JPH071328A

JPH071328A - ポリッシング装置及び方法

Info

Publication number: JPH071328A
Application number: JP32126093A
Authority: JP
Inventors: 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; Yukio Ikeda; 幸雄池田
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1995-01-06

Abstract

(57)【要約】【目的】トップリング下面の綿密な洗浄やトップリン
グ下面とポリッシング対象物の間にマット等の柔軟部材
を介在させることなく、ポリッシング対象物の研磨面に
特異点の発生がなく、高精度の平坦化ができる。【構成】ターンテーブル２０を回転駆動するターンテ
ーブル駆動装置と、トップリング３を回転駆動するトッ
プリング駆動装置と、トップリング３の下面に設けられ
たポリッシング対象物の外れ止めリング５とを備え、ポ
リッシング対象物に接触するトップリング下面を平滑に
形成するとともに外れ止めリング５の内径をポリッシン
グ対象物の外径より大きく形成し、ターンテーブル２０
の回転によってポリッシング対象物の外周面が外れ止め
リング５の内周面に接触し、トップリング２０の回転に
よって外れ止めリング５がポリッシング対象物に回転力
を付与してポリッシング対象物に遊星運動をさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポリッシング装置及び方
法に係り、特に研磨布により半導体ウエハ等のポリッシ
ング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨するポリッシン
グ装置及び方法に関する。

【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、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの
場合、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。

【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平坦且つ鏡面に研磨している。通
常、ポリッシング対象物はトップリングの下面に、ワッ
クス接着又はマット或いは真空吸着等により固定された
状態でポリッシングが行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のポリッシング装置においては、ポリッシング対象物
はトップリング面に固定されているから、トップリング
面に付着したダストの影響によりトップリング対象物の
研磨面に特異点が発生する恐れ、即ちダストの影響によ
りポリッシング対象物の研磨面に極微量の凸部が発生
し、該凸部が過研磨となり研磨むらが発生する恐れがあ
る。そこで、この特異点を避けるためトップリングに対
して綿密な洗浄を施して完全にダストを除去するか、ワ
ックスやマット等の柔軟な部材をトップリング下面とポ
リッシング対象物の間に介在させてダストによる凸部が
発生しないようにしている。

【０００５】しかしながら前者の洗浄方法ではダストを
完全に洗浄除去するのが困難であるばかりではなく、ダ
ストが完全に除去されたかの判定も極めて困難なもので
ある。またワックス接着はポリッシング対象物の接着に
時間がかかる。さらに柔軟な部材をトップリング面とポ
リッシング対象物の間に介在させる方法も、この柔軟な
部材の耐久性等に大きな問題がある。

【０００６】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、トップリング下面の綿密な洗浄やトップリング下面
とポリッシング対象物の間にマット等の柔軟部材を介在
させることなく、ポリッシング対象物の研磨面に特異点
の発生がなく、高精度の平坦且つ鏡面化ができるポリッ
シング装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明のポリッシング装置は、上面に研磨布を張
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
を介在させて該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において、前記ターン
テーブルを回転駆動するターンテーブル駆動装置と、前
記トップリングを回転駆動するトップリング駆動装置
と、前記トップリングの下面に設けられたポリッシング
対象物の外れ止めリングとを備え、ポリッシング対象物
に接触する前記トップリング下面を平滑に形成するとと
もに前記外れ止めリングの内径をポリッシング対象物の
外径より所定量大きく形成し、前記ターンテーブルの回
転によってポリッシング対象物の外周面が前記外れ止め
リングの内周面に接触し、前記トップリングの回転によ
って前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回転力
を付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明のポリッシング方法は、上面
に研磨布を張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該ポリッシング対象物の表面
を研磨し平坦かつ鏡面化するポリッシング方法におい
て、前記ターンテーブルを回転させる工程と、ポリッシ
ング対象物を前記トップリングを介して前記研磨布に押
しつける工程と、前記トップリングを回転させる工程
と、前記ターンテーブルの回転によってポリッシング対
象物の外周面が前記トップリングの下面に設けられポリ
ッシング対象物との間に所定量の間隙を形成した外れ止
めリングの内周面に接触し、前記外れ止めリングの回転
によって前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回
転力を付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせ
る工程を含むことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】前述した構成からなる本発明によれば、研磨時
にポリッシング対象物がトップリングと同期運動をせ
ず、外れ止めリング内で所定の遊星運動を行うので、ト
ップリング面に付着しているダストの影響が平準化さ
れ、即ちダストの影響を受けて過研磨になる部分が常に
移動するので、ダストの影響が平均化され、ポリッシン
グ対象物の研磨面が高精度に平坦且つ鏡面化される。

【００１０】上記の点を更に詳述すると、トップリング
面にダストが付着していると、図６に示すようにトップ
リング３の下面に付着したダストＳが半導体ウエハ６と
の間に介在し、半導体ウエハ６を押し上げ半導体ウエハ
６の表面に微量な高さの凸部が発生し（図６では説明の
都合上凸部の高さを大きく表している）、該凸部が研磨
に際してターンテーブル２０上の研磨布２３との摩擦に
より過研磨となる。この過研磨の部分が図７に示すよう
に半導体ウエハ６の表面に特異点６ａ，６ａとなって表
れる。

【００１１】しかしながら本発明においては、ポリッシ
ング対象物を外れ止めリング内で遊星運動させることに
より、ダストの影響を受けて過研磨になる凸部が半導体
ウエハ６の一点にとどまることなく常に移動するので、
ダストの影響が半導体ウエハの全面に亘って平均化さ
れ、特異点が表れなくなり、ポリッシング対象物の研磨
面が高精度に平坦且つ鏡面化される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係るポリッシング装置及び方
法の一実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２
は本発明の半導体ウエハのポリッシング装置のポリッシ
ング部を示す図で、図１は縦断面図、図２は平面図であ
る。ポリッシング装置のトップリング部は、トップリン
グ駆動軸１と、トップリング３と、これらトップリング
駆動軸１とトップリング３との間に介装された球ベアリ
ング２とから構成されている。

【００１３】前記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。トップリング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の外周部にはウエハ外れ止めリング
５が取付けられている。

【００１４】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、真空溝３−
１ｂはトップリング本体上部３−１に形成された４本の
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。

【００１５】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、フランジ部１ｃの外周に
は４本のトルク伝達ピン７が設けられている。また、ト
ップリング３のトップリング本体上部３−１の上面には
トルク伝達ピン７に対応して、４本のトルク伝達ピン８
が設けられている。トップリング本体下部３−２の下面
とウエハ外れ止めリング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、ターンテーブルを回転させるとともに、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３に
伝達させてトップリング３を回転させ、且つトップリン
グ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。

【００１６】トップリング駆動軸１のフランジ部１ｃの
上部にはトップリングホルダー４が設けられており、こ
のトップリングホルダー４はボルト４１によりトップリ
ング３と連結されている。またボルト４１とトップリン
グホルダー４との間にはスプリング４２が介装されてい
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３とともに上昇する。この上
昇させた状態時にスプリング４２は柔らかくトップリン
グ３を水平に保つ機能を奏する。このトップリング３を
柔らかく水平に保つ機能は半導体ウエハ６を受け渡しす
るときに有効に機能する。

【００１７】図３は図１及び図２に示すポリッシング部
を用いたポリッシング装置の全体構成を示す図である。
図３において、符号２０はターンテーブルであり、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２
３が張られている。

【００１８】ターンテーブル２０の上部には前述のよう
に構成されたトップリング部が配置されている。トップ
リング駆動軸１の上部にはトップリングシリンダ１２が
設けられており、トップリング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。符号１３はトップリング駆動モータ
で、歯車１４、歯車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。またターンテー
ブル２０の上方には研磨砥液ノズル１７が設置されてお
り、研磨砥液ノズル１７によってターンテーブル２０の
研磨布２３上に研磨砥液Ｑが噴射できるようになってい
る。

【００１９】次に、上記構成のポリッシング装置による
ポリッシング方法を説明する。シリコン基材上に二酸化
ケイ素からなる絶縁膜が形成された半導体ウエハを研磨
する場合について説明する。まず、トップリング本体下
部３−２の下面に半導体ウエハ６を真空吸着する。ポリ
ッシング本体下部３−２の下面に半導体ウエハ６を吸着
させる際には、トップリング駆動軸１の中心部に設けら
れた真空孔１ｂを真空源に接続することにより、トップ
リング本体下部３−２の真空吸引孔３−２ａから空気が
吸引されている。この状態でターンテーブル２０に隣接
して設置された受渡し部（図示せず）上に載置された半
導体ウエハ６をトップリング３の下面により真空吸着す
る。

【００２０】次に、半導体ウエハ６を保持したトップリ
ング３をターンテーブル２０上に移動させた後、トップ
リング３を下げてターンテーブル２０上面の研磨布２３
上に半導体ウエハ６を位置させる。そして、真空孔１ｂ
と真空源との接続をきり、真空吸引孔３−２ａに大気導
入する。したがって、半導体ウエハ６はトップリング３
の下面から解放され、半導体ウエハ６はトップリング３
の下面に対して回転できるようになっている。そして、
トップリングシリンダ１２を作動させてトップリング３
をターンテーブル２０に向かって押し、半導体ウエハ６
をターンテーブル２０の上面の研磨布２３に押しつけ
る。このときターンテーブル２０は回転しており、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、半導体
ウエハ６の研磨される面（下面）に研磨砥液Ｑが侵入し
ポリッシングが始まる。

【００２１】この時、ターンテーブル２０の上面に僅か
な傾動があったとしてもトップリング３は球ベアリング
２により、トップリング駆動軸１に対してトップリング
３が速やかに傾動する。トップリング３が傾いても、ト
ップリング駆動軸１側のトルク伝達ピン７とトップリン
グ３側のトルク伝達ピン８は点接触のためにそれぞれの
場合で接触点をずらしてトップリング駆動軸１の回転ト
ルクを確実にトップリング３に伝達する。

【００２２】ポリッシングを終了した後、再び半導体ウ
エハ６をトップリング３の下面に真空吸着し、ターンテ
ーブル２０上からトップリング３を移動させて半導体ウ
エハ６を洗浄工程等の次工程へ搬出する。

【００２３】ここで図４に示すように、上記のように半
導体ウエハ６はトップリング３の下面に吸着固定され
ず、且つ半導体ウエハ６の直径Ｄ₂と外れ止めリング５
の内径Ｄ₁の間には、Ｄ₁−Ｄ₂＝ｄの差があるため、
半導体ウエハ６のある点が外れ止めリング５とＡ点で接
触する。トップリング３及び外れ止めリング５が回転し
ているため半導体ウエハ６の外周面に力Ｆがかかる。

【００２４】トップリング３の下面を十分平滑にし、ト
ップリング３の下面と半導体ウエハ６の間にマット等を
置かず直接接触させて、かつ上述したようにトップリン
グ３に取り付けられた外れ止めリング５の内径Ｄ₁を半
導体ウエハ６の外径Ｄ₂よりも所定量ｄ大きくすること
により、半導体ウエハ６を外れ止めリング５内でトップ
リング３に対して遊星運動させ、それによりトップリン
グ３の下面と半導体ウエハ６の間にダスト等がある場合
に生じる研磨面の特異点の発生を防ぐことができる。

【００２５】ここで遊星運動とは、半導体ウエハ６が自
身の軸線のまわりを回転すると同時にトップリング３に
対して相対的にトップリング３の中心のまわりを半導体
ウエハ６が廻る運動を意味する。半導体ウエハ６が遊星
運動を行うのは次の二つの条件が満たされた場合であ
る。

【００２６】条件１：トップリング３の下面と半導体ウ
エハ６との間の摩擦力が、ターンテーブル２０上の研磨
布２３と半導体ウエハ６との間の摩擦力よりも小さいこ
と。言い換えれば、トップリング駆動軸１の軸線方向の
力としては、トップリング３から半導体ウエハ６に与え
られる力と、ターンテーブル２０から半導体ウエハ６に
与えられる力とは等しいので、トップリング３の下面と
半導体ウエハ６との間の摩擦係数が研磨布２３と半導体
ウエハ６との間の摩擦係数よりも小さいことを意味す
る。上述の「トップリング３の下面を十分平滑にし」と
いうことはこのことを意味している。この条件が満たさ
れず、トップリング３の下面と半導体ウエハ６との間の
摩擦力が研磨布２３と半導体ウエハ６との間の摩擦力以
上である場合には、半導体ウエハ６がトップリング３と
一体で動くので、ここでいう遊星運動が得られない。

【００２７】条件２：トップリング３に取り付けた外れ
止めリング５の内径Ｄ₁が半導体ウエハ６の外径Ｄ₂よ
りも所定量（ｄ）大きいこと。上記の条件１が満たされ
た場合に、ターンテーブル２０から半導体ウエハ６に与
えられる力が一定方向であるため、半導体ウエハ６は外
れ止めリング５の内周の１点（図４のＡ点）で接触して
回転する。上記のように半導体ウエハ６の外径よりも外
れ止めリング５の内径が大きいことは、半導体ウエハ６
の外周長よりも外れ止めリング５の内周長が長いことを
意味し、トップリング３すなわち外れ止めリング５が１
周する間に、半導体ウエハ６の外周は接点（図４のＡ
点）を通過し１周以上回転する。すなわち、トップリン
グ３の１回転の間に半導体ウエハ６は１回転以上する。
これにより半導体ウエハ６はトップリング３の中心のま
わりを廻る、即ちトップリング３に対して公転すること
になる。

【００２８】半導体ウエハ６自体の回転は外れ止めリン
グ５から接点（Ａ点）で与えられる力Ｆによる。また、
具体的な数値としては、外れ止めリング内径−半導体ウエハの外径＝０．５〜
３．０ｍｍで、かつ、研磨開始から研磨終了までのトップリング３
の総回転数（総回転角）と半導体ウエハ６の総回転数
（総回転角）の差が１回転（３６０゜）以上で有効な研
磨結果が得られる。これは、０．５ｍｍの間隙があれ
ば、半導体ウエハの遊星運動を確保できるからであり、
また３ｍｍ以上の間隙を設けると、ターンテーブル２０
の回転により半導体ウエハ６がー方向に押されて外れ止
めリング５に接触する時の衝撃でかけたり、われたりす
る場合があるからである。そして、総回転数の差（総回
転角の差）が１回転（３６０゜）以上あれば、ダストに
よる影響が半導体ウエハの全面に亘って平均化されるか
らである。本発明に示す遊星運動を行うことにより、ト
ップリング３の下面と半導体ウエハ６との間にダスト等
が存在した場合に、半導体ウエハ６に対するダストの位
置が変化し、ダストが半導体ウエハ６を押す点、即ち過
研磨になる点が平準化されて、特異点の発生を防ぐこと
ができる。

【００２９】図５は半導体ウエハ６の回転理論を説明す
るための図で、ターンテーブル２０の回転により、半導
体ウエハ６はＸ方向に押されるため外れ止めリング５の
内周の一方（Ａ点）に押し付けられつつ、外れ止めリン
グ５の回転に沿って半導体ウエハ６が滑ることなく転が
る。即ち、図５の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）と半導体ウエ
ハ６が転がる。図５において、太い矢印は外れ止めリン
グ５上の所定の点（Ｂ点）を示し、細い矢印は半導体ウ
エハ６上の所定の点（Ｃ点）を示す。

【００３０】半導体ウエハ６と外れ止めリング５の隙間
をｄ（ｍｍ）とし、直径Ｄ（ｍｍ）、周長さπＤ（ｍ
ｍ）の半導体ウエハ６を用いると、外れ止めリング５の
内周長さは（Ｄ＋ｄ）π（ｍｍ）となるので、外れ止め
リング５の１回転につき半導体ウエハ６は（Ｄ＋ｄ）π−πＤ＝πｄ（ｍｍ）だけ、外れ止めリング５に対して先行する（図５（ｃ）
参照）。これを角度に変換すると（πｄ／πＤ）×３６０゜＝（ｄ／Ｄ）×３６０゜ここで、トップリング３の回転数をｒ（ｒｐｍ）、研磨
時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、ｔ秒後のトップリング３
と半導体ウエハ６の総回転角の差は（ｄ／Ｄ）×３６０゜×（ｒ／６０）×ｔ＝６（ｄ／Ｄ）・ｒ・ｔ゜…（１）よって、トップリング３と半導体ウエハ６の総回転角の
差が３６０゜以上であるための条件は、６（ｄ／Ｄ）・ｒ・ｔ゜≧３６０゜即ち、（ｄ／Ｄ）・ｒ・ｔ≧６０ ……（２）

【００３１】即ち、（ｄ／Ｄ）・ｒ・ｔ≧６０となるよ
うに回転数ｒと研磨時間ｔとを適宜選択することにより
良好な研磨結果が得られる。例えば、Ｄ＝１５０ｍｍ
（６インチ）、ｄ＝２ｍｍ、ｒ＝１００（ｒｐｍ）の場
合には、（２）式よりｔ≧４５（ｓｅｃ）となり、４５
秒以上研磨すれば、３６０゜以上のトップリングと半導
体ウエハの総回転角の差が得られ、良好な研磨結果が得
られる。

【００３２】例えば、Ｄ＝２００ｍｍ（８インチ）、ｄ
＝２ｍｍ、ｒ＝１００（ｒｐｍ）の場合、（２）式より
ｔ≧６０（ｓｅｃ）となり、６０秒以上研磨すれば、３
６０゜以上のトップリングと半導体ウエハの総回転角の
差が得られ、良好な研磨結果が得られる。

【００３３】本発明者等は半導体ウエハ６の外れ止めリ
ング５内での回転、即ち遊星運動を確認するために下記
の実験を試みた。図９（ａ），（ｂ）に示すように半導
体ウエハ６として二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）被膜を形成
した半導体ウエハを用い、半導体ウエハ６の縁に金属箔
（厚さ０．０１ｍｍ）からなる旗３１を接着し、図９
（ｃ）に示すように、この旗３１が接着された半導体ウ
エハ６をトップリング３と研磨布２３の間に、旗３１が
トップリング３の外側にでるように介在させ、研磨布２
３（ターンテーブル）とトップリング３を回転させ、ト
ップリング３と半導体ウエハ６の総回転角の差を観察し
た。その実験結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１において、総回転角の差の実測値は旗
３１の移動から測定された値であり、総回転角の差の理
論値は上記（１）式の計算により得られる値である。な
お、表１には研磨布２３に樹脂シート（Ｓｕｂａ８０
０）、研磨液に砥粒ＣｅＯ₂を１重量％混入した溶液を
用い、面圧３００ｇ／ｃｍ²で４５秒間ポリッシングし
た結果が示されている。

【００３６】図１０は上記実験に用いたトップリングの
構造を示す図で、同図（ａ）はトップリングＡ、同図
（ｂ）はトップリングＢ、同図（ｃ）はトップリングＣ
をそれぞれ示す。トップリングＡはトップリング３をア
ルミナ系セラミック材、外れ止めリング５を塩化ビニー
ル系樹脂材でそれぞれ製作し、トップリング３に真空孔
３ｃを５３個設け、更に下面をラップ仕上げで鏡面に仕
上げている。トップリングＢはトップリング本体下部３
−２をアルミナ系セラミック材で、外れ止めリング５を
塩化ビニール系樹脂材でそれぞれ製作し、トップリング
３に真空孔３−２ａを２３３個設け、更に下面をラップ
仕上げで鏡面に仕上げている。また、トップリングＣは
トップリング本体下部３−２′の３−２′ａ部分に平均
細孔径８５μｍのアルミナ系ポーラスセラミック材を用
いている。実験結果に示される通り、トップリングＡで
はほぼ期待した遊星運動が得られているが、トップリン
グＢでは多数の真空孔があるために、また、トップリン
グＣではトップリング下面がポーラスであるために、十
分な平滑度が得られず、期待した遊星運動が得られず、
特異点が発生した。

【００３７】また、上記の実験では外れ止めリングを、
半導体ウエハ６との間の摩擦係数が大きい塩化ビニール
系樹脂で製作したが、樹脂系で同等な硬度（ロックウエ
ル硬度でＨＲＢ５０〜１５０）を持つ材質、たとえば、
ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン
樹脂）、ＰＣ樹脂（ポリカーボネート）、ポリエチレン
樹脂等で製作することも可能である。外れ止めリング５
の内径は半導体ウエハ６の外径に対して０．５〜３．０
ｍｍ大きくすることにより良好な結果が得られた。さら
に、外れ止めリングを金属製の芯材とこの芯材を覆う樹
脂材で製作することもできる。この場合には、樹脂材で
半導体ウエハとの間の大きな摩擦係数を確保し、芯材で
剛性を確保することができる。

【００３８】表１に示すように、半導体ウエハ６をトッ
プリング下面に真空吸着しない場合、半導体ウエハ６は
外れ止めリング５内で遊星運動をしていることが確認で
きる。このように半導体ウエハ６が外れ止めリング５内
で遊星運動した場合、研磨面に特異点が表れていない。
そして、トップリング３と半導体ウエハ６の総回転角の
差が３６０゜以上の場合に特に良好な結果が得られてい
る。

【００３９】半導体ウエハ６が外れ止めリング５内で遊
星運動した場合、研磨面に特異点が表れない原因につい
て検討する。特異点が発生する原因は、図６に示すよう
にトップリング３の下面に付着したダストＳが半導体ウ
エハ６との間に介在し、半導体ウエハ６を押し上げ半導
体ウエハ６の表面に凸部が発生するため、該凸部が研磨
に際してターンテーブル２０上の研磨布２３との摩擦に
より過研磨となる。

【００４０】即ち、半導体ウエハ６の表面に形成された
絶縁膜が図８（図７のＡーＡ′線断面図）に示すように
凸部となった部分の中央部程多く削り取られる。その結
果、凸部の中心では残留膜量は０であり、中心から離れ
るほど残留膜量が多くなっており、図７に示すように等
高線状の模様となって半導体ウエハ６の表面に特異点６
ａ，６ａとして表れる。これは半導体ウエハ６がトップ
リング３に固定されているため、ダストＳによる応力が
局部的に集中するからである。しかしながら本実施例で
は、半導体ウエハ６が上記のように外れ止めリング５内
で遊星運動しているから、ダストの影響を受けて過研磨
になる凸部が半導体ウエハ６の一点にとどまることなく
常に移動するので、ダストによる影響が半導体ウエハの
全面に亘って平均化され、特異点が発生しなくなる。従
ってポリッシング対象物の研磨面が高精度に平坦且つ鏡
面化される。

【００４１】また、別の実施例として、本発明のポリッ
シング装置及び方法を用いて、パターニングされた後に
表面に導電膜としてアルミニウムを蒸着した半導体ウエ
ハのポリッシングを行った。対象としたウエハは直径６
インチで、シリコン基板上に酸化シリコンの絶縁層を形
成し、絶縁層の一部をエッチングにより取り除いて、パ
ターンを形成する溝を設け、その溝に充填し且つ絶縁層
をおおうようにアルミニウムを蒸着したものである。ポ
リッシングした結果、このウエハに於ても、ダストによ
る特異点の発生を防ぐことが出来た。

【００４２】なお、上記実施例ではポリッシング部のト
ップリング３の下面に半導体ウエハ６を真空吸着できる
ように真空吸着機構を設けているが、本発明のポリッシ
ング装置のポリッシング部はこれに限定されるものでは
なく、例えば図１１に示すように真空吸着機構を有しな
いもの、即ち半導体ウエハ６をトップリング３下面に吸
着できない構造のものであってもよい。要はトップリン
グがポリッシングに際して、ポリッシング対象物を外れ
止めリング内で遊星運動させる構造であればどのような
ものであってもよい。

【００４３】また、上記実施例では半導体ウエハを平坦
且つ鏡面に研磨するポリッシング装置及び方法を例に説
明したが、本発明のポリッシング装置及び方法で研磨さ
れるポリッシング対象物は半導体ウエハに限定されるも
のではない。さらに、上記実施例では、１個のトップリ
ングで１個の半導体ウエハを研磨する場合について説明
したが、テンプレート状のトップリングに複数の半導体
ウエハ用の孔を形成し、複数の半導体ウエハを同時に研
磨するようにしてもよい。また、上記実施例では、トッ
プリングに別体の外れ止めリングを固定する例を説明し
たが、トップリングに一体に外れ止めリングを形成して
もよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ポ
リッシング対象物をトップリングの下面に固定しないこ
とにより、研磨時にポリッシング対象物がトップリング
と一体で運動をせず、外れ止めリング内で一種の遊星運
動を行うので、トップリングとポリッシング対象物との
間に入ったダストがあったとしても、ダストの影響を受
けて過研磨になる部分が常に移動するので、ポリッシン
グ対象物の研磨面に特異点の発生がなく、ポリッシング
対象物を高精度に平坦かつ鏡面化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリッシング装置のポリッシング部を
示す縦断面図である。

【図２】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の
平面図である。

【図３】本発明のポリッシング装置の全体構成を示す縦
断面図である。

【図４】本発明のポリッシング装置の外れ止めリングと
ポリッシング対象物の関係を示す図である。

【図５】ポリッシング対象物の回転理論を説明するため
の図である。

【図６】ポリッシング対象物の研磨面に特異点が発生す
る原因を説明するための図である。

【図７】ポリッシング対象物の研磨面に発生した特異点
を示す図である。

【図８】特異点の残留膜量の状態を示す図である。

【図９】ポリッシング対象物に遊星運動を確認するため
の実験例を説明するための図で、図９（ａ）は旗を付け
たポリッシング対象物の側面図、図９（ｂ）はその平面
図、図９（ｃ）はポリッシング対象物をトップリングと
ターンテーブルの間にセットした状態を示す図である。

【図１０】図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ実
験に用いたトップリングの構造を示す図である。

【図１１】本発明のポリッシング装置のポリッシング部
の他の実施例を示す縦断面図である。

【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４トップリングホルダー５外れ止めリング６ポリッシング対象物７，８トルク伝達ピン９，１１チューブ継手１０真空ライン用チューブ１２トップリングシリンダ１７研磨砥液ノズル２０ターンテーブル２１軸２２ターンテーブルリング２３研磨布

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者池田幸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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に研磨布を張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
置において、前記ターンテーブルを回転駆動するターンテーブル駆動
装置と、前記トップリングを回転駆動するトップリング
駆動装置と、前記トップリングの下面に設けられたポリ
ッシング対象物の外れ止めリングとを備え、ポリッシン
グ対象物に接触する前記トップリング下面を平滑に形成
するとともに前記外れ止めリングの内径をポリッシング
対象物の外径より大きく形成し、前記ターンテーブルの
回転によってポリッシング対象物の外周面が前記外れ止
めリングの内周面に接触し、前記トップリングの回転に
よって前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回転
力を付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせる
ことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】前記外れ止めリングは樹脂材からなるこ
とを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【請求項３】前記トップリングに、その先端がトップ
リング下面に開口しかつ真空源に連通する複数の吸引口
を設け、該トップリングにポリッシング対象物を真空吸
着できるようにしたことを特徴とする請求項１記載のポ
リッシング装置。
【請求項４】前記外れ止めリングの内径とポリッシン
グ対象物の外径との差は０．５乃至３mmであることを特
徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【請求項５】前記ポリッシング対象物は半導体ウエハ
からなり、該半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜を
研磨することを特徴とする請求項１記載のポリッシング
装置。
【請求項６】前記ポリッシング対象物は半導体ウエハ
からなり、該半導体ウエハの表面に形成された導電膜を
研磨することを特徴とする請求項１記載のポリッシング
装置。
【請求項７】上面に研磨布を張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方
法において、前記ターンテーブルを回転させる工程と、ポリッシング
対象物を前記トップリングを介して前記研磨布に押しつ
ける工程と、前記トップリングを回転させる工程と、前
記ターンテーブルの回転によってポリッシング対象物の
外周面が前記トップリングの下面に設けられポリッシン
グ対象物との間に所定量の間隙を形成した外れ止めリン
グの内周面に接触し、前記外れ止めリングの回転によっ
て前記外れ止めリングがポリッシング対象物に回転力を
付与して該ポリッシング対象物に遊星運動をさせる工程
を含むことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項８】ポリッシング対象物の外径をＤ（ｍ
ｍ）、前記外れ止めリングの内径とポリッシング対象物
の外径との差をｄ（ｍｍ）、トップリングの回転数をｒ
（ｒｐｍ）、研磨時間をｔ（ｓｅｃ）とした場合に、
（ｄ／Ｄ）・ｒ・ｔ≧６０となるように回転数ｒと研磨
時間ｔとを選定することを特徴とする請求項７記載のポ
リッシング方法。
【請求項９】前記トップリング下面にポリッシング対
象物を真空吸着して前記研磨布上のポリッシング位置に
搬入する工程と、ポリッシング工程中にポリッシング対
象物が自由に運動できるように前記真空吸着を解除する
工程とを更に含むことを特徴とする請求項７記載のポリ
ッシング方法。
【請求項１０】ポリッシング終了後、前記トップリン
グ下面にポリッシング対象物を真空吸着して前記研磨布
上から搬出する工程を更に含むことを特徴とする請求項
９記載のポリッシング方法。
【請求項１１】前記ポリッシング対象物は半導体ウエ
ハからなり、該半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜
を研磨することを特徴とする請求項７記載のポリッシン
グ方法。
【請求項１２】前記ポリッシング対象物は半導体ウエ
ハからなり、該半導体ウエハの表面に形成された導電膜
を研磨することを特徴とする請求項７記載のポリッシン
グ方法。