【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板保持装置、特に半導体ウエハ等の半導体基板を研磨する研磨装置における基板保持装置に関するものである。また、この基板保持装置を用いて半導体基板を研磨する研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置においては、半導体基板を自動で交換する必要があるために、半導体基板を基板保持装置に保持して研磨等の表面処理や加工を行う際に、半導体基板設置面と半導体基板とを接着して加工を行うことができない。従って、半導体基板表面を研磨するにあたって、半導体基板設置面に半導体基板を吸着保持する方法がとられていた。従来の研磨装置における基板保持装置は、トップリングと、このトップリングに設けられ、半導体基板外周部に設けられるリテーナリングと、トップリング内に設けられ、弾性膜で覆われると共に内部に流体が供給される流体室と、半導体基板を上記弾性膜に吸着させる吸着機構とを備えており、弾性膜の表面を洗浄後、半導体基板を吸着機構により弾性膜に吸着保持させて研磨装置の研磨面に移動し、その後、流体室内に加圧流体を供給することにより弾性膜を介して半導体基板に均一な荷重を加え、半導体基板を研磨装置の研磨面に押圧して半導体基板の研磨を行っていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、半導体基板を基板保持装置の弾性膜に吸着保持させる方法として、半導体基板と接触する弾性膜を例えば柔軟な発泡ポリウレタンフィルム等により構成し、この発泡ポリウレタンフィルムを湿潤させて、その水の表面張力によって半導体基板を発泡ポリウレタンフィルム面上に固定（水吸着）させる方法があった（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１３６５３号公報（第５−７頁、図１、図３）
【非特許文献１】
土肥 俊郎 編著「詳説 半導体ＣＭＰ技術」株式会社工業調査会、２００１年１月１０日、ｐ．６７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の基板保持装置では、半導体基板を加圧し、半導体基板に均一な荷重を与えて研磨を行うと、半導体基板が空転してしまい研磨量の不均一が生じる問題があった。これを防止するために、回転数に偏差を与えて空転分を補い、均一な研磨が可能となるようにしているが、半導体基板の研磨加工面の状態により摩擦係数が異なるため、半導体基板の加工表面に施した処理ごとに回転数補正値を変更しなければならなかった。更に多層に膜を積層した半導体基板の場合は、加工が進むに従って表面状態が変わるため均一な加工をすることが難しかった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、回転数偏差を与えることなく、半導体基板の空転を防止することが可能な基板保持装置を提供することを目的とする。
また、回転数偏差を与えることなく、半導体基板の空転を防止することが可能な半導体基板の研磨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】
本発明の基板保持装置は、被研磨基板である半導体基板を保持するトップリング、上記半導体基板の外周部に設けられたリテーナリング、及び上記トップリング内に設けられ、上記半導体基板を弾性膜を介して加圧することにより上記半導体基板を研磨装置の研磨面に押圧する加圧機構を備えた基板保持装置において、上記半導体基板と接触する弾性膜の表面に溝を設けたものである。
【０００８】
また、半導体基板の研磨方法としては、基板保持装置における半導体基板設置面に設けた弾性膜表面が液体で濡れた状態で、上記弾性膜表面に半導体基板を吸着保持する工程、上記弾性膜を介して上記半導体基板を加圧することにより上記半導体基板を研磨装置の研磨面に押圧し、上記半導体基板を研磨する工程、及び研磨の際の遠心力により、上記弾性膜と上記半導体基板との間にある上記液体を、上記弾性膜の表面に設けられた溝を介して排出させる工程を施すものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による基板保持装置を示す断面構成図である。図１において、基板保持装置１０は被研磨基板である半導体基板１を保持するトップリング２と、半導体基板１の外周部に設けられたリテーナリング３と、トップリング内に設けられた流体室（加圧機構）６と、トップリング２の上方に設けられたトップリング駆動軸７とを備えている。リテーナリング３はトップリング２に固定されるかまたは一体に設けられている。トップリング２とリテーナリング３とで形成された空間内には弾性膜４と弾性膜支持部材５とが収容され、気密構造の流体室６が形成されている。流体室６には研磨時に加圧空気等の加圧流体が供給され、半導体基板１は弾性膜４を介して研磨装置の研磨面に押圧される。弾性膜４はゴム材等より構成されており、半導体基板１が接触する面には図２に示すような放射状の溝４ａが設けられている。また、流体室６内には吸着機構８及びストッパプレート９が設けられている。吸着機構８は半導体基板１を基板保持装置１０に着脱自在に吸着保持するものであり、研磨装置へ半導体基板１を移動する際等に機能する。吸着機構８は例えば図１に示すように、複数の貫通孔８ａと複数の球面状の凹部８ｂとを有し、流体室内を負圧にして弾性膜４を凹部８ｂに倣うように変形させることにより、凹部８ｂを吸盤として機能させて半導体基板１を弾性膜４に吸着させる。ストッパプレート９は、加圧時における弾性膜支持部材５の下方への移動が所定範囲となるように規制するものである。
【００１０】
次に、このような構成の基板保持装置を用いて半導体基板を研磨する方法を示す。
先ず、弾性膜４で構成された基板保持装置１０の半導体基板設置面を洗浄液を用いて洗浄する。その後、設置面が水に濡れた状態で半導体基板１を弾性膜４に接触させ、流体室６を負圧にして吸着機構８を機能させ、半導体基板１を設置面に吸着保持する。次に、半導体基板１が吸着保持された基板保持装置１０を研磨装置の研磨面上に移動する。次に、流体室６に加圧流体を供給して、半導体基板１を研磨装置の研磨面に押圧すると共に、研磨装置の研磨面上に研磨液を供給しながら研磨面を回転させ、半導体基板１を研磨する。この時、弾性膜４と半導体基板１との間には洗浄の際に用いた洗浄液が残っており、この状態のままで研磨面が回転すると、弾性膜４と半導体基板１との間に介在する洗浄液が原因で半導体基板が空転する。本実施の形態の基板保持装置１０は半導体基板１と接触する弾性膜４の表面に溝４ａを設けているので、弾性膜４と半導体基板１との間に介在する洗浄液は、研磨の際の遠心力により、弾性膜４の表面に設けられた溝４ａへ流れ込み、排出される。
