JP2008137103A - Substrate holding device, substrate polishing device, and substrate polishing method - Google Patents

Substrate holding device, substrate polishing device, and substrate polishing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate holding device and a substrate polishing device which stop leakage of a pressurized fluid quickly without interrupting operation in a polishing process even while a substrate is polished when airtightness in a pressure chamber is not kept and the pressurized fluid leaks. <P>SOLUTION: This substrate holding device provided with a top ring 1 holding the substrate W and pressing it against a polishing face 101, the pressure chamber 22 formed by an elastic membrane 7 provided on the top ring 1 and the substrate W, and a pressurized fluid feeding means for feeding the pressurized air into the pressure chamber 22 has a sensor S1 for detecting leakage of the pressurized fluid in a closely adhered part of the elastic membrane 7 and the substrate W and a pressurized fluid supply pressure adjusting means (a pressure controller P3) for adjusting supply pressure of the pressurized fluid. When leakage of the pressurized fluid is detected by a pressurized fluid leakage detection means, supply pressure of the pressurized fluid is temporarily reduced by the pressurized fluid supply pressure adjusting means to stop leakage of the pressurized fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、研磨対象物である半導体ウェハなどの基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置、及びこの基板保持装置を備えた基板研磨装置、及び基板研磨方法に関するものである。   The present invention relates to a substrate holding device that holds a substrate such as a semiconductor wafer that is an object to be polished and presses the substrate against a polishing surface, a substrate polishing device that includes the substrate holding device, and a substrate polishing method.

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。   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.

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おそれがある。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。   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. Further, even if the device normally operates normally, there is a possibility that a problem of reliability may occur when used for a long time. 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.

そのため、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、基板研磨装置を用いて、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。   Therefore, in the semiconductor device manufacturing process, a planarization technique for the surface of the semiconductor device is becoming more and more important. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). This chemical mechanical polishing uses a substrate polishing apparatus to supply a polishing liquid containing abrasive grains such as silica (SiO 2) onto a polishing surface such as a polishing pad while using a substrate such as a semiconductor wafer as a polishing surface. Polishing is carried out in sliding contact.

上記のような基板研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、基板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。このような基板研磨装置を用いて基板の研磨を行う場合には、基板保持装置により基板を保持しつつ、この基板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、基板の被研磨面が研磨面に摺接し、基板の表面が平坦かつ鏡面に研磨される。   The substrate polishing apparatus as described above includes a polishing table having a polishing surface made of a polishing pad, and a substrate holding apparatus called a top ring or a carrier head for holding the substrate. When polishing a substrate using such a substrate polishing apparatus, the substrate is pressed against the polishing table with a predetermined pressure while the substrate is held by the substrate holding device. At this time, by relatively moving the polishing table and the substrate holding device, the surface to be polished of the substrate is brought into sliding contact with the polishing surface, and the surface of the substrate is polished to a flat and mirror surface.

このような基板研磨装置において、研磨中の基板と研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が基板の全面に亘って均一でない場合には、基板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、基板保持装置における基板の保持面をゴム等の弾性材からなる弾性膜(メンブレン)で形成すると共に、この弾性膜の裏面側に圧力室を形成し、該圧力室に空気等の加圧流体を供給して圧力を加えることで、研磨面への基板の押圧力を全面に亘って均一化することが行われている。
特開2004−81507号公報
In such a substrate polishing apparatus, when the relative pressing force between the substrate being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the substrate, the pressing force applied to each part of the substrate Depending on the situation, insufficient polishing or excessive polishing will occur. Therefore, the holding surface of the substrate in the substrate holding device is formed of an elastic film (membrane) made of an elastic material such as rubber, and a pressure chamber is formed on the back side of the elastic film, and air or the like is pressurized in the pressure chamber. By applying a pressure by supplying a fluid, the pressing force of the substrate on the polishing surface is made uniform over the entire surface.
JP 2004-81507 A

ところで、上記のような研磨装置では、圧力室を形成している弾性膜の基板に密着する部分に、基板吸着用の開口部や加圧流体で基板を直接押圧するための開口部などが設けられているが、基板に密着する弾性膜の一部が浮き上がる等した場合、これらの開口部を通じて圧力室からの加圧流体の漏れ(リーク)が発生する場合がある。このような加圧流体の漏れは、通常の研磨工程においても、基板に高負荷がかかる研磨条件によっては、ごく稀に、研磨装置の故障等とは無関係に発生することがある。その場合の漏れは、短時間で止まればさほど問題にならないが、研磨工程の中盤以前に発生して終了まで継続すると、基板の研磨レートが必要とする研磨レートに届かないおそれがある。そのため、この漏れに対する適切な対策が必要である。そこで従来は、上記のような加圧流体の漏れが検知されると、基板の研磨工程を中止する処置を行っていた。   By the way, in the polishing apparatus as described above, an opening for adsorbing the substrate or an opening for directly pressing the substrate with a pressurized fluid is provided in a portion of the elastic film forming the pressure chamber that is in close contact with the substrate. However, when a part of the elastic film that is in close contact with the substrate is lifted, the pressurized fluid may leak from the pressure chamber through these openings. Such a leakage of pressurized fluid may occur in an ordinary polishing process, rarely regardless of a polishing apparatus failure or the like depending on polishing conditions in which a high load is applied to the substrate. The leakage in that case is not a problem if it stops in a short time, but if it occurs before the middle of the polishing process and continues until the end, there is a possibility that the polishing rate of the substrate does not reach the required polishing rate. Therefore, appropriate measures against this leakage are necessary. Therefore, conventionally, when a leak of pressurized fluid as described above is detected, a measure is taken to stop the substrate polishing process.

しかしながら、漏れを検知した場合に研磨工程を中止してしまうと、研磨工程の時間短縮による基板の研磨量の不足分を補うために、その後に再開する研磨工程において、加圧流体の供給圧力や研磨時間の設定値など、装置の運転条件を変えて研磨を行わなければならず、基板の研磨工程が煩雑になり、処理効率を向上させることが難しいという問題があった。また、一度研磨工程を中断したらそれ以降の研磨工程を中止することも多く、その場合には、途中まで研磨した基板を廃棄しなければならず、材料の無駄が生じてしまうおそれもあった。   However, if the polishing process is stopped when leakage is detected, the supply pressure of the pressurized fluid or the like in the polishing process that is restarted afterwards in order to compensate for the shortage of the polishing amount of the substrate due to the shortening of the polishing process time. Polishing must be performed by changing the operating conditions of the apparatus, such as the set value of the polishing time, and the substrate polishing process becomes complicated, and it is difficult to improve the processing efficiency. In addition, once the polishing process is interrupted, the subsequent polishing process is often stopped. In this case, the substrate that has been polished halfway must be discarded, which may result in wasted material.

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、圧力室の気密が保たれずに加圧流体の漏れが生じた場合に、たとえ基板の研磨工程の途中であっても、研磨工程を中断することなく、加圧流体の漏れを速やかに止めることができる基板保持装置、及び該基板保持装置を備えた基板研磨装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and the purpose of the present invention is, in the case where a pressurized fluid leaks without maintaining the airtightness of the pressure chamber, even during the polishing process of the substrate, It is an object of the present invention to provide a substrate holding device capable of quickly stopping leakage of pressurized fluid without interrupting the polishing process, and a substrate polishing device including the substrate holding device.

上記課題を解決するため本願の請求項1に記載の発明は、基板を保持する基板保持面を備えた基板保持部材と、該基板保持部材の基板保持面に保持された前記基板を研磨面に押圧する圧力室と、該圧力室に加圧流体を供給する加圧流体供給手段とを備えた基板保持装置において、前記圧力室からの前記加圧流体の漏れを検知する加圧流体漏れ検知手段と、前記加圧流体の供給圧力を調節する加圧流体供給圧力調節手段とを備え、前記加圧流体漏れ検知手段で、前記基板と圧力室の間に生じた隙間からの前記加圧流体の漏れを検知した際に、前記加圧流体供給圧力調節手段で前記加圧流体の供給圧力を一時的に低下させることで前記加圧流体の漏れを止めることを特徴とする。またここでは、前記圧力室が複数設置されている場合には、漏れの生じている圧力室へ加圧流体の供給圧力だけを低下させる場合と、漏れの生じている圧力室だけでなくすべての圧力室への加圧流体の供給圧力を低下させる場合とがある。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application provides a substrate holding member having a substrate holding surface for holding a substrate and the substrate held on the substrate holding surface of the substrate holding member as a polishing surface. In a substrate holding apparatus comprising a pressure chamber for pressing and a pressurized fluid supply means for supplying a pressurized fluid to the pressure chamber, a pressurized fluid leak detecting means for detecting leakage of the pressurized fluid from the pressure chamber And a pressurized fluid supply pressure adjusting means for adjusting a supply pressure of the pressurized fluid, and the pressurized fluid leakage detecting means detects the pressurized fluid from a gap formed between the substrate and the pressure chamber. When leakage is detected, the pressurized fluid supply pressure adjusting means temporarily reduces the pressurized fluid supply pressure to stop the pressurized fluid from leaking. In addition, here, when a plurality of the pressure chambers are installed, it is possible to reduce only the supply pressure of the pressurized fluid to the leaking pressure chamber, and not only the leaking pressure chamber but all of the pressure chambers. There is a case where the supply pressure of the pressurized fluid to the pressure chamber is lowered.

本願の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の基板保持装置において、前記圧力室は、前記基板保持部材が具備する前記基板に密着する弾性膜と前記基板とによって画成された空間からなり、前記加圧流体漏れ検知手段は、前記弾性膜と前記基板の密着部における前記加圧流体の漏れを検知することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the substrate holding device according to the first aspect, the pressure chamber is defined by an elastic film that is in close contact with the substrate included in the substrate holding member and the substrate. The pressurization fluid leak detection means comprises a space, and detects the leak of the pressurization fluid in a close contact portion between the elastic film and the substrate.

本願の請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の基板保持装置において、前記加圧流体漏れ検知手段は、前記圧力室に流入する加圧流体の流れ状態を監視することで該加圧流体の漏れを検知するセンサであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the substrate holding device according to the first or second aspect, the pressurized fluid leakage detection means monitors the flow state of the pressurized fluid flowing into the pressure chamber. It is a sensor for detecting leakage of the pressurized fluid.

本願の請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板保持装置において、前記加圧流体供給圧力調節手段で低下させた前記加圧流体の供給圧力が、前記加圧流体の漏れが発生する前の加圧流体の供給圧力の半分以下の圧力に設定されていることを特徴とする。   The invention according to claim 4 of the present application is the substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply pressure of the pressurized fluid lowered by the pressurized fluid supply pressure adjusting means is The pressure is set to be not more than half of the supply pressure of the pressurized fluid before the pressurized fluid leaks.

本願の請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基板保持装置において、前記加圧流体供給圧力調節手段で加圧流体の供給圧力を一時的に低下させる時間を5秒以内としたことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the substrate holding device according to any one of the first to fourth aspects, the supply pressure of the pressurized fluid is temporarily reduced by the pressurized fluid supply pressure adjusting means. The time is within 5 seconds.

本願の請求項6に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持し該基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置とを備え、前記基板保持装置の回転と前記研磨テーブルの回転とによる前記基板と前記研磨面の相対運動で前記基板を研磨する基板研磨装置において、前記基板保持装置として、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板保持装置を備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 6 of the present application includes a polishing table having a polishing surface, and a substrate holding device that holds the substrate and presses the substrate against the polishing surface of the polishing table, and the rotation of the substrate holding device and the 6. A substrate polishing apparatus that polishes the substrate by relative movement of the substrate and the polishing surface by rotation of a polishing table, comprising the substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 5. It is characterized by that.

本願の請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の基板研磨装置において、前記基板保持装置の前記加圧流体漏れ検知手段で加圧流体の漏れを検知した場合に、前記基板保持装置と前記研磨テーブルの回転速度を減速することを特徴とする。   The substrate holding apparatus according to claim 7 of the present application is the substrate polishing apparatus according to claim 6, wherein the pressurized fluid leakage detection means of the substrate holding apparatus detects the leakage of the pressurized fluid. The rotational speed of the polishing table is reduced.

本願の請求項8に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板保持装置とを備え、該基板保持装置で保持する基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧し、前記基板と前記研磨面の相対運動で前記基板を研磨する基板研磨方法において、前記基板の研磨工程中に、前記加圧流体漏れ検知手段で前記加圧流体の漏れを検知したら、基板の研磨工程を停止することなく、前記加圧流体供給圧力調節手段で前記加圧流体の供給圧力を一時的に低下させて、前記加圧流体の漏れを止めることを特徴とする。   The invention according to claim 8 of the present application is provided with a polishing table having a polishing surface and the substrate holding device according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate held by the substrate holding device is polished. In a substrate polishing method in which the substrate is polished by relative movement between the substrate and the polishing surface by pressing against the polishing surface of the table, the pressurized fluid leakage detecting means leaks the pressurized fluid during the substrate polishing step. Is detected, the supply pressure of the pressurized fluid is temporarily reduced by the pressurized fluid supply pressure adjusting means without stopping the polishing process of the substrate, and the leakage of the pressurized fluid is stopped. To do.

本願の請求項1に記載の発明によれば、圧力室からの加圧流体の漏れを検知する加圧流体漏れ検知手段と、加圧流体の供給圧力を調節する加圧流体供給圧力調節手段とを備え、加圧流体漏れ検知手段で加圧流体の漏れを検知した際に、加圧流体供給圧力調節手段で加圧流体の供給圧力を一時的に低下させることで、研磨をやり直す事と同じ事を連続的に行うことになり、加圧流体の漏れを止めて研磨を継続することが可能になる。したがって、基板の研磨中に加圧流体の漏れが発生した場合でも、研磨工程を中断することなく加圧流体の漏れを速やかに止めることができ、基板の研磨処理の効率を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, the pressurized fluid leakage detecting means for detecting the leakage of the pressurized fluid from the pressure chamber, and the pressurized fluid supply pressure adjusting means for adjusting the supply pressure of the pressurized fluid This is equivalent to restarting polishing by temporarily reducing the supply pressure of the pressurized fluid by the pressurized fluid supply pressure adjusting means when the pressurized fluid leakage detection means detects the leakage of the pressurized fluid. As a result, the leakage of the pressurized fluid is stopped and the polishing can be continued. Accordingly, even when a pressurized fluid leaks during polishing of the substrate, the leakage of the pressurized fluid can be stopped quickly without interrupting the polishing process, and the efficiency of the polishing process of the substrate can be improved. .

本願の請求項2に記載の発明によれば、圧力室は、基板保持部材が具備する基板に密着する弾性膜と基板とによって画成された空間からなり、加圧流体漏れ検知手段は、弾性膜と基板の密着部における加圧流体の漏れを検知するので、弾性膜と基板との密着が不完全なために密着部に隙間が生じて圧力室からの加圧流体の漏れが生じた場合に、この漏れを検知して迅速に止めることができる基板保持装置となる。   According to the invention described in claim 2 of the present application, the pressure chamber includes a space defined by the elastic film and the substrate that are in close contact with the substrate included in the substrate holding member. Since the leak of pressurized fluid at the close contact part of the membrane and the substrate is detected, the contact between the elastic film and the substrate is incomplete, resulting in a gap in the close contact part and leakage of the pressurized fluid from the pressure chamber. In addition, the substrate holding device can detect this leak and quickly stop it.

本願の請求項3に記載の発明によれば、加圧流体漏れ検知手段は、圧力室に流入する加圧流体の流れ状態を監視することで加圧流体の漏れを検知するセンサなので、簡単な構成で圧力室からの加圧流体の漏れを確実に検知することができ、加圧流体の漏れに起因する研磨量の低下などの不具合の発生を未然に防止することができる。   According to the invention described in claim 3 of the present application, the pressurized fluid leakage detection means is a sensor that detects the leakage of the pressurized fluid by monitoring the flow state of the pressurized fluid flowing into the pressure chamber. With the configuration, it is possible to reliably detect the leakage of the pressurized fluid from the pressure chamber, and it is possible to prevent occurrence of problems such as a decrease in the polishing amount due to the leakage of the pressurized fluid.

本願の請求項4に記載の発明によれば、加圧流体の漏れを止めるために加圧流体供給圧力調節手段で低下させた加圧流体の供給圧力が、加圧流体の漏れが発生する前の加圧流体の供給圧力の半分以下の圧力に設定されているので、加圧流体の供給圧力の低下による研磨レートの変化量を最小限に抑えることができ、基板の研磨工程に与える影響を少なくすることができる。   According to the invention described in claim 4 of the present application, the supply pressure of the pressurized fluid lowered by the pressurized fluid supply pressure adjusting means to stop the leakage of the pressurized fluid is the same as that before the leakage of the pressurized fluid occurs. Since the pressure is set to less than half of the pressurized fluid supply pressure, the amount of change in the polishing rate due to a decrease in the pressurized fluid supply pressure can be minimized, which has an effect on the substrate polishing process. Can be reduced.

本願の請求項5に記載の発明によれば、加圧流体供給圧力調節手段で加圧流体の供給圧力を一時的に低下させる時間を短時間にしたことで、加圧流体の供給圧力の低下による研磨レートの変化量を最小限に抑えることができ、基板の研磨工程に与える影響を少なくすることができる。   According to the invention described in claim 5 of the present application, the supply pressure of the pressurized fluid is reduced by shortening the time for temporarily reducing the supply pressure of the pressurized fluid by the pressurized fluid supply pressure adjusting means. The amount of change in the polishing rate due to this can be minimized, and the influence on the polishing process of the substrate can be reduced.

本願の請求項6に記載の発明によれば、研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持し該基板を研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置とを備え、基板保持装置の回転と研磨テーブルの回転とによる基板と研磨面の相対運動で基板を研磨する基板研磨装置において、基板保持装置として請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板保持装置を備えたので、研磨工程の途中で加圧流体の漏れが発生した場合でも、加圧流体の漏れを速やかに止め、正常状態に復旧することができ、基板の研磨工程に与える影響を少なくすることができる基板研磨装置となる。   According to invention of Claim 6 of this application, it is equipped with the polishing table which has a grinding | polishing surface, and the board | substrate holding apparatus which hold | maintains a board | substrate and presses this board | substrate to the grinding | polishing surface of a grinding | polishing table. In a substrate polishing apparatus for polishing a substrate by relative movement between the substrate and the polishing surface by rotating the table, the substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 5 is provided as a substrate holding apparatus. Even when a pressurized fluid leak occurs in the middle, the leak of the pressurized fluid can be quickly stopped, the normal state can be restored, and the substrate polishing apparatus capable of reducing the influence on the substrate polishing process can be obtained. .

本願の請求項7に記載の発明によれば、基板保持装置の加圧流体漏れ検知手段で加圧流体の漏れを検知した場合に、基板保持装置と研磨テーブルの回転速度を減速するので、基板の回転によって基板と圧力室の間に作用する回転方向の力を減少させて、加圧流体の漏れを速やかに止め、正常状態に復旧することができる基板研磨装置となる。   According to the invention described in claim 7 of the present application, when the pressurized fluid leakage detecting means of the substrate holding device detects the leakage of the pressurized fluid, the rotational speed of the substrate holding device and the polishing table is reduced. Thus, the rotational force acting between the substrate and the pressure chamber is reduced by this rotation, so that the leakage of the pressurized fluid can be quickly stopped and the substrate polishing apparatus can be restored to the normal state.

本願の請求項8に記載の発明によれば、基板の研磨工程中に、加圧流体漏れ検知手段で加圧流体の漏れを検知したら、基板の研磨工程を停止することなく、加圧流体供給圧力調節手段で加圧流体の供給圧力を一時的に低下させて、加圧流体の漏れを止めるので、基板の研磨中に加圧流体の漏れが発生した場合でも、研磨工程を中断することなく加圧流体の漏れを速やかに止めることができ、基板の研磨処理の効率を向上させることができる。   According to the invention described in claim 8 of the present application, when the pressurized fluid leakage detecting means detects the leakage of the pressurized fluid during the polishing process of the substrate, the pressurized fluid is supplied without stopping the polishing process of the substrate. Pressure supply means temporarily reduces the supply pressure of pressurized fluid to stop the leakage of pressurized fluid, so even if pressurized fluid leaks during substrate polishing, the polishing process is not interrupted The leakage of the pressurized fluid can be stopped quickly, and the efficiency of the substrate polishing process can be improved.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明一実施形態にかかる基板保持装置を備えた基板研磨装置の全体構成を示す側面図である。同図に示すように、この基板保持装置を構成するトップリング1は、被研磨物である半導体ウェハ等の基板Wを保持して研磨テーブル100の下記する研磨面に押圧する装置である。トップリング1の下方には、研磨面を備えた研磨パッド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、研磨パッド101上に研磨液Qが供給されるようになっている。なお本発明の研磨面の構成としては、上述した研磨パッド101で構成される研磨面には限られず、固定砥粒により形成された研磨面などであってもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of a substrate polishing apparatus provided with a substrate holding apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, a top ring 1 constituting the substrate holding device is a device that holds a substrate W such as a semiconductor wafer as an object to be polished and presses it against a polishing surface described below of a polishing table 100. Below the top ring 1, a polishing table 100 to which a polishing pad 101 having a polishing surface is attached is installed. A polishing liquid supply nozzle 102 is provided above the polishing table 100, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 101 by the polishing liquid supply nozzle 102. The configuration of the polishing surface of the present invention is not limited to the polishing surface constituted by the polishing pad 101 described above, and may be a polishing surface formed by fixed abrasive grains.

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上の研磨パッド101に押圧するようになっている。   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 raise and lower the entire top ring 1, and the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2 is attached to the polishing pad 101 on the polishing table 100. It is designed to be pressed.

トップリング用エアシリンダ111は、流体路31及び圧力コントローラP1を介して加圧流体供給源である圧縮空気源120に接続されており、圧力コントローラP1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を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。   The top ring air cylinder 111 is connected to a compressed air source 120 which is a pressurized fluid supply source via a fluid path 31 and a pressure controller P1, and is supplied to the top ring air cylinder 111 by the pressure controller P1. The air pressure of the compressed air can be adjusted. Thereby, the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 can be adjusted.

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、その回転軸114aにタイミングプーリ116が固定されている。上記タイミングプーリ113とタイミングプーリ116には、タイミングベルト115が懸架されている。この構成により、トップリング用モータ114を起動することで、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が一体に回転する。このトップリング駆動軸11の回転により、下記する自在継手部10の回転力伝達機構を介してトップリング1が回転するようになっている。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。   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 a timing pulley 116 is fixed to a rotating shaft 114a thereof. A timing belt 115 is suspended from the timing pulley 113 and the timing pulley 116. With this configuration, when the top ring motor 114 is activated, the rotary cylinder 112 and the top ring drive shaft 11 rotate integrally through the timing pulley 116, the timing belt 115, and the timing pulley 113. Due to the rotation of the top ring drive shaft 11, the top ring 1 is rotated via a rotational force transmission mechanism of the universal joint portion 10 described below. The top ring head 110 is supported by a top ring head shaft 117 that is rotatably supported by a frame (not shown).

ここで、トップリング1の構成について詳細に説明する。図2はトップリング1の詳細構成を示す縦断面図である。同図に示すようにトップリング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環状のリテーナリング3とを備えて構成されている。   Here, the configuration of the top ring 1 will be described in detail. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration of the top ring 1. As shown in FIG. 1, the top ring 1 includes a cylindrical container-shaped top ring body 2 having an accommodating space therein, and an annular retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2. .

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。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。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。   The top ring main body 2 includes a cylindrical container-like housing portion 2a and an annular pressure sheet support portion 2b fitted inside the cylindrical portion of the housing portion 2a. A retainer ring 3 is fixed to the lower end of the housing portion 2 a of the top ring body 2. The lower part of the retainer ring 3 protrudes inward. The top ring body 2 is formed 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. The retainer ring 3 may be formed integrally with the top ring main body 2.

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の回転力をトップリング本体2に伝達する回転力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。   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 rotational force transmission mechanism that transmits the rotational force of the top ring drive shaft 11 to the top ring body 2. The pressure force and the rotational force are transmitted from the top ring drive shaft 11 to the top ring body 2 while allowing the tilting of the top ring body 2.

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、回転力伝達機構は、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、回転力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。   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 rotational force 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 inclined, the driven pin and the driving pin can move relatively in the vertical direction, so that they are engaged with each other by shifting their contact points, and the rotational force transmission mechanism is connected to the top ring driving shaft 11. The rotational torque is reliably transmitted to the top ring body 2.

トップリング本体2とトップリング本体2に一体に固定されたリテーナリング3との内部に画成された空間内には、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(上下動部材)6とが収容されている。このチャッキングプレート6は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき基板がトップリング1に保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、エポキシガラス、フッ素系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。   In the space defined inside the top ring main body 2 and the retainer ring 3 fixed integrally to the top ring main body 2, an annular holder ring 5 and a vertical movement in the accommodating space inside the top ring main body 2 are moved. A possible substantially disk-shaped chucking plate (vertical moving member) 6 is accommodated. The chucking plate 6 may be made of a metal material. However, the thin film formed on the surface of the chucking plate 6 by a film thickness measuring method using eddy current in a state where the substrate to be polished is held on the top ring 1. In the case of measuring the film thickness, it is preferable that the film is formed from a non-magnetic material, for example, an insulating material such as epoxy glass, fluorine resin, or ceramics.

ホルダーリング5とトップリング本体2との間には、弾性を有する加圧シート13が張設されている。この加圧シート13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おり、その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とチャッキングプレート6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13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。また、圧力室21にはチューブ、コネクタ等からなる流体路32が連通されており、圧力室21は流体路32上に配置された圧力コントローラP2を介して圧縮空気源120に接続されている。   An elastic pressure sheet 13 is stretched between the holder ring 5 and the top ring body 2. The pressure sheet 13 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, or silicon rubber. One end of the pressure sheet 13 is pressed against the housing portion 2 a of the top ring body 2. The other end is sandwiched between the holder ring 5 and the chucking plate 6 and fixed to the sheet support portion 2b. 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 13. In addition, a fluid path 32 including a tube, a connector, and the like communicates with the pressure chamber 21, and the pressure chamber 21 is connected to the compressed air source 120 via a pressure controller P <b> 2 disposed on the fluid path 32.

なお、加圧シート13がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート13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13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13の固定方法が用いられるとは限らない。   In the case where the pressure sheet 13 is an elastic body such as rubber, when the pressure sheet 13 is sandwiched and fixed between the retainer ring 3 and the top ring body 2, the pressure sheet 13 as an elastic body. Due to the elastic 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 13 described above is not always used.

チャッキングプレート6の外周縁部には、トップリング1によって保持される基板Wに当接する環状の外周当接部15が設けられている。この外周当接部15は、基板Wの外周部の上面側に密着する弾性膜(エッジメンブレン)7を備えている。図3は、図2に示すトップリング1の部分拡大断面図で、外周当接部15の詳細構成を示す図である。同図(a)に示すように、弾性膜7は、その上端がチャッキングプレート6の外周縁部と環状のエッジリング4との間に挟み込まれてチャッキングプレート6に取り付けられている。この弾性膜7は、加圧シート13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。   An annular outer peripheral abutting portion 15 that abuts on the substrate W held by the top ring 1 is provided on the outer peripheral edge portion of the chucking plate 6. The outer peripheral contact portion 15 includes an elastic film (edge membrane) 7 that is in close contact with the upper surface side of the outer peripheral portion of the substrate W. FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view of the top ring 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the elastic film 7 is attached to the chucking plate 6 with its upper end sandwiched between the outer peripheral edge of the chucking plate 6 and the annular edge ring 4. Similar to the pressure sheet 13, the elastic film 7 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber.

弾性膜7は、基板Wの外周部の上面に当接する環状の当接部8と、この当接部8から上方に延びてチャッキングプレート6に接続される環状の周壁部9とを備えている。周壁部9は、外周壁部9aと、外周壁部9aよりも径方向内側に配置された内周壁部9bとで構成されている。当接部8は、周壁部9(外周壁部9a及び内周壁部9b)から径方向内側に向かって水平方向に張り出した形状を有している。外周壁部9aと内周壁部9bとの間に位置する当接部8の部位には、周方向に延びる切れ目18が設けられ、これにより、当接部8は外周壁部9aと内周壁部9bとの間において外側当接部8aと内側当接部8bとに分断されている。   The elastic film 7 includes an annular contact portion 8 that contacts the upper surface of the outer peripheral portion of the substrate W, and an annular peripheral wall portion 9 that extends upward from the contact portion 8 and is connected to the chucking plate 6. Yes. The peripheral wall part 9 is comprised by the outer peripheral wall part 9a and the inner peripheral wall part 9b arrange | positioned in the radial inside rather than the outer peripheral wall part 9a. The abutting portion 8 has a shape projecting in the horizontal direction from the peripheral wall portion 9 (the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion 9b) toward the radially inner side. A portion of the abutting portion 8 located between the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion 9b is provided with a cut 18 extending in the circumferential direction, whereby the abutting portion 8 has the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion. 9b is divided into an outer contact portion 8a and an inner contact portion 8b.

また、外周壁部9a及び内周壁部9bは、環状のエッジリング4の外周面及び内周面に沿って上方に延び、それぞれの上端がチャッキングプレート6とエッジリング4の上面との間に挟みこまれている。エッジリング4は、図示しないねじによりチャッキングプレート6に固定されており、これにより、弾性膜7がチャッキングプレート6に着脱可能に取り付けられている。   The outer peripheral wall portion 9 a and the inner peripheral wall portion 9 b extend upward along the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the annular edge ring 4, and their upper ends are between the chucking plate 6 and the upper surface of the edge ring 4. It is sandwiched. The edge ring 4 is fixed to the chucking plate 6 with a screw (not shown), whereby the elastic film 7 is detachably attached to the chucking plate 6.

また、周壁部9は、上下方向に、即ち、基板Wに対して略垂直方向に伸縮自在な伸縮部40を有している。詳細には、外周壁部9aには上下方向に伸縮自在な伸縮部40aが設けられ、内周壁部9bには上下方向に伸縮自在な伸縮部40bが設けられている。このような伸縮部40a,40bを外周壁部9a及び内周壁部9bにそれぞれ設けたことにより、図3(b)に示すように、チャッキングプレート6が上昇したときに、このチャッキングプレート6の動きに伸縮部40a,40bが追従して伸張することで、当接部8(外側当接部8a及び内側当接部8b)が基板Wに密着した状態で、外周壁部9a及び内周壁部9bを大きく伸縮させることができる。   In addition, the peripheral wall portion 9 has a stretchable portion 40 that can be stretched in the vertical direction, that is, in a direction substantially perpendicular to the substrate W. Specifically, the outer peripheral wall portion 9a is provided with a telescopic portion 40a that can be expanded and contracted in the vertical direction, and the inner peripheral wall portion 9b is provided with an elastic portion 40b that can be expanded and contracted in the vertical direction. By providing such expansion / contraction portions 40a and 40b on the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion 9b, as shown in FIG. 3B, when the chucking plate 6 is raised, the chucking plate 6 The expansion / contraction portions 40a, 40b follow and expand in accordance with the movement of the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall with the contact portions 8 (the outer contact portion 8a and the inner contact portion 8b) being in close contact with the substrate W. The part 9b can be greatly expanded and contracted.

