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JPH06155286A - ポリッシング装置の外れ止めリング - Google Patents

ポリッシング装置の外れ止めリング

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Publication number
JPH06155286A
JPH06155286A JP34116192A JP34116192A JPH06155286A JP H06155286 A JPH06155286 A JP H06155286A JP 34116192 A JP34116192 A JP 34116192A JP 34116192 A JP34116192 A JP 34116192A JP H06155286 A JPH06155286 A JP H06155286A
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JP
Japan
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polishing
top ring
retaining ring
ring body
turntable
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Application number
JP34116192A
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English (en)
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JP3341258B2 (ja
Inventor
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
Toru Watanabe
徹 渡辺
Riichiro Aoki
利一郎 青木
Hiroyuki Yano
博之 矢野
Masako Kodera
雅子 小寺
Atsushi Shigeta
厚 重田
Yu Ishii
遊 石井
Norio Kimura
憲雄 木村
Masayoshi Hirose
政義 広瀬
Manabu Tsujimura
学 辻村
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Ebara Corp
Toshiba Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリッシング対象物を研磨した場合、端だれ
防止効果の大きいポリッシング装置の外れ止めリングを
提供すること。 【構成】 各々独立した回転数で回転するターンテーブ
ル20とトップリング本体3を有し、且つ該トップリン
グ本体3が摺動しながら一定の圧力を前記ターンテーブ
ル20に与える手段を有し、ターンテーブル20とトッ
プリング本体3の間にポリッシング対象物を介在させて
ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化する
ポリッシング装置のトップリング本体3の下端外周に設
けられ、ポリッシング対象物6がトップリング下端面か
ら外れるのを防止するポリッシング装置の外れ止めリン
グにおいて、外れ止めリング5を、その断面の上部が薄
く下部が厚いテーパー状としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハの研磨もし
くは凹凸表面を有する基板を平坦化するポリッシング装
置のポリッシング対象物がトップリング下端面から外れ
るのを防止するポリッシング装置の外れ止めリングに関
するものである。
【0002】
【従来技術】従来この種のポリッシング装置は、図3に
示すように、各々独立した回転数で回転するターンテー
ブル20とトップリング本体3を有し、且つ該トップリ
ング本体3が摺動しながら一定の圧力をターンテーブル
20に与え、ターンテーブル20と該トップリング本体
3の間にポリッシング対象物6を介在させて該ポリッシ
ング対象物6の表面を研磨するようになっている。この
ようなポリッシング装置において、トップリング本体3
の下端外周には外れ止めリング5が設けられ、ポリッシ
ング対象物6がトップリング本体3の下端面から外れる
のを防止する外れ止めリング5が設けられている。
【0003】図4は上記ポリッシング装置のトップリン
グと外れ止めリング部分を示す図である。図示するよう
に、トップリング本体3の下端外周には外れ止めリング
5’が設けられており、該外れ止めリング5’の断面は
矩形状である。つまり断面の上部の厚さも下部の厚さも
等しい形状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の外れ止めリング5’を使用したポリッシング装置で
半導体ウエハ等のポリッシング対象物6を研磨した場
合、トップリング本体3と研磨布23とのたわみの関係
や研磨砥液Qがポリッシング対象物6とトップリング本
体3の間に浸入することにより端部に荷重が集中し過度
に研磨されてしまうという、所謂端だれが発生するとい
う問題があった。更に使用するうちに外れ止めリング
5’の内側角が消耗し、順テーパーがついた際には、ポ
リッシング対象物6が外れ止めリングに乗り上げるとい
う問題もあった。
【0005】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、ポリッシング対象物を研磨した場合、端だれが発生
することのないポリッシング装置の外れ止めリングを提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ポリッシング装置の外れ止めリングにおい
て、図1に示すように外れ止めリング5を、その断面の
上部が薄く下部が厚いテーパー状としたことを特徴とす
る。
【0007】
【作用】外れ止めリングを、その断面の上部が薄く下部
