JP4402106B2 - Polishing device - Google Patents

Description

本発明は半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に係り、特にポリッシング対象物の周縁部の研磨量を制御する機構を具備したポリッシング装置に関する。   The present invention relates to a polishing apparatus that polishes a polishing object such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like shape, and more particularly to a polishing apparatus that includes a mechanism for controlling the polishing amount of a peripheral portion of the polishing object.

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。   In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. In particular, in the case of photolithography having a line width of 0.5 μm or less, the allowable depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the imaging surface of the stepper is required. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer, but polishing is performed by a polishing apparatus as one means of this flattening method.

従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。   Conventionally, this type of polishing apparatus has a turntable and a top ring, 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, so that an abrasive liquid is obtained. The surface of the polishing object is polished to a flat and mirror surface.

上述したポリッシング装置において、研磨中のポリッシング対象物と研磨布との間の相対的な押圧力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。よって、従来のポリッシング装置においては、上記の押圧力の不均一を避けるための手段として、
(i) トップリングの半導体ウエハ保持面に、弾性を有する例えばポリウレタン等の弾性マットを貼ること、
(ii) ポリッシング対象物の保持部、即ちトップリングを、研磨布の表面に対して傾動可能にすること、
(iii) 研磨布の研磨部の周囲の部分を、トップリング及びポリッシング対象物とは独立して押圧することにより、研磨布の研磨領域とその周囲の段差を防ぐこと、
等が行われている。 In the polishing apparatus described above, 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, insufficient polishing or overpolishing depending on the pressing force of each part. Will occur. Therefore, in the conventional polishing apparatus, as a means for avoiding the unevenness of the pressing force,
(i) attaching an elastic mat such as polyurethane having elasticity to the semiconductor wafer holding surface of the top ring;
(ii) making the holding part of the polishing object, that is, the top ring tiltable with respect to the surface of the polishing cloth;
(iii) By preventing the peripheral portion of the polishing portion of the polishing cloth from being pressed independently of the top ring and the polishing object, the polishing region of the polishing cloth and the step around it are prevented;
Etc. are done.

図１２は従来のポリッシング装置の一例の主要部を示す図である。ポリッシング装置は、上面に研磨布４２を貼った回転するターンテーブル４１と、回転および押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ４３を保持するトップリング４５と、研磨布４２に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル４８を備えている。トップリング４５はトップリングシャフト４９に連結されており、またトップリング４５はその下面にポリウレタン等の弾性マット４７を備えており、弾性マット４７に接触させて半導体ウエハ４３を保持する。さらにトップリング４５は、研磨中に半導体ウエハ４３がトップリング４５の下面から外れないようにするため、円筒状のガイドリング４６Ａを外周縁部に備えている。ここで、ガイドリング４６Ａはトップリング４５に対して固定されており、その下端面はトップリング４５の保持面から突出するように形成され、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３が保持面内に保持され、研磨中に研磨布４２との摩擦力によってトップリング外へ飛び出さないようになっている。   FIG. 12 is a diagram showing a main part of an example of a conventional polishing apparatus. The polishing apparatus supplies a polishing liquid 42 to the turntable 41 that rotates with a polishing cloth 42 on the upper surface, a top ring 45 that holds a semiconductor wafer 43 that is a polishing target so that it can be rotated and pressed, and the polishing cloth 42. A polishing liquid supply nozzle 48 is provided. The top ring 45 is connected to a top ring shaft 49, and the top ring 45 includes an elastic mat 47 such as polyurethane on the lower surface thereof, and holds the semiconductor wafer 43 in contact with the elastic mat 47. Further, the top ring 45 is provided with a cylindrical guide ring 46A at the outer peripheral edge portion so that the semiconductor wafer 43 does not come off from the lower surface of the top ring 45 during polishing. Here, the guide ring 46A is fixed to the top ring 45, and the lower end surface thereof is formed so as to protrude from the holding surface of the top ring 45, and the semiconductor wafer 43 which is a polishing object is held in the holding surface. In addition, it is prevented from jumping out of the top ring by frictional force with the polishing pad 42 during polishing.

半導体ウエハ４３をトップリング４５の下面の弾性マット４７の下部に保持し、ターンテーブル４１上の研磨布４２に半導体ウエハ４３をトップリング４５によって押圧するとともに、ターンテーブル４１およびトップリング４５を回転させて研磨布４２と半導体ウエハ４３を相対運動させて研磨する。このとき、砥液供給ノズル４８から研磨布４２上に砥液Ｑを供給する。砥液は、例えばアルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、ア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エハを研磨する。   The semiconductor wafer 43 is held below the elastic mat 47 on the lower surface of the top ring 45, the semiconductor wafer 43 is pressed against the polishing cloth 42 on the turn table 41 by the top ring 45, and the turn table 41 and the top ring 45 are rotated. Then, the polishing cloth 42 and the semiconductor wafer 43 are moved relative to each other for polishing. At this time, the abrasive liquid Q is supplied from the abrasive liquid supply nozzle 48 onto the polishing cloth 42. As the abrasive liquid, for example, an abrasive solution in which abrasive grains made of fine particles are suspended is used, and a semiconductor wafer is polished by a combined action of a chemical polishing action by alkali and a mechanical polishing action by abrasive grains.

図１３は、図１２に示すポリッシング装置による研磨時の半導体ウエハと研磨布と弾性マットの状態を示す拡大断面図である。図１３に示すように、ポリッシング対象物のみが研磨布を押圧する構造になっている場合には、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４３の周縁は、研磨布４２との接触／非接触の境界であると同時に、弾性マット４７との接触／非接触との境界になっている。このため、これらの境界であるポリッシング対象物の周縁において、ポリッシング対象物に加わる研磨圧力が不均一になり、ポリッシング対象物の周縁のみが多く研磨され、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまうという欠点があった。
上述した半導体ウエハの縁だれを防止するため、本件出願人は、先に特願平９−１０５２５２号にて半導体ウエハの外周側に位置する研磨布を押圧する構造を有したポリッシング装置を提案している。 FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing the state of the semiconductor wafer, polishing cloth, and elastic mat during polishing by the polishing apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 13, when only the polishing object presses the polishing cloth, the periphery of the semiconductor wafer 43, which is the polishing object, is at the contact / non-contact boundary with the polishing cloth 42. At the same time, it is a boundary between contact / non-contact with the elastic mat 47. For this reason, the polishing pressure applied to the polishing object is non-uniform at the periphery of the polishing object that is the boundary between them, and only the periphery of the polishing object is polished much, which causes a so-called “dragging”. was there.
In order to prevent the edge of the semiconductor wafer described above, the present applicant previously proposed a polishing apparatus having a structure for pressing a polishing cloth located on the outer peripheral side of a semiconductor wafer in Japanese Patent Application No. 9-105252. ing.

図１４は、特願平９−１０５２５２号にて提案したポリッシング装置を示す図である。図１４において、符号５１はトップリングであり、トップリング５１は、トップリング本体５１Ａと、トップリング本体５１Ａの外周部にボルト１８１によって着脱可能に固定されたリテーナリング５１Ｂとからなり、半導体ウエハ５４を収容する凹部５１ａはトップリング本体５１Ａの下面とリテーナリング５１Ｂによって形成されている。そして、トップリング本体５１Ａの下面によって半導体ウエハ５４の上面を保持し、リテーナリング５１Ｂによって半導体ウエハ５４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５１Ａおよびリテーナリング５１Ｂの周囲には押圧リング５３が上下動可能に設けられている。また押圧リング５３とトップリング５１との間には、トップリング５１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ップリング５１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６７が介装されている。   FIG. 14 is a diagram showing a polishing apparatus proposed in Japanese Patent Application No. 9-105252. In FIG. 14, reference numeral 51 denotes a top ring. The top ring 51 includes a top ring main body 51 </ b> A and a retainer ring 51 </ b> B detachably fixed to the outer peripheral portion of the top ring main body 51 </ b> A by a bolt 181. The recess 51a for housing the upper ring is formed by the lower surface of the top ring body 51A and the retainer ring 51B. The upper surface of the semiconductor wafer 54 is held by the lower surface of the top ring body 51A, and the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 54 is held by the retainer ring 51B. A pressing ring 53 is provided around the top ring main body 51A and the retainer ring 51B so as to be movable up and down. Further, between the pressing ring 53 and the top ring 51, there is a substantially U-shaped cross section for preventing the top ring 51 and the pressing ring from coming into direct contact and suppressing excessive tilting of the top ring 51. A leaf spring 67 is interposed.

前記トップリング５１の下面には弾性マット５２が貼着されている。またトップリング５１の下方には、上面に研磨布５６を貼ったターンテーブル５５が設置されている。またトップリング本体５１Ａには凹球面１８２ａを有した取付フランジ１８２が固定されている。トップリング５１の上方にはトップリングシャフト５８が配置されている。トップリングシャフト５８の下端には、凹球面１８４ａを有した駆動軸フランジ１８４が固定されている。そして、前記両凹球面１８２ａ，１８４ａ間には、球ベアリング５７が介装されている。また、トップリング本体５１Ａと取付フランジ１８２との間には空間１８３が形成され、この空間１８３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。   An elastic mat 52 is attached to the lower surface of the top ring 51. Further, below the top ring 51, a turntable 55 having an abrasive cloth 56 pasted on the upper surface is installed. A mounting flange 182 having a concave spherical surface 182a is fixed to the top ring main body 51A. A top ring shaft 58 is disposed above the top ring 51. A drive shaft flange 184 having a concave spherical surface 184 a is fixed to the lower end of the top ring shaft 58. A spherical bearing 57 is interposed between the concave spherical surfaces 182a and 184a. Further, a space 183 is formed between the top ring main body 51A and the mounting flange 182 so that liquids such as vacuum, pressurized air, and water can be supplied to the space 183.

