JP4107835B2

JP4107835B2 - Substrate holding device and polishing device

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Publication number: JP4107835B2
Application number: JP2001372771A
Authority: JP
Inventors: 哲二戸川; 誠福島; 邦彦桜井; 博吉田; 治鍋谷; 照彦市村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: CN101096077A; CN101096077B; CN1698185A; JP2003173995A; CN100423203C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリッシング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」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、半導体ウェハの外周縁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】
ところで、半導体ウェハの表面に形成される薄膜は、成膜の際の方法や装置の特性により、半導体ウェハの半径方向の位置によって膜厚が異なる。即ち、半径方向に膜厚分布を持っている。このため、上述したような従来の半導体ウェハの全面を均一に押圧し研磨する基板保持装置では、半導体ウェハの全面に亘って均一に研磨されるため、上述した半導体ウェハの表面上の膜厚分布と同じ研磨量分布を得ることができない。従って、従来のポリッシング装置では、上記半径方向の膜厚分布には十分に対応することができず、これが原因で研磨不足や過研磨が生じていた。
【０００９】
また、成膜の方法や成膜装置の種類により、上述した半導体ウェハの表面上の膜厚分布も異なる。即ち、膜厚の厚い部分の半径方向の位置やその数、及び膜厚の薄い部分と厚い部分との膜厚の差は、成膜の方法や成膜装置の種類により異なっている。従って、ある特定の膜厚分布にのみ対応した基板保持装置ではなく、様々な膜厚分布に容易かつ低コストで対応することができる基板保持装置が要望されている。
【００１０】
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の表面に形成された薄膜の膜厚分布に対応して研磨を行うことができ、研磨後の膜厚の均一性を得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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、ポリッシング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、トップリングの下面には、弾性膜を備えた当接部材を取付け、前記当接部材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有すると共に前記基板に直接的又は間接的に当接する当接部と、前記当接部のつばの基部から上方に延びて前記トップリングに接続される接続部とを備え、前記トップリングには、前記当接部材のつばを支持する支持部を設け、該支持部に、前記当接部材のつばの上面に流体を導入する流体導入溝を形成したことを特徴とする基板保持装置である。
【００１４】
このような構成により、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可能となると共に、当接部材の周囲の空間に加圧流体が供給されたときに、つばが変形してトップリングの下面に張り付いてしまうことが防止され、安定的な研磨を実現することができる。
【００１５】
この場合において、上記支持部の径方向長さを上記当接部材のつばの径方向長さよりも長くすることが好ましい。このような支持部を設けることでより確実に当接部材のつばを支持することができるので、より安定的な研磨を実現することができる。
【００１６】
本発明の好ましい一態様は、上記支持部に、上記当接部材のつばの上面に流体を導入する流体導入溝を形成したことを特徴としている。このような構成により、つばの上面に加圧流体を供給することができるので、つばの基板に対する密着性を高め、安定的な研磨を実現することができる。
【００２０】
本発明の第２の態様は、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。
【００２１】
【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、ポリッシング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１０２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。
【００２２】
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ＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ０００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。
【００２３】
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１１１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１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２４】
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１１６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１１６、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１１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１１７によって支持されている。
【００２５】
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、図３は図２に示すトップリング１の底面図である。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。
【００２６】
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２ａ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。
【００２７】
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。
【００２８】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００２９】
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の外周部に当接するシールリング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（上下動部材）とが収容されている。
【００３０】
シールリング４は、その外周部がホルダーリング５とホルダーリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の外縁近傍の下面を覆っている。このシールリング４の下端面は、ポリッシング対象物である半導体ウェハＷの上面に接する。シールリング４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。なお、半導体ウェハＷの外縁にはノッチやオリエンテーションフラットと呼ばれる、半導体ウェハの向きを認識（特定）するための切り欠きが設けられているが、このようなノッチやオリエンテーションフラットよりもチャッキングプレート６の内周側にまでシールリング４が延出していることが好ましい。
【００３１】
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７が張設されている。この加圧シート７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７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３１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７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。
【００３２】
加圧シート７がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、これ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との間に挟み込んで固定している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。
【００３３】
トップリング本体２のシール部２ｃの下面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は貫通孔５２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、シール部２ｃの洗浄液路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５３が複数箇所形成されており、この連通孔５３はシールリング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。
【００３４】
チャッキングプレート６の下面の中央部には、中央に開口８ａが形成されたセンターポート８が設けられている。また、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の内部には、半導体ウェハＷに当接する当接部材としてのリングチューブ９が設けられている。本実施形態においては、図２及び図３に示すように、リングチューブ９はセンターポート８の周囲を取り囲むようにセンターポート８の外側に配置されている。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がリングチューブ９の外側に設けられており、本実施形態においては、６個の吸着部４０が設けられている。
【００３５】
リングチューブ９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２とから構成されており、これらの弾性膜９１とリングチューブホルダー９２によってリングチューブ９の内部に圧力室２２が形成されている。また、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、上記リングチューブ９によって複数の空間に区画されており、リングチューブ９の内側、即ちセンターポート８の周囲には圧力室２３が、リングチューブ９の外側、即ち吸着部４０の周囲には圧力室２４がそれぞれ形成されている。なお、リングチューブ９の弾性膜９１は、加圧シート７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。
【００３６】
リングチューブ９内の圧力室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。また、センターポート８の開口８ａはチューブ、コネクタ等からなる流体路３４に連通しており、センターポート８は流体路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。吸着部４０には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３５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。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。また、上記圧力室２１〜２４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Ｒ２〜Ｒ５に接続されている。
【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２２，２３，２４には、各圧力室に連通される流体路３１，３３，３４，３５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、図１に示すように、圧力室２１〜２４の流体路３１，３３，３４，３５上に配置されたレギュレータＲ２〜Ｒ５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２１〜２４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。このように、レギュレータＲ２〜Ｒ５によって各圧力室２１〜２４の内部の圧力を独立に可変とすることにより、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。
【００３８】
この場合において、各圧力室２２〜２４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】
ここで、シールリング４の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダーリング５とチャッキングプレート６及びチャッキングプレート６に取付けられたシールリング４等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。ホルダーリング５のストッパ部５ｂには、その外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設けられており、この突起５ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記ホルダーリング５等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００４０】
例えば、チャッキングプレートをＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で形成した場合、圧力室２１の圧力がチャッキングプレート６の下部の圧力室２２〜２４の圧力より高いと、チャッキングプレートが撓んで吸着部４０が半導体ウェハＷを押圧することとなり、この部分の研磨レートが局所的に高くなってしまう。そこで、本実施形態におけるチャッキングプレート６は、ＰＰＳよりも剛性が高く軽量の材質、例えばエポキシ系樹脂、より好ましくはグラスファイバー等による繊維強化物により形成している。このように、チャッキングプレート６を剛性の高い材質で形成することで、圧力室２１の圧力がチャッキングプレート６の下部の圧力室２２〜２４の圧力より高くてもチャッキングプレート６が撓みにくくなり、局所的に研磨レートが高くなってしまうことを防止することができる。特に、エポキシ系樹脂は磁性を持たないので、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好適な材料である。また、エポキシ系樹脂に限られず、例えば、エポキシ系以外の高剛性の樹脂やその繊維強化物、セラミックスなどを用いても効果的である。
【００４１】
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３５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の外周縁はリテーナリング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。
【００４２】
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２２，２３，２４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。
【００４３】
ここで、半導体ウェハＷの圧力室２３及び２４の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２３，２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、半導体ウェハＷの圧力室２２の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１を介して、圧力室２２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、各圧力室２２〜２４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の部分ごとに調整することができる。即ち、レギュレータＲ３〜Ｒ５によって各圧力室２２〜２４に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整している。このように、半導体ウェハＷの部分ごとに研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に半導体ウェハＷが押圧される。同様に、レギュレータＲ１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の中心部（図３のＣ１）、中間部（Ｃ２）、周縁部（Ｃ３）、更には半導体ウェハＷの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の分布とすることができる。
【００４４】
このように、半導体ウェハＷを同心の３つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ３）に区切り、それぞれの部分を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、半導体ウェハＷの３つの部分（Ｃ１〜Ｃ３）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。即ち、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハＷの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２４のうち、半導体ウェハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【００４５】
半導体ウェハＷの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止することができる。また、半導体ウェハＷの周縁部において研磨すべき薄膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、半導体ウェハＷの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２４に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート６は上方向の力を受けるので、本実施形態では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２４からの力によりチャッキングプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。
【００４６】
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１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２４に供給する加圧空気による半導体ウェハＷの部分ごとの研磨パッド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、半導体ウェハＷを研磨面に対して押圧する各圧力室２２〜２４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。
【００４７】
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。
【００４８】
ところで、シールリング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、及びシールリング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。また、次の研磨までに供給された純水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３には図２に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ましい。更に、リテーナリング３、ホルダーリング５、及び加圧シート７により形成される空間２５内に圧力がこもっていると、チャッキングプレート６の上昇を妨げることとなるので、スムーズにチャッキングプレート６を上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２５を大気と同圧にすることが好ましい。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態における基板保持装置によれば、圧力室２２，２３，２４の圧力を独立に制御することにより半導体ウェハに対する押圧力を制御することができる。
【００５０】
ここで、本実施形態におけるリングチューブ９についてより詳細に説明する。図４は、図２に示すリングチューブ９を示す縦断面図である。本実施形態におけるリングチューブ９の弾性膜９１は、図４に示すように、外方に張り出したつば９１ａを有する当接部９１ｂと、上記リングチューブホルダー９２を介してチャッキングプレート６に接続される接続部９１ｃとを有している。つば９１ａの基部９１ｄから上方に向かって上記接続部９１ｃが延びている。また、当接部９１ｂ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。これらのつば９１ａ、当接部９１ｂ、接続部９１ｃは同一の材料で一体に形成されている。
【００５１】
上述したように、半導体ウェハを研磨する際、圧力室２２及びリングチューブ９を取り囲む圧力室２３，２４には加圧流体が供給される。これにより、つば９１ａは、それぞれ圧力室２３，２４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、リングチューブ９の内部の圧力室２２に供給される加圧流体の圧力よりも、その周囲の圧力室２３又は２４に供給される加圧流体の圧力の方がかなり高い場合であっても、リングチューブ９の下方に周囲の圧力の高い加圧流体が回り込むことがない。従って、上記つば９１ａを設けることによって、各圧力室の圧力制御の幅を大きくすることができ、半導体ウェハの押圧をより安定的に行うことが可能となっている。
【００５２】
また、リングチューブ９の当接部９１ｂの中央部には開口９１ｅが複数箇所に形成されており、この開口９１ｅを介して、圧力室２２に供給される加圧流体が半導体ウェハＷの上面に直接接触することとなる。研磨中は、圧力室２２に加圧流体が供給されるため、この加圧流体によりリングチューブ９の当接部９１ｂが半導体ウェハＷの上面に押し付けられる。従って、このような開口９１ｅが形成されている場合であっても、圧力室２２の内部の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。また、半導体ウェハＷのリリース時においては、上記開口９１ｅを介して半導体ウェハＷに加圧流体による下方向の圧力を加えることができるので、半導体ウェハＷのリリースがよりスムーズになる。
【００５３】
更に、上述したように、圧力室２２に供給される加圧流体の温度を制御し、被研磨面の裏側から半導体ウェハＷの温度を制御する場合においては、このような開口９１ｅをリングチューブ９の当接部９１ｂに形成することによって、温度制御された加圧流体が半導体ウェハＷに接触する面積を増やすことができるので、半導体ウェハＷの温度制御性を向上させることができる。また、研磨終了後、半導体ウェハＷをリリースする際には、上記開口９１ｅを介して圧力室２２がそれぞれ外気に開放されることとなるので、圧力室２２に供給された流体などがその内部にこもることがない。従って、連続して半導体ウェハＷを研磨する場合においても温度制御の安定性を保つことができる。
【００５４】
図４に示すように、チャッキングプレート６には、リングチューブ９のつば９１ａを支持する支持部６ａが設けられている。このような支持部６ａを設けない場合、リングチューブ９を取り囲む圧力室２３，２４に加圧流体が供給されたときに、つば９１ａが変形して図５に示すようにチャッキングプレート６の下面に張り付いてしまう場合がある。このような状態では、圧力室２２〜２４の圧力制御が適切にできないので、本実施形態では、上述したように、チャッキングプレート６に、リングチューブ９のつば９１ａを支持する支持部６ａを設けることで、つば９１ａがチャッキングプレート６の下面に張り付くことを防止し、各圧力室２２〜２４の圧力の安定化を図っている。この場合において、支持部の径方向長さをつば９１ａの径方向長さよりも長くすれば、より確実につば９１ａを支持することができる。
【００５５】
この場合において、リングチューブ９のつば９１ａはチャッキングプレート６の支持部６ａに接触することとなるが、つば９１ａの半導体ウェハＷに対する密着性を高めるために、圧力室２３，２４に供給される加圧流体によってつば９１ａを押圧する必要がある。そこで、本実施形態では、図６に示すように、チャッキングプレート６の支持部６ａに流体導入溝６ｂを形成し、圧力室２３，２４に供給される加圧流体によってつば９１ａを安定的に押圧し、つば９１ａと半導体ウェハＷとの密着性を高めている。
【００５６】
また、シールリング４についても同様に、圧力室２４に供給される加圧流体によって図７に示すように、シールリング４がチャッキングプレート６の外周縁部に張り付いてしまうことが考えられるので、本実施形態では、図８に示すように、チャッキングプレート６の外周縁部にシールリング４を支持する支持部６ｃを設けている。この場合において、上述した支持部６ａと同様に、支持部６ｃにも流体導入溝を設け、圧力室２４に供給される加圧流体によってシールリング４を安定的に押圧し、シールリング４と半導体ウェハＷとの密着性を高めることもできる。また、この溝は、半導体ウェハの最外周まで加圧流体を導くことができるため、ウェハ外周部での均一な押圧力が実現される。
【００５７】
リテーナリング３を研磨パッド１０１に押圧すると、リテーナリング３の近傍の研磨パッド１０１が盛り上がる（リバウンドする）ため、半導体ウェハＷの外周部の研磨レートが局所的に高くなる場合がある。本実施形態では、上述したチャッキングプレート６の支持部６ｃの径方向長さｄを短くすることでこのような半導体ウェハＷの外周部における過研磨を抑制することが可能となった。また、リバウンドの影響が少ない場合は、長さｄを小さくすることで押圧力を集中させたり、長さｄを大きくすることによって押圧力を分散させたりして、研磨レートを変化させることができる。具体的には、１ｍｍ〜７ｍｍの範囲で変化させることで、所望の研磨レートが得られる。
【００５８】
上述の実施形態では、流体路３１，３３，３４，３５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。また、上述した実施形態においては、リングチューブ９が直接半導体ウェハＷに接触する例を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、リングチューブ９と半導体ウェハＷとの間に弾性パッドを介在させ、リングチューブ９が間接的に半導体ウェハＷに接触することとしてもよい。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【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に示す基板保持装置の底面図である。
【図４】図２の基板保持装置におけるリングチューブを示す縦断面図である。
【図５】チャッキングプレートに支持部を設けていない場合のリングチューブの状態を示す縦断面図である。
【図６】図４のチャッキングプレートの支持部を示す部分斜視図である。
【図７】チャッキングプレートに支持部を設けていない場合のシールリングの状態を示す縦断面図である。
【図８】図２の基板保持装置におけるシールリングを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１トップリング
２トップリング本体
２ａハウジング部
２ｂ加圧シート支持部
２ｃシール部
２ｄ球面状凹部
３リテーナリング
４シールリング
５ホルダーリング
５ａ上端部
５ｂストッパ部
５ｃ突起
６チャッキングプレート（上下動部材）
６ａ，６ｃ支持部
６ｂ流体導入溝
７加圧シート
８センターポート
８ａ開口
９リングチューブ（当接部材）
１０自在継手部
１１トップリング駆動軸
１１ａ球面状凹部
１２ベアリングボール
２１，２２，２３，２４圧力室
２５空間
３１，３２，３３，３４，３５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
９１弾性膜
９１ａつば
９１ｂ当接部
９１ｃ接続部
９１ｄ基部
９１ｅ開口
９２リングチューブホルダー
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate holding device that holds a substrate that is a polishing object and presses the substrate against a polishing surface, and more particularly to a substrate holding device that holds the substrate in a polishing device that polishes and flattens a substrate such as a semiconductor wafer. It is. The present invention also relates to a polishing apparatus provided with such a substrate holding apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor devices have become increasingly finer and the element structure has become more complex, and as the number of layers of logic-based multilayer wiring has increased, the unevenness of the surface of the semiconductor device has increased and the level difference has a tendency to increase. This is because, in the manufacture of semiconductor devices, the process of forming a thin film, micropatterning for patterning and opening and then forming the next thin film is repeated many times.
[0003]
If the irregularities on the surface of the semiconductor device increase, the film thickness at the stepped part will become thinner during thin film formation, open due to disconnection of the wiring, short circuit due to insulation failure between wiring layers, etc. There is a tendency to decrease. In addition, even if the device normally operates normally at the beginning, a problem of reliability occurs for a long time use. Furthermore, if the irradiation surface has irregularities at the time of exposure in the lithography process, the lens focus of the exposure system becomes partially unfocused. Therefore, if the irregularities on the surface of the semiconductor device increase, it becomes difficult to form a fine pattern itself.
[0004]
Accordingly, in the semiconductor device manufacturing process, a planarization technique for the surface of the semiconductor device is becoming increasingly important. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). This chemical mechanical polishing is performed by using a polishing apparatus with silica (SiO 2).₂The polishing liquid containing abrasive grains such as) is supplied onto a polishing surface such as a polishing pad, and a substrate such as a semiconductor wafer is brought into sliding contact with the polishing surface for polishing.
[0005]
This type of polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface made of a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or carrier head for holding a semiconductor wafer. When polishing a semiconductor wafer using such a polishing apparatus, the semiconductor wafer is pressed against the polishing table with a predetermined pressure while the semiconductor wafer is held by the substrate holding apparatus. At this time, by moving the polishing table and the substrate holding device relative to each other, the semiconductor wafer comes into sliding contact with the polishing surface, and the surface of the semiconductor wafer is polished to a flat and mirror surface.
[0006]
In such a polishing apparatus, when the relative pressing force between the semiconductor wafer being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the semiconductor wafer, it is applied to each part of the semiconductor wafer. Depending on the pressing force, insufficient polishing or overpolishing occurs. Therefore, the holding surface of the semiconductor wafer of the substrate holding device is formed of an elastic film made of an elastic material such as rubber, fluid pressure such as air pressure is applied to the back surface of the elastic film, and the pressing force applied to the semiconductor wafer is applied over the entire surface. It is also made uniform.
[0007]
In addition, since the polishing pad has elasticity, the pressing force applied to the outer peripheral edge of the semiconductor wafer being polished becomes non-uniform, so that only the outer peripheral edge of the semiconductor wafer is polished, so-called “edge fringing” is caused. May end up. In order to prevent such edge fringing, a substrate having a structure in which the outer peripheral edge of the semiconductor wafer is held by a guide ring or a retainer ring and the polishing surface located on the outer peripheral edge side of the semiconductor wafer is pressed by the guide ring or the retainer ring. A holding device is also used.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the thickness of the thin film formed on the surface of the semiconductor wafer varies depending on the position of the semiconductor wafer in the radial direction, depending on the characteristics of the method and apparatus during film formation. That is, it has a film thickness distribution in the radial direction. For this reason, in the substrate holding apparatus that uniformly presses and polishes the entire surface of the conventional semiconductor wafer as described above, the film thickness distribution on the surface of the semiconductor wafer described above is uniformly polished over the entire surface of the semiconductor wafer. The same polishing amount distribution cannot be obtained. Therefore, the conventional polishing apparatus cannot sufficiently cope with the film thickness distribution in the radial direction, which causes insufficient polishing or excessive polishing.
