JP2002144223A - Substrate holding device and polishing device - Google Patents
Substrate holding device and polishing deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基板把持装置に関
し、特に半導体ウエハなどの基板の表面を平坦かつ鏡面
に研磨するポリッシング装置に用いて好適な基板把持装
置に関する。The present invention relates to a substrate holding apparatus, and more particularly to a substrate holding apparatus suitable for use in a polishing apparatus for polishing a surface of a substrate such as a semiconductor wafer to a flat and mirror surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラ
フィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッ
パーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウ
エハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦
化法の１手段として化学機械研磨（ＣＭＰ）が採用され
ている。2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, circuit wiring has become finer, and the distance between wirings has become smaller. In particular, in the case of optical lithography having a line width of 0.5 μm or less, the allowable depth of focus becomes shallow, so that the image plane of the stepper needs to be flat. Therefore, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor wafer, and chemical mechanical polishing (CMP) is employed as one of the planarization methods.
【０００３】従来、ＣＭＰを行うポリッシング装置は、
上面に研磨布を貼付して研磨面を構成するターンテーブ
ルと、基板の被研磨面をターンテーブルに向けて基板を
保持するトップリングとを有し、これらをそれぞれ自転
させながらトップリングにより基板を一定の圧力でター
ンテーブルに押しつけ、砥液を供給しつつ基板の被研磨
面を平坦かつ鏡面に研磨している。Conventionally, a polishing apparatus for performing CMP is:
A turntable that forms a polished surface by attaching a polishing cloth to the upper surface, and a top ring that holds the substrate with the polished surface of the substrate facing the turntable, and the top ring holds the substrate while rotating each of them. The surface to be polished of the substrate is polished to a flat and mirror-like surface while supplying an abrasive liquid by pressing against a turntable with a constant pressure.
【０００４】図５は、この種のポリッシング装置の一例
の主要部を示す図である。これは、上面に研磨布１００
を貼った回転するターンテーブル１０２と、回転および
押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ（基
板）Ｗを保持するトップリング（基板把持装置）１０４
と、研磨布１００に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル１
０６を備えている。トップリング１０４はトップリング
シャフト１０８に連結され、このトップリングシャフト
１０８は図示しないトップリングヘッドにエアシリンダ
を介して上下動可能に支持されている。FIG. 5 is a diagram showing a main part of an example of this type of polishing apparatus. This is because polishing cloth 100
And a top ring (substrate holding device) 104 that holds a semiconductor wafer (substrate) W to be polished so as to be rotatable and pressable.
And a polishing liquid supply nozzle 1 for supplying a polishing liquid Q to the polishing cloth 100
06. The top ring 104 is connected to a top ring shaft 108, and the top ring shaft 108 is supported by a top ring head (not shown) via an air cylinder so as to be vertically movable.
【０００５】トップリング１０４はその下面にポリウレ
タン等の弾性マット１１０を備えており、この弾性マッ
ト１１０を介して半導体ウエハＷを保持するようになっ
ている。トップリング１０４の外周縁部には、円筒状の
ガイドリング１１２が下端面をトップリング１０４の半
導体ウエハＷの保持面より突出させて取り付けられてお
り、その内側にポリッシング対象物である半導体ウエハ
Ｗを保持する凹所を形成して半導体ウエハＷが研磨中に
トップリング１０４から外れないようになっている。The top ring 104 has an elastic mat 110 made of polyurethane or the like on a lower surface thereof, and holds the semiconductor wafer W via the elastic mat 110. A cylindrical guide ring 112 is attached to the outer peripheral edge of the top ring 104 so that the lower end surface projects from the holding surface of the semiconductor wafer W of the top ring 104, and the inside of the semiconductor ring W to be polished is mounted inside. Is formed to prevent the semiconductor wafer W from coming off the top ring 104 during polishing.
【０００６】このような構成の研磨装置において、半導
体ウエハＷをトップリング１０４の下面の弾性マット１
１０の下部に保持し、ターンテーブル１０２上の研磨布
１００に半導体ウエハＷをトップリング１０４によって
押圧するとともに、ターンテーブル１０２およびトップ
リング１０４を回転させて研磨布１００と半導体ウエハ
Ｗを相対運動させて研磨する。砥液供給ノズル１０６か
らは、研磨布１００上に、例えばアルカリ溶液に微粒子
からなる砥粒を懸濁した砥液Ｑを供給し、アルカリによ
る化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複
合作用によって半導体ウエハＷを研磨する。In the polishing apparatus having such a configuration, the semiconductor wafer W is placed on the elastic mat 1 on the lower surface of the top ring 104.
10, the semiconductor wafer W is pressed against the polishing cloth 100 on the turntable 102 by the top ring 104, and the turntable 102 and the top ring 104 are rotated to move the polishing cloth 100 and the semiconductor wafer W relative to each other. Polish. From the abrasive liquid supply nozzle 106, an abrasive liquid Q in which abrasive grains composed of fine particles are suspended in an alkaline solution, for example, is supplied onto the polishing cloth 100, and a chemical polishing action by alkali and a mechanical polishing action by abrasive grains are performed. Is polished by the combined action of.
【０００７】トップリング１０４は、図６に示すよう
に、表面（下面）に半導体ウエハＷを吸着により把持す
る把持板１１４と、この把持板１１４の裏面側に背圧空
間Ｓ（図１参照）を形成するように重ねて固着される円
板状の被覆板１１６と、把持板１１４と被覆板１１６を
更に上から覆って押える中空円板状の押え板１１８とか
ら構成されている。把持板１１４と被覆板１１６との間
には、その周縁部にシールリング１２０が介装されて、
背圧空間Ｓが気密的にシールされている。把持板１１４
の内部には、上下方向に貫通して背圧空間Ｓに連通する
複数の吸着穴１１４ａが設けられている。As shown in FIG. 6, the top ring 104 has a gripping plate 114 on the front surface (lower surface) for gripping the semiconductor wafer W by suction, and a back pressure space S on the back side of the gripping plate 114 (see FIG. 1). And a cover plate 116 in the form of a disk, which is fixed by being overlapped so as to form a holding plate 114, and a holding plate 118 in the form of a hollow disk which presses the holding plate 114 and the cover plate 116 from above. Between the holding plate 114 and the covering plate 116, a seal ring 120 is interposed at a peripheral portion thereof,
The back pressure space S is hermetically sealed. Gripping plate 114
Are provided with a plurality of suction holes 114a penetrating vertically and communicating with the back pressure space S.
