JPH10286768A - Polishing device - Google Patents
Polishing deviceInfo
- Publication number
- JPH10286768A JPH10286768A JP10525297A JP10525297A JPH10286768A JP H10286768 A JPH10286768 A JP H10286768A JP 10525297 A JP10525297 A JP 10525297A JP 10525297 A JP10525297 A JP 10525297A JP H10286768 A JPH10286768 A JP H10286768A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring
- polishing
- top ring
- pressing
- semiconductor wafer
- Prior art date
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- Granted
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ等のポ
リッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシ
ング装置に係り、特にポリッシング対象物の周縁部の研
磨量を制御する機構を具備したポリッシング装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus for polishing a polishing object such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like manner, and more particularly to a polishing apparatus having a mechanism for controlling a polishing amount of a peripheral portion of the polishing object. .
【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。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 having a line width of 0.5 μm or less, the allowable depth of focus becomes shallow, so that the image plane of the stepper needs to be flat. Therefore, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor wafer. As one of the planarization methods, polishing by a polishing apparatus is performed.
【０００３】従来、この種のポリッシング装置は、ター
ンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一
定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとト
ップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、
砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且
つ鏡面に研磨している。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 to be polished is polished flat and mirror-finished while supplying a polishing liquid.
【０００４】上述したポリッシング装置において、研磨
中のポリッシング対象物と研磨布との間の相対的な押圧
力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、
各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしま
う。よって、従来のポリッシング装置においては、上記
の押圧力の不均一を避けるための手段として、 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、 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、 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 above-described polishing apparatus, 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,
Under-polishing or over-polishing occurs depending on the pressing force of each part. Therefore, in the conventional polishing apparatus, as means for avoiding the above-mentioned uneven pressing force, an elastic mat such as polyurethane, which has elasticity, is attached to the semiconductor wafer holding surface of the top ring, and the object to be polished is held. Part, that is, the top ring can be tilted with respect to the surface of the polishing cloth, by pressing the peripheral part of the polishing part of the polishing cloth independently of the top ring and the object to be polished,
Prevention of a step between the polishing area of the polishing cloth and the periphery thereof is performed.
【０００５】図４は従来のポリッシング装置の一例の主
要部を示す図である。ポリッシング装置は、上面に研磨
布４２を貼った回転するターンテーブル４１と、回転お
よび押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ
４３を保持するトップリング４５と、研磨布４２に砥液
Ｑを供給する砥液供給ノズル４８を備えている。トップ
リング４５はトップリングシャフト４９に連結されてお
り、またトップリング４５はその下面にポリウレタン等
の弾性マット４７を備えており、弾性マット４７に接触
させて半導体ウエハ４３を保持する。さらにトップリン
グ４５は、研磨中に半導体ウエハ４３がトップリング４
５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 Q to the polishing cloth 42, a rotating turntable 41 having a polishing cloth 42 affixed to an upper surface thereof, a top ring 45 for holding a semiconductor wafer 43 to be polished, which can be rotated and pressed. 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 is provided with an elastic mat 47 made of polyurethane or the like on its lower surface, and contacts the elastic mat 47 to hold the semiconductor wafer 43. Further, the top ring 45 holds the semiconductor wafer 43 during polishing.
A cylindrical guide ring 46 </ b> A is provided on the outer peripheral edge so as not to come off from the lower surface of 5. Here, the guide ring 46A is fixed to the top ring 45, and its lower end surface is formed so as to protrude from the holding surface of the top ring 45, and the semiconductor wafer 43 to be polished is held in the holding surface. During the polishing, the frictional force with the polishing cloth 42 prevents the top ring from jumping out of the top ring.
【０００６】半導体ウエハ４３をトップリング４５の下
面の弾性マット４７の下部に保持し、ターンテーブル４
１上の研磨布４２に半導体ウエハ４３をトップリング４
５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、アリ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 under the elastic mat 47 on the lower surface of the top ring 45 and the turntable 4
A semiconductor wafer 43 on the polishing cloth 42 on the top ring 4
5, and the turntable 41 and the top ring 45 are rotated so that the polishing pad 42 and the semiconductor wafer 43 are moved relative to each other for polishing. At this time, the polishing liquid Q is supplied from the polishing liquid supply nozzle 48 onto the polishing pad 42. As the polishing liquid, for example, a polishing liquid in which abrasive grains composed of fine particles are suspended in an alkaline solution 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.