そして、基板Wがトップリング1に保持された際に、弾性膜7の内部に環状の圧力室22が形成されるようになっている。この圧力室22は、エッジリング4、弾性膜7、及び基板Wにより画成された密閉空間である。また、エッジリング4の内部を鉛直方向に貫通してその下面で圧力室22内に開口している流体路33が形成されており、圧力室22は、この流体路33及び圧力コントローラP3を介して圧縮空気源120に接続されている。   When the substrate W is held on the top ring 1, an annular pressure chamber 22 is formed inside the elastic film 7. The pressure chamber 22 is a sealed space defined by the edge ring 4, the elastic film 7, and the substrate W. In addition, a fluid passage 33 is formed which penetrates the inside of the edge ring 4 in the vertical direction and opens into the pressure chamber 22 at the lower surface thereof. The pressure chamber 22 is connected to the fluid passage 33 and the pressure controller P3. Connected to the compressed air source 120.

一方、図2に示すように、チャッキングプレート6の下面には、研磨パッド101の研磨面に押圧される基板Wの被研磨面の各部に圧力差を設け、被研磨面の各部の研磨レートに勾配を付けるための中間エアバッグ19が固定されている。この中間エアバッグ19は、外周当接部15の径方向の内側に環状に配置されている。   On the other hand, as shown in FIG. 2, on the lower surface of the chucking plate 6, a pressure difference is provided in each part of the surface to be polished of the substrate W pressed against the polishing surface of the polishing pad 101, so that the polishing rate of each part of the surface to be polished is increased. An intermediate airbag 19 for attaching a gradient is fixed. The intermediate airbag 19 is annularly arranged inside the outer peripheral contact portion 15 in the radial direction.

図4は、中間エアバッグ19の詳細構成を示す部分拡大断面図である。同図(a)に示すように、中間エアバッグ19は、基板Wの上面に当接する弾性膜61と、弾性膜61を着脱可能に保持するエアバッグホルダー62とから構成されている。エアバッグホルダー62は、チャッキングプレート6の下面に形成された環状溝6aにねじ(図示せず)を介して固定されている。中間エアバッグ19を構成する弾性膜61の上端は、環状溝6aとエアバッグホルダー62との間に挟まれており、これにより、弾性膜61がチャッキングプレート6の下面に着脱可能に取り付けられている。   FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing a detailed configuration of the intermediate airbag 19. As shown in FIG. 2A, the intermediate airbag 19 includes an elastic film 61 that contacts the upper surface of the substrate W and an airbag holder 62 that holds the elastic film 61 in a detachable manner. The airbag holder 62 is fixed to an annular groove 6a formed on the lower surface of the chucking plate 6 via a screw (not shown). The upper end of the elastic membrane 61 constituting the intermediate airbag 19 is sandwiched between the annular groove 6a and the airbag holder 62, whereby the elastic membrane 61 is detachably attached to the lower surface of the chucking plate 6. ing.

また、中間エアバッグ19の弾性膜61は、外方に張り出したつば61aを有する中間当接部61bと、つば61aとの間に環状の凹部63を形成しつつ、つば61aの基部61cから外方に延びる延出部61dと、エアバッグホルダー62を介してチャッキングプレート6に接続される接続部61eとを有している。また、中間当接部61bの中央部には開口61fが形成されている。これらのつば61a、中間当接部61b、接続部61e、延出部61dは弾性を有する同一の材料で一体に形成されている。具体的には、この弾性膜61は、加圧シート13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。   Further, the elastic membrane 61 of the intermediate airbag 19 is formed from the base 61c of the flange 61a while forming an annular recess 63 between the intermediate contact portion 61b having the flange 61a protruding outward and the flange 61a. An extending portion 61d extending in the direction and a connecting portion 61e connected to the chucking plate 6 via the airbag holder 62 are provided. In addition, an opening 61f is formed at the center of the intermediate contact portion 61b. The collar 61a, the intermediate contact portion 61b, the connecting portion 61e, and the extending portion 61d are integrally formed of the same material having elasticity. Specifically, the elastic film 61 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 13.

上記のような構成とすることで、図4(b)に示すように、基板Wを中間エアバッグ19の中間当接部61bに密着させて保持する。そして図4(c)に示すように、チャッキングプレート6を上方に持ち上げて研磨を行う際に、中間エアバッグ19の内部には、弾性膜61とエアバッグホルダー62とによって圧力室24が形成される。この圧力室24には、チューブ、コネクタ等からなる流体路35が連通されており、圧力室24はこの流体路35上に配置された圧力コントローラP5を介して圧縮空気源120に接続されている。   With the configuration as described above, the substrate W is held in close contact with the intermediate contact portion 61b of the intermediate airbag 19 as shown in FIG. 4C, when the chucking plate 6 is lifted upward and polishing is performed, the pressure chamber 24 is formed in the intermediate airbag 19 by the elastic film 61 and the airbag holder 62. Is done. A fluid path 35 including a tube, a connector, and the like communicates with the pressure chamber 24. The pressure chamber 24 is connected to the compressed air source 120 via a pressure controller P5 disposed on the fluid path 35. .

一方、図2に示すように、弾性膜7、弾性膜61、基板W、及びチャッキングプレート6によって画成される環状の空間は、圧力室23として構成されている。この圧力室23には、チューブ、コネクタ等からなる流体路34が連通しており、圧力室23はこの流体路34上に配置された圧力コントローラP4を介して圧縮空気源120に接続されている。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the annular space defined by the elastic film 7, the elastic film 61, the substrate W, and the chucking plate 6 is configured as a pressure chamber 23. A fluid path 34 including a tube, a connector, and the like communicates with the pressure chamber 23, and the pressure chamber 23 is connected to the compressed air source 120 via a pressure controller P 4 disposed on the fluid path 34. .

また、弾性膜61、基板W、及びチャッキングプレート6によって画成される円形の空間は、圧力室25として構成されている。この圧力室25にはチューブ、コネクタ等からなる流体路36が連通しており、圧力室25はこの流体路36上に配置された圧力コントローラP6を介して圧縮空気源120に接続されている。なお、上記流体路32,33,34,35,36は、トップリングヘッド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)を介して各圧力コントローラP2〜P6に接続されている。   A circular space defined by the elastic film 61, the substrate W, and the chucking plate 6 is configured as a pressure chamber 25. A fluid path 36 including a tube, a connector and the like communicates with the pressure chamber 25, and the pressure chamber 25 is connected to the compressed air source 120 via a pressure controller P 6 disposed on the fluid path 36. The fluid passages 32, 33, 34, 35, and 36 are connected to the pressure controllers P <b> 2 to P <b> 6 via a rotary joint (not shown) provided at the upper end portion of the top ring head 110.

上述したチャッキングプレート6の上方の圧力室21及びチャッキングプレート6の下方の圧力室22,23,24,25には、各圧力室に連通される流体路32,33,34,35,36を介して圧力供給源120からの加圧空気を供給したり、大気圧に開放したりすることができる。即ち、流体路32〜36上に圧力コントローラP2〜P6が設置されていて、これら圧力コントローラP2〜P6でそれぞれの圧力室21〜25に供給される加圧空気の圧力を調整することができる。また、図1に示すように、各圧力コントローラP2〜P6及び圧力コントローラP1を制御する制御装置30が設置されていて、この制御装置30によって、各圧力コントローラP1〜P6を一括して或いは個別に操作することができるようになっている。これにより、各圧力室21〜25の内部の圧力を各々独立に制御することができる。これら制御装置30と圧力コントローラP1〜P6とで、加圧流体供給圧力調節手段が構成されている。また、図示は省略するが、圧力供給源120の接続に切り換えて真空源を接続することで、各圧力室21〜25に真空を供給することもできるようになっている。   In the pressure chamber 21 above the chucking plate 6 and the pressure chambers 22, 23, 24, and 25 below the chucking plate 6, the fluid paths 32, 33, 34, 35, and 36 communicated with the pressure chambers. The pressurized air from the pressure supply source 120 can be supplied through the air or can be released to atmospheric pressure. That is, pressure controllers P2 to P6 are installed on the fluid passages 32 to 36, and the pressures of the pressurized air supplied to the pressure chambers 21 to 25 can be adjusted by the pressure controllers P2 to P6. Moreover, as shown in FIG. 1, the control apparatus 30 which controls each pressure controller P2-P6 and the pressure controller P1 is installed, By this control apparatus 30, each pressure controller P1-P6 is collectively or separately. It can be operated. Thereby, the pressure inside each pressure chamber 21-25 can be controlled independently, respectively. The control device 30 and the pressure controllers P1 to P6 constitute a pressurized fluid supply pressure adjusting means. Although not shown in the figure, it is possible to supply a vacuum to each of the pressure chambers 21 to 25 by switching to the connection of the pressure supply source 120 and connecting a vacuum source.

また、図1及び図2に示すように、各圧力室22,23,24,25に接続された流体路33,34,35,36には、各流体路33〜36を通って各圧力室22,23,24,25に供給される空気の流れ状態を検知するセンサS1,S2,S3,S4が設けられている。各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる空気の圧力を検知できるように構成されている。また、各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる空気の流速を検知できるように構成されている。さらに、各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる空気の流速を検知することで、各流体路33,34,35,36の流路面積を乗ずることにより各流体路33,34,35,36を流れる空気の流量も検知できるようになっている。なお、この演算は、センサS1,S2,S3,S4の内部で行うように構成しても良いし、基板研磨装置を制御するコントローラ(図示せず)の演算部で行うように構成してもよい。各センサS1,S2,S3,S4による圧力・流速・流量の検知結果は、制御装置30に入力されるようになっている。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the fluid passages 33, 34, 35, 36 connected to the pressure chambers 22, 23, 24, 25 pass through the fluid passages 33 to 36 to the respective pressure chambers. Sensors S1, S2, S3, and S4 for detecting the flow state of the air supplied to 22, 23, 24, and 25 are provided. Each sensor S1, S2, S3, S4 is comprised so that the pressure of the air which flows through each fluid path 33, 34, 35, 36 can be detected. Each sensor S1, S2, S3, S4 is configured to detect the flow velocity of the air flowing through each fluid path 33, 34, 35, 36. Furthermore, each sensor S1, S2, S3, S4 multiplies the flow area of each fluid path 33, 34, 35, 36 by detecting the flow velocity of the air flowing through each fluid path 33, 34, 35, 36. Thus, the flow rate of the air flowing through each fluid path 33, 34, 35, 36 can also be detected. This calculation may be performed inside the sensors S1, S2, S3, and S4, or may be performed by a calculation unit of a controller (not shown) that controls the substrate polishing apparatus. Good. The detection results of pressure, flow velocity, and flow rate by the sensors S1, S2, S3, and S4 are input to the control device 30.

