JP2003175455A - 基板保持装置及びポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハ等の研磨対象物を均一に研磨し
つつ、特に研磨対象物の外周縁部の研磨レートを任意に
制御することができる基板保持装置及びポリッシング装
置を提供する。 【解決手段】 半導体ウェハＷを保持して研磨面に押圧
する基板保持装置において、半導体ウェハＷを保持する
トップリング本体２と、半導体ウェハＷの外周縁部に当
接するエッジバッグ４と、エッジバッグ４の径方向内側
で半導体ウェハＷに当接するトルク伝達部材７とを備
え、エッジバッグ４の内部に形成される第１の圧力室２
２の圧力とエッジバッグ４の径方向内側に形成される第
２の圧力室２３の圧力とを独立に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨対象物である
基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置、特に、
半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化するポリッシン
グ装置において該基板を保持する基板保持装置に関する
ものである。また、本発明は、かかる基板保持装置を備
えたポリッシング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスがますます微細化
され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線
の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸は
ますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デ
バイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔
を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を
何回も繰り返すためである。

【０００３】半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、
薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断
線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショート
が起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留ま
りが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動
作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼
性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露
光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が
部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹
凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなる
という問題が生ずる。

【０００４】従って、半導体デバイスの製造工程におい
ては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要
になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術
は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical
Polishing））である。この化学的機械的研磨は、ポリ
ッシング装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を
含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半
導体ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行う
ものである。

【０００５】この種のポリッシング装置は、研磨パッド
からなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハ
を保持するためのトップリング又はキャリアヘッド等と
称される基板保持装置とを備えている。このようなポリ
ッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合に
は、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、こ
の半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押
圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相
対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接
し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。

【０００６】このようなポリッシング装置において、研
磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対
的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場
合には、半導体ウェハの各部分に印加される押圧力に応
じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板
保持装置の半導体ウェハの保持面をゴム等の弾性材から
なる弾性膜で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧
を加え、半導体ウェハに印加する押圧力を全面に亘って
均一化することも行われている。

【０００７】また、上記研磨パッドは弾性を有するた
め、研磨中の半導体ウェハの外周縁部に加わる押圧力が
不均一になり、半導体ウェハの外周縁部のみが多く研磨
される、いわゆる「縁だれ」などの不均一な研磨を起こ
してしまう場合がある。このような縁だれを防止するた
め、半導体ウェハの側端部をガイドリング又はリテーナ
リングによって保持すると共に、ガイドリング又はリテ
ーナリングによって半導体ウェハの外周縁側に位置する
研磨面を押圧する構造を備えた基板保持装置も用いられ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たガイドリング又はリテーナリングの押圧力を制御する
だけでは、縁だれなどの不均一な研磨が十分に抑制され
ない場合がある。また、半導体ウェハの外周縁部には通
常デバイスは形成されないが、金属の溶出やその他のデ
ィフェクトを防止するためなどの目的で、半導体ウェハ
の外周縁部において下層の膜を露出させないように外周
縁部の研磨レートを意図的に小さくしたり、これとは逆
に完全に膜を取り除くために研磨レートを意図的に大き
くしたりしたいという要望がある。従来のポリッシング
装置では、半導体ウェハの外周縁部の研磨レートを任意
に制御することが十分にできていないのが現状である。

【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、半導体ウェハ等の研磨対象物を
均一に研磨しつつ、特に研磨対象物の外周縁部の研磨レ
ートを任意に制御することができる基板保持装置及びポ
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】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、研磨
対象物である基板を保持して研磨面に押圧する基板保持
装置において、上記基板を保持するトップリング本体
と、上記基板の外周縁部に当接するエッジバッグと、上
記エッジバッグの径方向内側で上記基板に当接するトル
ク伝達部材とを備え、上記エッジバッグの内部に形成さ
れる第１の圧力室の圧力と上記エッジバッグの径方向内
側に形成される第２の圧力室の圧力とを独立に制御する
ことを特徴とする基板保持装置である。

【００１１】このような構成により、トルク伝達部材に
より基板に十分なトルクを伝達することができ、また、
第２の圧力室の圧力により基板の外周縁部を除く全面を
均一な力で研磨面に押圧すると共に、第１の圧力室の圧
力を第２の圧力室の圧力とは独立に制御することができ
る。従って、基板の外周縁部における研磨レートの制
御、即ち外周縁部における研磨プロファイルの制御が可
能となる。

