WO1999051397A1 - Polishing device - Google Patents

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WO1999051397A1
WO1999051397A1 PCT/JP1999/001788 JP9901788W WO9951397A1 WO 1999051397 A1 WO1999051397 A1 WO 1999051397A1 JP 9901788 W JP9901788 W JP 9901788W WO 9951397 A1 WO9951397 A1 WO 9951397A1
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WO
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ring
polishing
pressing
top ring
pressing ring
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Application number
PCT/JP1999/001788
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French (fr)
Inventor
Norio Kimura
Toru Maruyama
Shunichiro Kojima
Seiji Katsuoka
Shin Ohwada
Original Assignee
Ebara Corporation
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Publication date
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Priority to US09/445,220 priority patent/US6293858B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B55/00—Safety devices for grinding or polishing machines; Accessories fitted to grinding or polishing machines for keeping tools or parts of the machine in good working condition
    • B24B55/02—Equipment for cooling the grinding surfaces, e.g. devices for feeding coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to a polishing apparatus for polishing an object to be polished 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 object to be polished.
  • 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. Then, the surface of the object to be polished is polished to a flat and mirror surface while supplying a polishing liquid.
  • 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, polishing is performed according to the pressing force of each portion. cormorant want to shortages or excessively polished c Thus, the conventional poly Tsushingu apparatus, unevenness in pressing force of the As a means to avoid,
  • the holding part of the polishing object that is, the top ring, must be tiltable with respect to the surface of the polishing cloth.
  • FIG. 12 is a diagram showing a main part of an example of a conventional polishing apparatus.
  • the polishing apparatus includes a rotating turntable 41 on which a polishing cloth 42 is attached on the upper surface, a top ring 45 for holding a semiconductor wafer 43 to be polished so as to be able to rotate and press, and a polishing cloth 4.
  • a polishing liquid supply nozzle 48 for supplying the polishing liquid Q to 2 is provided.
  • the top ring 45 is connected to a top shaft 49, and the top ring 45 has an elastic mat 47 such as a polystyrene on the lower surface thereof. And the semiconductor wafer 43 is held.
  • the top ring 45 has a cylindrical guiding ring 46 A on the outer peripheral edge thereof so that the semiconductor wafer 43 does not come off from the lower surface of the top ring 45 during polishing.
  • the guiding 46 A is fixed to the topping 45, and the lower end surface thereof is formed so as to protrude from the holding surface of the topping 45, and is an object to be polished.
  • the semiconductor wafer 43 is held in the holding surface, and is prevented from jumping out of the topping due to frictional force with the polishing pad 42 during polishing.
  • the semiconductor wafer 43 is attached to the lower surface of the elastic mat 47 on the lower surface of the topping 45.
  • the semiconductor wafer 43 is pressed against the polishing cloth 42 on the turntable 41 by the topping 45 and the turntable 41 and the topring 45 are rotated to rotate the polishing cloth 4.
  • Polishing is performed by moving the wafer 2 and the semiconductor wafer 43 relative to each other.
  • the polishing liquid Q is supplied from the polishing liquid supply nozzle 48 onto the polishing cloth 42.
  • a polishing liquid is used in which abrasive grains composed of fine particles are suspended in an alkaline solution, and the semiconductor wafer is polished by a combined action of a chemical polishing action of the alkali and a mechanical polishing action of the abrasive grains.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing a state of a semiconductor wafer, a polishing cloth, and an elastic mat during polishing by the polishing apparatus shown in FIG.
  • the periphery of the semiconductor wafer 43 which is the object to be polished, comes into contact with the polishing cloth 42. It is a boundary of non-contact and also a boundary of contact / non-contact with the elastic mat 47. For this reason, the polishing pressure applied to the polishing object becomes uneven at the periphery of the polishing object, which is the boundary, and only the periphery of the polishing object is polished much, so-called “edge drooping” occurs. Had the disadvantage of doing so.
  • FIG. 14 is a diagram showing a polishing apparatus proposed in Japanese Patent Application No. 9-105252.
  • reference numeral 51 denotes a top ring
  • the top ring 51 is detachably fixed to the top ring body 51 A and an outer peripheral portion of the top ring body 51 A by a bolt 18 1.
  • the concave portion 51 a accommodating the retaining ring 51 B and accommodating the semiconductor wafer 54 is formed by the lower surface of the top ring main body 51 A and the retaining ring 51 B.
  • the upper surface of the semiconductor wafer 54 is held by the lower surface of the top ring main body 51 ⁇ , and the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 54 is held by the retaining ring 51 B.
  • a pressing ring 53 is provided around the top ring main body 51A and the retaining ring 51B so as to be vertically movable. In addition, between the pressing ring 53 and the top ring 51, the top ring 51 and the pressing ring are prevented from directly contacting each other, and excessive tilting of the top ring 51 is suppressed.
  • a leaf spring 67 having a substantially U-shaped cross-section is interposed.
  • An elastic mat 52 is attached to the lower surface of the topping 51.
  • a turntable 55 with an abrasive cloth 56 attached on the upper surface is provided below the top ring 51.
  • a mounting flange 182 having a concave spherical surface 182a is fixed to the topping body 51A.
  • a top ring shaft 58 is arranged above the top ring 51.
  • a drive shaft flange 184 having a concave spherical surface 184 a is fixed to a lower end of the topping shaft 58.
  • a spherical bearing 57 is interposed between the biconcave spherical surfaces 182a and 1884a.
  • a space 183 is formed between the top ring body 51A and the mounting flange 182, and a liquid such as vacuum, pressurized air, or water can be supplied to the space 183. ing.
  • the topping shaft 58 is connected to a topping air cylinder (not shown) fixed to the topping head 59, and the topping shaft 58 is vertically moved by the topping air cylinder.
  • the semiconductor wafer 54 held on the lower end surface of the top ring 51 is pressed against the polishing cloth 56 on the turntable 55.
  • the top ring shaft 58 is connected to a top ring motor (not shown), and the top ring shaft 58 is driven to rotate.
  • the top ring 51 rotates.
  • the upper end of the pressing ring 53 provided around the top ring 51 is connected to an air cylinder 72 for the pressing ring.
  • the press ring air cylinder 72 is fixed to the top ring head 59. Press ring air cylinder 72
  • the air cylinder for top ring and the air cylinder for press ring 72 are respectively connected to a compressed air source (not shown) via a regulator (not shown).
  • the pressing ring 53 is formed by a shroud of an air cylinder 72 fixed to a top ring head 59. Only supported by Although a plurality (for example, three) of air cylinders 72 are provided at equal intervals on the circumference, the pressing ring 53 relies solely on the rigidity of the air cylinder shaft, so-called cantilever. Supported by the structure. Since a large friction torque acts on the lower surface of the pressing ring 53, there is a problem that the pressing ring 53 has high rigidity, that is, it cannot be firmly supported.
  • a leaf spring 67 is provided between the top ring 51 and the pressing ring 53 to prevent direct contact between the top ring 51 and the pressing ring and to suppress excessive tilting of the top ring.
  • the rigidity of the structure that supports the press ring 53 as described above is insufficient, so that the panel panel 67 is severely worn and the frequency of component replacement is high. there were.
  • the pressing ring 53 surrounds the entire circumference of the top ring 51, and the pressing ring 53 is used for polishing a semiconductor wafer to be polished.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has a high rigidity of a pressing ring, that is, it is possible to sufficiently and firmly support the pressing ring, and also accurately secures concentricity of the pressing ring and the top ring.
  • a first object is to provide a polishing apparatus that can perform the polishing.
  • Another object of the present invention is to provide a polishing apparatus which is located between a polishing cloth and an object to be polished and is intended to prevent a shortage of polishing liquid actually used for polishing. The second purpose.
  • a polishing apparatus of the present invention has a turntable and a top ring each having an abrasive cloth attached to the upper surface, and a polishing object is interposed between the turn table and the top ring and pressed by a predetermined force.
  • a pressing ring is vertically movably arranged around a top ring having a concave portion for accommodating the object to be polished, A pressing means for pressing the pressing ring against the polishing pad with a variable pressing force is provided, and the pressing ring is supported by the top ring via a bearing.
  • the pressing ring since the pressing ring is supported by the top ring via the bearing, the pressing ring has high rigidity, that is, it can be sufficiently and firmly supported, and the top ring and the pressing ring can be supported. And the concentricity with the object can be secured.
  • a second aspect of the polishing apparatus of the present invention has a turntable and a top ring each having an abrasive cloth adhered to an upper surface thereof, and a gap between the turntable and the top ring.
  • a pressing ring is arranged around the spring to be able to move up and down freely, and pressing means is provided for pressing the pressing ring against the polishing cloth with a variable pressing force, and a polishing liquid is supplied inside the pressing ring. And a polishing liquid supply means.
  • the means for supplying the polishing liquid inside the pressing ring is provided, so that the polishing ring prevents the flow of the slurry-like polishing liquid into the pressing ring during polishing by the pressing ring. Even if it is interrupted, it is possible to eliminate the shortage of the polishing liquid used for polishing by supplying the polishing liquid inside the pressing ring. But Thus, polishing of the polishing object is performed smoothly under a sufficient polishing liquid.
  • FIG. 1 is a sectional view showing the overall configuration of a first embodiment of a polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main configuration of a polishing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part configuration of a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view taken along line VV of FIG.
  • FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view showing an improved structure of the polishing apparatus shown in FIGS.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main configuration of a polishing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 7, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 8A.
  • FIG. 9A is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 7, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a perspective view showing a part of the pressing ring
  • FIG. 10B is a view taken in the direction of arrow X in FIG. 10A.
  • FIG. 11A is a perspective view showing a part of the pressing ring
  • FIG. 11B is a view taken in the direction of arrow XI in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a sectional view showing a schematic structure of a conventional polishing apparatus.
  • Figure 13 shows semiconductor wafers, polishing cloths and bullets in a conventional polishing apparatus. It is an expanded sectional view which shows a state with a sex mat.
  • FIG. 14 is a diagram showing a main part of an example of a polishing apparatus previously proposed by the present applicant.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire configuration of a polishing apparatus.
  • FIG. 2 is a view showing a top ring and a press ring.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a portion, and
  • FIG. 3 is a view taken along line III-III in FIG.
  • reference numeral 1 denotes a top ring
  • the top ring 1 is detachably fixed to the top ring body 1A and an outer peripheral portion of the top ring body 1A by a bolt 31.
  • the recess 1a for accommodating the semiconductor wafer 4 is formed by the lower surface of the topping body 1A and the retaining ring 1B.
  • 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 retaining ring 1B.
  • a press ring 3 is provided around the top ring body 1A and the retainer ring 1B so as to be vertically movable.
  • An elastic mat 2 is attached to a lower surface of the top ring 1.
  • a turntable 5 having an abrasive cloth 6 stuck on the upper surface is provided.
  • a mounting flange 32 having a concave spherical surface 32a is fixed to the topping body 1A.
  • a topping shaft 8 is arranged above the top ring 1.
  • a drive shaft flange 34 having a concave spherical surface 34 a is fixed to the lower end of the top ring shaft 8. So A spherical bearing 7 is interposed between the biconcave spherical surfaces 32a and 34a.