下記で詳細に説明するように、弾性膜7又は弾性膜61と基板Wとのシール部に隙間ができる(密着が完全でなくなる)ことで、圧力室22〜25のいずれかから加圧空気の漏れが発生した場合、当該圧力室へ流入する加圧空気の圧力・流速・流量が変化するため、上記のセンサS1〜S4でこれを検知することができる。   As will be described in detail below, a gap is formed in the seal portion between the elastic film 7 or the elastic film 61 and the substrate W (adhesion is not complete), so that the pressurized air can be discharged from any of the pressure chambers 22 to 25. When a leak occurs, the pressure, flow velocity, and flow rate of the pressurized air flowing into the pressure chamber change, and this can be detected by the sensors S1 to S4.

次に、研磨テーブル100に設置した膜厚測定器50について説明する。図5(a)は研磨テーブル100の概略平面図で、同図(b)は研磨テーブル100の概略側断面図である。これらの図に示すように、研磨テーブル100の内部には、基板Wの被研磨面に形成された絶縁膜や金属膜の膜厚を測定する膜厚測定器50が埋設されている。この膜厚測定器50は、研磨中の膜厚測定(In−situモニタリング)を行うものである。また、膜厚測定器50に対応する位置の研磨パッド101には、膜厚測定器50からの光を透過させるための透光窓部材52が取り付けられている。この透光窓部材52は、光の透過率が高い材質で形成されており、例えば、無発泡ポリウレタンなどにより形成されている。   Next, the film thickness measuring instrument 50 installed on the polishing table 100 will be described. FIG. 5A is a schematic plan view of the polishing table 100, and FIG. 5B is a schematic sectional side view of the polishing table 100. As shown in these drawings, a film thickness measuring instrument 50 for measuring the film thickness of an insulating film or a metal film formed on the surface to be polished of the substrate W is embedded in the polishing table 100. The film thickness measuring device 50 performs film thickness measurement during polishing (in-situ monitoring). Further, a light transmission window member 52 for transmitting light from the film thickness measuring device 50 is attached to the polishing pad 101 at a position corresponding to the film thickness measuring device 50. The translucent window member 52 is made of a material having high light transmittance, and is made of, for example, non-foamed polyurethane.

図6は、膜厚測定器50の詳細構成を示す図である。同図に示すように、膜厚測定器50は、基板Wの被研磨面に所定の範囲の波長の光を照射する光源54と、被研磨面からの反射光を分光する分光器55と、分光器55により分光された光を取り込むCCDアレイ56とを備えている。また、膜厚測定器50の光源54及びCCDアレイ56からのケーブル58は、図5に示すように、研磨テーブル100内を通り、研磨テーブル100の支持軸100aの軸端に設けられたロータリコネクタ59を経由してコントローラ(制御部)60に接続されている。このコントローラ60は表示装置(ディスプレイ)62に接続されている。   FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration of the film thickness measuring instrument 50. As shown in the figure, the film thickness measuring instrument 50 includes a light source 54 that irradiates the surface to be polished of the substrate W with light having a wavelength in a predetermined range, a spectroscope 55 that splits the reflected light from the surface to be polished, And a CCD array 56 that captures the light separated by the spectroscope 55. Further, a cable 58 from the light source 54 of the film thickness measuring device 50 and the CCD array 56 passes through the polishing table 100 and is a rotary connector provided at the shaft end of the support shaft 100a of the polishing table 100 as shown in FIG. A controller (control unit) 60 is connected via 59. The controller 60 is connected to a display device (display) 62.

上記構成の膜厚測定器50では、光源54から発せられた光が基板Wの被研磨面で反射し、この反射光は分光器55により分光され、CCDアレイ56に照射される。CCDアレイ56は、単一又は複数の波長における強度(分光反射率)を画像情報等として取り込む。コントローラ60は、CCDアレイ56により取り込まれた基板Wの被研磨面の全体についての情報(分光反射率)を解析することにより、基板Wの被研磨面の特定の点(測定点)における膜厚を取得するようになっている。   In the film thickness measuring instrument 50 configured as described above, the light emitted from the light source 54 is reflected by the surface to be polished of the substrate W, and the reflected light is split by the spectroscope 55 and applied to the CCD array 56. The CCD array 56 captures the intensity (spectral reflectance) at a single or a plurality of wavelengths as image information or the like. The controller 60 analyzes the information (spectral reflectance) of the entire surface to be polished of the substrate W captured by the CCD array 56, whereby the film thickness at a specific point (measurement point) on the surface to be polished of the substrate W. To get to.

この膜厚測定器50により、研磨工程中に基板Wの被研磨面の膜厚を測定して基板Wの研磨量を検知することが可能となる。また、基板Wの被研磨面の全体を走査できるように膜厚測定器50を設置すれば、被研磨面上の各部分における膜厚データを得ることができ、局所的な研磨ムラを把握することができる。したがって、下記で詳細に説明するように、膜厚測定器50により得られた膜厚情報をコントローラ60を介して制御装置30に送り、この膜厚情報に基づいて各圧力室22〜25による基板Wの押圧力の分布を調整することで、被研磨面の研磨ムラを最小限に抑えることができる。   The film thickness measuring instrument 50 can detect the amount of polishing of the substrate W by measuring the film thickness of the surface to be polished of the substrate W during the polishing process. Further, if the film thickness measuring device 50 is installed so that the entire surface to be polished of the substrate W can be scanned, film thickness data at each portion on the surface to be polished can be obtained, and local polishing unevenness can be grasped. be able to. Therefore, as will be described in detail below, the film thickness information obtained by the film thickness measuring device 50 is sent to the control device 30 via the controller 60, and the substrates by the pressure chambers 22 to 25 based on this film thickness information. By adjusting the distribution of the pressing force of W, polishing unevenness on the surface to be polished can be minimized.

次に、上記構成の基板研磨装置における基板の研磨工程について説明する。まず、トップリング1へ基板Wを渡す際には、トップリング1を図示しない基板受渡位置に位置させる。その状態で、圧力室23及び/又は圧力室24を流体路34及び/又は流体路35を介して真空源に接続し、圧力室23及び/又は圧力室24を真空引きする。この圧力室23及び/又は圧力室24の吸引作用により、トップリング1の下端面に基板Wを真空吸着する。なおこのとき、基板Wの外周端はリテーナリング3によって保持され、基板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。そして、基板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を研磨テーブル100の研磨面(研磨パッド101)の上方位置に配置する。   Next, the substrate polishing process in the substrate polishing apparatus having the above configuration will be described. First, when the substrate W is transferred to the top ring 1, the top ring 1 is positioned at a substrate transfer position (not shown). In this state, the pressure chamber 23 and / or the pressure chamber 24 are connected to a vacuum source via the fluid path 34 and / or the fluid path 35, and the pressure chamber 23 and / or the pressure chamber 24 are evacuated. Due to the suction action of the pressure chamber 23 and / or the pressure chamber 24, the substrate W is vacuum-sucked to the lower end surface of the top ring 1. At this time, the outer peripheral edge of the substrate W is held by the retainer ring 3 so that the substrate W does not jump out of the top ring 1. Then, the top ring 1 is moved with the substrate W adsorbed, and the top ring 1 is disposed above the polishing surface (polishing pad 101) of the polishing table 100.

次いで、圧力室23及び/又は圧力室24による基板Wの吸着を解除し、それとほぼ同時に、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の下端のリテーナリング3を所定の押圧力で研磨テーブル100の研磨パッド101の上面に押圧する。その後、圧力室21に加圧空気を供給してチャッキングプレート6を下降させ、外周当接部15の弾性膜7及び中間エアバッグ19の弾性膜61を基板Wに対して押圧する。これにより、弾性膜7及び弾性膜61が基板Wの上面に密着した状態になる。この状態で、圧力室22〜25にそれぞれ所定の圧力の加圧空気を供給して、チャッキングプレート6を上昇させる。これにより、チャッキングプレート6の上昇に追従して弾性膜7と弾性膜61が伸張し、密閉空間である圧力室22〜25内に加圧空気が封入されて、基板Wが研磨テーブル100の研磨面101に圧接される。   Next, the adsorption of the substrate W by the pressure chamber 23 and / or the pressure chamber 24 is released, and at the same time, the top ring air cylinder 111 connected to the top ring drive shaft 11 is operated, and the lower end of the top ring 1 is The retainer ring 3 is pressed against the upper surface of the polishing pad 101 of the polishing table 100 with a predetermined pressing force. Thereafter, pressurized air is supplied to the pressure chamber 21 to lower the chucking plate 6 and press the elastic film 7 of the outer peripheral contact portion 15 and the elastic film 61 of the intermediate airbag 19 against the substrate W. As a result, the elastic film 7 and the elastic film 61 are in close contact with the upper surface of the substrate W. In this state, pressurized air of a predetermined pressure is supplied to each of the pressure chambers 22 to 25 to raise the chucking plate 6. As a result, the elastic film 7 and the elastic film 61 are stretched following the ascent of the chucking plate 6, the pressurized air is sealed in the pressure chambers 22 to 25 which are sealed spaces, and the substrate W is attached to the polishing table 100. Pressed against the polishing surface 101.

一方で、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が保持される。その状態で、研磨テーブル100とトップリング1が共に回転することで、基板Wの被研磨面(下面)と研磨パッド101の研磨面との間に研磨液Qが介在した状態で、基板Wの被研磨面が研磨パッド101の研磨面に摺接して、基板Wの研磨が行われる。   On the other hand, the polishing liquid Q is held in the polishing pad 101 by flowing the polishing liquid Q from the polishing liquid supply nozzle 102 in advance. In this state, the polishing table 100 and the top ring 1 rotate together, so that the polishing liquid Q is interposed between the surface to be polished (lower surface) of the substrate W and the polishing surface of the polishing pad 101. The surface to be polished is in sliding contact with the polishing surface of the polishing pad 101, and the substrate W is polished.