が厚いテーパー状としたので、ポリッシング対象物6が
外れ止めリング5と図1の点Aで接触した時、外れ止め
リング5の内側に角度α°のテーパーを付けることによ
り、ポリッシング対象物6がFの力で上に持ち上げられ
るから、ポリッシング対象物6の端部が研磨され過ぎて
端だれを起こすことがない。また、外れ止めリング5の
本来の機能であるポリッシング対象物6の外れ止めにも
効果があり、研磨砥液Qの浸入防止にも役立つ。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1はポリッシング装置の外れ止めリングの構造
を示す図である。図示するように、トップリング本体3
の下端外周に設けられ、ポリッシング対象物6がトップ
リング本体3の下端面から外れるのを防止するポリッシ
ング装置の外れ止めリング5は、その断面の上部が薄く
下部が厚い角度α°を有するテーパー状となっている。
なお、図1において、P1はポリッシング対象物(半導
体ウエハ)6の外周点、P2は外れ止めリング5と半導
体ウエハ6との接触点、aは半導体ウエハ6の上面と外
周点P1の水平面との間の寸法(半導体ウエハ6の厚さ
の1/2)、a’は半導体ウエハ6の上面と接触点P2
の水平面との間の寸法、bはトップリング本体3の下面
と外れリング下面との間の寸法であり、b>a’,b<
Tの関係が成立している。
【0009】図2は上記外れ止めリングを用いたポリッ
シング装置のポリッシング部の構成を示す側断面図であ
る。1はトップリング駆動軸であり、該トップリング駆
動軸1の下端面中央部には球ベアリング2が摺接する凹
状球面1aが形成されている。3はトップリング本体で
あり、該トップリング本体3はトップリング本体上部3
−1とトップリング本体下部3−2とで構成されてい
る。トップリング本体上部3−1の上面中心部には球ベ
アリング2が摺接する凹状球面3−1aが形成され、ト
ップリング本体下部3−2の外周部には外れ止めリング
5が取付けられている。
【0010】トップリング本体下部3−2には下面に開
口する多数の真空吸引孔3−2aが形成されている。ト
ップリング本体上部3−1には該真空吸引孔3−2aに
連通する真空溝3−1bが形成されており、該真空溝3
−1bは同じくトップリング本体上部3−1に形成され
真空孔3−1cに連通している。この真空孔3−1cは
真空ライン用チューブ10とチューブ継手9及びチュー
ブ継手11でトップリング駆動軸1の中心部に設けられ
た真空孔1bに連通されている。
【0011】前記トップリング駆動軸1にはフランジ部
1cが一体に設けられており、該フランジ部1cの外周
にはトルク伝達ピン7が設けられている。また、トップ
リング本体3のトップリング本体上部3−1の上面には
該トルク伝達ピン7に対応して、トルク伝達ピン8が設
けられている。トップリング本体下部3−2の下面と外
れ止めリング5の内周とターンテーブル(図示せず)上
面とに囲まれた空間に半導体ウエハ6を収容し、該ター
ンテーブルを回転させると共に、トップリング駆動軸1
を回転させ、その回転トルクをトルク伝達ピン7とトル
ク伝達ピン8の係合によりトップリング本体3に伝達さ
せてトップリング本体3を回転させ、且つトップリング
本体3を摺動させながら半導体ウエハ6の表面を平坦且
つ鏡面に研磨する。
【0012】なお、4はトップリングホルダーで、該ト
ップリングホルダー4はボルト4−2によりトップリン
グ本体3と連結している。トップリング駆動軸1を上昇
させるとトップリングホルダー4はトップリング本体3
と供に上昇する。この上昇させた状態時にスプリング4
−1は柔らかくトップリング本体3を水平に保つ機能、
特に半導体ウエハを受け渡しするときに有効に機能す
る。
【0013】図3は上記ポリッシング部を用いたポリッ
シング装置の構成を示す側断面図である。20はターン
テーブルであり、該ターンテーブル20は軸21を中心
に回転できるようになっている。ターンテーブル20の
外周部には研磨砥液等の飛散を防ぐためのターンテーブ
ルリング22が設けられている。また、ターンテーブル
20の上面には研磨布23が張られている。
【0014】ターンテーブル20の上部にはトップリン
グ本体3等が配置されており、トップリング本体3はト
ップリングシリンダ12により、ターンテーブル20に
対して一定の圧力で押圧されている。13はトップリン
グで、歯車14、タイミングベルト15、歯車16を介
してトップリング駆動軸1に回転トルクを与えている。
17は研磨砥液ノズルであり、研磨砥液ノズル17でタ
ーンテーブル20の研磨布23上に研磨砥液Qを噴射で
きるようになっている。
【0015】上記構成のポリッシング装置において、ト
ップリング本体下部3−2の下面にポリッシング対象物
6を真空吸着で取付け、ターンテーブル20上面の研磨
布23上にトップリングシリンダ12により圧力を加え
る。この時ターンテーブル20は回転を始める。次に研
磨砥液ノズル17から研磨布23上に研磨砥液Qを流す
ことにより、研磨布23に研磨砥液Qが保持され、ポリ
ッシング対象物6の研磨される面(下面)に研磨砥液Q
が浸入しポリッシングを始める。なお、ポリッシングに
際しては、ポリッシング対象物6をトップリング本体下
部3−2の下面に真空吸着する必要はなく、真空吸着せ
ずに行なっても良い。
【0016】この時、ポリッシング対象物6が外れ止め
リング5と図1の点Aで接触した時、外れ止めリング5
の内側に角度α°のテーパーを付けることにより、ポリ
ッシング対象物6がFの力で上に持ち上げられるから、
ポリッシング対象物6の端部が研磨され過ぎて端だれを
起こすことがない。即ち、ポリッシング対象物6の端部
と研磨布23の接触力が弱くなり過度の研磨とならな
い。
【0017】図5はポリッシング部に真空吸着機能を持
たない場合の構成を示す側断面図である。図示するよう
に、トップリング本体3にはその下面に開口する真空吸
引孔やこれに連通する真空孔がトップリング駆動軸1に
設けられていない。即ち、トップリング本体3はその下
面に半導体ウエハ6を吸着する機能を有していない。そ