【００１２】本発明の好ましい一態様は、上記トルク伝
達部材には、該トルク伝達部材の内部の空間と外部の空
間とを連通する連通孔を形成したことを特徴としてい
る。

【００１３】また、半導体ウェハの外周縁部の研磨レー
トを制御する観点から、上記第１の圧力室を形成する上
記エッジバッグの部材の径方向幅が１ｍｍ乃至１０ｍｍ
であることが好ましい。

【００１４】本発明の好ましい一態様は、上記トップリ
ング本体に固定されるか又は一体に設けられ基板の側端
部を保持するリテーナリングを備え、上記リテーナリン
グの研磨面に対する押圧力を上記圧力室の圧力とは独立
に制御することを特徴としている。このように、リテー
ナリングの押圧力も制御することにより、より細かな制
御が可能になる。

【００１５】本発明の他の一態様は、上述した基板保持
装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備えたことを
特徴とするポリッシング装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基板保持装置
の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る基板保持装置を備えたポリッシン
グ装置の全体構成を示す断面図である。ここで、基板保
持装置は、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板を保
持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。
図１に示すように、本発明に係る基板保持装置を構成す
るトップリング１の下方には、上面に研磨パッド１０１
を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。ま
た、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１
０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２に
よって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研
磨液Ｑが供給されるようになっている。

【００１７】なお、市場で入手できる研磨パッドとして
は種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ
８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４
００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製
のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等
がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、
Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不
織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン
（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔
質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又
は孔を有している。

【００１８】トップリング１は、自在継手部１０を介し
てトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリ
ング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定され
たトップリング用エアシリンダ１１１に連結されてい
る。このトップリング用エアシリンダ１１１によってト
ップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全
体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定
されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧す
るようになっている。トップリング用エアシリンダ１１
１はレギュレータＲ１を介して圧力調整部１２０に接続
されている。この圧力調整部１２０は、圧縮空気源から
加圧空気等の加圧流体を供給することによって、あるい
はポンプ等により真空引きすることによって圧力の調整
を行うものである。この圧力調整部１２０によってトッ
プリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の
空気圧等をレギュレータＲ１を介して調整することがで
きる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０
１を押圧する押圧力を調整することができる。

【００１９】また、トップリング駆動軸１１はキー（図
示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この
回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を
備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリン
グ用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプ
ーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップ
リング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１
１６に接続されている。従って、トップリング用モータ
１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１
１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ
１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１
１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、
トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に
回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１
７によって支持されている。

【００２０】以下、本発明に係る基板保持装置を構成す
るトップリング１についてより詳細に説明する。図２は
本実施形態におけるトップリング１を示す縦断面図であ
る。図２に示すように、基板保持装置を構成するトップ
リング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトッ
プリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定さ
れたリテーナリング３とを備えている。トップリング本
体２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料
から形成されている。また、リテーナリング３は、剛性
の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。

【００２１】トップリング本体２は、円筒容器状のハウ
ジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌
合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部
２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃ
とを備えている。トップリング本体２のハウジング部２
ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。この
リテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、
リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成
することとしてもよい。

【００２２】トップリング本体２のハウジング部２ａの
中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１が
配設されており、トップリング本体２とトップリング駆
動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。こ
の自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリ
ング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受機構
と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体
２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリン
グ駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾
動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。

【００２３】トップリング本体２及びトップリング本体
２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成さ
れた空間内には、トップリング１によって保持される半
導体ウェハＷの外周縁部に当接するエッジバッグ４と、
環状のホルダーリング５と、トップリング本体２内部の
収容空間内で上下動可能な概略円盤状のチャッキングプ
レート６と、エッジバッグ４の径方向内側で半導体ウェ
ハＷと当接するトルク伝達部材７とが収容されている。

【００２４】なお、チャッキングプレート６は金属材料
から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハ
がトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜
厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定す
る場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、
フッ素系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形
成されていることが好ましい。