[0009]
The film thickness distribution on the surface of the semiconductor wafer described above also varies depending on the film forming method and the type of film forming apparatus. That is, the radial position and the number of thick portions and the difference in film thickness between the thin and thick portions differ depending on the film forming method and the type of film forming apparatus. Accordingly, there is a demand for a substrate holding apparatus that can easily and inexpensively cope with various film thickness distributions, not a substrate holding apparatus that supports only a specific film thickness distribution.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can perform polishing according to the film thickness distribution of a thin film formed on the surface of an object to be polished such as a semiconductor wafer. It is an object of the present invention to provide a substrate holding device and a polishing device capable of obtaining the uniformity of the later film thickness.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate holding device that holds a substrate that is a polishing object and presses the substrate against a polishing surface, and a contact member having an elastic film is attached to a lower surface of the top ring, The elastic film of the member has a flange projecting outward and a contact portion that directly or indirectly contacts the substrate, and extends upward from a base portion of the collar of the contact portion and is connected to the top ring. And a support portion for supporting the collar of the abutting member is provided on the top ring.In addition, a fluid introduction groove for introducing fluid to the upper surface of the collar of the contact member is formed in the support portion.This is a substrate holding device.
[0014]
With such a configuration, it is possible to perform polishing without excess or deficiency over the entire surface of the substrate without depending on the film thickness distribution at the time of film formation, and pressurized fluid is supplied to the space around the contact member. Sometimes, the brim is prevented from deforming and sticking to the lower surface of the top ring, and stable polishing can be realized.
[0015]
In this case, it is preferable that the radial length of the support portion is longer than the radial length of the flange of the contact member. By providing such a support portion, the collar of the contact member can be more reliably supported, so that more stable polishing can be realized.
[0016]
A preferred aspect of the present invention is characterized in that a fluid introduction groove for introducing a fluid is formed in the upper surface of the collar of the abutting member in the support portion. With such a configuration, a pressurized fluid can be supplied to the upper surface of the collar, so that the adhesion of the collar to the substrate can be improved and stable polishing can be realized.
[0020]
  Of the present inventionSecondA mode of the present invention is a polishing apparatus comprising the substrate holding device described above and a polishing table having a polishing surface.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a substrate holding device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a polishing apparatus provided with a substrate holding apparatus according to the present invention. Here, the substrate holding device is a device that holds a substrate such as a semiconductor wafer that is an object to be polished and presses it against the polishing surface on the polishing table. As shown in FIG. 1, a polishing table 100 having a polishing pad 101 attached to the upper surface is installed below the top ring 1 constituting the substrate holding apparatus according to the present invention. A polishing liquid supply nozzle 102 is installed above the polishing table 100, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 101 on the polishing table 100 by the polishing liquid supply nozzle 102.
[0022]
There are various types of polishing pads available on the market, such as SUBA800, IC-1000, IC-1000 / SUBA400 (double-layer cloth) manufactured by Rodel, Surfin xxx-5 manufactured by Fujimi Incorporated, Surfin 000 etc. SUBA800, Surfin xxx-5, and Surfin 000 are non-woven fabrics in which fibers are hardened with urethane resin, and IC-1000 is a hard foamed polyurethane (single layer). The polyurethane foam is porous (porous) and has a large number of fine dents or pores on its surface.
[0023]
The top ring 1 is connected to a top ring drive shaft 11 via a universal joint portion 10, and the top ring drive shaft 11 is connected to a top ring air cylinder 111 fixed to a top ring head 110. The top ring drive shaft 11 is moved up and down by the top ring air cylinder 111 to move the entire top ring 1 up and down and press the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2 against the polishing table 100. ing. The top ring air cylinder 111 is connected to the pressure adjusting unit 120 via a regulator R1. The pressure adjusting unit 120 adjusts the pressure by supplying a pressurized fluid such as pressurized air from a compressed air source, or by evacuating with a pump or the like. The pressure adjusting unit 120 can adjust the air pressure of the pressurized air supplied to the top ring air cylinder 111 via the regulator R1. Thereby, the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 can be adjusted.
[0024]
The top ring drive shaft 11 is connected to the rotary cylinder 112 through a key (not shown). The rotating cylinder 112 includes a timing pulley 113 on the outer periphery thereof. A top ring motor 114 is fixed to the top ring head 110, and the timing pulley 113 is connected to a timing pulley 116 provided on the top ring motor 114 via a timing belt 115. Accordingly, when the top ring motor 114 is rotationally driven, the rotary cylinder 112 and the top ring drive shaft 11 are integrally rotated via the timing pulley 116, the timing belt 115, and the timing pulley 113, and the top ring 1 is rotated. The top ring head 110 is supported by a top ring head shaft 117 that is rotatably supported by a frame (not shown).
[0025]
Hereinafter, the top ring 1 constituting the substrate holding apparatus according to the present invention will be described in more detail. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the top ring 1 in the present embodiment, and FIG. 3 is a bottom view of the top ring 1 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the top ring 1 constituting the substrate holding apparatus includes a cylindrical container-shaped top ring body 2 having an accommodating space therein, and a retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2. ing. The top ring body 2 is made of a material having high strength and rigidity such as metal and ceramics. The retainer ring 3 is made of a highly rigid resin material or ceramics.
[0026]
The top ring body 2 is fitted to a cylindrical container-like housing part 2a, an annular pressure sheet support part 2b fitted inside the cylindrical part of the housing part 2a, and an outer peripheral edge part on the upper surface of the housing part 2a. And an annular seal portion 2c. A retainer ring 3 is fixed to the lower end of the housing portion 2a of the top ring body 2. The lower part of the retainer ring 3 protrudes inward. The retainer ring 3 may be formed integrally with the top ring main body 2.
[0027]
The above-described top ring drive shaft 11 is disposed above the central portion of the housing portion 2a of the top ring main body 2. The top ring main body 2 and the top ring drive shaft 11 are connected by a universal joint portion 10. Yes. The universal joint portion 10 includes a spherical bearing mechanism that allows the top ring body 2 and the top ring drive shaft 11 to tilt relative to each other, and a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the top ring drive shaft 11 to the top ring body 2. The top ring drive shaft 11 transmits the pressing force and the rotational force while allowing the tilting of the top ring body 2.