  • a space 33 is formed between the top ring main body 1A and the mounting flange 32, so that a liquid such as vacuum, pressurized air, or water can be supplied to the space 33.
  • the top ring body 1A has a large number of communication holes 35 communicating with the space 33 and opening on the lower surface.
  • the elastic mat 2 also has a through hole at a position facing the communication hole 35. Thereby, the upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) can be suctioned by vacuum, and liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 4.
  • the topping shaft 8 is connected to a topping air cylinder 10 fixed to the topping head 9, and the topping shaft 8 moves up and down by the topping air cylinder 10.
  • the semiconductor wafer 4 held on the lower end surface of the ring 1 is pressed against the turntable 5.
  • 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 an outer peripheral portion thereof.
  • the timing pulley 12 is connected via a timing belt 13 to a timing pulley 15 provided in a topping motor 14 fixed to the top ring head 9. . Therefore, by rotating the top ring motor 14, the rotary cylinder 11 and the top ring shaft 8 are moved via the timing pulley 15, the timing belt 13 and the timing pulley 12.
  • the body rotates and the topping 1 rotates.
  • the top ring head 9 is supported by a top ring head shaft 16 fixedly supported on a frame (not shown). As shown in FIG.
  • the pressing ring 3 provided around the top ring 1 includes a first pressing ring member 3a made of alumina ceramic at the lowest position, and a first pressing ring 3a.
  • the second and third pressing ring members 3b and 3c made of stainless steel are provided above the ring member 3a.
  • the second and third pressing ring members 3b and 3c are connected to each other by bolts (not shown), and the first pressing ring member 3a is bonded to the second pressing ring member 3b or the like. Has been fixed by.
  • the lower end of the first pressing ring member 3 a is a pressing surface 3 f that presses the polishing pad 6.
  • a bearing receiving flange 36 is fixed to the mounting flange 32 of the top ring 1.
  • a press ring support bearing 37 for supporting the press ring 3 is interposed between the bearing receiving flange 36 and the press ring 3.
  • the pressing ring support bearing 37 has a bearing case 37a fitted to the third pressing ring member 3c, and two rows of upper and lower rows extending over the entire circumference. And a retainer (not shown) for holding the ball 37b in the bearing case 37a.
  • the upper end of the pressing ring supporting bearing 37 is pressed by a bearing holder 50 fixed to the upper end of the pressing ring 3.
  • the top ring 1 rotates around the axis of the top ring shaft 8, but the pressing ring 3 is configured to be non-rotating with respect to its own axis, that is, the top ring 1 A relative rotation occurs between the pressure ring 3 and the pressing ring 3.
  • the outer peripheral surface of the bearing ring receiving flange 36 fixed to the top ring 1 has a bearing on which the ball 37 b rolls.
  • the rolling surface 36 R is formed.
  • the pressure ring support bearing 37 has both functions of a rotation support bearing and a vertical movement support bearing, and the top ring 1 and the pressure ring 3 are the same as the pressure ring support bearing 37. Relative rotation is allowed by the rotation support bearing function, and pressing ring 3 is allowed to move up and down with respect to top ring 1 by the vertical movement support bearing function of pressing ring support bearing 37. I have.
  • the lower end of the shaft 22 a of the press ring air cylinder 22 is engaged with the third press ring member 3 c of the press ring 3.
  • the press ring air cylinder 22 is fixed to the top ring head 9.
  • a plurality (for example, three) of air cylinders 22 for pressing rings are arranged on the circumference.
  • the retainer ring 1B is made of a metal such as stainless steel, and a taper surface 1Bt is formed on the outer periphery of the retainer ring 1B so as to be inclined inward in the radial direction at a lower portion to form a lower side. Is formed thinner than the upper side.
  • a tapered surface 3 t inclined inward in the radial direction is formed at a position corresponding to the tapered surface 1 Bt of the retaining ring 1 B on the inner peripheral portion of the pressing ring 3, and the pressing surface 3 f of the pressing ring 3 is formed. Is brought as close as possible to the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 held by the topping 1.
  • the above-described configuration of the retainer ring 1B and the press ring 3 makes it possible to reduce the distance between the inner peripheral edge of the press surface 3f of the press ring 3 and the peripheral edge of the semiconductor wafer 4, so that the press ring 3 3 can press the polishing pad 6 near the periphery of the semiconductor wafer 4.
  • the top ring air cylinder 10 and the pressure ring air cylinder 22 are connected to a compressed air source 24 via regulators R 1 and R 2, respectively. Then, by adjusting the air pressure supplied to the top cylinder air cylinder 10 by the regulator R 1, The pressing force by which the ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6 can be adjusted, and the pressure ring 3 is polished by adjusting the air pressure supplied to the pressure ring air cylinder 22 by the regulator R 2. The pressing force for pressing the cloth 6 can be adjusted.
  • a polishing liquid supply pipe 25 is provided above the turntable 5, and the polishing liquid Q is supplied to the polishing cloth 6 on the turntable 5 by the polishing liquid supply pipe 25. Swelling.
  • 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.
  • the semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the upper surface of the turntable 5.
  • the polishing liquid Q is held on the polishing cloth 6, and the polishing surface (lower surface) of the semiconductor wafer 4 and the polishing cloth 6 Polishing is performed while the polishing liquid Q is present during the polishing.
  • the semiconductor wafer 4 is polished by appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring 3 against the polishing pad 6 by the pressing ring air cylinder 22 according to the pressing force of the top ring 1 by the top ring air cylinder 10. Do.
  • the pressing force F for pressing the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6 on the turntable 5 by the regulator 1 can be changed by the regulator R 1, and the pressing ring 3 can be changed by the regulator R 2 to the polishing ring 6.
  • the polishing from the center 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 is performed.
  • the pressure distribution becomes continuous and uniform. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount at the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 from being excessive or insufficient.
  • Optimal to increase the intentionally polishing amount Ri by the inner side at the periphery of the semiconductor wafer 4 is also also if desired to reduce Conversely, on the basis of the pressing force F 2 of the press-ring to Toppuri pressing force of the ring F> By selecting an appropriate value, the polishing amount at the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 can be intentionally increased or decreased.
  • the pressing ring 3 since the pressing ring 3 is supported by the top ring 1 via the pressing ring support bearing 37, the pressing ring 3 has high rigidity, that is, is sufficiently firmly supported. You. In addition, the pressing ring 3 is allowed to move up and down with respect to the top ring 1 by the vertical movement supporting bearing function of the pressing ring supporting bearing 37, so that the sliding of the pressing ring 3 during the vertical movement is performed. The dynamic resistance is extremely small, and the pressing ring 3 moves up and down smoothly. In addition, since the pressing ring 3 is supported by the pressing ring support bearing 37 arranged concentrically with the axis of the top ring 1, the concentricity between the pressing ring 3 and the top ring 1 can be accurately determined. Can be secured.
  • the distance between the pressing ring 3 and the top ring 1 and, consequently, the distance between the inner peripheral edge of the pressing ring 3 and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 4 supported by the top ring 1 are kept uniform over the entire circumference. Can be. Further, from this, the interval between the pressing ring 3 and the top ring 1, that is, the semiconductor wafer 4, is made smaller than before, that is, smaller than the case where only the above-described tapered surfaces of the retaining ring and the pressing ring are provided. This makes it possible to achieve stable performance and easy control.
  • uniform polishing can be performed even closer to the peripheral edge of the polished surface of the wafer, so the number of semiconductor device products obtained from one wafer increases, and operation such as pressing force of the pressing ring during polishing is performed. Responsiveness when conditions are changed is improved.
  • a plate panel for suppressing the tilting of the top ring is interposed between the pressing ring and the top ring.
  • the possibility that the pressing ring directly contacts the top ring is reduced, and the possibility that the top ring is excessively tilted is also reduced. . Since this member was treated as a consumable part, the result is a reduction in the cost of the consumable part.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams showing a second embodiment of the present invention.
  • members having the same functions or functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the rotation support bearing function and the vertical movement support bearing function of the pressing ring support bearing 37 in the first embodiment are divided, and each function is individually carried out. , 39.
  • a bearing receiving ring 40 is provided on an outer peripheral portion of the mounting flange 32 of the top ring 1 via a rotary support bearing 38, and the bearing receiving ring 40 and the pressing ring are provided.
  • An up-and-down moving bearing 39 is interposed between the bearing 3.
  • the rotary bearings 38 consist of normal radial bearings.
  • three vertically movable bearings 39 are installed on the circumference, and each vertically movable bearing 39 is a bearing fixed to the pressing ring 3.
  • the bearing case 39 c is fixed to the bearing receiving ring 40, and the bearing holder 69 is fixed to the bearing receiving ring 40.
  • a pressing ring stopper 70 is fixed to an upper end of the pressing ring 3, and a cover 71 is fixed to an upper end of the mounting flange 32. Then, three labyrinths 75, 76, 77 are formed so as to surround the rotation support bearing 38 and the vertical movement support bearing 39.
  • a labyrinth 75 is formed between the bearing holder 69, the pressing ring tongue 70, and the cover 71, and the labyrinth 75 is formed between the bearing holder ring 40 and the mounting flange 32.
  • a labyrinth 76 is formed between them, and a labyrinth 77 is formed between the third pressing ring member 3c of the pressing ring 3 and the retainer 1 #.
  • the relative rotation between the top ring 1 and the pressing ring 3 is supported by the rotation supporting bearing 38, and the vertical movement of the pressing ring 3 with respect to the top ring 1 is the vertical movement supporting bearing 3 9 Supported by In other words, it is possible to give only one direction of movement to one bearing, and it is possible to contribute to the improvement of bearing life by making the rolling surface a line contact. It is.
  • FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view showing an improved structure of the polishing apparatus shown in FIGS.
  • an inner peripheral portion IN is formed between the outer periphery of the upper end of the top ring main body 1A and the outer periphery of the lower end of the mounting flange 32, and the top ring main body 1A and the mounting flange 32 are connected to each other. Positioned by mating. Therefore, the centering of the top ring main body 1A and the mounting flange 32 is performed only by fitting these two members, and the assembling property is improved. Also seals the space 33 formed between the top ring body 1 A and the mounting flange 32 for supplying vacuum or pressurized air.
  • the ring 80 is attached to the mounting flange 3 2 and the top ring. It is provided inside the bolt 81 that fixes 1A. Therefore, it is not necessary to provide a sealable washer at the bolt 81.
  • the washing water supply pipe 82 is fixed at the upper part of the third pressing ring member 3c, and the washing water discharge port 83 is formed at the lower end.
  • An annular flow path 84 is formed at the upper end of the second pressing ring member 3b that holds the first pressing ring member 3a.
  • the annular flow path 84 communicates with the inner peripheral surface of the second pressing ring member 3b via a plurality of communication paths 85 provided at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of drain holes 86 are formed in the lower part of the second pressing ring member 3b at intervals in the circumferential direction.
  • the outer circumferential surface of the second pressing ring member 3b is concave in a downward direction, and a relatively wide space 88 is formed between the retaining ring 1B and the pressing ring 3.
  • the inner and outer peripheral surfaces of the second pressing ring member 3b are provided with a resin coating 89 made of polytetrafluoroethylene.
  • the washing water passes through the washing water discharge port 83, the annular flow path 84, and the communication path 85, and the guide ring 1B and the pressing ring. Into the space 8 between it and the ring 3. Thereafter, the washing water takes a flow path flowing out of the gap 91 between the guide ring 1B and the press ring 3 and a system flow flowing out of the press ring 3 through the drain hole 86. As a result, the guide ring 1B and the press ring 3 are washed.
  • the washing water in the annular flow path 84 is not filled with the gap 90. Since it flows through the outer peripheral surface of the press ring 3 through 0, the outer peripheral surface of the press ring 3 is cleaned.
  • the resin coating 89 is applied to the inner and outer surfaces of the second pressing ring member 3 b of the pressing ring 3, the slurry-like polishing abrasive liquid is difficult to adhere, and even if it adheres. Even if the polishing water is supplied by the supply of cleaning water Can be easily removed.
  • the pressing ring since the pressing ring is supported by the top ring via the bearing, the pressing ring has high rigidity, that is, is sufficiently firmly supported.
  • the pressing ring is allowed to move up and down with respect to the top ring by the vertical moving support bearing function of the bearing or the dedicated vertical moving support bearing, so the sliding of the pressing ring during the vertical movement The resistance is extremely small and the pressure ring moves up and down smoothly.
  • the pressing ring is supported by a bearing concentrically arranged with the axis of the top ring, the concentricity between the pressing ring and the top ring can be ensured with high accuracy.
  • the distance between the pressing ring and the top ring, and furthermore, the distance between the inner peripheral edge of the pressing ring and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer supported by the top ring can be kept uniform over the entire circumference. Further, since the interval can be kept uniform, the interval can be set smaller, and the polishing performance is improved.
  • a non-contact labyrinth is provided in a path for entry of foreign matter such as water into the bearing that supports the pressing ring, so that it is possible to prevent foreign matter from entering and to prevent the invasion of foreign matter. Dust generation can be prevented.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a top ring and a press ring
  • FIG. 8A is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 7
  • FIG. 8B is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 8A.
  • reference numeral 1 denotes a top ring
  • the top ring 1 is a top ring main body 1A and a retaining ring 1B detachably fixed to an outer peripheral portion of the top ring main body 1A by bolts 31.
  • the recess 1 a for accommodating the semiconductor wafer 4 is provided with the lower surface of the topping body 1 A and the retainer. Formed by the ring 1B.
  • the upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) 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 retaining ring 1B.
  • a press ring 3 is provided around the top ring body 1A and the retainer ring 1B so as to be vertically movable.
  • a panel panel 17 having a substantially U-shaped cross section for suppressing excessive tilting of the top ring 1 is interposed between the press ring 3 and the top ring 1.
  • a mounting flange 32 having a concave spherical surface 32a is fixed to the top ring body 1A.
  • a top ring shaft 8 is disposed above the top ring 1.
  • a drive shaft flange 34 having a concave spherical surface 34 a is fixed to the lower end of the top ring shaft 8.
  • a spherical bearing 7 is interposed between the biconcave spherical surfaces 32a and 34a.
  • 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 topping 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.
  • the upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) can be suctioned by vacuum, and a liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 4.
  • the pressing ring 3 provided around the top ring 1 is, as shown in FIGS. 7 and 8A, the first pressing ring member 3a made of alumina ceramic at the lowest position.
  • the second to fourth pressing ring members 3b to 3d are mutually connected by bolts.
  • the first pressing ring member 3a is fixed to the second pressing ring member 3b by bonding or the like.
  • the radial width or thickness t of the pressing surface 3f is set to 2 mm to 6 mm.
  • the upper end of the pressing ring 3 is connected to an air cylinder 22 for the pressing ring.
  • the press ring air cylinder 22 is fixed to the top ring head 9.
  • a plurality (for example, three) of the press ring air cylinders 22 are arranged on the circumference.
  • the retainer ring 1B is made of a metal such as stainless steel, and a tapered surface 1Bt is formed on the outer periphery of the retainer ring 1B, which is inclined in a radially inward direction at a lower portion, and the lower portion is thinner than the upper portion. Is formed.
  • a tapered surface 3t inclined inward in the radial direction is formed at a position corresponding to the tapered surface of the retaining ring 1B on the inner peripheral portion of the pressing ring 3, and the pressing surface 3 of the pressing ring 3 is formed.
  • f is made as close as possible to the periphery of the semiconductor wafer 4 held on the top ring 1.
  • the distance between the inner peripheral edge of the pressing surface 3f of the pressing ring 3 and the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be shortened.
  • the ring 3 can press the polishing pad 6 near the periphery of the semiconductor wafer 4. Therefore, the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 can be prevented from being overpolished.
  • the resin coating 18 is applied to the lower inner and outer peripheral surfaces and the lower end surface of the retaining ring 1B.
  • the resin coating 18 is preferably made of PEEK (polyether ketone), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, or the like, and its film thickness is suitably within 100 microns. Since the metal coating 1 B is coated with resin 18, the semiconductor wafer 4 can prevent metal contamination.
  • the top ring 1 rotates around the axis of the top ring shaft 8 during polishing, but the pressing ring 3 is configured to be non-rotating with respect to its own axis. Therefore, the rotational force of the top ring 1 is not transmitted to the pressing ring 3, so that the rotational load of the top ring shaft 8 is reduced. Further, since the pressing ring 3 can be directly operated by the pressing ring air cylinder 22 fixed to the top ring head 9, the device structure is simplified.
  • a plurality of abrasive fluid supply holes 3 m penetrating through the peripheral wall are radially formed on the peripheral wall of the second pressing ring member 3b of the pressing ring 3. (For example, 6) are formed.
  • a plurality of (for example, three) openings located on the upstream side in the rotation direction R of the turntable 5 have connectors 107 a.
  • the respective branch pipes 101 of the abrasive fluid supply tube 100 are connected via the.
  • the polishing liquid supply tube 100 is connected to a polishing liquid supply source 102.
  • a polishing liquid supply tube 100 has a pump 104 for controlling the flow rate of the supplied polishing liquid, and an opening / closing valve located upstream of the pump 104 to start and stop the supply of the polishing liquid.
  • 105 a is provided.
  • Abrasive fluid supply hole 3 m, connector 1 07 a, branch pipe 101, abrasive fluid supply tube 100, pump 104 and abrasive fluid supply source 102 constitute abrasive fluid supply means.
  • the grinding liquid can be supplied to the inside of the pressing ring 3. Supply of grinding fluid from grinding fluid supply source 102 to grinding fluid supply hole 3 m because pressing ring 3 is configured to be non-rotating Can be easily performed without going through a mouthful joint or the like.
  • the polishing ring 3 is formed inside the pressing ring 3 by the pressing ring 3 during polishing of the semiconductor wafer 4. Even if the inflow of the polishing abrasive fluid is blocked, it is possible to eliminate shortage of the abrasive fluid used for polishing. Therefore, polishing of the polishing object is performed smoothly under a sufficient polishing liquid.
  • a cleaning liquid supply tube 108 a is connected between the on-off valve 105 a of the polishing liquid supply tube 100 and the pump 104, and this tube 108 a is a cleaning liquid supply source 109. To form a cleaning means.
  • An on-off valve 105b is also interposed in the cleaning liquid supply tube 108a. By opening the on-off valve 105b and supplying the cleaning liquid from the cleaning means to the polishing liquid supply tube 100 and the polishing liquid supply hole 3m of the polishing liquid supply means, the cleaning liquid is internally inserted. The attached abrasive liquid can be washed away.
  • FIG. 9A an enlarged sectional view of a main part in FIG. 7
  • FIG. 9B FIG. 9B
  • the upper surface of the second pressing ring member 3b is provided with a cleaning liquid channel 3i formed of a circumferential groove formed over the entire circumference.
  • the second pressing ring member 3b has a cleaning liquid supply hole 3j communicating with the cleaning liquid flow path 3i and opening on the outer peripheral surface, and a cleaning liquid communicating with the cleaning liquid flow path 3i and opening on the inner peripheral surface.
  • a plurality of discharge holes 3 k are provided radially.
  • the cleaning liquid supply tube 108 b is connected to the opening of the cleaning liquid supply hole 3 j via a connector 107 b.
  • the cleaning liquid supply tube 108 b is also connected to the cleaning liquid supply source 109 via the on-off valve 106 in the same manner as the cleaning liquid supply tube 108 a described above.
  • Cleaning liquid discharge port 3k, cleaning liquid flow path 3i, cleaning liquid supply hole 3j, connector 107b, cleaning liquid supply tube 108b and The cleaning liquid supply source 109 constitutes a cleaning liquid supply unit.
  • the press ring 3 Since the press ring 3 is configured to be non-rotating, the supply of the cleaning liquid from the cleaning liquid supply source 109 to the cleaning liquid flow path 3 i and the discharge of the cleaning liquid from the cleaning liquid discharge port 3 k are performed by a rotor joint or the like. It can be done easily without any intervention.
  • the cleaning liquid supply means By supplying a cleaning liquid from the cleaning liquid supply means to the gap between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1 as appropriate, the slurry-like polishing abrasive liquid that has entered the gap is washed away. be able to. Therefore, the polishing abrasive liquid does not adhere between the pressing ring 3 and the retaining ring 1B of the top ring 1, and the smooth movement of the pressing ring 3 can be ensured.
  • the press ring 3 is formed with a plurality of gas vent holes 3V for discharging gas such as air collected in a gap between the press ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1. (See Figure 8A). Therefore, the gas does not stagnate (fill) with the gap between the pressing ring 3 and the retaining ring 1B of the top ring 1, so that the pressing ring 3 moves up and down smoothly. Thus, at the start of polishing, the pressing ring 3 can contact the polishing cloth 6 at an optimal timing and press it with a desired pressing force.
  • gas vent holes 3V for discharging gas such as air collected in a gap between the press ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1.
  • FIG. 10A is a perspective view showing a part of the pressing ring
  • FIG. 10B is a view taken in the direction of arrow X in FIG. 10A.
  • the pressing ring 3 has a polishing liquid supply hole 3 m, a polishing liquid supply groove 3 p extending below the opening end of the polishing liquid supply hole 3 m, A cleaning liquid discharge hole 3k and a cleaning liquid supply flow path 3i are formed.
  • the polishing liquid supplied to the polishing liquid supply hole 3 m flows down along the polishing liquid guide groove 3 p and reaches the polishing pad 6.
  • FIGS. 11A and 11B are views showing another embodiment of the pressing ring
  • FIG. 11A is a perspective view showing a part of the pressing ring
  • FIG. 1 FIG. 1B is a view taken along the line XI of 1 A.
  • the inner peripheral surface of the pressing ring 3 is a smooth circular surface with no steps.
  • the pressing ring 3 is provided with a polishing liquid supply hole 3 m, a cleaning liquid discharge hole 3 k and a cleaning liquid channel 3 i, as in the embodiment of FIGS. 10A and 10B.
