JP3902715B2 - ポリッシング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハのポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間隔もより狭くなりつつある。特に、線幅が０．５μｍ以下の溝を半導体ウエハ面上に光リソグラフィで形成する場合は、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高精度で平坦化する必要がある。この平坦化の１手段としてポリッシング装置による研磨が行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングを具備し、該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、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００４】
上記ポリッシング装置において、ポリッシング対象物の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（バッキング部材）を貼り付け、トップリングからポリッシング対象物に印加する押圧力を均一にしようとする試みがなされている。これは押圧力を均一化することでポリッシング対象物が局部的に過度に研磨されることを緩和し、ポリッシング対象物の平坦度を向上させることを目的としている。
【０００５】
図１は従来のポリッシング装置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１０２を貼った回転するターンテーブル１０１と、回転及び押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ１０３を保持するトップリング１０５と、研磨布１０２に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル１０８を備えている。トップリング１０５はトップリングシャフト１０９に連結されており、またトップリング１０５はその下面にポリウレタン等の弾性を有するバッキング部材１０７を備えており、半導体ウエハ１０３を該バッキング部材１０７に接触させて保持する。
【０００６】
更に、トップリング１０５は、研磨中に半導体ウエハ１０３がトップリング１０５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１０６を外側部に備えている。ガイドリング１０６はトップリング１０５に対して固定されており、その下端面はトップリング１０５の保持面から突出するように形成されている。これによりポリッシング対象物である半導体ウエハ１０３が研磨中に研磨布１０２との摩擦力によって保持面から離脱して、トップリング１０５の外へ飛び出さないようにしている。
【０００７】
半導体ウエハ１０３をバッキング部材１０７の下部に保持し、ターンテーブル１０１上の研磨布１０２に押圧するとともに、ターンテーブル１０１及びトップリング１０５を回転させて研磨布１０２と半導体ウエハ１０３を相対運動させて研磨する。このとき、砥液供給ノズル１０８から研磨布１０２上に砥液Ｑを供給する。該砥液Ｑ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１０３を研磨する。
【０００８】
上記従来のポリッシング装置では、トップリング１０５のバッキング部材１０７の下面に半導体ウエハ１０３を接触させて保持し、研磨を行なっているため、バッキング部材１０７内の局部的剛性の違いが半導体ウエハ１０３の研磨（ポリッシング）むらとなって現れ易い。
【０００９】
また、ターンテーブル１０１上の研磨布１０２は、例えばロデールニッタ製のＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００等はポリウレタンからなる弾性体であるため、ポリッシング中に半導体ウエハ１０３の端部により圧縮されたものが復元するときには、その復元力によって半導体ウエハ１０３に強く接触し、この部分の研磨が他の部分に比べて速く進むため、図２に示すように、半導体ウエハ１０３の端部が平坦でなくなる。
【００１０】
図３は表面に酸化被膜を形成した６インチの半導体ウエハについて、上記ポリッシング装置でポリッシングした場合の半径方向位置に対する膜厚の測定値と、有限要素法で求めた半径方向位置に対する圧力の計算値を示す図である。図３において、Ａは膜厚の測定値、Ｂは圧力の計算値を示す。図３から明らかなように、有限要素法で求めた半径方向位置に対する圧力の計算値と半径方向位置に対する膜厚の測定値は略一致する。なお、この傾向は８インチの半導体ウエハについても同じであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポリッシング対象基板の研磨面を全面に渡り均等に研磨し、高精度の平坦度を実現できるポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、該ターンテーブルの研磨布に面し、ポリッシング対象基板を保持するための保持面を備えるトップリングとを具備し、該トップリングに所定の圧力を加えて該ポリッシング対象基板を前記ターンテーブルの研磨布面に押圧すると共に、該トップリングとターンテーブルとの相対運動により該ポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置において、前記トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に設定され、該保持面とポリッシング対象基板との間に空間空間部を形成する環状外側バッキング部材と、同保持面とポリッシング対象基板との間に設定され、前記空間空間部を複数の空間部分に仕切る内側バッキング部材とを有することを特徴とするポリッシング装置を提供する。
【００１３】
この装置ではトップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に空間部を設けることにより、その部分が従来の装置のようにバッキング部材によって剛直に支持していたのとは異なり、緩衝作用が働き、ポリッシング対象基板を平坦に研磨することができる。
【００１４】
前記内側バッキング部材は環状とし、環状外側バッキング部材と同心状に設定し、前記空間部を内側及び外側の空間部分に仕切るようにし、前記環状外側バッキング部材の半径方向幅を、前記環状の内側バッキング部材の半径方向幅より大きることにより、研磨面の平坦度を向上することができる。
【００１５】
また、前記空間部内の圧力を制御するための圧力制御装置を設けることもできる。より具体的には、前記内側及び外側の空間部分内の圧力を所要の圧力にすることができ、好ましくは、前記内側の空間部分を外側の空間部分よりも大きな圧力なるよう制御する。具体的には、内側の空間部分と外側の空間部分との圧力の比を１：０．５〜０．８となるように制御する。このように圧力を調整することにより、研磨面の平坦度を調整することができる。
【００１６】
環状外側バッキング部材及び内側バッキング部材は、例えば、シリコンゴム、ポリウレタン、プラスチック等の流体を通さない材料で形成する。好ましくは、ポリエチレンテレフタレートにより形成する。
【００１７】