【０００８】把持板１１４と被覆板１１６は、円周方向
に沿って所定の間隔をおいて配置された鉛直方向に延び
る複数のボルト１２２を介して締結されている。ボルト
１２２としては、一般にＭ３〜Ｍ８程度のものが６本程
度使用されている。ボルト１２２は、トップリング１０
４で半導体ウエハＷを吸着して搬送する時に、把持板１
１４と被覆板１１６との間の周縁部に介装したシールリ
ング１２０の潰れ代を確保して真空リーク（吸着エラ
ー）の発生を防止するため、通常は、３ｋｇｆ・ｃｍ
（２．９４ｋＮ・ｍ）〜２０ｋｇｆ・ｃｍ（１９．６ｋ
Ｎ・ｍ）程度の締付けトルクで締め付けられている。The gripping plate 114 and the covering plate 116 are fastened via a plurality of vertically extending bolts 122 arranged at a predetermined interval along the circumferential direction. Generally, about six bolts M3 to M8 are used as the bolts 122. The bolt 122 is attached to the top ring 10
When the semiconductor wafer W is sucked and transported in step 4, the holding plate 1
Normally, 3 kgf · cm is used to secure the crushing allowance of the seal ring 120 interposed at the peripheral portion between the cover 14 and the covering plate 116 to prevent the occurrence of vacuum leak (suction error).
(2.94 kN · m) to 20 kgf · cm (19.6 kN · m)
Nm).
【０００９】トップリングシャフト１０８の下端部に
は、外側に張り出したフランジ部１２６を有する駆動板
１２８が固定されている。この駆動板１２８とトップリ
ング１０４の被覆板１１６の間には、トップリング１０
４を傾動可能に支持しかつこれに押圧力を伝達する自在
継手が設けられている。この自在継手は、球面軸受１３
０と、トップリングシャフト１０８の回転をトップリン
グ１０４に伝達する回転伝達機構１３２とを有してい
る。被覆板１１６の下面のボルト締結箇所には、周方向
に所定間隔をおいて下方に突出する押圧部１２４が形成
され、トップリングシャフトから被覆板１１６が受けた
押圧力は押圧部１２４から把持板１１４に伝達されるよ
うになっている。At the lower end of the top ring shaft 108, a driving plate 128 having a flange 126 protruding outward is fixed. Between the driving plate 128 and the covering plate 116 of the top ring 104, the top ring 10
4 is provided with a universal joint that supports the tiltable 4 and transmits a pressing force thereto. This universal joint has a spherical bearing 13
0, and a rotation transmission mechanism 132 that transmits the rotation of the top ring shaft 108 to the top ring 104. A pressing portion 124 protruding downward at a predetermined interval in the circumferential direction is formed at a bolt fastening portion on the lower surface of the covering plate 116, and the pressing force received by the covering plate 116 from the top ring shaft is applied to the holding plate from the pressing portion 124. 114.
【００１０】上述したポリッシング装置により半導体ウ
エハＷの全面に渡ってこれを高い精度で平坦化するため
には、ポリッシング時に半導体ウエハＷを把持する把持
板１１４の表面（下面）が高精度な平坦面であることが
望ましいと考えられる。このため、把持板１１４の下面
の加工精度を上げたり、実プロセス時における把持板１
１４の弾性変形を相殺するように調整を行うための種々
の手段（例えば、特願平１１−２５３６４号等参照）が
提案されている。In order to flatten the entire surface of the semiconductor wafer W with high precision by the above-described polishing apparatus, the surface (lower surface) of the gripping plate 114 for gripping the semiconductor wafer W at the time of polishing has a flat surface with high precision. Is considered to be desirable. For this reason, the processing accuracy of the lower surface of the gripping plate 114 can be improved, or the gripping plate 1 can be used during an actual process.
Various means (for example, refer to Japanese Patent Application No. 11-25364) for adjusting so as to cancel the elastic deformation of No. 14 have been proposed.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のポリッ
シング装置においては、トップリングの部品の加工精度
が良い場合でも、組立て作業が充分な精度をもって行わ
れない場合には、同様に把持板の下面が変形してしま
う。また、把持板の下面の変形は、研磨工程においてト
ップリングに負荷される力や温度上昇による把持板の熱
膨張によっても起こりうる。このような傾向は半導体ウ
エハの大口径化に伴ってより顕著に現れる。In the above-mentioned conventional polishing apparatus, even if the processing accuracy of the top ring parts is good, if the assembling work is not performed with sufficient accuracy, the lower surface of the gripping plate is similarly required. Will be deformed. In addition, the deformation of the lower surface of the gripping plate may be caused by a force applied to the top ring in the polishing process or a thermal expansion of the gripping plate due to a rise in temperature. Such a tendency becomes more conspicuous as the diameter of the semiconductor wafer increases.