【００１１】
これにより、半導体基板１と弾性膜４とが液体を介することなく直接接触するので、半導体基板の空転が防止でき、トップリング１の回転数に偏差を与えることなく研磨することが可能となる。
【００１２】
次に、弾性膜４の表面に設けられる溝４の寸法について具体的に説明する。半導体基板１と弾性膜４との間に介在する液体が、膜との研磨の際の遠心力により、溝４ａを通り効果的に排出され、かつ弾性膜４と半導体基板１とが密着された状態で効果的に研磨されるようにするためには、溝４ａの幅は２ｍｍ以下、深さは０．５ｍｍ以下、弾性膜表面の溝の全体積は６００ｍｍ３以上が好ましく、幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの放射状の溝４ａなら、４本以上の溝４ａが、幅２ｍｍ、深さ０．２ｍｍの放射状の溝４ａなら８本以上の溝４ａが必要である。
【００１３】
なお、上記実施の形態では溝４ａを放射状に設けたが、弾性膜４と半導体基板１との間に残っている洗浄液を、研磨の際の遠心力により排出させるものであれば、上記形状に限らない。
図３、図４は弾性膜４に設ける溝の他の例を示す図であり、図３は格子状の溝４ｂ、図４はらせん状の溝４ｃである。
このような形状の溝によっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【００１４】
また、上記実施の形態において、吸着機構８は貫通穴８ａと凹部８ｂにより吸盤を構成して半導体基板１を吸着するものを示したが、他の吸着機構により半導体基板を保持するようにしてもよい。
また、このような吸着機構を設けず、弾性膜表面を液体で濡らし、この状態で半導体基板を弾性膜表面に水吸着させるようにするものであってもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被研磨基板である半導体基板を保持するトップリング、上記半導体基板の外周部に設けられたリテーナリング、及び上記トップリング内に設けられ、上記半導体基板を弾性膜を介して加圧することにより上記半導体基板を研磨装置の研磨面に押圧する加圧機構を備えた基板保持装置において、上記半導体基板と接触する弾性膜の表面に溝を設けたので、溝により半導体基板と弾性膜との間に存在する液体を排水して、両者を密着させることが可能となるため、研磨加工時の半導体基板の空転を防止することができる。
【００１６】
また、基板保持装置における半導体基板設置面に設けた弾性膜表面が液体で濡れた状態で、上記弾性膜表面に半導体基板を吸着保持する工程、上記弾性膜を介して上記半導体基板を加圧することにより上記半導体基板を研磨装置の研磨面に押圧し、上記半導体基板を研磨する工程、及び研磨の際の遠心力により、上記弾性膜と上記半導体基板との間にある上記液体を、上記弾性膜の表面に設けられた溝を介して排出させる工程を施すことにより、研磨加工時の半導体基板の空転を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による基板保持装置を示す断面構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる溝の形状を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係わる溝の他の形状を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係わる溝の他の形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板、２ トップリング、３ リテーナリング、４ 弾性膜、４ａ，４ｂ，４ｃ 溝、５ 弾性膜支持部材、６ 流体室、７ トップリング駆動軸、８ 吸着機構、８ａ 貫通孔、８ｂ 凹部、９ ストッパプレート、１０ 基板保持装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate holding device, and more particularly to a substrate holding device in a polishing apparatus for polishing a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer. The present invention also relates to a polishing method for polishing a semiconductor substrate using the substrate holding device.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus, since it is necessary to automatically replace a semiconductor substrate, when performing a surface treatment or processing such as polishing while holding the semiconductor substrate in a substrate holding device, the semiconductor substrate mounting surface and the semiconductor substrate are separated. Cannot be processed by bonding. Therefore, when polishing the surface of the semiconductor substrate, a method of adsorbing and holding the semiconductor substrate on the semiconductor