前記トップリングシャフト５８はトップリングヘッド５９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ップリングシャフト５８は上下動し、トップリング５１の下端面に保持された半導体ウエハ５４をターンテーブル５５上の研磨布５６に押圧するようになっている。   The top ring shaft 58 is connected to a top ring air cylinder (not shown) fixed to the top ring head 59, and the top ring shaft 58 moves up and down by the top ring air cylinder. The semiconductor wafer 54 held on the lower end surface is pressed against the polishing pad 56 on the turntable 55.

また、トップリングシャフト５８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５１が回転する。トップリング５１の周囲に設けられた押圧リング５３の上端部は押圧リング用エアシリンダ７２に連結されている。押圧リング用エアシリンダ７２はトップリングヘッド５９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ７２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５１と押圧リング５３との間に、トップリング５１の回転を押圧リング５３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５１はトップリングシャフト５８の軸心まわりに回転するが、押圧リング５３は自身の軸線に対して非回転に構成されている。   The top ring shaft 58 is connected to a top ring motor (not shown), and the top ring 51 is rotated by rotationally driving the top ring motor. An upper end portion of a press ring 53 provided around the top ring 51 is connected to a press ring air cylinder 72. The pressure ring air cylinder 72 is fixed to the top ring head 59. A plurality of (for example, three) pressure ring air cylinders 72 are arranged on the circumference. No means such as a key for transmitting the rotation of the top ring 51 to the pressing ring 53 is provided between the top ring 51 and the pressing ring 53. Therefore, the top ring 51 rotates around the axis of the top ring shaft 58 during polishing, but the pressing ring 53 is configured so as not to rotate with respect to its own axis.

トッ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７２は、それぞれレギュレータ（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、半導体ウエハの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハの外側にある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、半導体ウエ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。   The top ring air cylinder and the pressure ring air cylinder 72 are each connected to a compressed air source (not shown) via a regulator (not shown). Then, by appropriately adjusting the pressing force of the guide ring with respect to the pressing force of the top ring, the distribution of the polishing pressure from the central part of the semiconductor wafer to the peripheral part and further to the outer peripheral part of the pressing ring outside the semiconductor wafer is continuous. And become uniform. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount from being excessive or insufficient at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer.

本件出願人が先に特願平９−１０５２５２号において提案したポリッシング装置では、押圧リング５３は、トップリングヘッド５９に固定されたエアシリンダ７２のシャフトのみによって支持されている。エアシリンダ７２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５３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って支持されている。押圧リング５３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５３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エ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、半導体ウエ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。   In the polishing apparatus previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 9-105252, the pressing ring 53 is supported only by the shaft of the air cylinder 72 fixed to the top ring head 59. A plurality of (for example, three) air cylinders 72 are provided at equal intervals on the circumference, but the pressing ring 53 is supported by a so-called cantilever structure that relies only on the rigidity of the shaft of the air cylinder. 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, cannot be firmly supported. Therefore, it is difficult to ensure the concentricity between the top ring and the pressing ring, the pressing ring is eccentric with respect to the top ring, and the entire circumference of the polishing cloth near the peripheral edge of the semiconductor wafer cannot be pressed uniformly. There was a problem of affecting the polishing result of the peripheral edge of the steel.

また、トップリング５１と押圧リング５３との間には、トップリング５１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６７が介装されているが、上述したように押圧リング５３を支持する構造の剛性が不足しているために、板バネ６７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。   Further, a leaf spring 67 is interposed between the top ring 51 and the pressing ring 53 in order to avoid direct contact between the top ring 51 and the pressing ring and to suppress excessive tilting of the top ring. As described above, since the rigidity of the structure for supporting the pressing ring 53 is insufficient, there is a problem that the wear of the leaf spring 67 is severe and the frequency of parts replacement is high.

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５３がトップリング５１の全周を囲み、しかも押圧リング５３がポリッシング対象物である半導体ウエハの研磨中に研磨布５６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ー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砥液が不足してしまうという問題があった。   Further, in the polishing apparatus previously proposed by the present applicant, the pressing ring 53 surrounds the entire circumference of the top ring 51, and the pressing ring 53 presses the polishing cloth 56 downward during polishing of the semiconductor wafer that is the polishing object. Therefore, the inflow of the slurry-like polishing abrasive fluid supplied to the surface of the polishing cloth to the inside of the pressing ring is blocked by the pressing ring, and is actually polished between the polishing cloth and the polishing object. There was a problem that the abrasive liquid used in the process would be insufficient.

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目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the pressing ring has high rigidity, that is, it can sufficiently support the pressing ring, and can ensure the concentricity of the pressing ring and the top ring with high accuracy. An object is to provide a polishing apparatus.

上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング装置は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物を収容する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るように構成し、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ものである。   In order to achieve the above-described object, a polishing apparatus of the present invention has a turntable having a polishing cloth affixed to an upper surface and a top ring, and a predetermined polishing object is interposed between the turntable and the top ring. In a polishing apparatus that polishes and polishes the polishing object by pressing with a force of a pressure, a pressing ring is disposed so as to be movable up and down around a top ring that accommodates the polishing object. A pressing means for pressing the polishing cloth with a variable pressing force is provided, and the pressing ring is supported by the top ring via a bearing, and the bearing rotates relative to the pressing ring and the top ring. Supporting rotation support bearing, and vertical movement for supporting the vertical movement of the pressing ring relative to the top ring And it is characterized in that comprising the bearings.

本発明によれば、押圧リングは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。   According to the present invention, since the pressing ring is supported by the top ring through the bearing, the pressing ring has high rigidity, that is, it can be supported sufficiently firmly, and the concentricity between the top ring and the pressing ring is ensured. can do.

また本発明によれば、押圧リングは、上下移動用ベアリングによってトッ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。   Further, according to the present invention, since the pressing ring is allowed to move up and down with respect to the top ring by the vertical movement bearing, the sliding resistance of the pressing ring during the vertical movement is extremely small, and the pressing ring smoothly moves up and down. Move.

さらに本発明によれば、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。   Furthermore, according to the present invention, since a non-contact labyrinth is installed in the entry path of foreign matter such as water to the bearing that supports the pressing ring, entry of foreign matter can be prevented and dust generation from this portion can be prevented. Can do.

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はポリッシング装置の全体構成を示す断面図であり、図２はトップリング及び押圧リングの部分を示す拡大断面図であり、図３は図２のIII−III線矢視図である。   Embodiments of a polishing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 3 are views showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire configuration of a polishing apparatus, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing portions of a top ring and a pressing ring. FIG. 3 is a view taken along the line III-III in FIG.

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１Ａと、トップリング本体１Ａの外周部にボルト３１によって着脱可能に固定されたリテーナリング１Ｂとからなり、半導体ウエハ４を収容する凹部１ａはトップリング本体１Ａの下面とリテーナリング１Ｂによって形成されている。そして、トップリング本体１Ａの下面によって半導体ウエハ４の上面を保持し、リテーナリング１Ｂによって半導体ウエハ４の外周部を保持するようになっている。前記トップリング本体１Ａおよびリテーナリング１Ｂの周囲には押圧リング３が上下動可能に設けられている。   1 and 2, reference numeral 1 denotes a top ring. The top ring 1 includes a top ring main body 1A and a retainer ring 1B fixed to a peripheral portion of the top ring main body 1A by a bolt 31 so as to be detachable. The recess 1a for accommodating the semiconductor wafer 4 is formed by the lower surface of the top ring body 1A and the retainer ring 1B. The upper surface of the semiconductor wafer 4 is held by the lower surface of the top ring body 1A, and the outer periphery of the semiconductor wafer 4 is held by the retainer ring 1B. A pressing ring 3 is provided around the top ring main body 1A and the retainer ring 1B so as to be movable up and down.

前記トップリング１の下面には弾性マット２が貼着されている。またトップリング１の下方には、上面に研磨布６を貼ったターンテーブル５が設置されている。またトップリング本体１Ａには凹球面３２ａを有した取付フランジ３２が固定されている。トップリング１の上方にはトップリングシャフト８が配置されている。トップリングシャフト８の下端には、凹球面３４ａを有した駆動軸フランジ３４が固定されている。そして、前記両凹球面３２ａ，３４ａ間には、球ベアリング７が介装されている。また、トップリング本体１Ａと取付フランジ３２との間には空間３３が形成され、この空間３３に真空、加圧空気、水等の液体が供給できるようになっている。トップリング本体１Ａは空間３３と連通して下面に開口する多数の連通孔３５を有している。弾性マット２も同様に前記連通孔３５に対向した位置に貫通孔を有している。これによって、半導体ウエハ４（図１参照）の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ４の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。   An elastic mat 2 is attached to the lower surface of the top ring 1. Further, below the top ring 1, a turntable 5 having an abrasive cloth 6 pasted on the upper surface is installed. 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 both concave spherical surfaces 32a and 34a. Further, a space 33 is formed between the top ring main body 1A and the mounting flange 32, and a liquid such as vacuum, pressurized air, or water can be supplied to the space 33. The top ring main body 1 </ b> A has a large number of communication holes 35 communicating with the space 33 and opening on the lower surface. Similarly, the elastic mat 2 has a through hole at a position facing the communication hole 35. Thus, the upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) can be adsorbed by vacuum, and liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 4.