  • a cleaning liquid guide groove 3n connecting the opening end of the cleaning liquid discharge hole 3k and the opening end of the polishing liquid supply hole 3m, and the polishing liquid supply hole A grinding liquid guide groove 3p extending downward from the 3 m opening end is formed. Therefore, the polishing liquid supplied to the polishing liquid supply hole 3 m flows down along the polishing liquid guide groove 3 p and reaches the polishing pad 6. Further, the polishing liquid attached to the polishing liquid supply hole 3 m and the polishing liquid guide groove 3 p is supplied to the polishing liquid supply hole 3 m by the cleaning means and flows along the polishing liquid guide groove 3 p and the cleaning liquid. Cleaning is performed by both the cleaning liquid discharged from the cleaning liquid discharge hole 3k by the supply means and flowing along the polishing liquid guide groove 3p from the cleaning liquid guide groove 3n through the polishing liquid supply hole 3m.
  • the semiconductor wafer 4 is held on the lower surface of the top ring 1, the top cylinder 1 is actuated to press the top ring 1 toward the turntable 5, and is rotated.
  • the semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the upper surface of the turntable 5.
  • the polishing liquid Q is held from the polishing cloth 6 by flowing the polishing liquid Q from the polishing liquid supply nozzle 25, and at the same time, the polishing liquid is supplied to the inside of the pressing ring 3 by the polishing liquid supply means. By supplying the liquid, polishing is performed in a state where a sufficient polishing liquid Q exists between the surface (lower surface) of the semiconductor wafer 4 to be polished and the polishing pad 6.
  • the pressing force of the pressing ring 3 by the pressing ring air cylinder 2 2 to the polishing pad 6 is adjusted as appropriate to the semiconductor wafer 4.
  • Perform polishing Regular during polishing
  • the pressing force F t at which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6 on the turntable 5 can be changed by the data R 1, and the pressing ring 3 presses the polishing cloth 6 by the regulator R 2.
  • the polishing amount at the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 can be intentionally increased or decreased.
  • a cleaning liquid is supplied to a gap between the pressing ring 3 and the top ring 1 so that the pressing ring 3 and the top ring 1 are removed.
  • the polishing liquid in the form of slurry that has entered the gap between the two is washed away, and at the same time, the cleaning liquid is supplied to the polishing liquid supply tube 100 and the polishing liquid supply hole 3 m of the polishing liquid supply means via the cleaning means. Then, the abrasive liquid attached here is washed away.
  • the means for supplying the abrasive liquid is provided inside the pressing ring 3, a slurry-like inside of the pressing ring 3 is formed by the pressing ring 3 during polishing of the semiconductor wafer 4. Even if the inflow of the polishing abrasive fluid is blocked, by supplying the abrasive fluid inside the pressing ring 3, shortage of the abrasive fluid used for polishing can be eliminated. Therefore, polishing of the polishing object is not sufficient. Smoothly performed under a suitable polishing liquid. In addition, even in the case of the large-diameter semiconductor wafer 4, a sufficient amount of the polishing liquid is secured.
  • Retaining ring 1B has a relatively soft surface, for example, by applying resin coating 18 to the metal because the inner peripheral surface contacts semiconductor wafer 4 and the lower end does not contact polishing cloth 6. You can choose from different materials. If a hard material is used, the semiconductor wafer 4 may be damaged during polishing. Also, even if the retaining ring 1B and the pressing ring 3 come into contact with each other, they contact each other via the resin coating 18, so that there is no contact between the metals, and the pressing ring 3 and the retaining ring 3 do not contact each other. 1 The relative motion (vertical motion and rotational motion) of B is performed smoothly.
  • the first pressing ring 3a does not contact the semiconductor wafer 4 and does not contact the polishing pad 6, so that the alumina ceramic or the like has high hardness, high wear resistance, and low friction coefficient. You can choose from materials. It is desirable that the pressing ring has little wear and a small frictional resistance with the polishing pad, and 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 come into direct contact with the semiconductor wafer 4 as described above, there is no restriction from this aspect, and therefore the alumina ceramic which is the most suitable material to satisfy the above requirements is used. Can be selected.
  • the material of the pressing ring may be ceramic such as silicon carbide (SiC) or zirconia other than alumina ceramic.
  • the pressing ring 3 is configured to be non-rotating, but the pressing ring is configured to be rotatable, and the abrasive liquid is supplied to the inside of the pressing ring via a rotary joint. You may do it.
  • the abrasive liquid is supplied inside the pressing ring. Even if the pressing ring prevents the slurry-like polishing liquid from flowing into the inside of the press ring during polishing, the polishing liquid is directly applied to the polishing section inside the press ring. By supplying the polishing liquid, shortage of the polishing liquid used for polishing can be eliminated. Therefore, polishing of the object to be polished is performed smoothly under a sufficient polishing liquid.
  • the present invention relates to a polishing apparatus for polishing an object to be polished such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like manner, and is applicable to a semiconductor device manufacturing process.

Description

明 細 書 ポリ ッシング装置 技術分野
本発明は半導体ウェハ等のポリ 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。 背景技術
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 . 5 / m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、 半導体ウェハの表面を平坦化 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。
従来、 この種のポリ ツシング装置は、 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 ツ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。
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つて均 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 c よって、 従来のポリ ツシング装置においては、 上記の押圧力の不均一を 避けるための手段と して、
① トップリ ングの半導体ウェハ保持面に、 弾性を有する例えばポリ ウレタン等の弹性マッ トを貼ること、
② ポリ ツシング対象物の保持部、 即ち トップリ ングを、 研磨布の表 面に対して傾動可能にすること、
③ 研磨布の研磨部の周囲の部分を、 ト ップリ ング及びポリ ッシング 対象物とは独立して押圧することによ り、 研磨布の研磨領域とその周囲 の段差を防ぐこと、
等が行われている。
図 1 2は従来のポリ ツ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 4 2を貼った回転するターンテーブル 4 1 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ェハ 4 3を保持する トップリ ング 4 5 と、 研磨布 4 2に砥液 Qを供給する砥 液供給ノズル 4 8を備えている。 ト ップリ ング 4 5は ト ップリ ングシャ フ ト 4 9に連結されており、 また ト ツプリ ング 4 5はその下面にポリ ゥ レタ ン等の弾性マツ ト 4 7を備えており、 弾性マツ ト 4 7に接触させて 半導体ウェハ 4 3を保持する。 さ らに ト ップリ ング 4 5は、 研磨中に半 導体ウェハ 4 3が トツプリ 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 4 6 Aを外周縁部に備えている。 ここで、 ガイ ド リ ング 4 6 Aは トツプリ ング 4 5に対して固定されており、 その下端面 はト ップリ ング 4 5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ェハ 4 3が保持面内に保持され、 研磨中に研磨 布 4 2 との摩擦力によって トツプリ ング外へ飛び出さないよ うになって いる。
半導体ウェハ 4 3を ト ップリ ング 4 5の下面の弾性マッ ト 4 7の下部 に保持し、 ターンテ一ブル 4 1 上の研磨布 4 2に半導体ウェハ 4 3を ト ップリ ング 4 5によつて押圧すると ともに、 ターンテーブル 4 1および ト ップリ ング 4 5を回転させて研磨布 4 2 と半導体ウェハ 4 3を相対運 動させて研磨する。 このとき、 砥液供給ノズル 4 8から研磨布 4 2上に 砥液 Qを供給する。 砥液は、 例えばアルカ リ溶液に微粒子からなる砥粒 を懸濁したものを用い、 アルカ リ による化学的研磨作用と、 砥粒による 機械的研磨作用との複合作用によって半導体ウェハを研磨する。
図 1 3は、 図 1 2に示すポリ ッシング装置による研磨時の半導体ゥェ ハと研磨布と弾性マツ トの状態を示す拡大断面図である。 図 1 3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 ツシング対象物である半導体ウェハ 4 3の周縁は、 研磨 布 4 2 との接触 Z非接触の境界であると同時に、 弾性マッ ト 4 7 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 ツ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。
上述した半導体ウェハの縁だれを防止するため、 本件出願人は、 先に 特願平 9一 1 0 5 2 5 2号にて半導体ウェ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。
図 1 4は、 特願平 9— 1 0 5 2 5 2号にて提案したポリ ッシング装置 を示す図である。 図 1 4において、 符号 5 1は トップリ ングであり、 ト ップリ ング 5 1は、 トップリ ング本体 5 1 Aと、 トップリ ング本体 5 1 Aの外周部にボル ト 1 8 1 によって着脱可能に固定されたリテ一ナリ ン グ 5 1 Bとカゝらなり、 半導体ウェハ 5 4を収容する凹部 5 1 aはトップ リ ング本体 5 1 Aの下面と リテーナリ ング 5 1 Bによって形成されてい る。 そして、 トップリ ング本体 5 1 Αの下面によって半導体ウェハ 5 4 の上面を保持し、 リテーナリ ング 5 1 Bによって半導体ウェハ 5 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 5 1 Aおよび リテ一ナリ ング 5 1 Bの周囲には押圧リ ング 5 3が上下動可能に設けら れている。 また押圧リ ング 5 3 と ト ップリ ング 5 1 との間には、 ト ツプ リ ング 5 1 と押圧リ ングとが直接接触しないよ うにするためおよびトツ プリ ング 5 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 6 7が介装されている。
前記トツプリ ング 5 1 の下面には弾性マッ ト 5 2が貼着されている。 また トップリ ング 5 1の下方には、 上面に研磨布 5 6を貼ったターンテ 一ブル 5 5が設置されている。 また トツプリ ング本体 5 1 Aには凹球面 1 8 2 a を有した取付フランジ 1 8 2が固定されている。 トツプリ ング 5 1 の上方にはトップリ ングシャフ ト 5 8が配置されている。 トツプリ ングシャフ ト 5 8の下端には、 凹球面 1 8 4 a を有した駆動軸フランジ 1 8 4が固定されている。 そして、 前記両凹球面 1 8 2 a， 1 8 4 a間 には、 球ベアリ ング 5 7が介装されている。 また、 ト ップリ ング本体 5 1 Aと取付フランジ 1 8 2 との間には空間 1 8 3が形成され、 この空間 1 8 3に真空、 加圧空気、 水等の液体が供給できるよ うになつている。 前記トツプリ ングシャフ ト 5 8は トツプリ ングへッ ド 5 9に固定され た ト ップリ ング用エアシリ ンダ （図示せず） に連結されており、 この ト ップリ ング用エアシリ ンダによって トツプリ ングシャフ ト 5 8は上下動 し、 トップリ ング 5 1の下端面に保持された半導体ウェハ 5 4をターン テーブル 5 5上の研磨布 5 6に押圧するよ うになつている。
また、 トップリ ングシャフ ト 5 8はト ップリ ング用モータ （図示せ ず） に連結されており、 この トップリ ング用モータを回転駆動すること によって トップリ ング 5 1が回転する。 ト ップリ ング 5 1の周囲に設け られた押圧リ ング 5 3の上端部は押圧リ ング用エアシリ ンダ 7 2に連結 されている。 押圧リ ング用エアシリ ンダ 7 2は トツプリ ングへッ ド 5 9 に固定されている。 押圧リ ング用エアシリ ンダ 7 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 5 1 と押圧リ ング 5 3 と の間に、 トップリ ング 5 1の回転を押圧リ ング 5 3に伝達するためのキ 一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 5 1 は トップリ ングシャフ ト 5 8の軸心まわり に回転するが、 押圧リ ング 5 3 は自身の軸線に対して非回転に構成されている。
ト ツプリ ング用エアシリ ンダ及び押圧リ ング用エアシリ ンダ 7 2は、 それぞれレギユレ一タ （図示せず） を介して圧縮空気源 （図示せず） に 接続されている。 そして、 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、 半導体ウェハの中心部から周縁部、 さらには半導体ウェハの外側にある押圧リ ング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、 半導体ウェハの外周部におけ る研磨量の過不足を防止することができる。
本件出願人が先に特願平 9 一 1 0 5 2 5 2号において提案したポリ ッ シング装置では、 押圧リ ング 5 3は、 トップリ ングヘッ ド 5 9に固定さ れたエアシリ ンダ 7 2のシャフ トのみによって支持されている。 エアシ リ ンダ 7 2は円周上に等間隔に複数 （例えば、 3個） 設けられてはいる が、 押圧リ ング 5 3はエアシリ ンダのシャフ トの剛性のみに頼った、 い わゆる片持ち構造によつて支持されている。 押圧リ ング 5 3の下面には 大きな摩擦トルクが作用するため、 押圧リ ング 5 3を剛性高く、 即ち、 しっかり と支持できないという問題点があった。 そのため、 トップリ ン グと押圧リ ングとの同芯度の確保が難しく、 押圧リ ングが トップリ ング に対して偏心して半導体ウェハの周縁部近傍の研磨布の全周を均一に押 圧できず、 これが、 半導体ウェハの周縁部の研磨結果に影響を及ぼすと いう問題点があった。
また、 トップリ ング 5 1 と押圧リ ング 5 3 との間には、 トップリ ング 5 1 と押圧リ ングの直接の接触を避けるためおよびトップリ ングの過度 の傾動を抑制するための板バネ 6 7が介装されているが、 上述したよ う に押圧リ ング 5 3を支持する構造の剛性が不足しているために、 板パネ 6 7の損耗が激しく、 部品交換の頻度が高いという問題点があった。 さ らに本件出願人が先に提案したポリ ッシング装置では、 押圧リ ング 5 3が トップリ ング 5 1 の全周を囲み、 しかも押圧リ ング 5 3がポリ ッ シング対象物である半導体ウェハの研磨中に研磨布 5 6を下方に押圧し ているため、 研磨布の表面に供給したスラ リ一状の研磨砥液の押圧リ ン グの内側への流入が押圧リ ングでさえぎられてしまい、 研磨布とポリ ツ シング対象物との間に位置して実際に研磨に使用される砥液が不足して しま う という問題があった。 発明の開示
本発明は、 上述の事情に鑑みなされたもので、 押圧リ ングを剛性高く、 即ち、 十分にしっかり と支持することができると ともに、 押圧リ ングと トップリ ングの同芯度を精度良く確保するこ とができるポリ ッシング装 置を提供することを第 1の目的とする。
また本発明は、 研磨布とポリ ッシング対象物との間に位置して実際に 研磨に使用される研磨砥液が不足してしま う ことを防止するよ うにした ポリ ツシング装置を提供することを第 2の目的とする。
上述した第 1の目的を達成するため、 本発明のポリ ッシング装置の第 1の態様は、 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと ト ップリ ングとを 有し、 前記ターンテ一ブルと 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 ツシング装置において、 前記ポリ ッシ ング対象物を収容する凹部を有した トップリ ングの周囲に押圧リ ングを 上下動自在に配置し、 前記押圧リ ングを研磨布に対して可変の押圧力で 押圧する押圧手段を設け、 前記押圧リ ングをベアリ ングを介して ト ップ リ ングに支持させたことを特徴とするものである。
本発明によれば、 押圧リ ングはベアリ ングを介して ト ツプリ ングに支 持されているため、 押圧リ ングを剛性高く、 即ち、 十分にしっかり と支 持できるとともに、 トップリ ングと押圧リ ングとの同芯度を確保するこ とができる。
上述した第 2の目的を達成するため本発明のポリ ツシング装置の第 2 の態様は、 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと トップリ ングとを有 し、 前記ターンテーブルと トップリ ングとの間にポリ ッシング対象物を 介在させて所定の力で押圧することによって該ボリ ッシング対象物を研 磨し、 平坦且つ鏡面化するポリ ツ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 ツプリ ングの周囲に押圧リ ングを上 下動自在に配置し、 前記押圧リ ングを研磨布に対して可変の押圧力で押 圧する押圧手段を設け、 前記押圧リ ングの内側に砥液を供給する砥液供 給手段を設けたことを特徴とするものである。
本発明によれば、 押圧リ ングの内側に砥液を供給する手段を設けたた め、 研磨中に押圧リ ングによって押圧リ ングの内側へのスラ リ一状の研 磨砥液の流入がさえぎられても、 押圧リ ングの内側に砥液を供給するこ とにより、 研磨に使用される砥液の不足をなくすことができる。 したが つて、 ポリ ツシング対象物の研磨は、 十分な砥液の下に円滑に行われる。 図面の簡単な説明
図 1 は本発明に係るポリ ッシング装置の第 1 の実施形態の全体構成を 示す断面図である。
図 2は本発明に係るポリ ッシング装置の第 1 の実施形態の要部構成を 示す断面図である。
図 3は図 2の I I I— I I I線矢視図である。
図 4は本発明に係るポリ ッシング装置の第 2の実施形態の要部構成を 示す断面図である。
図 5は図 4の V— V線矢視図である。
図 6は図 1乃至図 5に示すポリ ッシング装置の改良構造を示す要部断 面図である。
図 7は本発明に係るポリ ッシング装置の第 3の実施形態の要部構成を 示す断面図である。
図 8 Aは図 7の要部拡大断面図であり、 図 8 Bは図 8 Aの VI I I— VI I I 線断面図である。
図 9 Aは図 7の要部拡大断面図であり、 図 9 Bは図 9 Aの IX— I X線断 面図である。
図 1 0 Aは押圧リ ングの一部を示す斜視図であり、 図 1 0 Bは図 1 0 Aの X矢視図である。
図 1 1 Aは押圧リ ングの一部を示す斜視図であり、 図 1 1 Bは図 1 1 Aの XI矢視図である。
図 1 2は従来のポリ ツシング装置の概略構造を示す断面図である。
図 1 3は従来のポリ ッシング装置における半導体ウェハと研磨布と弾 性マッ トとの状態を示す拡大断面図である。
図 1 4は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。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係るポリ ッシング装置の実施の形態を図面を参照して 説明する。 図 1乃至図 3は本発明の第 1の実施の形態を示す図であり、 図 1 はポリ ツ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 I I I— I I I線矢視図である。
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 1 Aの外周部にボ ルト 3 1によって着脱可能に固定されたリテーナリ ング 1 Bとからなり . 半導体ウェハ 4を収容する凹部 1 a はトツプリ ング本体 1 Aの下面と リ テーナリ ング 1 Bによって形成されている。 そして、 ト ップリ ング本体 1 Aの下面によって半導体ウェハ 4の上面を保持し、 リテーナリ ング 1 Bによって半導体ウェハ 4の外周部を保持するよ うになつている。 前記 トップリ ング本体 1 Aおよびリテーナリ ング 1 B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。
前記 トツプリ 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 トツプリ ング本体 1 Aには凹球面 3 2 a を有し た取付フランジ 3 2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 3 4 a を有した駆動軸フランジ 3 4が固定されている。 そ して、 前記両凹球面 3 2 a， 3 4 a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 1 Aと取付フランジ 3 2 との間には空 間 3 3が形成され、 この空間 3 3に真空、 加圧空気、 水等の液体が供給 できるよ うになつている。 ト ップリ ング本体 1 Aは空間 3 3 と連通して 下面に開口する多数の連通孔 3 5を有している。 弾性マッ ト 2 も同様に 前記連通孔 3 5に対向した位置に貫通孔を有している。 これによつて、 半導体ウェハ 4 (図 1参照） の上面を真空によって吸着可能であり、 又. 半導体ウェハ 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。
前記トツプリ ングシャフ ト 8はト ップリ ングへッ 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 1 0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ェハ 4をターンテーブル 5に押 圧するよ うになつている。
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 1 1 に連結されており、 この回転筒 1 1 はその外周部にタイ ミングプ一リ 1 2を有している。 そして、 タイ ミ ングプ一リ 1 2は、 タイ ミングベル ト 1 3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 1 4に設けられたタイ ミングプーリ 1 5に接続されている。 したが つて、 トップリ ング用モータ 1 4を回転駆動することによってタイ ミン グプ一リ 1 5、 タイ ミングベルト 1 3およびタイ ミングプ一リ 1 2を介 して回転筒 1 1及びトップリ ングシャフ ト 8がー体に回転し、 トツプリ 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 1 6によって支持されてい る。 ト ツプリ ング 1 の周囲に設けられた押圧リ ング 3は、 図 2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 3 a 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 3 b， 3 c とから構成されている。 第 2および 第 3押圧リ ング部材 3 b， 3 cは、 ボルト （図示せず） によって相互に 接続されており、 第 1押圧リ ング部材 3 a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 3 aの下端部は、 研磨布 6を押圧する押圧面 3 f になっている。
ト ップリ ング 1 の取付フランジ 3 2には、 ベアリ ング受けフランジ 3 6が固定されている。 そして、 ベアリ ング受けフランジ 3 6 と押圧リ ン グ 3 との間には、 押圧リ ング 3を支持するための押圧リ ング支持べァリ ング 3 7が介装されている。 押圧リ ング支持ベアリ ング 3 7は、 図 2お よび図 3に示すように、 第 3押圧リ ング部材 3 cに嵌合されたベアリ ン グケース 3 7 a と、 上下 2列で全周に亘つて配置された多数のボール 3 7 b と、 ベアリ ングケース 3 7 a内でボール 3 7 bを保持するためのリ テ一ナ （図示せず） とを有している。 押圧リ ング支持ベアリ ング 3 7は 押圧リ ング 3の上端に固定されたベアリ ング押さえ 5 0によつて上端が 押さえられている。
本実施の形態においては、 トツプリ 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おり、 即ち、 ト ップリ ング 1 と押圧リ ング 3 との 間には相対回転が生ずるが、 この際、 トップリ ング 1 に固定されたベア リ ング受けフランジ 3 6の外周面は、 ボール 3 7 bが転動するべァリ ン グ転動面 3 6 Rを構成している。 押圧リ ング支持ベアリ ング 3 7は、 回 転支持ベアリ ングと上下移動支持ベアリ ングの両者の機能を有しており、 トップリ ング 1 と押圧リ ング 3 とは押圧リ ング支持ベアリ ング 3 7の回 転支持ベアリ ング機能によつて相対回転が許容され、 押圧リ ング 3は押 圧リ ング支持ベアリ ング 3 7の上下移動支持ベアリ ング機能によって ト ップリ ング 1 に対して上下動が許容されている。
押圧リ ング 3の第 3押圧リ ング部材 3 c には、 押圧リ ング用エアシリ ンダ 2 2のシャフ ト 2 2 a の下端部が係合している。 押圧リ ング用エア シリ ンダ 2 2は トツプリ ングへッ ド 9に固定されている。 押圧リ ング用 エアシリ ンダ 2 2は円周上に複数個 （例えば 3個） 配設されている。 ま たリテ一ナリ ング 1 Bはステンレス鋼等の金属からなり、 リテーナリ ン グ 1 Bの外周部には、 下部に半径方向内方に傾斜したテ一パ面 1 B t を 形成して下部側を上部側より薄肉に形成している。 一方、 押圧リ ング 3 の内周部にリテーナリ ング 1 Bのテーパ面 1 B t に対応した位置に半径 方向内方に傾斜したテーパ面 3 t を形成し、 押圧リ ング 3の押圧面 3 f を ト ツプリ ング 1 に保持された半導体ウェハ 4の周縁部に可能な限り近 づけるようにしている。
上述のリテーナリ ング 1 Bおよび押圧リ ング 3の構成により、 押圧リ ング 3の押圧面 3 f の内周縁と半導体ウェハ 4の周縁部との離間距離を 短かくすることができるため、 押圧リ ング 3は半導体ウェハ 4の周縁部 近傍の研磨布 6を押圧することができる。
図 1に示すように、 ト ップリ ング用エアシリ ンダ 1 0及び押圧リ ング 用エアシリ ンダ 2 2は、 それぞれレギユレータ R 1， R 2を介して圧縮 空気源 2 4に接続されている。 そして、 レギユレータ R 1 によって トツ プリ ング用エアシリ ンダ 1 0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が半導体ウェハ 4を研磨布 6に押圧する押圧力を調整する ことができ、 レギユレータ R 2によって押圧リ ング用エアシリ ンダ 2 2 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。
また、 タ一ンテーブル 5の上方には砥液供給配管 2 5が設置されてお り、 砥液供給配管 2 5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。
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 体ウェハ 4を保持させ、 ト ップリ ング用エアシリ ンダ 1 0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に半導体ウェハ 4を押圧する。 一方、 砥液供給配管 2 5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、 半導体ウェハ 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。
トップリ ング用エアシリ ンダ 1 0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 2 2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ェハ 4の研磨を行う。 研磨中にレギュ レ ータ R 1 によって トツプリ ング 1が半導体ウェハ 4をターンテーブル 5 上の研磨布 6に押圧する押圧力 F を変更でき、 レギユレータ R 2によ つて押圧リ ング 3が研磨布 6を押圧する押圧力 F 2 を変更できる （図 1 参照） 。 したがって、 研磨中に、 押圧リ ング 3が研磨布 6を押圧する押 圧力 F 2 を、 トップリ ング 1が半導体ウェハ 4を研磨布 6に押圧する押 圧力 F ,に応じて変更することができる。 この押圧力 F iに対する押圧力 F 2 を適宜調整することにより、 半導体ウェハ 4の中心部から周縁部、 さらには半導体ウェハ 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、 半導体ウェハ 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。
また半導体ウェハ 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 F 2を トップリ ングの 押圧力 F >に基づいて最適な値に選択することにより 、 半導体ウェハ 4の 周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
本実施の形態においては、 押圧リ ング 3が押圧リ ング支持ベアリ ング 3 7を介して トップリ ング 1 に支持されているため、 押圧リ ング 3が剛 性高く、 即ち、 十分にしっかり と支持される。 また押圧リ ング 3は、 押 圧リ ング支持ベアリ ング 3 7の上下移動支持ベアリ ング機能によって ト ップリ ング 1 に対して上下動が許容されているため、 上下動時の押圧リ ング 3の摺動抵抗は極めて小さく、 押圧リ ング 3は円滑に上下動する。 また押圧リ ング 3が トップリ ング 1の軸線と同芯に配置された押圧リ ング支持ベアリ ング 3 7によって支持されているため、 押圧リ ング 3 と ト ツプリ ング 1 との同芯度を精度良く確保することができる。 この結果、 押圧リ ング 3 と トップリ ング 1 との間隔、 ひいては、 押圧リ ング 3の内 周縁と トツプリ ング 1 に支持された半導体ウェハ 4の外周縁の間隔を全 周に亘つて均一に保つことができる。 さ らにこのことから、 押圧リ ング 3 と、 トップリ ング 1すなわち半導体ウェハ 4 との間隔を従来以上に、 即ち前述のリテーナリ ングと押圧リ ングのテーパ面を設けただけの場合 以上に小さくすることが可能になり、 性能の安定と制御の容易性が実現 できる。 具体的には、 ウェハの研磨面のよ り周縁に近いところまで均一 に研磨できるので 1枚のウェハから得られる半導体デバイス製品の数が 増え、 また研磨時の押圧リ ングの押圧力等の運転条件を変化させたとき の応答性が良く なる。 また、 図 1 4に示す、 先に本件出願人によって提案されたポリ ツシン グ装置においては、 押圧リ ングと ト ップリ ングとの間に トップリ ングの 傾動抑制用の板パネを介装していたが、 本実施の形態においては、 押圧 リ ングが トップリ ングに直接接触する可能性が減り、 また、 ト ップリ ン グが過度に傾動する可能性も減るので、 この板パネの必要性がなく なる。 この部材は消耗部材と して取り扱われていたため、 結果と して、 消耗部 材のコス トの低減につながる。
図 4および図 5は、 本発明の第 2の実施の形態を示す図である。 第 2 の実施の形態において、 第 1の実施の形態と同一の作用又は機能を有す る部材は同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態においては、 第 1の実施の形態における押圧リ ング支持 ベアリ ング 3 7の回転支持ベアリ ング機能と上下移動支持ベアリ ング機 能を分割してそれぞれの機能を個別のベアリ ング 3 8 ， 3 9に分担させ るよ うにしたものである。 即ち、 ト ップリ ング 1の取付フランジ 3 2の 外周部には回転支持ベアリ ング 3 8を介してべァリ ング受けリ ング 4 0 が設けられており、 ベアリ ング受けリ ング 4 0 と押圧リ ング 3 との間に は上下移動支持ベアリ ング 3 9が介装されている。 回転支持ベアリ ング 3 8は通常のラジアルベアリ ングからなつている。 上下移動支持ベアリ ング 3 9は図 4および図 5に示すよ うに、 円周上に 3力所設置されてお り、 各上下移動支持ベアリ ング 3 9は押圧リ ング 3に固定されたベアリ ング転動面 3 9 Rを有した板状部材 3 9 a と、 2行 2列の 4個の短円柱 状ローラ 3 9 b と、 ローラ 3 9 bを収容するベアリ ングケース 3 9 c と からなつている。 ベアリ ングケース 3 9 c はべァリ ング受けリ ング 4 0 に固定されており、 ベアリ ング受けリ ング 4 0にはベアリ ング押さえ 6 9が固定されている。 押圧リ ング 3の上端部には押圧リ ングス ト ッパ 7 0が固定され、 また 取付フランジ 3 2の上端部にはカバー 7 1 が固定されている。 そして、 回転支持ベアリ ング 3 8 と上下移動支持ベアリ ング 3 9 とを囲むよ うに 3つのラ ビリ ンス 7 5 ， 7 6 ， 7 7が形成されている。 即ち、 ベアリ ン グ押さえ 6 9、 押圧リ ングス トッノヽ ° 7 0、 およびカバー 7 1 との間には ラ ビリ ンス 7 5が形成され、 ベアリ ング受けリ ング 4 0 と取付フランジ 3 2 との間にはラビリ ンス 7 6が形成され、 押圧リ ング 3の第 3押圧リ ング部材 3 c と リ テーナ 1 Βとの間にはラ ビリ ンス 7 7が形成されてい る。
図 4および図 5に示す本実施の形態によれば、 第 1の実施形態と比べ てべァリ ングの支持の位置を研磨面に対して近づけることが可能となる。 その結果、 押圧リ ング 3の支持安定性をよ り確保することが可能となる。 また、 第 1 の実施形態では二つの動作を一つのベアリ ングで受けてい たため、 ボールの動作面、 すなわち転動面ではボールが同時に 2方向に 動く よ うに点当たりすることになる。 従って、 転動面の硬さによっては、 当たり面においてよ り大きな摩耗が発生し、 ベアリ ングの寿命が短く な る可能性がある。 本実施の形態では、 トップリ ング 1 と押圧リ ング 3 と の相対回転は回転支持ベアリ ング 3 8によ り支持され、 押圧リ ング 3の トツプリ ング 1に対する上下動は上下移動支持ベアリ ング 3 9で支持さ れる。 すなわち、 一つのベアリ ングに対しては、 1方向の動作のみを与 えることが可能になり、 転動面を線接触にすることで、 ベアリ ングの寿 命の向上にも寄与することが可能である。
上述の構造を採用するに際して、 ベアリ ング設置部に対しては異物の 進入、 例えば、 水、 研磨液等の液体や研磨くず等の固体物の侵入は好ま しく ない。 従って、 ベアリ ングの周辺に、 上記の液体や固体物が入らな いよ うにする必要があり、 その手段と して、 その周辺を接触型のシール によつて機械的にシールするか、 ラビリ ンス等の構造で覆う等の方法が 考えられる。 例えば、 機械的にシールした場合には接触部においては少 なからず摩耗が生じ、 シール自体が消耗部材となる可能性がある。 また、 摩耗するという ことは、 摩耗による異物の発生にもつながり、 それ自身 が異物の発生源になりかねない。 それに対して、 図 4に示すよ うなラビ リ ンス構造は非接触であるため、 上述のよ うな懸念はない。 さらに、 複 数のラ ビリ ンス 7 5 , 7 6 , 7 7を並べることで、 異物の侵入阻止の精 度の向上も可能である。 また、 研磨面に対しても、 必要外の異物の侵入 は好ましくなく、 上記ラ ビリ ンス構造の採用によ り、 研磨面より上の部 分で発生した異物の落下を防ぐ効果も期待できる。 第 2の実施形態にお ける他の作用効果は第 1 の実施形態と同様である。
図 6は図 1乃至図 5に示すポリ ッシング装置の改良構造を示す要部断 面図である。 図 6に示す例においては、 トップリ ング本体 1 Aの上端外 周部と取付フランジ 3 2の下端外周部とにイ ンロー部 I Nを形成し、 ト ップリ ング本体 1 Aと取付フランジ 3 2 とを嵌合によ り位置決めしてい る。 そのため、 これら両部材を嵌合するだけで ト ップリ ング本体 1 Aと 取付フランジ 3 2 との芯出しが行われ、 組立性が向上する。 また ト ップ リ ング本体 1 Aと取付フランジ 3 2 との間に形成された真空や加圧空気 を供給するための空間 3 3をシールする〇リ ング 8 0を取付フランジ 3 2 と トップリ ング 1 Aとを固定するボルト 8 1 の内側に設けている。 そ のため、 ボルト 8 1の部分にシール性のあるヮッシャを設ける必要がな レ、。
一方、 押圧リ ング 3においては、 第 3押圧リ ング部材 3 cの上部に洗 浄水供給管 8 2が固定されると ともに下端に洗浄水吐出口 8 3が形成さ れている。 第 1押圧リ ング部材 3 a を保持する第 2押圧リ ング部材 3 b の上端に環状流路 8 4が形成されている。 環状流路 8 4は円周方向に所 定間隔をおいて設けられた複数の連通路 8 5を介して第 2押圧リ ング部 材 3 bの内周面に連通している。 また第 2押圧リ ング部材 3 bには、 下 部に円周方向に間隔をおいて複数の ドレン穴 8 6が形成されている。 そ して、 第 2押圧リ ング部材 3 bの內周面は內方に凹んでおり、 リテーナ リ ング 1 Bと押圧リ ング 3 との間に比較的広い空間 8 8が形成されてい る。 また第 2押圧リ ング部材 3 b の内外周面はポリ四ふつ化工チレンか らなる樹脂コーティ ング 8 9がなされている。
上述の押圧リ ング 3の構成において、 ガイ ドリ ング 1 Bと押圧リ ング 3 との間に入ったスラ リ一状の研磨砥液は、 空間 8 8の部分から ドレン 穴 8 6を介して押圧リ ング 3の外部に流出する。 従って、 ガイ ドリ ング 1 Bの上部へのスラ リ一状の研磨砥液の侵入を防ぐことができる。
また、 洗浄水供給管 8 2から適宜洗浄水を供給することにより、 洗浄 水は洗浄水吐出口 8 3、 環状流路 8 4および連通路 8 5を通ってガイ ド リ ング 1 Bと押圧リ ング 3 との間の空間 8 8に流入する。 その後、 洗浄 水はガイ ドリ ング 1 B と押圧リ ング 3 との間隙 9 1から流出する流路と ドレン穴 8 6を通って押圧リ ング 3の外部に流出する系路とをと り、 こ れによりガイ ドリ ング 1 Bと押圧リ ング 3 とが洗浄される。 なお、 第 2 押圧リ ング部材 3 b と第 3押圧リ ング部材 3 c との外周側の接続部には 間隙 9 0が形成されているため、 環状流路 8 4内の洗浄水は間隙 9 0を 通って押圧リ ング 3の外周面を流れるため、 押圧リ ング 3の外周面が洗 浄される。 また、 押圧リ ング 3の第 2押圧リ ング部材 3 bの内外面に樹 脂コーティング 8 9が施されているため、 スラ リ一状の研磨砥液が付着 しにく く、 またたとえ付着したと しても洗浄水の供給によつて研磨砥液 を容易に除去できる。
以上説明したよ うに、 本発明によれば、 押圧リ ングがベアリ ングを介 して トップリ ングに支持されているため、 押圧リ ングが剛性高く、 即ち、 十分にしっかり と支持される。 また押圧リ ングは、 ベアリ ングの上下移 動支持ベアリ ング機能又は専用の上下移動支持ベアリ ングによって トツ プリ ングに対して上下動が許容されているため、 上下動時の押圧リ ング の摺動抵抗は極めて小さ く、 押圧リ ングは円滑に上下動する。
また押圧リ ングが トツプリ ングの軸線と同芯に配置されたベアリ ング によって支持されているため、 押圧リ ングと ト ツプリ ングとの同芯度を 精度良く確保することができる。 この結果、 押圧リ ングと トップリ ング との間隔、 ひいては、 押圧リ ングの内周縁と ト ップリ ングに支持された 半導体ウェハの外周縁の間隔を全周に亘つて均一に保つことができる。 さ らに、 この間隔を均一に保つことができることにより、 間隔をよ り小 さく設定できるようになり、 研磨の性能が向上する。
また本発明によれば、 押圧リ ングを支持するベアリ ングへの水等の異 物の侵入路に非接触のラビリ ンスを設置したため、 異物の侵入を阻止す ることができるとともにこの部分からの発塵を防ぐことができる。
次に、 本発明に係るポリ ッシング装置の第 3の実施形態を図 7乃至図 1 1 を参照して説明する。 図 7は ト ツプリ ング及び押圧リ ングの部分を 示す拡大断面図であり、 図 8 Aは図 7の要部拡大断面図であり、 図 8 B は図 8 Aの VI I I— VI I I線断面図である。
図 7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 1 Aの外周部にボルト 3 1 に よつて着脱可能に固定されたリテーナリ ング 1 Bとからなり、 半導体ゥ ェハ 4を収容する凹部 1 aはトツプリ ング本体 1 Aの下面と リテーナリ ング 1 Bによって形成されている。 そして、 ト ップリ ング本体 1 Aの下 面によって半導体ウェハ 4 (図 1参照） の上面を保持し、 リテーナリ ン グ 1 Bによって半導体ウェハ 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 1 Aおよびリテーナリ ング 1 B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、 トツプリ 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パネ 1 7が介装されている。
また トップリ ング本体 1 Aには凹球面 3 2 a を有した取付フランジ 3 2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 3 4 a を有した駆動軸フランジ 3 4が固定されている。 そして、 前記両凹球 面 3 2 a , 3 4 a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 1 Aと取付フランジ 3 2 との間には空間 3 3が形成され、 この空間 3 3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。 トツプリ ング本体 1 Aは空間 3 3 と連通して下面に開口する多数 の連通孔 3 5を有している。 弾性マッ ト 2 も同様に前記連通孔 3 5に対 向した位置に開口を有している。 これによつて、 半導体ウェハ 4 (図 1 参照） の上面を真空によって吸着可能であり、 又、 半導体ウェハ 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。
ト ップリ ング 1の周囲に設けられた押圧リ ング 3は、 図 7および図 8 Aに示すように、 最下位置にあってアルミナセラ ミ ックからなる第 1押 圧リ ング部材 3 a と、 第 1押圧リ ング部材 3 a 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 3 b， 3 c 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 3 d とから構成されている。 第 2〜第 4押圧リ ング部材 3 b〜 3 dは、 ボル トによつて相互に接続さ れており、 第 1押圧リ ング部材 3 a 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 3 a の下端部は、 内周側 のみが下方に突出して突出部 3 e を形成しており、 この突出部 3 eの下 端面のみが研磨布 6を押圧する押圧面 3 f になっている。
前記押圧面 3 f の半径方向の幅又は厚さ tは、 2 m m〜 6 m mに設定 されている。 押圧リ ング 3の上端部は押圧リ ング用エアシリ ンダ 2 2に 連結されている。 押圧リ ング用エアシリ ンダ 2 2は トツプリ ングへッ ド 9に固定されている。 押圧リ ング用エアシリ ンダ 2 2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 1 Bはステンレス 鋼等の金属からなり、 リテーナリ ング 1 Bの外周部には、 下部に半径方 向内方に傾斜したテーパ面 1 B t を形成して下部側を上部側より薄肉に 形成している。 一方、 押圧リ ング 3の内周部にリテーナリ ング 1 Bのテ ーパ面に対応した位置に半径方向内方に傾斜したテ一パ面 3 t を形成し、 押圧リ ング 3 の押圧面 3 f を トップリ ング 1 に保持された半導体ウェハ 4の周縁部に可能な限り近づけるよ うにしている。
上述のリテーナリ ング 1 Bおよび押圧リ ング 3の構成によ り、 押圧リ ング 3の押圧面 3 f の内周縁と半導体ウェハ 4の周縁部との離間距離を 短かくすることができるため、 押圧リ ング 3は半導体ウェハ 4の周縁部 近傍の研磨布 6を押圧することができる。 したがって、 半導体ウェハ 4 の周縁部が過研磨されることを防止できる。 またリテーナリ ング 1 Bは、 図 8 Aの太線に示すよ うに、 その下部内外周面および下端面に樹脂コ ー ティ ング 1 8が施されている。 樹脂コーティング 1 8は P E E K (ポリ エーテルケ トン） 、 ポリテ トラフルォロエチレン、 塩化ポリ ビニール等 が好ましく、 その膜厚は 1 0 0 ミクロン以内が適当である。 金属製のリ テーナリ ング 1 Bに樹脂コーティング 1 8を施したため、 半導体ウェハ 4への金属汚染を防止することができる。
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、 トツ 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 2 2によつ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。
また、 押圧リ ング 3の第 2押圧リ ング部材 3 b の周壁には、 図 7、 図 8 Aおよび図 8 Bに示すよ うに、 この周壁を貫通する砥液供給孔 3 mが 放射状に複数個 （例えば 6個） 形成されている。 複数の砥液供給孔 3 m のうち、 ターンテーブル 5の回転方向 Rの上流側に位置する複数 （例え ば 3個） の開口部には、 図 8 Bに示すように、 コネクタ 1 0 7 a を介し て砥液供給チューブ 1 0 0の各分岐管 1 0 1が接続されている。 そして、 砥液供給チューブ 1 0 0は砥液供給源 1 0 2に接続されている。 他の砥 液供給孔 3 mの開口部は栓部材 1 0 3によって閉塞されている。 また砥 液供給チューブ 1 0 0には、 供給する砥液の流量を制御するポンプ 1 0 4 と、 このポンプ 1 0 4の上流側に位置して砥液の供給を開始および停 止する開閉弁 1 0 5 aが設けられている。 砥液供給孔 3 m、 コネクタ 1 0 7 a、 分岐管 1 0 1、 砥液供給チューブ 1 0 0、 ポンプ 1 0 4および 砥液供給源 1 0 2は、 砥液供給手段を構成しており、 押圧リ ング 3の内 側に砥液を供給できるよ うになつている。 押圧リ ング 3が非回転に構成 されているため、 砥液供給源 1 0 2から砥液供給孔 3 mへの砥液の供給 が口一タ リ ジョイ ン ト等を介さずに簡易に行える。
