JPH071328A - Polishing device and method - Google Patents

Polishing device and method

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JPH071328A
JPH071328A JP32126093A JP32126093A JPH071328A JP H071328 A JPH071328 A JP H071328A JP 32126093 A JP32126093 A JP 32126093A JP 32126093 A JP32126093 A JP 32126093A JP H071328 A JPH071328 A JP H071328A
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JP
Japan
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polishing
top ring
semiconductor wafer
polished
ring
Prior art date
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Pending
Application number
JP32126093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
Toru Watanabe
徹 渡辺
Riichiro Aoki
利一郎 青木
Hiroyuki Yano
博之 矢野
Masako Kodera
雅子 小寺
Atsushi Shigeta
厚 重田
Yu Ishii
遊 石井
Norio Kimura
憲雄 木村
Masayoshi Hirose
政義 広瀬
Yukio Ikeda
幸雄 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Toshiba Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Ebara Corp, Toshiba Corp filed Critical Ebara Corp
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Publication of JPH071328A publication Critical patent/JPH071328A/en
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accurately flatten the surface of a workpiece to be polished without producing unusual points in the polished workpiece without severe cleaning of the lower surface of a top ring and without intervening a soft member such as mat between the lower surface of the top ring and the workpiece to be polished. CONSTITUTION:A polishing device is provided with a turn table driving device to rotate a turn table 20, a top ring driving device to rotate a top ring 3, and a lock ring 5 to lock the workpiece to be polished, which is arranged in the lower face of the top ring 3. The top ring's lower face being in contact with the workpiece is formed smooth, and the bore of the lock ring 5 is formed larger than the outer diameter of the workpiece to be polished so that the outer peripheral surface of the workpiece comes in contact with the inner peripheral surface of the lock ring 5 due to the rotation of the turn table 20, and the lock ring 5 gives torque to the workpiece due to the rotation of the top ring 3, resulting in the sun-and-planet motion of the workpiece.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はポリッシング装置及び方
法に係り、特に研磨布により半導体ウエハ等のポリッシ
ング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨するポリッシン
グ装置及び方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus and method, and more particularly to a polishing apparatus and method for polishing a surface of a polishing object such as a semiconductor wafer to a flat and mirror surface with a polishing cloth.

【0002】[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0.5μm以下の光リソグラフィの
場合、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。
2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, circuit wiring has become finer and the distance between wirings has become smaller. In particular, in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, the depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the image plane of the stepper is required. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer. As one means of this flattening method, polishing is performed by a polishing device.

【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
リングの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッ
シング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。通
常、ポリッシング対象物はトップリングの下面に、ワッ
クス接着又はマット或いは真空吸着等により固定された
状態でポリッシングが行われる。
Conventionally, this type of polishing apparatus has a turntable and a top ring, and 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. The surface of the object is flat and polished to a mirror surface. Normally, the object to be polished is polished on the lower surface of the top ring in a state of being fixed by wax adhesion, matting, vacuum suction or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のポリッシング装置においては、ポリッシング対象物
はトップリング面に固定されているから、トップリング
面に付着したダストの影響によりトップリング対象物の
研磨面に特異点が発生する恐れ、即ちダストの影響によ
りポリッシング対象物の研磨面に極微量の凸部が発生
し、該凸部が過研磨となり研磨むらが発生する恐れがあ
る。そこで、この特異点を避けるためトップリングに対
して綿密な洗浄を施して完全にダストを除去するか、ワ
ックスやマット等の柔軟な部材をトップリング下面とポ
リッシング対象物の間に介在させてダストによる凸部が
発生しないようにしている。
However, in the conventional polishing apparatus described above, since the polishing object is fixed to the top ring surface, the polishing surface of the top ring object is affected by the dust adhering to the top ring surface. On the polishing surface of the object to be polished due to the influence of dust, which may cause overpolishing and uneven polishing. Therefore, in order to avoid this singularity, the top ring should be thoroughly washed to completely remove dust, or a soft member such as wax or mat should be interposed between the bottom surface of the top ring and the object to be polished. The convex part due to is not generated.

【0005】しかしながら前者の洗浄方法ではダストを
完全に洗浄除去するのが困難であるばかりではなく、ダ
ストが完全に除去されたかの判定も極めて困難なもので
ある。またワックス接着はポリッシング対象物の接着に
時間がかかる。さらに柔軟な部材をトップリング面とポ
リッシング対象物の間に介在させる方法も、この柔軟な
部材の耐久性等に大きな問題がある。
However, not only is it difficult to completely remove dust by the former cleaning method, but it is also very difficult to judge whether dust has been completely removed. In addition, it takes a long time to bond an object to be polished with wax. Further, the method of interposing a soft member between the top ring surface and the object to be polished also has a big problem in durability of the soft member.

【0006】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、トップリング下面の綿密な洗浄やトップリング下面
とポリッシング対象物の間にマット等の柔軟部材を介在
させることなく、ポリッシング対象物の研磨面に特異点
の発生がなく、高精度の平坦且つ鏡面化ができるポリッ
シング装置及び方法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 polishes an object to be polished without thorough cleaning of the lower surface of the top ring and a soft member such as a mat between the lower surface of the top ring and the object to be polished. It is an object of the present invention to provide a polishing apparatus and method capable of achieving highly accurate flat and mirror-finished surface without generation of singular points.

【0007】[0007]

【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は、上面に研磨布を張
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
を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦
且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ターン
テーブルを回転駆動するターンテーブル駆動装置と、前
記トップリングを回転駆動するトップリング駆動装置
と、前記トップリングの下面に設けられたポリッシング
対象物の外れ止めリングとを備え、ポリッシング対象物
に接触する前記トップリング下面を平滑に形成するとと
もに前記外れ止めリングの内径をポリッシング対象物の
外径より所定量大きく形成し、前記ターンテーブルの回
転によってポリッシング対象物の外周面が前記外れ止め
リングの内周面に接触し、前記トップリングの回転によ
って前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回転力
を付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせるこ
とを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a polishing apparatus of the present invention comprises a turntable having a polishing cloth on its upper surface and a top ring, and a space between the turntable and the top ring. A polishing apparatus for polishing a surface of a polishing object to be flat and mirror-finished by interposing a polishing object on the turntable driving apparatus for rotationally driving the turntable and a top ring driving apparatus for rotationally driving the top ring. And a retaining ring for the polishing object provided on the lower surface of the top ring, the bottom surface of the top ring that contacts the polishing object is formed smoothly, and the inner diameter of the retaining ring is set to the outside of the polishing object. It is made larger than the diameter by a predetermined amount, and is rotated by rotating the turntable. The outer peripheral surface of the object contacts the inner peripheral surface of the retaining ring, and the rotation of the top ring causes the retaining ring to impart a rotational force to the polishing object to cause the polishing object to make a planetary motion. It is characterized by.

【0008】また、本発明のポリッシング方法は、上面
に研磨布を張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該ポリッシング対象物の表面
を研磨し平坦かつ鏡面化するポリッシング方法におい
て、前記ターンテーブルを回転させる工程と、ポリッシ
ング対象物を前記トップリングを介して前記研磨布に押
しつける工程と、前記トップリングを回転させる工程
と、前記ターンテーブルの回転によってポリッシング対
象物の外周面が前記トップリングの下面に設けられポリ
ッシング対象物との間に所定量の間隙を形成した外れ止
めリングの内周面に接触し、前記外れ止めリングの回転
によって前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回
転力を付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせ
る工程を含むことを特徴とするものである。
Further, the polishing method of the present invention has a turntable having a polishing cloth stretched on the upper surface and a top ring, and the polishing object is interposed between the turntable and the top ring. In a polishing method for polishing the surface of the surface to be flat and mirror-finished, a step of rotating the turntable, a step of pressing a polishing object to the polishing cloth through the top ring, and a step of rotating the top ring, Due to the rotation of the turntable, the outer peripheral surface of the polishing object comes into contact with the inner peripheral surface of the retaining ring which is provided on the lower surface of the top ring and forms a predetermined amount of gap with the polishing object. The rotation of the retaining ring imparts a rotational force to the polishing target to It is characterized in that comprises the step of planetary motion in single object.