【０００７】図５は、図４に示すポリッシング装置によ
る研磨時の半導体ウエハと研磨布と弾性マットの状態を
示す拡大断面図である。図５に示すように、ポリッシン
グ対象物のみが研磨布を押圧する構造になっている場合
には、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３の周
縁は、研磨布４２との接触／非接触の境界であると同時
に、弾性マット４７との接触／非接触との境界になって
いる。このため、これらの境界であるポリッシング対象
物の周縁において、ポリッシング対象物に加わる研磨圧
力が不均一になり、ポリッシング対象物の周縁のみが多
く研磨され、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまうとい
う欠点があった。FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the state of the semiconductor wafer, the polishing pad, and the elastic mat during polishing by the polishing apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 5, in a case where only the polishing target presses the polishing cloth, the periphery of the semiconductor wafer 43 which is the polishing target is a boundary between contact and non-contact with the polishing cloth 42. At the same time, it is a boundary between contact and non-contact with the elastic mat 47. Therefore, the polishing pressure applied to the object to be polished is non-uniform at the periphery of the object to be polished, which is a boundary between them, so that only the periphery of the object to be polished is polished a lot, causing so-called “edge dripping”. was there.
【０００８】上述した半導体ウエハの縁だれを防止する
ため、本件出願人は、先に特願平７−２８７９７６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 above-mentioned edge sagging of the semiconductor wafer, the present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Application No. 7-287976 a polishing apparatus having a structure for pressing a polishing cloth located on the outer peripheral side of the semiconductor wafer. Has been proposed.
【０００９】図６は、特願平７−２８７９７６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。ガイドリング４６はキー
５８を介してトップリング４５に連結されており、ガイ
ドリング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、ガイドリング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
てガイドリング用エアシリンダ６２に連結されている。
ガイド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。ガイドリング用エアシリンダ６
２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及びガイドリング用エア
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. 7-287976.
The top ring 45 is connected to a top ring shaft 66 via a ball 65. The guide ring 46 is connected to the top ring 45 via a key 58. The guide ring 46 is vertically movable with respect to the top ring 45 and is rotatable integrally with the top ring 45. The guide ring 46 is connected to a guide ring air cylinder 62 via a bearing holder 60 holding a bearing 59 and a shaft 61.
The guide ring air cylinder 62 is fixed to the top ring head 59. Air cylinder for guide ring 6
A plurality (for example, three) 2 are arranged on the circumference. The top ring air cylinder 60 and the guide ring air cylinder 62 are connected to a compressed air source 64 via regulators R1 and R2, respectively.
【００１０】前記レギュレータＲ１によってトップリン
グ用エアシリンダ６０へ供給する空気圧を調整すること
によりトップリング４５が半導体ウエハ４３をターンテ
ーブル４１上の研磨布４２に押圧する押圧力を調整する
ことができ、レギュレータＲ２によってガイドリング用
エアシリンダ６２へ供給する空気圧を調整することによ
りガイドリング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
るガイド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
の外側にあるガイドリング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 of the top ring 45 for pressing the semiconductor wafer 43 against the polishing cloth 42 on the turntable 41 can be adjusted. By adjusting the air pressure supplied to the guide ring air cylinder 62 by the regulator R2, the pressing force with which the guide ring 46 presses the polishing pad 42 can be adjusted. By appropriately adjusting the pressing force of the guide 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 from the outer peripheral portion of the guide ring 46 outside the semiconductor wafer becomes continuous. And become uniform. Therefore, it is possible to prevent the amount of polishing at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 43 from being excessive or insufficient.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本件出願人が先に特願
平７−２８７９７６号において提案したポリッシング装
置では、トップリング４５とガイドリング４６とは一体
に回転するようになっている。そのため、トップリング
４５の下端面に保持された半導体ウエハ４３とガイドリ
ング４６との間での相対回転はなく、半導体ウエハ４３
の周縁部とガイドリング４６の内周部とは常に同一部位
同士が対面した状態で研磨が行われていた。In the polishing apparatus proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 7-287976, the top ring 45 and the guide ring 46 rotate integrally. Therefore, there is no relative rotation between the semiconductor wafer 43 held on the lower end surface of the top ring 45 and the guide ring 46, and the semiconductor wafer 43
And the inner periphery of the guide ring 46 are always polished with the same portions facing each other.