また、本発明では、上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、該ターンテーブルの研磨布に面し、ポリッシング対象基板を保持するための保持面を備えるトップリング本体、及び、該トップリング本体の周囲に設けられ、前記保持面に保持されるポリッシング対象基板の周囲を囲うガイドリングを有するトップリングとを備え、該トップリングに所定の圧力を加えて該ポリッシング対象基板を前記ターンテーブルの研磨布面に押圧すると共に、該トップリングとターンテーブルとの相対運動により該ポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置において、トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に設定される環状のバッキング部材であって、トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間において、当該バッキング部材の半径方向内側に内側空間部分を、同バッキング部材と前記ガイドリングとの間に外側空間部分を形成する環状のバッキング部材を有することを特徴とするポリッシング装置を提供する。この場合、上記の外側環状バッキング部材を必要としない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの構成例を示す図で、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は底面図である。トップリング１はディスク状のトップリング本体２、通気板３、バッキング部材４、ガイドリング５を具備する。
【００１９】
トップリング本体２の下面外周にはガイドリング５が固定され、トップリング本体２の下面でガイドリング５の内周側には通気板３が固定され、該通気板３の下面にバッキング部材４が固定されている。バッキング部材４は外周に位置する円環状の外周領域部（外側バッキング部材）４ａと該外周領域部４ａの内周から所定の間隔を置いて内周側に配置された同心円状の内周領域部（内側バッキング部材）４ｂから構成されている。トップリング１はボール７を介してトップリングシャフト８に接続されている。
【００２０】
トップリング１の下面にはターンテーブル１０が位置し、該ターンテーブル１０の上面に研磨布１１が貼り付けられている。トップリング１のバッキング部材４とターンテーブル１０の研磨布１１の間に半導体ウエハ６を介在させ、トップリング１をターンテーブル１０に押し付け、且つ該トップリング１と該ターンテーブル１０とを互いに回転させることにより、半導体ウエハ６の下面（研磨布１１との接触面）を研磨する。
【００２１】
ガイドリング５は研磨中に半導体ウエハ６がトップリング１の下面から離脱し、外に飛び出すのを防止するためのものであるから、ガイドリング５の下面はバッキング部材４の下面よりも下方に突出している。また、ガイドリング５の下面と研磨布１１の間には所定の隙間ができるようになっている。半導体ウエハ６の上面と通気板３の下面（保持面）の間には該半導体ウエハ６の上面と通気板３の下面とバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂに囲まれた複数（図では２個）の同心円状の空間部分９ａ、９ｂが設けられている。
【００２２】
また、通気板３には該通気板３とトップリング本体２で囲まれた空間部分（通気室）９ｃと内側の空間部分９ｂを連通する多数の通気孔３ａが設けられている。また、トップリング本体２には空間部分９ｃに圧縮空気を供給したり、空間部分９ｃ内を真空排気するための通気口２ａが設けられている。該通気口２ａにより空間部分９ｃ内を真空排気することで、通気孔３ａを介して空間部分９ｂも真空排気されるから、半導体ウエハ６は真空吸着される。また、トップリング１とターンテーブル１０の間に半導体ウエハ６を介在させトップリング１をターンテーブル１０に押し付けた状態で、通気口２ａから圧縮空気を導入すると、空間部分９ｂは加圧されるようになっている。
【００２３】
図５は図４に示す構成のトップリングを用いたポリッシング装置の構成例を示す図である。トップリングシャフト８はトップリングヘッド１２に固定されトップリング用エアシリンダ１３に連結されており、このトップリング用エアシリンダ１３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６をターンテーブル１０に押圧するようになっている。また、トップリング１の上面とトップリングシャフト８の下面にはボール７を収容するボール軸受を形成しており、トップリング１はボール７を介して研磨布１１に対してボール７を中心に傾動可能になっている。
【００２４】
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１４に連結されており、この回転筒１４はその外周にタイミングプーリー１５を備えている。そして、該タイミングプーリー１５は、タイミングベルト１６を介して、トップリングヘッド１２に固定されたトップリング用モータ１７に設けられたタイミングプーリー１８に接続されている。従って、トップリング用モータ１７を回転駆動することによって、タイミングベルト１６及びタイミングプーリー１８を介して回転筒１４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１２は、フレーム（図示せず）に揺動（旋回）自在に支持されたトップリングヘッドシャフト１９によって支持されている。
【００２５】
トップリング用エアシリンダ１３はパイプ２０、バルブＶ1及びレギュレータＲ１を介して圧縮空気源２２に接続され、トップリング１のトップリング本体２の通気口２ａはパイプ２１、バルブＶ2及びレギュレータＲ２を介して圧縮空気源２２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１３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６を研磨布１１に押圧する押圧力を調整することができる。また、レギュレータＲ２によって上記通気板３と半導体ウエハ６の間にある空間部分９ｂに供給される空気圧を制御することにより、該半導体ウエハ６を押圧する押圧力を調整することができるようになっている。通気口２ａはパイプ２１及びバルブＶ0を介して真空排気源２６に接続されている。
【００２６】
レギュレータＲ１及びＲ２は図示しないコントローラによって独立に制御されるようになっている。また、ターンテーブル１０の上方には砥液供給ノズル２３が設置されており、該砥液供給ノズル２３によってターンテーブル１０上の研磨布１１上に砥液Ｑが供給されるようになっている。
【００２７】
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６を保持させトップリング用モータ１７によって回転させると共に、トップリング用エアシリンダ１３を作動させて該トップリング１を回転しているターンテーブル１０の研磨布１１に押圧する。一方、砥液供給ノズル２３から研磨布１１上面に砥液Ｑを流すことにより、該研磨布１１に砥液Ｑが保持され、半導体ウエハ６はその研磨面と研磨布１１の間に砥液が残存した状態で研磨される。
【００２８】
