JP2004349340A - 基板保持装置及び研磨装置 - Google Patents
基板保持装置及び研磨装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004349340A JP2004349340A JP2003142276A JP2003142276A JP2004349340A JP 2004349340 A JP2004349340 A JP 2004349340A JP 2003142276 A JP2003142276 A JP 2003142276A JP 2003142276 A JP2003142276 A JP 2003142276A JP 2004349340 A JP2004349340 A JP 2004349340A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- polishing
- substrate
- top ring
- semiconductor wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 159
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 127
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 39
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 100
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 48
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 33
- 239000010408 film Substances 0.000 description 26
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 3
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 3
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229920003225 polyurethane elastomer Polymers 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 3
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/27—Work carriers
- B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
【解決手段】基板Wを保持して研磨面に押圧する基板保持装置において、基板Wを保持する上下動可能なトップリング本体1と、トップリング本体1の内部に形成された複数の圧力室22,23,24,25にそれぞれ流体を供給する複数の流体路33,34,35,36と、複数の流体路33,34,35,36に設置され流体路33,34,35,36を流れる流体の流れの状態を検知するセンサS1,S2,S3,S4とを備えた。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨対象物である基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置、特に、半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化する研磨装置において該基板を保持する基板保持装置に関するものである。また、本発明は、かかる基板保持装置を備えた研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【0003】
半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【0004】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))である。この化学的機械的研磨は、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。
【0005】
この種の研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハを保持するためのトップリング又はキャリアヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【0006】
このような研磨装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハの各部分に印加される押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板保持装置の半導体ウェハの保持面をゴム等の弾性材からなる弾性膜で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェハに印加する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。
【0007】
また、上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中の半導体ウェハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウェハの外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、半導体ウェハの外周縁をガイドリング又はリテーナリングによって保持すると共に、ガイドリング又はリテーナリングによって半導体ウェハの外周縁側に位置する研磨面を押圧する構造を備えた基板保持装置も用いられている。
【0008】
ところで、半導体ウェハの表面に形成される薄膜は、成膜の際の方法や装置の特性により、半導体ウェハの半径方向の位置によって膜厚が異なる。即ち、半径方向に膜厚分布を持っている。このため、上述したような従来の半導体ウェハの全面を均一に押圧し研磨する基板保持装置では、半導体ウェハの全面に亘って均一に研磨されるため、上述した半導体ウェハの表面上の膜厚分布と同じ研磨量分布を得ることができない。そこで、半導体ウェハに対して部分的に異なった圧力を加え、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることにより、その部分の研磨レートを選択的に高め、これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨を可能とする研磨装置も提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウェハの裏面側に位置する複数の圧力室に供給される加圧空気などの流体の圧力をそれぞれ制御し、半導体ウェハに印加される圧力を部分的に制御して半導体ウェハに対して部分的に異なった圧力で押圧する場合、異なった圧力の境界に存在するメンブレン(弾性膜)が破損したり、半導体ウェハとメンブレンとの間で気密が保たれずにエア漏れ(リーク)が起こると、半導体ウェハの各場所を所定の押圧力で押圧することができず、研磨結果に悪影響を及ぼすという問題があった。この場合、リークが起こると、流体の圧力を調整しているレギュレータはリークによる圧力低下を補うように流量を増加する。そのため、圧力監視では軽度のリーク検知が難しい。また、1つの流量計でリークを検知しようとする場合、リークしていない状態で加圧しても流体の流れは発生するため、誤検知することが多く信頼性に欠けていた。
【0010】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、メンブレン(弾性膜)が破損して圧力室にリークが生じた場合や、基板とメンブレン(弾性膜)との間で気密が保たれずにリークが生じた場合に、このリークを速やかに検知す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研磨装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、被研磨物を保持して研磨面に押圧する基板保持装置において、前記被研磨物を保持する上下動可能なトップリング本体と、前記トップリング本体の内部に形成された複数の圧力室にそれぞれ流体を供給する複数の流体路と、前記複数の流体路に設置され該流体路を流れる流体の流れの状態を検知するセンサとを備えたことを特徴とする基板保持装置である。
【0012】
本発明の第1の態様によれば、加圧流体の流れの状態を検知することで、圧力室のリークや被研磨物である基板とメンブレン(弾性膜)との間のリークを検知し、圧力室を形成する弾性膜等の破損やトップリングの組立不良などを検知することが可能となる。また、圧力室の圧力を設定圧力に維持することができるので、基板の破損の危険性を低減することができる。更に、このような圧力室のリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリングの下面から基板が外れたことも検知することができ、基板の破損の危険性を更に低減することができる。