【００２５】ホルダーリング５とトップリング本体２と
の間には弾性膜からなる加圧シート８が張設されてい
る。この加圧シート８は、一端をトップリング本体２の
ハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み
込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ
部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。トップリン
グ本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング
５、及び加圧シート８によってトップリング本体２の内
部に圧力室２１が形成されている。図２に示すように、
圧力室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３
１が連通されており、圧力室２１は流体路３１上に配置
されたレギュレータＲ２を介して圧力調整部１２０に接
続されている。なお、加圧シート８は、エチレンプロピ
レンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴ
ムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成さ
れている。

【００２６】トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合
されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状
の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄
液路５１はシール部２ｃの貫通孔を介して流体路３２に
連通されており、この流体路３２を介して洗浄液（純
水）が供給される。また、洗浄液路５１から延びハウジ
ング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５
３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はエッジ
バッグ４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな
間隙Ｇへ連通されている。

【００２７】図３は、図２のエッジバッグ４を示す部分
断面図である。図３に示すように、エッジバッグ４は、
その外周側がホルダーリング５のストッパ部５ｂとホル
ダーリング５の下部に配置されたエッジバッグホルダ６
ａとの間に挟み込まれており、その内周側がエッジバッ
グホルダ６ａとチャッキングプレート本体６ｂとの間に
挟み込まれて固定されている。このエッジバッグ４の下
端面は、研磨対象物である半導体ウェハＷの外周縁部に
接する。エッジバッグ４は、弾性膜によって構成されて
おり、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレ
タンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴ
ム材によって形成されている。

【００２８】エッジバッグ４の下面は半導体ウェハＷの
外周縁部に当接するが、この下面には半径方向内方に張
り出したつば４１が設けられている。また、エッジバッ
グ４の内部には、上述した弾性膜によって（第１の）圧
力室２２が形成されている。この圧力室２２には、チュ
ーブ、コネクタ等からなる流体路３３が連通されてお
り、圧力室２２はこの流体路３３上に配置されたレギュ
レータＲ３を介して圧力調整部１２０に接続されてい
る。

【００２９】研磨の際、トップリング１の回転に伴い半
導体ウェハＷも回転するが、上述したエッジバッグ４だ
けでは半導体ウェハＷとの接触面積が小さく、回転トル
クを伝達しきれないおそれがある。このため、半導体ウ
ェハＷに当接して、半導体ウェハＷに十分なトルクを伝
達するトルク伝達部材７がチャッキングプレート６に固
定されている。このトルク伝達部材７は環状のバッグ形
状をしており、半導体ウェハＷに十分なトルクを伝達す
るだけの接触面積をもって半導体ウェハＷと接触する。

【００３０】図４は、図２のトルク伝達部材７を示す部
分断面図である。図４に示すように、トルク伝達部材７
は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜７１と、弾
性膜７１を着脱可能に保持するトルク伝達部材ホルダー
７２とから構成されており、これらの弾性膜７１とトル
ク伝達部材ホルダー７２によってトルク伝達部材７の内
部に空間６０が形成されている。トルク伝達部材７の弾
性膜７１は、エッジバッグ４と同様に、エチレンプロピ
レンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴ
ム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成され
ている。

【００３１】トルク伝達部材７の弾性膜７１は、図４に
示すように、外方に張り出したつば７１ａを有する当接
部７１ｂと、上記トルク伝達部材ホルダー７２を介して
チャッキングプレート６に接続される接続部７１ｃとを
備えている。そして、つば７１ａの基部７１ｄから上方
に向かって上記接続部７１ｃが延びている。また、当接
部７１ｂの下面は半導体ウェハＷの上面に当接するよう
になっている。接続部７１ｃには、内周側及び外周側の
両方に複数の連通孔７３が形成されており、トルク伝達
部材７の内部空間６０と外部空間６１，６２とが連通さ
れている。

【００３２】鉛直方向に延びる２つの接続部７１ｃを比
較的近い距離に並べて配置することで、接続部７１ｃが
トルクを伝えるのに十分な強度を持たせることができ
る。また、つば７１ａを設けることによって半導体ウェ
ハＷとの接触面積を十分に確保することができる。

【００３３】チャッキングプレート６と半導体ウェハＷ
との間に形成される空間は、複数の空間、即ち、エッジ
バッグ４の径方向内側の圧力室２２、上述したトルク伝
達部材７の内部の空間６０、エッジバッグ４とトルク伝
達部材７との間の空間６１、トルク伝達部材７の径方向
内側の空間６２に区画することができる。上述したよう
に、トルク伝達部材７の接続部７１ｃには連通孔７３が
設けられているため、空間６１、空間６０、空間６２は
この連通孔７３を介して互いに連通されて、エッジバッ
グ４の径方向内側に（第２の）圧力室２３が形成され
る。

【００３４】トルク伝達部材７内の空間６０には、チュ
ーブ、コネクタ等からなる流体路３４が連通されてお
り、空間６０はこの流体路３４上に配置されたレギュレ
ータＲ４を介して圧力調整部１２０に接続されている。
また、エッジバッグ４とトルク伝達部材７との間の空間
６１は、チューブ、コネクタ等からなる流体路３５が連
通されており、空間６０はこの流体路３５上に配置され
たレギュレータＲ５を介して圧力調整部１２０に接続さ
れている。更に、トルク伝達部材７の径方向内側の空間
６２はチューブ、コネクタ等からなる流体路３６に連通
しており、空間６２は流体路３６上に配置されたレギュ
レータ（図示せず）を介して圧力調整部１２０に接続さ
れている。なお、上記圧力室２１〜２３は、トップリン
グシャフト１１０の上端部に設けられたロータリージョ
イント（図示せず）を介して各レギュレータに接続され
る。

【００３５】上述したように空間６１、空間６０、空間
６２は互いに連通されているため、このように複数の流
体路を設けなくても、１つの流体路からの加圧流体の供
給によって圧力室２３の圧力を均一に保つことはできる
が、圧力室２３の圧力を変化させたときの応答を良くす
るためには本実施形態のように複数の流体路３４，３
５，３６を設けることが好ましい。ただし、レギュレー
タは必ずしも各流体路３４，３５，３６ごとに設ける必
要はなく、流体路３４，３５，３６を１つのレギュレー
タに接続して圧力制御を行ってもよい。

【００３６】半導体ウェハを研磨する際、圧力室２２及
び圧力室２３にはそれぞれ加圧流体が供給される。エッ
ジバッグ４の下端面にはつば４１が設けられているが、
このつば４１は、圧力室２３に供給される加圧流体によ
って半導体ウェハＷに密着する。このため、圧力室２３
内の加圧流体がエッジバッグ４の下面に回りこむことが
ない。従って、上記つば４１を設けることによって、圧
力室２２及び圧力室２３の圧力を変化させたときにも安
定した制御が可能になる。ここで、エッジバッグ４内の
圧力室２２を形成する弾性膜の径方向幅ｄは、半導体ウ
ェハＷの外周縁部の研磨レートを制御するという観点か
ら１〜１０ｍｍ程度であることが好ましく、本実施形態
においては５ｍｍとしている。

【００３７】上述したチャッキングプレート６の上方の
圧力室２１及び上記圧力室２２，２３には、各圧力室に
連通される流体路３１，３３，３４〜３６を介して加圧
空気等の加圧流体を供給する、あるいは大気圧や真空に
することができるようになっている。即ち、圧力室２１
〜２３の流体路３１，３３，３４〜３６上に配置された
レギュレータによってそれぞれの圧力室に供給される加
圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧
力室２１〜２３の内部の圧力を各々独立に制御する又は
大気圧や真空にすることができるようになっている。こ
のような構成により、圧力室２３の圧力により半導体ウ
ェハＷの外周縁部を除く全面を均一な力で研磨面に押圧
すると共に、圧力室２２の圧力を圧力室２３の圧力とは
独立に制御することができ、半導体ウェハＷの外周縁部
における研磨速度の制御、即ち外周縁部における研磨プ
ロファイルの制御ができる。更には、リテーナリング３
の押圧力も制御することにより、より細かな制御が可能
になる。

【００３８】この場合において、各圧力室２２，２３に
供給される加圧流体や大気圧の温度をそれぞれ制御する
こととしてもよい。このようにすれば、半導体ウェハ等
の研磨対象物の被研磨面の裏側から研磨対象物の温度を
直接制御することができる。特に、各圧力室の温度を独
立に制御することとすれば、ＣＭＰにおける化学的研磨
の化学反応速度を制御することが可能となる。

【００３９】また、チャッキングプレート６には、下方
に突出する吸着部４０がエッジバッグ４とトルク伝達部
材７との間に設けられており、本実施形態においては、
４個の吸着部４０が設けられている。この吸着部４０に
は、チューブ、コネクタ等からなる流体路３７に連通す
る連通孔４０ａが形成されており、吸着部４０はこの流
体路３７上に配置されたレギュレータ（図示せず）を介
して圧力調整部１２０に接続されている。この圧力調整
部１２０により吸着部４０の連通孔４０ａの開口端に負
圧を形成し、吸着部４０に半導体ウェハＷを吸着するこ
とができる。なお、吸着部４０の下端面には薄いゴムシ
ート等からなる弾性シート４０ｂが貼着されており、吸
着部４０は半導体ウェハＷを柔軟に吸着保持するように
なっている。

【００４０】次に、このように構成されたトップリング
１の作用について詳細に説明する。上記構成のポリッシ
ング装置において、半導体ウェハＷの搬送時には、トッ
プリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置さ
せ、吸着部４０の連通孔４０ａを流体路３７を介して圧
力調整部１２０に接続する。この連通孔４０ａの吸引作
用により吸着部４０の下端面に半導体ウェハＷが真空吸
着される。そして、半導体ウェハＷを吸着した状態でト
ップリング１を移動させ、トップリング１の全体を研磨
面（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の
上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの側端部はリ
テーナリング３によって保持され、半導体ウェハＷがト
ップリング１から飛び出さないようになっている。

【００４１】研磨時には、吸着部４０による半導体ウェ
ハＷの吸着を解除し、トップリング１の下面に半導体ウ
ェハＷを保持させると共に、トップリング駆動軸１１に
連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動さ
せてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング
３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧
する。この状態で、圧力室２２及び圧力室２３にそれぞ
れ所定の圧力の加圧流体を供給し、半導体ウェハＷを研
磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、予め研
磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、
研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハ
Ｗの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に
研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。

【００４２】ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２及び
圧力室２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２
２及び圧力室２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面
に押圧される。従って、半導体ウェハＷに加わる研磨圧
力は、圧力室２２及び圧力室２３に供給される加圧流体
の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷ
の外周縁部を除く全面を均一な力で研磨面に押圧すると
共に、半導体ウェハＷの外周縁部における研磨レートを
制御することができ、半導体ウェハＷの外周縁部におけ
る研磨プロファイルの制御を行うことができる。また、
同様に、レギュレータＲ２によって圧力室２１に供給さ
れる加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨
パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができ
る。このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パ
ッド１０１を押圧する押圧力と半導体ウェハＷを研磨パ
ッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することによ
り、半導体ウェハＷの外周縁部における研磨プロファイ
ルをより細かく制御することができる。なお、半導体ウ
ェハＷの圧力室２３の下方に位置する部分には、トルク
伝達部材７の当接部７１ｂを介して流体から押圧力が加
えられる部分と、加圧流体の圧力そのものが半導体ウェ
ハＷに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられ
る押圧力は同一圧力である。

【００４３】上述のようにして、トップリング用エアシ
リンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０
１への押圧力と、圧力室２２及び圧力室２３に供給する
加圧流体による半導体ウェハＷの研磨パッド１０１への
押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨が行われ
る。そして、研磨が終了した際は、半導体ウェハＷを吸
着部４０の下端面に再び真空吸着する。この時、圧力室
２２及び圧力室２３への加圧流体の供給を止め、大気圧
に開放することにより、吸着部４０の下端面を半導体ウ
ェハＷに当接させる。また、圧力室２１内の圧力を大気
圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室
２１の圧力を高いままにしておくと、半導体ウェハＷの
吸着部４０に当接している部分のみが、研磨面に強く押
圧されることになってしまうためである。

【００４４】上述のように半導体ウェハＷを吸着させた
後、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に
位置させ、吸着部４０の連通孔４０ａから半導体ウェハ
Ｗに流体（例えば、圧縮空気もしくは窒素と純水を混合
したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。

【００４５】ところで、エッジバッグ４の外周面とリテ
ーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用い
られる研磨液Ｑが侵入してくるが、この研磨液Ｑが固着
すると、ホルダーリング５、チャッキングプレート６、
及びエッジバッグ４などの部材のトップリング本体２及
びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられ
る。そのため、流体路３２を介して洗浄液路５１に洗浄
液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３
より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗
い流して上述した研磨液Ｑの固着が防止される。この純
水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次
に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行わ
れるのが好ましい。

【００４６】上述の実施形態では、流体路３１，３３〜
３７をそれぞれ別個に設けたが、これらの流体路を統合
したり、各圧力室同士を連通させたりするなど、半導体
ウェハＷに加えるべき押圧力の大きさや加える位置によ
り自由に改変することが可能である。

【００４７】また、上述した実施形態においては、研磨
パッドにより研磨面が形成されることとしたが、これに
限られるものではない。例えば、固定砥粒により研磨面
を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固
定し板状に形成されたものである。固定砥粒を用いた研
磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が
進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成
されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下の
酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、バインダにはエポキシ樹脂
を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成す
る。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、
薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付し
て二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。その他の
硬質の研磨面としては、上述したＩＣ−１０００があ
る。

【００４８】これまで本発明の一実施形態について説明
したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技
術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施され
てよいことは言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、トル
ク伝達部材により基板に十分なトルクを伝達することが
でき、また、第２の圧力室の圧力により基板の外周縁部
を除く全面を均一な力で研磨面に押圧すると共に、第１
の圧力室の圧力を第２の圧力室の圧力とは独立に制御す
ることができる。従って、基板の外周縁部における研磨
レートの制御、即ち外周縁部における研磨プロファイル
の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるポリッシング装置
の全体構成を示す断面図である。

【図２】図１のポリッシング装置における基板保持装置
を示す縦断面図である。

【図３】図２のエッジバッグを示す部分断面図である。

【図４】図２のトルク伝達部材を示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１ トップリング ２ トップリング本体 ３ リテーナリング ４ エッジバッグ ５ ホルダーリング ６ チャッキングプレート ７ トルク伝達部材 ８ 加圧シート １０ 自在継手部 １１ トップリング駆動軸 １２ ベアリングボール ２１〜２３ 圧力室 ３１〜３７ 流体路 ４０ 吸着部 ４０ａ 連通孔 ４０ｂ 弾性シート ５１ 洗浄液路 ５２ 貫通孔 ５３ 連通孔 ６０〜６２ 空間 ７１ 弾性膜 ７１ａ つば ７１ｂ 当接部 ７１ｃ 接続部 ７１ｄ 基部 ７２ トルク伝達部材ホルダー ７３ 連通孔 １０１ 研磨パッド １００ 研磨テーブル １０２ 研磨液供給ノズル １１０ トップリングヘッド １１１ トップリング用エアシリンダ １１２ 回転筒 １１３，１１６ タイミングプーリ １１４ トップリング用モータ １１５ タイミングベルト １１７ トップリングヘッドシャフト １２０ 圧力調整部 Ｇ 間隙 Ｑ 研磨液 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ レギュレータ Ｗ 半導体ウェハ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨対象物である基板を保持して研磨面
   に押圧する基板保持装置において、 前記基板を保持するトップリング本体と、前記基板の外
   周縁部に当接するエッジバッグと、前記エッジバッグの
   径方向内側で前記基板に当接するトルク伝達部材とを備
   え、 前記エッジバッグの内部に形成される第１の圧力室の圧
   力と前記エッジバッグの径方向内側に形成される第２の
   圧力室の圧力とを独立に制御することを特徴とする基板
   保持装置。
2. 【請求項２】 前記トルク伝達部材には、該トルク伝達
   部材の内部の空間と外部の空間とを連通する連通孔を形
   成したことを特徴とする請求項１に記載の基板保持装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の圧力室を形成する前記エッジ
   バッグの部材の径方向幅が１ｍｍ乃至１０ｍｍであるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
4. 【請求項４】 前記トップリング本体に固定されるか又
   は一体に設けられ基板の側端部を保持するリテーナリン
   グを備え、 前記リテーナリングの研磨面に対する押圧力を前記圧力
   室の圧力とは独立に制御することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか一項に記載の基板保持装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   基板保持装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備え
   たことを特徴とするポリッシング装置。