ここで、基板Wの研磨工程の途中で、圧力室22〜25からの加圧空気の漏れが発生した場合について説明する。図7乃至図9は、上記の基板研磨装置の構成を簡略化して示した側面図で、加圧空気の漏れが発生した際にこれを止めるまでの手順を説明するための図である。なお、図7乃至図9と下記の図9,10では、簡略化のため圧力室21,23と流体路32,34の図示は省略している。   Here, a case where pressurized air leaks from the pressure chambers 22 to 25 during the polishing process of the substrate W will be described. 7 to 9 are side views showing a simplified configuration of the above-described substrate polishing apparatus, and are diagrams for explaining a procedure for stopping the compressed air when it leaks. In FIGS. 7 to 9 and FIGS. 9 and 10 described below, the pressure chambers 21 and 23 and the fluid passages 32 and 34 are omitted for simplification.

研磨工程中には、弾性膜7や弾性膜61の基板Wに対する密着が完全な状態に維持されていれば、圧力室22〜25への加圧空気の供給圧力は、常に所定の圧力に維持されるので、加圧空気の圧力及び流量は、多少の振れがあっても大きく変化することはない。そこで、研磨工程中に、圧力室22〜25に供給している加圧空気の圧力及び流量をセンサS1〜S4で監視する。研磨中、基板Wには回転方向の力(回転力)が作用するため、弾性膜7や弾性膜61はこの回転力を受け止めなければならない。研磨負荷の大きなプロセスでは、弾性膜7や弾性膜61に特に不具合が無くても、この回転力によって弾性膜7や弾性膜61が捻られることで、稀に基板Wとの密着力が失われて密着部から加圧空気の漏れが発生する。図7は、弾性膜7又は弾性膜61(図では弾性膜7)の基板Wに対する密着が不完全になって、その部分から加圧空気の漏れが発生した場合の様子を示す図である。同図に示すように、密着部で加圧空気の漏れが発生すると、該当するセンサS1〜S4で測定される加圧空気の圧力や流量に変化が生じる。この加圧空気の圧力や流量の変化が測定された場合は、対応する圧力室22〜25から加圧空気の漏れが発生していると判断する。なお、同図では、加圧流体が圧力室22からトップリング1の外部に漏れる場合を示したが、加圧流体は、トップリング1の外部に漏れる以外にも、弾性膜7又は弾性膜61と基板Wとの密着部にできる隙間を介していずれかの圧力室から隣接する圧力室へ漏れる場合もある。   During the polishing process, if the adhesion of the elastic film 7 and the elastic film 61 to the substrate W is maintained in a complete state, the supply pressure of the pressurized air to the pressure chambers 22 to 25 is always maintained at a predetermined pressure. Therefore, the pressure and flow rate of the pressurized air do not change greatly even if there is some fluctuation. Therefore, during the polishing process, the pressure and flow rate of the pressurized air supplied to the pressure chambers 22 to 25 are monitored by the sensors S1 to S4. During polishing, a rotational force (rotational force) acts on the substrate W, so the elastic film 7 and the elastic film 61 must receive this rotational force. In a process with a large polishing load, even if there is no particular problem with the elastic film 7 or the elastic film 61, the elastic film 7 or the elastic film 61 is twisted by this rotational force, so that the adhesion with the substrate W is rarely lost. As a result, pressurized air leaks from the close contact area. FIG. 7 is a view showing a state in which the elastic film 7 or the elastic film 61 (the elastic film 7 in the drawing) is not completely adhered to the substrate W, and pressurized air leaks from that portion. As shown in the figure, when a leak of pressurized air occurs at the close contact portion, a change occurs in the pressure and flow rate of the pressurized air measured by the corresponding sensors S1 to S4. When changes in the pressure or flow rate of the pressurized air are measured, it is determined that pressurized air leaks from the corresponding pressure chambers 22-25. In the drawing, the pressurized fluid leaks from the pressure chamber 22 to the outside of the top ring 1, but the pressurized fluid leaks outside the top ring 1 as well as the elastic film 7 or the elastic film 61. In some cases, leakage may occur from one of the pressure chambers to an adjacent pressure chamber through a gap formed in the close contact portion between the substrate W and the substrate W.

センサS1〜S4で加圧空気の漏れを検知した場合は、研磨テーブル100とトップリング1の相対回転運動による基板Wの研磨を継続したままで、制御装置30から各圧力コントローラP3〜P6に指令を送り、各圧力室22〜25へ供給する加圧空気の圧力を一時的に低下させる。この場合、圧力室22〜25のうちのいずれかの圧力室で加圧空気の漏れが発生している場合でも、基板Wを正常な状態に保持し直すために、各圧力室22〜25に供給している加圧空気の圧力を一律に低下させる。また、ここでは、低下させる加圧空気の供給圧力を、加圧空気の漏れが発生する前の供給圧力の半分以下の所定の圧力とする。あるいは、各圧力コントローラP3〜P6で、圧力室22〜25を一時的に大気圧に開放することも可能である。これにより、図8に示すように、基板Wの上面に対する密着が不完全になっていた弾性膜7又は弾性膜61が、基板Wの上面に再度密着して正常な装着状態に戻る。   When the leakage of pressurized air is detected by the sensors S1 to S4, the controller 30 instructs the pressure controllers P3 to P6 from the controller 30 while continuing the polishing of the substrate W by the relative rotational movement of the polishing table 100 and the top ring 1. And the pressure of the pressurized air supplied to each pressure chamber 22-25 is temporarily reduced. In this case, even if the pressurized air leaks in any one of the pressure chambers 22 to 25, the pressure chambers 22 to 25 are placed in the pressure chambers 22 to 25 in order to keep the substrate W in a normal state. The pressure of the pressurized air supplied is reduced uniformly. Here, the supply pressure of the pressurized air to be reduced is set to a predetermined pressure that is not more than half of the supply pressure before the leak of the pressurized air occurs. Alternatively, each of the pressure controllers P3 to P6 can temporarily open the pressure chambers 22 to 25 to atmospheric pressure. As a result, as shown in FIG. 8, the elastic film 7 or the elastic film 61 that has been incompletely adhered to the upper surface of the substrate W is brought into close contact with the upper surface of the substrate W to return to a normal mounting state.

ここでは、加圧空気の供給圧力を一時的に低下させる時間は、所定時間(本実施形態では一例として5秒間、又は2秒間)とし、この所定時間が経過したら、再び、圧力室22〜25へ供給する加圧空気の供給圧力を、漏れが発生する以前の供給圧力に戻す。これにより、図9に示すように、漏れが発生していた圧力室の弾性膜7又は弾性膜61の基板Wに対する密着が完全な状態に戻るので、それ以降、当該圧力室からの加圧空気の漏れが止まる。なお、弾性膜7又は弾性膜61の密着が完全な状態に戻ったことは、センサS1〜S4による加圧空気の流れ状態の検知で確認することができる。   Here, the time for temporarily reducing the supply pressure of the pressurized air is a predetermined time (in this embodiment, as an example, 5 seconds or 2 seconds), and when this predetermined time has elapsed, the pressure chambers 22 to 25 again. The supply pressure of the pressurized air supplied to is returned to the supply pressure before the occurrence of the leak. As a result, as shown in FIG. 9, the adhesion of the elastic film 7 or the elastic film 61 of the pressure chamber in which leakage has occurred to the substrate W returns to the complete state. Thereafter, the pressurized air from the pressure chamber is restored. Leakage stops. In addition, it can confirm that the close_contact | adherence of the elastic film 7 or the elastic film 61 returned to the perfect state by detection of the flow state of the pressurized air by sensors S1-S4.

なお、上記では、各圧力室22〜25に供給している加圧空気の圧力を一律に低下させることで、弾性膜7又は弾性膜61による密着(シール)が不完全になった基板Wを、再度正常な状態に保持し直すようにする場合を説明したが、これ以外にも、漏れが生じていると判断した圧力室に供給する加圧空気の供給圧力だけを選択的に低下させることで、加圧空気の漏れを止めることも可能である。   In the above, the substrate W in which the adhesion (seal) by the elastic film 7 or the elastic film 61 is incomplete is obtained by uniformly reducing the pressure of the pressurized air supplied to the pressure chambers 22 to 25. In addition, the case where the normal state is maintained again has been described, but in addition to this, only the supply pressure of the pressurized air supplied to the pressure chamber determined to be leaking is selectively reduced. Thus, it is possible to stop the leakage of pressurized air.

また、上記では、研磨テーブル100とトップリング1の回転数を維持したまま、加圧空気の供給圧力を調節することで、弾性膜7又は弾性膜61による密着が不完全になった基板Wを再度正常な状態に保持し直す場合を説明したが、この加圧空気の供給圧力を調節する手段に代えて、あるいはこの加圧空気の供給圧力を調節する手段と共に、研磨テーブル100とトップリング1の回転速度(回転数)を減速する手段を用いることによっても、弾性膜7又は弾性膜61による密着を再度正常な状態に戻すことが可能である。すなわち、加圧空気の漏れが検知された場合に、研磨テーブル100とトップリング1の回転速度を、その時点の速度よりも低い速度である所定の組み合わせの回転速度まで一時的に減速する。これにより、基板Wの回転により弾性膜7又は弾性膜61に作用する回転方向の力を一時的に減少させることができるので、弾性膜7又は弾性膜61による密着が不完全になった基板Wを再度正常な状態に保持し直すことができ、加圧空気の漏れを速やかに止めることができる。   Further, in the above, the substrate W in which the adhesion by the elastic film 7 or the elastic film 61 is incomplete is adjusted by adjusting the supply pressure of the pressurized air while maintaining the rotation speed of the polishing table 100 and the top ring 1. The case where the normal state is maintained again has been described, but the polishing table 100 and the top ring 1 are replaced with the means for adjusting the supply pressure of the pressurized air or together with the means for adjusting the supply pressure of the pressurized air. It is also possible to return the adhesion by the elastic film 7 or the elastic film 61 to the normal state again by using means for reducing the rotation speed (the number of rotations). That is, when a leak of pressurized air is detected, the rotational speeds of the polishing table 100 and the top ring 1 are temporarily reduced to a predetermined combination of rotational speeds that is lower than the current speed. As a result, the rotational force acting on the elastic film 7 or the elastic film 61 can be temporarily reduced by the rotation of the substrate W. Therefore, the substrate W in which the adhesion by the elastic film 7 or the elastic film 61 is incomplete. Can be kept in a normal state again, and the leakage of pressurized air can be stopped quickly.

