JP4107835B2 - 基板保持装置及びポリッシング装置 - Google Patents
基板保持装置及びポリッシング装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4107835B2 JP4107835B2 JP2001372771A JP2001372771A JP4107835B2 JP 4107835 B2 JP4107835 B2 JP 4107835B2 JP 2001372771 A JP2001372771 A JP 2001372771A JP 2001372771 A JP2001372771 A JP 2001372771A JP 4107835 B2 JP4107835 B2 JP 4107835B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- semiconductor wafer
- pressure
- ring
- top ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Description
【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(SiO2)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。
【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(CeO2)、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
Claims (3)
- 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。 - 前記支持部の径方向長さを前記当接部材のつばの径方向長さよりも長くしたことを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 請求項1または請求項2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。
Priority Applications (13)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001372771A JP4107835B2 (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 基板保持装置及びポリッシング装置 |
PCT/JP2002/012816 WO2003049168A1 (fr) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | Dispositif de support de substrat et dispositif de polissage |
TW091135390A TWI266674B (en) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | Substrate holding device and polishing apparatus |
CNB028243919A CN100423203C (zh) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | 基板保持装置和抛光装置 |
KR1020097007971A KR100939556B1 (ko) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | 탄성막 및 플렉시블 막 |
US10/497,151 US7033260B2 (en) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | Substrate holding device and polishing device |
CN 200710136812 CN101096077B (zh) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | 基板保持装置和抛光装置 |
KR1020047008590A KR100914988B1 (ko) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | 기판유지장치 및 폴리싱장치 |
EP02788744A EP1453081A4 (en) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | SUBSTRATE MOUNTING AND POLISHING DEVICE |
AU2002354440A AU2002354440A1 (en) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | Substrate holding device and polishing device |
US11/312,571 US7311585B2 (en) | 2001-12-06 | 2005-12-21 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
US11/987,978 US7632173B2 (en) | 2001-12-06 | 2007-12-06 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
US12/613,016 US20100056028A1 (en) | 2001-12-06 | 2009-11-05 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001372771A JP4107835B2 (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 基板保持装置及びポリッシング装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007308285A Division JP2008066761A (ja) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | 基板保持装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003173995A JP2003173995A (ja) | 2003-06-20 |
JP4107835B2 true JP4107835B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=19181602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001372771A Expired - Lifetime JP4107835B2 (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 基板保持装置及びポリッシング装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4107835B2 (ja) |
CN (2) | CN101096077B (ja) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005268566A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Ebara Corp | 化学機械研磨装置の基板把持機構のヘッド構造 |
KR101044739B1 (ko) | 2004-11-01 | 2011-06-28 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 폴리싱장치 및 폴리싱방법 |
JP5303491B2 (ja) | 2010-02-19 | 2013-10-02 | 信越半導体株式会社 | 研磨ヘッド及び研磨装置 |
US10702972B2 (en) | 2012-05-31 | 2020-07-07 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
JP5976522B2 (ja) * | 2012-05-31 | 2016-08-23 | 株式会社荏原製作所 | 研磨装置および研磨方法 |
JP5903034B2 (ja) * | 2012-12-12 | 2016-04-13 | 株式会社荏原製作所 | 基板保持装置および該基板保持装置を備えた研磨装置 |
US10328549B2 (en) * | 2013-12-11 | 2019-06-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Polishing head, chemical-mechanical polishing system and method for polishing substrate |
US9610672B2 (en) * | 2014-06-27 | 2017-04-04 | Applied Materials, Inc. | Configurable pressure design for multizone chemical mechanical planarization polishing head |
US20190061098A1 (en) * | 2016-04-01 | 2019-02-28 | Joon Mo Kang | Carrier head for chemical mechanical polishing apparatus comprising substrate receiving member |
JP6833591B2 (ja) * | 2016-10-28 | 2021-02-24 | 株式会社荏原製作所 | 基板保持装置、弾性膜、研磨装置、および弾性膜の交換方法 |
US11179823B2 (en) | 2016-10-28 | 2021-11-23 | Ebara Corporation | Substrate holding apparatus, elastic membrane, polishing apparatus, and method for replacing elastic membrane |
JP7023062B2 (ja) | 2017-07-24 | 2022-02-21 | 株式会社荏原製作所 | 基板研磨装置及び方法 |
JP7003838B2 (ja) * | 2018-05-17 | 2022-01-21 | 株式会社Sumco | 研磨ヘッド及びこれを用いたウェーハ研磨装置及び研磨方法 |
JP7300297B2 (ja) * | 2019-04-02 | 2023-06-29 | 株式会社荏原製作所 | 積層メンブレン、積層メンブレンを備える基板保持装置および基板処理装置 |
KR102592009B1 (ko) * | 2019-04-05 | 2023-10-19 | 가부시키가이샤 사무코 | 연마 헤드, 연마 장치 및 반도체 웨이퍼의 제조 방법 |
CN116038552A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-05-02 | 北京晶亦精微科技股份有限公司 | 一种抛光头和基板抛光装置及研磨方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08229804A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-10 | Mitsubishi Materials Corp | ウェーハ研磨装置および研磨方法 |
JP3902715B2 (ja) * | 1999-02-15 | 2007-04-11 | 株式会社荏原製作所 | ポリッシング装置 |
US6776692B1 (en) * | 1999-07-09 | 2004-08-17 | Applied Materials Inc. | Closed-loop control of wafer polishing in a chemical mechanical polishing system |
JP2001260004A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-25 | Mitsubishi Materials Corp | ウェーハ研磨ヘッド |
-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001372771A patent/JP4107835B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-12-06 CN CN 200710136812 patent/CN101096077B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-06 CN CNB028243919A patent/CN100423203C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101096077B (zh) | 2011-03-23 |
CN1698185A (zh) | 2005-11-16 |
CN101096077A (zh) | 2008-01-02 |
CN100423203C (zh) | 2008-10-01 |
JP2003173995A (ja) | 2003-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100874712B1 (ko) | 기판 유지 장치 | |
US7311585B2 (en) | Substrate holding apparatus and polishing apparatus | |
JP4086722B2 (ja) | 基板保持装置及び研磨装置 | |
JP4107835B2 (ja) | 基板保持装置及びポリッシング装置 | |
JP4718107B2 (ja) | 基板保持装置及び研磨装置 | |
JP3989234B2 (ja) | 基板保持装置及びポリッシング装置 | |
JP4049579B2 (ja) | 基板保持装置及びポリッシング装置 | |
JP3856634B2 (ja) | 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置 | |
JP2008066761A (ja) | 基板保持装置 | |
JP4515047B2 (ja) | 弾性膜、基板保持装置、研磨装置、及び研磨方法 | |
JP3902715B2 (ja) | ポリッシング装置 | |
JP4620072B2 (ja) | ポリッシング装置 | |
JP2010045408A (ja) | 研磨方法及び装置 | |
JP2007229922A (ja) | 基板保持装置及びポリッシング装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041022 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071002 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080108 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080303 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080401 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080401 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110411 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120411 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140411 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |