆ1に対する押圧力Ｆ2 を適宜調整することにより、半導体ウエハ４の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ４の外側にある押圧リング３の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ４の周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００３４】
また半導体ウエハ４の周縁部で内部側より意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合には、押圧リングの押圧力Ｆ2をトップリングの押圧力Ｆ1に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウエハ４の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
【００３５】
本実施例によれば、押圧リング３とトップリング１との間隙に洗浄液を供給する手段を設けたため、たとえ押圧リング３とトップリング１との間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込んだとしても、両者の間隙に洗浄液を適宜供給することにより、研磨砥液を洗い流すことができる。したがって、押圧リング３の上下動は、研磨砥液の介在により妨げられず、円滑に行われる。
【００３６】
また本実施例によれば、押圧リング３とトップリング１との間隙に溜まる空気等の気体を押圧リング３に形成されたガス抜き孔３ｉより排出することができる。したがって、押圧リング３とトップリング１との間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リング３の上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リング３は最適なタイミングで研磨布６に接触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
【００３７】
さらに本実施例によれば、リテーナリング１Ｂと押圧リング３とを最適な材質のものを選択することができる。リテーナリング１Ｂは、内周面が半導体ウエハ４に接触し、下端が研磨布６に接触しないため、金属に樹脂コーティング１８を施す等の手段により比較的柔らかな表面を有する材料から選ぶことができる。硬い材料を用いると、研磨中に半導体ウエハ４が破損することがあるからである。またリテーナリング１Ｂと押圧リング３とが接触したとしても、両者は樹脂コーティング１８を介して接触するため、金属同士の接触がなく、押圧リング３とリテーナリング１Ｂの相対運動（上下運動および回転運動）が円滑に行われる。
【００３８】
また第１押圧リング３ａは、半導体ウエハ４に接触せず、かつ研磨布６と接触するために、アルミナセラミック等の硬度が高く耐摩耗性に富み、かつ摩擦係数の低い材料から選択することができる。押圧リングは、摩耗が少なく、かつ研磨布との摩擦抵抗が小さく、又、押圧リングの摩耗粉が半導体ウエハ４上の半導体デバイスに悪影響を与えないものが望ましい。第１押圧リング３ａは、上述したように半導体ウエハ４と直接接触することがないために、この面からの制約がないので、上記要請を満たすような最適な材質であるアルミナセラミックを選択することができる。なお、押圧リングの材質としてアルミナセラミック以外に炭化ケイ素（ＳｉＣ）やジルコニア等のセラミックであってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のポリッシング装置によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する手段を設けたため、たとえ押圧リングとトップリングとの間隙にスラリー状の研磨砥液が入り込んだとしても、両者の間隙に洗浄液を適宜供給することにより、研磨砥液を洗い流すことができる。したがって、押圧リングの上下動は、研磨砥液の介在により妨げられず、円滑に行われる。
【００４０】
また本発明によれば、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる空気等の気体を押圧リングに形成されたガス抜き孔より排出することができる。したがって、押圧リングとトップリングとの間隙に気体がこもる（充満する）ことがないため、押圧リングの上下動が円滑に行われる。よって、研磨開始時に、押圧リングは最適なタイミングで研磨布に接触してこれを押圧することができる。
【００４１】
さらに本発明によれば、押圧リングは、研磨布と接触する押圧面を有する部位がセラミック等の耐摩耗性に富みかつ低摩擦係数の材料で構成されている。したがって、押圧リングが研磨布を押圧して摺動する際の摩耗を抑制することができるとともに摺動時の発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の要部構成を示す断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図であり、図３（ａ）は図２の左側の部分の拡大断面図、図３（ｂ）は図２の右側の部分の拡大断面図である。
【図４】従来のポリッシング装置の概略構造を示す断面図である。
【図５】従来のポリッシング装置における半導体ウエハと研磨布と弾性マットとの状態を示す拡大断面図である。
【図６】本件出願人が先に提案したポリッシング装置の例の主要部を示す図である。
【符号の説明】
１ トップリング
１Ａ トップリング本体
１Ｂ リテーナリング
２ 弾性マット
３ 押圧リング
３ｆ 押圧面
３ｈ 洗浄液供給孔
３ｉ ガス抜き孔
４ 半導体ウエハ
５ ターンテーブル
６ 研磨布
７ 球ベアリング
８ トップリングシャフト
９ トップリングヘッド
１０ トップリング用エアシリンダ
１８ 樹脂コーティング
２２ 押圧リング用エアシリンダ
２４ 圧縮空気源
２５ 砥液供給ノズル
３２ 取付フランジ
３４ 駆動軸フランジ
Claims (13)
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、
前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設け、
前記ポリッシング対象物を研磨布に対して押圧する第１の押圧手段と、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する第２の押圧手段とを設け、