前記トップリングシャフト８はトップリングヘッド９に固定されたトップリング用エアシリンダ１０に連結されており、このトップリング用エアシリンダ１０によってトップリングシャフト８は上下動し、トップリング１の下端面に保持された半導体ウエハ４をターンテーブル５に押圧するようになっている。
また、トップリングシャフト８はキー（図示せず）を介して回転筒１１に連結されており、この回転筒１１はその外周部にタイミングプーリ１２を有している。そして、タイミングプーリ１２は、タイミングベルト１３を介して、トップリングヘッド９に固定されたトップリング用モータ１４に設けられたタイミングプーリ１５に接続されている。したがって、トップリング用モータ１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１５、タイミングベルト１３およびタイミングプーリ１２を介して回転筒１１及びトップリングシャフト８が一体に回転し、トップリング１が回転する。トップリングヘッド９は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１６によって支持されている。 The top ring shaft 8 is connected to a top ring air cylinder 10 fixed to a top ring head 9, and the top ring shaft 8 moves up and down by the top ring air cylinder 10, and is moved to the lower end surface of the top ring 1. The held semiconductor wafer 4 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 the outer periphery thereof. The timing pulley 12 is connected via a timing belt 13 to a timing pulley 15 provided in a top ring motor 14 fixed to the top ring head 9. Therefore, when the top ring motor 14 is rotationally driven, the rotary cylinder 11 and the top ring shaft 8 are integrally rotated via the timing pulley 15, the timing belt 13 and the timing pulley 12, and the top ring 1 is rotated. The top ring head 9 is supported by a top ring head shaft 16 fixedly supported by a frame (not shown).

トップリング１の周囲に設けられた押圧リング３は、図２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３ａと、第１押圧リング部材３ａの上方にあるステンレス鋼からなる第２、第３押圧リング部材３ｂ，３ｃとから構成されている。第２および第３押圧リング部材３ｂ，３ｃ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３ａは第２押圧リング部材３ｂに接着等によって固定されている。第１押圧リング部材３ａの下端部は、研磨布６を押圧する押圧面３ｆになっている。   As shown in FIG. 2, 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 stainless steel located above the first pressing ring member 3a. The second and third pressing ring members 3b and 3c are made of steel. 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 fixed to the second pressing ring member 3b by bonding or the like. A lower end portion of the first pressing ring member 3 a is a pressing surface 3 f that presses the polishing pad 6.

トップリング１の取付フランジ３２には、ベアリング受けフランジ３６が固定されている。そして、ベアリング受けフランジ３６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ベアリング３７が介装されている。押圧リング支持ベアリング３７は、図２および図３に示すように、第３押圧リング部材３ｃに嵌合されたベアリングケ−ス３７ａと、上下２列で全周に亘って配置された多数のボール３７ｂと、ベアリングケース３７ａ内でボール３７ｂを保持するためのリテーナ（図示せず）とを有している。押圧リング支持ベアリング３７は押圧リング３の上端に固定されたベアリング押さえ５０によって上端が押さえられている。   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. As shown in FIGS. 2 and 3, the pressing ring support bearing 37 includes a bearing case 37a fitted to the third pressing ring member 3c and a plurality of balls arranged over the entire circumference in two rows. 37b and a retainer (not shown) for holding the ball 37b in the bearing case 37a. The upper end of the press ring support bearing 37 is pressed by a bearing press 50 fixed to the upper end of the press ring 3.

本実施の形態においては、トップリング１と押圧リング３との間に、トップリング１の回転を押圧リング３に伝達するためのキー等の手段が設けられていない。従って、研磨中にトップリング１はトップリングシャフト８の軸心まわりに回転するが、押圧リング３は自身の軸線に対して非回転に構成されており、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３６の外周面は、ボール３７ｂが転動するベアリング転動面３６Ｒを構成している。押圧リング支持ベアリング３７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３７の回転支持ベアリング機能によっ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３７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。   In the present embodiment, no means such as a key for transmitting the rotation of the top ring 1 to the pressing ring 3 is provided between the top ring 1 and the pressing ring 3. Accordingly, the top ring 1 rotates around the axis of the top ring shaft 8 during polishing, but the pressing ring 3 is configured so as not to rotate with respect to its own axis, that is, the top ring 1 and the pressing ring 3 In this case, the outer peripheral surface of the bearing receiving flange 36 fixed to the top ring 1 constitutes a bearing rolling surface 36R on which the ball 37b rolls. The pressure ring support bearing 37 has a function of both a rotation support bearing and a vertical movement support bearing, and the top ring 1 and the pressure ring 3 are allowed to rotate relative to each other by the rotation support bearing function of the pressure ring support bearing 37. The pressing ring 3 is allowed to move up and down with respect to the top ring 1 by the vertical movement support bearing function of the pressing ring support bearing 37.

押圧リング３の第３押圧リング部材３ｃには、押圧リング用エアシリンダ２２のシャフト２２ａの下端部が係合している。押圧リング用エアシリンダ２２はトップリングヘッド９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ２２は円周上に複数個（例えば３個）配設されている。またリテーナリング１Ｂはステンレス鋼等の金属からなり、リテーナリング１Ｂの外周部には、下部に半径方向内方に傾斜したテーパ面１Ｂｔ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１Ｂのテーパ面１Ｂｔに対応した位置に半径方向内方に傾斜したテーパ面３ｔを形成し、押圧リング３の押圧面３ｆをトップリング１に保持された半導体ウエハ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１Ｂ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３ｆの内周縁と半導体ウエハ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は半導体ウエハ４の周縁部近傍の研磨布６を押圧することができる。 The lower end portion of the shaft 22 a of the air cylinder 22 for the press ring is engaged with the third press ring member 3 c of the press ring 3. The pressure ring air cylinder 22 is fixed to the top ring head 9. A plurality of (for example, three) pressure 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 inclined inward in the radial direction is formed at the outer periphery of the retainer ring 1B so that the lower side is formed thinner than the upper side. . On the other hand, a tapered surface 3t inclined radially inward is formed at a position corresponding to the tapered surface 1Bt of the retainer ring 1B on the inner peripheral portion of the pressing ring 3, and the pressing surface 3f of the pressing ring 3 is held by the top ring 1. The semiconductor wafer 4 is as close as possible to the peripheral edge of the semiconductor wafer 4.
With the configuration of the retainer ring 1 </ b> B and the pressing ring 3, the distance between the inner peripheral edge of the pressing surface 3 f of the pressing ring 3 and the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be shortened. The polishing cloth 6 in the vicinity of the peripheral edge can be pressed.

図１に示すように、トップリング用エアシリンダ１０及び押圧リング用エアシリンダ２２は、それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源２４に接続されている。そして、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１０へ供給する空気圧を調整することによりトップリング１が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータＲ２によって押圧リング用エアシリンダ２２へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力を調整することができる。
また、ターンテーブル５の上方には砥液供給配管２５が設置されており、砥液供給配管２５によってターンテーブル５上の研磨布６上に研磨砥液Ｑが供給されるようになっている。 As shown in FIG. 1, the top ring air cylinder 10 and the press ring air cylinder 22 are connected to a compressed air source 24 via regulators R1 and R2, respectively. Then, by adjusting the air pressure supplied to the top ring air cylinder 10 by the regulator R1, the pressing force by which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing pad 6 can be adjusted. By the regulator R2, the pressure ring air is adjusted. By adjusting the air pressure supplied to the cylinder 22, the pressing force with which the pressing ring 3 presses the polishing pad 6 can be adjusted.
An abrasive liquid supply pipe 25 is installed above the turntable 5, and the polishing abrasive liquid Q is supplied onto the polishing cloth 6 on the turntable 5 by the abrasive liquid supply pipe 25.

上記構成のポリッシング装置において、トップリング１の下面に半導体ウエハ４を保持させ、トップリング用エアシリンダ１０を作動させてトップリング１をターンテーブル５に向かって押圧し、回転しているターンテーブル５の上面の研磨布６に半導体ウエハ４を押圧する。一方、砥液供給配管２５から研磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布６に研磨砥液Ｑが保持されており、半導体ウエハ４の研磨される面（下面）と研磨布６の間に研磨砥液Ｑが存在した状態でポリッシングが行われる。   In the polishing apparatus configured as described above, the semiconductor wafer 4 is held on the lower surface of the top ring 1, the top ring air cylinder 10 is operated to press the top ring 1 toward the turn table 5, and the turn table 5 rotating. The semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the upper surface. On the other hand, by flowing the polishing abrasive liquid Q from the abrasive liquid supply pipe 25, the polishing abrasive liquid Q is held on the polishing cloth 6, and polishing is performed between the surface (lower surface) of the semiconductor wafer 4 to be polished and the polishing cloth 6. Polishing is performed in the state where the abrasive liquid Q is present.

トップリング用エアシリンダ１０によるトップリング１の押圧力に応じて押圧リング用エアシリンダ２２による押圧リング３の研磨布６への押圧力を適宜調整して半導体ウエハ４の研磨を行う。研磨中にレギュレータＲ１によってトップリング１が半導体ウエハ４をターンテーブル５上の研磨布６に押圧する押圧力Ｆ_１を変更でき、レギュレータＲ２によって押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力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が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力Ｆ_１に応じて変更することができる。この押圧力Ｆ_１に対する押圧力Ｆ_２を適宜調整することにより、半導体ウエハ４の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ４の外側にある押圧リング３の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ４の周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。 The semiconductor wafer 4 is polished by appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring 3 to 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. By the regulator R1 during polishing can change the pressing force F ₁ which the top ring 1 to press the semiconductor wafer 4 to the polishing cloth 6 on the turntable 5, the pressing force F ₂ which is pressure ring 3 presses the polishing cloth 6 by the regulator R2 Can be changed (see FIG. 1). Therefore, during the polishing, the pressing force F ₂ by which the pressing ring 3 presses the polishing cloth 6 can be changed according to the pressing force F ₁ by which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6. By appropriately adjusting the pressing force F ₂ against the pressing force F _1, the peripheral edge portion, and further distribution of polishing pressure to the outer circumferential portion of the pressure ring 3 is continuously on the outside of the semiconductor wafer 4 from the center of the semiconductor wafer 4 And become uniform. Therefore, excessive or insufficient polishing amount at the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be prevented.

また半導体ウエハ４の周縁部で内部側より意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合には、押圧リングの押圧力Ｆ_２をトップリングの押圧力Ｆ_１に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウエハ４の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。 If you want to reduce the number or reverse intentionally polishing amount than the inner side in the also the periphery of the semiconductor wafer 4, the optimum value based on the pressing force F ₂ of the pressing ring with the pressing force F ₁ of the top ring By selecting, the polishing amount of the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be intentionally increased or decreased.

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３７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３７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。   In the present embodiment, 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. Further, since the pressing ring 3 is allowed to move up and down with respect to the top ring 1 by the vertical movement support bearing function of the pressing ring support bearing 37, the sliding resistance of the pressing ring 3 during the vertical movement is extremely small. 3 moves up and down smoothly.

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３７によって支持されているため、押圧リング３とトップリング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の内周縁とトップリング１に支持された半導体ウエハ４の外周縁の間隔を全周に亘っ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すなわち半導体ウエハ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、ウエ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枚のウエ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。   Further, since the pressing ring 3 is supported by the pressing ring support bearing 37 disposed concentrically with the axis of the top ring 1, the concentricity between the pressing ring 3 and the top ring 1 can be ensured with high accuracy. As a result, the distance between the pressing ring 3 and the top ring 1 and thus 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 can be kept uniform over the entire periphery. . Further, this makes it possible to make the distance between the pressing ring 3 and the top ring 1, that is, the semiconductor wafer 4, smaller than that of the conventional case, that is, more than the case where the taper surfaces of the retainer ring and the pressing ring are provided. Thus, stable performance and ease of control can be realized. Specifically, since it can be uniformly polished to a position closer to the periphery of the polishing surface of the wafer, the number of semiconductor device products obtained from one wafer increases, and the operating conditions such as the pressing force of the pressing ring during polishing can be reduced. Responsiveness when changing is improved.

また、図１４に示す、先に本件出願人によって提案されたポリッ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バ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、この板バ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。   Further, in the polishing apparatus previously proposed by the applicant shown in FIG. 14, a leaf spring for suppressing the tilting of the top ring is interposed between the pressing ring and the top ring. In the configuration, the possibility that the pressing ring is in direct contact with the top ring is reduced, and the possibility that the top ring is tilted excessively is reduced. Since this member is handled as a consumable member, the cost of the consumable member is reduced as a result.

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３７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３８，３９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３２の外周部には回転支持ベアリング３８を介してベアリング受けリング４０が設けられており、ベアリング受けリング４０と押圧リング３との間には上下移動支持ベアリング３９が介装されている。回転支持ベアリング３８は通常のラジアルベアリングからなっている。上下移動支持ベアリング３９は図４および図５に示すように、円周上に３カ所設置されており、各上下移動支持ベアリング３９は押圧リング３に固定されたベアリング転動面３９Ｒを有した板状部材３９ａと、２行２列の４個の短円柱状ロ−ラ３９ｂと、ローラ３９ｂを収容するベアリングケース３９ｃとからなっている。ベアリングケース３９ｃはベアリング受けリング４０に固定されており、ベアリング受けリング４０にはベアリング押さえ６９が固定されている。 4 and 5 are diagrams showing a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, 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.
In the present embodiment, 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 so that the respective functions are shared by the individual bearings 38 and 39. Is. That is, a bearing receiving ring 40 is provided on the outer peripheral portion of the mounting flange 32 of the top ring 1 via a rotation support bearing 38, and a vertical movement support bearing 39 is provided between the bearing receiving ring 40 and the pressing ring 3. It is intervened. The rotation support bearing 38 is a normal radial bearing. As shown in FIGS. 4 and 5, the vertical movement support bearings 39 are installed at three locations on the circumference, and each vertical movement support bearing 39 is a plate having a bearing rolling surface 39 </ b> R fixed to the pressing ring 3. And a bearing case 39c that accommodates the roller 39b. The bearing case 39 c is fixed to the bearing receiving ring 40, and a bearing holder 69 is fixed to the bearing receiving ring 40.

押圧リング３の上端部には押圧リングストッパ７０が固定され、また取付フランジ３２の上端部にはカバー７１が固定されている。そして、回転支持ベアリング３８と上下移動支持ベアリング３９とを囲むように３つのラビリンス７５，７６，７７が形成されている。即ち、ベアリング押さえ６９、押圧リングストッパ７０、およびカバー７１との間にはラビリンス７５が形成され、ベアリング受けリング４０と取付フランジ３２との間にはラビリンス７６が形成され、押圧リング３の第３押圧リング部材３ｃとリテーナ１Ｂとの間にはラビリンス７７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ベア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。 A pressing ring stopper 70 is fixed to the upper end portion of the pressing ring 3, and a cover 71 is fixed to the upper end portion of the mounting flange 32. Three labyrinths 75, 76, 77 are formed so as to surround the rotation support bearing 38 and the vertical movement support bearing 39. That is, a labyrinth 75 is formed between the bearing retainer 69, the pressing ring stopper 70, and the cover 71, and a labyrinth 76 is formed between the bearing receiving ring 40 and the mounting flange 32. A labyrinth 77 is formed between the pressing ring member 3c and the retainer 1B.
According to the present embodiment shown in FIGS. 4 and 5, it is possible to bring the bearing support position closer to the polishing surface than in the first embodiment. As a result, the support stability of the pressing ring 3 can be further ensured.

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３８により支持され、押圧リング３のトップリング１に対する上下動は上下移動支持ベアリング３９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。   In the first embodiment, since the two motions are received by one bearing, the ball strikes on the motion surface of the ball, that is, the rolling surface so that the ball moves in two directions at the same time. Therefore, depending on the hardness of the rolling surface, there is a possibility that greater wear will occur at the contact surface and the life of the bearing will be shortened. In the present embodiment, the relative rotation between the top ring 1 and the pressing ring 3 is supported by the rotation support bearing 38, and the vertical movement of the pressing ring 3 with respect to the top ring 1 is supported by the vertical movement support bearing 39. That is, it is possible to give only one direction of movement to one bearing, and it is possible to contribute to the improvement of the life of the bearing by making the rolling contact line contact.

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っ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７５，７６，７７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。   When adopting the above-described structure, it is not preferable that foreign matters enter the bearing installation portion, for example, liquid such as water or polishing liquid or solid matter such as polishing waste. Therefore, it is necessary to prevent the liquid or solid matter from entering the periphery of the bearing. As a means for this, the periphery is mechanically sealed with a contact-type seal or covered with a structure such as a labyrinth. A method is conceivable. For example, when mechanically sealed, there is a considerable amount of wear at the contact portion, and the seal itself may become a consumable member. Wearing also leads to the generation of foreign matter due to wear, which itself can be a source of foreign matter. On the other hand, since the labyrinth structure as shown in FIG. 4 is non-contact, there is no concern as described above. Furthermore, by arranging a plurality of labyrinths 75, 76, 77, it is possible to improve the accuracy of preventing foreign substances from entering. In addition, it is not preferable for foreign matter to enter the polishing surface, and the use of the labyrinth structure can also be expected to prevent the foreign matter generated in the portion above the polishing surface from falling. Other functions and effects in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.

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１Ａの上端外周部と取付フランジ３２の下端外周部とにインロー部ＩＮを形成し、トップリング本体１Ａと取付フランジ３２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１Ａと取付フランジ３２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１Ａと取付フランジ３２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３３をシールするＯリング８０を取付フランジ３２とトップリング１Ａとを固定するボルト８１の内側に設けている。そのため、ボルト８１の部分にシール性のあるワッシャを設ける必要がない。   FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part showing an improved structure of the polishing apparatus shown in FIGS. In the example shown in FIG. 6, an inlay portion IN is formed in the upper end outer peripheral portion of the top ring main body 1A and the lower end outer peripheral portion of the mounting flange 32, and the top ring main body 1A and the mounting flange 32 are positioned by fitting. . 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 assemblability is improved. Further, an O-ring 80 that seals a space 33 for supplying vacuum or pressurized air formed between the top ring body 1A and the mounting flange 32 is provided inside the bolt 81 that fixes the mounting flange 32 and the top ring 1A. Provided. Therefore, it is not necessary to provide a washer having a sealing property at the bolt 81 portion.

