(57)【要約】【課題】研磨スラリをリテーナリングの内部に円滑に且つ均一に導入することができるトップリングを備えたポリッシング装置を提供する。【解決手段】リテーナリング１２により研磨対象物Ｗの外周縁を保持し、研磨対象物Ｗを研磨面に押圧しつつ摺動するトップリング１０を備えたポリッシング装置において、リテーナリング１２の底面が前記研磨面に接触し、その接触面の面圧がリテーナリング１２の外周方向にいくに従い、低減するようにしたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リテーナリングにより研磨対象物の外周縁を保持し、前記研磨対象物を研磨面に押圧しつつ摺動するトップリングを備えたポリッシング装置において、前記リテーナリングの底面が前記研磨面に接触し、その接触面の面圧が前記リテーナリングの外周方向にいくに従い、低減するようにしたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記リテーナリングは、その外周面に半径方向内方に向かう切り欠きが設けられ、前記リテーナリングの底面に対して垂直方向の剛性を外周側にいくに従い低減す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３】
前記切り欠きが、前記リテーナリングと接合するハウジングとの境界面に設けられたことを特徴とする請求項２記載のポリッシング装置。
【請求項４】
前記切り欠きが、弾性部材により充填されていることを特徴とする請求項２記載のポリッシング装置。
【請求項５】
前記リテーナリングが、その底部において、外周側に延びる延長部を備え、前記リテーナリングの底面に対して垂直方向の剛性を該延長部において低減す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６】
前記接触面の面圧を低減した部分の材質が、低減していない部分の材質と比べ、削れやすいことを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリッシング装置に係り、特に半導体ウェハ等の研磨対象物を保持し、研磨面に押圧しつつ摺動することで化学・機械的研磨を行うトップリングの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から化学・機械的研磨法（ＣＭＰ）によるポリッシング装置が広く知られている。このポリッシング装置は、半導体ウェハ等の研磨対象物をトップリングに保持して、研磨スラリを供給した研磨パッドの研磨面に押圧しつつ摺動することで化学・機械的研磨を行う。ここで、このポリッシング装置では、研磨対象物を保持したトップリングと、研磨パッドを備えた定盤とがそれぞれ回転運動し、研磨パッドの略中央部に配置された研磨スラリの供給ノズルから研磨スラリが研磨面の全面に供給される。
【０００３】
図８は、研磨対象物を保持するトップリングの従来の構造例を示す。ハウジング１１の底面にはリテーナリング１２が図示しないボルト等の締結手段により固定されている。ハウジング１１とリテーナリング１２により形成される内部空間１３には、ゴム等の弾性体リング１４を介してプレート１５が垂直方向に移動可能に配置され、そのプレート１５に密着するように研磨対象物である半導体ウェハＷがその外周縁をリテーナリング１２の内周面により保持されつつ収容される。ハウジング１１の内部空間１３にはその部分に供給される空気圧が調整され、プレート１５を介して研磨対象物である半導体ウェハＷに適度の押圧力を付与するようになっている。
【０００４】
半導体ウェハＷの被研磨面は、定盤２１に固定された研磨パッド２２の研磨面と摺動することで、研磨面に供給された研磨スラリにより研磨が進行する。ここで、研磨スラリは、多量の研磨砥粒を含む溶液であり、これにより化学・機械的研磨が進行する。ハウジング１１は回転軸１７により回転され、これに伴い半導体ウェハＷが回転しつつ同様に回転運動をしている研磨パッド２２の研磨面に摺動する。この時、リテーナリング１２の底面も研磨パッド２２の研磨面と摺動する。
【０００５】
ところで、研磨スラリは、上述したように例えば研磨パッド２２の中央部に配置されたノズル（不図示）から供給され、リテーナリング１２の底面と研磨面との界面を介して、リテーナリング１２の内部に保持された研磨対象物の被研磨面に供給される。
【０００６】
しかしながら、従来のリテーナリングを使用したトップリングでは、リテーナリング１２の底面は研磨パッドの研磨面に一様に接触する。このため、リテーナリング１２がその外部から供給される研磨スラリをブロックしてしまい、リテーナリング１２の内部に存在する被加工物に十分な研磨スラリを供給することが困難であるという問題があった。
【０００７】
このため、リテーナリングの底面にスリットを設け、そのスリットを介してリテーナリングの内部に配置された被加工物に研磨スラリを供給する等の対策が従来から取られていた（特許文献１乃至６参照）。しかしながら、リテーナリングの摺動面にスリットを設けた場合には、スリットのある箇所と無い箇所とでの、研磨特性の円周方向のバラツキが研磨結果に生じるという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−４１６５号公報
【特許文献２】
特開平９−２９５２６３号公報
【特許文献３】
特開平１０−２４９７０７号公報
【特許文献４】
特開平１１−７７５１９号公報
【特許文献５】
特開平１１−２２６８６６号公報
【特許文献６】
特開平８−２６４６２７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、研磨スラリをリテーナリングの内部に円滑に且つ均一に導入することができるトップリングを備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のポリッシング装置は、リテーナリングにより研磨対象物の外周縁を保持し、前記研磨対象物を研磨面に押圧しつつ摺動するトップリングを備えたポリッシング装置において、前記リテーナリングの底面が前記研磨面に接触し、その接触面の面圧が前記リテーナリングの外周方向にいくに従い、低減するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
上記本発明によれば、リテーナリングの底面が研磨面に接触し、その接触面の面圧がリテーナリングの外周方向に行くに従い低減するようにしたので、研磨スラリをリテーナリング内部に円滑に且つ均一に供給することができる。これにより、研磨スラリが研磨対象物と研磨パッドの研磨面との摺動面に十分に供給され、良好な研磨特性を得ることができる。
【００１２】
ここで、リテーナリング底面の接触面の面圧が前記リテーナリングの外周方向にいくに従い低減するように、第１の態様として、リテーナリングは、その外周面に半径方向内方に向かう切り欠きが設けられている。これにより、リテーナリングの底面に対して垂直方向の剛性を外周側にいくに従い低減して、接触面の面圧がリテーナリングの外周方向に行くに従い低減する。
【００１３】
また、前記切り欠きを、前記リテーナリングと接合するハウジングとの境界面に設けるようにしてもよい。これにより、上記と同様に接触面の面圧がリテーナリングの外周方向に行くに従い低減する。また、切り欠きがゴム等の弾性部材により充填されていることが好ましい。これにより、切り欠きの内部に研磨スラリが入り込み固着するというトラブルを防止することができる。
【００１４】
また、第２の態様として、リテーナリングが、その底部において、外周側に延びる延長部を備え、前記リテーナリングの底面に対して垂直方向の剛性を該延長部において低減するようにしてもよい。
【００１５】
また、前記接触面の面圧、即ちリテーナリングの剛性を低減した部分の材質が、低減していない部分の材質と比べ、削れやすいことが好ましい。これにより、リテーナリングを長期に使用する場合、剛性の高い部分と低い部分において、削れ量を均一にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図７を参照して本発明の実施形態について説明する。尚、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態のトップリングの構成例を示す。このトップリング１０は、半導体ウェハ等の研磨対象物Ｗを保持して、研磨パッド２２の研磨面に押圧しつつ摺動することで、化学・機械的研磨を進行させるものである。即ち、トップリング１０は、ハウジング１１の下面にリテーナリング１２を備え、その内周面で研磨対象物Ｗの外周縁を保持するようになっている。また、ハウジング１１の内部には弾性体リング１４を介してプレート１５が垂直方向に移動可能に配置され、プレート１５とハウジング１１に囲まれた内部空間１３の空気圧を調整することで、研磨対象物Ｗに研磨面に対する押圧力を調整するようになっている。従って、研磨対象物Ｗがトップリング１０により保持されて押圧されつつ定盤２１上に固定された研磨パッド２２の研磨面と摺動し、研磨面に研磨スラリが供給されることで化学・機械的研磨が進行する。
【００１８】
本発明のリテーナリング１２には、その外周面に半径方向内方に向かう切り欠き１２ａが設けられている。リテーナリング１２は例えばプラスチック樹脂で構成され、（リテーナリング１２の高さ方向の）幅０．５−１ｍｍ程度の切り欠きが、この実施形態においては全周に沿って設けられている。切り欠き１２ａの（半径方向の）深さは、リテーナリング１２の（半径方向の）幅の２／３程度に設けることが好ましい。なお、切り欠き１２ａの幅及び深さは、リテーナリング全体の寸法、材質等に応じて適宜決定されることは勿論である。また、切り欠き１２ａは必ずしも全周に亘って設ける必要はなく、部分的に設けるようにしてもよい。
【００１９】
リテーナリング１２にその外周面に半径方向内方に向かう切り欠き１２ａを設けることで、リテーナリングの底面に対して垂直方向の剛性を外周側に行くに従い低減することができる。これにより、リテーナリングの底面の外周部分に面圧の低い領域が配置され、即ちトップリングによる押し付け力の低い範囲が設けられ、研磨スラリが容易にリテーナリングの内側に潜り込むことが可能となる。そして、研磨スラリがリテーナリングの内周面内に一旦入ってしまえば、容易にリテーナリングの外側に出ることがない。これにより、リテーナリング内周面に保持された加工対象物への研磨スラリの供給量を増加することができる。
【００２０】
この切り欠き１２ａには、図２に示すように、ゴム等の弾性体１９をモールド等により充填することが好ましい。切り欠き１２ａを充填物で充填することにより、切り欠き１２ａに研磨スラリが入り込み固着することを防止でき、長期のトップリングの使用によるトラブルを防止できる。また、ゴム等の弾性体を充填することで、外周側における剛性の低減を阻害することがない。
【００２１】
切り欠き１２ａは、図３に示すように、リテーナリング１２の上部であるハウジング１１の底面との境界面に設けるようにしてもよい。即ち、リテーナリング１２とハウジング１１との接合部分の外周側に非接触部分１２ａが設けられる。これにより、リテーナリングの外周側に行くに従い、垂直方向の剛性を落とすことができ、リテーナリング底面における研磨面の面圧を外周方向に行くに従い低減することができる。これにより、研磨スラリがリテーナリング内部への潜り込みを容易にすることができるということは上述と同様である。
【００２２】
なお、この図３に示すハウジング底面とリテーナリング１２の上面との間に設けた非接触部分１２ａにゴム等の弾性体を充填するようにしてもよい。これにより、図２における弾性体１９と同様に研磨スラリが内部に入り込み固着することを防止できる。
【００２３】
図４は、本発明の第２の実施形態のトップリングを示す。このトップリング１０では、リテーナリング１２がその底部において、外周側に伸びる延長部１２ｃを備えている。この延長部１２ｃは、リテーナリング１２の肉厚部に対して厚さが薄いので、リテーナリングの底面に対して垂直方向の剛性をその延長部において低減することができる。
【００２４】
図４（ａ）は、円筒状のリテーナリング１２の底面に延長部１２ｃを配置したものである。図４（ｂ）は、延長部１２ｃの直上に位置するように切り欠き１２ａを設けたものである。これにより、図４（ａ）に示す延長部の構造に対して、リテーナリングの垂直方向の剛性を外周側に行くに従い、より低減することが可能である。
【００２５】
延長部１２ｃとしては、例えば厚さが１−２ｍｍ程度で、半径方向の延長部の長さが５ｍｍ程度が好適である。また、切り欠き１２ａを設ける場合には、上述したように幅が０．５−１ｍｍ程度で（半径方向の）長さがリテーナリングの（半径方向の）幅の２／３程度であることが好ましい。しかしながら、これらの寸法は、リテーナリングの全体的な寸法や材質等に応じて適宜変更されるべきものである。また、延長部や切り欠き部を必ずしも全周に沿って設ける必要はなく、部分的に設けるようにしても勿論よい。
【００２６】
また、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、リテーナリングの研磨面に接する部分の材質と、ハウジングに接する部分の材質を異材質で製作する場合もある。例えば、研磨面２２に接するリテーナリング部分１２ｆの材質を耐腐食性の材質で構成し、ハウジングに接するリテーナ部分１２ｄの材質をステンレスで構成する場合もある。その場合には、リテーナリング部分１２ｆとリテーナ部分１２ｄの接触面のリテーナリングの半径方向の内方に向かう面のみ、空隙部とすることでリテーナリングの外周面圧を低減する場合がある。この場合、図５（ａ）に示すように、リテーナリング部分１２ｆとリテーナ部分１２ｄの接着面に中間媒体１２ｅを設けても良いし、場合によっては、図５（ｂ）に示すようにリテーナリング部分１２ｆとリテーナ部分１２ｄを直接に接着することも可能である。
【００２７】
図６は、本発明の上記実施形態のリテーナリングの変形例を示す。この実施形態では剛性を低減した部分１２ｈの材質が低減していない部分１２ｇの材質と比べ、削れ易くなっている。例えば、剛性を低減した部分１２ｈをＰＰＳで、剛性を低減していない部分１２ｇをＰＥＥＫで構成し、それぞれを接合する。これにより、剛性の低い部分は圧力も低くなるので、剛性が低減されていないところに比べてリテーナリング自身の削れレートが低くなる。リテーナリングを長期に使用しようとした場合、削れ量の違いによる段差がリテーナリングの面圧分布を変化させる。当初の面圧分布が得られなくなると、半導体ウェハへのスラリ導入量が変わってしまう。そこで、剛性が低い部分の材質に削れやすいものを用いることで、この削れ量の差を抑えることができる。
また、図１の実施形態においては、削れ量に差が生じても、削れた部分が削れない部分の剛性を更に低くすることになる。即ち、この切り欠きの位置高さ、深さを最適にすると、同一の材質で、削れ量に差が生じても、面圧分布の変化を抑えることができる。
【００２８】
なお、図５等に示す実施形態においても、剛性の高い部分が先に削れ、削れない部分に高い面圧分布がかかるようになる。このため、空隙部の大きさを適切に設計することで、均一な削れ量の分布が得られる。
【００２９】
図７は、リテーナリング外周部における面圧分布を示す。例えば図４（ｂ）に示すリテーナリングにおいて、リテーナリングの内周面Ｒ０においては面圧分布が一番高く、リテーナリングの外周面Ｒ１では、切り欠き１２ａと延長部１２ｃとの相互作用で面圧分布は低減する。そして、延長部１２ｃの外周面Ｒ２においては、面圧は更に低減する。
【００３０】
従って、自転するトップリング１０と自転または／及び公転する研磨パッド２２の研磨面との間で、研磨対象物である半導体ウェハＷとリテーナリング１２の底面とがそれぞれ摺動する。図示しない研磨パッドの中央部やリテーナリング１２の外周下側近傍にノズルから供給された研磨スラリは、面圧の低いリテーナリング外周部より、リテーナリング底面と研磨パッドの研磨面との間に潜り込み、リテーナリング内部に容易に供給することができる。即ち、面圧の低い部分をリテーナリングの全周に沿って設けておくことで、リテーナリング内部に研磨スラリを均一に供給することが可能である。これにより、研磨対象物である半導体ウェハＷの全面に均一に研磨スラリを供給することができ、均一な研磨特性が得られる。
【００３１】
なお、研磨スラリを少なくとも半導体ウェハＷが接触する部分の研磨パッド２２に設けた、または複数の開口を通して研磨パッド２２の裏面から研磨パッド２２の上面（研磨面）に供給しても、上述のように切り欠きを設けたリテーナリング１２の作用により逆に半導体ウェハＷの被研磨面からリテーナリング１２の外周に向かって、使用済み研磨スラリが良好に排出されるので、半導体ウェハＷの被研磨面に新しい研磨スラリが、常に半導体ウェハＷの被研磨面全面に均一に供給できるので、均一な研磨特性が得られる。これは、（半径ｅで）公転する研磨パッドや、トップリングが自転する研磨パッドの中心部を通過する場合に好適である。
【００３２】
本発明のトップリングは、研磨対象物の外周縁を保持して、研磨面に摺動するものに対して適用が可能であり、必ずしもトップリングが自転し定盤が公転するものに限らない。例えば、トップリングが研磨対象物を保持し、研磨面に対して並進循還運動するようなものにも、勿論適用が可能である。
また、リテーナリングの摺動面に、上述の切り欠きによるリテーナリングの面圧勾配作用を打ち消さない程度のサイズ、形状を有するスリットを設けて、更に被研磨面に均一なスラリの供給を促進するようにしても良い。
【００３３】
尚、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨対象物の外周縁を保持するリテーナリング内に容易に且つ均一に研磨スラリを供給することができる。これにより、研磨対象物の被研磨面の全面に亘って良好な研磨特性が得られるポリッシング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のトップリングの構成例を示す断面図である。
【図２】図１の変形例を示す断面図であり、切り欠きに弾性体を充填した場合を示す。
【図３】図１の変形例を示す断面図であり、切り欠きをハウジングの下面とリテーナリングとの境界面に、非接触部分として配置した場合を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態のトップリングの構成例を示す要部の拡大断面図であり、（ａ）はリテーナリングの底部に延長部を設けた場合を示し、（ｂ）はリテーナリングの底部に延長部を設けるとともに、その直上部に切り欠きを設けた場合を示す。
【図５】図１の変形例を示す要部断面図であり、リテーナリングを底面側とハウジング側で複数の材質の材料で構成した場合を示す。
【図６】図１の変形例を示す要部断面図であり、リテーナリングを剛性が高い部分と低い部分で複数の材質の材料で構成した場合を示す。
【図７】リテーナリング底面の半径方向に沿った面圧分布を示すグラフである。
【図８】従来のトップリングの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    トップリング
１１    ハウジング
１２    リテーナリング
１２ａ    切り欠き
１２ｃ    延長部
１２ｄ    ハウジングに接するリテーナ部分
１２ｅ    中間媒体
１２ｆ    研磨面に接するリテーナリング部分
１２ｇ    剛性が高い部分
１２ｈ    剛性が低い部分
１３    内部空間
１４    弾性体リング
１５    プレート
１７    回転軸
１９    充填体（弾性体）
２１    定盤
２２    研磨面
Ｗ    半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004276128.tif 000007
【図６】
2004276128.tif 000008
【図７】
2004276128.tif 000009
【図８】
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