substrate installation surface has been adopted. A substrate holding device in a conventional polishing apparatus is provided with a top ring, a retainer ring provided on the top ring, provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate, and provided in the top ring, covered with an elastic film and supplied with fluid inside. Fluid chamber, and an adsorption mechanism for adsorbing the semiconductor substrate to the elastic film. After cleaning the surface of the elastic film, the semiconductor substrate is adsorbed and held on the elastic film by the adsorption mechanism, and the surface of the polishing device is polished. Then, a uniform load is applied to the semiconductor substrate via the elastic film by supplying a pressurized fluid into the fluid chamber, and the semiconductor substrate is polished by pressing the semiconductor substrate against the polishing surface of the polishing apparatus. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
In addition, as a method of adsorbing and holding the semiconductor substrate on the elastic film of the substrate holding device, an elastic film that is in contact with the semiconductor substrate is formed of, for example, a flexible foamed polyurethane film or the like, and the foamed polyurethane film is wetted to form a surface of the water. There has been a method of fixing (adsorbing water) a semiconductor substrate on a foamed polyurethane film surface by tension (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-113653 (pages 5-7, FIGS. 1 and 3)
[Non-patent document 1]
Edited by Toshio Toi, "Detailed Explanation Semiconductor CMP Technology," Industrial Research Committee, Inc., January 10, 2001, p. 67
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional substrate holding apparatus, when a semiconductor substrate is pressed and polished while a uniform load is applied to the semiconductor substrate, the semiconductor substrate spins, causing a problem of non-uniform polishing amount. In order to prevent this, a deviation is given to the rotation speed to compensate for the idling, so that uniform polishing is possible.However, the friction coefficient differs depending on the state of the polished surface of the semiconductor substrate. The rotation speed correction value had to be changed for each treatment performed on the processing surface. Further, in the case of a semiconductor substrate in which films are stacked in multiple layers, it is difficult to perform uniform processing because the surface state changes as the processing proceeds.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and has as its object to provide a substrate holding device capable of preventing the semiconductor substrate from spinning without giving a rotational speed deviation.