【0009】[0009]

【作用】前述した構成からなる本発明によれば、研磨時
にポリッシング対象物がトップリングと同期運動をせ
ず、外れ止めリング内で所定の遊星運動を行うので、ト
ップリング面に付着しているダストの影響が平準化さ
れ、即ちダストの影響を受けて過研磨になる部分が常に
移動するので、ダストの影響が平均化され、ポリッシン
グ対象物の研磨面が高精度に平坦且つ鏡面化される。
According to the present invention having the above-mentioned structure, the object to be polished does not move synchronously with the top ring at the time of polishing and makes a predetermined planetary motion in the retaining ring, so that it adheres to the top ring surface. The influence of dust is leveled, that is, the portion that is over-polished due to the influence of dust is constantly moved, so the influence of dust is averaged and the polished surface of the polishing target is highly accurately flat and mirror-finished. .

【0010】上記の点を更に詳述すると、トップリング
面にダストが付着していると、図6に示すようにトップ
リング3の下面に付着したダストSが半導体ウエハ6と
の間に介在し、半導体ウエハ6を押し上げ半導体ウエハ
6の表面に微量な高さの凸部が発生し(図6では説明の
都合上凸部の高さを大きく表している)、該凸部が研磨
に際してターンテーブル20上の研磨布23との摩擦に
より過研磨となる。この過研磨の部分が図7に示すよう
に半導体ウエハ6の表面に特異点6a,6aとなって表
れる。
The above points will be described in more detail. When dust adheres to the top ring surface, the dust S adhered to the lower surface of the top ring 3 is interposed between the top ring 3 and the semiconductor wafer 6 as shown in FIG. , The semiconductor wafer 6 is pushed up, and a convex portion having a slight height is generated on the surface of the semiconductor wafer 6 (in FIG. 6, the height of the convex portion is shown large for convenience of description), and the convex portion is a turntable during polishing. Friction with the polishing cloth 23 on 20 causes overpolishing. This over-polished portion appears as singular points 6a and 6a on the surface of the semiconductor wafer 6 as shown in FIG.

【0011】しかしながら本発明においては、ポリッシ
ング対象物を外れ止めリング内で遊星運動させることに
より、ダストの影響を受けて過研磨になる凸部が半導体
ウエハ6の一点にとどまることなく常に移動するので、
ダストの影響が半導体ウエハの全面に亘って平均化さ
れ、特異点が表れなくなり、ポリッシング対象物の研磨
面が高精度に平坦且つ鏡面化される。
However, in the present invention, the polishing object is caused to make a planetary motion in the retaining ring, so that the convex portion which is over-polished due to the influence of dust always moves without staying at one point of the semiconductor wafer 6. ,
The influence of dust is averaged over the entire surface of the semiconductor wafer, no singular point appears, and the polished surface of the polishing object is highly accurately flat and mirror-finished.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明に係るポリッシング装置及び方
法の一実施例を図面に基づいて説明する。図1及び図2
は本発明の半導体ウエハのポリッシング装置のポリッシ
ング部を示す図で、図1は縦断面図、図2は平面図であ
る。ポリッシング装置のトップリング部は、トップリン
グ駆動軸1と、トップリング3と、これらトップリング
駆動軸1とトップリング3との間に介装された球ベアリ
ング2とから構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a polishing apparatus and method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2
FIG. 1 is a view showing a polishing portion of a semiconductor wafer polishing apparatus of the present invention, FIG. 1 is a vertical sectional view, and FIG. 2 is a plan view. The top ring portion of the polishing device is composed of a top ring drive shaft 1, a top ring 3, and a ball bearing 2 interposed between the top ring drive shaft 1 and the top ring 3.

【0013】前記トップリング駆動軸1の下端面中央部
には球ベアリング2が摺接する凹状球面1aが形成され
ている。トップリング3はトップリング本体上部3−1
とトップリング本体下部3−2とで構成されている。ト
ップリング本体上部3−1の上面中心部には球ベアリン
グ2が摺接する凹状球面3−1aが形成され、トップリ
ング本体下部3−2の外周部にはウエハ外れ止めリング
5が取付けられている。
At the center of the lower end surface of the top ring drive shaft 1, a concave spherical surface 1a with which a ball bearing 2 is in sliding contact is formed. Top ring 3 is the top ring body top 3-1
And the top ring body lower part 3-2. A concave spherical surface 3-1a with which the ball bearing 2 is in sliding contact is formed in the center of the upper surface of the top ring main body upper portion 3-1, and a wafer retaining ring 5 is attached to the outer peripheral portion of the top ring main body lower portion 3-2. .

【0014】トップリング本体下部3−2には下面に開
口する多数の真空吸引孔3−2aが形成されている。ト
ップリング本体上部3−1には該真空吸引孔3−2aに
連通する真空溝3−1bが形成されており、真空溝3−
1bはトップリング本体上部3−1に形成された4本の
真空孔3−1cに連通している。この真空孔3−1cは
真空ライン用チューブ10とチューブ継手9及びチュー
ブ継手11でトップリング駆動軸1の中心部に設けられ
た真空孔1bに連通されている。
A number of vacuum suction holes 3-2a are formed in the lower surface of the top ring main body 3-2 and open to the lower surface. A vacuum groove 3-1b communicating with the vacuum suction hole 3-2a is formed in the top ring body upper portion 3-1.
1b communicates with four vacuum holes 3-1c formed in the top ring body upper portion 3-1. The vacuum hole 3-1c is communicated with the vacuum line tube 10, the tube joint 9 and the tube joint 11 to the vacuum hole 1b provided at the center of the top ring drive shaft 1.

【0015】前記トップリング駆動軸1にはフランジ部
1cが一体に設けられており、フランジ部1cの外周に
は4本のトルク伝達ピン7が設けられている。また、ト
ップリング3のトップリング本体上部3−1の上面には
トルク伝達ピン7に対応して、4本のトルク伝達ピン8
が設けられている。トップリング本体下部3−2の下面
とウエハ外れ止めリング5の内周とターンテーブル(図
示せず)上面とに囲まれた空間に半導体ウエハ6を収容
し、ターンテーブルを回転させるとともに、トップリン
グ駆動軸1を回転させ、その回転トルクをトルク伝達ピ
ン7とトルク伝達ピン8の係合によりトップリング3に
伝達させてトップリング3を回転させ、且つトップリン
グ3を摺動させながら半導体ウエハ6の表面を平坦且つ
鏡面に研磨する。
The top ring drive shaft 1 is integrally provided with a flange portion 1c, and four torque transmission pins 7 are provided on the outer periphery of the flange portion 1c. Further, four torque transmission pins 8 are provided on the upper surface of the top ring main body upper portion 3-1 of the top ring 3 corresponding to the torque transmission pins 7.
Is provided. The semiconductor wafer 6 is housed in a space surrounded by the lower surface of the lower portion 3-2 of the top ring main body, the inner circumference of the wafer detachment prevention ring 5 and the upper surface of the turntable (not shown), and the turntable is rotated and the top ring is rotated. The semiconductor wafer 6 is rotated while rotating the drive shaft 1 and transmitting the rotational torque to the top ring 3 by the engagement of the torque transmission pin 7 and the torque transmission pin 8 to rotate the top ring 3 and slide the top ring 3. The surface of is polished flat and mirror-finished.

【0016】トップリング駆動軸1のフランジ部1cの
上部にはトップリングホルダー4が設けられており、こ
のトップリングホルダー4はボルト41によりトップリ
ング3と連結されている。またボルト41とトップリン
グホルダー4との間にはスプリング42が介装されてい
る。トップリング駆動軸1を上昇させるとトップリング
ホルダー4はトップリング3とともに上昇する。この上
昇させた状態時にスプリング42は柔らかくトップリン
グ3を水平に保つ機能を奏する。このトップリング3を
柔らかく水平に保つ機能は半導体ウエハ6を受け渡しす
るときに有効に機能する。
A top ring holder 4 is provided above the flange portion 1c of the top ring drive shaft 1, and the top ring holder 4 is connected to the top ring 3 by bolts 41. A spring 42 is interposed between the bolt 41 and the top ring holder 4. When the top ring drive shaft 1 is raised, the top ring holder 4 rises together with the top ring 3. In this raised state, the spring 42 is soft and has a function of keeping the top ring 3 horizontal. The function of keeping the top ring 3 soft and horizontal works effectively when the semiconductor wafer 6 is transferred.

【0017】図3は図1及び図2に示すポリッシング部
を用いたポリッシング装置の全体構成を示す図である。
図3において、符号20はターンテーブルであり、ター
ンテーブル20は軸21を中心に回転できるようになっ
ている。ターンテーブル20の外周部には研磨砥液等の
飛散を防ぐためのターンテーブルリング22が設けられ
ている。また、ターンテーブル20の上面には研磨布2
3が張られている。
FIG. 3 is a diagram showing the overall construction of a polishing apparatus using the polishing section shown in FIGS. 1 and 2.
In FIG. 3, reference numeral 20 is a turntable, and the turntable 20 can rotate about a shaft 21. A turntable ring 22 is provided on the outer peripheral portion of the turntable 20 to prevent the polishing abrasive liquid and the like from scattering. Further, the polishing cloth 2 is provided on the upper surface of the turntable 20.
3 is stretched.

【0018】ターンテーブル20の上部には前述のよう
に構成されたトップリング部が配置されている。トップ
リング駆動軸1の上部にはトップリングシリンダ12が
設けられており、トップリング3はトップリングシリン
ダ12により、ターンテーブル20に対して一定の圧力
で押圧されている。符号13はトップリング駆動モータ
で、歯車14、歯車15、歯車16を介してトップリン
グ駆動軸1に回転トルクを与えている。またターンテー
ブル20の上方には研磨砥液ノズル17が設置されてお
り、研磨砥液ノズル17によってターンテーブル20の
研磨布23上に研磨砥液Qが噴射できるようになってい
る。
On the upper part of the turntable 20, the top ring portion having the above-mentioned structure is arranged. A top ring cylinder 12 is provided above the top ring drive shaft 1, and the top ring 3 is pressed against the turntable 20 by the top ring cylinder 12 with a constant pressure. Reference numeral 13 is a top ring drive motor, which applies rotational torque to the top ring drive shaft 1 via the gear 14, the gear 15, and the gear 16. A polishing abrasive liquid nozzle 17 is installed above the turntable 20 so that the polishing abrasive liquid Q can be sprayed onto the polishing cloth 23 of the turntable 20 by the polishing abrasive liquid nozzle 17.

【0019】次に、上記構成のポリッシング装置による
ポリッシング方法を説明する。シリコン基材上に二酸化
ケイ素からなる絶縁膜が形成された半導体ウエハを研磨
する場合について説明する。まず、トップリング本体下
部3−2の下面に半導体ウエハ6を真空吸着する。ポリ
ッシング本体下部3−2の下面に半導体ウエハ6を吸着
させる際には、トップリング駆動軸1の中心部に設けら
れた真空孔1bを真空源に接続することにより、トップ
リング本体下部3−2の真空吸引孔3−2aから空気が
吸引されている。この状態でターンテーブル20に隣接
して設置された受渡し部(図示せず)上に載置された半
導体ウエハ6をトップリング3の下面により真空吸着す
る。
Next, a polishing method using the polishing apparatus having the above structure will be described. A case of polishing a semiconductor wafer in which an insulating film made of silicon dioxide is formed on a silicon substrate will be described. First, the semiconductor wafer 6 is vacuum-sucked on the lower surface of the lower portion 3-2 of the top ring body. When the semiconductor wafer 6 is attracted to the lower surface of the lower polishing body lower portion 3-2, the vacuum hole 1b provided in the central portion of the top ring drive shaft 1 is connected to a vacuum source, thereby lowering the lower portion 3-2 of the top ring main body. Air is sucked from the vacuum suction hole 3-2a. In this state, the semiconductor wafer 6 placed on the delivery section (not shown) installed adjacent to the turntable 20 is vacuum-sucked by the lower surface of the top ring 3.

【0020】次に、半導体ウエハ6を保持したトップリ
ング3をターンテーブル20上に移動させた後、トップ
リング3を下げてターンテーブル20上面の研磨布23
上に半導体ウエハ6を位置させる。そして、真空孔1b
と真空源との接続をきり、真空吸引孔3−2aに大気導
入する。したがって、半導体ウエハ6はトップリング3
の下面から解放され、半導体ウエハ6はトップリング3
の下面に対して回転できるようになっている。そして、
トップリングシリンダ12を作動させてトップリング3
をターンテーブル20に向かって押し、半導体ウエハ6
をターンテーブル20の上面の研磨布23に押しつけ
る。このときターンテーブル20は回転しており、研磨
砥液ノズル17から研磨布23上に研磨砥液Qを流すこ
とにより、研磨布23に研磨砥液Qが保持され、半導体
ウエハ6の研磨される面(下面)に研磨砥液Qが侵入し
ポリッシングが始まる。
Next, after the top ring 3 holding the semiconductor wafer 6 is moved onto the turntable 20, the top ring 3 is lowered and the polishing cloth 23 on the upper surface of the turntable 20 is moved.
Position the semiconductor wafer 6 on top. And the vacuum hole 1b
And the vacuum source are disconnected, and the atmosphere is introduced into the vacuum suction hole 3-2a. Therefore, the semiconductor wafer 6 is the top ring 3
The semiconductor wafer 6 is released from the lower surface of the
It can be rotated with respect to the underside of. And
Operate the top ring cylinder 12 to move the top ring 3
The semiconductor wafer 6 by pushing toward the turntable 20.
Is pressed against the polishing cloth 23 on the upper surface of the turntable 20. At this time, the turntable 20 is rotating and the polishing abrasive liquid Q is held on the polishing cloth 23 by flowing the polishing abrasive liquid Q from the polishing abrasive liquid nozzle 17 onto the polishing cloth 23, and the semiconductor wafer 6 is polished. Polishing abrasive liquid Q enters the surface (lower surface) and polishing starts.

【0021】この時、ターンテーブル20の上面に僅か
な傾動があったとしてもトップリング3は球ベアリング
2により、トップリング駆動軸1に対してトップリング
3が速やかに傾動する。トップリング3が傾いても、ト
ップリング駆動軸1側のトルク伝達ピン7とトップリン
グ3側のトルク伝達ピン8は点接触のためにそれぞれの
場合で接触点をずらしてトップリング駆動軸1の回転ト
ルクを確実にトップリング3に伝達する。
At this time, even if the upper surface of the turntable 20 is slightly tilted, the top ring 3 is swung quickly with respect to the top ring drive shaft 1 by the ball bearing 2. Even if the top ring 3 is tilted, the torque transmission pin 7 on the top ring drive shaft 1 side and the torque transmission pin 8 on the top ring 3 side are point-contacted, so that the contact points are shifted in each case and the top ring drive shaft 1 The rotation torque is reliably transmitted to the top ring 3.

【0022】ポリッシングを終了した後、再び半導体ウ
エハ6をトップリング3の下面に真空吸着し、ターンテ
ーブル20上からトップリング3を移動させて半導体ウ
エハ6を洗浄工程等の次工程へ搬出する。
After the polishing is completed, the semiconductor wafer 6 is again vacuum-sucked on the lower surface of the top ring 3, and the top ring 3 is moved from above the turntable 20 to carry the semiconductor wafer 6 to the next step such as a cleaning step.

【0023】ここで図4に示すように、上記のように半
導体ウエハ6はトップリング3の下面に吸着固定され
ず、且つ半導体ウエハ6の直径D2 と外れ止めリング5
の内径D1 の間には、D1 −D2 =dの差があるため、
半導体ウエハ6のある点が外れ止めリング5とA点で接
触する。トップリング3及び外れ止めリング5が回転し
ているため半導体ウエハ6の外周面に力Fがかかる。
As shown in FIG. 4, the semiconductor wafer 6 is not adsorbed and fixed on the lower surface of the top ring 3 as described above, and the diameter D 2 of the semiconductor wafer 6 and the retaining ring 5 are fixed.
Since there is a difference of D 1 −D 2 = d between the inner diameters D 1 of
A certain point on the semiconductor wafer 6 contacts the stopper ring 5 at a point A. Since the top ring 3 and the retaining ring 5 are rotating, a force F is applied to the outer peripheral surface of the semiconductor wafer 6.

【0024】トップリング3の下面を十分平滑にし、ト
ップリング3の下面と半導体ウエハ6の間にマット等を
置かず直接接触させて、かつ上述したようにトップリン
グ3に取り付けられた外れ止めリング5の内径D1 を半
導体ウエハ6の外径D2 よりも所定量d大きくすること
により、半導体ウエハ6を外れ止めリング5内でトップ
リング3に対して遊星運動させ、それによりトップリン
グ3の下面と半導体ウエハ6の間にダスト等がある場合
に生じる研磨面の特異点の発生を防ぐことができる。
The bottom surface of the top ring 3 is made sufficiently smooth, and the bottom surface of the top ring 3 and the semiconductor wafer 6 are brought into direct contact with each other without placing a mat or the like, and the retaining ring attached to the top ring 3 as described above. By making the inner diameter D 1 of the semiconductor wafer 5 larger than the outer diameter D 2 of the semiconductor wafer 6 by a predetermined amount d, the semiconductor wafer 6 is caused to make a planetary motion with respect to the top ring 3 in the retaining ring 5, and thereby the top ring 3 It is possible to prevent the occurrence of a singular point on the polished surface that occurs when dust or the like exists between the lower surface and the semiconductor wafer 6.

【0025】ここで遊星運動とは、半導体ウエハ6が自
身の軸線のまわりを回転すると同時にトップリング3に
対して相対的にトップリング3の中心のまわりを半導体
ウエハ6が廻る運動を意味する。半導体ウエハ6が遊星
運動を行うのは次の二つの条件が満たされた場合であ
る。
The planetary movement means the movement of the semiconductor wafer 6 around the center of the top ring 3 relative to the top ring 3 while the semiconductor wafer 6 rotates about its own axis. The semiconductor wafer 6 performs the planetary motion when the following two conditions are satisfied.

【0026】条件1:トップリング3の下面と半導体ウ
エハ6との間の摩擦力が、ターンテーブル20上の研磨
布23と半導体ウエハ6との間の摩擦力よりも小さいこ
と。言い換えれば、トップリング駆動軸1の軸線方向の
力としては、トップリング3から半導体ウエハ6に与え
られる力と、ターンテーブル20から半導体ウエハ6に
与えられる力とは等しいので、トップリング3の下面と
半導体ウエハ6との間の摩擦係数が研磨布23と半導体
ウエハ6との間の摩擦係数よりも小さいことを意味す
る。上述の「トップリング3の下面を十分平滑にし」と
いうことはこのことを意味している。この条件が満たさ
れず、トップリング3の下面と半導体ウエハ6との間の
摩擦力が研磨布23と半導体ウエハ6との間の摩擦力以
上である場合には、半導体ウエハ6がトップリング3と
一体で動くので、ここでいう遊星運動が得られない。
Condition 1: The frictional force between the lower surface of the top ring 3 and the semiconductor wafer 6 is smaller than the frictional force between the polishing cloth 23 on the turntable 20 and the semiconductor wafer 6. In other words, as the force in the axial direction of the top ring drive shaft 1, the force applied from the top ring 3 to the semiconductor wafer 6 and the force applied from the turntable 20 to the semiconductor wafer 6 are equal, so the lower surface of the top ring 3 is The coefficient of friction between the semiconductor wafer 6 and the semiconductor wafer 6 is smaller than the coefficient of friction between the polishing pad 23 and the semiconductor wafer 6. The above-mentioned "to make the lower surface of the top ring 3 sufficiently smooth" means this. If this condition is not satisfied and the frictional force between the lower surface of the top ring 3 and the semiconductor wafer 6 is equal to or greater than the frictional force between the polishing pad 23 and the semiconductor wafer 6, the semiconductor wafer 6 is not connected to the top ring 3. Since they move as a unit, the planetary motion here cannot be obtained.

【0027】条件2:トップリング3に取り付けた外れ
止めリング5の内径D1 が半導体ウエハ6の外径D2
りも所定量(d)大きいこと。上記の条件1が満たされ
た場合に、ターンテーブル20から半導体ウエハ6に与
えられる力が一定方向であるため、半導体ウエハ6は外
れ止めリング5の内周の1点(図4のA点)で接触して
回転する。上記のように半導体ウエハ6の外径よりも外
れ止めリング5の内径が大きいことは、半導体ウエハ6
の外周長よりも外れ止めリング5の内周長が長いことを
意味し、トップリング3すなわち外れ止めリング5が1
周する間に、半導体ウエハ6の外周は接点(図4のA
点)を通過し1周以上回転する。すなわち、トップリン
グ3の1回転の間に半導体ウエハ6は1回転以上する。
これにより半導体ウエハ6はトップリング3の中心のま
わりを廻る、即ちトップリング3に対して公転すること
になる。
Condition 2: The inside diameter D 1 of the retaining ring 5 attached to the top ring 3 is larger than the outside diameter D 2 of the semiconductor wafer 6 by a predetermined amount (d). When the above condition 1 is satisfied, the force applied from the turntable 20 to the semiconductor wafer 6 is in a constant direction, so that the semiconductor wafer 6 has one point on the inner circumference of the retaining ring 5 (point A in FIG. 4). Touch to rotate. The fact that the inner diameter of the retaining ring 5 is larger than the outer diameter of the semiconductor wafer 6 as described above means that the semiconductor wafer 6
Means that the inner peripheral length of the retaining ring 5 is longer than the outer peripheral length of the top ring 3, that is, the retaining ring 5 is 1
During the circumference, the outer circumference of the semiconductor wafer 6 is contacted (see A in FIG. 4).
Point) and rotate more than one lap. That is, the semiconductor wafer 6 makes one rotation or more during one rotation of the top ring 3.
As a result, the semiconductor wafer 6 revolves around the center of the top ring 3, that is, revolves around the top ring 3.

【0028】半導体ウエハ6自体の回転は外れ止めリン
グ5から接点(A点)で与えられる力Fによる。また、
具体的な数値としては、 外れ止めリング内径−半導体ウエハの外径=0.5〜
3.0mm で、かつ、研磨開始から研磨終了までのトップリング3
の総回転数(総回転角)と半導体ウエハ6の総回転数
(総回転角)の差が1回転(360゜)以上で有効な研
磨結果が得られる。これは、0.5mmの間隙があれ
ば、半導体ウエハの遊星運動を確保できるからであり、
また3mm以上の間隙を設けると、ターンテーブル20
の回転により半導体ウエハ6がー方向に押されて外れ止
めリング5に接触する時の衝撃でかけたり、われたりす
る場合があるからである。そして、総回転数の差(総回
転角の差)が1回転(360゜)以上あれば、ダストに
よる影響が半導体ウエハの全面に亘って平均化されるか
らである。本発明に示す遊星運動を行うことにより、ト
ップリング3の下面と半導体ウエハ6との間にダスト等
が存在した場合に、半導体ウエハ6に対するダストの位
置が変化し、ダストが半導体ウエハ6を押す点、即ち過
研磨になる点が平準化されて、特異点の発生を防ぐこと
ができる。
The rotation of the semiconductor wafer 6 itself is due to the force F applied from the retaining ring 5 at the contact point (point A). Also,
Specifically, the inner diameter of the retaining ring-the outer diameter of the semiconductor wafer = 0.5 to
Top ring 3 that is 3.0 mm and from the start of polishing to the end of polishing
The effective polishing result can be obtained when the difference between the total number of rotations (total rotation angle) and the total number of rotations (total rotation angle) of the semiconductor wafer 6 is one rotation (360 °) or more. This is because if there is a gap of 0.5 mm, the planetary motion of the semiconductor wafer can be secured,
If a gap of 3 mm or more is provided, the turntable 20
This is because the rotation of the semiconductor wafer 6 may push it in the negative direction and cause the semiconductor wafer 6 to come into contact with the detachment prevention ring 5 by being impacted or broken. If the difference in total number of rotations (difference in total rotation angle) is one rotation (360 °) or more, the influence of dust is averaged over the entire surface of the semiconductor wafer. By performing the planetary motion shown in the present invention, when dust or the like exists between the lower surface of the top ring 3 and the semiconductor wafer 6, the position of the dust with respect to the semiconductor wafer 6 changes, and the dust pushes the semiconductor wafer 6. The points, that is, the points that become over-polished, are leveled, and the occurrence of singular points can be prevented.

【0029】図5は半導体ウエハ6の回転理論を説明す
るための図で、ターンテーブル20の回転により、半導
体ウエハ6はX方向に押されるため外れ止めリング5の
内周の一方(A点)に押し付けられつつ、外れ止めリン
グ5の回転に沿って半導体ウエハ6が滑ることなく転が
る。即ち、図5の(a)→(b)→(c)と半導体ウエ
ハ6が転がる。図5において、太い矢印は外れ止めリン
グ5上の所定の点(B点)を示し、細い矢印は半導体ウ
エハ6上の所定の点(C点)を示す。
FIG. 5 is a view for explaining the theory of rotation of the semiconductor wafer 6. The rotation of the turntable 20 pushes the semiconductor wafer 6 in the X direction, so that one of the inner circumferences of the retaining ring 5 (point A). While being pressed against the semiconductor wafer 6, the semiconductor wafer 6 rolls along the rotation of the retaining ring 5 without slipping. That is, the semiconductor wafer 6 rolls as shown in (a) → (b) → (c) of FIG. 5, a thick arrow indicates a predetermined point (point B) on the retaining ring 5, and a thin arrow indicates a predetermined point (point C) on the semiconductor wafer 6.

【0030】半導体ウエハ6と外れ止めリング5の隙間
をd(mm)とし、直径D(mm)、周長さπD(m
m)の半導体ウエハ6を用いると、外れ止めリング5の
内周長さは(D+d)π(mm)となるので、外れ止め
リング5の1回転につき半導体ウエハ6は (D+d)π−πD=πd(mm) だけ、外れ止めリング5に対して先行する(図5(c)
参照)。これを角度に変換すると (πd/πD)×360゜=(d/D)×360゜ ここで、トップリング3の回転数をr(rpm)、研磨
時間をt(sec)とすると、t秒後のトップリング3
と半導体ウエハ6の総回転角の差は (d/D)×360゜×(r/60)×t=6(d/D)・r・t゜…(1 ) よって、トップリング3と半導体ウエハ6の総回転角の
差が360゜以上であるための条件は、 6(d/D)・r・t゜≧360゜ 即ち、 (d/D)・r・t≧60 ……(2)
The gap between the semiconductor wafer 6 and the retaining ring 5 is d (mm), the diameter D (mm) and the peripheral length πD (m).
When the semiconductor wafer 6 of (m) is used, the inner peripheral length of the retaining ring 5 is (D + d) π (mm), and therefore the semiconductor wafer 6 is (D + d) π−πD = 1 rotation of the retaining ring 5. Leading to the retaining ring 5 by πd (mm) (Fig. 5 (c))
reference). When this is converted into an angle, (πd / πD) × 360 ° = (d / D) × 360 ° Here, when the rotation speed of the top ring 3 is r (rpm) and the polishing time is t (sec), it is t seconds. Rear top ring 3
And the total rotation angle of the semiconductor wafer 6 is (d / D) × 360 ° × (r / 60) × t = 6 (d / D) · r · t ° (1) Therefore, the top ring 3 and the semiconductor The condition for the difference in the total rotation angle of the wafer 6 to be 360 ° or more is: 6 (d / D) · r · t ° ≧ 360 °, that is, (d / D) · r · t ≧ 60 (2 )

【0031】即ち、(d/D)・r・t≧60となるよ
うに回転数rと研磨時間tとを適宜選択することにより
良好な研磨結果が得られる。例えば、D=150mm
(6インチ)、d=2mm、r=100(rpm)の場
合には、(2)式よりt≧45(sec)となり、45
秒以上研磨すれば、360゜以上のトップリングと半導
体ウエハの総回転角の差が得られ、良好な研磨結果が得
られる。
That is, a good polishing result can be obtained by appropriately selecting the rotation speed r and the polishing time t so that (d / D) · r · t ≧ 60. For example, D = 150 mm
When (6 inches), d = 2 mm, and r = 100 (rpm), t ≧ 45 (sec) is obtained from the equation (2), and 45
If the polishing is performed for a second or more, a difference in total rotation angle between the top ring and the semiconductor wafer of 360 ° or more can be obtained, and a good polishing result can be obtained.

【0032】例えば、D=200mm(8インチ)、d
=2mm、r=100(rpm)の場合、(2)式より
t≧60(sec)となり、60秒以上研磨すれば、3
60゜以上のトップリングと半導体ウエハの総回転角の
差が得られ、良好な研磨結果が得られる。
For example, D = 200 mm (8 inches), d
= 2 mm and r = 100 (rpm), t ≧ 60 (sec) from the equation (2), and 3 if polishing for 60 seconds or more.
A difference in total rotation angle between the top ring and the semiconductor wafer of 60 ° or more can be obtained, and good polishing results can be obtained.

【0033】本発明者等は半導体ウエハ6の外れ止めリ
ング5内での回転、即ち遊星運動を確認するために下記
の実験を試みた。図9(a),(b)に示すように半導
体ウエハ6として二酸化ケイ素(SiO2 )被膜を形成
した半導体ウエハを用い、半導体ウエハ6の縁に金属箔
(厚さ0.01mm)からなる旗31を接着し、図9
(c)に示すように、この旗31が接着された半導体ウ
エハ6をトップリング3と研磨布23の間に、旗31が
トップリング3の外側にでるように介在させ、研磨布2
3(ターンテーブル)とトップリング3を回転させ、ト
ップリング3と半導体ウエハ6の総回転角の差を観察し
た。その実験結果を表1に示す。
The present inventors attempted the following experiment in order to confirm the rotation of the semiconductor wafer 6 in the retaining ring 5, that is, the planetary motion. As shown in FIGS. 9A and 9B, a semiconductor wafer having a silicon dioxide (SiO 2 ) film formed thereon is used as the semiconductor wafer 6, and a flag made of a metal foil (thickness 0.01 mm) is provided on the edge of the semiconductor wafer 6. Glue 31 and
As shown in (c), the semiconductor wafer 6 to which the flag 31 is adhered is interposed between the top ring 3 and the polishing cloth 23 so that the flag 31 is outside the top ring 3, and the polishing cloth 2
3 (turntable) and the top ring 3 were rotated, and the difference in the total rotation angle between the top ring 3 and the semiconductor wafer 6 was observed. The experimental results are shown in Table 1.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】表1において、総回転角の差の実測値は旗
31の移動から測定された値であり、総回転角の差の理
論値は上記(1)式の計算により得られる値である。な
お、表1には研磨布23に樹脂シート(Suba80
0)、研磨液に砥粒CeO2 を1重量%混入した溶液を
用い、面圧300g/cm2 で45秒間ポリッシングし
た結果が示されている。
In Table 1, the actual value of the difference in total rotation angle is the value measured from the movement of the flag 31, and the theoretical value of the difference in total rotation angle is the value obtained by the calculation of the above equation (1). . In addition, in Table 1, the polishing cloth 23 is coated with a resin sheet (Suba80).
0) shows the result of polishing for 45 seconds at a surface pressure of 300 g / cm 2 using a solution in which 1% by weight of abrasive grains CeO 2 was mixed in the polishing liquid.

【0036】図10は上記実験に用いたトップリングの
構造を示す図で、同図(a)はトップリングA、同図
(b)はトップリングB、同図(c)はトップリングC
をそれぞれ示す。トップリングAはトップリング3をア
ルミナ系セラミック材、外れ止めリング5を塩化ビニー
ル系樹脂材でそれぞれ製作し、トップリング3に真空孔
3cを53個設け、更に下面をラップ仕上げで鏡面に仕
上げている。トップリングBはトップリング本体下部3
−2をアルミナ系セラミック材で、外れ止めリング5を
塩化ビニール系樹脂材でそれぞれ製作し、トップリング
3に真空孔3−2aを233個設け、更に下面をラップ
仕上げで鏡面に仕上げている。また、トップリングCは
トップリング本体下部3−2′の3−2′a部分に平均
細孔径85μmのアルミナ系ポーラスセラミック材を用
いている。実験結果に示される通り、トップリングAで
はほぼ期待した遊星運動が得られているが、トップリン
グBでは多数の真空孔があるために、また、トップリン
グCではトップリング下面がポーラスであるために、十
分な平滑度が得られず、期待した遊星運動が得られず、
特異点が発生した。
FIG. 10 is a view showing the structure of the top ring used in the above experiment. FIG. 10 (a) shows a top ring A, FIG. 10 (b) shows a top ring B, and FIG. 10 (c) shows a top ring C.
Are shown respectively. For the top ring A, the top ring 3 is made of an alumina ceramic material and the retaining ring 5 is made of a vinyl chloride resin material. The top ring 3 is provided with 53 vacuum holes 3c, and the bottom surface is lapped to a mirror surface. There is. Top ring B is the bottom of the top ring body 3
-2 is made of an alumina ceramic material and the retaining ring 5 is made of a vinyl chloride resin material, 233 vacuum holes 3-2a are provided in the top ring 3, and the lower surface is finished to a mirror surface by lapping. The top ring C uses an alumina-based porous ceramic material having an average pore diameter of 85 μm in the 3-2′a portion of the lower portion 3-2 ′ of the top ring body. As shown in the experimental results, almost expected planetary motion is obtained in the top ring A, but the top ring B has many vacuum holes, and the top ring C has a porous lower surface. In addition, sufficient smoothness could not be obtained, the expected planetary motion could not be obtained,
A singular point has occurred.

【0037】また、上記の実験では外れ止めリングを、
半導体ウエハ6との間の摩擦係数が大きい塩化ビニール
系樹脂で製作したが、樹脂系で同等な硬度(ロックウエ
ル硬度でHRB50〜150)を持つ材質、たとえば、
ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン
樹脂)、PC樹脂(ポリカーボネート)、ポリエチレン
樹脂等で製作することも可能である。外れ止めリング5
の内径は半導体ウエハ6の外径に対して0.5〜3.0
mm大きくすることにより良好な結果が得られた。さら
に、外れ止めリングを金属製の芯材とこの芯材を覆う樹
脂材で製作することもできる。この場合には、樹脂材で
半導体ウエハとの間の大きな摩擦係数を確保し、芯材で
剛性を確保することができる。
In the above experiment, the retaining ring is
Although it is made of vinyl chloride resin having a large friction coefficient with the semiconductor wafer 6, a material having the same hardness (HRB50 to 150 in Rockwell hardness) as the resin, for example,
It is also possible to manufacture it from ABS resin (acrylonitrile / butadiene / styrene resin), PC resin (polycarbonate), polyethylene resin or the like. Retaining ring 5
Has an inner diameter of 0.5 to 3.0 relative to the outer diameter of the semiconductor wafer 6.
Good results were obtained by increasing the size by mm. Further, the retaining ring can be made of a metal core material and a resin material covering the core material. In this case, the resin material can secure a large friction coefficient with the semiconductor wafer, and the core material can secure the rigidity.

【0038】表1に示すように、半導体ウエハ6をトッ
プリング下面に真空吸着しない場合、半導体ウエハ6は
外れ止めリング5内で遊星運動をしていることが確認で
きる。このように半導体ウエハ6が外れ止めリング5内
で遊星運動した場合、研磨面に特異点が表れていない。
そして、トップリング3と半導体ウエハ6の総回転角の
差が360゜以上の場合に特に良好な結果が得られてい
る。
As shown in Table 1, when the semiconductor wafer 6 is not vacuum-adsorbed on the lower surface of the top ring, it can be confirmed that the semiconductor wafer 6 makes a planetary motion in the retaining ring 5. In this way, when the semiconductor wafer 6 makes a planetary motion in the retaining ring 5, no singular point appears on the polished surface.
Particularly good results are obtained when the difference between the total rotation angles of the top ring 3 and the semiconductor wafer 6 is 360 ° or more.

【0039】半導体ウエハ6が外れ止めリング5内で遊
星運動した場合、研磨面に特異点が表れない原因につい
て検討する。特異点が発生する原因は、図6に示すよう
にトップリング3の下面に付着したダストSが半導体ウ
エハ6との間に介在し、半導体ウエハ6を押し上げ半導
体ウエハ6の表面に凸部が発生するため、該凸部が研磨
に際してターンテーブル20上の研磨布23との摩擦に
より過研磨となる。
The reason why no singular point appears on the polished surface when the semiconductor wafer 6 makes a planetary motion in the retaining ring 5 will be examined. The cause of the singularity is that the dust S attached to the lower surface of the top ring 3 is interposed between the semiconductor wafer 6 and the semiconductor wafer 6 as shown in FIG. Therefore, the convex portion is over-polished due to friction with the polishing cloth 23 on the turntable 20 during polishing.

【0040】即ち、半導体ウエハ6の表面に形成された
絶縁膜が図8(図7のAーA′線断面図)に示すように
凸部となった部分の中央部程多く削り取られる。その結
果、凸部の中心では残留膜量は0であり、中心から離れ
るほど残留膜量が多くなっており、図7に示すように等
高線状の模様となって半導体ウエハ6の表面に特異点6
a,6aとして表れる。これは半導体ウエハ6がトップ
リング3に固定されているため、ダストSによる応力が
局部的に集中するからである。しかしながら本実施例で
は、半導体ウエハ6が上記のように外れ止めリング5内
で遊星運動しているから、ダストの影響を受けて過研磨
になる凸部が半導体ウエハ6の一点にとどまることなく
常に移動するので、ダストによる影響が半導体ウエハの
全面に亘って平均化され、特異点が発生しなくなる。従
ってポリッシング対象物の研磨面が高精度に平坦且つ鏡
面化される。
That is, the insulating film formed on the surface of the semiconductor wafer 6 is shaved off more in the central portion of the convex portion as shown in FIG. 8 (a sectional view taken along the line AA 'in FIG. 7). As a result, the residual film amount is 0 at the center of the convex portion, and the residual film amount increases as the distance from the center increases, resulting in a contour line pattern as shown in FIG. 7 and a singular point on the surface of the semiconductor wafer 6. 6
Appears as a, 6a. This is because the semiconductor wafer 6 is fixed to the top ring 3 and the stress due to the dust S is locally concentrated. However, in this embodiment, since the semiconductor wafer 6 makes a planetary motion in the retaining ring 5 as described above, the convex portion which is over-polished due to the influence of dust is not limited to one point of the semiconductor wafer 6 and is always present. Since it moves, the influence of dust is averaged over the entire surface of the semiconductor wafer, and no singular point occurs. Therefore, the polishing surface of the object to be polished is highly accurately flat and mirror-finished.

【0041】また、別の実施例として、本発明のポリッ
シング装置及び方法を用いて、パターニングされた後に
表面に導電膜としてアルミニウムを蒸着した半導体ウエ
ハのポリッシングを行った。対象としたウエハは直径6
インチで、シリコン基板上に酸化シリコンの絶縁層を形
成し、絶縁層の一部をエッチングにより取り除いて、パ
ターンを形成する溝を設け、その溝に充填し且つ絶縁層
をおおうようにアルミニウムを蒸着したものである。ポ
リッシングした結果、このウエハに於ても、ダストによ
る特異点の発生を防ぐことが出来た。
As another example, the polishing apparatus and method of the present invention were used to polish a semiconductor wafer on which aluminum was deposited as a conductive film on the surface after patterning. Target wafer has a diameter of 6
Inch, form an insulating layer of silicon oxide on a silicon substrate, remove a part of the insulating layer by etching, provide a groove to form a pattern, and evaporate aluminum so as to fill the groove and cover the insulating layer. It was done. As a result of polishing, it was possible to prevent the occurrence of singular points due to dust on this wafer as well.

【0042】なお、上記実施例ではポリッシング部のト
ップリング3の下面に半導体ウエハ6を真空吸着できる
ように真空吸着機構を設けているが、本発明のポリッシ
ング装置のポリッシング部はこれに限定されるものでは
なく、例えば図11に示すように真空吸着機構を有しな
いもの、即ち半導体ウエハ6をトップリング3下面に吸
着できない構造のものであってもよい。要はトップリン
グがポリッシングに際して、ポリッシング対象物を外れ
止めリング内で遊星運動させる構造であればどのような
ものであってもよい。
Although the vacuum suction mechanism is provided on the lower surface of the top ring 3 of the polishing section so that the semiconductor wafer 6 can be vacuum-sucked in the above embodiment, the polishing section of the polishing apparatus of the present invention is not limited to this. Instead of the one shown in FIG. 11, it may be one having no vacuum suction mechanism, that is, one having a structure in which the semiconductor wafer 6 cannot be sucked onto the lower surface of the top ring 3. In short, any structure may be used as long as the top ring has a structure in which the object to be polished makes a planetary motion in the retaining ring during polishing.

【0043】また、上記実施例では半導体ウエハを平坦
且つ鏡面に研磨するポリッシング装置及び方法を例に説
明したが、本発明のポリッシング装置及び方法で研磨さ
れるポリッシング対象物は半導体ウエハに限定されるも
のではない。さらに、上記実施例では、1個のトップリ
ングで1個の半導体ウエハを研磨する場合について説明
したが、テンプレート状のトップリングに複数の半導体
ウエハ用の孔を形成し、複数の半導体ウエハを同時に研
磨するようにしてもよい。また、上記実施例では、トッ
プリングに別体の外れ止めリングを固定する例を説明し
たが、トップリングに一体に外れ止めリングを形成して
もよい。
In the above embodiment, the polishing apparatus and method for polishing the semiconductor wafer to be flat and mirror-finished has been described as an example, but the polishing object to be polished by the polishing apparatus and method of the present invention is limited to the semiconductor wafer. Not a thing. Further, in the above embodiment, the case where one semiconductor wafer is polished with one top ring has been described, but holes for a plurality of semiconductor wafers are formed in the template-like top ring, and a plurality of semiconductor wafers are simultaneously formed. It may be polished. Further, in the above-described embodiment, the example in which the separate retaining ring is fixed to the top ring has been described, but the retaining ring may be formed integrally with the top ring.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ポ
リッシング対象物をトップリングの下面に固定しないこ
とにより、研磨時にポリッシング対象物がトップリング
と一体で運動をせず、外れ止めリング内で一種の遊星運
動を行うので、トップリングとポリッシング対象物との
間に入ったダストがあったとしても、ダストの影響を受
けて過研磨になる部分が常に移動するので、ポリッシン
グ対象物の研磨面に特異点の発生がなく、ポリッシング
対象物を高精度に平坦かつ鏡面化できる。
As described above, according to the present invention, the object to be polished is not fixed to the lower surface of the top ring, so that the object to be polished does not move integrally with the top ring during polishing, and the inside of the retaining ring is prevented. Since a kind of planetary motion is performed in the above, even if there is dust that entered between the top ring and the polishing object, the portion that is over-polished due to the influence of dust always moves, so polishing the polishing object There is no singular point on the surface, and the polishing object can be made flat and mirror-finished with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のポリッシング装置のポリッシング部を
示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a polishing section of a polishing apparatus of the present invention.

【図2】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の
平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a polishing section of the polishing apparatus of the present invention.

【図3】本発明のポリッシング装置の全体構成を示す縦
断面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the overall configuration of the polishing apparatus of the present invention.

【図4】本発明のポリッシング装置の外れ止めリングと
ポリッシング対象物の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a retaining ring and a polishing object of the polishing apparatus of the present invention.

【図5】ポリッシング対象物の回転理論を説明するため
の図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a theory of rotation of a polishing object.

【図6】ポリッシング対象物の研磨面に特異点が発生す
る原因を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a cause of occurrence of a singular point on a polishing surface of a polishing object.

【図7】ポリッシング対象物の研磨面に発生した特異点
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing singular points generated on a polished surface of a polishing object.

【図8】特異点の残留膜量の状態を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a state of a residual film amount at a singular point.

【図9】ポリッシング対象物に遊星運動を確認するため
の実験例を説明するための図で、図9(a)は旗を付け
たポリッシング対象物の側面図、図9(b)はその平面
図、図9(c)はポリッシング対象物をトップリングと
ターンテーブルの間にセットした状態を示す図である。
9A and 9B are views for explaining an experimental example for confirming planetary motion on a polishing target object, FIG. 9A is a side view of the polishing target object with a flag, and FIG. 9B is a plan view thereof. FIG. 9C is a diagram showing a state in which the polishing object is set between the top ring and the turntable.

【図10】図10(a),(b),(c)はそれぞれ実
験に用いたトップリングの構造を示す図である。
10 (a), (b), and (c) are diagrams showing a structure of a top ring used in an experiment.

【図11】本発明のポリッシング装置のポリッシング部
の他の実施例を示す縦断面図である。
FIG. 11 is a vertical sectional view showing another embodiment of the polishing portion of the polishing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トップリング駆動軸 2 球ベアリング 3 トップリング 4 トップリングホルダー 5 外れ止めリング 6 ポリッシング対象物 7,8 トルク伝達ピン 9,11 チューブ継手 10 真空ライン用チューブ 12 トップリングシリンダ 17 研磨砥液ノズル 20 ターンテーブル 21 軸 22 ターンテーブルリング 23 研磨布 1 Top Ring Drive Shaft 2 Ball Bearing 3 Top Ring 4 Top Ring Holder 5 Detachable Ring 6 Polishing Target 7,8 Torque Transmission Pin 9,11 Tube Joint 10 Vacuum Line Tube 12 Top Ring Cylinder 17 Polishing Abrasive Nozzle 20 Turn Table 21 axis 22 turntable ring 23 polishing cloth