【0013】
本発明の好ましい態様は、前記複数の圧力室のうち境界部により隔てられた隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に、それぞれ前記センサが設置されていることを特徴とする。
本発明によれば、隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した際、加圧流体は圧力が高い圧力室側から圧力が低い圧力室側に流れることになる。この場合、圧力の高い側のレギュレータから加圧流体は供給され、圧力の低い側のレギュレータは加圧流体を大気へ放出することになる。したがって、異なった圧力の加圧流体が供給される隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した場合には、加圧流体は、圧力の高い側から圧力の低い側へ定まった方向で、かつ同一の流量で流れることになるため、前記二つのセンサがこの加圧流体の流れ方向または同一流量を検知することにより、境界部で発生するリークを検知することができる。
【0014】
本発明の好ましい態様は、前記センサは、前記流体の流れの方向を検知できる。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、前記流体の流速を検知できる。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、前記流体の流量を検知できる。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、前記流体の流速と流れの方向を検知できる。
【0015】
本発明の他の態様は、研磨面を有する研磨テーブルと、上述の基板保持装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に設置された前記センサがある定まった流体の流れ方向を検知したときに、基板の研磨を中止することを特徴とする。
【0016】
本発明によれば、隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した際、加圧流体は圧力が高い圧力室側から圧力が低い圧力室側に流れることになる。この場合、圧力の高い側のレギュレータから加圧流体は供給され、圧力の低い側のレギュレータは加圧流体を大気へ放出することになる。したがって、異なった圧力の加圧流体が供給される隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した場合には、加圧流体は、圧力の高い側から圧力の低い側へ定まった方向で、かつ同一の流量で流れることになるため、前記二つのセンサがこの加圧流体の流れ方向を検知することにより、さらに流量を同時に検知することにより、より高精度に境界部で発生するリークを検知することができる。そして、このリークを検知した場合に、基板の研磨を中止する。
【0017】
この研磨の中止は、例えば、基板をトップリングにより真空吸着してからトップリングを研磨面から上昇させることにより行うことができる。そして、この情報を記録しておき、再研磨の時に利用しても良いし、微小リークを検知できることから、メンブレンの寿命検知としても利用できる。
【0018】
本発明の好ましい態様は、前記ある定まった流体の流れ方向が、1つは基板に対して加圧する方向で、1つが基板に対して減圧する方向であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ある定まった流体の流れ方向が互いに反対方向であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に設置された前記センサが同一の流量を検知したときに、基板の研磨を中止することを特徴とする。
【0019】
本発明によれば、隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した際、加圧流体は圧力が高い圧力室側から圧力が低い圧力室側に流れることになる。この場合、圧力の高い側のレギュレータから加圧流体は供給され、圧力の低い側のレギュレータは加圧流体を大気へ放出することになる。したがって、異なった圧力の加圧流体が供給される隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した場合には、加圧流体は、圧力の高い側から圧力の低い側へ二つの流体路を同一の流量で流れることになるため、前記二つのセンサが同一流量、もしくは正反対の流れ方向を検知することにより、境界部で発生するリークを検知することができる。そして、このリークを検知した場合に、基板の研磨を中止する。
【0020】
本発明の好ましい態様は、前記隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に設置された前記センサがある定まった流体の流れ方向と定まった流量を検知したときに、基板の研磨を中止することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ある定まった流体の流れ方向が互いに反対方向であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ある定まった流体の流れ方向が互いに反対方向であり、定まった流量は同一であることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板保持装置及び研磨装置の実施形態について図1乃至図6を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す断面図である。ここで、基板保持装置は、被研磨物である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。図1に示すように、本発明に係る基板保持装置を構成するトップリング1の下方には、上面に研磨パッド101を貼付した研磨テーブル100が設置されている。また、研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されており、この研磨液供給ノズル102によって研磨テーブル100上の研磨パッド101上に研磨液Qが供給されるようになっている。
【0022】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のSUBA800、IC−1000、IC−1000/SUBA400(二層クロス)、フジミインコーポレイテッド社製のSurfin xxx−5、Surfin 000等がある。SUBA800、Surfin xxx−5、Surfin 000は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、IC−1000は硬質の発泡ポリウレタン(単層)である。発泡ポリウレタンは、ポーラス(多孔質状)になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。
【0023】
また、上述した研磨パッドに限らず、例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成したものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径0.5μm以下のCeO2又はSiO2又はAl2O3を用い、バインダにはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂又はMBS樹脂やABS樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。
【0024】
図1に示すように、トップリング1は自在継手部10を介してトップリング駆動軸11に接続されており、トップリング駆動軸11はトップリングヘッド110に固定されたトップリング用エアシリンダ111に連結されている。このトップリング用エアシリンダ111によってトップリング駆動軸11は上下動し、トップリング1の全体を昇降させると共にトップリング本体2の下端に固定されたリテーナリング3を研磨テーブル100に押圧するようになっている。
【0025】
トップリング用エアシリンダ111は流体路31及びレギュレータR1を介して圧縮空気源120に接続されており、レギュレータR1によってトップリング用エアシリンダ111に供給される加圧空気の空気圧等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。
【0026】
また、トップリング駆動軸11はキー(図示せず)を介して回転筒112に連結されている。この回転筒112はその外周部にタイミングプーリ113を備えている。トップリングヘッド110にはトップリング用モータ114が固定されており、上記タイミングプーリ113は、タイミングベルト115を介してトップリング用モータ114に設けられたタイミングプーリ116に接続されている。従って、トップリング用モータ114を回転駆動することによってタイミングプーリ116、タイミングベルト115、及びタイミングプーリ113を介して回転筒112及びトップリング駆動軸11が一体に回転し、トップリング1が回転する。なお、トップリングヘッド110は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト117によって支持されている。
【0027】
以下、本発明に係る基板保持装置を構成するトップリング1についてより詳細に説明する。図2は本発明の基板保持装置を構成するトップリングを示す縦断面図である。
図2に示すように、基板保持装置を構成するトップリング1は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体2と、トップリング本体2の下端に固定された環状のリテーナリング3とを備えている。トップリング本体2は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング3は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【0028】
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。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。
【0029】
トップリング本体2のハウジング部2aの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸11が配設されており、トップリング本体2とトップリング駆動軸11とは自在継手部10により連結されている。この自在継手部10は、トップリング本体2及びトップリング駆動軸11とを互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸11の回転をトップリング本体2に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸11からトップリング本体2に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。
【0030】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸11の下面の中央に形成された球面状凹部11aと、ハウジング部2aの上面の中央に形成された球面状凹部2dと、両凹部11a,2d間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール12とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸11に固定された駆動ピン(図示せず)とハウジング部2aに固定された被駆動ピン(図示せず)とから構成される。トップリング本体2が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸11の回転トルクをトップリング本体2に確実に伝達する。
【0031】
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、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、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。
【0032】
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、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。図2に示すように、圧力室21にはチューブ、コネクタ等からなる流体路32が連通されており、圧力室21は流体路32上に配置されたレギュレータR2を介して圧縮空気源120に接続されている。なお、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いる。
【0033】
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。
【0034】
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半導体ウェハWの外周縁部に当接する環状のエッジメンブレン(弾性膜)7が設けられている。このエッジメンブレン7の上端は、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おり、これにより、エッジメンブレン7がチャッキングプレート6に取付けられる。
【0035】
図2に示すように、半導体ウェハWがトップリング1に保持された際に、エッジメンブレン7の内部には圧力室22が形成されるようになっている。この圧力室22には、チューブ、コネクタ等からなる流体路33が連通されており、圧力室22はこの流体路33上に配置されたレギュレータR3を介して圧縮空気源120に接続されている。なお、エッジメンブレン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。また、エッジメンブレン7を形成するゴム材としては、硬度(duro)が20〜60のものが好適に使用される。
【0036】
半導体ウェハWを研磨する際、トップリング1の回転に伴い半導体ウェハWも回転するが、上述したエッジメンブレン7だけでは半導体ウェハWとの接触範囲が小さく、回転トルクを伝達しきれないおそれがある。このため、半導体ウェハWに当接して、半導体ウェハWに十分なトルクを伝達する環状の中間エアバッグ19がチャッキングプレート6の下面に固定されている。この中間エアバッグ19は、エッジメンブレン7の径方向内側に配置され、半導体ウェハWに十分なトルクを伝達するだけの接触面積をもって半導体ウェハWと接触する。中間エアバッグは、プロファイルコントロールを行うためのものである。
【0037】
中間エアバッグ19は、半導体ウェハWの上面に当接する弾性膜91と、弾性膜91を着脱可能に保持するエアバッグホルダー92とから構成されている。エアバッグホルダー92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91の上端は、環状溝6aとエアバッグホルダー92との間に挟まれており、これにより、弾性膜91がチャッキングプレート6の下面に着脱可能に取付けられる。
【0038】
半導体ウェハWがトップリング1に保持された際に、中間エアバッグ19の内部には、弾性膜91とエアバッグホルダー92とによって圧力室24が形成されるようになっている。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上に配置されたレギュレータR5を介して圧縮空気源120に接続されている。なお、弾性膜91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。
【0039】
エッジメンブレン7、中間エアバッグ19、半導体ウェハ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上に配置されたレギュレータR4を介して圧縮空気源120に接続されている。
【0040】
また、中間エアバッグ19、半導体ウェハ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上に配置されたレギュレータR6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)を介して各レギュレータR2〜R6に接続されている。
【0041】
エッジメンブレン7の外周面とリテーナリング3との間には、わずかな間隙Gがあるので、エッジリング4とチャッキングプレート6に取付けられたエッジメンブレン7等の部材は、トップリング本体2及びリテーナリング3に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。チャッキングプレート6には、その外周縁部から外方に突出する突起6cが複数箇所に設けられており、この突起6cがリテーナリング3の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記チャッキングプレート6等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【0042】
ここで、図3(a)乃至図3(c)を参照して中間エアバッグ19について詳細に説明する。図3(a)乃至図3(c)は、図2の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
図3(a)に示すように、本実施形態における中間エアバッグ19の弾性膜91は、外方に張り出したつば91aを有する中間当接部91bと、つば91aとの間に環状の凹部93を形成しつつ、つば91aの基部91cから外方に延びる延出部91dと、エアバッグホルダー92を介してチャッキングプレート6に接続される接続部91eとを有している。延出部91dの外方端部は、つば91aの先端よりも内方に位置しており、この延出部91dの外方端部から上方に向かって上記接続部91eが延びている。これらのつば91a、中間当接部91b、接続部91e、延出部91dは弾性を有する同一の材料で一体に形成されている。また、中間当接部91bの中央部には開口91fが形成されている。
【0043】
このような構成とすることで、半導体ウェハWを中間エアバッグ19の中間当接部91bに密着させた後(図3(b)参照)、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場合には、接続部91eによる上向きの力が延出部91dによって横方向あるいは斜め方向の力に変換されてつば91aの基部91cに加えられることとなる(図3(c)参照)。従って、つば91aの基部91cに加わる上向きの力を極めて小さくすることができ、中間当接部91bには過剰な上向きの力が加わることがない。このため、基部91cの近傍に真空が形成されることがなく、つば91aを除く中間当接部91bの全面において均一な研磨レートを実現することができる。この場合において、接続部91eの厚さやつば91aの長さを径方向内側と外側とで変えてもよく、また延出部91dの長さも径方向内側と外側で変えることもできる。更に、研磨される半導体ウェハ上の膜種や研磨パッドの種類により、つば91aの厚みを変えてもよい。半導体ウェハに伝えられる抵抗、研磨トルクが大きい場合は、つば91aのねじれを防ぐため、厚くするのが好ましい。
【0044】
次に、図4(a)乃至図4(c)を参照して、エッジメンブレン7について詳細に説明する。図4(a)は本実施形態に係るエッジメンブレンの全体構成を示す断面図であり、図4(b)及び図4(c)は図2に示す基板保持装置の部分断面図である。
【0045】
本実施形態に係るエッジメンブレン(弾性膜)7は、半導体ウェハWの外周縁部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。この周壁部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とから構成されている。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。
【0046】
図4(b)及び図4(c)に示すように、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はねじ(図示せず)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、エッジメンブレン7がチャッキングプレート6に着脱可能に取付けられる。上述した流体路33はエッジリング4の内部を鉛直方向に貫通し、エッジリング4の下面で開口している。従って、エッジリング4、エッジメンブレン7、及び半導体ウェハWにより画成された環状の圧力室22は流体路33に連通し、流体路33及びレギュレータR3を介して圧縮空気源120に接続されている。
【0047】
周壁部9は上下方向に、即ち、半導体ウェハ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。より具体的には、周壁部9を構成する外周壁部9aは、上下方向に伸縮自在な伸縮部40aを有しており、この伸縮部40aは、外周壁部9aの一部が周方向に沿って内方に折り曲げられた後、さらに外方に折り返された構成を有している。この伸縮部40aは、外側当接部8a近傍に位置し、エッジリング4よりも下方の位置に設けられている。また、周壁部9を構成する内周壁部9bにも上下方向に伸縮自在な伸縮部40bが設けられている。この伸縮部40bは、内周壁部9bの下端近傍の部位が周方向に沿って内方に折り曲げられた形状を有している。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、当接部8(外側当接部8a及び内側当接部8b)の形状を保持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。従って、図4(c)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が追従して伸張し、エッジメンブレン7と半導体ウェハWとの接触範囲を一定に維持することができる。
【0048】
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を介して加圧空気等の加圧流体を供給する、あるいは大気圧や真空にすることができるようになっている。即ち、流体路32〜36上に配置されたレギュレータR2〜R6によってそれぞれの圧力室21〜25に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室21〜25の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。
【0049】
ここで、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に供給される流体の流れ状態を検知するセンサS1,S2,S3,S4がそれぞれ設けられている。
【0050】
ここで、図6(a)乃至図6(c)を参照して、上記各センサS1,S2,S3,S4について説明する。図6(a)は流体(加圧空気)の流れのない状態を示す図であり、図6(b)は図中左側から右側に流体が流れた状態を示す図であり、図6(c)は図中右側から左側に流体が流れた状態を示す図である。
各センサS1,S2,S3,S4は、図6に示すセンサチップ60からなり、このセンサチップ60内の中央にヒータ61が配置されており、このヒータ61を挟んで両側に温度センサ62,62が配置されている。
【0051】
上述の構成において、ヒータ61に通電加熱すると、図6(a)に示すように流体の流れのない状態では、ヒータ61を中心とした温度分布が対称となるが、図6(b)に示すように、図中左側から右側に流体が流れた状態では、ヒータ61の上流側の温度が低下し、下流側の温度が上昇して、温度分布の対称性が崩れてしまう。同様に、図6(c)に示すように図中右側から左側に流体が流れた状態においても、ヒータ61の上流側の温度が低下し、下流側の温度が上昇して、温度分布の対称性が崩れてしまう。
【0052】
この温度差は、温度センサの抵抗値の差となって現れ、これにより質量流量(流速×密度)を求めることができる。この方式を用いることによって、双方向の流れを検知することができる。
図6に示すセンサチップ60においては、流体の流量と出力との間には直線性があり、センサチップ60の出力から流体の流量を検出することができる。従って、各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる流体の流量も検知できる。
【0053】
次に、各圧力室22,23,24,25と各センサS1,S2,S3,S4との関係について詳述する。
上記各センサS1,S2,S3,S4は、流体の流れの方向を検知できるようになっている。すなわち、各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる流体(加圧空気)が各レギュレータR3,R4,R5,R6側から各圧力室22,23,24,25側に流れるのか、あるいは各圧力室22,23,24,25側から各レギュレータR3,R4,R5,R6側に流れるのかを検知できるように構成されている。
【0054】
また各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる流体の流速を検知できるように構成されている。そして、各センサS1,S2,S3,S4は、各流体路33,34,35,36を流れる流体の流速を検知できるため、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を流れる流体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〜S4の内部で行う構成にしても良いし、研磨装置を制御するための制御装置(図示せず)の演算部で行うように構成してもよい。
【0055】
上述のセンサS1〜S4の構成において、各圧力室22,23,24,25に異なった圧力の加圧流体(圧縮空気)が供給された場合に、異なった圧力の境界部でリークが発生した際、隣接した二つの圧力室間において、加圧流体は圧力が高い圧力室側から圧力が低い圧力室側に流れることになる。この場合、圧力の高い側のレギュレータから加圧流体は供給され、圧力の低い側のレギュレータは加圧流体を大気へ放出することになる。
【0056】
図5(a)及び図5(b)は、中間エアバッグ19が正常に作動している場合と、中間エアバッグ19が破損した場合の動作を示す説明図である。図5(a)に示すように、中間エアバッグ19が正常に作動している場合には、圧力室23及び圧力室24内の各圧力が設定圧力に到達すれば流体路34,35を流れる流体の流量はそれぞれゼロになる。しかしながら、図5(b)に示すように、中間エアバッグ19が破損した場合には、加圧流体は圧力が高い圧力室24側から圧力が低い圧力室23側に流れることになる。この場合、圧力の高い側のレギュレータR5から加圧流体は供給され、圧力の低い側のレギュレータR4は加圧流体を大気に放出することになる。すなわち、異なった圧力の加圧流体が供給される隣接する二つの圧力室の境界部でリークが発生した際には、加圧流体は、圧力の高い側から圧力の低い側へ決まった方向で、かつ同一の流量で流れる。
【0057】
通常の半導体ウェハへの加圧または減圧は同時に行われるため、隣接する圧力室に供給される流体の流れ方向は常に同一であるし、流量もそれぞれ異なっている。従って、隣接する二つの圧力室に加圧流体を供給する流体路において、圧力設定の高い側と低い側にそれぞれ流体の流れ方向と流量を検知できるセンサを設けることにより流体のリークを監視することが可能である。すなわち、設置された二つのセンサが圧力の高い方から低い方への流体の流れと同一流量を検知すれば、リークが発生していると判定することができる。この場合、リークの判定には、二つのセンサにより流体の流れ方向だけ検知してもよく、また同一流量だけ検知してもよいが、安定したリークの検知には、これらの両方を監視することが望ましい。
【0058】
上述のような方法を用いれば、微小リークを検知することが可能になる。従来、メンブレンの寿命は経験的に十分な安全率を見込んで決められていたが、実際に微小亀裂が生じ、そこからの微小リークを検知した時点を寿命と判断することができる。これは、微小亀裂が成長し、大きな「穴」や破断に至るまでには少なからず時間が必要だからである。この場合の微小リークとは、圧力コントローラがフィードバック回路により圧力を補正できる程度の流量を示す。
【0059】
また、流体の流れ方向を検知できない通常の流量計でも、半導体ウェハに対して押圧力の高低が定まっていれば、リークした際の流体の流れ方向は常に同じであるので、その流れ方向にならって流量計を設置すれば検知可能である。
以上のように本発明は、リークが起こりうる境界部の両側に、それぞれセンサを設置し、リーク発生時と通常の加圧時との流体の流れの状態の相違を利用することで、安定したリーク検知を可能としたものである。
【0060】
次に、図1及び図2に示すトップリング1の全体の動作について説明する。
上記構成の研磨装置において、半導体ウェハWの搬送時には、トップリング1の全体を半導体ウェハWの移送位置に位置させる。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の下端面に半導体ウェハWが真空吸着される。そして、半導体ウェハWを吸着した状態でトップリング1を移動させ、トップリング1の全体を研磨面(研磨パッド101)を有する研磨テーブル100の上方に位置させる。なお、半導体ウェハWの外周線はリテーナリング3によって保持され、半導体ウェハWがトップリング1から飛び出さないようになっている。
【0061】
次いで、圧力室23及び/又は圧力室24による半導体ウェハ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の下端に固定されたリテーナリング3を所定の押圧力で研磨テーブル100の研磨面に押圧する。その後、圧力室21に加圧流体を供給してチャッキングプレート6を下降させ、エッジメンブレン7及び中間エアバッグ19を半導体ウェハWに対して押圧する。これにより、エッジメンブレン7及び中間エアバッグ19の下面を半導体ウェハWの上面に確実に密着させることができる。この状態で、圧力室22〜25にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、チャッキングプレート6を上昇させると共に、半導体ウェハWを研磨テーブル100の研磨面に押圧する。この時、チャッキングプレート6の上昇に追従してエッジメンブレン7の伸縮部40a,40bが伸張するため、エッジメンブレン7の下面(当接部8)と半導体ウェハWの外周縁部との接触範囲が一定に維持される。そして、予め研磨液供給ノズル102から研磨液Qを流すことにより、研磨パッド101に研磨液Qが保持され、半導体ウェハWの研磨される面(下面)と研磨パッド101との間に研磨液Qが存在した状態で研磨が行われる。
【0062】
このように、本実施形態に係るトップリング(基板保持装置)1によれば、エッジメンブレン7と半導体ウェハWの外周縁部との接触範囲が一定に維持されるので、半導体ウェハWの外周縁部での押圧力の変化を防止することができる。従って、半導体ウェハWの外周縁部を含む全面を均一な押圧力で研磨面に押圧することができる。その結果、半導体ウェハWの外周縁部での研磨レートの低下を防止することができ、さらには、外周縁部の径方向内側に位置する領域での研磨レートの局所的な上昇を防止することができる。具体的には、直径200mmの半導体ウェハの場合では半導体ウェハの外周縁部から約20mmに位置する領域、直径300mmの半導体ウェハの場合では半導体ウェハの外周縁部から約25mmに位置する領域での研磨レートの上昇が防止できる。
【0063】
また、エッジメンブレン7の当接部8に周方向に延びる切れ目18を設けたことにより、周壁部9(外周壁部9a及び内周壁部9b)の下方への伸張性を向上させることができる。従って、圧力室22に供給される加圧流体の圧力を下げた場合でも、エッジメンブレン7と半導体ウェハWとの接触範囲を良好に保つことができ、より少ない押圧力で半導体ウェハWを押圧することができる。
【0064】
ここで、半導体ウェハWの圧力室22,23,24,25の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室22〜25に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。従って、圧力室22〜25に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハWの全面を均一な力で研磨面に押圧することができ、半導体ウェハWの全面に亘って均一な研磨レートを得ることができる。また、同様に、レギュレータR2によって圧力室21に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング3が研磨パッド101を押圧する押圧力を変更することができる。このように、研磨中に、リテーナリング3が研磨パッド101を押圧する押圧力と各圧力室22〜25が半導体ウェハWを研磨パッド101に押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウェハWの研磨プロファイルを制御することができる。なお、半導体ウェハWには、中間エアバッグ19の当接部を介して流体から押圧力が加えられる部分と、加圧流体の圧力そのものが半導体ウェハWに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は同一圧力である。
【0065】
上述のようにして、トップリング用エアシリンダ111によるリテーナリング3の研磨パッド101への押圧力と、各圧力室22〜25に供給する加圧流体による半導体ウェハWの研磨パッド101への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハWの研磨が行われる。
【0066】
上述の研磨中において、圧力室22〜25に供給される加圧流体がそれぞれ異なった圧力で、半導体ウェハWが部分的に異なった押圧状態にあるときに、圧力室22〜25に供給している流体路33〜36に備えられたセンサS1〜S4のうち隣接する二つの圧力室用の二つのセンサがある定まった流体の流れ方向を検知したときに、隣接する圧力室22〜25を隔てている境界部(メンブレン)に破損等が起きたと判定される。したがって、このとき、トップリング1により半導体ウェハWを真空吸着してトップリング1を研磨面から上昇させる等の操作により、半導体ウェハWの研磨を中止する。また、センサS1〜S4のうち隣接する二つの圧力室用の二つのセンサが同一の流量の流体の流れを検知したときに、隣接する圧力室22〜25を隔てている境界部(メンブレン)に破損等が起きたと判定される。したがって、このとき、半導体ウェハWの研磨を中止する。
【0067】
そして、研磨が終了した際は、圧力室22〜25への加圧流体の供給を止め、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、半導体ウェハ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。これは、圧力室21の圧力を高いままにしておくと、チャッキングプレート6の下面によって半導体ウェハWが研磨面に局所的に押圧されることになってしまうためである。
【0068】
上述のように半導体ウェハWを吸着させた後、トップリング1の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、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から半導体ウェハ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)を噴射して半導体ウェハWをリリースする。
【0069】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【0070】
【発明の効果】