この時、トップリング１は上記のようにトップリング用エアシリンダ１３によって、ターンテーブル１０の上面に押圧されると同時にトップリング１の中央部にある上記空間部分９ｂには、圧縮空気源２２からレギュレータＲ２を介して圧縮空気が供給されている。この空間部分９ｂの圧力をバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂに掛かる圧力と平衡が得られるように調整することにより均一な研磨が可能となる。また、空間部分９ｂに供給された圧縮空気はバッキング部材４の内周領域部４ｂによりシールされ密封されているが空間部分９ａに若干の漏れが生じる。しかしながらこの漏れは、研磨には影響を及ぼさない。
【００２９】
図６は８インチの半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を従来のポリッシング装置で研磨した場合の研磨結果を示す図で、図７は同じく８インチの半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を本発明のポリッシング装置で研磨した場合の研磨結果を示す図である。図において、縦軸は研磨（ポリッシング）された酸化被膜の厚さ（Å）を示し、横軸は半導体ウエハの中心（０）からの距離を示す。ここでは砥液としてシリカ系研磨材を含んだアルカリ溶液を用いている。
【００３０】
図６と図７を比較して明らかなように、本発明のポリッシング装置で研磨した場合（図７参照）は、従来のポリッシング装置で研磨した場合（図６参照）に比べて、中心から端部まで高い平坦度で研磨され、且つ研磨むらが少ない。これは上述のように、研磨時の半導体ウエハ６の端部により収縮した研磨布１１が復元して、強く半導体ウエハ６に接触する部分が従来はバッキング部材により固定されているためその位置の研磨量が大きくなったが、本発明では半導体ウエハ６の上面（研磨面の反対側）が空間部分９ａ、９ｂとなっているため、この部分が緩衝帯となり、均一な研磨が可能となった。
【００３１】
また、半導体ウエハ６のバッキング部材４の硬度の差による研磨むらについても、上述のように空間部分９ｂに供給される圧縮空気により均一に加圧されているため研磨量も均一化される。
【００３２】
また、バッキング部材４を外周領域部４ａと内周領域部４ｂの２重環状に形成しているが、例えばこれより多い３重以上の複数環状に形成してもよい。
【００３３】
ターンテーブル１０上の研磨布１１は、その表面形状は好ましくは溝を設けた方が平坦度が得られやすいが他のパンチ穴によっても可能なことから、材質等は特に限定しない。また、バッキング部材４の材質についてもポリウレタンやゴム等の軟質な物からテフロン、プラスチック等の硬質な物まで使用が可能である。また、トップリングの下面自身をバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂのように形成しても良い。要は、半導体ウエハ６をトップリング１の保持面に保持した状態で該保持面と半導体ウエハ６との間に互いに独立した複数の空間部分が形成されるよう構成されていれば良い。しかしながら、バッキング部材４の内周領域部４ｂは同円周状に島状に形成することも可能である。
【００３４】
図８は本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの他の構成例を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は底面図である。本トップリング１が図４に示すトップリング１と相違する点は、本トップリング１では、トップリング本体２の下面と通気板３の間に環状のＯリング２４を介在させ、通気板３の下面と半導体ウエハ６の上面の間に形成された中央の空間部分９ｂと外側の空間部分９ａに対応するように、内側の空間部分(内側通気室部分)９ｄと外側の空間部分(外側通気室部分)９ｃを形成している点である。
【００３５】
また、通気板３には外側の空間部分９ａと外側の空間部分(外側通気室部分)９ｃが連通するように通気孔３ｂが設けられ、更にトップリング本体２に外側の空間部分(外側通気室部分)９ｃ内に圧縮空気を供給したり真空排気するための通気口２ｂが設けられている。その他の点は図４に示すトップリング１と略同一である。
【００３６】
図９は図８に示す構成のトップリングを用いるポリッシング装置の構成例を示す図である。本ポリッシング装置が図５に示すポリッシング装置と相違する点は、上記トップリング本体２の下面と通気板３の間の外側の空間部分９ｃに圧縮空気を供給するため、通気口２ｂがパイプ２５、バルブＶ3及びレギュレータＲ３を介して圧縮空気源２２に接続されると共にバルブＶ5及びレギュレータＲ５を介して真空排気源２６に接続され、更に、通気口２ａがパイプ２１、バルブＶ4及びレギュレータＲ４を介して真空排気源２６に接続されている点である。他は図５に示すポリッシング装置と略同一である。
【００３７】
上記のように、トップリング本体２の下面と通気板３の上面との間の外側の空間部分９ｃと内側の空間部分９ｄにそれぞれにレギュレータＲ２及びＲ３を介して独立に圧縮空気を供給するように構成することにより、通気板３の下面と半導体ウエハ６の上面との間の外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの圧力をそれぞれ独立して調整できる。
【００３８】
上記構成のポリッシング装置の研磨動作は図５に示すポリッシング装置と略同一であるが、ここでは上記のようにトップリング１の外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの内部圧力がそれぞれ独立して調整できるので、半導体ウエハ６の上面（研磨面の反対側）の外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの圧力を微妙に調整することにより均一な研磨が可能となる。また、半導体ウエハ６のバッキング部材の硬度の差による研磨むらについても、上述のように外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの圧力を微妙に調整することにより、より均一に加圧することができ、研磨量も均一化することができる。
【００３９】
図１０は８インチの半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を図９に示す本発明のポリッシング装置で研磨した場合の研磨結果を示す図である。図において、縦軸は研磨（ポリッシング）された酸化被膜の厚さ（Å）を示し、横軸は半導体ウエハの中心（０）からの距離であり、６９点を測定したものを示す。ここでは砥液としてシリカ系研磨材を含んだアルカリ溶液を用いている。図示するように、中心から端部まで高い平坦度で、且つ研磨むらが少なく研磨されている。
【００４０】
なお、図８のトップリング及び図９のポリッシング装置においても、図４のトップリング及び図５のポリッシング装置と同様、３重以上の複数重の形状としてもよい。また、ターンテーブル１０上の研磨布１１の表面形状は好ましくは溝を設けた方が平坦度が得られやすいが他のパンチ穴によっても可能なことから、材質等に特に限定しない。また、バッキング部材４の材質も特に限定されない。
【００４１】
また、トップリングの下面自身をバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂのように形成しても良い。要は、半導体ウエハ６をトップリング１の保持面に保持した状態で該保持面と半導体ウエハ６との間に互いに独立した複数の空間部分が形成されるよう構成されていれば良い。しかし、バッキング部材４の形状は内周領域部４ｂは同円周状に島状に形成することも可能である。
【００４２】
図１１には、図８に示すものとほぼ同様の構成のトップリングが示されているが、このトップリングでは、外側の空間部分９ｃの気密性を良くするためにO-リング２４'が設けられており、また、通気板には通気孔３aがより多く設けられている。図１２は、このトップリングを用いて行って研磨テストの結果を示す。すなわち、この結果は、ウエハの中心部分での研磨量を１とし、それに対する半径方向外側位置での研磨の割合(研磨率)を示している。このテストでは、内側の空間部分９bの圧力を４４．１ｋＰａ（４５０gf/cm2）とし、外側の空間部分９aの圧力を種々換えて、行った。その結果、外側の空間部分９aの圧力を４４．１ｋＰａ以上とした場合には、図１２に表されたものよりも明らかに悪い結果となった。すなわち、このテスト結果から、内側の空間部分の圧力を外側の圧力よりも大きくすることが好ましいことが分かった。また、
【００４３】
なお、上記実施の形態例では、ポリッシング対象基板として半導体ウエハを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、高精度の平坦度を要求される基板の研磨に利用できることは当然である。
【００４４】
バッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂは、流体を通さないシリコンゴム、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート等を用い、厚さを０．５〜１ｍｍ程度にすると良い結果が得られることが分かっている。また、本実施形態例では、通気板３と半導体ウエハ６の間の空間部分９ａに圧縮空気源２２から加圧空気を供給するように構成しているが、空間部分９ｃ、９ｄのそれぞれに真空度を調整できるように、図９に示すように各空間部分９ｃ、９ｄの下流側にそれぞれバルブＶ4、Ｖ5、レギュレータＲ４、Ｒ５を介して真空排気源２６に連通させてもよい。また、圧縮空気源２２と真空排気源２６の両方を備えて選択的に加圧と真空とに切り換えることができるように構成し、各空間部分９ｃ、９ｄの圧力を個々に真空から大気圧以上の広い範囲で調整できるようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、上記の如く構成されるものであり、ポリッシング基板保持面とポリッシング基板との間に、空間部が形成されることにより、当該ポリッシング基板を研磨するために押圧する際に、該空間部が緩衝作用をなして、従来装置における研磨で見られた研磨のばらつきを緩和することができ、また、空間部を複数の空間部分に分けて圧力制御することができるようにしたので、研磨作用を適正に制御でき、より好ましい研磨面を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のポリッシング装置の主要部を示す図である。
【図２】従来のポリッシング装置で半導体ウエハを研磨した場合の端部の研磨状態を説明するための図である。
【図３】従来のポリッシング装置で半導体ウエハを研磨した場合の膜厚の測定値と半径方向位置に対する圧力の計算値を示す図である。
【図４】本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの構成例を示す図で、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は底面図である。
【図５】本発明に係るポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図６】従来のポリッシング装置で半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を研磨した場合の研磨結果を示す図である。
【図７】本発明に係るポリッシング装置で半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を研磨した場合の研磨結果を示す図である。
【図８】本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの構成例を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は底面図である。
【図９】本発明に係るポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係るポリッシング装置で半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を研磨した場合の研磨結果を示す図である。
【図１１】本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの他の構成例を示す図で、図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は底面図である。
【図１２】図１１に示したトップリングを用いて行った研磨結果を示す図である。
【符号の説明】
１ トップリング
２ トップリング本体
３ 通気板
４ バッキング部材
４ａ 外側バッキング部材(外周領域部)
４ｂ 内側バッキング部材(内周領域部)
５ ガイドリング
６ 半導体ウエハ
７ ボール
８ トップリングシャフト
９ａ 外側の空間部分
９ｂ 内側の空間部分
９ｃ 外側の空間部分
９ｄ 内側の空間部分
１０ ターンテーブル
１１ 研磨布
１２ トップリングヘッド
１３ トップリング用エアシリンダ
１４ 回転筒
１５ タイミングプーリー
１６ タイミングベルト
１７ トップリング用モータ
１８ タイミングプーリー
１９ トップリングヘッドシャフト
２０ パイプ
２１ パイプ
２２ 圧縮空気源
２３ 砥液供給ノズル
２４ Ｏリング
２５ パイプ
２６ 真空排気源
Ｒ１ レギュレータ
Ｒ２ レギュレータ
Ｒ３ レギュレータ
Ｒ４ レギュレータ
Ｒ５ レギュレータ
Ｖ0 バルブ
Ｖ1 バルブ
Ｖ2 バルブ
Ｖ3 バルブ
Ｖ4 バルブ
Ｖ5 バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハのポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間隔もより狭くなりつつある。特に、線幅が０．５μｍ以下の溝を半導体ウエハ面上に光リソグラフィで形成する場合は、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高精度で平坦化する必要がある。この平坦化の１手段としてポリッシング装置による研磨が行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングを具備し、該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、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００４】
上記ポリッシング装置において、ポリッシング対象物の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（バッキング部材）を貼り付け、トップリングからポリッシング対象物に印加する押圧力を均一にしようとする試みがなされている。これは押圧力を均一化することでポリッシング対象物が局部的に過度に研磨されることを緩和し、ポリッシング対象物の平坦度を向上させることを目的としている。
【０００５】
図１は従来のポリッシング装置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１０２を貼った回転するターンテーブル１０１と、回転及び押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ１０３を保持するトップリング１０５と、研磨布１０２に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル１０８を備えている。トップリング１０５はトップリングシャフト１０９に連結されており、またトップリング１０５はその下面にポリウレタン等の弾性を有するバッキング部材１０７を備えており、半導体ウエハ１０３を該バッキング部材１０７に接触させて保持する。
【０００６】
更に、トップリング１０５は、研磨中に半導体ウエハ１０３がトップリング１０５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１０６を外側部に備えている。ガイドリング１０６はトップリング１０５に対して固定されており、その下端面はトップリング１０５の保持面から突出するように形成されている。これによりポリッシング対象物である半導体ウエハ１０３が研磨中に研磨布１０２との摩擦力によって保持面から離脱して、トップリング１０５の外へ飛び出さないようにしている。
【０００７】
半導体ウエハ１０３をバッキング部材１０７の下部に保持し、ターンテーブル１０１上の研磨布１０２に押圧するとともに、ターンテーブル１０１及びトップリング１０５を回転させて研磨布１０２と半導体ウエハ１０３を相対運動させて研磨する。このとき、砥液供給ノズル１０８から研磨布１０２上に砥液Ｑを供給する。該砥液Ｑ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１０３を研磨する。
【０００８】
上記従来のポリッシング装置では、トップリング１０５のバッキング部材１０７の下面に半導体ウエハ１０３を接触させて保持し、研磨を行なっているため、バッキング部材１０７内の局部的剛性の違いが半導体ウエハ１０３の研磨（ポリッシング）むらとなって現れ易い。
【０００９】
また、ターンテーブル１０１上の研磨布１０２は、例えばロデールニッタ製のＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００等はポリウレタンからなる弾性体であるため、ポリッシング中に半導体ウエハ１０３の端部により圧縮されたものが復元するときには、その復元力によって半導体ウエハ１０３に強く接触し、この部分の研磨が他の部分に比べて速く進むため、図２に示すように、半導体ウエハ１０３の端部が平坦でなくなる。
【００１０】
図３は表面に酸化被膜を形成した６インチの半導体ウエハについて、上記ポリッシング装置でポリッシングした場合の半径方向位置に対する膜厚の測定値と、有限要素法で求めた半径方向位置に対する圧力の計算値を示す図である。図３において、Ａは膜厚の測定値、Ｂは圧力の計算値を示す。図３から明らかなように、有限要素法で求めた半径方向位置に対する圧力の計算値と半径方向位置に対する膜厚の測定値は略一致する。なお、この傾向は８インチの半導体ウエハについても同じであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポリッシング対象基板の研磨面を全面に渡り均等に研磨し、高精度の平坦度を実現できるポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、該ターンテーブルの研磨布に面し、ポリッシング対象基板を保持するための保持面を備えるトップリングとを具備し、該トップリングに所定の圧力を加えて該ポリッシング対象基板を前記ターンテーブルの研磨布面に押圧すると共に、該トップリングとターンテーブルとの相対運動により該ポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置において、前記トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に設定され、該保持面とポリッシング対象基板との間に空間空間部を形成する環状外側バッキング部材と、同保持面とポリッシング対象基板との間に設定され、前記空間空間部を複数の空間部分に仕切る内側バッキング部材とを有することを特徴とするポリッシング装置を提供する。
【００１３】
この装置ではトップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に空間部を設けることにより、その部分が従来の装置のようにバッキング部材によって剛直に支持していたのとは異なり、緩衝作用が働き、ポリッシング対象基板を平坦に研磨することができる。
【００１４】
前記内側バッキング部材は環状とし、環状外側バッキング部材と同心状に設定し、前記空間部を内側及び外側の空間部分に仕切るようにし、前記環状外側バッキング部材の半径方向幅を、前記環状の内側バッキング部材の半径方向幅より大きることにより、研磨面の平坦度を向上することができる。
【００１５】
また、前記空間部内の圧力を制御するための圧力制御装置を設けることもできる。より具体的には、前記内側及び外側の空間部分内の圧力を所要の圧力にすることができ、好ましくは、前記内側の空間部分を外側の空間部分よりも大きな圧力なるよう制御する。具体的には、内側の空間部分と外側の空間部分との圧力の比を１：０．５〜０．８となるように制御する。このように圧力を調整することにより、研磨面の平坦度を調整することができる。
【００１６】
環状外側バッキング部材及び内側バッキング部材は、例えば、シリコンゴム、ポリウレタン、プラスチック等の流体を通さない材料で形成する。好ましくは、ポリエチレンテレフタレートにより形成する。
【００１７】
また、本発明では、上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、該ターンテーブルの研磨布に面し、ポリッシング対象基板を保持するための保持面を備えるトップリング本体、及び、該トップリング本体の周囲に設けられ、前記保持面に保持されるポリッシング対象基板の周囲を囲うガイドリングを有するトップリングとを備え、該トップリングに所定の圧力を加えて該ポリッシング対象基板を前記ターンテーブルの研磨布面に押圧すると共に、該トップリングとターンテーブルとの相対運動により該ポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置において、トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に設定される環状のバッキング部材であって、トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間において、当該バッキング部材の半径方向内側に内側空間部分を、同バッキング部材と前記ガイドリングとの間に外側空間部分を形成する環状のバッキング部材を有することを特徴とするポリッシング装置を提供する。この場合、上記の外側環状バッキング部材を必要としない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの構成例を示す図で、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は底面図である。トップリング１はディスク状のトップリング本体２、通気板３、バッキング部材４、ガイドリング５を具備する。
【００１９】