該第２の押圧手段による押圧力は、前記第１の押圧手段による押圧力に応じて変更可能に構成されていることを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングに、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポリッシング装置。 - 前記洗浄液供給手段は、前記押圧リング内に形成され、その一端が押圧リングの内周面に開口され他端が押圧リングの上端面又は外周面に開口された洗浄液供給孔と、この洗浄液供給孔に接続されたチューブと、このチューブに接続された洗浄液供給源とからなることを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
- 前記洗浄液供給手段は、ポリッシング対象物の研磨が終了し、次のポリッシング対象物の研磨を行う前に、洗浄液を供給することを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、
前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設け、
前記ポリッシング対象物を研磨布に対して押圧する第１の押圧手段と、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する第２の押圧手段とを設け、該第２の押圧手段による押圧力は、前記第１の押圧手段による押圧力に応じて変更可能に構成されていることを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングに、押圧リングとトップリングとの間隙に溜まる気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポリッシング装置。 - 前記洗浄液供給手段は、ポリッシング対象物の研磨が終了し、次のポリッシング対象物の研磨を行う前に、洗浄液を供給することを特徴とする請求項５記載のポリッシング装置。
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、ポリッシング対象物を保持し、該ポリッシング対象物を前記研磨布に対して押圧するトップリングとを有するポリッシング装置であって、
前記トップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、
前記押圧リングとトップリングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
前記ポリッシング対象物を研磨布に対して押圧する第１の空気圧供給手段と、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する第２の空気圧供給手段とを設けたことを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、ポリッシング対象物を保持し、該ポリッシング対象物を前記研磨布に対して押圧するトップリングとを有するポリッシング装置であって、
前記トップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する空気圧供給手段とを設け、
前記押圧リングには、気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、ポリッシング対象物を保持し、該ポリッシング対象物を前記研磨布に対して押圧するトップリングとを有するポリッシング装置であって、
前記トップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、
前記ポリッシング対象物を研磨布に対して押圧する第１の空気圧供給手段と、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する第２の空気圧供給手段とを設け、
前記押圧リングには、気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、ポリッシング対象物を保持するトップリングとを有するポリッシング装置であって、
前記トップリングは、ポリッシング対象物を前記研磨布に対して押圧するトップリング本体と、該トップリング本体の周囲に設けられ、上下動自在に配置された押圧リングとを有し、
前記トップリング本体に押圧力を与える第１の空気圧供給手段と、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する第２の空気圧供給手段とを設け、
前記押圧リングには、気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、ポリッシング対象物を保持するトップリングとを有するポリッシング装置であって、
前記トップリングは、ポリッシング対象物を前記研磨布に対して押圧するトップリング本体と、該トップリング本体の周囲に設けられ、上下動自在に配置された押圧リングとを有し、
前記トップリング本体に押圧力を与える第１の空気圧供給手段と、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する第２の空気圧供給手段とを設け、
前記トップリング本体には前記第１の空気圧供給手段および前記第２の空気圧供給手段と異なる加圧空気をポリッシング対象物に対して供給するための連通孔が設けられ、
前記押圧リングには、気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポリッシング装置。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、ポリッシング対象物を保持するトップリングとを有するポリッシング装置であって、
前記トップリングは、ポリッシング対象物を前記研磨布に対して押圧するトップリング本体と、該トップリング本体の周囲に設けられ、上下動自在に配置された押圧リングとを有し、
前記トップリング本体に押圧力を与える第１の空気圧供給手段と、
前記押圧リングを研磨布に対して押圧する第２の空気圧供給手段とを設け、
前記トップリング本体には加圧空気をポリッシング対象物に対して供給するために下面に開口された連通孔が設けられ、
前記押圧リングには、気体を排出するためのガス抜き孔を形成したことを特徴とするポ リッシング装置。
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