【００１２】しかしながら、ガイドリングの押圧面は、
微視的には平坦とは言い難く、わずかながらうねりが存
在する。この押圧面のうねりのために、研磨布の変形量
に微小な差異が生じ、半導体ウエハの周縁部近傍の研磨
布が均一に変形されず、これが半導体ウエハの周縁部の
研磨量に影響し、半導体ウエハの周縁部全周が均一に研
磨されないという問題点があった。またガイドリングの
上下方向の板厚が全周に亘って均一でないことも、半導
体ウエハの周縁部全周が均一に研磨されない要因となっ
ていた。However, the pressing surface of the guide ring
Microscopically, it is hard to say that it is flat, and there is a slight undulation. Due to the undulation of the pressing surface, a minute difference occurs in the amount of deformation of the polishing cloth, and the polishing cloth in the vicinity of the peripheral portion of the semiconductor wafer is not uniformly deformed, which affects the polishing amount of the peripheral portion of the semiconductor wafer, There has been a problem that the entire periphery of the semiconductor wafer is not uniformly polished. In addition, the thickness of the guide ring in the vertical direction is not uniform over the entire circumference, which is a factor that the entire circumference of the peripheral portion of the semiconductor wafer is not uniformly polished.
【００１３】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の周縁部にお
ける研磨量を全周に亘って均一にす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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a polishing apparatus capable of making a polishing amount at a peripheral portion of a polishing object such as a semiconductor wafer uniform over the entire circumference. I do.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため本発明のポリッシング装置は、上面に研磨布を貼っ
たターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターン
テーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を
介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシ
ング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング
装置において、前記ポリッシング対象物を収容する凹部
を有したトップリングの周囲に押圧リングを上下動自在
に配置し、前記押圧リングを研磨布に対して可変の押圧
力で押圧する押圧手段を設け、前記トップリングと前記
押圧リングとを相対回転可能に構成したことを特徴とす
るものである。In order to achieve the above-mentioned object, a polishing apparatus according to the present invention has a turntable and a top ring each having an abrasive cloth attached to an upper surface thereof, and a gap between the turntable and the top ring. In a polishing apparatus for polishing a polishing object by pressing it with a predetermined force with a polishing object interposed, a flat and mirror-finished polishing apparatus, wherein a pressing ring is provided around a top ring having a concave portion for accommodating the polishing object. Are disposed so as to be movable up and down, and a pressing means for pressing the pressing ring with a variable pressing force against the polishing pad is provided, and the top ring and the pressing ring are configured to be relatively rotatable. It is.
【００１５】本発明によれば、トップリングと押圧リン
グとが相対回転可能に構成されているため、研磨中にト
ップリングの下端面に保持されたポリッシング対象物と
押圧リングとの間で相対移動を生ずる。そのため、ポリ
ッシング対象物の周縁部と押圧リングの内周部とは常に
異なった部位同士が対面した状態で研磨が行われてい
る。したがって、押圧リングの押圧面にうねりがあった
り、また押圧リングの上下方向の板厚が全周に亘って均
一でないことに起因してポリッシング対象物の周縁部近
傍の研磨布が均一に変形されなかったとしても、ポリッ
シング対象物の押圧リングに対する回転によってポリッ
シング対象物の周縁部の研磨量が平準化され、ポリッシ
ング対象物の周縁部全周が均一に研磨される。According to the present invention, since the top ring and the pressing ring are configured to be relatively rotatable, the relative movement between the polishing object held on the lower end surface of the top ring and the pressing ring during polishing is performed. Is generated. For this reason, the polishing is performed in a state where different portions of the peripheral portion of the object to be polished and the inner peripheral portion of the pressing ring always face each other. Therefore, the pressing surface of the pressing ring has undulation, and the polishing cloth in the vicinity of the peripheral edge of the polishing target is uniformly deformed due to the vertical thickness of the pressing ring not being uniform over the entire circumference. Even if there is no polishing object, the amount of polishing of the peripheral edge of the polishing object is leveled by the rotation of the polishing object with respect to the pressing ring, and the entire periphery of the polishing object is uniformly polished.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリッシング
装置の一実施例を図１乃至図３を参照して説明する。図
１はポリッシング装置の全体構成を示す断面図であり、
図２はトップリング及び押圧リングの部分を示す拡大断
面図であり、図３は図２の要部拡大断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a polishing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing the overall configuration of the polishing apparatus.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a top ring and a pressing ring, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.
【００１７】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１
Ａ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, and the top ring 1 is a top ring main body 1.
A, and a retainer ring 1B detachably fixed to an outer peripheral portion of the top ring main body 1A by bolts 31. A concave portion 1a for accommodating the semiconductor wafer 4 is formed by the lower surface of the top ring main body 1A and the retainer ring 1B. I have. The upper surface of the semiconductor wafer 4 is held by the lower surface of the top ring main body 1A, and the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 4 is held by the retainer ring 1B. A press ring 3 is provided around the top ring main body 1A and the retainer ring 1B so as to be vertically movable. Further, between the pressing ring 3 and the top ring 1,
A leaf spring 17 having a substantially U-shaped cross section for suppressing excessive tilting of the top ring 1 is provided.
【００１８】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 adhered to the lower surface of the top ring 1. In addition, below the top ring 1,
A turntable 5 on which an abrasive cloth 6 is stuck is provided. A mounting flange 32 having a concave spherical surface 32a is fixed to the top ring main body 1A. A top ring shaft 8 is arranged above the top ring 1. At the lower end of the top ring shaft 8, a concave spherical surface 34a is provided.
Is fixed. A ball bearing 7 is interposed between the 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 1A has a number of communication holes 35 communicating with the space 33 and opening on the lower surface. The elastic mat 2 also has an opening at a position facing the communication hole 35. Thereby, the semiconductor wafer 4 (FIG. 1)
The upper surface of the semiconductor wafer 4 can be sucked by vacuum, and liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 4.
【００１９】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１
０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 a top ring air cylinder 1 fixed to a top ring head 9.
The top ring air cylinder 10 moves the top ring shaft 8 up and down, and presses the semiconductor wafer 4 held on the lower end surface of the top ring 1 against the turntable 5.
【００２０】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 its outer periphery. The timing pulley 12 is connected via a timing belt 13 to a timing pulley 15 provided on 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 rotate integrally via the timing pulley 15, the timing belt 13, and the timing pulley 12, and the top ring 1 rotates. The top ring head 9 is supported by a top ring head shaft 16 fixedly supported by a frame (not shown).
【００２１】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３
ａ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、第１押圧リング部材３ａは第２押圧リング部材３
ｂ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の下端面は、内周側のみが下方に突出して段差を
形成しており、内周側のみが研磨布６を押圧する押圧面
になっている。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、図３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。The pressing ring 3 provided around the top ring 1 is, as shown in FIGS. 2 and 3, a first pressing ring member 3 made of alumina ceramic at a lowermost position.
a, second and third pressing ring members 3b and 3c made of stainless steel above the first pressing ring member 3a, and a fourth pressing ring member 3d made of stainless steel at the uppermost position. I have. The second to fourth pressing ring members 3b to 3d are mutually connected by bolts 36, and the first pressing ring member 3a is
b is fixed by bonding or the like. Only the inner peripheral side of the lower end surface of the first pressing ring member 3a protrudes downward to form a step, and only the inner peripheral side is a pressing surface for pressing the polishing pad 6. The upper end of the press ring 3 is connected to a press ring air cylinder 22. The press ring air cylinder 22 is fixed to the top ring head 9.
A plurality (for example, three) of the pressure ring air cylinders 22 are arranged on the circumference. The retainer ring 1B is made of a metal such as stainless steel, and has a resin coating 18 on the inner and outer peripheral surfaces and the lower end surface of its lower portion as shown by the thick line in FIG. The resin coating 18 is PEEK
(Polyetherketone), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, and the like are preferable.
Submicron is appropriate.
【００２２】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Ｒ
１，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。The air cylinder 10 for the top ring and the air cylinder 22 for the pressing ring are each provided with a regulator R
1 and R2, it is connected to the compressed air source 24. The pressure of the top ring 1 pressing the semiconductor wafer 4 against the polishing pad 6 can be adjusted by adjusting the air pressure supplied to the top ring air cylinder 10 by the regulator R1, and the pressure ring air can be adjusted by the regulator R2. By adjusting the air pressure supplied to the cylinder 22, the pressing force of the pressing ring 3 pressing the polishing pad 6 can be adjusted.
【００２３】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 this 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. Therefore, the top ring 1 rotates around the axis of the top ring shaft 8 during polishing, but the pressing ring 3 is configured not to rotate with respect to its own axis. for that reason,
Since the rotational force of the top ring 1 is not transmitted to the pressing ring 3, the rotational load of the top ring shaft 8 is reduced.
Further, since the pressing ring 3 can be directly operated by the air cylinder 22 for the pressing ring fixed to the top ring head 9, the device structure is simplified.
【００２４】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 provided above the turntable 5 so that the polishing liquid Q is supplied onto the polishing cloth 6 on the turntable 5 by the polishing liquid supply nozzle 25. ing.
【００２５】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 having the above structure, the semiconductor wafer 4 is held on the lower surface of the top ring 1, and the top ring 1 is pressed toward the turntable 5 by operating the top ring air cylinder 10 and is rotated. The semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the upper surface of the turntable 5. On the other hand, by flowing the polishing abrasive Q from the abrasive supply nozzle 25, the polishing abrasive Q is held on the polishing cloth 6, and the surface (lower surface) of the semiconductor wafer 4 to be polished and the polishing cloth 6
Polishing is performed in a state in which the polishing liquid Q is present.
【００２６】トップリング用エアシリンダ１０によるト
ップリング１の押圧力に応じて押圧リング用エアシリン
ダ２２による押圧リング３の研磨布６への押圧力を適宜
調整して半導体ウエハ４の研磨を行う。研磨中にレギュ
レータＲ１によってトップリング１が半導体ウエハ４を
ターンテーブル５上の研磨布６に押圧する押圧力Ｆ1を
変更でき、レギュレータＲ２によって押圧リング３が研
磨布６を押圧する押圧力Ｆ2 を変更できる（図１参
照）。したがって、研磨中に、押圧リング３が研磨布６
を押圧する押圧力Ｆ2 を、トップリング１が半導体ウエ
ハ４を研磨布６に押圧する押圧力Ｆ1に応じて変更する
ことができる。この押圧力Ｆ1に対する押圧力Ｆ2 を適
宜調整することにより、半導体ウエハ４の中心部から周
縁部、さらには半導体ウエハ４の外側にある押圧リング
３の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一にな
る。そのため、半導体ウエハ４の周縁部における研磨量
の過不足を防止することができる。The semiconductor wafer 4 is polished by appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring 3 against the polishing cloth 6 by the pressing ring air cylinder 22 in accordance with the pressing force of the top ring 1 by the top ring air cylinder 10. During polishing, the pressing force F 1 by which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6 on the turntable 5 can be changed by the regulator R 1, and the pressing force F 2 by which the pressing ring 3 presses the polishing cloth 6 by the regulator R 2. Can be changed (see FIG. 1). Therefore, during polishing, the pressing ring 3 is
The pressing force F 2 for pressing can be changed depending on the pressing force F 1 which the top ring 1 to press the semiconductor wafer 4 to the polishing cloth 6. By appropriately adjusting the pressing force F 2 with respect to the pressing force F 1 , the distribution of the polishing pressure from the central portion of the semiconductor wafer 4 to the peripheral portion and further to the outer peripheral portion of the pressing ring 3 outside the semiconductor wafer 4 becomes continuous. And become uniform. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount at the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 from being excessive or insufficient.
【００２７】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。When it is desired to intentionally increase or decrease the polishing amount at the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 from the inner side, the pressing force F 2 of the pressing ring is changed to the pressing force F 1 of the top ring.
, The amount of polishing of the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 can be intentionally increased or decreased.
【００２８】本実施例においては、半導体ウエハ４の研
磨中に、トップリング１は、トップリングシャフト８の
回転によって自身の軸線に対して回転する。しかしなが
ら、押圧リング３は、固定のトップリングヘッド９にエ
アシリンダ２２を介して連結されているため、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の下端面に保持された半導体ウエハ４と押圧リ
ング３との間で相対回転が生ずる。よって、半導体ウエ
ハ４の周縁部と押圧リング３の内周部とは常に異なった
部位同士が対面した状態で研磨が行われる。In this embodiment, during polishing of the semiconductor wafer 4, the top ring 1 rotates with respect to its own axis by the rotation of the top ring shaft 8. However, since the pressing ring 3 is connected to the fixed top ring head 9 via the air cylinder 22, the pressing ring 3 is configured not to rotate with respect to its own axis. Therefore, relative rotation occurs between the semiconductor wafer 4 held on the lower end surface of the top ring 1 and the pressing ring 3. Therefore, polishing is performed in a state where different portions of the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 and the inner peripheral portion of the pressing ring 3 always face each other.