[0028]
The spherical bearing mechanism includes a spherical recess 11a formed at the center of the lower surface of the top ring drive shaft 11, a spherical recess 2d formed at the center of the upper surface of the housing portion 2a, and an intervening space between the recesses 11a and 2d. And a bearing ball 12 made of a high hardness material such as ceramic. On the other hand, the rotation transmission mechanism includes a drive pin (not shown) fixed to the top ring drive shaft 11 and a driven pin (not shown) fixed to the housing portion 2a. Even if the top ring main body 2 is tilted, the driven pin and the driving pin can move relatively in the vertical direction, so that they engage with each other by shifting their contact points, and the rotation transmission mechanism rotates the top ring driving shaft 11. Torque is reliably transmitted to the top ring body 2.
[0029]
In the space defined inside the top ring body 2 and the retainer ring 3 fixed integrally to the top ring body 2, there is a seal ring 4 that abuts on the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W held by the top ring 1. An annular holder ring 5 and a generally disc-shaped chucking plate 6 (vertical moving member) that can move up and down in the accommodation space inside the top ring main body 2 are accommodated.
[0030]
The outer periphery of the seal ring 4 is sandwiched between the holder ring 5 and the chucking plate 6 fixed to the lower end of the holder ring 5, and covers the lower surface of the chucking plate 6 near the outer edge. The lower end surface of the seal ring 4 is in contact with the upper surface of the semiconductor wafer W that is an object to be polished. The seal ring 4 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber. A notch or orientation flat called a notch for identifying (specifying) the orientation of the semiconductor wafer is provided on the outer edge of the semiconductor wafer W, but the chucking plate 6 is more than the notch or orientation flat. It is preferable that the seal ring 4 extends to the inner peripheral side.
[0031]
A pressure sheet 7 made of an elastic film is stretched between the holder ring 5 and the top ring body 2. One end of the pressure sheet 7 is sandwiched between the housing portion 2a of the top ring body 2 and the pressure sheet support portion 2b, and the other end is sandwiched between the upper end portion 5a of the holder ring 5 and the stopper portion 5b. It is fixed. A pressure chamber 21 is formed inside the top ring body 2 by the top ring body 2, the chucking plate 6, the holder ring 5, and the pressure sheet 7. As shown in FIG. 2, a fluid path 31 composed of a tube, a connector, and the like communicates with the pressure chamber 21, and the pressure chamber 21 is connected to the pressure adjustment unit 120 via a regulator R <b> 2 disposed on the fluid path 31. Has been. The pressure sheet 7 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber.
[0032]
When the pressure sheet 7 is an elastic body such as rubber, when the pressure sheet 7 is sandwiched and fixed between the retainer ring 3 and the top ring main body 2, the elasticity of the pressure sheet 7 as an elastic body. Due to the deformation, a preferable plane cannot be obtained on the lower surface of the retainer ring 3. Therefore, in order to prevent this, in the present embodiment, the pressure sheet support portion 2b is provided as a separate member and is fixed by being sandwiched between the housing portion 2a and the pressure sheet support portion 2b of the top ring body 2. is doing. The retainer ring 3 can be moved up and down with respect to the top ring body 2, or the retainer ring 3 can be configured to be pressed independently from the top ring body 2. The method for fixing the pressure sheet 7 described above is not always used.
[0033]
A cleaning liquid path 51 formed of an annular groove is formed on the lower surface of the seal portion 2 c of the top ring body 2. The cleaning liquid path 51 communicates with the fluid path 32 through the through hole 52, and the cleaning liquid (pure water) is supplied through the fluid path 32. Further, a plurality of communication holes 53 extending from the cleaning liquid passage 51 of the seal portion 2 c and penetrating the housing portion 2 a and the pressure sheet support portion 2 b are formed. The communication holes 53 are formed on the outer peripheral surface of the seal ring 4 and the retainer ring 3. To a slight gap G between the two.
[0034]
A center port 8 having an opening 8a at the center is provided at the center of the lower surface of the chucking plate 6. A ring tube 9 as a contact member that contacts the semiconductor wafer W is provided in a space formed between the chucking plate 6 and the semiconductor wafer W. In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the ring tube 9 is disposed outside the center port 8 so as to surround the center port 8. Further, the chucking plate 6 is provided with suction portions 40 protruding downward on the outside of the ring tube 9, and in the present embodiment, six suction portions 40 are provided.
[0035]
The ring tube 9 includes an elastic film 91 that contacts the upper surface of the semiconductor wafer W, and a ring tube holder 92 that detachably holds the elastic film 91, and the elastic film 91 and the ring tube holder 92 form a ring. A pressure chamber 22 is formed inside the tube 9. A space formed between the chucking plate 6 and the semiconductor wafer W is divided into a plurality of spaces by the ring tube 9, and a pressure chamber is provided inside the ring tube 9, that is, around the center port 8. 23, pressure chambers 24 are formed on the outside of the ring tube 9, that is, around the adsorbing portion 40, respectively. The elastic film 91 of the ring tube 9 is formed of a rubber material excellent in strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, silicon rubber, etc., like the pressure sheet 7.
[0036]
A fluid path 33 composed of a tube, a connector and the like communicates with the pressure chamber 22 in the ring tube 9, and the pressure chamber 22 is connected to the pressure adjusting unit 120 via a regulator R 3 disposed on the fluid path 33. Has been. Further, the opening 8a of the center port 8 communicates with a fluid path 34 including a tube, a connector, and the like, and the center port 8 is connected to the pressure adjusting unit 120 via a regulator R4 disposed on the fluid path 34. . The adsorbing part 40 is formed with a communication hole 40a that communicates with a fluid path 35 made of a tube, a connector, etc., and the adsorbing part 40 is connected to the pressure adjusting part 120 via a regulator R5 disposed on the fluid path 35. It is connected. By this pressure adjusting unit 120, a negative pressure can be formed at the opening end of the communication hole 40 a of the adsorption unit 40, and the semiconductor wafer W can be adsorbed on the adsorption unit 40. An elastic sheet 40b made of a thin rubber sheet or the like is attached to the lower end surface of the suction unit 40, and the suction unit 40 is configured to flexibly hold the semiconductor wafer W by suction. The pressure chambers 21 to 24 are connected to the regulators R2 to R5 through a rotary joint (not shown) provided at the upper end of the top ring shaft 110.