一方、押圧リング３においては、第３押圧リング部材３ｃの上部に洗浄水供給管８２が固定されるとともに下端に洗浄水吐出口８３が形成されている。第１押圧リング部材３ａを保持する第２押圧リング部材３ｂの上端に環状流路８４が形成されている。環状流路８４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８５を介して第２押圧リング部材３ｂの内周面に連通している。また第２押圧リング部材３ｂには、下部に円周方向に間隔をおいて複数のドレン穴８６が形成されている。そして、第２押圧リング部材３ｂの内周面は内方に凹んでおり、リテーナリング１Ｂと押圧リング３との間に比較的広い空間８８が形成されている。また第２押圧リング部材３ｂの内外周面はポリ四ふっ化エチレンからなる樹脂コーティング８９がなされている。   On the other hand, in the press ring 3, a cleaning water supply pipe 82 is fixed to the upper part of the third pressing ring member 3c, and a cleaning water discharge port 83 is formed at the lower end. An annular channel 84 is formed at the upper end of the second pressing ring member 3b that holds the first pressing ring member 3a. The annular channel 84 communicates with the inner circumferential surface of the second pressing ring member 3b via a plurality of communication passages 85 provided at predetermined intervals in the circumferential direction. The second pressing ring member 3b has a plurality of drain holes 86 formed in the lower portion at intervals in the circumferential direction. The inner peripheral surface of the second pressing ring member 3b is recessed inward, and a relatively wide space 88 is formed between the retainer ring 1B and the pressing ring 3. Further, a resin coating 89 made of polytetrafluoroethylene is formed on the inner and outer peripheral surfaces of the second pressing ring member 3b.

上述の押圧リング３の構成において、ガイドリング１Ｂと押圧リング３との間に入ったスラリー状の研磨砥液は、空間８８の部分からドレン穴８６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１Ｂの上部へのスラリー状の研磨砥液の侵入を防ぐことができる。   In the above-described configuration of the pressing ring 3, the slurry-like polishing abrasive fluid that has entered between the guide ring 1 </ b> B and the pressing ring 3 flows out of the pressing ring 3 from the space 88 through the drain hole 86. Therefore, it is possible to prevent the slurry-like polishing abrasive liquid from entering the upper portion of the guide ring 1B.

また、洗浄水供給管８２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８３、環状流路８４および連通路８５を通ってガイドリング１Ｂと押圧リング３との間の空間８８に流入する。その後、洗浄水はガイドリング１Ｂと押圧リング３との間隙９１から流出する流路とドレン穴８６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１Ｂ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３ｂと第３押圧リング部材３ｃとの外周側の接続部には間隙９０が形成されているため、環状流路８４内の洗浄水は間隙９０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３ｂの内外面に樹脂コーティング８９が施されているため、スラリー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って研磨砥液を容易に除去できる。   In addition, by appropriately supplying cleaning water from the cleaning water supply pipe 82, the cleaning water passes through the cleaning water discharge port 83, the annular channel 84, and the communication path 85, and a space 88 between the guide ring 1 </ b> B and the pressing ring 3. Flow into. Thereafter, the cleaning water takes a flow path that flows out from the gap 91 between the guide ring 1B and the pressing ring 3 and a system path that flows out of the pressing ring 3 through the drain hole 86, and thereby the guide ring 1B and the pressing ring. 3 are washed. In addition, since the gap 90 is formed at the outer peripheral connection portion between the second pressing ring member 3b and the third pressing ring member 3c, the cleaning water in the annular flow path 84 passes through the gap 90 and the pressing ring 3. Therefore, the outer peripheral surface of the pressing ring 3 is cleaned. Further, since the resin coating 89 is applied to the inner and outer surfaces of the second pressing ring member 3b of the pressing ring 3, the slurry-like polishing abrasive liquid is difficult to adhere, and even if it adheres, the polishing abrasive is supplied by supplying cleaning water. The liquid can be easily removed.

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ッ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。   As described above, according to the present invention, 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. In addition, since the pressing ring is allowed to move up and down with respect to the top ring by the vertical movement support bearing function of the bearing or a dedicated vertical movement support bearing, the sliding resistance of the pressure ring during vertical movement is extremely small. Moves up and down smoothly.

また押圧リングがトッ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、押圧リングとトッ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エハの外周縁の間隔を全周に亘っ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。   Further, since the pressing ring is supported by a bearing arranged concentrically with the axis of the top ring, the concentricity between the pressing ring and the top ring can be ensured with high accuracy. As a result, the distance between the pressing ring and the top ring, and hence 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 periphery. Furthermore, since this interval can be kept uniform, the interval can be set smaller, and the polishing performance is improved.

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。   In addition, according to the present invention, since a non-contact labyrinth is installed in the entry path of foreign matters such as water to the bearing that supports the pressing ring, it is possible to prevent the entry of foreign matters and to prevent dust generation from this portion. Can do.

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１１を参照して説明する。図７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８Ａは図７の要部拡大断面図であり、図８Ｂは図８ＡのVIII−VIII線断面図である。   Next, a third embodiment of the polishing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 is an enlarged cross-sectional view showing portions of the top ring and the pressing ring, FIG. 8A is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 7, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.

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１Ａと、トップリング本体１Ａの外周部にボルト３１によって着脱可能に固定されたリテーナリング１Ｂとからなり、半導体ウエハ４を収容する凹部１ａはトップリング本体１Ａの下面とリテーナリング１Ｂによって形成されている。そして、トップリング本体１Ａの下面によって半導体ウエハ４（図１参照）の上面を保持し、リテーナリング１Ｂによって半導体ウエハ４の外周部を保持するようになっている。前記トップリング本体１Ａおよびリテーナリング１Ｂの周囲には押圧リング３が上下動可能に設けられている。また押圧リング３とトップリング１との間には、トップリング１の過度な傾動を抑制するための略Ｕ字状の断面を有する板バネ１７が介装されている。   In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a top ring. The top ring 1 includes a top ring main body 1 </ b> A and a retainer ring 1 </ b> B that is detachably fixed to an outer peripheral portion of the top ring main body 1 </ b> A by a bolt 31. The concave portion 1a for housing the upper ring is formed by the lower surface of the top ring body 1A and the retainer ring 1B. The upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) is held by the lower surface of the top ring body 1A, and the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 4 is held by the retainer ring 1B. A pressing ring 3 is provided around the top ring main body 1A and the retainer ring 1B so as to be movable up and down. Further, a leaf spring 17 having a substantially U-shaped cross section for suppressing excessive tilting of the top ring 1 is interposed between the pressing ring 3 and the top ring 1.

またトップリング本体１Ａには凹球面３２ａを有した取付フランジ３２が固定されている。トップリング１の上方にはトップリングシャフト８が配置されている。トップリングシャフト８の下端には、凹球面３４ａを有した駆動軸フランジ３４が固定されている。そして、前記両凹球面３２ａ，３４ａ間には、球ベアリング７が介装されている。また、トップリング本体１Ａと取付フランジ３２との間には空間３３が形成され、この空間３３に真空、加圧空気、水等の液体が供給できるようになっている。トップリング本体１Ａは空間３３と連通して下面に開口する多数の連通孔３５を有している。弾性マット２も同様に前記連通孔３５に対向した位置に開口を有している。これによって、半導体ウエハ４（図１参照）の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ４の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。   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 both concave spherical surfaces 32a and 34a. Further, a space 33 is formed between the top ring main body 1A and the mounting flange 32, and a liquid such as vacuum, pressurized air, or water can be supplied to the space 33. The top ring main body 1 </ b> A has a large number of communication holes 35 communicating with the space 33 and opening on the lower surface. Similarly, the elastic mat 2 has an opening at a position facing the communication hole 35. Thus, the upper surface of the semiconductor wafer 4 (see FIG. 1) can be adsorbed by vacuum, and liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 4.

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８Ａ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３ａと、第１押圧リング部材３ａの上方にあるステンレス鋼からなる第２，第３押圧リング部材３ｂ，３ｃと、最上方位置にあるステンレス鋼からなる第４押圧リング部材３ｄとから構成されている。第２〜第４押圧リング部材３ｂ〜３ｄは、ボルトによって相互に接続されており、第１押圧リング部材３ａは第２押圧リング部材３ｂに接着等によって固定されている。第１押圧リング部材３ａの下端部は、内周側のみが下方に突出して突出部３ｅを形成しており、この突出部３ｅの下端面のみが研磨布６を押圧する押圧面３ｆになっている。   As shown in FIG. 7 and FIG. 8A, 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 an upper side of the first pressing ring member 3a. The second and third pressing ring members 3b and 3c made of stainless steel and the fourth pressing ring member 3d made of stainless steel at the uppermost position are formed. The 2nd-4th press ring members 3b-3d are mutually connected by the volt | bolt, and the 1st press ring member 3a is being fixed to the 2nd press ring member 3b by adhesion | attachment etc. The lower end portion of the first pressing ring member 3a protrudes downward only on the inner peripheral side to form a protruding portion 3e, and only the lower end surface of the protruding portion 3e becomes a pressing surface 3f that presses the polishing pad 6. Yes.