It is another object of the present invention to provide a semiconductor substrate polishing method capable of preventing the semiconductor substrate from spinning without giving a rotational speed deviation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The substrate holding device of the present invention is a top ring for holding a semiconductor substrate which is a substrate to be polished, a retainer ring provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate, and an elastic film provided on the top ring provided on the top ring. In a substrate holding apparatus provided with a pressing mechanism for pressing the semiconductor substrate against a polishing surface of a polishing apparatus by pressing the semiconductor substrate, a groove is provided on a surface of an elastic film that comes into contact with the semiconductor substrate.
[0008]
Further, as a method of polishing a semiconductor substrate, a step of adsorbing and holding a semiconductor substrate on the surface of the elastic film in a state in which the surface of the elastic film provided on the semiconductor substrate mounting surface of the substrate holding device is wet with a liquid; Pressing the semiconductor substrate against the polishing surface of a polishing apparatus by pressing the semiconductor substrate, and polishing the semiconductor substrate, and centrifugal force during polishing, between the elastic film and the semiconductor substrate. A step of discharging the liquid through a groove provided on the surface of the elastic film.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing a substrate holding device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a substrate holding device 10 includes a top ring 2 for holding a semiconductor substrate 1 which is a substrate to be polished, a retainer ring 3 provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate 1, and a fluid chamber ( A pressure mechanism 6, and a top ring drive shaft 7 provided above the top ring 2. The retainer ring 3 is fixed to the top ring 2 or provided integrally. An elastic film 4 and an elastic film supporting member 5 are accommodated in a space formed by the top ring 2 and the retainer ring 3, and a fluid chamber 6 having an airtight structure is formed. A pressurized fluid such as pressurized air is supplied to the fluid chamber 6 during polishing, and the semiconductor substrate 1 is pressed through the elastic film 4 against the polishing surface of the polishing apparatus. The elastic film 4 is made of a rubber material or the like, and has a radial groove 4a as shown in FIG. In the fluid chamber 6, a suction mechanism 8 and a stopper plate 9 are provided. The suction mechanism 8 detachably holds the semiconductor substrate 1 on the substrate holding device 10 and functions when the semiconductor substrate 1 is moved to the polishing apparatus. For example, as shown in FIG. 1, the suction mechanism 8 has a plurality of through holes 8a and a plurality of spherical concave portions 8b, and deforms the elastic film 4 so as to follow the concave portions 8b by applying a negative pressure to the fluid chamber. Thereby, the concave portion 8 b functions as a suction cup, and the semiconductor substrate 1 is adsorbed to the elastic film 4. The stopper plate 9 regulates the downward movement of the elastic membrane supporting member 5 during pressurization so as to be within a predetermined range.
[0010]
Next, a method for polishing a semiconductor substrate using the substrate holding device having such a configuration will be described.
First, the semiconductor substrate mounting surface of the substrate holding device 10 composed of the elastic film 4 is cleaned using a cleaning liquid. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is brought into contact with the elastic film 4 in a state where the installation surface is wet with water, the fluid chamber 6 is made to have a negative pressure, the suction mechanism 8 is operated, and the semiconductor substrate 1 is suction-held on the installation surface. Next, the substrate holding device 10 on which the semiconductor substrate 1 is held by suction is moved onto the polishing surface of the polishing device. Next, a pressurized fluid is supplied to the fluid chamber 6 to press the semiconductor substrate 1 against the polishing surface of the polishing apparatus, and to rotate the polishing surface while supplying the polishing liquid onto the polishing surface of the polishing apparatus. Polish 1 At this time, the cleaning liquid used for cleaning remains between the elastic film 4 and the semiconductor substrate 1. When the polishing surface rotates in this state, the cleaning liquid intervenes between the elastic film 4 and the semiconductor substrate 1. The semiconductor substrate idles due to the cleaning liquid that is generated. In the substrate holding device 10 of the present embodiment, since the groove 4a is provided on the surface of the elastic film 4 in contact with the semiconductor substrate 1, the cleaning liquid interposed between the elastic film 4 and the semiconductor substrate 1 does not Due to the centrifugal force, the fluid flows into the groove 4a provided on the surface of the elastic film 4 and is discharged.
[0011]
Accordingly, the semiconductor substrate 1 and the elastic film 4 are in direct contact with each other without the interposition of a liquid, so that the semiconductor substrate can be prevented from spinning and can be polished without giving a deviation to the rotation speed of the top ring 1.
[0012]
Next, the dimensions of the groove 4 provided on the surface of the elastic film 4 will be specifically described. The liquid interposed between the semiconductor substrate 1 and the elastic film 4 is effectively discharged through the groove 4a due to the centrifugal force at the time of polishing the film, and the elastic film 4 and the semiconductor substrate 1 are in close contact with each other. In order to be polished effectively in the state, the width of the groove 4a is preferably 2 mm or less and the depth is 0.5 mm or less, and the total volume of the groove on the surface of the elastic film is preferably 600 mm 3 or more, and the width 2 mm and the depth If the radial groove 4a has a thickness of 0.5 mm, four or more grooves 4a are required. If the radial groove 4a has a width of 2 mm and a depth of 0.2 mm, eight or more grooves 4a are required.
[0013]
In the above-described embodiment, the grooves 4a are provided radially. However, if the cleaning liquid remaining between the elastic film 4 and the semiconductor substrate 1 is discharged by centrifugal force at the time of polishing, the above-described shape is used. Not exclusively.
FIGS. 3 and 4 are views showing other examples of the grooves provided in the elastic film 4. FIG. 3 shows a lattice-shaped groove 4b, and FIG. 4 shows a spiral groove 4c.
Even with the groove having such a shape, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
[0014]
Further, in the above-described embodiment, the suction mechanism 8 is configured to suction the semiconductor substrate 1 by forming a suction cup with the through hole 8a and the concave portion 8b, but the semiconductor substrate may be held by another suction mechanism. Good.
Further, without providing such an adsorption mechanism, the surface of the elastic film may be wetted with a liquid and the semiconductor substrate may be adsorbed on the surface of the elastic film in this state.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a top ring for holding a semiconductor substrate which is a substrate to be polished, a retainer ring provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate provided in the top ring are provided. In the substrate holding device provided with a pressing mechanism for pressing the semiconductor substrate against the polishing surface of the polishing apparatus by pressing through the elastic film, a groove is provided on the surface of the elastic film in contact with the semiconductor substrate. As a result, the liquid existing between the semiconductor substrate and the elastic film can be drained and the two can be brought into close contact with each other, so that idling of the semiconductor substrate during polishing can be prevented.
[0016]
A step of adsorbing and holding the semiconductor substrate on the surface of the elastic film in a state where the surface of the elastic film provided on the semiconductor substrate mounting surface of the substrate holding device is wet with a liquid; and pressing the semiconductor substrate through the elastic film. Pressing the semiconductor substrate against a polishing surface of a polishing apparatus, polishing the semiconductor substrate, and centrifugal force during polishing, the liquid between the elastic film and the semiconductor substrate, the elastic film By performing the step of discharging through a groove provided on the surface of the semiconductor substrate, idling of the semiconductor substrate during polishing can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional configuration diagram showing a substrate holding device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a shape of a groove according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another shape of the groove according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another shape of the groove according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 semiconductor substrate, 2 top ring, 3 retainer ring, 4 elastic film, 4a, 4b, 4c groove, 5 elastic film support member, 6 fluid chamber, 7 top ring drive shaft, 8 suction mechanism, 8a through hole, 8b recess, 9 stopper plate, 10 substrate holding device.