上述したように、本発明の基板保持装置の態様によれば、加圧流体の流れの状態を検知することで、圧力室のリークや被研磨物である基板とメンブレン(弾性膜)との間のリークを検知し、圧力室を形成する弾性膜等の破損やトップリングの組立不良、寿命などを検知することが可能となる。また、圧力室の圧力を設定圧力に維持することができるので、基板の破損の危険性を低減することができる。更に、このような圧力室のリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリングの下面から基板が外れたことも検知することができ、基板の破損の危険性を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係るトップリングを示す縦断面図である。
【図3】図3(a)乃至図3(c)は、図2の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
【図4】図4(a)は本発明の実施形態に係るエッジメンブレンの全体構成を示す断面図であり、図4(b)及び図4(c)は図2に示す基板保持装置の部分断面図である。
【図5】図5(a)は中間エアバッグが正常に作動している場合、図5(b)は中間エアバッグが破損した場合の動作を示す説明図である。
【図6】図6(a)乃至図6(c)は流体の流れの状態を検知するセンサを示す図であり、図6(a)は流体(加圧空気)の流れのない状態を示す図であり、図6(b)は図中左側から右側に流体が流れた状態を示す図であり、図6(c)は図中右側から左側に流体が流れた状態を示す図である。
【符号の説明】
1 トップリング
2 トップリング本体
2a ハウジング部
2b 加圧シート支持部
2c シール部
2d 球面状凹部
3 リテーナリング
4 エッジリング
4a 収容溝
5 ホルダーリング
6 チャッキングプレート(上下動部材)
6c 突起
7 エッジメンブレン(弾性膜)
8 当接部
8a 外当接部
8b 外周壁部
9 周壁部
9a 外周壁部
9b 内周壁部
10 自在継手部
11 トップリング駆動軸
11a 球面状凹部
12 ベアリングボール
13 加圧シート
18 切れ目
19 中間エアバッグ
21,22,23,24,25 圧力室
31,32,33,34,35,36 流体路
40,40a,40b 伸縮部
45 押圧部材
46,46a,46b 溝
48 肉厚部
50 補強部材
51 洗浄液路
53 連通孔
60 センサチップ
61 ヒータ
62 温度センサ
71 折り曲げ箇所
72 結合箇所
91 弾性膜
91a つば
91b 中間当接部
91c 基部
91e 接続部
91f 開口
92 エアバッグホルダー
93 凹部
96 硬質部材
97 硬質の材料
101 研磨パッド
100 研磨テーブル
102 研磨液供給ノズル
110 トップリングヘッド
111 トップリング用エアシリンダ
112 回転筒
113,116 タイミングプーリ
114 トップリング用モータ
115 タイミングベルト
117 トップリングヘッドシャフト
120 圧縮空気源
180 通孔
180a 第1開口部(流体供給口)
180b 第2開口部
180c 第3開口部
190 補強部材
G 間隙
Q 研磨液
R1,R2,R3,R4,R5,R6 レギュレータ
S1,S2,S3,S4 センサ
W 半導体ウェハ
Claims (14)
- 基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置において、
前記基板を保持する上下動可能なトップリング本体と、
前記トップリング本体の内部に形成された複数の圧力室にそれぞれ流体を供給する複数の流体路と、
前記複数の流体路に設置され該流体路を流れる流体の流れの状態を検知するセンサとを備えたことを特徴とする基板保持装置。 - 前記複数の圧力室のうち境界部により隔てられた隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に、それぞれ前記センサが設置されていることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 前記センサは、前記流体の流れの方向を検知できることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 前記センサは、前記流体の流速を検知できることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 前記センサは、前記流体の流量を検知できることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 前記センサは、前記流体の流速と流れの方向を検知できることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 研磨面を有する研磨テーブルと、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の基板保持装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。 - 前記隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に設置された前記センサがある定まった流体の流れ方向を検知したときに、基板の研磨を中止することを特徴とする請求項7に記載の研磨装置。
- 前記ある定まった流体の流れ方向が、1つは基板に対して加圧する方向で、1つが基板に対して減圧する方向であることを特徴とする請求項8に記載の研磨装置。
- 前記ある定まった流体の流れ方向が互いに反対方向であることを特徴とする請求項8に記載の研磨装置。
- 前記隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に設置された前記センサが同一の流量を検知したときに、基板の研磨を中止することを特徴とする請求項7に記載の研磨装置。
- 前記隣接する二つの圧力室にそれぞれ流体を供給する二つの流体路に設置された前記センサがある定まった流体の流れ方向と定まった流量を検知したときに、基板の研磨を中止することを特徴とする請求項7に記載の研磨装置。
- 前記ある定まった流体の流れ方向が互いに反対方向であることを特徴とする請求項12に記載の研磨装置。
- 前記ある定まった流体の流れ方向が互いに反対方向であり、定まった流量は同一であることを特徴とする請求項12に記載の研磨装置。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003142276A JP4718107B2 (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 基板保持装置及び研磨装置 |
US10/555,702 US7465214B2 (en) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
CNB2004800138675A CN100377311C (zh) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | 衬底保持装置和抛光装置 |
PCT/JP2004/002219 WO2004105112A1 (en) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
TW093104717A TWI241938B (en) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
EP04714500.8A EP1625613B1 (en) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | Substrate holding apparatus and polishing apparatus |
KR1020057021754A KR101044738B1 (ko) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | 기판홀딩장치, 폴리싱장치 및 기판홀딩장치에 의해 기판을 홀딩하고 폴리싱 표면에 대해 기판을 프레스하는 방법 |
CN2008100812206A CN101241843B (zh) | 2003-05-20 | 2004-02-25 | 衬底抛光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003142276A JP4718107B2 (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 基板保持装置及び研磨装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004349340A true JP2004349340A (ja) | 2004-12-09 |
JP4718107B2 JP4718107B2 (ja) | 2011-07-06 |
Family