ところで、上記のように研磨工程中に加圧空気の供給圧力を一時的に低下させたり、研磨テーブル100とトップリング1の回転速度を減速したりすると、基板Wの研磨パッド(研磨面)101への押圧力が一時的に小さくなって、その分、研磨量が低下するため、基板Wの研磨量が当初の目標研磨量よりも不足してしまう。そのため、本実施形態の基板研磨装置では、この研磨量の不足分を補うための処置を講じるようにしている。   By the way, if the supply pressure of the pressurized air is temporarily reduced during the polishing process as described above, or the rotational speed of the polishing table 100 and the top ring 1 is reduced, the polishing pad (polishing surface) 101 of the substrate W is used. Since the pressing force to the substrate temporarily decreases and the amount of polishing decreases accordingly, the polishing amount of the substrate W becomes insufficient from the initial target polishing amount. For this reason, in the substrate polishing apparatus of the present embodiment, a measure for compensating for the shortage of the polishing amount is taken.

研磨量の不足分を補うための処置として、研磨工程の時間を調節することができる。すなわち、基板研磨装置に設けた研磨時間を制御する図示しないコントローラ(研磨時間制御手段)で、加圧空気の供給圧力を一時的に低下させた時間分だけ基板Wの研磨時間を延長する。このように、加圧空気の供給圧力を一時的に低下させた時間を研磨工程の時間に加算すれば、研磨量の不足分を補うことが可能である。さらにその場合、研磨テーブル100内に設置した膜厚測定器50を用いることによって、加圧空気の漏れを止めるまでの間に低下した研磨量を正確に検知し、この検知した研磨量の不足分を補うために必要な研磨時間を算出して、その時間だけ研磨時間を延長するようにすれば、さらに精度良く研磨量の不足を補うことが可能となる。   As a measure for compensating for the shortage of the polishing amount, the time of the polishing process can be adjusted. In other words, the polishing time of the substrate W is extended by the controller (not shown) (polishing time control means) that controls the polishing time provided in the substrate polishing apparatus by the time during which the supply pressure of the pressurized air is temporarily reduced. In this way, if the time during which the supply pressure of the pressurized air is temporarily reduced is added to the time of the polishing step, the shortage of the polishing amount can be compensated. Further, in that case, by using the film thickness measuring device 50 installed in the polishing table 100, the amount of polishing that has been reduced until the leakage of pressurized air is stopped is accurately detected, and the shortage of the detected amount of polishing is detected. If the polishing time required to compensate for this is calculated and the polishing time is extended by that time, the shortage of the polishing amount can be compensated more accurately.

また、加圧空気の供給圧力の低下させたことによって不足した研磨量を補う際に、研磨工程の所要時間を長くできない事情がある場合には、研磨時間を延長するのではなく、一時的な減圧後に再度加圧する際の加圧空気の供給圧力を、減圧前の供給圧力よりも高い圧力に変更して対応することができる。すなわち、膜厚測定器50による膜厚の測定データに基づいて、再加圧時に、一時的な減圧による研磨量の不足分を補うように、加圧空気の供給圧力を高くする。これにより、研磨時間を延長することなく研磨量の不足分を適切に補うことが可能となる。なお、Low‐k材などを使用したデバイスでは、研磨圧力に上限値があり、この上限値を越える圧力で研磨を行うとデバイスを破壊してしまうおそれがあるので、その場合は、再加圧後の研磨圧力を高い圧力に変更する手段ではなく、先に述べた研磨時間を延長する手段を用いる方がよい。   Also, when there is a situation in which the time required for the polishing process cannot be increased when the insufficient polishing amount is compensated for by reducing the supply pressure of the pressurized air, the polishing time is temporarily not used. The supply pressure of the pressurized air when pressurizing again after the pressure reduction can be changed by changing the pressure to a pressure higher than the supply pressure before the pressure reduction. That is, based on the film thickness measurement data obtained by the film thickness measuring instrument 50, the supply pressure of the pressurized air is increased so as to compensate for the shortage of the polishing amount due to temporary pressure reduction during repressurization. This makes it possible to properly compensate for the shortage of polishing amount without extending the polishing time. For devices using Low-k materials, etc., there is an upper limit for the polishing pressure. If polishing is performed at a pressure exceeding this upper limit, the device may be destroyed. It is better to use the means for extending the polishing time described above, instead of the means for changing the subsequent polishing pressure to a high pressure.

一方、上記したように本実施形態の基板研磨装置では、基板Wの径方向に沿って複数の圧力室22〜25を設けており、これら複数の圧力室22〜25にそれぞれ異なった圧力の加圧空気を供給することで、基板Wの全体で高い精度の研磨均一性を達成するようにしている。しかしながらこの場合、いずれかの圧力室から加圧空気の漏れが発生した場合、当該圧力室への加圧空気の供給圧力だけを低下させると、その圧力室に対応する被研磨面にかかる押圧力だけが低下して、その部分の研磨量が不足することで、基板Wの研磨量が不均一になるおそれがある。図10は、一部の圧力室への加圧流体の供給圧力を一時的に低下させた場合の基板Wの研磨量の分布を示す図である。同図に示すように、加圧空気の供給圧力を低下させた圧力室に対応する部分の研磨量が少なくなるので、研磨終了時の基板Wの研磨量が被研磨面の全体で不均一になる。   On the other hand, as described above, in the substrate polishing apparatus of this embodiment, the plurality of pressure chambers 22 to 25 are provided along the radial direction of the substrate W, and different pressures are applied to the plurality of pressure chambers 22 to 25, respectively. By supplying compressed air, high-precision polishing uniformity is achieved over the entire substrate W. However, in this case, if a leak of pressurized air occurs from any of the pressure chambers, if only the supply pressure of the pressurized air to the pressure chamber is reduced, the pressing force applied to the surface to be polished corresponding to the pressure chamber As a result, the amount of polishing of the portion becomes insufficient, and the amount of polishing of the substrate W may become uneven. FIG. 10 is a diagram showing the distribution of the polishing amount of the substrate W when the supply pressure of the pressurized fluid to some pressure chambers is temporarily reduced. As shown in the figure, the amount of polishing of the portion corresponding to the pressure chamber where the supply pressure of the pressurized air is reduced is reduced, so that the amount of polishing of the substrate W at the end of polishing is not uniform over the entire surface to be polished. Become.

そこで、本実施形態の基板研磨装置では、基板Wの研磨量の不均一を解消するために、基板Wの研磨工程中に、研磨テーブル100に設置した膜厚測定器50で被研磨面の各部分の膜厚を測定して研磨量を算出する。そして、この膜厚測定器50の測定データに基づいて算出された研磨量のデータを制御装置30に入力し、制御装置30で、当該データに基づいて不足した研磨量を補うように各圧力室22〜25への加圧空気の供給圧力を調節する。このようにすることで、研磨工程中に加圧空気の供給圧力を一時的に低下させた場合でも、基板Wの全体で均一な研磨を達成することが可能となる。図11は、膜厚測定器50の測定データのフィードバックを用いて研磨量の不足分を補った場合における基板Wの研磨量の分布を示す図である。   Therefore, in the substrate polishing apparatus of this embodiment, in order to eliminate the unevenness of the polishing amount of the substrate W, each of the surfaces to be polished is measured by the film thickness measuring instrument 50 installed on the polishing table 100 during the polishing process of the substrate W. The amount of polishing is calculated by measuring the film thickness of the portion. Then, the polishing amount data calculated based on the measurement data of the film thickness measuring instrument 50 is input to the control device 30, and each pressure chamber is compensated by the control device 30 so as to compensate for the insufficient polishing amount based on the data. The supply pressure of pressurized air to 22-25 is adjusted. In this way, even when the supply pressure of the pressurized air is temporarily reduced during the polishing process, uniform polishing can be achieved over the entire substrate W. FIG. 11 is a diagram showing the distribution of the polishing amount of the substrate W when the shortage of the polishing amount is compensated by using the feedback of the measurement data of the film thickness measuring instrument 50.

上記のように、膜厚測定器50による研磨量の測定データをフィードバックして圧力室22〜25への加圧空気の供給圧力を調節すれば、被研磨面における研磨量の不均一性を解消したり、不足した研磨量を補ったりすることができる。したがって、加圧空気の漏れの影響を効果的に除去することが可能となり、より均一に研磨された基板を得ることができる。   As described above, if the measurement data of the polishing amount by the film thickness measuring device 50 is fed back to adjust the supply pressure of the pressurized air to the pressure chambers 22 to 25, the unevenness of the polishing amount on the surface to be polished is eliminated. Or the amount of polishing that is insufficient can be compensated. Therefore, it becomes possible to effectively remove the influence of the leak of pressurized air, and a more uniformly polished substrate can be obtained.

一方、基板研磨装置による基板Wの研磨工程が終了したら、圧力室22〜25への加圧空気の供給を停止し、各圧力室を大気圧に開放する。その後、圧力室23及び/又は圧力室24に負圧を形成することにより、基板Wをトップリング1の下端面に再び真空吸着させる。この時、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。   On the other hand, when the polishing process of the substrate W by the substrate polishing apparatus is completed, the supply of pressurized air to the pressure chambers 22 to 25 is stopped, and each pressure chamber is opened to atmospheric pressure. Thereafter, by forming a negative pressure in the pressure chamber 23 and / or the pressure chamber 24, the substrate W is again vacuum-sucked on the lower end surface of the top ring 1. At this time, the pressure in the pressure chamber 21 is released to atmospheric pressure or negative pressure.

上記のように基板Wを吸着させた後、トップリング1の全体を基板受渡位置に配置し、圧力室23及び/又は圧力室24による真空吸着を解除する。そして、流体路34から基板Wに流体(例えば、加圧流体もしくは窒素と純水を混合したもの)を噴射して基板Wをリリースする。   After adsorbing the substrate W as described above, the entire top ring 1 is disposed at the substrate delivery position, and the vacuum adsorption by the pressure chamber 23 and / or the pressure chamber 24 is released. Then, a fluid (for example, a pressurized fluid or a mixture of nitrogen and pure water) is ejected from the fluid path 34 onto the substrate W to release the substrate W.

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書、図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、圧力室22〜25の具体的な構成は、上記実施形態に示すものには限定されず、供給される加圧流体で基板を押圧することができるように構成したものであれば、他の構成であっても良い。また、圧力室に供給する加圧流体としては、上記実施形態で示した加圧空気には限定されず、それ以外にも、他種類の気体あるいは液体などを供給することも可能である。また、上記実施形態では、トップリング1の構成例として、トップリング本体2にリテーナリング3が固定されたものを示したが、本発明の基板保持装置は上記実施形態で示したトップリング1には限られず、それ以外にも、例えばリテーナリングをトップリング本体とは別体として設置して、これらリテーナリングとトップリングが独立に上下動するように構成することも可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims, the specification, and the drawings. Is possible. It should be noted that any shape, structure, and material not directly described in the specification and drawings are within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are exhibited. For example, the specific configuration of the pressure chambers 22 to 25 is not limited to that shown in the above embodiment, and any other configuration may be used as long as the substrate can be pressed with the supplied pressurized fluid. It may be configured as follows. In addition, the pressurized fluid supplied to the pressure chamber is not limited to the pressurized air shown in the above embodiment, and other types of gases or liquids can also be supplied. Moreover, in the said embodiment, although the thing which fixed the retainer ring 3 to the top ring main body 2 was shown as a structural example of the top ring 1, the board | substrate holding device of this invention is the top ring 1 shown in the said embodiment. In addition, for example, a retainer ring may be installed separately from the top ring main body, and the retainer ring and the top ring may be configured to move up and down independently.

本発明の一実施形態に係る基板保持装置を備えた基板研磨装置の全体構成を示す側面図である。It is a side view showing the whole substrate polisher composition provided with the substrate holding device concerning one embodiment of the present invention. トップリングを示す側断面図である。It is side sectional drawing which shows a top ring. トップリングの部分拡大断面図で、外周当接部の詳細構成を示す図である。It is a partial expanded sectional view of a top ring, and is a figure which shows the detailed structure of an outer periphery contact part. トップリングの部分拡大断面図で、中間エアバッグの詳細構成を示す図である。It is a partial expanded sectional view of a top ring, and is a figure showing the detailed composition of an intermediate airbag. 研磨テーブルに設置する膜厚測定器を示す図で、同図(a)は、研磨テーブルの平面図、同図(b)は、研磨テーブルの概略側断面図である。It is a figure which shows the film thickness measuring device installed in a grinding | polishing table, The figure (a) is a top view of a grinding | polishing table, The figure (b) is a schematic sectional side view of a grinding | polishing table. 膜厚測定器の詳細構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detailed structure of a film thickness measuring device. トップリングの概略構成を示す側断面図で、研磨工程中に弾性膜が基板の上面から浮き上がった状態を示す図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of a top ring, and is a figure which shows the state which the elastic film floated from the upper surface of the board | substrate during the grinding | polishing process. トップリングの概略構成を示す側断面図で、基板の上面から浮き上がった弾性膜が元に戻った状態を示す図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of a top ring, and is a figure which shows the state which the elastic film which floated from the upper surface of the board | substrate returned. トップリングの概略構成を示す側断面図で、弾性膜が元に戻った後、圧力室を再加圧した状態を示す図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of a top ring, and is a figure which shows the state which repressurized the pressure chamber after the elastic film returned. 同図(a)は、トップリングの概略構成を示す側断面図で、同図(b)は、基板の被研磨面における研磨量の分布を示す図である。FIG. 2A is a side sectional view showing a schematic configuration of the top ring, and FIG. 2B is a diagram showing the distribution of the polishing amount on the surface to be polished of the substrate. 同図(a)は、トップリングの概略構成を示す側断面図で、同図(b)は、基板の被研磨面における研磨量の分布を示す図である。FIG. 2A is a side sectional view showing a schematic configuration of the top ring, and FIG. 2B is a diagram showing the distribution of the polishing amount on the surface to be polished of the substrate.

符号の説明Explanation of symbols

1 トップリング
2 トップリング本体
3 リテーナリング
4 エッジリング
5 ホルダーリング
6 チャッキングプレート
7 弾性膜
8 当接部
9 周壁部
10 自在継手部
11 トップリング駆動軸
12 ベアリングボール
13 加圧シート
15 外周押圧部
18 切れ目
19 中間エアバッグ
21〜25 圧力室
30 制御装置
31〜36 流体路
50 膜厚測定器
52 透光窓部材
54 光源
55 分光器
56 CCDアレイ
58 ケーブル
59 ロータリコネクタ
60 コントローラ
61 弾性膜
62 エアバッグホルダー
100 研磨テーブル
101 研磨パッド(研磨面)
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 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
116 タイミングプーリ
117 トップリングヘッドシャフト
120 圧縮空気源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top ring 2 Top ring main body 3 Retainer ring 4 Edge ring 5 Holder ring 6 Chucking plate 7 Elastic film 8 Contact part 9 Peripheral wall part 10 Universal joint part 11 Top ring drive shaft 12 Bearing ball 13 Pressure sheet 15 Outer periphery press part 18 cut 19 intermediate airbag 21-25 pressure chamber 30 control device 31-36 fluid path 50 film thickness measuring device 52 light transmitting window member 54 light source 55 spectroscope 56 CCD array 58 cable 59 rotary connector 60 controller 61 elastic membrane 62 air bag Holder 100 Polishing table 101 Polishing pad (polishing surface)
102 Polishing liquid supply nozzle 110 Top ring head 111 Top ring air cylinder 112 Rotating cylinder 113 Timing pulley 114 Top ring motor 115 Timing belt 116 Timing pulley 117 Top ring head shaft 120 Compressed air source

Claims (8)

基板を保持する基板保持面を備えた基板保持部材と、該基板保持部材の基板保持面に保持された前記基板を研磨面に押圧する圧力室と、該圧力室に加圧流体を供給する加圧流体供給手段とを備えた基板保持装置において、
前記圧力室からの前記加圧流体の漏れを検知する加圧流体漏れ検知手段と、前記加圧流体の供給圧力を調節する加圧流体供給圧力調節手段とを備え、
前記加圧流体漏れ検知手段で、前記基板と圧力室の間に生じた隙間からの前記加圧流体の漏れを検知した際に、前記加圧流体供給圧力調節手段で前記加圧流体の供給圧力を一時的に低下させることで前記加圧流体の漏れを止めることを特徴とする基板保持装置。
A substrate holding member having a substrate holding surface for holding the substrate, a pressure chamber for pressing the substrate held on the substrate holding surface of the substrate holding member against the polishing surface, and a pressure fluid to be supplied to the pressure chamber In the substrate holding device provided with the pressurized fluid supply means,
A pressurized fluid leakage detecting means for detecting leakage of the pressurized fluid from the pressure chamber; and a pressurized fluid supply pressure adjusting means for adjusting a supply pressure of the pressurized fluid;
When the pressurized fluid leakage detecting means detects leakage of the pressurized fluid from the gap formed between the substrate and the pressure chamber, the pressurized fluid supply pressure adjusting means detects the pressurized fluid supply pressure. The substrate holding device is characterized in that leakage of the pressurized fluid is stopped by temporarily lowering the pressure.
請求項1に記載の基板保持装置において、
前記圧力室は、前記基板保持部材が具備する前記基板に密着する弾性膜と前記基板とによって画成された空間からなり、前記加圧流体漏れ検知手段は、前記弾性膜と前記基板の密着部における前記加圧流体の漏れを検知することを特徴とする基板保持装置。
The substrate holding apparatus according to claim 1,
The pressure chamber includes a space defined by the elastic film and the substrate that are in close contact with the substrate included in the substrate holding member, and the pressurized fluid leakage detection means is a contact portion between the elastic film and the substrate. A substrate holding apparatus for detecting leakage of the pressurized fluid in
請求項1又は2に記載の基板保持装置において、
前記加圧流体漏れ検知手段は、前記圧力室に流入する加圧流体の流れ状態を監視することで該加圧流体の漏れを検知するセンサであることを特徴とする基板保持装置。
The substrate holding apparatus according to claim 1 or 2,
The substrate holding apparatus, wherein the pressurized fluid leakage detecting means is a sensor that detects a leakage of the pressurized fluid by monitoring a flow state of the pressurized fluid flowing into the pressure chamber.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板保持装置において、
前記加圧流体供給圧力調節手段で低下させた前記加圧流体の供給圧力が、前記加圧流体の漏れが発生する前の加圧流体の供給圧力の半分以下の圧力に設定されていることを特徴とする基板保持装置。
The substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The supply pressure of the pressurized fluid lowered by the pressurized fluid supply pressure adjusting means is set to a pressure not more than half of the supply pressure of the pressurized fluid before the pressurized fluid leaks. A substrate holding device.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基板保持装置において、
前記加圧流体供給圧力調節手段で加圧流体の供給圧力を一時的に低下させる時間を5秒以内としたことを特徴とする基板保持装置。
The substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The substrate holding apparatus characterized in that the time for temporarily reducing the supply pressure of the pressurized fluid by the pressurized fluid supply pressure adjusting means is within 5 seconds.
研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持し該基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置とを備え、前記基板保持装置の回転と前記研磨テーブルの回転とによる前記基板と前記研磨面の相対運動で前記基板を研磨する基板研磨装置において、
前記基板保持装置として、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板保持装置を備えたことを特徴とする基板研磨装置。
A polishing table having a polishing surface; and a substrate holding device that holds the substrate and presses the substrate against the polishing surface of the polishing table, the substrate and the polishing by rotation of the substrate holding device and rotation of the polishing table In a substrate polishing apparatus for polishing the substrate by relative movement of surfaces,
A substrate polishing apparatus comprising the substrate holding apparatus according to claim 1 as the substrate holding apparatus.
請求項6に記載の基板研磨装置において、
前記基板保持装置の前記加圧流体漏れ検知手段で加圧流体の漏れを検知した場合に、前記基板保持装置と前記研磨テーブルの回転速度を減速することを特徴とする基板研磨装置。
The substrate polishing apparatus according to claim 6, wherein
A substrate polishing apparatus characterized in that when the pressurized fluid leakage detecting means of the substrate holding device detects leakage of pressurized fluid, the rotational speed of the substrate holding device and the polishing table is reduced.
研磨面を有する研磨テーブルと、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板保持装置とを備え、該基板保持装置で保持する基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧し、前記基板と前記研磨面の相対運動で前記基板を研磨する基板研磨方法において、
前記基板の研磨工程中に、前記加圧流体漏れ検知手段で前記加圧流体の漏れを検知したら、基板の研磨工程を停止することなく、前記加圧流体供給圧力調節手段で前記加圧流体の供給圧力を一時的に低下させて、前記加圧流体の漏れを止めることを特徴とする基板研磨方法。
A polishing table having a polishing surface and the substrate holding device according to any one of claims 1 to 5, wherein a substrate held by the substrate holding device is pressed against the polishing surface of the polishing table, and the substrate In a substrate polishing method for polishing the substrate by relative movement of the polishing surface,
If leakage of the pressurized fluid is detected by the pressurized fluid leakage detecting means during the polishing process of the substrate, the pressurized fluid supply pressure adjusting means may stop the pressurized fluid without stopping the polishing process of the substrate. A substrate polishing method, wherein a supply pressure is temporarily reduced to stop leakage of the pressurized fluid.
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