の他の点は図2のポリッシング部と全く同一である。ま
た、図5において、外れ止めリング5はその断面が上部
が薄く下部が厚いテーパー状となっている点は図1に示
す外れ止めリング5と全く同じである。このようにトッ
プリング本体3が真空吸着機能を有していない場合で
も、本発明の効果には全く影響がない。更に、トップリ
ング表面に発泡ポリウレタンシート等を緩衝材として貼
り付けた場合にも有効である。
【0018】なお、外れ止めリング5の材質に半導体ウ
エハ等のポリッシング対象物6より軟質な材料、例えば
塩化ビニール(PVD)にすることにより、チッピング
等のポリッシング対象物6に対するダメージを与えるこ
とがない。
【0019】図6乃至図9はそれぞれ外れ止めリング5
の内側に傾斜する角度α、即ちテーパー角度αを変えて
ポリッシングした場合のポリッシング対象物の中心から
の距離(mm)に対するポリッシングレート(Å/mi
n)の測定例を示す図である。図6乃至図9の測定例で
は、いずれの場合もターンテーブル回転数:100rp
m、トップリング回転数:100rpm、トップリング
面圧:300g/cm2のポリッシングで研磨砥液とし
てCeO2の砥粒を1重量%混入した研磨砥液を用い
た。
【0020】図6に測定結果を示す実験例では、ポリッ
シング対象物としてシリコンウエハ表面にSiO2の膜
を形成してなる半導体ウエハを用いている。図6におい
て、白丸はα=0°、黒丸はα=3°、×はα=5°、
三角はα=10°とした場合を示す。図示するように外
れ止めリングのテーパー角度αを3°〜10°とした場
合、α=0°のようにポリッシング対象物の端部の過研
磨、所謂端だれが起こらない。
【0021】図7に測定結果を示す実験例では、ポリッ
シング対象物としてシリコンウエハ表面にSiNの膜を
形成してなる半導体ウエハを用いている。図7におい
て、白丸はα=0°、×はα=5°とした場合を示す。
図示するように外れ止めリングのテーパー角度αを5°
とした場合は、α=0°のようにポリッシング対象物の
端部の過研磨、所謂端だれが起こらない。
【0022】図8に測定結果を示す実験例では、ポリッ
シング対象物としてシリコンウエハ表面にBPSGの膜
を形成してなる半導体ウエハを用いている。図7におい
て、白丸はα=0°、×はα=5°とした場合を示す。
図示するように外れ止めリングのテーパー角度αを5°
とした場合は、α=0°のようにポリッシング対象物の
端部の過研磨、所謂端だれが起こらない。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
れ止めリングをその断面が上部が薄く下部が厚いテーパ
ー状としたので、ポリッシング対象物が外れ止めリング
とある点Aで接触した時、外れ止めリングの内側にテー
パーを付けることにより、ポリッシング対象物が持ち上
げられるから、ポリッシング対象物の端部が研磨され過
ぎて端だれを起こすことがないという優れた効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリッシング装置の外れ止めリングの
構造を示す図である。
【図2】本発明の外れ止めリングを用いたポリッシング
装置のポリッシング部の構成を示す側断面図である。
【図3】ポリッシング装置の構成を示す側断面図であ
る。
【図4】従来のポリッシング装置の外れ止めリングの構
造を示す図である。
【図5】本発明の外れ止めリングを用いたポリッシング
装置のポリッシング部の構造を示す図である。
【図6】外れ止めリングのテーパー角度αを変えてポリ
ッシングした場合のポリッシングレートの測定例を示す
図である。
【図7】外れ止めリングのテーパー角度αを変えてポリ
ッシングした場合のポリッシングレートの測定例を示す
図である。
【図8】外れ止めリングのテーパー角度αを変えてポリ
ッシングした場合のポリッシングレートの測定例を示す
図である。
【符号の説明】
1 トップリング駆動軸 2 球ベアリング 3 トップリング本体 5 外れ止めリング 6 ポリッシング対象物
フロントページの続き (72)発明者 青木 利一郎 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 矢野 博之 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 小寺 雅子 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 重田 厚 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 石井 遊 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 木村 憲雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 広瀬 政義 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 辻村 学 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々独立した回転数で回転するターンテ
    ーブルとトップリングを有し、且つ該トップリングが一
    定の圧力を前記ターンテーブルに与える手段を有し、該
    ターンテーブルと該トップリングの間にポリッシング対
    象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し
    平坦化するポリッシング装置のトップリング外周に設け
    られ、前記ポリッシング対象物がトップリングから外れ
    るのを防止するポリッシング装置の外れ止めリングにお
    いて、 前記外れ止めリングを、その断面がポリッシング対象物
    表面側が薄くポリッシング対象物裏面側が厚いテーパー
    状としたことを特徴とするポリッシング装置の外れ止め
    リング。
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