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 利一郎 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 矢野 博之 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 小寺 雅子 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 重田 厚 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 石井 遊 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 木村 憲雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 広瀬 政義 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 池田 幸雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Riichiro Aoki 72 Horikawa-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Horikawa-cho factory (72) Hiroyuki Yano 72, Horikawa-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated in Toshiba Horikawa-cho Plant (72) Inventor Masako Kodera 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Stock Company Incorporated Toshiba Horikawa-cho Plant (72) Inventor Atsushi Shigeta 72 Horikawa-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Company Toshiba Horikawa-cho factory (72) Inventor Yu Ishii 11-11 Haneda-Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Inside EBARA CORPORATION (72) Inventor Norio Kimura 11-11 Haneda-Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo EBARA MFG. (72) Inventor Masayoshi Hirose 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Ebara Mfg. Co., Ltd. (72) Inventor Yukio Ikeda 11 Asahi-machi, Ota-ku, Tokyo The No. 1 Ebara Corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上面に研磨布を張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該ポリッ
シング対象物の表面を研磨し平坦化するポリッシング装
置において、 前記ターンテーブルを回転駆動するターンテーブル駆動
装置と、前記トップリングを回転駆動するトップリング
駆動装置と、前記トップリングの下面に設けられたポリ
ッシング対象物の外れ止めリングとを備え、ポリッシン
グ対象物に接触する前記トップリング下面を平滑に形成
するとともに前記外れ止めリングの内径をポリッシング
対象物の外径より大きく形成し、前記ターンテーブルの
回転によってポリッシング対象物の外周面が前記外れ止
めリングの内周面に接触し、前記トップリングの回転に
よって前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回転
力を付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせる
ことを特徴とするポリッシング装置。
1. A turntable having an upper surface covered with a polishing cloth and a top ring, wherein a polishing object is interposed between the turntable and the top ring to polish and flatten the surface of the polishing object. A polishing apparatus comprising: a turntable driving device that rotationally drives the turntable; a top ring driving device that rotationally drives the top ring; and a retaining ring for a polishing object provided on a lower surface of the top ring. , The bottom surface of the top ring that contacts the polishing object is formed smooth, and the inside diameter of the retaining ring is formed larger than the outside diameter of the polishing object, and the outer peripheral surface of the polishing object is disengaged by the rotation of the turntable. It comes into contact with the inner surface of the stop ring, and Wherein the latch ring polishing apparatus, characterized in that to the planetary motion to said polishing object by applying a rotational force to the polishing object.
【請求項2】 前記外れ止めリングは樹脂材からなるこ
とを特徴とする請求項1記載のポリッシング装置。
2. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the retaining ring is made of a resin material.
【請求項3】 前記トップリングに、その先端がトップ
リング下面に開口しかつ真空源に連通する複数の吸引口
を設け、該トップリングにポリッシング対象物を真空吸
着できるようにしたことを特徴とする請求項1記載のポ
リッシング装置。
3. The top ring is provided with a plurality of suction ports, each of which has a tip opening on a lower surface of the top ring and communicates with a vacuum source, and the top ring is capable of vacuum-adsorbing an object to be polished. The polishing device according to claim 1.
【請求項4】 前記外れ止めリングの内径とポリッシン
グ対象物の外径との差は0.5乃至3mmであることを特
徴とする請求項1記載のポリッシング装置。
4. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the difference between the inner diameter of the retaining ring and the outer diameter of the object to be polished is 0.5 to 3 mm.
【請求項5】 前記ポリッシング対象物は半導体ウエハ
からなり、該半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜を
研磨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。
5. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the polishing object is a semiconductor wafer, and an insulating film formed on the surface of the semiconductor wafer is polished.
【請求項6】 前記ポリッシング対象物は半導体ウエハ
からなり、該半導体ウエハの表面に形成された導電膜を
研磨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。
6. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the polishing object is a semiconductor wafer, and a conductive film formed on the surface of the semiconductor wafer is polished.
【請求項7】 上面に研磨布を張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該ポリッ
シング対象物の表面を研磨し平坦化するポリッシング方
法において、 前記ターンテーブルを回転させる工程と、ポリッシング
対象物を前記トップリングを介して前記研磨布に押しつ
ける工程と、前記トップリングを回転させる工程と、前
記ターンテーブルの回転によってポリッシング対象物の
外周面が前記トップリングの下面に設けられポリッシン
グ対象物との間に所定量の間隙を形成した外れ止めリン
グの内周面に接触し、前記外れ止めリングの回転によっ
て前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回転力を
付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせる工程
を含むことを特徴とするポリッシング方法。
7. A turntable having an upper surface covered with a polishing cloth and a top ring, wherein a polishing object is interposed between the turntable and the top ring to polish and flatten the surface of the polishing object. In the polishing method, the step of rotating the turntable, the step of pressing the polishing object against the polishing cloth via the top ring, the step of rotating the top ring, and the polishing object by the rotation of the turntable. The outer peripheral surface of the top ring contacts the inner peripheral surface of the retaining ring which is provided on the lower surface of the top ring and forms a predetermined gap with the object to be polished, and the retaining ring is rotated to rotate the retaining ring. A step of imparting a rotational force to the object to cause the polishing object to make a planetary motion. Polishing method, characterized in that.
【請求項8】 ポリッシング対象物の外径をD(m
m)、前記外れ止めリングの内径とポリッシング対象物
の外径との差をd(mm)、トップリングの回転数をr
(rpm)、研磨時間をt(sec)とした場合に、
(d/D)・r・t≧60となるように回転数rと研磨
時間tとを選定することを特徴とする請求項7記載のポ
リッシング方法。
8. The outer diameter of the polishing object is D (m
m), the difference between the inner diameter of the retaining ring and the outer diameter of the object to be polished is d (mm), and the rotation speed of the top ring is r.
(Rpm) and polishing time is t (sec),
8. The polishing method according to claim 7, wherein the rotation speed r and the polishing time t are selected so that (d / D) .r.t ≧ 60.
【請求項9】 前記トップリング下面にポリッシング対
象物を真空吸着して前記研磨布上のポリッシング位置に
搬入する工程と、ポリッシング工程中にポリッシング対
象物が自由に運動できるように前記真空吸着を解除する
工程とを更に含むことを特徴とする請求項7記載のポリ
ッシング方法。
9. A step of vacuum-adsorbing an object to be polished onto the lower surface of the top ring to carry it into a polishing position on the polishing cloth, and releasing the vacuum adsorption so that the object to be polished can freely move during the polishing step. The polishing method according to claim 7, further comprising:
【請求項10】 ポリッシング終了後、前記トップリン
グ下面にポリッシング対象物を真空吸着して前記研磨布
上から搬出する工程を更に含むことを特徴とする請求項
9記載のポリッシング方法。
10. The polishing method according to claim 9, further comprising a step of vacuum-adsorbing an object to be polished onto the lower surface of the top ring and carrying it out from the polishing cloth after the polishing is completed.
【請求項11】 前記ポリッシング対象物は半導体ウエ
ハからなり、該半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜
を研磨することを特徴とする請求項7記載のポリッシン
グ方法。
11. The polishing method according to claim 7, wherein the polishing object is a semiconductor wafer, and an insulating film formed on the surface of the semiconductor wafer is polished.
【請求項12】 前記ポリッシング対象物は半導体ウエ
ハからなり、該半導体ウエハの表面に形成された導電膜
を研磨することを特徴とする請求項7記載のポリッシン
グ方法。
12. The polishing method according to claim 7, wherein the polishing object is a semiconductor wafer, and the conductive film formed on the surface of the semiconductor wafer is polished.
JP32126093A 1992-11-27 1993-11-26 Polishing device and method Pending JPH071328A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006502576A (en) * 2002-10-02 2006-01-19 エンジンガー クンストストッフテクノロジー ゲゼルシャフト ビュルガリッヒェン レヒツ Retaining ring for holding semiconductor wafers in chemical mechanical polishing equipment
JP2009255289A (en) * 1997-07-11 2009-11-05 Applied Materials Inc Carrier head for chemical mechanical polishing system having flexible membrane

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