トップリング本体２の下面外周にはガイドリング５が固定され、トップリング本体２の下面でガイドリング５の内周側には通気板３が固定され、該通気板３の下面にバッキング部材４が固定されている。バッキング部材４は外周に位置する円環状の外周領域部（外側バッキング部材）４ａと該外周領域部４ａの内周から所定の間隔を置いて内周側に配置された同心円状の内周領域部（内側バッキング部材）４ｂから構成されている。トップリング１はボール７を介してトップリングシャフト８に接続されている。
【００２０】
トップリング１の下面にはターンテーブル１０が位置し、該ターンテーブル１０の上面に研磨布１１が貼り付けられている。トップリング１のバッキング部材４とターンテーブル１０の研磨布１１の間に半導体ウエハ６を介在させ、トップリング１をターンテーブル１０に押し付け、且つ該トップリング１と該ターンテーブル１０とを互いに回転させることにより、半導体ウエハ６の下面（研磨布１１との接触面）を研磨する。
【００２１】
ガイドリング５は研磨中に半導体ウエハ６がトップリング１の下面から離脱し、外に飛び出すのを防止するためのものであるから、ガイドリング５の下面はバッキング部材４の下面よりも下方に突出している。また、ガイドリング５の下面と研磨布１１の間には所定の隙間ができるようになっている。半導体ウエハ６の上面と通気板３の下面（保持面）の間には該半導体ウエハ６の上面と通気板３の下面とバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂに囲まれた複数（図では２個）の同心円状の空間部分９ａ、９ｂが設けられている。
【００２２】
また、通気板３には該通気板３とトップリング本体２で囲まれた空間部分（通気室）９ｃと内側の空間部分９ｂを連通する多数の通気孔３ａが設けられている。また、トップリング本体２には空間部分９ｃに圧縮空気を供給したり、空間部分９ｃ内を真空排気するための通気口２ａが設けられている。該通気口２ａにより空間部分９ｃ内を真空排気することで、通気孔３ａを介して空間部分９ｂも真空排気されるから、半導体ウエハ６は真空吸着される。また、トップリング１とターンテーブル１０の間に半導体ウエハ６を介在させトップリング１をターンテーブル１０に押し付けた状態で、通気口２ａから圧縮空気を導入すると、空間部分９ｂは加圧されるようになっている。
【００２３】
図５は図４に示す構成のトップリングを用いたポリッシング装置の構成例を示す図である。トップリングシャフト８はトップリングヘッド１２に固定されトップリング用エアシリンダ１３に連結されており、このトップリング用エアシリンダ１３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６をターンテーブル１０に押圧するようになっている。また、トップリング１の上面とトップリングシャフト８の下面にはボール７を収容するボール軸受を形成しており、トップリング１はボール７を介して研磨布１１に対してボール７を中心に傾動可能になっている。
【００２４】
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１４に連結されており、この回転筒１４はその外周にタイミングプーリー１５を備えている。そして、該タイミングプーリー１５は、タイミングベルト１６を介して、トップリングヘッド１２に固定されたトップリング用モータ１７に設けられたタイミングプーリー１８に接続されている。従って、トップリング用モータ１７を回転駆動することによって、タイミングベルト１６及びタイミングプーリー１８を介して回転筒１４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１２は、フレーム（図示せず）に揺動（旋回）自在に支持されたトップリングヘッドシャフト１９によって支持されている。
【００２５】
トップリング用エアシリンダ１３はパイプ２０、バルブＶ1及びレギュレータＲ１を介して圧縮空気源２２に接続され、トップリング１のトップリング本体２の通気口２ａはパイプ２１、バルブＶ2及びレギュレータＲ２を介して圧縮空気源２２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１３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６を研磨布１１に押圧する押圧力を調整することができる。また、レギュレータＲ２によって上記通気板３と半導体ウエハ６の間にある空間部分９ｂに供給される空気圧を制御することにより、該半導体ウエハ６を押圧する押圧力を調整することができるようになっている。通気口２ａはパイプ２１及びバルブＶ0を介して真空排気源２６に接続されている。
【００２６】
レギュレータＲ１及びＲ２は図示しないコントローラによって独立に制御されるようになっている。また、ターンテーブル１０の上方には砥液供給ノズル２３が設置されており、該砥液供給ノズル２３によってターンテーブル１０上の研磨布１１上に砥液Ｑが供給されるようになっている。
【００２７】
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６を保持させトップリング用モータ１７によって回転させると共に、トップリング用エアシリンダ１３を作動させて該トップリング１を回転しているターンテーブル１０の研磨布１１に押圧する。一方、砥液供給ノズル２３から研磨布１１上面に砥液Ｑを流すことにより、該研磨布１１に砥液Ｑが保持され、半導体ウエハ６はその研磨面と研磨布１１の間に砥液が残存した状態で研磨される。
【００２８】
この時、トップリング１は上記のようにトップリング用エアシリンダ１３によって、ターンテーブル１０の上面に押圧されると同時にトップリング１の中央部にある上記空間部分９ｂには、圧縮空気源２２からレギュレータＲ２を介して圧縮空気が供給されている。この空間部分９ｂの圧力をバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂに掛かる圧力と平衡が得られるように調整することにより均一な研磨が可能となる。また、空間部分９ｂに供給された圧縮空気はバッキング部材４の内周領域部４ｂによりシールされ密封されているが空間部分９ａに若干の漏れが生じる。しかしながらこの漏れは、研磨には影響を及ぼさない。
【００２９】
図６は８インチの半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を従来のポリッシング装置で研磨した場合の研磨結果を示す図で、図７は同じく８インチの半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を本発明のポリッシング装置で研磨した場合の研磨結果を示す図である。図において、縦軸は研磨（ポリッシング）された酸化被膜の厚さ（Å）を示し、横軸は半導体ウエハの中心（０）からの距離を示す。ここでは砥液としてシリカ系研磨材を含んだアルカリ溶液を用いている。
【００３０】
図６と図７を比較して明らかなように、本発明のポリッシング装置で研磨した場合（図７参照）は、従来のポリッシング装置で研磨した場合（図６参照）に比べて、中心から端部まで高い平坦度で研磨され、且つ研磨むらが少ない。これは上述のように、研磨時の半導体ウエハ６の端部により収縮した研磨布１１が復元して、強く半導体ウエハ６に接触する部分が従来はバッキング部材により固定されているためその位置の研磨量が大きくなったが、本発明では半導体ウエハ６の上面（研磨面の反対側）が空間部分９ａ、９ｂとなっているため、この部分が緩衝帯となり、均一な研磨が可能となった。