【００２９】したがって、押圧リング３の押圧面に、う
ねりがあったり、また押圧リング３の上下方向の板厚が
全周に亘って均一でないことに起因して、半導体ウエハ
４の周縁部近傍の研磨布６が全周に亘って均一に変形さ
れなかったとしても、半導体ウエハ４の押圧リング３に
対する回転によって半導体ウエハ４の周縁部の研磨量が
平準化され、半導体ウエハ４の周縁部全周が均一に研磨
される。Accordingly, the pressing surface of the pressing ring 3 has undulations, and the thickness of the pressing ring 3 in the vertical direction is not uniform over the entire circumference. Even if the polishing cloth 6 is not uniformly deformed over the entire circumference, the amount of polishing of the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 is leveled by the rotation of the semiconductor wafer 4 with respect to the pressing ring 3, and the entire peripheral portion of the semiconductor wafer 4 is thus removed. Is uniformly polished.
【００３０】また本実施例によれば、リテーナリング１
Ｂ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１
８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。また、この樹脂コー
ティングを施すことにより、金属材料が磨耗することに
よって生じる金属汚染を防止することができる。According to the present embodiment, the retainer ring 1
B and the pressing ring 3 can be made of the most suitable material. The retainer ring 1B can be selected from a material having a relatively soft surface by means such as applying a resin coating 18 to the metal because the inner peripheral surface contacts the semiconductor wafer 4 and the lower end does not contact the polishing pad 6. . 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, the two remain in the resin coating 1B.
8, there is no contact between metals, and the relative motion (vertical motion and rotational motion) between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B is performed smoothly. Further, by applying this resin coating, metal contamination caused by wear of the metal material can be prevented.
【００３１】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（Ｓｉ
Ｃ）やジルコニア等のセラミックであってもよい。The first pressing ring 3a does not come into contact with the semiconductor wafer 4 and comes into contact with the polishing pad 6, so that the first pressing ring 3a is made of a material having high hardness, high wear resistance and low friction coefficient, such as alumina ceramic. can do. The pressure ring has low wear and low frictional resistance with the polishing cloth,
Further, it is desirable that the abrasion powder of the pressing ring does not adversely affect the semiconductor devices on the semiconductor wafer 4. Since the first pressing ring 3a does not directly contact the semiconductor wafer 4 as described above, there is no restriction from this surface.
Alumina ceramic, which is an optimal material that satisfies the above requirements, can be selected. In addition, as a material of the pressing ring, silicon carbide (Si
Ceramics such as C) and zirconia may be used.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明のポリッシン
グ装置によれば、押圧リングの押圧面にうねりがあった
り、また押圧リングの上下方向の板厚が全周に亘って均
一でないことに起因して、ポリッシング対象物の周縁部
近傍の研磨布が均一に変形されなかったとしても、ポリ
ッシング対象物の押圧リングに対する回転によってポリ
ッシング対象物の周縁部の研磨量が平準化され、ポリッ
シング対象物の周縁部全周が均一に研磨される。As described above, according to the polishing apparatus of the present invention, the pressing surface of the pressing ring has undulations, and the thickness of the pressing ring in the vertical direction is not uniform over the entire circumference. Then, even if the polishing cloth in the vicinity of the peripheral portion of the polishing object is not uniformly deformed, the polishing amount of the peripheral portion of the polishing object is leveled by rotation of the polishing object with respect to the pressing ring, and the polishing object is removed. The entire periphery is uniformly polished.
【００３３】また本発明によれば、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。According to the present invention, the portion of the pressing ring having the pressing surface in contact with the polishing pad is made of a material having a high wear resistance and a low coefficient of friction, such as ceramic. Therefore, it is possible to suppress abrasion when the pressing ring slides by pressing the polishing cloth, and to suppress heat generation during the sliding.
【００３４】さらに本発明によれば、リテーナリングの
少なくとも下部は樹脂コーティングが施されているた
め、ポリッシング対象物の外周部を柔らかな材料（樹脂
コーティング）で支持することができる。また押圧リン
グがリテーナリングに接触したとしても、両者が樹脂コ
ーティングを介して接触するため、金属同士の接触がな
く、押圧リングとリテーナリングの相対運動が円滑に行
われる。更に、樹脂コーティングにより、ポリッシング
対象物の金属汚染を防止することが出来る。Further, according to the present invention, at least the lower portion of the retainer ring is coated with a resin, so that the outer peripheral portion of the object to be polished can be supported by a soft material (resin coating). Even if the pressing ring comes into contact with the retainer ring, the two contact each other via the resin coating, so that there is no contact between the metals and the relative movement between the pressing ring and the retainer ring is performed smoothly. Furthermore, metal contamination of the object to be polished can be prevented by the resin coating.
【図１】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の全
体構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an embodiment of a polishing apparatus according to the present invention.
【図２】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の要
部構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a main part of one embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
【図３】図２の要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 2;
【図４】従来のポリッシング装置の概略構造を示す断面
図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a conventional polishing apparatus.
【図５】従来のポリッシング装置における半導体ウエハ
と研磨布と弾性マットとの状態を示す拡大断面図であ
る。FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a state of a semiconductor wafer, a polishing cloth and an elastic mat in a conventional polishing apparatus.
【図６】本件出願人が先に提案したポリッシング装置の
例の主要部を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a main part of an example of a polishing apparatus previously proposed by the present applicant.
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 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 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 Air for press ring Cylinder 24 Compressed air source 25 Abrasive liquid supply nozzle 32 Mounting flange 34 Drive shaft flange
Claims (7)
トップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリ
ングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力
で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨
し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、 前記ポリッシング対象物を収容する凹部を有したトップ
リングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記
押圧リングを研磨布に対して可変の押圧力で押圧する押
圧手段を設け、前記トップリングと前記押圧リングとを
相対回転可能に構成したことを特徴とするポリッシング
装置。1. A polishing apparatus comprising: a turntable having an abrasive cloth adhered to an upper surface thereof; and a top ring, wherein a polishing target is interposed between the turntable and the top ring and pressed with a predetermined force to thereby apply the polishing target. In a polishing apparatus for polishing and flattening an object, a pressing ring is vertically movable around a top ring having a recess for accommodating the object to be polished, and the pressing ring is variable with respect to the polishing cloth. And a pressing means for pressing the top ring and the pressing ring so as to be relatively rotatable.
て回転可能に構成され、前記押圧リングは、自身の軸線
に対して非回転に構成されてい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 device according to claim 1, wherein the top ring is configured to be rotatable about its own axis, and the pressing ring is configured to be non-rotatable about its own axis. Polishing equipment.
リンダからなることを特徴とする請求項１又は２に記載
のポリッシング装置。3. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the pressing means of the pressing ring comprises a hydraulic cylinder.
持するトップリングヘッドに固定されていることを特徴
とする請求項３記載のポリッシング装置。4. The polishing apparatus according to claim 3, wherein said hydraulic cylinder is fixed to a top ring head supporting a top ring.
る押圧面を有する部位がセラミック等の耐摩耗性材料か
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。5. The polishing apparatus according to claim 1, wherein a portion of the pressing ring having a pressing surface in contact with the polishing cloth is made of a wear-resistant material such as ceramic.
物の上面を保持するトップリング本体と、このトップリ
ング本体の外周部に着脱可能に配置されポリッシング対
象物の外周部を保持するリテーナリングとからなり、前
記ポリッシング対象物を収容する凹部は前記トップリン
グ本体の下面と前記リテーナリングの内周面とにより形
成されてい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 top ring includes a top ring main body that holds an upper surface of an object to be polished, and a retainer ring that is detachably mounted on an outer peripheral portion of the top ring main body and holds an outer peripheral portion of the object to be polished. 2. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the recess for accommodating the object to be polished is formed by a lower surface of the top ring main body and an inner peripheral surface of the retainer ring.
は、樹脂コーティングが施されていることを特徴とする
請求項６記載のポリッシング装置。7. The polishing apparatus according to claim 6, wherein a resin coating is applied to at least a lower portion of the retainer ring.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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| EP98106478A EP0870576A3 (en) | 1997-04-08 | 1998-04-08 | Polishing Apparatus |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005007342A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-01-27 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
-
1997
- 1997-04-08 JP JP10525297A patent/JP3693459B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005007342A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-01-27 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
Also Published As
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| JP3693459B2 (en) | 2005-09-07 |
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