【００１２】図７は、被覆板１１６と把持板１１４とを
締結するボルト１２２の締付けトルクを２０ｋｇｆ・ｃ
ｍ（１９．６ｋＮ・ｍ）（手締）と８ｋｇｆ・ｃｍ
（７．８４ｋＮ・ｍ）に設定して２種類のトップリング
（ボルト締結箇所直径：１５０ｍｍ（トップリング中心
からの半径７５ｍｍ））を組立て、背圧空間Ｓから吸着
穴１１４ａを通じて把持板１１４の下面へ導入される気
体による把持板１１４の背圧（Back Side Pressure）を
２００ｇｆ／ｃｍ２（１９６ｋＮ／ｍ２）とした同一研
磨条件で直径３００ｍｍの半導体ウエハを研磨した時の
研磨面の平坦度を測定したグラフである。把持板の背圧
については特願平１１−２５３６４号の記載と同様であ
る。FIG. 7 shows that the tightening torque of the bolt 122 for fastening the covering plate 116 and the holding plate 114 is 20 kgf · c.
m (19.6kN ・ m) (by hand) and 8kgf ・ cm
(7.84 kN · m), assembling two types of top rings (bolt fastening diameter: 150 mm (radius from top ring center: 75 mm)) and the lower surface of the gripping plate 114 from the back pressure space S through the suction holes 114 a The flatness of the polished surface when a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm was polished under the same polishing conditions with the back pressure (Back Side Pressure) of the gripping plate 114 due to the gas introduced into the wafer being 200 gf / cm 2 (196 kN / m 2 ). It is a measured graph. The back pressure of the gripping plate is the same as described in Japanese Patent Application No. 11-25364.
【００１３】また、図８は、被覆板１１６と把持板１１
４とを締結するボルト１２２の締付けトルクを８ｋｇｆ
・ｃｍ（７．８４ｋＮ・ｍ）と１０ｋｇｆ・ｃｍ（９．
８ｋＮ・ｍ）に設定してもう一つのトップリング（ボル
ト締結箇所直径：２００ｍｍ（トップリング中心からの
半径１００ｍｍ））を組立て、背圧を２００ｇｆ／ｃｍ
２（１９６ｋＮ／ｍ２）とした同一研磨条件で直径３０
０ｍｍの半導体ウエハを研磨した時の研磨面の平坦度を
測定したグラフである。FIG. 8 shows the covering plate 116 and the gripping plate 11.
The tightening torque of the bolt 122 for tightening the bolt 4 is 8 kgf.
Cm (7.84 kN · m) and 10 kgf · cm (9.
8 kN · m), assemble another top ring (bolt fastening point diameter: 200 mm (radius 100 mm from the center of the top ring)), and set the back pressure to 200 gf / cm.
2 (196 kN / m 2 ) and a diameter of 30 under the same polishing conditions.
5 is a graph showing the measured flatness of a polished surface when a 0 mm semiconductor wafer is polished.
【００１４】これらのグラフにより、ボルトの締付けト
ルクが増えると、半導体ウエハの中心部分での研磨量が
増え、逆に締付けトルクが少ないと、半導体ウエハの周
辺部のボルト締結位置付近での研磨量が増えて、ボルト
の締付けトルクの大小が研磨量に影響を与え、しかも、
半導体ウエハの直径が大きいと、締付けトルクの差が僅
かでも研磨量に大きく影響することが分かる。According to these graphs, when the tightening torque of the bolt increases, the polishing amount at the center of the semiconductor wafer increases, and when the tightening torque is low, the polishing amount near the bolt fastening position in the peripheral portion of the semiconductor wafer increases. Increases, the magnitude of the bolt tightening torque affects the amount of polishing, and
It can be seen that when the diameter of the semiconductor wafer is large, even a small difference in the tightening torque greatly affects the polishing amount.
【００１５】これは、図９に示すように、トップリング
荷重時にボルトの締付け位置に散点状に集中荷重が作用
して、把持板の裏面が受ける圧力分布が不均一となり、
この結果、把持板の表面が波打つように変形し、この変
形量がボルトの締付け量の大小によって異なり、しかも
半導体ウエハの直径が大きくなると、熱伝導が十分に行
われずに、この中心部と外周部の温度差がより大きくな
ることに起因すると考えられる。This is because, as shown in FIG. 9, when the top ring is loaded, a concentrated load acts on the bolt tightening position in a scattered manner, and the pressure distribution on the back surface of the gripping plate becomes non-uniform.
As a result, the surface of the gripping plate is deformed so as to undulate, and the amount of the deformation depends on the magnitude of the bolt tightening amount. Further, when the diameter of the semiconductor wafer is large, heat conduction is not sufficiently performed, and the center portion and the outer periphery are not sufficiently conducted. This is considered to be due to the fact that the temperature difference between the parts becomes larger.
【００１６】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、把持板表面の変形を抑制するとともに、基板の温度
分布をより均一にできるようにした基板把持装置を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a substrate gripping device that suppresses deformation of the surface of a gripping plate and makes the temperature distribution of the substrate more uniform. .
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、トップリングシャフトの下端に傾動可能に取付けら
れる基板把持装置であって、基板を表面に把持する把持
板と、前記把持板の裏面側を覆って該把持板との間に気
密な背圧空間を形成する被覆板とを備え、前記被覆板
は、該被覆板と前記把持板との間に介装した粘着性を有
する弾性材を介して前記把持板に保持されていることを
特徴とする基板把持装置である。An object of the present invention is to provide a substrate gripping device which is tiltably attached to a lower end of a top ring shaft, comprising: a gripping plate for gripping a substrate on a surface; A covering plate that covers the back side and forms an airtight back pressure space between the holding plate and the holding plate, wherein the covering plate has an adhesive elasticity interposed between the covering plate and the holding plate. A substrate gripping device characterized by being held by the gripping plate via a material.
【００１８】これにより、把持板に弾性材の全表面に亘
る分布荷重が作用するようにすることで、把持板の裏面
が受ける圧力分布をより均一となしてこの変形を抑制
し、しかも、弾性材により熱伝導を促進して、より均一
な温度分布を実現できる。[0018] With this arrangement, by applying a distributed load over the entire surface of the elastic material to the gripping plate, the pressure distribution on the back surface of the gripping plate becomes more uniform, thereby suppressing this deformation. The heat conduction is promoted by the material, and a more uniform temperature distribution can be realized.
【００１９】請求項２に記載の発明は、前記弾性材は、
所定温度を境に可逆的に粘着性が変化する性質を有する
粘着フィルムで構成されていることを特徴とする請求項
１記載の基板把持装置である。According to a second aspect of the present invention, the elastic material is
2. The substrate holding device according to claim 1, wherein the substrate holding device is made of an adhesive film having a property that the adhesiveness is reversibly changed at a predetermined temperature.
【００２０】これにより、例えば５℃以上で粘着力を有
する粘着フィルムで弾性材を構成した場合にはこの温度
以下に、６０℃以下の温度で粘着力を有する粘着フィル
ムで弾性材を構成した場合にはこの温度を境に、それぞ
れ粘着フィルム（弾性材）を冷却または加熱して粘着フ
ィルムの粘着力を減少させることで、把持板の交換及び
メンテナンスを容易に行うことができる。Thus, for example, when the elastic material is composed of an adhesive film having an adhesive force at 5 ° C. or more, the elastic material is composed of an adhesive film having an adhesive force at a temperature of 60 ° C. or less. At this temperature, the adhesive film (elastic material) is cooled or heated to reduce the adhesive force of the adhesive film, so that the exchange and maintenance of the gripping plate can be easily performed.
【００２１】請求項３に記載の発明は、前記弾性材は、
前記被覆板に作用する押圧力を前記把持板に該把持板の
径方向に所定の勾配をもつ分布加重として伝達するよう
に設置されていることを特徴とする請求項１または２記
載の基板把持装置である。弾性材の形状、配置位置及び
厚さ等を任意に調整することで、このように構成するこ
とができ、これにより、把持板の変形を抑制する効果を
向上させることができる。According to a third aspect of the present invention, the elastic material is
3. The substrate grip according to claim 1, wherein the substrate grip is mounted so as to transmit a pressing force acting on the cover plate to the grip plate as a distribution weight having a predetermined gradient in a radial direction of the grip plate. 4. Device. By arbitrarily adjusting the shape, the arrangement position, the thickness, and the like of the elastic material, such a configuration can be achieved, and thereby the effect of suppressing deformation of the gripping plate can be improved.
【００２２】請求項４に記載の発明は、前記把持板と前
記被覆部部材は、前記弾性材の粘着力で一体化されてい
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
基板把持装置である。According to a fourth aspect of the present invention, the grip plate and the covering member are integrated by the adhesive force of the elastic material. It is a substrate holding device.
【００２３】請求項５に記載の発明は、研磨面を有する
研磨テーブルと、該研磨面に砥液を供給する砥液供給装
置と、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板把持装置
とを有することを特徴とする研磨装置である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a polishing table having a polishing surface, a polishing liquid supply device for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and a substrate holding device according to any one of the first to fourth aspects. It is a polishing apparatus characterized by having.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の
第１の実施の形態の基板把持装置を示す図であり、これ
は、全体として円板状のトップリング（基板把持装置）
１０と、このトップリング１０を支持しかつこれに回転
駆動力と押圧力を伝達するトップリングシャフト１２
と、これらトップリングシャフト１２及びトップリング
１０を互いの傾動を許容しつつ連結する自在継手とから
構成されている。自在継手は、球面軸受７０と図示しな
い回転伝達機構とから構成されている。なお、図１に
は、トップリング１０がトップリングシャフト１２から
吊り下げられた状態が示されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 are views showing a substrate holding device according to a first embodiment of the present invention, which is a disk-shaped top ring (substrate holding device) as a whole.
And a top ring shaft 12 that supports the top ring 10 and transmits rotational driving force and pressing force to the top ring 10
And a universal joint that connects the top ring shaft 12 and the top ring 10 while allowing the top ring 10 to tilt each other. The universal joint includes a spherical bearing 70 and a rotation transmission mechanism (not shown). FIG. 1 shows a state in which the top ring 10 is suspended from the top ring shaft 12.
【００２５】トップリング１０は、下面に弾性マット１
６を介してポリッシング対象物である半導体ウエハ（基
板）Ｗを吸着等により把持するほぼ円板状の把持板１８
と、この把持板１８の上側に背圧空間Ｓを形成するよう
に重ねて固着されるほぼ円板状の被覆板２０と、これら
を更に上から覆う環状円板である押え板２２を備えてい
る。被覆板２０には、把持板１８の下側に基板Ｗを収容
する凹所を形成するガイドリング２４が固定されてい
る。また、ガイドリング２４のさらに外方には、図５に
示すターンテーブル１０２上の研磨布１００を押圧する
ための押圧リング２６がトップリングヘッド２８に固定
されたエアシリンダ３０によって上下動自在に支持され
ている。The top ring 10 has an elastic mat 1
6, a substantially disk-shaped gripping plate 18 for gripping a semiconductor wafer (substrate) W to be polished by suction or the like via
And a substantially disk-shaped covering plate 20 which is overlapped and fixed on the upper side of the gripping plate 18 so as to form a back pressure space S, and a holding plate 22 which is an annular disk for further covering these from above. I have. A guide ring 24 forming a recess for accommodating the substrate W is fixed to the cover plate 20 below the grip plate 18. A pressing ring 26 for pressing the polishing pad 100 on the turntable 102 shown in FIG. 5 is supported outside the guide ring 24 by an air cylinder 30 fixed to a top ring head 28 so as to be vertically movable. Have been.
【００２６】把持板１８には、上下に貫通して延びる多
数の吸着穴１８ａが背圧空間Ｓに連通して設けられ、被
覆板２０には、上下に貫通して延びる連通穴２０ａが背
圧空間Ｓに連通して設けられ、この連通穴２０ａに排気
配管４０が接続されている。The holding plate 18 is provided with a large number of suction holes 18a extending vertically and communicating with the back pressure space S. The covering plate 20 has communication holes 20a extending vertically and extending therethrough. The exhaust pipe 40 is connected to the space S and is connected to the communication hole 20a.
【００２７】把持板１８の上面（基板取付側を表面とす
れば裏面）の中央には凹部３４が形成され、その外周部
は肩部３２となっている。一方、被覆板２０の下面の中
央には、把持板１８の凹部３４と嵌合する形状の凸部３
６が形成され、その外周部はフランジ部３８となってい
る。この凹部３４または凸部３６の形状は、この実施の
形態では断面が円弧状、つまり球面に形成されている
が、断面が中心線軸を短軸とする楕円であるような任意
の回転面を有する形状としても良い。A concave portion 34 is formed at the center of the upper surface of the gripping plate 18 (the rear surface when the substrate mounting side is the front surface), and the outer peripheral portion is a shoulder portion 32. On the other hand, in the center of the lower surface of the cover plate 20, a convex portion 3 having a shape to be fitted to the concave portion 34 of the grip plate 18 is provided.
6 are formed, and the outer peripheral portion is a flange portion 38. In this embodiment, the shape of the concave portion 34 or the convex portion 36 has an arbitrary rotating surface whose cross section is formed in an arc shape, that is, a spherical surface, but whose cross section is an ellipse whose central axis is a short axis. It may be shaped.
【００２８】把持板１８は、この中央部に配置した円板
状の中央弾性フィルム（弾性材）４４と、この中央弾性
フィルム４４の周囲にリング状に配置した内側外周弾性
フィルム（弾性材）４６、並びに把持板１８の外周縁部
に沿ってリング状に配置した外側外周弾性フィルム４８
を介して被覆板２０に保持されている。この外側外周弾
性フィルム（弾性材）４８は、シールを兼ねるもので、
これにより、把持板１８と被覆板２０との間の外側外周
弾性フィルム４８で囲まれて、中央弾性フィルム４４と
内側外周弾性フィルム４６を除く領域に気密的に封止さ
れた背圧空間Ｓが形成されている。内側外周弾性フィル
ム４６には、この内外を連通する切欠き４６ａが設けら
れている。The gripping plate 18 has a disk-shaped central elastic film (elastic material) 44 arranged at the center and an inner peripheral elastic film (elastic material) 46 arranged around the central elastic film 44 in a ring shape. And an outer peripheral elastic film 48 arranged in a ring shape along the outer peripheral edge of the gripping plate 18.
And is held by the cover plate 20 via the. The outer peripheral elastic film (elastic material) 48 also serves as a seal.
As a result, the back pressure space S surrounded by the outer peripheral elastic film 48 between the gripping plate 18 and the covering plate 20 and hermetically sealed in a region excluding the central elastic film 44 and the inner peripheral elastic film 46 is formed. Is formed. The inner peripheral elastic film 46 is provided with a notch 46a that communicates the inside and the outside.
【００２９】ここで、弾性フィルム４４，４６，４８
は、例えば５℃を境にして、この温度以上であれば粘着
力を発現し、この温度以下では粘着力を発現しないクー
ルオフタイプの粘着フィルムや、６０℃を境にして、こ
の温度以下であれば粘着力を発現し、この温度以上では
粘着力を発現しないワームタイプの粘着フィルム等、所
定温度を境に可逆的に粘着性が変化する性質を有する両
面粘着フィルムで構成されている。そして、この下面は
把持板１８に、上面は被覆板２０にそれぞれ接合されて
いる。Here, the elastic films 44, 46, 48
Is, for example, at 5 ° C. as a boundary, if it is at or above this temperature, it exhibits adhesive strength, and at or below this temperature, it is a cool-off type adhesive film that does not exhibit adhesive strength, or at or below 60 ° C., at or below this temperature. It is composed of a double-sided pressure-sensitive adhesive film having a property of reversibly changing its tackiness at a predetermined temperature, such as a worm-type pressure-sensitive adhesive film which exhibits a pressure-sensitive adhesive force and does not exhibit a pressure-sensitive adhesive force at or above this temperature. The lower surface is joined to the holding plate 18 and the upper surface is joined to the covering plate 20.
【００３０】このように、把持板１８を平面状に拡がる
弾性フィルム４４や、リング状に連続して延びる弾性フ
ィルム４６，４８を介して被覆板２０で保持して、弾性
フィルム４４，４６，４８の全表面に亘る分布荷重が作
用するようにすることで、図３に示すように、把持板１
８の裏面が受ける圧力分布をより均一となしてこの変形
を抑制し、しかも、弾性フィルム４４，４６，４８によ
り把持板１８と被覆板２０との間の熱伝導をその増大し
た接着面を利用することにより、促進して、より均一な
温度分布を実現できる。As described above, the holding plate 18 is held by the covering plate 20 via the elastic films 44 extending in a plane and the elastic films 46 and 48 extending continuously in a ring shape, and the elastic films 44, 46 and 48 are held. By applying a distributed load over the entire surface of the holding plate 1, as shown in FIG.
The pressure distribution applied to the back surface of the base plate 8 is made more uniform to suppress this deformation, and the elastic film 44, 46, 48 is used to increase the heat conduction between the holding plate 18 and the covering plate 20 by using the bonding surface. By doing so, a more uniform temperature distribution can be realized.
【００３１】また、弾性フィルム４４，４６，４８をク
ールオフタイプやワームオフタイプの粘着フィルムで構
成することにより、例えばクールオフタイプの粘着フィ
ルムを使用した場合には、これを所定温度以下に冷却す
ることで、ワームオフタイプの粘着フィルムを使用した
場合には、これを所定温度以上に加熱することで、粘着
フィルムの粘着力を減少させることができ、これによ
り、把持板１８の交換やメンテナンスの便を図ることが
できる。Further, by forming the elastic films 44, 46, 48 from a cool-off type or worm-off type adhesive film, for example, when a cool-off type adhesive film is used, it is cooled to a predetermined temperature or lower. When the worm-off type adhesive film is used, the adhesive strength of the adhesive film can be reduced by heating the worm-off type adhesive film to a predetermined temperature or more. Can be achieved.
【００３２】なお、この弾性フィルム４４，４６，４８
による把持板１８の保持は、この弾性フィルム４４，４
６，４８を構成する粘着フィルムが粘着力を有する温度
で、先ずこの一方の面を把持板１８に貼付け、しかる
後、他方の面を被覆板２０に貼付けることで容易に行う
ことができる。The elastic films 44, 46, 48
The holding of the gripping plate 18 by the elastic films 44, 4
At a temperature at which the pressure-sensitive adhesive films 6 and 48 have an adhesive force, first, one surface is stuck to the holding plate 18, and then, the other surface is stuck to the cover plate 20.
【００３３】また、この例では、外側外周弾性フィルム
４８の内側に位置して、把持板１８の上面に外側内周弾
性フィルム（弾性材）５０が外側外周弾性フィルム４８
と同心状に配置され、この外側内周弾性フィルム５０に
はこの内外に連通する切欠き５０ａが設けられている。
この外側内周弾性フィルム５０の厚みは、外側外周弾性
フィルム４８の厚みより薄く設定されて、これが被覆板
２０に接触しないようになっている。In this example, the outer inner peripheral elastic film (elastic material) 50 is located on the upper surface of the gripping plate 18 inside the outer outer peripheral elastic film 48.
The outer inner peripheral elastic film 50 is provided with a notch 50a communicating with the inner and outer sides.
The thickness of the outer inner peripheral elastic film 50 is set smaller than the thickness of the outer outer peripheral elastic film 48 so that the outer inner peripheral elastic film 50 does not contact the cover plate 20.
【００３４】この外側内周弾性フィルム５０は、任意の
吸着穴１８ａを塞ぐためのものであり、これにより、多
数の吸着穴１８ａを容易かつ迅速に塞ぐことができる。
すなわち、把持板１８にあっては、製作の段階で多数の
吸着穴１８ａを設けておき、使用に際して、この内の所
定の吸着穴１８ａを塞ぐことが一般に行われており、従
来、この吸着穴１８ａを塞ぐ作業は、各吸着穴１８ａ毎
にシールテープを埋め込むことで行われているため、こ
の作業性が著しく悪かったが、このように外側内周弾性
フィルム５０を貼付けて吸着穴１８ａを塞ぐことで、こ
の作業性を改善することができる。The outer inner peripheral elastic film 50 is for closing an arbitrary suction hole 18a, and can easily and quickly close a large number of the suction holes 18a.
That is, in the gripping plate 18, a large number of suction holes 18a are provided at the stage of manufacturing, and in use, a predetermined suction hole 18a is generally closed. Since the work of closing the suction holes 18a is performed by embedding a sealing tape for each suction hole 18a, this workability is extremely poor. However, in this way, the outer inner peripheral elastic film 50 is attached to close the suction holes 18a. Thereby, this workability can be improved.
【００３５】また、把持板１８を保持する弾性フィルム
の形状や配置位置等は任意に設定することができる。例
えば、前記外側内周弾性フィルム５０の厚みを外側外周
弾性フィルム４８同じに設定し、この上面を被覆板２０
に接合することで、これを把持板保持用に使用しても良
いことは勿論である。Further, the shape, the arrangement position, and the like of the elastic film for holding the holding plate 18 can be arbitrarily set. For example, the thickness of the outer inner peripheral elastic film 50 is set to be the same as the outer outer peripheral elastic film 48, and the upper surface thereof is covered with the cover plate 20.
Of course, it may be used for holding the gripping plate by bonding to the holding plate.
【００３６】トップリングシャフト１２は、図示しない
支柱に取り付けられたトップリングヘッド２８によって
支持されており、トップリングヘッド２８に設けられた
駆動軸（減速機付きモータ、図示略）の出力軸とプーリ
ベルト機構によって連結されて回転可能に、また、トッ
プリングヘッド２８と駆動軸ホルダとの間に設けられた
トップリングシリンダのシャフトの伸縮によって上下方
向に移動可能になっている。トップリングシャフト１２
は中空の筒状に形成されており、内部にはテフロン（登
録商標）又はポリプロピレンなどの耐食性のある樹脂等
の材質によって形成されたチューブが挿通されており、
これの上端はロータリージョイントを介して外部の流体
供給装置に連結されている。The top ring shaft 12 is supported by a top ring head 28 attached to a support (not shown). The output shaft of a drive shaft (motor with a reduction gear, not shown) provided on the top ring head 28 and a pulley It is connected by a belt mechanism so as to be rotatable, and is movable vertically by expansion and contraction of a shaft of a top ring cylinder provided between the top ring head 28 and the drive shaft holder. Top ring shaft 12
Is formed in a hollow cylindrical shape, and a tube formed of a material such as a corrosion-resistant resin such as Teflon (registered trademark) or polypropylene is inserted therein.
The upper end is connected to an external fluid supply device via a rotary joint.
【００３７】トップリングシャフト１２の下端部には、
外側に張り出したフランジ部５２を有する駆動板５４が
取付け部材５６を介して固定されている。駆動板５４の
下面中央には、下面が円錐状の逃げ面５８となっている
凸部６０が形成されており、この凸部６０の中央には、
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６２を摺動自在に収容する球面状凹所６４が形成さ
れている。被覆板２０の上面中央には、駆動板５４の凸
部６０を収容できる広さと高さ、並びに深さを持つ凹所
６６が形成されている。この凹所６６の底面の中央に
は、やはりベアリングボール６２を収容する球面状凹所
６８が形成されている。これら凹所６６、ベアリングボ
ール６２及び凹所６８によって球面軸受７０が形成され
ている。更に、駆動板５４と被覆板２０との間には、ト
ップリングシャフト１２の回転をトップリング１０に伝
達する回転伝達機構（図示せず）が設けられている。こ
れらの球面軸受７０と回転伝達機構により、トップリン
グシャフト１２とトップリング１０を互いに傾動を許容
しつつ連結する自在継手が構成されている。At the lower end of the top ring shaft 12,
A driving plate 54 having a flange portion 52 projecting outward is fixed via a mounting member 56. At the center of the lower surface of the driving plate 54, a convex portion 60 whose lower surface is a conical flank 58 is formed, and at the center of the convex portion 60,
A spherical recess 64 is formed to slidably accommodate a bearing ball 62 made of a hard material such as ceramics. At the center of the upper surface of the cover plate 20, a recess 66 having a width, a height, and a depth capable of accommodating the convex portion 60 of the drive plate 54 is formed. In the center of the bottom surface of the recess 66, a spherical recess 68 for accommodating the bearing ball 62 is formed. The concave portion 66, the bearing ball 62 and the concave portion 68 form a spherical bearing 70. Further, a rotation transmission mechanism (not shown) for transmitting the rotation of the top ring shaft 12 to the top ring 10 is provided between the driving plate 54 and the covering plate 20. The spherical bearing 70 and the rotation transmitting mechanism constitute a universal joint that connects the top ring shaft 12 and the top ring 10 while allowing the top ring 10 to tilt with each other.
【００３８】次に、前記のように構成された基板把持装
置を図５に示す研磨装置に適用した時の動作を説明す
る。先ず、この弾性マット１６で基板Ｗの表面を覆った
後、背圧空間Ｓを減圧させて、吸着穴１８ａから吸引す
ることで基板Ｗを吸着保持する。そして、トップリング
１０を研磨布１００に向けて下降させ、背圧空間Ｓに背
圧をかけつつ、ターンテーブル１０２を回転させ、砥液
供給ノズル１０６から砥液Ｑを供給しつつ、トップリン
グ１０で保持した基板Ｗを所定の圧力でターンテーブル
１０２の研磨布１００面に押圧することで研磨を行う。Next, the operation when the substrate holding device configured as described above is applied to the polishing apparatus shown in FIG. 5 will be described. First, after covering the surface of the substrate W with the elastic mat 16, the pressure in the back pressure space S is reduced, and the substrate W is suction-held by suction through the suction hole 18a. Then, while lowering the top ring 10 toward the polishing cloth 100 and applying a back pressure to the back pressure space S, the turntable 102 is rotated to supply the polishing liquid Q from the polishing liquid supply nozzle 106 and the top ring 10 Polishing is performed by pressing the substrate W held by the above process onto the surface of the polishing cloth 100 of the turntable 102 with a predetermined pressure.
【００３９】この時、被覆板２０から把持板１８に荷重
が伝達されるが、この荷重の伝達は、弾性フィルム４
４，４６，４８の全表面から行われて、把持板１８に弾
性フィルム４４，４６，４８の全表面に亘る分布荷重が
作用する。これにより、把持板１８の裏面が受ける圧力
分布がより均一となって、この変形が抑制され、しか
も、弾性フィルム４４，４６，４８により把持板１８と
被覆板２０との間の熱伝導が促進されて、基板Ｗの温度
分布がより均一となる。このため、把持板１８の変形や
基板Ｗの温度分布のばらつきに伴う研磨量の過不足を無
くして、基板Ｗをその全面に亘って平坦に研磨すること
ができる。At this time, the load is transmitted from the covering plate 20 to the gripping plate 18, and the load is transmitted by the elastic film 4.
The distribution load is applied to all surfaces of the elastic films 44, 46, and 48 on the gripping plate 18. As a result, the pressure distribution on the back surface of the holding plate 18 becomes more uniform, and this deformation is suppressed, and the heat conduction between the holding plate 18 and the covering plate 20 is promoted by the elastic films 44, 46, 48. As a result, the temperature distribution of the substrate W becomes more uniform. For this reason, the substrate W can be polished flat over the entire surface thereof without excessive or insufficient polishing amount due to deformation of the gripping plate 18 or variation in the temperature distribution of the substrate W.
【００４０】図４は、本発明の第２の実施の形態の基板
把持装置を示すもので、これは、把持板１８の中央部に
配置した円板状の中央弾性フィルム（弾性材）７２と、
把持板１８の周縁部に該把持板１８の肩部３２のほぼ全
域に亘って配置した幅広の外側弾性フィルム（弾性材）
７４を介して把持板１８を被覆板２０で保持し、把持板
１８と被覆板２０との間の前記弾性フィルム７２，７４
で挟まれた領域に背圧空間Ｓを設けたものである。他の
構成は、前記第１の実施の形態と同様である。FIG. 4 shows a substrate gripping device according to a second embodiment of the present invention, which comprises a disk-shaped central elastic film (elastic material) 72 disposed at the center of the gripping plate 18. ,
A wide outer elastic film (elastic material) which is arranged on the periphery of the grip plate 18 over substantially the entire area of the shoulder 32 of the grip plate 18
The holding plate 18 is held by the covering plate 20 via the cover 74, and the elastic films 72, 74 between the holding plate 18 and the covering plate 20 are provided.
A back pressure space S is provided in a region sandwiched between the two. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
【００４１】この実施の形態にあっては、弾性フィルム
７２，７４の面積をより広くして、トップリング荷重持
に弾性フィルム７２，７４を介して把持板１８の裏面に
作用する荷重をより均一にすることができる。このよう
に、把持板１８と被覆板２０との間に介装する弾性フィ
ルムの形状や配置位置、更には厚み等を任意に設定する
ことで、把持板の変形を抑制する効果を向上させること
ができる。In this embodiment, the area of the elastic films 72 and 74 is made larger so that the load acting on the back surface of the gripping plate 18 via the elastic films 72 and 74 can be made more uniform during the top ring load. Can be As described above, by arbitrarily setting the shape and arrangement position of the elastic film interposed between the holding plate 18 and the covering plate 20, and furthermore, the thickness and the like, the effect of suppressing the deformation of the holding plate is improved. Can be.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板把持
装置によれば、把持板に弾性フィルムの全表面に亘る分
布荷重が作用するようにすることで、把持板の裏面が受
ける圧力分布をより均一となしてこの変形を抑制し、し
かも、弾性フィルムにより熱伝導を促進して、より均一
な温度分布を実現できる。これにより、最終的に平坦度
の高い研磨を行うことができる。従って、半導体製造工
程における質の高いポリッシングを行うとともに、半導
体ウエハの周縁部まで製品に供することができるように
することにより半導体ウエハの歩留りを向上させること
ができる。As described above, according to the substrate gripping device of the present invention, the distribution load applied to the entire surface of the elastic film acts on the gripping plate, so that the pressure distribution applied to the back surface of the gripping plate is improved. Is more uniform to suppress this deformation, and furthermore, the heat conduction is promoted by the elastic film, so that a more uniform temperature distribution can be realized. Thereby, polishing with high flatness can be finally performed. Therefore, by performing high-quality polishing in the semiconductor manufacturing process and enabling the product to be provided to the peripheral portion of the semiconductor wafer, the yield of the semiconductor wafer can be improved.
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板把持装置の縦
断面図（図２のＸ−Ｘ線断面図）である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view (a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 2) of a substrate holding device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のＹ−Ｙ線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line YY of FIG.
【図３】図１に示す実施の形態の基板把持装置における
トップリング荷重持に把持板に作用する荷重の分布状態
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a distribution state of a load acting on a holding plate when holding a top ring load in the substrate holding device of the embodiment shown in FIG. 1;
【図４】本発明の第２の実施の形態の基板把持装置の縦
断面図である。。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a substrate holding device according to a second embodiment of the present invention. .
【図５】ポリッシング装置の全体構成を示す部分断面図
である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the entire configuration of the polishing apparatus.
【図６】従来の基板把持装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional substrate holding device.
【図７】従来の基板把持装置におけるボルトの締付けト
ルクの相違に基づく研磨面の平坦度の測定結果を示すグ
ラフである。FIG. 7 is a graph showing a measurement result of flatness of a polished surface based on a difference in bolt tightening torque in a conventional substrate holding device.
【図８】従来の基板把持装置において、異なる締付けト
ルクで被覆板に把持板を締結して研磨した時の研磨面の
平坦度を測定したグラフである。FIG. 8 is a graph showing the measured flatness of a polished surface when a holding plate is fastened to a covering plate with different tightening torques and polished in a conventional substrate holding device.
【図９】従来の基板把持装置におけるトップリング荷重
持に把持板に作用する荷重の分布状態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a distribution state of a load acting on a holding plate when holding a top ring load in a conventional substrate holding device.
１０ トップリング １２ トップリングシャフト １６ 弾性マット １８ 把持板 １８ａ 吸着穴 ２０ 被覆板 ２０ａ 連通穴 ２４ ガイドリング ２６ 押圧リング ３０ エアシリンダ ４０ 排気配管 ４４、４６，４８，５０，７２，７４ 弾性フィルム
（弾性材） ５４ 駆動板 ６２ ベアリングボール ７０ 球面軸受Reference Signs List 10 top ring 12 top ring shaft 16 elastic mat 18 gripping plate 18a suction hole 20 covering plate 20a communication hole 24 guide ring 26 pressing ring 30 air cylinder 40 exhaust pipe 44, 46, 48, 50, 72, 74 elastic film (elastic material) ) 54 drive plate 62 bearing ball 70 spherical bearing
Claims (5)
に取付けられる基板把持装置であって、 基板を表面に把持する把持板と、 前記把持板の裏面側を覆って該把持板との間に気密な背
圧空間を形成する被覆板とを備え、 前記被覆板は、該被覆板と前記把持板との間に介装した
粘着性を有する弾性材を介して前記把持板に保持されて
いることを特徴とする基板把持装置。1. A substrate gripping device which is tiltably attached to a lower end of a top ring shaft, wherein a gripping plate gripping a substrate on a surface thereof, and an airtight seal between the gripping plate covering a back side of the gripping plate. A cover plate that forms a suitable back pressure space, wherein the cover plate is held by the grip plate via an adhesive elastic material interposed between the cover plate and the grip plate. A substrate holding device characterized by the above-mentioned.
粘着性が変化する性質を有する粘着フィルムで構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。2. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the elastic material is formed of an adhesive film having a property that the adhesive property changes reversibly at a predetermined temperature.
圧力を前記把持板に該把持板の径方向に所定の勾配をも
つ分布加重として伝達するように設置されていることを
特徴とする請求項１または２記載の基板把持装置。3. The elastic member is provided so as to transmit a pressing force acting on the covering plate to the holding plate as a distribution weight having a predetermined gradient in a radial direction of the holding plate. The substrate holding device according to claim 1 or 2, wherein
性材の粘着力で一体化されていることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の基板把持装置。4. The substrate holding device according to claim 1, wherein the holding plate and the covering member are integrated by the adhesive force of the elastic material.
面に砥液を供給する砥液供給装置と、請求項１乃至４の
いずれかに記載の基板把持装置とを有することを特徴と
する研磨装置。5. A polishing table having a polishing surface, a polishing liquid supply device for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and the substrate gripping device according to claim 1. Polishing equipment.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014010384A1 (en) * | 2012-07-13 | 2014-01-16 | 旭硝子株式会社 | Polishing device for plate-like body, and polishing method for plate-like body |
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- 2000-11-02 JP JP2000335866A patent/JP3795317B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN110253439B (en) * | 2019-07-26 | 2023-04-18 | 浙江工业大学 | Gradient elastic polishing device with function of uniformly removing materials in domain |
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