【００３１】
また、半導体ウエハ６のバッキング部材４の硬度の差による研磨むらについても、上述のように空間部分９ｂに供給される圧縮空気により均一に加圧されているため研磨量も均一化される。
【００３２】
また、バッキング部材４を外周領域部４ａと内周領域部４ｂの２重環状に形成しているが、例えばこれより多い３重以上の複数環状に形成してもよい。
【００３３】
ターンテーブル１０上の研磨布１１は、その表面形状は好ましくは溝を設けた方が平坦度が得られやすいが他のパンチ穴によっても可能なことから、材質等は特に限定しない。また、バッキング部材４の材質についてもポリウレタンやゴム等の軟質な物からテフロン、プラスチック等の硬質な物まで使用が可能である。また、トップリングの下面自身をバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂのように形成しても良い。要は、半導体ウエハ６をトップリング１の保持面に保持した状態で該保持面と半導体ウエハ６との間に互いに独立した複数の空間部分が形成されるよう構成されていれば良い。しかしながら、バッキング部材４の内周領域部４ｂは同円周状に島状に形成することも可能である。
【００３４】
図８は本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの他の構成例を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は底面図である。本トップリング１が図４に示すトップリング１と相違する点は、本トップリング１では、トップリング本体２の下面と通気板３の間に環状のＯリング２４を介在させ、通気板３の下面と半導体ウエハ６の上面の間に形成された中央の空間部分９ｂと外側の空間部分９ａに対応するように、内側の空間部分(内側通気室部分)９ｄと外側の空間部分(外側通気室部分)９ｃを形成している点である。
【００３５】
また、通気板３には外側の空間部分９ａと外側の空間部分(外側通気室部分)９ｃが連通するように通気孔３ｂが設けられ、更にトップリング本体２に外側の空間部分(外側通気室部分)９ｃ内に圧縮空気を供給したり真空排気するための通気口２ｂが設けられている。その他の点は図４に示すトップリング１と略同一である。
【００３６】
図９は図８に示す構成のトップリングを用いるポリッシング装置の構成例を示す図である。本ポリッシング装置が図５に示すポリッシング装置と相違する点は、上記トップリング本体２の下面と通気板３の間の外側の空間部分９ｃに圧縮空気を供給するため、通気口２ｂがパイプ２５、バルブＶ3及びレギュレータＲ３を介して圧縮空気源２２に接続されると共にバルブＶ5及びレギュレータＲ５を介して真空排気源２６に接続され、更に、通気口２ａがパイプ２１、バルブＶ4及びレギュレータＲ４を介して真空排気源２６に接続されている点である。他は図５に示すポリッシング装置と略同一である。
【００３７】
上記のように、トップリング本体２の下面と通気板３の上面との間の外側の空間部分９ｃと内側の空間部分９ｄにそれぞれにレギュレータＲ２及びＲ３を介して独立に圧縮空気を供給するように構成することにより、通気板３の下面と半導体ウエハ６の上面との間の外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの圧力をそれぞれ独立して調整できる。
【００３８】
上記構成のポリッシング装置の研磨動作は図５に示すポリッシング装置と略同一であるが、ここでは上記のようにトップリング１の外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの内部圧力がそれぞれ独立して調整できるので、半導体ウエハ６の上面（研磨面の反対側）の外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの圧力を微妙に調整することにより均一な研磨が可能となる。また、半導体ウエハ６のバッキング部材の硬度の差による研磨むらについても、上述のように外側の空間部分９ａと内側の空間部分９ｂの圧力を微妙に調整することにより、より均一に加圧することができ、研磨量も均一化することができる。
【００３９】
図１０は８インチの半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を図９に示す本発明のポリッシング装置で研磨した場合の研磨結果を示す図である。図において、縦軸は研磨（ポリッシング）された酸化被膜の厚さ（Å）を示し、横軸は半導体ウエハの中心（０）からの距離であり、６９点を測定したものを示す。ここでは砥液としてシリカ系研磨材を含んだアルカリ溶液を用いている。図示するように、中心から端部まで高い平坦度で、且つ研磨むらが少なく研磨されている。
【００４０】
なお、図８のトップリング及び図９のポリッシング装置においても、図４のトップリング及び図５のポリッシング装置と同様、３重以上の複数重の形状としてもよい。また、ターンテーブル１０上の研磨布１１の表面形状は好ましくは溝を設けた方が平坦度が得られやすいが他のパンチ穴によっても可能なことから、材質等に特に限定しない。また、バッキング部材４の材質も特に限定されない。
【００４１】
また、トップリングの下面自身をバッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂのように形成しても良い。要は、半導体ウエハ６をトップリング１の保持面に保持した状態で該保持面と半導体ウエハ６との間に互いに独立した複数の空間部分が形成されるよう構成されていれば良い。しかし、バッキング部材４の形状は内周領域部４ｂは同円周状に島状に形成することも可能である。
【００４２】
図１１には、図８に示すものとほぼ同様の構成のトップリングが示されているが、このトップリングでは、外側の空間部分９ｃの気密性を良くするためにO-リング２４'が設けられており、また、通気板には通気孔３aがより多く設けられている。図１２は、このトップリングを用いて行って研磨テストの結果を示す。すなわち、この結果は、ウエハの中心部分での研磨量を１とし、それに対する半径方向外側位置での研磨の割合(研磨率)を示している。このテストでは、内側の空間部分９bの圧力を４４．１ｋＰａ（４５０gf/cm2）とし、外側の空間部分９aの圧力を種々換えて、行った。その結果、外側の空間部分９aの圧力を４４．１ｋＰａ以上とした場合には、図１２に表されたものよりも明らかに悪い結果となった。すなわち、このテスト結果から、内側の空間部分の圧力を外側の圧力よりも大きくすることが好ましいことが分かった。また、
【００４３】
なお、上記実施の形態例では、ポリッシング対象基板として半導体ウエハを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、高精度の平坦度を要求される基板の研磨に利用できることは当然である。
【００４４】