[0037]
The pressure chamber 21 above the chucking plate 6 and the pressure chambers 22, 23, 24 are pressurized with pressurized air or the like via fluid passages 31, 33, 34, 35 communicating with the pressure chambers. Fluid can be supplied, or atmospheric pressure or vacuum can be achieved. That is, as shown in FIG. 1, the pressure of the pressurized fluid supplied to each pressure chamber is adjusted by regulators R2 to R5 arranged on the fluid paths 31, 33, 34, and 35 of the pressure chambers 21 to 24. be able to. Thereby, the pressure inside each pressure chamber 21-24 can be controlled independently, respectively, or it can be made atmospheric pressure or a vacuum. As described above, the pressure inside the pressure chambers 21 to 24 is made variable independently by the regulators R2 to R5, thereby adjusting the pressing force for pressing the semiconductor wafer W against the polishing pad 101 for each portion of the semiconductor wafer W. be able to.
[0038]
In this case, it is good also as controlling the temperature of the pressurized fluid supplied to each pressure chamber 22-24, and atmospheric pressure, respectively. In this way, the temperature of the polishing object can be directly controlled from the back side of the surface to be polished of the polishing object such as a semiconductor wafer. In particular, if the temperature of each pressure chamber is controlled independently, the chemical reaction rate of chemical polishing in CMP can be controlled.
[0039]
Here, since there is a slight gap G between the outer peripheral surface of the seal ring 4 and the retainer ring 3, a member such as the holder ring 5, the chucking plate 6, and the seal ring 4 attached to the chucking plate 6. Is movable in the vertical direction with respect to the top ring body 2 and the retainer ring 3 and has a floating structure. The stopper portion 5b of the holder ring 5 is provided with a plurality of protrusions 5c protruding outward from the outer peripheral edge thereof, and the protrusions 5c are related to the upper surface of the portion protruding inward of the retainer ring 3. By combining, the downward movement of the member such as the holder ring 5 is limited to a predetermined position.
[0040]
For example, when the chucking plate is formed of PPS (polyphenylene sulfide), if the pressure in the pressure chamber 21 is higher than the pressure in the pressure chambers 22 to 24 below the chucking plate 6, the chucking plate is bent and the adsorbing portion 40 is The semiconductor wafer W is pressed, and the polishing rate at this portion is locally increased. Therefore, the chucking plate 6 in the present embodiment is formed of a material that is lighter and more rigid than PPS, for example, an epoxy resin, more preferably a fiber reinforced material such as glass fiber. In this way, by forming the chucking plate 6 with a highly rigid material, even if the pressure in the pressure chamber 21 is higher than the pressure in the pressure chambers 22 to 24 below the chucking plate 6, the chucking plate 6 is difficult to bend. Thus, the local increase in the polishing rate can be prevented. In particular, since epoxy resin does not have magnetism, the film thickness of the thin film formed on the surface is measured by a film thickness measurement method using eddy current while the semiconductor wafer to be polished is held on the top ring. This is a suitable material in some cases. Moreover, it is not limited to an epoxy resin, and it is effective to use, for example, a highly rigid resin other than an epoxy resin, a fiber reinforced product thereof, ceramics, or the like.
[0041]
Next, the operation of the top ring 1 configured as described above will be described in detail. In the polishing apparatus configured as described above, when the semiconductor wafer W is transferred, the entire top ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer, and the communication hole 40a of the suction unit 40 is connected to the pressure adjusting unit 120 via the fluid path 35. . The semiconductor wafer W is vacuum-sucked to the lower end surface of the suction portion 40 by the suction action of the communication hole 40a. Then, the top ring 1 is moved in a state where the semiconductor wafer W is attracted, and the entire top ring 1 is positioned above the polishing table 100 having the polishing surface (polishing pad 101). The outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is held by the retainer ring 3 so that the semiconductor wafer W does not jump out of the top ring 1.
[0042]
At the time of polishing, the suction of the semiconductor wafer W by the suction unit 40 is released, the semiconductor wafer W is held on the lower surface of the top ring 1, and the top ring air cylinder 111 connected to the top ring drive shaft 11 is operated to operate the top ring. The retainer ring 3 fixed to the lower end of the ring 1 is pressed against the polishing surface of the polishing table 100 with a predetermined pressing force. In this state, pressurized fluid of a predetermined pressure is supplied to each of the pressure chambers 22, 23, and 24 to press the semiconductor wafer W against the polishing surface of the polishing table 100. Then, by flowing the polishing liquid Q from the polishing liquid supply nozzle 102 in advance, the polishing liquid Q is held on the polishing pad 101, and the polishing liquid Q is interposed between the surface (lower surface) of the semiconductor wafer W to be polished and the polishing pad 101. Polishing is performed in a state where there is.
[0043]
Here, the portions of the semiconductor wafer W positioned below the pressure chambers 23 and 24 are pressed against the polishing surface by the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 23 and 24, respectively. Further, the portion of the semiconductor wafer W located below the pressure chamber 22 is pressed against the polishing surface by the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 through the elastic film 91 of the ring tube 9. Therefore, the polishing pressure applied to the semiconductor wafer W can be adjusted for each portion of the semiconductor wafer W by controlling the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22 to 24, respectively. That is, the pressures of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22 to 24 by the regulators R3 to R5 are independently adjusted, and the pressing force for pressing the semiconductor wafer W against the polishing pad 101 on the polishing table 100 is set to the semiconductor wafer W. It is adjusted for each part. Thus, the semiconductor wafer W is pressed against the polishing pad 101 on the upper surface of the rotating polishing table 100 in a state where the polishing pressure is adjusted to a desired value for each portion of the semiconductor wafer W. Similarly, the pressure of the pressurized fluid supplied to the top ring air cylinder 111 by the regulator R1 can be adjusted, and the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 can be changed. As described above, by appropriately adjusting the pressing force by which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 and the pressing force by which the semiconductor wafer W is pressed against the polishing pad 101 during polishing, the central portion of the semiconductor wafer W (in FIG. 3). The distribution of the polishing pressure in each part from C1), the intermediate part (C2), the peripheral part (C3), and further to the outer peripheral part of the retainer ring 3 outside the semiconductor wafer W can be made a desired distribution.
[0044]
Thus, the semiconductor wafer W can be divided into three concentric circles and ring parts (C1 to C3), and each part can be pressed with an independent pressing force. Although the polishing rate depends on the pressing force on the polishing surface of the semiconductor wafer W, the pressing force of each portion can be controlled as described above, so the polishing rates of the three portions (C1 to C3) of the semiconductor wafer W are set. It can be controlled independently. Therefore, even if the film thickness of the thin film to be polished on the surface of the semiconductor wafer W has a radial distribution, it is possible to eliminate insufficient polishing and overpolishing over the entire surface of the semiconductor wafer. That is, even if the thin film to be polished on the surface of the semiconductor wafer W has a different thickness depending on the radial position of the semiconductor wafer W, the surface of the semiconductor wafer W among the pressure chambers 22 to 24 described above. The pressure of the pressure chamber located above the thick part of the semiconductor wafer W is made higher than the pressure of the other pressure chambers, or the pressure chamber located above the thin part of the surface of the semiconductor wafer W By making the pressure lower than the pressure in the other pressure chambers, it is possible to make the pressing force on the polishing surface of the thick part thicker than the pressing force on the polishing surface of the thin part. The polishing rate can be selectively increased. Thus, it is possible to polish the entire surface of the semiconductor wafer W without excess or deficiency without depending on the film thickness distribution at the time of film formation.
[0045]
Edge drooping that occurs at the peripheral edge of the semiconductor wafer W can be prevented by controlling the pressing force of the retainer ring 3. If there is a large change in the film thickness of the thin film to be polished at the peripheral edge of the semiconductor wafer W, the peripheral edge of the semiconductor wafer W can be increased by intentionally increasing or decreasing the pressing force of the retainer ring 3. The polishing rate can be controlled. When pressurized fluid is supplied to each of the pressure chambers 22 to 24, the chucking plate 6 receives an upward force. In this embodiment, pressure fluid is supplied to the pressure chamber 21 via the fluid path 31. Thus, the chucking plate 6 is prevented from being lifted upward by the force from each of the pressure chambers 22-24.
[0046]
As described above, the pressing force of the retainer ring 3 to the polishing pad 101 by the top ring air cylinder 111 and the polishing pad 101 for each portion of the semiconductor wafer W by the pressurized air supplied to the pressure chambers 22 to 24 are applied. The semiconductor wafer W is polished by appropriately adjusting the pressing force. When the polishing is completed, the semiconductor wafer W is vacuum-sucked again on the lower end surface of the suction unit 40. At this time, the supply of the pressurized fluid to each of the pressure chambers 22 to 24 that press the semiconductor wafer W against the polishing surface is stopped and released to the atmospheric pressure, so that the lower end surface of the adsorbing portion 40 is applied to the semiconductor wafer W. Make contact. Further, the pressure in the pressure chamber 21 is released to atmospheric pressure or negative pressure. This is because, if the pressure in the pressure chamber 21 is kept high, only the portion of the semiconductor wafer W that is in contact with the suction portion 40 is strongly pressed against the polishing surface.
[0047]
After adsorbing the semiconductor wafer W as described above, the entire top ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer, and a fluid (for example, compressed air or nitrogen and pure water) is transferred from the communication hole 40a of the adsorbing portion 40 to the semiconductor wafer W. The semiconductor wafer W is released by spraying water.
[0048]
By the way, the polishing liquid Q used for polishing enters the slight gap G between the outer peripheral surface of the seal ring 4 and the retainer ring 3, and when this polishing liquid Q is fixed, the holder ring 5 and the chuck Smooth vertical movement of members such as the king plate 6 and the seal ring 4 with respect to the top ring body 2 and the retainer ring 3 is hindered. Therefore, the cleaning liquid (pure water) is supplied to the cleaning liquid path 51 via the fluid path 32. As a result, pure water is supplied above the gap G from the plurality of communication holes 53, and the pure water is washed away from the gap G to prevent the above-described polishing liquid Q from sticking. This supply of pure water is preferably performed during the period from when the polished semiconductor wafer is released until the next polished semiconductor wafer is adsorbed. Moreover, it is preferable to provide the retainer ring 3 with a plurality of through holes 3a as shown in FIG. 2 so that all the pure water supplied until the next polishing is discharged to the outside. Further, if the pressure is accumulated in the space 25 formed by the retainer ring 3, the holder ring 5, and the pressure sheet 7, the chucking plate 6 will not be lifted. In order to raise, it is preferable to provide the through hole 3a and make the space 25 have the same pressure as the atmosphere.
[0049]
As described above, according to the substrate holding apparatus in the present embodiment, the pressing force on the semiconductor wafer can be controlled by independently controlling the pressure in the pressure chambers 22, 23, and 24.
[0050]
Here, the ring tube 9 in this embodiment is demonstrated in detail. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the ring tube 9 shown in FIG. The elastic membrane 91 of the ring tube 9 in this embodiment is connected to the chucking plate 6 via the abutting portion 91b having a flange 91a protruding outward and the ring tube holder 92, as shown in FIG. Connecting portion 91c. The connecting portion 91c extends upward from the base portion 91d of the collar 91a. In addition, the lower surface of the contact portion 91b is in contact with the upper surface of the semiconductor wafer W. The collar 91a, the abutting portion 91b, and the connecting portion 91c are integrally formed of the same material.
[0051]
As described above, when polishing the semiconductor wafer, the pressurized fluid is supplied to the pressure chambers 23 and 24 surrounding the pressure chamber 22 and the ring tube 9. As a result, the collar 91a is brought into close contact with the semiconductor wafer W by the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 23 and 24, respectively. For this reason, the pressure of the pressurized fluid supplied to the surrounding pressure chamber 23 or 24 is considerably higher than the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 inside the ring tube 9. However, the pressurized fluid having a high ambient pressure does not go below the ring tube 9. Therefore, by providing the collar 91a, the width of pressure control of each pressure chamber can be increased, and the semiconductor wafer can be pressed more stably.
[0052]
In addition, openings 91e are formed at a plurality of locations in the central portion of the contact portion 91b of the ring tube 9, and pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 is formed on the upper surface of the semiconductor wafer W through the openings 91e. There will be direct contact. Since the pressurized fluid is supplied to the pressure chamber 22 during polishing, the contact portion 91b of the ring tube 9 is pressed against the upper surface of the semiconductor wafer W by the pressurized fluid. Therefore, even when such an opening 91e is formed, the pressurized fluid inside the pressure chamber 22 hardly leaks to the outside. Further, when the semiconductor wafer W is released, the downward pressure by the pressurized fluid can be applied to the semiconductor wafer W through the opening 91e, so that the semiconductor wafer W is released more smoothly.
[0053]
Further, as described above, when the temperature of the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 is controlled and the temperature of the semiconductor wafer W is controlled from the back side of the surface to be polished, such an opening 91e is formed in the ring tube 9. By forming the contact portion 91b, the area where the temperature-controlled pressurized fluid contacts the semiconductor wafer W can be increased, so that the temperature controllability of the semiconductor wafer W can be improved. In addition, when the semiconductor wafer W is released after the polishing is completed, the pressure chambers 22 are opened to the outside air through the openings 91e, so that the fluid supplied to the pressure chambers 22 is contained therein. There is nothing to do. Accordingly, the stability of temperature control can be maintained even when the semiconductor wafer W is continuously polished.
[0054]
As shown in FIG. 4, the chucking plate 6 is provided with a support portion 6 a that supports the collar 91 a of the ring tube 9. In the case where such a support portion 6a is not provided, when pressurized fluid is supplied to the pressure chambers 23 and 24 surrounding the ring tube 9, the collar 91a is deformed and the lower surface of the chucking plate 6 as shown in FIG. May stick to. In such a state, since the pressure control of the pressure chambers 22 to 24 cannot be performed appropriately, in the present embodiment, as described above, the chucking plate 6 is provided with the support portion 6a that supports the collar 91a of the ring tube 9. This prevents the collar 91a from sticking to the lower surface of the chucking plate 6 and stabilizes the pressure in each of the pressure chambers 22-24. In this case, if the length of the support portion in the radial direction is longer than the length of the flange 91a in the radial direction, the flange 91a can be supported more reliably.
[0055]
In this case, the collar 91 a of the ring tube 9 comes into contact with the support portion 6 a of the chucking plate 6, but is supplied to the pressure chambers 23 and 24 in order to improve the adhesion of the collar 91 a to the semiconductor wafer W. It is necessary to press the collar 91a with the pressurized fluid. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the fluid introduction groove 6 b is formed in the support portion 6 a of the chucking plate 6, and the collar 91 a is stably stabilized by the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 23 and 24. This increases the adhesion between the collar 91a and the semiconductor wafer W.
[0056]
Similarly, the seal ring 4 may stick to the outer peripheral edge of the chucking plate 6 as shown in FIG. 7 due to the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 24. In this embodiment, as shown in FIG. 8, a support portion 6 c that supports the seal ring 4 is provided on the outer peripheral edge portion of the chucking plate 6. In this case, similarly to the support portion 6a described above, a fluid introduction groove is also provided in the support portion 6c, and the seal ring 4 is stably pressed by the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 24. The adhesion with the wafer W can also be improved. Moreover, since this groove can guide the pressurized fluid to the outermost periphery of the semiconductor wafer, a uniform pressing force at the outer periphery of the wafer is realized.
[0057]
When the retainer ring 3 is pressed against the polishing pad 101, the polishing pad 101 in the vicinity of the retainer ring 3 rises (rebounds), and the polishing rate of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W may locally increase. In the present embodiment, it is possible to suppress such overpolishing at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W by shortening the radial length d of the support portion 6c of the chucking plate 6 described above. Further, when the influence of rebound is small, the polishing rate can be changed by concentrating the pressing force by reducing the length d or by dispersing the pressing force by increasing the length d. . Specifically, a desired polishing rate can be obtained by changing in the range of 1 mm to 7 mm.
[0058]
In the above-described embodiment, the fluid paths 31, 33, 34, and 35 are provided separately. However, the fluid paths 31, 33, 34, and 35 are separately provided. It can be freely modified depending on the magnitude of the pressure and the position where it is applied. In the above-described embodiment, the example in which the ring tube 9 directly contacts the semiconductor wafer W has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, an elastic pad is provided between the ring tube 9 and the semiconductor wafer W. The ring tube 9 may be in contact with the semiconductor wafer W indirectly.
[0059]
In the embodiment described above, the polishing surface is formed by the polishing pad. However, the present invention is not limited to this. For example, the polishing surface may be formed by fixed abrasive grains. The fixed abrasive is a plate formed by fixing the abrasive in a binder. In polishing using fixed abrasive grains, polishing proceeds by abrasive grains spontaneously generated from the fixed abrasive grains. The fixed abrasive is composed of abrasive grains, a binder, and pores. For example, the abrasive grains include cerium oxide (CeO) having an average particle diameter of 0.5 μm or less.₂) An epoxy resin is used for the binder. Such fixed abrasive grains constitute a hard polishing surface. The fixed abrasive also includes a fixed abrasive pad having a two-layer structure in which a polishing pad having elasticity is stuck under a thin fixed abrasive layer in addition to the plate-like one described above. Other hard polishing surfaces include the IC-1000 described above.
[0060]
Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
[0061]
【The invention's effect】
  As mentioned above, according to the present invention,, MatureIt is possible to polish over and over the entire surface of the substrate without depending on the film thickness distribution during film formation.The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a longitudinal sectional view showing a substrate holding device in the polishing apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a bottom view of the substrate holding device shown in FIG. 2;
4 is a longitudinal sectional view showing a ring tube in the substrate holding device of FIG. 2;
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a state of the ring tube when no support is provided on the chucking plate.
6 is a partial perspective view showing a support portion of the chucking plate of FIG. 4;
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a state of the seal ring when no support is provided on the chucking plate.
8 is a longitudinal sectional view showing a seal ring in the substrate holding device of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1 Top ring
2 Top ring body
2a Housing part
2b Pressurized sheet support
2c Seal part
2d spherical recess
3 Retainer ring
4 Seal ring
5 Holder ring
5a Upper end
5b Stopper part
5c protrusion
6 Chucking plate (vertical movement member)
6a, 6c support part
6b Fluid introduction groove
7 Pressurized sheet
8 Center port
8a opening
9 Ring tube (contact member)
10 Universal joint
11 Top ring drive shaft
11a Spherical concave
12 Bearing balls
21, 22, 23, 24 Pressure chamber
25 space
31, 32, 33, 34, 35 Fluid path
40 Suction part
40a communication hole
40b Elastic sheet
51 Cleaning fluid path
52 Through hole
53 communication hole
91 Elastic membrane
91a collar
91b Contact part
91c connection part
91d base
91e opening
92 Ring tube holder
101 polishing pad
100 polishing table
102 Polishing liquid supply nozzle
110 Top ring head
111 Air cylinder for top ring
112 Rotating cylinder
113,116 Timing pulley
114 Top ring motor
115 Timing belt
117 Top ring head shaft
120 Pressure adjuster
G gap
Q polishing liquid
R1, R2, R3, R4, R5 Regulator
W Semiconductor wafer

Claims

In the substrate holding device that holds the substrate that is the polishing object and presses it against the polishing surface,
Attach a contact member with an elastic membrane to the lower surface of the top ring,
The elastic film of the contact member has a flange projecting outward, a contact portion that directly or indirectly contacts the substrate, and an upper portion that extends upward from a base portion of the flange of the contact portion. And a connection portion connected to the
The top ring, the only setting a support portion for supporting the flange of the abutment member, to the support portion, and characterized by forming a fluid introduction groove for introducing a fluid on the upper surface of the flange of the abutment member Substrate holding device.

The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein a radial length of the support portion is longer than a radial length of a flange of the contact member.

Polishing device comprising a substrate holding apparatus according to claim 1 or claim 2, further comprising a polishing table having a polishing surface.