JP4313337B2

JP4313337B2 - Polishing device

Info

Publication number: JP4313337B2
Application number: JP2005168253A
Authority: JP
Inventors: 憲雄木村; 穂積安田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JP2005268825A

Description

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。 The present invention relates to a polishing apparatus that polishes a polishing object such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like shape, and more particularly to a polishing apparatus that includes a mechanism for controlling the polishing amount of a peripheral portion of the polishing object.

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。 In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. In particular, in the case of photolithography having a line width of 0.5 μm or less, the allowable depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the imaging surface of the stepper is required. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer, but polishing is performed by a polishing apparatus as one means of this flattening method.

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。 Conventionally, this type of polishing apparatus has a turntable and a top ring, the top ring applies a constant pressure to the turntable, and an object to be polished is interposed between the turntable and the top ring, so that an abrasive liquid is obtained. The surface of the polishing object is polished to a flat and mirror surface.

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。 In the polishing apparatus described above, if the relative pressing force between the polishing object being polished and the polishing cloth is not uniform over the entire surface of the polishing object, insufficient polishing or overpolishing depending on the pressing force of each part. Will occur. Therefore, in the conventional polishing apparatus, as a means for avoiding the unevenness of the pressing force,
(1) Affixing an elastic mat such as polyurethane having elasticity on the semiconductor wafer holding surface of the top ring;
(2) making the holding part of the polishing object, that is, the top ring tiltable with respect to the surface of the polishing cloth;
(3) The peripheral area of the polishing section of the polishing cloth is pressed independently of the top ring and the polishing object, thereby preventing the polishing area of the polishing cloth and the step around it, etc. .

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。 FIG. 4 is a diagram showing a main part of an example of a conventional polishing apparatus. The polishing apparatus supplies a polishing liquid 42 to the turntable 41 that rotates with a polishing cloth 42 on the upper surface, a top ring 45 that holds a semiconductor wafer 43 that is a polishing target so that it can be rotated and pressed, and the polishing cloth 42. A polishing liquid supply nozzle 48 is provided. The top ring 45 is connected to a top ring shaft 49, and the top ring 45 includes an elastic mat 47 such as polyurethane on the lower surface thereof, and holds the semiconductor wafer 43 in contact with the elastic mat 47. Further, the top ring 45 is provided with a cylindrical guide ring 46A at the outer peripheral edge portion so that the semiconductor wafer 43 does not come off from the lower surface of the top ring 45 during polishing. Here, the guide ring 46A is fixed to the top ring 45, and the lower end surface thereof is formed so as to protrude from the holding surface of the top ring 45, and the semiconductor wafer 43 which is a polishing object is held in the holding surface. In addition, it is prevented from jumping out of the top ring by frictional force with the polishing pad 42 during polishing.

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。 The semiconductor wafer 43 is held below the elastic mat 47 on the lower surface of the top ring 45, the semiconductor wafer 43 is pressed against the polishing cloth 42 on the turn table 41 by the top ring 45, and the turn table 41 and the top ring 45 are rotated. Then, the polishing cloth 42 and the semiconductor wafer 43 are moved relative to each other for polishing. At this time, the abrasive liquid Q is supplied from the abrasive liquid supply nozzle 48 onto the polishing cloth 42. As the abrasive liquid, for example, an abrasive solution in which abrasive grains made of fine particles are suspended is used, and a semiconductor wafer is polished by a combined action of a chemical polishing action by alkali and a mechanical polishing action by abrasive grains.

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。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the state of the semiconductor wafer, polishing cloth, and elastic mat during polishing by the polishing apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 5, when only the polishing object presses the polishing cloth, the periphery of the semiconductor wafer 43, which is the polishing object, is at the contact / non-contact boundary with the polishing cloth 42. At the same time, it is a boundary between contact / non-contact with the elastic mat 47. For this reason, the polishing pressure applied to the polishing object is non-uniform at the periphery of the polishing object that is the boundary between them, and only the periphery of the polishing object is polished much, which causes a so-called “dragging”. was there.

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。 In order to prevent the edge of the semiconductor wafer described above, the present applicant previously proposed a polishing apparatus having a structure for pressing a polishing cloth located on the outer peripheral side of a semiconductor wafer in Japanese Patent Application No. 8-54055. ing.