バッキング部材４の外周領域部４ａと内周領域部４ｂは、流体を通さないシリコンゴム、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート等を用い、厚さを０．５〜１ｍｍ程度にすると良い結果が得られることが分かっている。また、本実施形態例では、通気板３と半導体ウエハ６の間の空間部分９ａに圧縮空気源２２から加圧空気を供給するように構成しているが、空間部分９ｃ、９ｄのそれぞれに真空度を調整できるように、図９に示すように各空間部分９ｃ、９ｄの下流側にそれぞれバルブＶ4、Ｖ5、レギュレータＲ４、Ｒ５を介して真空排気源２６に連通させてもよい。また、圧縮空気源２２と真空排気源２６の両方を備えて選択的に加圧と真空とに切り換えることができるように構成し、各空間部分９ｃ、９ｄの圧力を個々に真空から大気圧以上の広い範囲で調整できるようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、上記の如く構成されるものであり、ポリッシング基板保持面とポリッシング基板との間に、空間部が形成されることにより、当該ポリッシング基板を研磨するために押圧する際に、該空間部が緩衝作用をなして、従来装置における研磨で見られた研磨のばらつきを緩和することができ、また、空間部を複数の空間部分に分けて圧力制御することができるようにしたので、研磨作用を適正に制御でき、より好ましい研磨面を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のポリッシング装置の主要部を示す図である。
【図２】従来のポリッシング装置で半導体ウエハを研磨した場合の端部の研磨状態を説明するための図である。
【図３】従来のポリッシング装置で半導体ウエハを研磨した場合の膜厚の測定値と半径方向位置に対する圧力の計算値を示す図である。
【図４】本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの構成例を示す図で、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は底面図である。
【図５】本発明に係るポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図６】従来のポリッシング装置で半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を研磨した場合の研磨結果を示す図である。
【図７】本発明に係るポリッシング装置で半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を研磨した場合の研磨結果を示す図である。
【図８】本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの構成例を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は底面図である。
【図９】本発明に係るポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係るポリッシング装置で半導体ウエハの表面に形成した酸化被膜を研磨した場合の研磨結果を示す図である。
【図１１】本発明に係るポリッシング装置に用いるトップリングの他の構成例を示す図で、図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は底面図である。
【図１２】図１１に示したトップリングを用いて行った研磨結果を示す図である。
【符号の説明】
１ トップリング
２ トップリング本体
３ 通気板
４ バッキング部材
４ａ 外側バッキング部材(外周領域部)
４ｂ 内側バッキング部材(内周領域部)
５ ガイドリング
６ 半導体ウエハ
７ ボール
８ トップリングシャフト
９ａ 外側の空間部分
９ｂ 内側の空間部分
９ｃ 外側の空間部分
９ｄ 内側の空間部分
１０ ターンテーブル
１１ 研磨布
１２ トップリングヘッド
１３ トップリング用エアシリンダ
１４ 回転筒
１５ タイミングプーリー
１６ タイミングベルト
１７ トップリング用モータ
１８ タイミングプーリー
１９ トップリングヘッドシャフト
２０ パイプ
２１ パイプ
２２ 圧縮空気源
２３ 砥液供給ノズル
２４ Ｏリング
２５ パイプ
２６ 真空排気源
Ｒ１ レギュレータ
Ｒ２ レギュレータ
Ｒ３ レギュレータ
Ｒ４ レギュレータ
Ｒ５ レギュレータ
Ｖ0 バルブ
Ｖ1 バルブ
Ｖ2 バルブ
Ｖ3 バルブ
Ｖ4 バルブ
Ｖ5 バルブ
Claims (6)
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、該ターンテーブルの研磨布に面し、ポリッシング対象基板を保持するための保持面を備えるトップリングとを具備し、該トップリングに所定の圧力を加えて該ポリッシング対象基板を前記ターンテーブルの研磨布面に押圧すると共に、該トップリングとターンテーブルとの相対運動により該ポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置において、
前記トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に設定され、該保持面とポリッシング対象基板との間に空間部を形成する環状外側バッキング部材と、同保持面とポリッシング対象基板との間に設定され、前記空間部を複数の空間部分に仕切る内側バッキング部材とを有し、
更に、前記トップリングと各バッキング部材との間に配置される通気板と、前記トップリングと通気板との間に形成される空間を前記内側バッキング部材によって仕切られた複数の空間部に対応させて仕切るためのＯリングを備えていることを特徴とするポリッシング装置。 - 前記内側バッキング部材が環状とされ、前記環状外側バッキング部材と同心状に設定され、前記空間部を内側及び外側の空間部分に仕切るようになされ、前記環状外側バッキング部材の半径方向幅が、前記環状の内側バッキング部材の半径方向幅より大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
- 前記空間部内の圧力を制御するための圧力制御装置を有することを特徴とする請求項１若しくは２に記載のポリッシング装置。
- 前記圧力制御装置が、前記内側の空間部分を外側の空間部分よりも大きな圧力になるよう制御するようにした請求項３に記載のポリッシング装置。
- 前記環状外側バッキング部材及び内側バッキング部材を流体を通さない材料で形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のポリッシング装置。
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと；該ターンテーブルの研磨布に面し、ポリッシング対象基板を保持するための保持面を備えるトップリング本体、及び、該トップリング本体の周囲に設けられ、前記保持面に保持されるポリッシング対象基板の周囲を囲うガイドリングを有するトップリングと；を備え、該トップリングに所定の圧力を加えて該ポリッシング対象基板を前記ターンテーブルの研磨布面に押圧すると共に、該トップリングとターンテーブルとの相対運動により該ポリッシング対象基板を研磨し平坦化するポリッシング装置において、前記トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間に設定される環状のバッキング部材であって、前記トップリングの保持面とポリッシング対象基板との間において、当該バッキング部材の半径方向内側に内側空間部分を、同バッキング部材と前記ガイドリングとの間に外側空間部分を形成する環状のバッキング部材を有し、
更に、前記トップリングと各バッキング部材との間に配置される通気板と、前記トップリングと通気板との間に形成される空間を前記内側空間部分と外側空間部分に対応させて仕切るためのＯリングを備えていることを特徴とするポリッシング装置。
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