前記押圧面３ｆの半径方向の幅又は厚さｔは、２ｍｍ〜６ｍｍ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２２に連結されている。押圧リング用エアシリンダ２２はトップリングヘッド９に固定されている。押圧リング用エアシリンダ２２は円周上に複数個（例えば３個）配設されている。またリテーナリング１Ｂはステンレス鋼等の金属からなり、リテーナリング１Ｂの外周部には、下部に半径方向内方に傾斜したテーパ面１Ｂｔ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１Ｂ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ーパ面３ｔを形成し、押圧リング３の押圧面３ｆをトップリング１に保持された半導体ウエハ４の周縁部に可能な限り近づけるようにしている。   A radial width or thickness t of the pressing surface 3f is set to 2 mm to 6 mm. The upper end portion of the pressing ring 3 is connected to the pressing ring air cylinder 22. The pressure ring air cylinder 22 is fixed to the top ring head 9. A plurality of (for example, three) pressure 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 inclined inward in the radial direction is formed at the outer periphery of the retainer ring 1B so that the lower side is formed thinner than the upper side. . On the other hand, a tapered surface 3t inclined inward in the radial direction is formed at a position corresponding to the tapered surface of the retainer ring 1B on the inner peripheral portion of the pressing ring 3, and the pressing surface 3f of the pressing ring 3 is held by the top ring 1. It is as close as possible to the peripheral edge of the semiconductor wafer 4.

上述のリテーナリング１Ｂ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３ｆの内周縁と半導体ウエハ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は半導体ウエハ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、半導体ウエハ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１Ｂは、図８Ａの太線に示すように、その下部内外周面および下端面に樹脂コーティング１８が施されている。樹脂コーティング１８はＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ポリビニール等が好ましく、その膜厚は１００ミクロン以内が適当である。金属製のリテーナリング１Ｂに樹脂コーティング１８を施したため、半導体ウエハ４への金属汚染を防止することができる。   With the configuration of the retainer ring 1 </ b> B and the pressing ring 3, the distance between the inner peripheral edge of the pressing surface 3 f of the pressing ring 3 and the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be shortened. The polishing cloth 6 in the vicinity of the peripheral edge can be pressed. Therefore, it is possible to prevent the peripheral portion of the semiconductor wafer 4 from being overpolished. The retainer ring 1B is provided with a resin coating 18 on its lower inner peripheral surface and lower end surface as shown by the thick line in FIG. 8A. The resin coating 18 is preferably PEEK (polyetherketone), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride or the like, and the film thickness is suitably within 100 microns. Since the resin coating 18 is applied to the metal retainer ring 1B, metal contamination of the semiconductor wafer 4 can be prevented.

本実施例においては、トップリング１と押圧リング３との間に、トップリング１の回転を押圧リング３に伝達するためのキー等の手段が設けられていない。従って、研磨中にトップリング１はトップリングシャフト８の軸心まわりに回転するが、押圧リング３は自身の軸線に対して非回転に構成されている。そのため、トップリング１の回転力が押圧リング３へ伝達しないので、トップリングシャフト８の回転負荷が少なくなる。また、押圧リング３をトップリングヘッド９に固定された押圧リング用エアシリンダ２２によって直接作動させることができるため、装置構造が簡易になる。   In the present embodiment, no means such as a key for transmitting the rotation of the top ring 1 to the pressing ring 3 is provided between the top ring 1 and the pressing ring 3. Accordingly, the top ring 1 rotates around the axis of the top ring shaft 8 during polishing, but the pressing ring 3 is configured so as not to rotate with respect to its own axis. For this reason, the rotational force of the top ring 1 is not transmitted to the pressing ring 3, so that the rotational load on 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 structure of the apparatus is simplified.

また、押圧リング３の第２押圧リング部材３ｂの周壁には、図７、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、この周壁を貫通する砥液供給孔３ｍ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３ｍ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８Ｂに示すように、コネクタ１０７ａを介して砥液供給チューブ１００の各分岐管１０１が接続されている。そして、砥液供給チューブ１００は砥液供給源１０２に接続されている。他の砥液供給孔３ｍの開口部は栓部材１０３によって閉塞されている。また砥液供給チューブ１００には、供給する砥液の流量を制御するポンプ１０４と、このポンプ１０４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１０５ａが設けられている。砥液供給孔３ｍ、コネクタ１０７ａ、分岐管１０１、砥液供給チューブ１００、ポンプ１０４および砥液供給源１０２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っている。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１０２から砥液供給孔３ｍへの砥液の供給がロータリジョイント等を介さずに簡易に行える。   Further, as shown in FIGS. 7, 8A, and 8B, the peripheral wall of the second pressing ring member 3b of the pressing ring 3 has a plurality of (for example, six) abrasive supply holes 3m that penetrate the peripheral wall in a radial manner. Is formed. As shown in FIG. 8B, the abrasive liquid is supplied to a plurality of (for example, three) openings located upstream of the rotation direction R of the turntable 5 among the plurality of abrasive liquid supply holes 3m. Each branch pipe 101 of the tube 100 is connected. The abrasive liquid supply tube 100 is connected to an abrasive liquid supply source 102. The opening of the other abrasive liquid supply hole 3 m is closed by a plug member 103. The abrasive liquid supply tube 100 is provided with a pump 104 that controls the flow rate of the abrasive liquid to be supplied, and an on-off valve 105 a that is located upstream of the pump 104 and starts and stops the supply of the abrasive liquid. The abrasive liquid supply hole 3m, the connector 107a, the branch pipe 101, the abrasive liquid supply tube 100, the pump 104, and the abrasive liquid supply source 102 constitute an abrasive liquid supply means, and can supply the abrasive liquid to the inside of the pressing ring 3. It is like that. Since the pressing ring 3 is configured to be non-rotating, the abrasive liquid can be easily supplied from the abrasive liquid supply source 102 to the abrasive liquid supply hole 3m without using a rotary joint or the like.

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、半導体ウエハ４の研磨中に押圧リング３によって押圧リング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、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、ポリッ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。   By supplying the abrasive fluid from the abrasive fluid supply means to the inside of the press ring 3, the polishing ring abrasive slurry is prevented from flowing into the press ring 3 by the press ring 3 during polishing of the semiconductor wafer 4. However, the shortage of the abrasive liquid used for polishing can be eliminated. Therefore, the polishing of the polishing object is smoothly performed under a sufficient abrasive liquid.

前記砥液供給チューブ１００の開閉弁１０５ａとポンプ１０４との間には、洗浄液供給チューブ１０８ａが接続され、このチューブ１０８ａは洗浄液供給源１０９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１０８ａにも開閉弁１０５ｂが介装されている。これにより、開閉弁１０５ｂ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１００および砥液供給孔３ｍ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。   A cleaning liquid supply tube 108a is connected between the on-off valve 105a of the abrasive liquid supply tube 100 and the pump 104, and this tube 108a is connected to a cleaning liquid supply source 109 to constitute a cleaning means. An opening / closing valve 105b is also interposed in the cleaning liquid supply tube 108a. As a result, by opening the on-off valve 105b and supplying the cleaning liquid from the cleaning means to the abrasive liquid supply tube 100 and the abrasive liquid supply hole 3m of the abrasive liquid supply means, the abrasive liquid adhering to the inside can be washed away.

また押圧リング３の第２押圧リング部材３ｂと第３押圧リング部材３ｃとの間には、図９Ａ（図７の要部拡大断面図）及び図９Ｂ（図９ＡのIX−IX線断面図）に示すように、第２押圧リング部材３ｂの上面にその全周に亘って形成された円周溝からなる洗浄液流路３ｉが設けられている。第２押圧リング部材３ｂには、前記洗浄液流路３ｉに連通して外周面に開口する洗浄液供給孔３ｊと、前記洗浄液流路３ｉに連通して内周面に開口する洗浄液吐出孔３ｋが放射状に複数個設けられている。洗浄液供給孔３ｊの開口部には、コネクタ１０７ｂを介して洗浄液供給チューブ１０８ｂが接続されている。洗浄液供給チューブ１０８ｂも開閉弁１０６を介して、前述の洗浄液供給チューブ１０８ａと同様に洗浄液供給源１０９に接続されている。洗浄液吐出孔３ｋ、洗浄液流路３ｉ、洗浄液供給孔３ｊ、コネクタ１０７ｂ、洗浄液供給チューブ１０８ｂおよび洗浄液供給源１０９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１０９から洗浄液流路３ｉへの洗浄液の供給及び洗浄液吐出孔３ｋ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。   Further, between the second pressing ring member 3b and the third pressing ring member 3c of the pressing ring 3, FIG. 9A (enlarged sectional view of the main part in FIG. 7) and FIG. 9B (sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 9A). As shown in FIG. 3, a cleaning liquid flow path 3i composed of a circumferential groove formed over the entire circumference is provided on the upper surface of the second pressing ring member 3b. The second pressing ring member 3b is radially provided with a cleaning liquid supply hole 3j that communicates with the cleaning liquid flow path 3i and opens to the outer peripheral surface, and a cleaning liquid discharge hole 3k that communicates with the cleaning liquid flow path 3i and opens to the inner peripheral surface. A plurality are provided. A cleaning liquid supply tube 108b is connected to the opening of the cleaning liquid supply hole 3j via a connector 107b. The cleaning liquid supply tube 108b is also connected to the cleaning liquid supply source 109 through the on-off valve 106 in the same manner as the above-described cleaning liquid supply tube 108a. The cleaning liquid discharge hole 3k, the cleaning liquid flow path 3i, the cleaning liquid supply hole 3j, the connector 107b, the cleaning liquid supply tube 108b, and the cleaning liquid supply source 109 constitute a cleaning liquid supply means. Since the pressing ring 3 is configured to be non-rotating, it is possible to easily supply the cleaning liquid from the cleaning liquid supply source 109 to the cleaning liquid flow path 3i and discharge the cleaning liquid from the cleaning liquid discharge hole 3k without using a rotary joint or the like.

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１Ｂ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ー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とトップリング１のリテーナリング１Ｂ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きる。   By appropriately supplying the 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, the slurry-like polishing abrasive liquid that has entered the gap can be washed away. Therefore, the polishing abrasive liquid does not adhere between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1, and the smooth movement of the pressing ring 3 can be ensured.

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１Ｂ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３ｖが形成されている（図８Ａ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１Ｂ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。よって、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。   The pressing ring 3 is formed with a plurality of vent holes 3v for discharging gas such as air accumulated in the gap between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1 (see FIG. 8A). Therefore, since the gas is not trapped (filled) in the gap between the pressing ring 3 and the retainer ring 1B of the top ring 1, the pressing ring 3 can be moved up and down smoothly. Therefore, 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.

図１０Ａは押圧リングの一部を示す斜視図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸ矢視図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、押圧リング３には、砥液供給孔３ｍ、砥液供給孔３ｍの開口端より下方に延びる砥液供給溝３ｐ、洗浄液吐出孔３ｋおよび洗浄液供給流路３ｉが形成されている。砥液供給孔３ｍに供給された砥液は、砥液案内溝３ｐに沿って流下して研磨布６に達する。   10A is a perspective view showing a part of the pressing ring, and FIG. 10B is a view taken in the direction of arrow X in FIG. 10A. As shown in FIGS. 10A and 10B, the pressure ring 3 includes a polishing liquid supply hole 3m, a polishing liquid supply groove 3p extending downward from the opening end of the polishing liquid supply hole 3m, a cleaning liquid discharge hole 3k, and a cleaning liquid supply flow path 3i. Is formed. The abrasive liquid supplied to the abrasive liquid supply hole 3m flows down along the abrasive liquid guide groove 3p and reaches the polishing pad 6.

図１１Ａおよび図１１Ｂは、押圧リングの他の実施形態を示す図であり、図１１Ａは押圧リングの一部を示す斜視図であり、図１１Ｂは図１１Ａ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３ｍ、洗浄液吐出孔３ｋおよび洗浄液流路３ｉが設けられていることは図１０Ａおよび図１０Ｂ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３ｋの開口端と前記砥液供給孔３ｍの開口端とを結ぶ洗浄液案内溝３ｎと、前記砥液供給孔３ｍの開口端から下方に延びる砥液案内溝３ｐが形成されている。よって、砥液供給孔３ｍに供給された砥液は、砥液案内溝３ｐに沿って流下して研磨布６に達する。また、砥液供給孔３ｍおよび砥液案内溝３ｐに付着した砥液は、洗浄手段によって砥液供給孔３ｍに供給されて砥液案内溝３ｐに沿って流れる洗浄液と、洗浄液供給手段によって洗浄液吐出孔３ｋから吐出されて洗浄液案内溝３ｎから砥液供給孔３ｍを介して砥液案内溝３ｐに沿って流れる洗浄液の双方で洗浄される。   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, and FIG. 11B is a view taken along arrow XI in FIG. 11A. The inner circumferential surface of the pressing ring 3 has a smooth circumferential surface with no steps. The pressing ring 3 is provided with a polishing liquid supply hole 3m, a cleaning liquid discharge hole 3k, and a cleaning liquid flow path 3i, as in the embodiment of FIGS. 10A and 10B. A cleaning liquid guide groove 3n that connects the opening end of the cleaning liquid discharge hole 3k and the opening end of the abrasive liquid supply hole 3m, and an opening end of the abrasive liquid supply hole 3m are provided on the inner peripheral surface of the pressing ring 3. A polishing liquid guide groove 3p is formed extending in the direction. Therefore, the abrasive liquid supplied to the abrasive liquid supply hole 3m flows down along the abrasive liquid guide groove 3p and reaches the polishing pad 6. The abrasive liquid adhering to the abrasive liquid supply hole 3m and the abrasive liquid guide groove 3p is supplied to the abrasive liquid supply hole 3m by the cleaning means and flows along the abrasive liquid guide groove 3p, and the cleaning liquid is discharged by the cleaning liquid supply means. Cleaning is performed with both of the cleaning liquid discharged from the hole 3k and flowing along the abrasive liquid guide groove 3p from the cleaning liquid guide groove 3n through the abrasive liquid supply hole 3m.

上記構成のポリッシング装置において、トップリング１の下面に半導体ウエハ４を保持させ、トップリング用エアシリンダ１０を作動させてトップリング１をターンテーブル５に向かって押圧し、回転しているターンテーブル５の上面の研磨布６に半導体ウエハ４を押圧する。一方、砥液供給ノズル２５から研磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布６に研磨砥液Ｑが保持されており、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、半導体ウエハ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。   In the polishing apparatus configured as described above, the semiconductor wafer 4 is held on the lower surface of the top ring 1, the top ring air cylinder 10 is operated to press the top ring 1 toward the turn table 5, and the turn table 5 rotating. The semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the upper surface. On the other hand, by flowing the polishing abrasive liquid Q from the abrasive liquid supply nozzle 25, the polishing abrasive liquid Q is held on the polishing cloth 6, and at the same time, the abrasive liquid is supplied to the inside of the pressing ring 3 by the abrasive liquid supply means. Thus, polishing is performed in a state where a sufficient polishing abrasive liquid Q exists between the surface (lower surface) of the semiconductor wafer 4 to be polished and the polishing pad 6.

トップリング用エアシリンダ１０によるトップリング１の押圧力に応じて押圧リング用エアシリンダ２２による押圧リング３の研磨布６への押圧力を適宜調整して半導体ウエハ４の研磨を行う。研磨中にレギュレータＲ１によってトップリング１が半導体ウエハ４をターンテーブル５上の研磨布６に押圧する押圧力Ｆ_１を変更でき、レギュレータＲ２によって押圧リング３が研磨布６を押圧する押圧力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が半導体ウエハ４を研磨布６に押圧する押圧力Ｆ_１に応じて変更することができる。この押圧力Ｆ_１に対する押圧力Ｆ_２を適宜調整することにより、半導体ウエハ４の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ４の外側にある押圧リング３の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ４の周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。 The semiconductor wafer 4 is polished by appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring 3 to 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. By the regulator R1 during polishing can change the pressing force F ₁ which the top ring 1 to press the semiconductor wafer 4 to the polishing cloth 6 on the turntable 5, the pressing force F ₂ which is pressure ring 3 presses the polishing cloth 6 by the regulator R2 Can be changed (see FIG. 1). Therefore, during the polishing, the pressing force F ₂ by which the pressing ring 3 presses the polishing cloth 6 can be changed according to the pressing force F ₁ by which the top ring 1 presses the semiconductor wafer 4 against the polishing cloth 6. By appropriately adjusting the pressing force F ₂ against the pressing force F _1, the peripheral edge portion, and further distribution of polishing pressure to the outer circumferential portion of the pressure ring 3 is continuously on the outside of the semiconductor wafer 4 from the center of the semiconductor wafer 4 And become uniform. Therefore, excessive or insufficient polishing amount at the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be prevented.

また半導体ウエハ４の周縁部で内部側より意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合には、押圧リング３の押圧力Ｆ_２をトップリング１の押圧力Ｆ_１に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウエハ４の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。 Further, when it is desired to intentionally increase the polishing amount at the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 from the inner side, or conversely, reduce the pressing force F ₂ of the pressing ring 3 based on the pressing force F ₁ of the top ring 1. By selecting the value, the polishing amount of the peripheral edge of the semiconductor wafer 4 can be intentionally increased or decreased.

そして、例えば半導体ウエハ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ー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ーブ１００および砥液供給孔３ｍに洗浄液を供給して、ここに付着した砥液を洗い流す。   For example, before performing the next polishing after the polishing of the semiconductor wafer 4, the cleaning liquid is supplied to the gap between the pressing ring 3 and the top ring 1 and enters the gap between the pressing ring 3 and the top ring 1. The slurry-like polishing abrasive liquid is washed away, and at the same time, the cleaning liquid is supplied to the abrasive liquid supply tube 100 and the abrasive liquid supply hole 3m of the abrasive liquid supply means via the cleaning means, and the abrasive liquid adhering thereto is washed away.

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、半導体ウエハ４の研磨中に押圧リング３によって押圧リング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。そして、大径の半導体ウエハ４の場合にも、充分な量の砥液が確保される。   According to this embodiment, since the means for supplying the abrasive liquid is provided inside the pressing ring 3, the slurry-like polishing abrasive liquid flows into the pressing ring 3 by the pressing ring 3 during polishing of the semiconductor wafer 4. Even if it is interrupted, by supplying the abrasive liquid to the inside of the pressing ring 3, the shortage of the abrasive liquid used for polishing can be eliminated. Therefore, the polishing of the polishing object is smoothly performed under a sufficient abrasive liquid. Even in the case of the large-diameter semiconductor wafer 4, a sufficient amount of abrasive liquid is ensured.

また、本実施例によれば、リテーナリング１Ｂと押圧リング３とを最適な材質のものを選択することができる。リテーナリング１Ｂは、内周面が半導体ウエハ４に接触し、下端が研磨布６に接触しないため、金属に樹脂コーティング１８を施す等の手段により比較的柔らかな表面を有する材料から選ぶことができる。硬い材料を用いると、研磨中に半導体ウエハ４が破損することがあるからである。またリテーナリング１Ｂと押圧リング３とが接触したとしても、両者は樹脂コーティング１８を介して接触するため、金属同士の接触がなく、押圧リング３とリテーナリング１Ｂの相対運動（上下運動および回転運動）が円滑に行われる。   Moreover, according to the present Example, the retainer ring 1B and the press ring 3 can be selected from materials that are optimal. The retainer ring 1B can be selected from materials having a relatively soft surface by means such as applying a resin coating 18 to a metal because the inner peripheral surface thereof is in contact with the semiconductor wafer 4 and the lower end thereof is not in contact with the polishing pad 6. . This is because if a hard material is used, the semiconductor wafer 4 may be damaged during polishing. Even if the retainer ring 1B and the pressing ring 3 come into contact with each other, since they are in contact with each other through the resin coating 18, there is no contact between the metals, and the relative movement between the pressing ring 3 and the retaining ring 1B (vertical movement and rotational movement). ) Is carried out smoothly.

また第１押圧リング３ａは、半導体ウエハ４に接触せず、かつ研磨布６と接触するために、アルミナセラミック等の硬度が高く耐摩耗性に富み、かつ摩擦係数の低い材料から選択することができる。押圧リングは、摩耗が少なく、かつ研磨布との摩擦抵抗が小さく、又、押圧リングの摩耗粉が半導体ウエハ４上の半導体デバイスに悪影響を与えないものが望ましい。第１押圧リング３ａは、上述したように半導体ウエハ４と直接接触することがないために、この面からの制約がないので、上記要請を満たすような最適な材質であるアルミナセラミックを選択することができる。なお、押圧リングの材質としてアルミナセラミック以外に炭化ケイ素（ＳｉＣ）やジルコニア等のセラミックであってもよい。   Further, since the first pressing ring 3a is not in contact with the semiconductor wafer 4 and is in contact with the polishing cloth 6, the first pressing ring 3a may be selected from a material having high hardness such as alumina ceramic and high wear resistance and a low friction coefficient. it can. It is desirable that the pressure ring has little wear and frictional resistance with the polishing cloth, and wear powder of the pressure 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 surface, so an alumina ceramic that is the optimum material that satisfies the above requirements should be selected. Can do. In addition to the alumina ceramic, the material of the pressing ring may be a ceramic such as silicon carbide (SiC) or zirconia.

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。   In the present embodiment, an example is shown in which the pressing ring 3 is configured to be non-rotating, but the pressing ring is configured to be rotatable and the abrasive fluid is supplied to the inside of the pressing ring via a rotary joint. Also good.

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ー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。   As described above, according to the present invention, since the means for supplying the abrasive liquid is provided on the inner side of the pressing ring, the slurry-like polishing abrasive liquid is prevented from flowing into the inner side of the pressing ring by the pressing ring during polishing. However, by supplying the abrasive liquid directly to the polishing portion inside the pressing ring, the shortage of the abrasive liquid used for polishing can be eliminated. Therefore, the polishing of the polishing object is smoothly performed under a sufficient abrasive liquid.

本発明は半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に関するものであり、半導体デバイスの製造工程に利用可能である。   The present invention relates to a polishing apparatus for polishing a polishing target such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like manner, and can be used in a semiconductor device manufacturing process.

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。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a first embodiment of a polishing apparatus according to the present invention. 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。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main configuration of the first embodiment of the polishing apparatus according to the present invention. 図３は図２のIII−III線矢視図である。3 is a view taken along the line III-III in FIG. 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。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main configuration of a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention. 図５は図４のＶ−Ｖ線矢視図である。FIG. 5 is a view taken along line VV in FIG. 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。FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part showing an improved structure of the polishing apparatus shown in FIGS. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the main configuration of a third embodiment of the polishing apparatus according to the present invention. 図８Ａは図７の要部拡大断面図である。FIG. 8A is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 図８Ｂは図８ＡのVIII−VIII線断面図である。8B is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 8A. 図９Ａは図７の要部拡大断面図である。9A is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 図９Ｂは図９ＡのIX−IX線断面図である。9B is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 9A. 図１０Ａは押圧リングの一部を示す斜視図である。FIG. 10A is a perspective view showing a part of the pressing ring. 図１０Ｂは図１０ＡのＸ矢視図である。FIG. 10B is a view on arrow X of FIG. 10A. 図１１Ａは押圧リングの一部を示す斜視図である。FIG. 11A is a perspective view showing a part of the pressing ring. 図１１Ｂは図１１ＡのXI矢視図である。FIG. 11B is a view taken along arrow XI in FIG. 11A. 図１２は従来のポリッシング装置の概略構造を示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing a schematic structure of a conventional polishing apparatus. 図１３は従来のポリッシング装置における半導体ウエハと研磨布と弾性マットとの状態を示す拡大断面図である。FIG. 13 is an enlarged sectional view showing a state of a semiconductor wafer, a polishing pad and an elastic mat in a conventional polishing apparatus. 図１４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。FIG. 14 is a diagram showing a main part of an example of the polishing apparatus previously proposed by the applicant.

符号の説明Explanation of symbols

１ トップリング
１Ａ トップリング本体
１Ｂ リテーナリング
２ 弾性マット
３ 押圧リング
３ａ 第１押圧リング部材
３ｂ 第２押圧リング部材
３ｃ 第３押圧リング部材
３ｄ 第４押圧リング部材
３ｆ 押圧面
４ 半導体ウエハ
５ ターンテーブル
６ 研磨布
７ 球ベアリング
８ トップリングシャフト
９ トップリングヘッド
１０ トップリング用エアシリンダ
１１ 回転筒
１２，１５ タイミングプーリ
１４ トップリング用モータ
１６ トップリングヘッドシャフト
１７ 板バネ
１８ 樹脂コーティング
２２ 押圧リング用エアシリンダ
２４ 圧縮空気源
２５ 砥液供給配管
３１ ボルト
３２ 取付フランジ
３２ａ，３４ａ 凹球面
３３ 空間
３４ 駆動軸フランジ
３５ 連通孔
３６ ベアリング受けフランジ
３７ 押圧リング支持ベアリング
３７ｂ ボール
３７ａ ベアリングケース
３８ 回転支持ベアリング
３９ 上下移動支持ベアリング
４０ ベアリング受けリング
５０，６９ ベアリング押さえ
７０ 押圧リングストッパ
７１ カバー
７５，７６，７７ ラビリンス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top ring 1A Top ring main body 1B Retainer ring 2 Elastic mat 3 Press ring 3a 1st press ring member 3b 2nd press ring member 3c 3rd press ring member 3d 4th press ring member 3f Press surface 4 Semiconductor wafer 5 Turntable 6 Polishing cloth 7 Ball bearing 8 Top ring shaft 9 Top ring head 10 Top ring air cylinder 11 Rotating cylinders 12, 15 Timing pulley 14 Top ring motor 16 Top ring head shaft 17 Plate spring 18 Resin coating 22 Press ring air cylinder 24 Compressed air source 25 Abrasive liquid supply pipe 31 Bolt 32 Mounting flange 32a, 34a Concave spherical surface 33 Space 34 Drive shaft flange 35 Communication hole 36 Bearing receiving flange 37 Press ring support bearing 37b Ball 37a Scan 38 rotation support bearing 39 move up and down the support bearing 40 bearing receiving ring 50,69 bearing retainer 70 pressing ring stopper 71 cover 75, 76 Labyrinth

Claims (3)

上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨し、平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物を収容する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るように構成し、
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ポリッシング装置。 It has a turntable and a top ring with a polishing cloth affixed to the upper surface, and polishes the polishing object by pressing it with a predetermined force with a polishing object interposed between the turntable and the top ring, In a flat and mirror polishing apparatus,
A pressing ring is disposed around a top ring that accommodates the polishing object, and is provided with pressing means that presses the pressing ring against a polishing cloth with a variable pressing force. The pressing ring is interposed via a bearing. Configured to be supported by the top ring,
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the bearing includes a rotation support bearing that supports relative rotation of the pressing ring and the top ring, and a vertical movement bearing that supports vertical movement of the pressing ring with respect to the top ring. 前記ベアリングへの水等の異物の侵入を防止するため、前記ベア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。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein a labyrinth is provided in an entry path of foreign matter into the bearing in order to prevent foreign matters such as water from entering the bearing. 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たことを特徴とする請求項２記載のポリッシング装置。   The polishing apparatus according to claim 2, further comprising a cleaning liquid supply unit that supplies a cleaning liquid to a gap between the pressing ring and the top ring.

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