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。 FIG. 6 is a diagram showing a main part of an example of a polishing apparatus proposed in Japanese Patent Application No. 8-54055. The top ring 45 is connected to the top ring shaft 66 via a ball 65. The pressing ring 46 is connected to the top ring 45 via a key 58, and the pressing ring 46 can move up and down with respect to the top ring 45 and can rotate together with the top ring 45. The pressing ring 46 is connected to a pressing ring air cylinder 62 via a bearing retainer 60 holding a bearing 59 and a shaft 61. The pressure ring air cylinder 62 is fixed to the top ring head 59. A plurality of (for example, three) pressure ring air cylinders 62 are arranged on the circumference. The top ring air cylinder 60 and the pressure ring air cylinder 62 are connected to a compressed air source 64 via regulators R1 and R2, respectively.

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。 By adjusting the air pressure supplied to the top ring air cylinder 60 by the regulator R1, the pressing force with which the top ring 45 presses the semiconductor wafer 43 against the polishing cloth 42 on the turntable 41 can be adjusted. By adjusting the air pressure supplied to the pressure ring air cylinder 62, the pressing force with which the pressing ring 46 presses the polishing pad 42 can be adjusted. By appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring with respect to the pressing force of the top ring, the distribution of the polishing pressure from the central portion of the semiconductor wafer to the peripheral portion and further to the outer peripheral portion of the pressing ring 46 outside the semiconductor wafer is continuous. And become uniform. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount from being excessive or insufficient at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 43.

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。 In the polishing apparatus previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 8-54055, it is necessary for the pressing ring to move up and down smoothly with respect to the top ring, so there is a gap between the pressing ring and the top ring. However, there is a problem that the slurry-like polishing abrasive liquid enters and adheres to the gap, and the smooth movement of the pressing ring is hindered.

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。 In addition, the gap between the pressure ring and the top ring is filled (filled) with a gas such as air, and the pressure ring is in spite of the semiconductor wafer held on the top ring contacting the polishing cloth at the start of polishing. May not be able to press the polishing cloth in a timely manner without coming into contact with the polishing cloth. The pressing ring is preferably in contact with the polishing cloth at the same time or slightly earlier when the semiconductor wafer held on the top ring comes into contact with the polishing cloth.

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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a polishing apparatus capable of smoothly moving a pressing ring up and down with respect to a top ring.

上述した目的を達成するため本発明の押圧リングは、ポリッシング対象物を保持するトップリングの周囲に間隙を有して配置されるとともに上下動自在に配置されて研磨布を押圧する押圧リングであって、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、前記押圧リングは、最下位置にあり材質として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なる第１の押圧リング部材と、該最下位置にある第１の押圧リング部材の上方に位置し前記ガス抜き孔が形成された第２の押圧リング部材を少なくとも備えることを特徴とするものである。 In order to achieve the above-described object, the pressing ring of the present invention is a pressing ring that is arranged with a gap around the top ring that holds the polishing object and that is movable up and down to press the polishing cloth. The pressure ring is formed with a vent hole for exhausting gas, and the pressure ring is made of a material that is at the lowest position and has high hardness, high wear resistance, and a low friction coefficient as a material. 1 of the pressing ring member and is characterized in that it comprises at least a second pressing ring member positioned above the first pressure ring member in the outermost position under the gas vent hole is formed.

本発明のポリッシング装置の１態様は、ポリッシング対象物を研磨するためのポリッシング装置であって、前記ポリッシング装置は、ポリッシング対象物を保持し、研磨布に対して押圧するトップリングを有し、前記トップリングの周囲に間隙を有して配置されるとともに上下動自在に配置された押圧リングが設けられ、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、前記押圧リングは、研磨布に対して押圧する押圧面を有した第１の押圧リング部材と、該押圧面を有した第１の押圧リング部材の上方に配置されるとともに該押圧面を有した第１の押圧リング部材を接着により固定する第２の押圧リング部材を少なくとも備える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、ポリッシング対象物を研磨するためのポリッシング装置であって、前記ポリッシング装置は、ポリッシング対象物を保持し、研磨布に対して押圧するトップリングを有し、前記トップリングの周囲に間隙を有して配置されるとともに上下動自在に配置された押圧リングが設けられ、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、前記トップリングは第１の空気圧を受けポリッシング対象物に対して押圧力を与え、前記押圧リングは第２の空気圧を受け前記研磨布を押圧することを特徴とするものである。 One aspect of the polishing apparatus of the present invention is a polishing apparatus for polishing a polishing object, the polishing apparatus having a top ring that holds the polishing object and presses the polishing object against the polishing cloth. vertically movably arranged pressure ring is provided around the top ring while being arranged with a gap, it said pressing ring forms a gas vent hole for discharging gas, wherein the pressure ring has A first pressing ring member having a pressing surface that presses against the polishing cloth, and a first pressing member that is disposed above the first pressing ring member having the pressing surface and has the pressing surface. it is characterized in further comprising at least a second pressure ring member for fixing by adhesion the ring member.
Further, another aspect of the polishing apparatus of the present invention is a polishing apparatus for polishing a polishing object, and the polishing apparatus has a top ring that holds the polishing object and presses the polishing object. And a pressing ring arranged with a gap around the top ring and arranged to be movable up and down, the pressing ring is formed with a gas vent for discharging gas, The top ring receives the first air pressure and applies a pressing force to the object to be polished, and the pressing ring receives the second air pressure and presses the polishing cloth.

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。 According to the present invention, gas such as air accumulated in the gap between the pressing ring and the top ring can be discharged from the vent hole formed in the pressing ring. Therefore, since the gas is not trapped (filled) in the gap between the pressing ring and the top ring, the pressing ring can be smoothly moved up and down. Therefore, at the start of polishing, the pressing ring can contact the polishing cloth at an optimum timing and press it with a desired pressing force.

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。 Furthermore, according to this invention, the site | part which has a press surface which contacts a polishing cloth is rich in abrasion resistance, such as a ceramic, and is comprised with the material of a low friction coefficient according to this invention. Therefore, it is possible to suppress wear when the pressing ring presses and slides against the polishing cloth and to suppress heat generation during sliding.

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。 Hereinafter, an embodiment of a polishing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire configuration of the polishing apparatus, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing portions of a top ring and a pressing ring, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.

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。 1 and 2, reference numeral 1 denotes a top ring. The top ring 1 includes a top ring main body 1A and a retainer ring 1B fixed to a peripheral portion of the top ring main body 1A by a bolt 31 so as to be detachable. The recess 1a for accommodating the semiconductor wafer 4 is formed by the lower surface of the top ring body 1A and the retainer ring 1B. The upper surface of the semiconductor wafer 4 is held by the lower surface of the top ring body 1A, and the outer periphery of the semiconductor wafer 4 is held by the retainer ring 1B. A pressing ring 3 is provided around the top ring main body 1A and the retainer ring 1B so as to be movable up and down. Further, a leaf spring 17 having a substantially U-shaped cross section for suppressing excessive tilting of the top ring 1 is interposed between the pressing ring 3 and the top ring 1.

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。 An elastic mat 2 is attached to the lower surface of the top ring 1. Further, below the top ring 1, a turntable 5 having an abrasive cloth 6 pasted on the upper surface is installed. A mounting flange 32 having a concave spherical surface 32a is fixed to the top ring body 1A. A top ring shaft 8 is disposed above the top ring 1. A drive shaft flange 34 having a concave spherical surface 34 a is fixed to the lower end of the top ring shaft 8. A spherical bearing 7 is interposed between the both concave spherical surfaces 32a and 34a. Further, a space 33 is formed between the top ring main body 1A and the mounting flange 32, and a liquid such as vacuum, pressurized air, or water can be supplied to the space 33. The top ring main body 1 </ b> A has a large number of communication holes 35 communicating with the space 33 and opening on the lower surface. Similarly, the elastic mat 2 has an opening at a position facing the communication hole 35. Thus, the upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) can be adsorbed by vacuum, and liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 4.

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。 The top ring shaft 8 is connected to a top ring air cylinder 10 fixed to a top ring head 9, and the top ring shaft 8 moves up and down by the top ring air cylinder 10, and is moved to the lower end surface of the top ring 1. The held semiconductor wafer 4 is pressed against the turntable 5.

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。 The top ring shaft 8 is connected to a rotary cylinder 11 via a key (not shown), and the rotary cylinder 11 has a timing pulley 12 on the outer periphery thereof. The timing pulley 12 is connected via a timing belt 13 to a timing pulley 15 provided in a top ring motor 14 fixed to the top ring head 9. Therefore, when the top ring motor 14 is rotationally driven, the rotary cylinder 11 and the top ring shaft 8 are integrally rotated via the timing pulley 15, the timing belt 13 and the timing pulley 12, and the top ring 1 is rotated. The top ring head 9 is supported by a top ring head shaft 16 fixedly supported by a frame (not shown).

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。 As shown in FIGS. 2 and 3A, the pressing ring 3 provided around the top ring 1 includes a first pressing ring member 3a made of alumina ceramic at the lowest position, and a first pressing ring member. The second and third pressing ring members 3b and 3c made of stainless steel above 3a and the fourth pressing ring member 3d made of stainless steel at the uppermost position are formed. The 2nd-4th press ring members 3b-3d are mutually connected by the volt | bolt 36 (refer FIG.3 (b)), and the 1st press ring member 3a is fixed to the 2nd press ring member 3b by adhesion | attachment etc. ing. The lower end portion of the first pressing ring member 3a protrudes downward only on the inner peripheral side to form a protruding portion 3e, and only the lower end surface of the protruding portion 3e becomes a pressing surface 3f that presses the polishing pad 6. Yes.

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。 A radial width or thickness t of the pressing surface 3f is set to 2 mm to 6 mm. The upper end portion of the pressing ring 3 is connected to the pressing ring air cylinder 22. The pressure ring air cylinder 22 is fixed to the top ring head 9. A plurality of (for example, three) pressure ring air cylinders 22 are arranged on the circumference. The retainer ring 1B is made of a metal such as stainless steel, and a tapered surface 1Bt inclined inward in the radial direction is formed at the outer periphery of the retainer ring 1B so that the lower side is formed thinner than the upper side. . On the other hand, a tapered surface 3t inclined radially inward is formed at a position corresponding to the tapered surface 1Bt of the retainer ring 1B on the inner peripheral portion of the pressing ring 3, and the pressing surface 3f of the pressing ring 3 is held by the top ring 1. The semiconductor wafer 4 is as close as possible to the peripheral edge of the semiconductor wafer 4.

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。 With the configuration of the retainer ring 1 </ b> B and the pressing ring 3, the distance between the inner peripheral edge of the pressing surface 3 f of the pressing ring 3 and the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be shortened. The polishing cloth 6 in the vicinity of the peripheral edge can be pressed. Therefore, it is possible to prevent the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 from being overpolished. The retainer ring 1B is provided with a resin coating 18 on its lower inner peripheral surface and lower end surface, as indicated by the thick line in FIG. The resin coating 18 is preferably PEEK (polyetherketone), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride or the like, and the film thickness is suitably within 100 microns. Since the resin coating 18 is applied to the metal retainer ring 1B, metal contamination of the semiconductor wafer 4 can be prevented.

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。 In the present embodiment, no means such as a key for transmitting the rotation of the top ring 1 to the pressing ring 3 is provided between the top ring 1 and the pressing ring 3. Accordingly, the top ring 1 rotates around the axis of the top ring shaft 8 during polishing, but the pressing ring 3 is configured so as not to rotate with respect to its own axis. For this reason, the rotational force of the top ring 1 is not transmitted to the pressing ring 3, so that the rotational load on the top ring shaft 8 is reduced. Further, since the pressing ring 3 can be directly operated by the pressing ring air cylinder 22 fixed to the top ring head 9, the structure of the apparatus is simplified.

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。 2 and 3B, a cleaning liquid supply hole 3h is formed in the pressing ring 3, and one end of the cleaning liquid supply hole 3h is opened on the inner peripheral surface of the pressing ring 3. The other end is opened on the upper end surface of the pressing ring 3. The other end of the cleaning liquid supply hole 3 h may be opened on the outer peripheral surface of the pressing ring 3. A tube 38 is connected to the opening of the cleaning liquid supply hole 3 h of the pressing ring 3 via a connector 37, and this tube 38 is connected to a cleaning liquid supply source 39. The cleaning liquid supply hole 3h, the connector 37, the tube 38, and the cleaning liquid supply source 39 constitute a cleaning liquid supply means. Since the pressing ring 3 is configured to be non-rotating, the cleaning liquid can be easily supplied from the cleaning liquid supply source 39 to the cleaning liquid supply hole 3h without using a rotary joint or the like.