前記砥液供給手段から、 押圧リ ング 3の内側に砥液を供給することに より、 半導体ウェハ 4の研磨中に押圧リ ング 3によつて押圧リ ング 3の 内側へのスラ リ一状の研磨砥液の流入がさえぎられても、 研磨に使用さ れる砥液の不足をなくすことができる。 そのため、 ポリ ツシング対象物 の研磨は、 十分な砥液の下で円滑に行われる。
前記砥液供給チューブ 1 0 0の開閉弁 1 0 5 a とポンプ 1 0 4 との間 には、 洗浄液供給チューブ 1 0 8 a が接続され、 このチューブ 1 0 8 a は洗浄液供給源 1 0 9に接続されて、 洗浄手段が構成されている。 前記 洗浄液供給チューブ 1 0 8 a にも開閉弁 1 0 5 bが介装されている。 こ れによ り、 開閉弁 1 0 5 bを開いて前記洗浄手段から前記砥液供給手段 の砥液供給チューブ 1 0 0および砥液供給孔 3 mに洗浄液を供給するこ とにより、 内部に付着した砥液を洗い流すことができる。
また押圧リ ング 3の第 2押圧リ ング部材 3 b と第 3押圧リ ング部材 3 c との間には、 図 9 A (図 7の要部拡大断面図） 及び図 9 B (図 9 Aの I X— IX線断面図） に示すよ うに、 第 2押圧リ ング部材 3 bの上面にその 全周に亘つて形成された円周溝からなる洗浄液流路 3 i が設けられてい る。 第 2押圧リ ング部材 3 bには、 前記洗浄液流路 3 i に連通して外周 面に開口する洗浄液供給孔 3 j と、 前記洗浄液流路 3 i に連通して内周 面に開口する洗浄液吐出孔 3 kが放射状に複数個設けられている。 洗浄 液供給孔 3 j の開口部には、 コネクタ 1 0 7 bを介して洗浄液供給チュ ーブ 1 0 8 bが接続されている。 洗浄液供給チューブ 1 0 8 b も開閉弁 1 0 6を介して、 前述の洗浄液供給チューブ 1 0 8 a と同様に洗浄液供 給源 1 0 9に接続されている。 洗浄液吐出孔 3 k、 洗浄液流路 3 i 、 洗 浄液供給孔 3 j 、 コネクタ 1 0 7 b、 洗浄液供給チューブ 1 0 8 bおよ び洗浄液供給源 1 0 9は、 洗浄液供給手段を構成している。 押圧リ ング 3が非回転に構成されているため、 洗浄液供給源 1 0 9から洗浄液流路 3 i への洗浄液の供給及び洗浄液吐出孔 3 kからの洗浄液の吐出がロー タ リ ジョイン ト等を介さずに簡易に行える。
前記洗浄液供給手段から、 押圧リ ング 3 と ト ップリ ング 1のリテーナ リ ング 1 Bとの間隙に、 適宜、 洗浄液を供給することにより、 前記間隙 に入り込んだスラ リ一状の研磨砥液を洗い流すことができる。 そのため、 押圧リ ング 3 と トツプリ ング 1のリテーナリ ング 1 Bとの間に研磨砥液 が固着することがなく、 押圧リ ング 3の円滑な動きを確保することがで さる。
また、 押圧リ ング 3には、 押圧リ ング 3 と ト ップリ ング 1のリテーナ リ ング 1 Bとの間隙に溜まる空気等の気体を排出するための複数のガス 抜き穴 3 Vが形成されている （図 8 A参照） 。 したがって、 押圧リ ング 3 と トップリ ング 1のリテーナリ ング 1 Bとの間隙に気体がこもる （充 満する） ことがないため、 押圧リ ング 3の上下動が円滑に行われる。 よ つて、 研磨開始時に、 押圧リ ング 3は最適なタイ ミングで研磨布 6に接 触してこれを所望の押圧力で押圧することができる。
図 1 0 Aは押圧リ ングの一部を示す斜視図であり、 図 1 0 Bは図 1 0 Aの X矢視図である。 図 1 0 Aおよび図 1 0 Bに示すよ うに、 押圧リ ン グ 3には、 砥液供給孔 3 m、 砥液供給孔 3 mの開口端よ り下方に延びる 砥液供給溝 3 p、 洗浄液吐出孔 3 kおよび洗浄液供給流路 3 i が形成さ れている。 砥液供給孔 3 mに供給された砥液は、 砥液案内溝 3 pに沿つ て流下して研磨布 6に達する。
図 1 1 Aおよび図 1 1 Bは、 押圧リ ングの他の実施形態を示す図であ り、 図 1 1 Aは押圧リ ングの一部を示す斜視図であり、 図 1 1 Bは図 1 1 Aの XI矢視図である。 押圧リ ング 3の内周面は段差がなく平滑な円周 面になっている。 押圧リ ング 3に、 砥液供給孔 3 m、 洗浄液吐出孔 3 k および洗浄液流路 3 i が設けられていることは図 1 0 Aおよび図 1 0 B の実施形態と同様である。 そして、 押圧リ ング 3 の内周面には、 前記洗 浄液吐出孔 3 kの開口端と前記砥液供給孔 3 mの開口端とを結ぶ洗浄液 案内溝 3 n と、 前記砥液供給孔 3 mの開口端から下方に延びる砥液案内 溝 3 pが形成されている。 よって、 砥液供給孔 3 mに供給された砥液は、 砥液案内溝 3 pに沿って流下して研磨布 6に達する。 また、 砥液供給孔 3 mおよび砥液案内溝 3 pに付着した砥液は、 洗浄手段によって砥液供 給孔 3 mに供給されて砥液案内溝 3 pに沿つて流れる洗浄液と、 洗浄液 供給手段によって洗浄液吐出孔 3 kから吐出されて洗浄液案内溝 3 nか ら砥液供給孔 3 mを介して砥液案内溝 3 pに沿つて流れる洗浄液の双方 で洗浄される。
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 体ウェハ 4を保持させ、 トツプリ ング用エアシリ ンダ 1 0を作動させて トツプリ 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に半導体ウェハ 4を押圧する。 一方、 砥液供給ノズル 2 5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、 同時に、 砥液供給手段によって、 押圧リ ング 3の内側に砥液を供給することによ り、 半導体ウェハ 4の研磨される面 (下面） と研磨布 6の間に十分な研磨砥液 Qが存在した状態でポリ ッシ ングが行われる。
ト ップリ ング用エアシリ ンダ 1 0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 2 2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ェハ 4の研磨を行う。 研磨中にレギュレ ータ R 1 によって ト ップリ ング 1が半導体ウェハ 4をターンテーブル 5 上の研磨布 6に押圧する押圧力 F t を変更でき、 レギユレータ R 2によ つて押圧リ ング 3が研磨布 6を押圧する押圧力 F 2 を変更できる （図 1 参照） 。 したがって、 研磨中に、 押圧リ ング 3が研磨布 6を押圧する押 圧力 F 2 を、 トップリ ング 1が半導体ウェハ 4を研磨布 6に押圧する押 圧力 F に応じて変更することができる。 この押圧力 F！に対する押圧力 F 2 を適宜調整することにより、 半導体ウェハ 4の中心部から周縁部、 さ らには半導体ウェハ 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、 半導体ウェハ 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。
また半導体ウェハ 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 3の押圧力 F 2を ト ップリ ング 1の押圧力 F iに基づいて最適な値に選択することにより、 半導体ウェハ 4の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
そして、 例えば半導体ウェハ 4の研磨を終了した後の次の研磨を行う 前に、 押圧リ ング 3 と ト ップリ ング 1 との間隙に洗浄液を供給して、 押 圧リ ング 3 と トップリ ング 1 との間隙に入り込んだスラ リ一状の研磨砥 液を洗い流し、 同時に、 洗浄手段を介して、 砥液供給手段の砥液供給チ ュ一ブ 1 0 0および砥液供給孔 3 mに洗浄液を供給して、 ここに付着し た砥液を洗い流す。
本実施例によれば、 押圧リ ング 3の内側に砥液を供給する手段を設け たため、 半導体ウェハ 4の研磨中に押圧リ ング 3によつて押圧リ ング 3 の内側へのスラ リー状の研磨砥液の流入がさえぎられても、 押圧リ ング 3の内側に砥液を供給することによ り、 研磨に使用される砥液の不足を なくすことができる。 したがって、 ポリ ツシング対象物の研磨は、 十分 な砥液の下に円滑に行われる。 そして、 大径の半導体ウェハ 4の場合に も、 充分な量の砥液が確保される。
また、 本実施例によれば、 リテ一ナリ 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。 リテ一ナリ ング 1 Bは、 内周 面が半導体ウェハ 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 1 8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 ウェハ 4が破損することがあるからである。 またリテ一ナリ ング 1 B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 1 Bの相対運動 （上下運動および回転運動） が円滑に行われる。 また第 1押圧リ ング 3 a は、 半導体ウェハ 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 耗粉が半導体ウェハ 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 3 aは、 上述したよ うに半導体ウェハ 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 ィ素 （ S i C ) やジルコニァ等のセラ ミ ックであってもよレヽ。
なお、 本実施例では、 押圧リ ング 3を非回転に構成した例を示してい るが、 押圧リ ングを回転自在に構成し、 ロータ リ ージョイントを介して 押圧リ ングの内側に砥液を供給するよ うにしても良い。
以上説明したよ うに本発明によれば、 押圧リ ングの内側に砥液を供給 する手段を設けたため、 研磨中に押圧リ ングによって押圧リ ングの内側 へのスラ リ一状の研磨砥液の流入がさえぎられても、 押圧リ ングの内側 のポリ ッシング部に砥液を直接に供給することによ り、 研磨に使用され る砥液の不足をなくすことができる。 したがって、 ポリ ッシング対象物 の研磨は、 十分な砥液の下に円滑に行われる。 産業上の利用の可能性
本発明は半導体ウェハ等のポリ ッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研 磨するポリ ッシング装置に関するものであり、 半導体デバイスの製造ェ 程に利用可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 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 記ターンテ一ブルと 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 トツプリ ングの周固 に押圧リ ングを上下動自在に配置し、 前記押圧リ ングを研磨布に対して 可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、 前記押圧リ ングをベアリ ング を介して トツプリ ングに支持させたことを特徴とするポリ ッシング装置 t
2 . 前記ベアリ ングは、 前記押圧リ ングと トップリ ングとの相対回転を 支持する機能と前記押圧リ ングの ト ツプリ ングに対する上下動を支持す る機能とを有した一体型のベアリ ング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。
3 . 前記ベアリ ングは、 前記押圧リ ングと トップリ ングとの相対回転を 支持する回転支持用ベアリ ングと、 前記押圧リ ングの ト ップリ ングに対 する上下動を支持する上下移動用ベアリ ングとからなることを特徴とす る請求項 1記載のポリ ッシング装置。
4 . 前記ベア リ ングへの水等の異物の侵入を防止するため、 前記べァリ ングへの異物の侵入路にラビリ ンスを設けたことを特徴とする請求項 1 記載のポリ ッシング装置。
5 . 前記押圧リ ングと ト ツプリ ングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液 供給手段を設けたことを特徴とする請求項 1記載のポリ ッシング装置。
6 . 上面に研磨布を貼ったタ一ンテ一ブルと 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つて該ポリ 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 ツプリ ングの周囲 に押圧リ ングを上下動自在に配置し、 前記押圧リ ングを研磨布に対して 可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、 前記押圧リ ングの内側に砥液 を供給する砥液供給手段を設けたことを特徴とするポリ ッシング装置。
7 . 前記砥液供給手段には、 その内部を流通する砥液を洗い流す洗浄手 段が付設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 c
8 . 前記砥液供給手段は、 前記押圧リ ングの周壁を貫通する砥液供給孔 と、 この砥液供給孔に接続された砥液供給チューブと、 このチューブに 接続された砥液供給源とからなることを特徴とする請求項 6又は 7記載 のポリ ツシング装置。
9 . 前記押圧リ ングと ト ップリ ングとの間隙に洗浄液を供給する洗浄液 供給手段を設け、 前記洗浄液供給手段の洗浄液供給孔は、 前記砥液供給 手段の砥液供給孔ょ り も上部に位置していることを特徴とする請求項 6 乃至 8のいずれか 1項に記載のポリ ッシング装置。
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