ID=33475049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003142276A Expired - Lifetime JP4718107B2 (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 基板保持装置及び研磨装置 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7465214B2 (ja) |
EP (1) | EP1625613B1 (ja) |
JP (1) | JP4718107B2 (ja) |
KR (1) | KR101044738B1 (ja) |
CN (2) | CN101241843B (ja) |
TW (1) | TWI241938B (ja) |
WO (1) | WO2004105112A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017205853A (ja) * | 2016-05-13 | 2017-11-24 | 株式会社荏原製作所 | 弾性膜、基板保持装置、基板研磨装置、基板保持装置における基板吸着判定方法および圧力制御方法 |
US10537975B2 (en) | 2015-08-18 | 2020-01-21 | Ebara Corporation | Substrate adsorption method, substrate holding apparatus, substrate polishing apparatus, elastic film, substrate adsorption determination method for substrate holding apparatus, and pressure control method for substrate holding apparatus |
WO2024076421A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | Applied Materials, Inc. | Membrane failure detection system |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4718107B2 (ja) * | 2003-05-20 | 2011-07-06 | 株式会社荏原製作所 | 基板保持装置及び研磨装置 |
JP4108023B2 (ja) | 2003-09-09 | 2008-06-25 | 株式会社荏原製作所 | 圧力コントロールシステム及び研磨装置 |
EP2063461A4 (en) * | 2006-09-13 | 2010-06-02 | Asahi Glass Co Ltd | POLISHING AGENT FOR INTEGRATED CIRCUIT SEMICONDUCTOR DEVICE, POLISHING METHOD, AND METHOD OF MANUFACTURING THE INTEGRATED CIRCUIT SEMICONDUCTOR DEVICE |
JP5390807B2 (ja) * | 2008-08-21 | 2014-01-15 | 株式会社荏原製作所 | 研磨方法および装置 |
DE102009030298B4 (de) * | 2009-06-24 | 2012-07-12 | Siltronic Ag | Verfahren zur lokalen Politur einer Halbleiterscheibe |
US8545289B2 (en) * | 2011-04-13 | 2013-10-01 | Nanya Technology Corporation | Distance monitoring device |
WO2013134075A1 (en) | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Applied Materials, Inc. | Detecting membrane breakage in a carrier head |
JP5905359B2 (ja) * | 2012-07-23 | 2016-04-20 | 株式会社荏原製作所 | 圧力制御装置および該圧力制御装置を備えた研磨装置 |
JP6158637B2 (ja) * | 2012-08-28 | 2017-07-05 | 株式会社荏原製作所 | 弾性膜及び基板保持装置 |
JP6085572B2 (ja) * | 2014-01-09 | 2017-02-22 | 株式会社荏原製作所 | 圧力制御装置および該圧力制御装置を備えた研磨装置 |
KR102173323B1 (ko) | 2014-06-23 | 2020-11-04 | 삼성전자주식회사 | 캐리어 헤드, 화학적 기계식 연마 장치 및 웨이퍼 연마 방법 |
TWI730044B (zh) * | 2016-03-15 | 2021-06-11 | 日商荏原製作所股份有限公司 | 基板研磨方法、頂環及基板研磨裝置 |
US20190061098A1 (en) * | 2016-04-01 | 2019-02-28 | Joon Mo Kang | Carrier head for chemical mechanical polishing apparatus comprising substrate receiving member |
JP6713377B2 (ja) * | 2016-08-10 | 2020-06-24 | エイブリック株式会社 | 研磨ヘッド、研磨ヘッドを有するcmp研磨装置およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法 |
JP6757696B2 (ja) * | 2017-04-21 | 2020-09-23 | 株式会社荏原製作所 | 漏れ検査方法、およびこの漏れ検査方法を実行するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
DE102017215461A1 (de) * | 2017-09-04 | 2019-03-07 | Krones Ag | Verfahren zur Leckage-Erkennung in einer Vorrichtung zum Umformen von Behälter-Vorformlingen |
WO2019089467A1 (en) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | Axus Technology, Llc | Planarized membrane and methods for substrate processing systems |
KR102426225B1 (ko) * | 2017-11-15 | 2022-07-28 | 주식회사 케이씨텍 | 기판 처리 장치 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0429017A (ja) * | 1990-05-25 | 1992-01-31 | Tokyo Gas Co Ltd | 流体の流速及び流れ方向測定方法及び測定装置 |
JPH10166257A (ja) * | 1996-12-10 | 1998-06-23 | Nikon Corp | 研磨装置 |
JP2002280337A (ja) * | 2001-03-16 | 2002-09-27 | Ebara Corp | 基板保持装置、ドレッサ、及びポリッシング装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5904609A (en) * | 1995-04-26 | 1999-05-18 | Fujitsu Limited | Polishing apparatus and polishing method |
US5857893A (en) * | 1996-10-02 | 1999-01-12 | Speedfam Corporation | Methods and apparatus for measuring and dispensing processing solutions to a CMP machine |
US5857899A (en) * | 1997-04-04 | 1999-01-12 | Ontrak Systems, Inc. | Wafer polishing head with pad dressing element |
US5957751A (en) * | 1997-05-23 | 1999-09-28 | Applied Materials, Inc. | Carrier head with a substrate detection mechanism for a chemical mechanical polishing system |
JP3027551B2 (ja) * | 1997-07-03 | 2000-04-04 | キヤノン株式会社 | 基板保持装置ならびに該基板保持装置を用いた研磨方法および研磨装置 |