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。 By appropriately supplying the cleaning liquid from the cleaning liquid supply means to the gap between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1, the slurry-like polishing abrasive liquid that has entered the gap can be washed away. Therefore, the polishing abrasive liquid does not adhere between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1, and the smooth movement of the pressing ring 3 can be ensured.

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。 Further, as shown in FIGS. 2 and 3A, the pressing ring 3 has a plurality of gas vents for discharging gas such as air accumulated in the gap between the pressing ring 3 and the retainer ring 1 </ b> B of the top ring 1. Holes 3i and 3i are formed. Therefore, since the gas is not trapped (filled) in the gap between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1, the pressing ring 3 can be moved up and down smoothly. Therefore, at the start of polishing, the pressing ring 3 can contact the polishing cloth 6 at an optimal timing and press it with a desired pressing force.

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。 As shown in FIG. 1, the top ring air cylinder 10 and the press ring air cylinder 22 are connected to a compressed air source 24 via regulators R1 and R2, respectively. Then, by adjusting the air pressure supplied to the top ring air cylinder 10 by the regulator R1, the pressing force by which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing pad 6 can be adjusted. By the regulator R2, the pressure ring air is adjusted. By adjusting the air pressure supplied to the cylinder 22, the pressing force with which the pressing ring 3 presses the polishing pad 6 can be adjusted.

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。 A polishing liquid supply nozzle 25 is installed above the turntable 5, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing cloth 6 on the turntable 5 by the polishing liquid supply nozzle 25.

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。 In the polishing apparatus configured as described above, the semiconductor wafer 4 is held on the lower surface of the top ring 1, the top ring air cylinder 10 is operated to press the top ring 1 toward the turn table 5, and the turn table 5 rotating. The semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the upper surface. On the other hand, by flowing the polishing abrasive liquid Q from the abrasive liquid supply nozzle 25, the polishing abrasive liquid Q is held on the polishing cloth 6, and polishing is performed between the surface (lower surface) of the semiconductor wafer 4 to be polished and the polishing cloth 6. Polishing is performed in the state where the abrasive liquid Q is present.

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Ｆ_１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Ｆ_２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Ｆ_２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Ｆ_１に応じて変更することができる。この押圧力Ｆ_１に対する押圧力Ｆ_２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。 The semiconductor wafer 4 is polished by appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring 3 to the polishing pad 6 by the pressing ring air cylinder 22 according to the pressing force of the top ring 1 by the top ring air cylinder 10. By the regulator R1 during polishing can change the pressing force F ₁ which the top ring 1 to press the semiconductor wafer 4 to the polishing cloth 6 on the turntable 5, the pressing force F ₂ which is pressure ring 3 presses the polishing cloth 6 by the regulator R2 Can be changed (see FIG. 1). Therefore, during the polishing, the pressing force F ₂ by which the pressing ring 3 presses the polishing cloth 6 can be changed according to the pressing force F ₁ by which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6. By appropriately adjusting the pressing force F ₂ against the pressing force F _1, the peripheral edge portion, and further distribution of polishing pressure to the outer circumferential portion of the pressure ring 3 is continuously on the outside of the semiconductor wafer 4 from the center of the semiconductor wafer 4 And become uniform. Therefore, excessive or insufficient polishing amount at the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be prevented.

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。 If you want to reduce the number or reverse intentionally polishing amount than the inner side in the also the periphery of the semiconductor wafer 4, the optimum value based on the pressing force F ₂ of the pressing ring with the pressing force F ₁ of the top ring By selecting, the polishing amount of the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be intentionally increased or decreased.

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。 According to this embodiment, since the means for supplying the cleaning liquid to the gap between the press ring 3 and the top ring 1 is provided, even if the slurry-like polishing abrasive liquid enters the gap between the press ring 3 and the top ring 1. The polishing abrasive liquid can be washed away by appropriately supplying a cleaning liquid to the gap between the two. Therefore, the vertical movement of the pressing ring 3 is performed smoothly without being hindered by the intervention of the polishing abrasive liquid.

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。 Further, according to the present embodiment, a gas such as air accumulated in the gap between the pressing ring 3 and the top ring 1 can be discharged from the vent hole 3 i formed in the pressing ring 3. Therefore, since the gas is not trapped (filled) in the gap between the pressing ring 3 and the top ring 1, the pressing ring 3 is smoothly moved up and down. Therefore, at the start of polishing, the pressing ring 3 can contact the polishing cloth 6 at an optimal timing and press it with a desired pressing force.

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。 Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to select the retainer ring 1B and the pressing ring 3 made of optimum materials. The retainer ring 1B can be selected from materials having a relatively soft surface by means such as applying a resin coating 18 to a metal because the inner peripheral surface thereof is in contact with the semiconductor wafer 4 and the lower end thereof is not in contact with the polishing pad 6. . This is because if a hard material is used, the semiconductor wafer 4 may be damaged during polishing. Even if the retainer ring 1B and the pressing ring 3 come into contact with each other, since they are in contact with each other through the resin coating 18, there is no contact between the metals, and the relative movement between the pressing ring 3 and the retaining ring 1B (vertical movement and rotational movement). ) Is carried out smoothly.

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。 Further, since the first pressing ring 3a is not in contact with the semiconductor wafer 4 and is in contact with the polishing cloth 6, the first pressing ring 3a may be selected from a material having high hardness such as alumina ceramic and high wear resistance and a low friction coefficient. it can. It is desirable that the pressure ring has little wear and frictional resistance with the polishing cloth, and wear powder of the pressure ring does not adversely affect the semiconductor devices on the semiconductor wafer 4. Since the first pressing ring 3a does not come into direct contact with the semiconductor wafer 4 as described above, there is no restriction from this surface, so an alumina ceramic that is the optimum material that satisfies the above requirements should be selected. Can do. In addition to the alumina ceramic, the material of the pressing ring may be a ceramic such as silicon carbide (SiC) or zirconia.

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。It is sectional drawing which shows the whole structure of one Example of the polishing apparatus which concerns on this invention. 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。It is sectional drawing which shows the principal part structure of one Example of the polishing apparatus which concerns on this invention. 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。3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 2, FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of a left part of FIG. 2, and FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of a right part of FIG. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the conventional polishing apparatus. 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。It is an expanded sectional view which shows the state of the semiconductor wafer, polishing cloth, and elastic mat in the conventional polishing apparatus. 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。It is a figure which shows the principal part of the example of the polishing apparatus which the present applicant previously proposed.

Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top ring 1A Top ring main body 1B Retainer ring 2 Elastic mat 3 Press ring 3f Press surface 3h Cleaning surface supply hole 3i Degassing hole 4 Semiconductor wafer 5 Turntable 6 Polishing cloth 7 Ball bearing 8 Top ring shaft 9 Top ring head 10 Top ring Air cylinder 18 Resin coating 22 Press ring air cylinder 24 Compressed air source 25 Abrasive fluid supply nozzle 32 Mounting flange 34 Drive shaft flange

Claims

A pressing ring that is arranged with a gap around the top ring that holds the polishing object and is arranged to be movable up and down to press the polishing cloth ,
In the pressing ring, a gas vent hole for discharging gas is formed ,
The pressure ring has a first pressure ring member made of a material at the lowest position and having a high hardness and high wear resistance as a material and a low friction coefficient, and an upper side of the first pressure ring member at the lowest position. A pressing ring comprising at least a second pressing ring member positioned at a position where the vent hole is formed .

A polishing apparatus for polishing a polishing object,
The polishing apparatus comprises:
A top ring that holds the polishing object and presses against the polishing cloth,
There is provided a pressing ring that is arranged with a gap around the top ring and arranged to be movable up and down,
In the pressing ring, a gas vent hole for discharging gas is formed ,
The pressing ring is disposed above the first pressing ring member having a pressing surface that presses against the polishing cloth, and the first pressing ring member having the pressing surface, and has the pressing surface. A polishing apparatus comprising at least a second pressing ring member for fixing the first pressing ring member by adhesion .

A polishing apparatus for polishing a polishing object,
The polishing apparatus comprises:
A top ring that holds the polishing object and presses against the polishing cloth,
There is provided a pressing ring that is arranged with a gap around the top ring and arranged to be movable up and down,
In the pressing ring, a gas vent hole for discharging gas is formed,
The top ring receives a first air pressure and applies a pressing force to the polishing object;
The pressure ring features a to Lupo Risshingu device that presses the polishing cloth receives a second pneumatic.

The pressure ring further polishing apparatus according to claim 2 or 3, wherein further comprising means for supplying a cleaning liquid into a gap between said top ring.