JP4033632B2 (ja) * | 1999-02-02 | 2008-01-16 | 株式会社荏原製作所 | 基板把持装置及び研磨装置 |
US6663466B2 (en) * | 1999-11-17 | 2003-12-16 | Applied Materials, Inc. | Carrier head with a substrate detector |
JP4718107B2 (ja) * | 2003-05-20 | 2011-07-06 | 株式会社荏原製作所 | 基板保持装置及び研磨装置 |
-
2003
- 2003-05-20 JP JP2003142276A patent/JP4718107B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-02-25 US US10/555,702 patent/US7465214B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-02-25 KR KR1020057021754A patent/KR101044738B1/ko active IP Right Grant
- 2004-02-25 CN CN2008100812206A patent/CN101241843B/zh not_active Expired - Lifetime
- 2004-02-25 EP EP04714500.8A patent/EP1625613B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-02-25 TW TW093104717A patent/TWI241938B/zh not_active IP Right Cessation
- 2004-02-25 CN CNB2004800138675A patent/CN100377311C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2004-02-25 WO PCT/JP2004/002219 patent/WO2004105112A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0429017A (ja) * | 1990-05-25 | 1992-01-31 | Tokyo Gas Co Ltd | 流体の流速及び流れ方向測定方法及び測定装置 |
JPH10166257A (ja) * | 1996-12-10 | 1998-06-23 | Nikon Corp | 研磨装置 |
JP2002280337A (ja) * | 2001-03-16 | 2002-09-27 | Ebara Corp | 基板保持装置、ドレッサ、及びポリッシング装置 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10537975B2 (en) | 2015-08-18 | 2020-01-21 | Ebara Corporation | Substrate adsorption method, substrate holding apparatus, substrate polishing apparatus, elastic film, substrate adsorption determination method for substrate holding apparatus, and pressure control method for substrate holding apparatus |
US11472000B2 (en) | 2015-08-18 | 2022-10-18 | Ebara Corporation | Substrate adsorption method, substrate holding apparatus, substrate polishing apparatus, elastic film, substrate adsorption determination method for substrate holding apparatus, and pressure control method for substrate holding apparatus |
JP2017205853A (ja) * | 2016-05-13 | 2017-11-24 | 株式会社荏原製作所 | 弾性膜、基板保持装置、基板研磨装置、基板保持装置における基板吸着判定方法および圧力制御方法 |
WO2024076421A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | Applied Materials, Inc. | Membrane failure detection system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2004105112A1 (en) | 2004-12-02 |
JP4718107B2 (ja) | 2011-07-06 |
KR20050121758A (ko) | 2005-12-27 |
EP1625613A1 (en) | 2006-02-15 |
TWI241938B (en) | 2005-10-21 |
US7465214B2 (en) | 2008-12-16 |
CN1791970A (zh) | 2006-06-21 |
CN101241843A (zh) | 2008-08-13 |
EP1625613A4 (en) | 2008-07-16 |
CN100377311C (zh) | 2008-03-26 |
CN101241843B (zh) | 2012-12-26 |
US20070111637A1 (en) | 2007-05-17 |
EP1625613B1 (en) | 2013-09-25 |
TW200425995A (en) | 2004-12-01 |
KR101044738B1 (ko) | 2011-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4718107B2 (ja) | 基板保持装置及び研磨装置 | |
US7108581B2 (en) | Polishing apparatus | |
US7850509B2 (en) | Substrate holding apparatus | |
JP4108023B2 (ja) | 圧力コントロールシステム及び研磨装置 | |
US7357699B2 (en) | Substrate holding apparatus and polishing apparatus | |
EP1177859B1 (en) | Substrate holding apparatus and substrate polishing apparatus | |
KR101276715B1 (ko) | 폴리싱방법, 폴리싱장치, 및 폴리싱장치를 제어하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체 | |
JP4086722B2 (ja) | 基板保持装置及び研磨装置 | |
JP4107835B2 (ja) | 基板保持装置及びポリッシング装置 | |
JP2005288664A (ja) | 研磨装置及び研磨パッド立上完了検知方法 | |
JP2004297029A (ja) | 基板保持装置及び研磨装置 | |
JP4049579B2 (ja) | 基板保持装置及びポリッシング装置 | |
JPH07171757A (ja) | ウエーハ研磨装置 | |
JP2004363505A (ja) | 基板保持装置及び研磨装置 | |
JP2008066761A (ja) | 基板保持装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060509 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091208 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100205 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100629 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100827 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110308 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110331 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4718107 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140408 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |