JP2004363505A

JP2004363505A - Substrate holding device and polishing device

Info

Publication number: JP2004363505A
Application number: JP2003163051A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Togawa; 哲二戸川; Hiroshi Yoshida; 博吉田; Koichi Fukaya; 孝一深谷; Osamu Nabeya; 治鍋谷; Makoto Fukushima; 誠福島
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP4515047B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate holding device which can obtain a uniform polishing rate all over the entire of a polishing surface of a substrate and a polishing device with such a substrate holding device. SOLUTION: The substrate holding device 1 holds and presses a substrate W to a polishing surface 101a, and has a movable member 6 which can move in a vertical direction to the polishing surface 101a and pressure chambers 22, 23, 24, 25 formed of an elastic film 7. The elastic film 7 has a contact 8 in contact with the substrate W and circumferential walls 9a, 9b, 9c, 9d connecting the contact 8 to the movable member 6. The circumferential walls 9a, 9b, 9c, 9d have elastic parts 40a, 40b, 40c, 40d which can expand and contract vertically to the polishing surface 101a. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【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（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ））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（ＳｉＯ_２）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面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与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。例えば、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大きくなり、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。
【０００７】
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が用いられている。また、半導体ウェハに対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に弾性膜から形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することで弾性膜を介して流体圧により半導体ウェハを押圧することが行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した基板保持装置では、弾性膜から形成される圧力室は流体圧を受けて変形することになるため、圧力室に流体を供給するに従って弾性膜が半導体ウェハから局所的に離れてしまう。このため、半導体ウェハに対する押圧力が局所的に低下し、半導体ウェハの被研磨面全体に亘って均一な研磨レートが得られないという問題が生じていた。
【０００９】
このような問題は弾性膜の硬度が高いほど顕著に現れるため、硬度の低い弾性膜を用いることによって弾性膜と半導体ウェハとの接触範囲を保持しようとする試みもなされている。しかしながら、硬度の低い弾性膜は機械的強度が弱いため、弾性膜に亀裂が生じやすく、弾性膜を頻繁に交換する必要が生じるという問題があった。
【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、基板の被研磨面の全体に亘って均一な研磨レートを得ることができる基板保持装置及びこのような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】
上述した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置であって、前記研磨面に対して垂直方向に移動可能な可動部材と、弾性膜により形成された圧力室とを備え、前記弾性膜は、前記基板に当接する当接部と、前記当接部を前記可動部材に接続する周壁部とを備え、前記周壁部は前記研磨面に対して垂直方向に伸縮自在な伸縮部を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、流体の圧力室への供給に伴って伸縮部が研磨面に対して垂直方向に伸びるため、弾性膜の当接部の形状を保持することができる。従って、弾性膜（当接部）と基板との接触範囲を一定に保つことが可能になり、基板の被研磨面の全体に亘って均一な研磨レートを得ることが可能となる。また、伸縮部によって弾性膜と基板との接触を良好に維持できるので硬度の高い弾性膜を用いることが可能となり、弾性膜の耐久性を高めることができる。この場合において、硬度の高い弾性膜は、硬度の低い弾性膜に比べて基板と弾性膜（当接部）との接触範囲を良好に維持することができ、安定した研磨レートを得ることが可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記弾性膜は一体的構成を有することを特徴とする。
本発明によれば、圧力室から流体が漏洩してしまうことを防止することができる。また、研磨終了後において当接部から基板を容易にリリースすることができる。すなわち、複数の分割体に分割された弾性膜を用いた場合、一部の分割体が基板に密着して基板のリリースがスムーズに行われない場合があるが、一体的に形成された（一体型の）弾性膜では、基板を当接部からスムーズにリリースすることができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記当接部の外縁部には、略上方に傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾斜部は曲線状の断面形状を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾斜部は直線状の断面形状を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、基板の外周縁部と弾性膜とが非接触に維持されるので、基板の外周縁部において押圧力は加えられず、これによって基板の外周縁部が過剰に研磨されてしまうことが防止できる。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記傾斜部は薄肉に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、流体圧により傾斜部が変形しやすくなるので、傾斜部を基板の外周縁部に所望の押圧力で接触させることができる。従って、基板の外周縁部における研磨レートを独立に制御することが可能となる。
【００１７】
本発明の他の態様は、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１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である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１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。ここで、基板保持装置は、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。図１に示すように、本発明に係る基板保持装置としてのトップリング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から研磨パッド１０１上に形成される研磨面１０１ａに研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００１９】
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Ｓｕｒｆｉｎｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ０００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。
【００２０】
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を研磨パッド１０１に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧力調整部１２０に接続されている。この圧力調整部１２０は、加圧流体源から加圧空気等の加圧流体を供給することによって、あるいは真空ポンプ等により真空引きすることによって圧力の調整を行うものである。この圧力調整部１２０によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力をレギュレータＲ１を介して調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
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は本発明の第１の実施形態におけ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。
【００２３】
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の内周面に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上部に配置される環状のシール部２ｃとを備えている。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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方向に移動可能な概略円盤状のチャッキングプレート（可動部材）６とが収容されている。ここで、上下方向とは、研磨面１０１ａに対して垂直な方向を意味する。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、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、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。
【００２７】
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を介して圧力調整部１２０に接続されている。流体路３２は、トップリング駆動軸１１の内部を通り、トップリング駆動軸１１の上端に取り付けられたロータリージョイント１２１を経由して圧力調整部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。
【００２８】
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。
【００２９】
チャッキングプレート６の下部には、半導体ウェハＷに当接する弾性膜（メンブレン）７が取付けられている。弾性膜７は、半導体ウェハＷの上面全体に当接する円形の当接部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、すなわち、第１の周壁部９ａ、第２の周壁部９ｂ、第３の周壁部９ｃ、及び第４の周壁部９ｄ（以下、総称するときは周壁部９ａ〜９ｄという）とを備えている。弾性膜７は１ピース部材として一体的構成を有している。
【００３０】
第１の周壁部９ａは当接部８の外周端に配置されている。第２の周壁部９ｂは、第１の周壁部９ａと所定の距離を介して第１の周壁部９ａの径方向内側に配置されている。第３の周壁部９ｃは、第２の周壁部９ｂと所定の距離を介して第２の周壁部９ｂの径方向内側に配置されている。第４の周壁部９ｄは、第３の周壁部９ｃと所定の距離を介して第３の周壁部９ｃの径方向内側に配置されている。第１の周壁部９ａ、第２の周壁部９ｂ、第３の周壁部９ｃ、及び第４の周壁部９ｄは、同心上に配列されている。
【００３１】
第１の周壁部９ａ及び第２の周壁部９ｂのそれぞれの上端は、チャッキングプレート６と環状のエッジリング４との間に挟み込まれている。また、第３の周壁部９ｃ及び第４の周壁部９ｄのそれぞれの上端は、チャッキングプレート６と環状のホルダー１５との間に挟み込まれている。エッジリング４及びホルダー１５は、それぞれ図示しないボルトを介して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に着脱可能に取付けられる。
【００３２】
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。また、弾性膜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。なお、弾性膜７が備える周壁部は１つでもよく、また、本実施形態のように複数の周壁部を備えてもよい。
【００３３】
弾性膜７の裏側（上側）には４つの圧力室２２，２３，２４，２５が形成されている。すなわち、当接部８、第１の周壁部９ａ、第２の周壁部９ｂ、及びエッジリング４によって画成される環状の空間は、圧力室２２として構成されている。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が連通しており、圧力室２２はこの流体路３３上に配置されたレギュレータＲ３を介して圧力調整部１２０に接続されている。
【００３４】
当接部８、第２の周壁部９ｂ、第３の周壁部９ｃ、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を介して圧力調整部１２０に接続されている。
【００３５】
当接部８、第３の周壁部９ｃ、第４の周壁部９ｄ、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２４として構成されている。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が連通しており、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を介して圧力調整部１２０に接続されている。
【００３６】
当接部８、第４の周壁部９ｄ、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を介して圧力調整部１２０に接続されている。なお、上記流体路３２，３３，３４，３５，３６はトップリング駆動軸１１の内部を通り、ロータリージョイント１２１を介して各レギュレータＲ２〜Ｒ６に接続されている。
【００３７】
チャッキングプレート６の上方に形成される圧力室２１及び上記圧力室２２，２３，２４，２５には、各圧力室に連通する流体路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。
【００３８】
また、各圧力室２２，２３，２４，２５の内部の圧力は、研磨テーブル１００に１つ又は複数埋め込まれた、半導体ウェハＷの被研磨面上の膜厚を測定する膜厚測定装置の測定結果によって各々独立に制御される。ここで、膜厚測定装置としては、光の干渉や反射を利用した光学式膜厚測定装置や、渦電流式膜厚測定装置などが挙げられる。膜厚測定装置からの信号を半導体ウェハＷの半径方向の位置に基づいて解析し、同心円状に形成された各圧力室２２，２３，２４，２５の内部圧力を制御する。
【００３９】
この場合において、各圧力室２２，２３，２４，２５に供給される加圧流体や大気圧開放時に各圧力室に流入する空気の温度をそれぞれ制御することとしてもよい。このようにすれば、半導体ウェハ等の研磨対象物の被研磨面の裏側から研磨対象物の温度を直接制御することができる。特に、各圧力室の温度を独立に制御することとすれば、ＣＭＰにおける化学的研磨の化学反応速度を制御することが可能となる。ここで、各圧力室２２，２３，２４，２５の温度制御は、上述した各圧力室の圧力制御と同様に、上述した膜厚測定装置からの信号を基に制御することが多い。
【００４０】
ハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されており、この洗浄液路５１にシール部２ｃが嵌合されている。洗浄液路５１は流体路３０に連通されており、この流体路３０を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１から延びハウジング部２ａ及び加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３は弾性膜７の外周面（第１の周壁部９ａ）とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇ及び空気抜き孔５４へ連通されている。
【００４１】
弾性膜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、ホルダーリング５、チャッキングプレート６、及び弾性膜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、本実施形態に係る弾性膜７について図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して詳細に説明する。図３（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図３（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、簡略化のために弾性膜以外の構成については模式化する。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、第１の周壁部９ａは上下方向に、即ち、研磨面１０１ａに対して垂直方向に伸縮自在な伸縮部４０ａを有している。この伸縮部４０ａは、第１の周壁部９ａの当接部８に影響を及ぼさない略中央部において径方向内側に突出する折り返し部から構成されている。また、第２の周壁部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、第２の周壁部９ｂの下端近傍において径方向内側に延びる水平部４０ｂ−１と、この水平部４０ｂ−１に設けられた上方に突出する折り返し部４０ｂ−２とから構成されている。この折り返し部４０ｂ−２は研磨面１０１ａに対して水平方向に伸びるようになっている。
【００４４】
第３の周壁部９ｃは、上下方向に伸縮自在な伸縮部４０ｃを有している。この伸縮部４０ｃは、第３の周壁部９ｃの下端近傍において径方向外側に延びる水平部４０ｃ−１と、この水平部４０ｃ−１に設けられた上方に突出する折り返し部４０ｃ−２とから構成されている。また、第４の周壁部９ｄにも上下方向に伸縮自在な伸縮部４０ｄが設けられている。この伸縮部４０ｄは、第４の周壁部９ｄの下端近傍において径方向内側に延びる水平部４０ｄ−１と、この水平部４０ｄ−１に設けられた上方に突出する折り返し部４０ｄ−２とから構成されている。折り返し部４０ｃ−２及び折り返し部４０ｄ−２は、いずれも研磨面１０１ａに対して水平方向に伸びるようになっている。
【００４５】
このような伸縮部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを周壁部９ａ〜９ｄにそれぞれ設けたことにより、当接部８の形状を保持した状態で周壁部９ａ〜９ｄを伸縮させることができる。すなわち、伸縮部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを含む周壁部９ａ〜９ｄの上下方向の伸び量を均一にすることができる。従って、図３（ｂ）に示すように、圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給してチャッキングプレート６（図２参照）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，４０ｃ，４０ｄが追従して伸張し、弾性膜７（当接部８）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。
【００４６】
次に、上述のように構成されたトップリング１の動作について詳細に説明する。
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。研磨対象となる半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合は圧力室２３を、３００ｍｍの場合は圧力室２４を流体路３４又は流体路３５を介して圧力調整部１２０に連通させ、圧力調整部１２０を介して圧力室２３又は圧力室２４を真空引きする。圧力室２３及び圧力室２４を構成する当接部８には孔若しくは切欠き（図示しない）が形成されており、この孔若しくは切欠きを介してトップリング１の下端面に半導体ウェハＷが直接吸着され保持される。そして、半導体ウェハＷを保持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１０１ａ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の側端部はリテーナリング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、若しくは半導体ウェハＷが横ズレしないようになっている。
【００４７】
次いで、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面１０１ａに押圧する。この状態で圧力室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、弾性膜７の当接部８を半導体ウェハＷの上面に均一に接触させる。その後、圧力室２２，２３，２４，２５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を研磨面１０１ａに押圧する。この時、チャッキングプレート６の上昇に追従して弾性膜７の伸縮部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが伸張するため、弾性膜７の下面（当接部８）と半導体ウェハＷとの接触範囲が一定に維持される。その後、研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを研磨面１０１ａに流しながらトップリング１と研磨テーブル１００とをそれぞれ回転させる。これにより、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａ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。
【００４８】
本実施形態では、加圧流体の圧力が小さい場合でも、各圧力室２２，２３，２４，２５を良好に膨らませることができるので、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。従って、Ｃｕ配線の絶縁膜として硬度が低いｌｏｗ−ｋ材（低誘電率層間絶縁膜）が形成された半導体ウェハを研磨する場合において、このｌｏｗ−ｋ材を破壊することなく研磨することが可能となる。
【００４９】
上述の構成では、リテーナリング３が研磨面１０１ａに摺接されながら研磨が行われるため、リテーナリング３が経時的に磨耗する。このため、チャキングプレート６の下面と半導体ウェハＷとの距離が短くなる。従来の基板保持装置では、チャッキングプレートと半導体ウェハとの距離が短くなると、弾性膜と半導体ウェハとの接触範囲が変化して研磨プロファイルが変化するという問題が生じていた。本実施形態では、このような場合でも、伸縮部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄがリテーナリング３の磨耗に追従して上方に縮むので、半導体ウェハＷと弾性膜７（当接部８）との接触範囲が一定に維持され、研磨プロファイルの変化を防止することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、一体的に形成された弾性膜を用いたが、これに限らず、当接部に周方向に延びる切れ目を設けることで複数の分割体に分割された弾性膜を用いてもよい。この場合でも、上述のような伸縮部を設けることにより、半導体ウェハと弾性膜（当接部）との接触範囲が一定に維持され、これにより半導体ウェハの被研磨面全体に亘って均一な研磨レートを得ることができる。
【００５１】
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２２，２３，２４，２５に供給される加圧流体の圧力で研磨パッド１０１（研磨面１０１ａ）に押圧される。従って、圧力室２２，２３，２４，２５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パッド１０１に押圧することができ、半導体ウェハＷの被研磨面全体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２２，２３，２４，２５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。
【００５２】
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、圧力室２２，２３，２４，２５に供給され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。そして、研磨が終了した際は、圧力室２２，２３，２４，２５への加圧流体の供給を止め、圧力室２２，２３，２４，２５を大気圧に開放する。次いで、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、当接部８を半導体ウェハＷの上面に均一に密着させる。この状態で、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。その後すぐに圧力室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１０１ａに局所的に押圧されることになってしまうためである。
【００５３】
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又は圧力室２４の下部に形成された孔若しくは切欠き（図示せず）による真空吸着を解除する。そして、圧力室２２，２３，２４，２５に所定圧の加圧流体を供給し、上記孔若しくは切欠きから加圧流体を半導体ウェハＷに噴射して半導体ウェハＷをリリースする。
【００５４】
ところで、弾性膜７の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液Ｑが浸入してくるが、この研磨液Ｑが弾性膜７の外周面やリテーナリング３に固着すると、ホルダーリング５、チャッキングプレート６、及び弾性膜７などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３０を介して環状の洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に洗浄液が供給され、洗浄液が間隙Ｇに存在する研磨液Ｑを洗い流して研磨液Ｑの固着が防止される。この洗浄液の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが保持されるまでの間に行われるのが好ましい。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置を構成するトップリングについて図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図４（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、簡略化のために弾性膜以外の構成については模式化する。また、特に説明しない構成については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、第２の周壁部９ｂには上下方向に伸縮自在な伸縮部４２ｂが設けられている。この伸縮部４２ｂは、第２の周壁部９ｂの下端近傍において、径方向内側及び外側にそれぞれ突出する２つの折り返し部４２ｂ−１，４２ｂ−２から構成されている。また、第３の周壁部９ｃ及び第４の周壁部９ｄにも、上下方向に伸縮自在な伸縮部４２ｃ，４２ｄがそれぞれ設けられている。伸縮部４２ｃは、第３の周壁部９ｃの下端近傍において、径方向外側及び内側にそれぞれ突出する２つの折り返し部４２ｃ−１，４２ｃ−２から構成されている。伸縮部４２ｄは、第４の周壁部９ｄの下端近傍において、径方向内側及び外側にそれぞれ突出する２つの折り返し部４２ｄ−１，４２ｄ−２から構成されている。
【００５７】
このような伸縮部４０ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを周壁部９ａ〜９ｄにそれぞれ設けたことにより、当接部８の形状を保持した状態で周壁部９ａ〜９ｄを伸縮させることができる。すなわち、伸縮部４０ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを含む周壁部９ａ〜９ｄの上下方向の伸び量を均一にすることができる。従って、図４（ｂ）に示すように、圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給してチャッキングプレート６（図２参照）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，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが追従して伸張し、弾性膜７（当接部８）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。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態に係る基板保持装置を構成するトップリングについて図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図５（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）では、簡略化のために弾性膜以外の構成については模式化する。また、特に説明しない構成については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、第２の周壁部９ｂには上下方向に伸縮自在な伸縮部４３ｂが設けられている。この伸縮部４３ｂは、第２の周壁部９ｂの下端近傍において径方向外側に延びる水平部４３ｂ−１と、この水平部４３ｂ−１の内側端部に連続的に形成された径方向内側に突出する折り返し部４３ｂ−２とから構成されている。また、第３の周壁部９ｃ及び第４の周壁部９ｄにも、上下方向に伸縮自在な伸縮部４３ｃ，４３ｄがそれぞれ設けられている。伸縮部４３ｃは、第３の周壁部９ｃの下端近傍において径方向内側に延びる水平部４３ｃ−１と、この水平部４３ｃ−１の外側端部に連続的に形成された径方向外側に突出する折り返し部４３ｃ−２とから構成されている。伸縮部４３ｄは、第４の周壁部９ｄの下端近傍において径方向外側に延びる水平部４３ｄ−１と、この水平部４３ｄ−１の内側端部に連続的に形成された径方向内側に突出する折り返し部４３ｄ−２とから構成されている。
【００６０】
このような伸縮部４０ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを周壁部９ａ〜９ｄにそれぞれ設けたことにより、当接部８の形状を保持した状態で周壁部９ａ〜９ｄを伸縮させることができる。すなわち、伸縮部４０ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを含む周壁部９ａ〜９ｄの上下方向の伸び量を均一にすることができる。従って、図５（ｂ）に示すように、圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給してチャッキングプレート６（図２参照）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，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが追従して伸張し、弾性膜７（当接部８）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。
【００６１】
次に、本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置を構成するトップリングについて図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図６（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、簡略化のために弾性膜以外の構成については模式化する。また、特に説明しない構成については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００６２】
図６（ａ）に示すように、第２の周壁部９ｂには上下方向に伸縮自在な伸縮部４４ｂが設けられている。この伸縮部４４ｂは、第２の周壁部９ｂの略中央部において、径方向外側に突出する折り返し部から構成されている。また、第３の周壁部９ｃ及び第４の周壁部９ｄにも、上下方向に伸縮自在な伸縮部４４ｃ，４４ｄがそれぞれ設けられている。伸縮部４４ｃは、第３の周壁部９ｃの略中央部において、径方向内側に突出する折り返し部から構成されている。伸縮部４４ｄは、第４の周壁部９ｄの略中央部において、径方向外側に突出する折り返し部から構成されている。
【００６３】
このような伸縮部４０ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを周壁部９ａ〜９ｄにそれぞれ設けたことにより、当接部８の形状を保持した状態で周壁部９ａ〜９ｄを伸縮させることができる。すなわち、伸縮部４０ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを含む周壁部９ａ〜９ｄの上下方向の伸び量を均一にすることができる。従って、図５（ｂ）に示すように、圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給してチャッキングプレート６（図２参照）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，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄが追従して伸張し、弾性膜７（当接部８）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。
【００６４】
次に、本発明の第５の実施形態に係る基板保持装置を構成するトップリングについて図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る基板保持装置の一部を示す模式図であり、図７（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）では、簡略化のために弾性膜以外の構成については模式化する。また、特に説明しない構成については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００６５】
図７（ａ）に示すように、第２の周壁部９ｂには上下方向に伸縮自在な伸縮部４５ｂが設けられている。この伸縮部４５ｂは、第２の周壁部９ｂの下端近傍において径方向外側に延びる水平部４５ｂ−１と、第２の周壁部９ｂの略中央部において径方向内側に突出する折り返し部４５ｂ−２とから構成されている。また、第３の周壁部９ｃ及び第４の周壁部９ｄにも、上下方向に伸縮自在な伸縮部４５ｃ，４５ｄがそれぞれ設けられている。伸縮部４５ｃは、第３の周壁部９ｃの下端近傍において径方向内側に延びる水平部４５ｃ−１と、第３の周壁部９ｃの略中央部において径方向外側に突出する折り返し部４５ｃ−２とから構成されている。伸縮部４５ｄは、第４の周壁部９ｄの下端近傍において径方向外側に延びる水平部４５ｄ−１と、第４の周壁部９ｄの略中央部において径方向内側に突出する折り返し部４５ｄ−２とから構成されている。
【００６６】
このような伸縮部４０ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを周壁部９ａ〜９ｄにそれぞれ設けたことにより、当接部８の形状を保持した状態で周壁部９ａ〜９ｄを伸縮させることができる。すなわち、伸縮部４０ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを含む周壁部９ａ〜９ｄの上下方向の伸び量を均一にすることができる。従って、図５（ｂ）に示すように、圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給してチャッキングプレート６（図２参照）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，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが追従して伸張し、弾性膜７（当接部８）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。
【００６７】
次に、本発明の第６の実施形態に係る基板保持装置を構成するトップリングについて図８（ａ）乃至図８（ｃ）を参照して説明する。図８（ａ）は本発明の第６の実施形態に係るトップリングの第１例を示す部分拡大図であり、図８（ｂ）は本発明の第６の実施形態に係るトップリングの第２例を示す部分拡大図であり、図８（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係るトップリングの第３例を示す部分拡大図である。なお、特に説明しない構成については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００６８】
図８（ａ）に示すように、弾性膜７の当接部８の外周縁部には、略上方に向かって傾斜する傾斜部８ａが形成されている。この傾斜部８ａは曲線状の断面形状を有している。このような構成により、圧力室２２，２３などに加圧流体を供給してチャッキングプレート６を上昇させたときでも、弾性膜７の当接部８と半導体ウェハＷの外周縁部とを非接触に維持することができる。従って、半導体ウェハＷの外周縁部には弾性膜７からの押圧力が加わらず、これにより、半導体ウェハＷの外周縁部が過剰に研磨される、いわゆる「縁だれ」を防止することができる。
【００６９】
なお、傾斜部８ａと半導体ウェハＷとの間に形成される空間には研磨液が溜まりやすくなるため、この空間を出来るだけ小さくすることが好ましい。従って、傾斜部８ａの横方向（水平方向）の寸法よりも上下方向（垂直方向）の寸法を小さくすることが好ましい。また、本実施形態においては、第２の周壁部９ｂに形成されている伸縮部４６ｂは、径方向外側に延びる水平部から形成されているが、第１乃至第５の実施形態において示した折り返し部を第２の周壁部９ｂに更に設けてもよい。
【００７０】
図８（ｂ）に示す第２例と図８（ａ）に示す第１例との相違点は、第２の周壁部９ｂの位置にある。すなわち、第２の周壁部９ｂの下端部は、第１の周壁部９ａに近接した位置に設けられ、傾斜部８ａは第２の周壁部９ｂの下端から上方に延びている。従って、圧力室２３内に形成される圧力を半導体ウェハＷの外周縁部より径方向内側の領域に加えることができる。
【００７１】
図８（ｃ）に示す第３例と図８（ｂ）に示す第２例との相違点は、傾斜部８ａの肉厚にある。すなわち、第３例では、傾斜部８ａは、当接部８の水平な部位における肉厚よりも薄肉に形成されている。従って、加圧流体を圧力室２２に供給することにより傾斜部８ａを容易に膨らませることができ、半導体ウェハＷの外周縁部のみを所望の押圧力で押圧することができる。その結果、半導体ウェハＷの外周縁部の研磨レートを独立して制御することができる。
【００７２】
次に、本発明の第７の実施形態に係る基板保持装置を構成するトップリングについて図９（ａ）乃至図９（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）は本発明の第７の実施形態に係るトップリングの第１例を示す部分拡大図であり、図９（ｂ）は本発明の第７の実施形態に係るトップリングの第２例を示す部分拡大図であり、図９（ｃ）は本発明の第７の実施形態に係るトップリングの第３例を示す部分拡大図である。なお、特に説明しない構成及び効果については上述した第１及び第６の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００７３】
図９（ａ）に示すように、弾性膜７の当接部８の外周縁部には、略上方に向かって傾斜する傾斜部８ｂが形成されている。この傾斜部８ｂは直線状の断面形状を有している。このような構成により、圧力室２２，２３などに加圧流体を供給してチャッキングプレート６を上昇させたときでも、弾性膜７の当接部８と半導体ウェハＷの外周縁部とを非接触に維持することができる。なお、傾斜部８ｂと半導体ウェハＷとの間に形成される空間を小さくするために、傾斜部８ｂの横方向（水平方向）の寸法よりも上下方向（垂直方向）の寸法を小さくすることが好ましい。
【００７４】
図９（ｂ）に示す第２の周壁部９ｂの下端部は、第１の周壁部９ａに近接した位置に設けられ、傾斜部８ｂは第２の周壁部９ｂの下端から上方に延びている。従って、圧力室２３内に形成される圧力を半導体ウェハＷの外周縁部より径方向内側の領域に加えることができる。
【００７５】
図９（ｃ）に示す第３例では、傾斜部８ｂは、当接部８の水平な部位における肉厚よりも薄肉に形成されている。従って、加圧流体を圧力室２２に供給することにより傾斜部８ｂを容易に膨らませることができ、この傾斜部８ｂにより半導体ウェハＷの外周縁部のみを所望の押圧力で研磨面１０１ａ（図１参照）に押圧することができる。その結果、半導体ウェハＷの外周縁部の研磨レートを独立して制御することができる。
【００７６】
ここで、リテーナリング３の下端は、研磨工程中に研磨面１０１ａとの摺接により徐々に削れてくる。このため、チャッキングプレート６と半導体ウェハＷとの距離が短くなり、弾性膜７と半導体ウェハＷとの接触面積が変化して研磨レートが局所的に変化するおそれがある。このような問題を防止するために、弾性膜７に設けられた伸縮部４０ａ〜４０ｄ，４１ｂ〜４１ｄ，４２ｂ〜４２ｄ，４３ｂ〜４３ｄ，４４ｂ〜４４ｄ，４５ｂ〜４５ｄ，４６ｂの伸縮量は、リテーナリング３の磨耗量よりも大きいことが好ましい。これにより、リテーナリング３の磨耗に追従して上記伸縮部を上方に縮ませることができ、研磨レートの局所的な変化を防止することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、流体の圧力室への供給に伴って伸縮部が研磨面に対して垂直方向に伸びるため、弾性膜の当接部の形状を保持することができる。従って、弾性膜（当接部）と基板との接触範囲を一定に保つことが可能になり、基板の被研磨面の全体に亘って均一な研磨レートを得ることが可能となる。また、伸縮部によって弾性膜と基板との接触を良好に維持できるので硬度の高い弾性膜を用いることが可能となり、弾性膜の耐久性を高めることができる。この場合において、硬度の高い弾性膜は、硬度の低い弾性膜に比べて基板と弾性膜（当接部）との接触範囲を良好に維持することができ、安定した研磨レートを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】本発明の第１の実施形態におけるトップリングを示す縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図３（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図４（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図５（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るトップリングの一部を示す模式図であり、図６（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る基板保持装置の一部を示す模式図であり、図７（ｂ）は圧力室に流体を供給したときの状態を示す模式図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第６の実施形態に係るトップリングの第１例を示す部分拡大図であり、図８（ｂ）は本発明の第６の実施形態に係るトップリングの第２例を示す部分拡大図であり、図８（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係るトップリングの第３例を示す部分拡大図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第７の実施形態に係るトップリングの第１例を示す部分拡大図であり、図９（ｂ）は本発明の第７の実施形態に係るトップリングの第２例を示す部分拡大図であり、図９（ｃ）は本発明の第７の実施形態に係るトップリングの第３例を示す部分拡大図である。
【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
５ホルダーリング
６チャッキングプレート（可動部材）
６ｃ突起
７弾性膜
８当接部
８ａ傾斜部
８ｂ傾斜部
９ａ第１の周壁部
９ｂ第２の周壁部
９ｃ第３の周壁部
９ｄ第４の周壁部
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
１５ホルダー
２１，２２，２３，２４，２５圧力室
３０，３２，３３，３４，３５，３６流体路
４０ａ〜４０ｄ，４１ｂ〜４１ｄ，４２ｂ〜４２ｄ，４３ｂ〜４３ｄ，４４ｂ〜４４ｄ，４５ｂ〜４５ｄ，４６ｂ伸縮部
５１洗浄液路
５３連通孔
５４空気抜き孔
１００研磨テーブル
１０１研磨パッド
１０１ａ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
１１３，１１６タイミングプーリ
１１４トップリング用モータ
１１５タイミングベルト
１１７トップリングヘッドシャフト
１２０圧力調整部
１２１ロータリージョイント
Ｇ間隙
Ｑ研磨液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６レギュレータ
Ｗ半導体ウェハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate holding device for holding a substrate to be polished and pressing the substrate against a polishing surface, and more particularly to a substrate holding device for holding a substrate in a polishing device for polishing and flattening a substrate such as a semiconductor wafer. It is. Further, the present invention relates to a polishing apparatus provided with such a substrate holding device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices have become more miniaturized and the element structure has become more complicated, and as the number of layers of logic-based multilayer wiring has increased, unevenness on the surface of the semiconductor device has further increased, and the level difference has tended to increase. This is because, in the manufacture of a semiconductor device, a process of forming a thin film, performing fine processing for patterning and opening, and then forming a next thin film is repeated many times.
[0003]
If the unevenness of the surface of the semiconductor device increases, the film thickness at the stepped portion becomes thinner at the time of forming the thin film, or an open due to disconnection of the wiring or a short circuit occurs due to an insulation failure between the wiring layers. Tends to decrease. In addition, even if the device operates normally in the initial stage, there is a problem of reliability when used for a long time. Further, during the exposure in the lithography process, if the irradiation surface has irregularities, the lens of the exposure system is partially out of focus. Therefore, when the irregularities on the surface of the semiconductor device increase, it becomes difficult to form a fine pattern itself.
[0004]
Therefore, in a semiconductor device manufacturing process, a technology for flattening the surface of a semiconductor device has become increasingly important. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). This chemical mechanical polishing is performed by using a polishing apparatus to remove silica (SiO 2). ₂ The polishing is performed by bringing a substrate such as a semiconductor wafer into sliding contact with a polishing surface while supplying a polishing liquid containing abrasive grains such as a) to a polishing surface such as a polishing pad.
[0005]
This type of polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface formed of a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or a carrier head for holding a semiconductor wafer. When a semiconductor wafer is polished using such a polishing apparatus, the semiconductor wafer is pressed against a polished surface with a predetermined pressure while the semiconductor wafer is held by a substrate holding device. At this time, the semiconductor wafer is brought into sliding contact with the polishing surface by relatively moving the polishing table and the substrate holding device, and the surface of the semiconductor wafer is polished flat and mirror-finished.
[0006]
In such a polishing apparatus, when the relative pressing force between the semiconductor wafer being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the semiconductor wafer, the pressing force applied to each part of the semiconductor wafer is reduced. Underpolishing or overpolishing occurs depending on the pressure. For example, since the polishing pad has elasticity, the pressing force applied to the outer peripheral edge of the semiconductor wafer being polished is increased, so that only the outer peripheral edge of the semiconductor wafer is polished more often, so-called “edge dripping” occurs. There are cases.
[0007]
In order to prevent such edge dripping, a substrate having a structure in which the outer peripheral edge of a semiconductor wafer is held by a guide ring or a retainer ring and a polishing surface located on the outer peripheral side of the semiconductor wafer is pressed by the guide ring or the retainer ring A holding device is used. Further, in order to equalize the pressing force on the semiconductor wafer, a pressure chamber formed of an elastic film is provided at the lower part of the substrate holding device, and a fluid such as air is supplied to the pressure chamber to supply the fluid through the elastic film. It has been practiced to press a semiconductor wafer with pressure.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described substrate holding device, since the pressure chamber formed of the elastic film is deformed by receiving the fluid pressure, the elastic film is locally separated from the semiconductor wafer as the fluid is supplied to the pressure chamber. . For this reason, there has been a problem that the pressing force on the semiconductor wafer locally decreases, and a uniform polishing rate cannot be obtained over the entire polished surface of the semiconductor wafer.
[0009]
Since such a problem becomes more conspicuous as the hardness of the elastic film increases, attempts have been made to maintain the contact range between the elastic film and the semiconductor wafer by using an elastic film having a low hardness. However, there is a problem that the elastic film having a low hardness has a low mechanical strength, so that the elastic film is easily cracked, and the elastic film needs to be frequently replaced.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has a substrate holding device capable of obtaining a uniform polishing rate over the entire polished surface of a substrate, and includes such a substrate holding device. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a first aspect of the present invention is a substrate holding device that holds a substrate and presses the substrate against a polishing surface, wherein the movable member is movable in a direction perpendicular to the polishing surface. A pressure chamber formed of an elastic film, the elastic film includes a contact portion that contacts the substrate, and a peripheral wall portion that connects the contact portion to the movable member. It is characterized in that it has a telescopic part that can expand and contract in the direction perpendicular to the polishing surface.
[0012]
According to the present invention, since the expansion and contraction portion extends in the direction perpendicular to the polishing surface with the supply of the fluid to the pressure chamber, the shape of the contact portion of the elastic film can be maintained. Therefore, the contact area between the elastic film (contact portion) and the substrate can be kept constant, and a uniform polishing rate can be obtained over the entire polished surface of the substrate. Further, since the contact between the elastic film and the substrate can be favorably maintained by the expansion and contraction portion, an elastic film having high hardness can be used, and the durability of the elastic film can be enhanced. In this case, the elastic film having high hardness can maintain the contact range between the substrate and the elastic film (contact portion) better than the elastic film having low hardness, and can obtain a stable polishing rate. It becomes.
[0013]
In a preferred aspect of the present invention, the elastic film has an integral structure.
According to the present invention, it is possible to prevent the fluid from leaking from the pressure chamber. Further, the substrate can be easily released from the contact portion after the polishing is completed. In other words, when an elastic film divided into a plurality of divided bodies is used, some of the divided bodies may come into close contact with the substrate and release of the substrate may not be performed smoothly. With the (elastic) elastic membrane, the substrate can be released smoothly from the abutment.
[0014]
In a preferred aspect of the present invention, an inclined portion which is inclined substantially upward is formed at an outer edge portion of the contact portion.
In a preferred aspect of the present invention, the inclined portion has a curved cross-sectional shape.
In a preferred aspect of the present invention, the inclined portion has a linear sectional shape.
[0015]
According to the present invention, since the outer peripheral edge of the substrate and the elastic film are kept in non-contact, no pressing force is applied to the outer peripheral edge of the substrate, whereby the outer peripheral edge of the substrate is excessively polished. Can be prevented.
[0016]
In a preferred aspect of the present invention, the inclined portion is formed to be thin.
According to the present invention, since the inclined portion is easily deformed by the fluid pressure, the inclined portion can be brought into contact with the outer peripheral portion of the substrate with a desired pressing force. Therefore, it is possible to independently control the polishing rate at the outer peripheral edge of the substrate.
[0017]
Another embodiment of the present invention is a polishing apparatus comprising: a polishing table having a polishing surface; and the substrate holding device according to any one of claims 1 to 6.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a polishing apparatus provided with a substrate holding device according to the first embodiment of the present invention. Here, the substrate holding device is a device that holds a substrate such as a semiconductor wafer to be polished and presses the substrate against a polishing surface on a polishing table. As shown in FIG. 1, below the top ring 1 as a substrate holding device according to the present invention, a polishing table 100 having a polishing pad 101 attached on an upper surface is provided. A polishing liquid supply nozzle 102 is provided above the polishing table 100. The polishing liquid Q is supplied to the polishing surface 101a formed on the polishing pad 101 from the polishing liquid supply nozzle 102. I have.
[0019]
There are various polishing pads available on the market, for example, SUBA800, IC-1000, IC-1000 / SUBA400 (two-layer cloth) manufactured by Rodale, and Surfin xxx-5 manufactured by Fujimi Incorporated. Surfin 000 and the like. SUBA800, Surfin xxx-5, and Surfin 000 are nonwoven fabrics in which fibers are hardened with urethane resin, and IC-1000 is hard foamed polyurethane (single layer). The foamed polyurethane is porous (porous) and has many fine dents or holes on its surface.
[0020]
The top ring 1 is connected to a top ring drive shaft 11 via a universal joint 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 to press the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring main body 2 against the polishing pad 101. ing. The top ring air cylinder 111 is connected to the pressure adjusting unit 120 via the regulator R1. The pressure adjusting unit 120 adjusts the pressure by supplying a pressurized fluid such as pressurized air from a pressurized fluid source, or by evacuating with a vacuum pump or the like. The pressure of the pressurized fluid supplied to the top ring air cylinder 111 can be adjusted by the pressure adjusting unit 120 via the regulator R1. Thereby, the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 can be adjusted.
[0021]
The top ring drive shaft 11 is connected to the rotary cylinder 112 via a key (not shown). The rotary cylinder 112 has a timing pulley 113 on an outer peripheral portion thereof. A top ring motor 110 is fixed to the top ring head 110, and the timing pulley 113 is connected to a timing pulley 116 provided on the top ring motor 114 via a timing belt 115. Accordingly, when the top ring motor 114 is rotationally driven, the rotary cylinder 112 and the top ring drive shaft 11 are integrally rotated via the timing pulley 116, the timing belt 115, and the timing pulley 113, and the top ring 1 is rotated. The top ring head 110 is supported by a top ring head shaft 117 rotatably supported by a frame (not shown).
[0022]
Hereinafter, the top ring 1 constituting the substrate holding device according to the present invention will be described in more detail. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the top ring according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the top ring 1 constituting the substrate holding device includes a cylindrical container-shaped top ring main body 2 having an accommodation space therein, and an annular retainer ring 3 fixed to a lower end of the top ring main body 2. It has. The top ring main body 2 is formed of a material having high strength and rigidity such as metal and ceramics. Further, the retainer ring 3 is formed of a highly rigid resin material, ceramics, or the like.
[0023]
The top ring main body 2 includes a cylindrical container-shaped housing portion 2a, an annular pressure sheet support portion 2b fitted on the inner peripheral surface of the housing portion 2a, and an annular seal portion disposed on the housing portion 2a. 2c. A retainer ring 3 is fixed to a lower end of the housing 2a. The lower portion of the retainer ring 3 protrudes inward. The retainer ring 3 may be formed integrally with the top ring main body 2.
[0024]
The above-described top ring drive shaft 11 is disposed above the central portion of the housing portion 2a of the top ring body 2, and the top ring body 2 and the top ring drive shaft 11 are connected by the universal joint portion 10. I have. The universal joint portion 10 includes a spherical bearing mechanism that allows the top ring main body 2 and the top ring drive shaft 11 to be tiltable with respect to each other, and a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the top ring drive shaft 11 to the top ring main body 2. Thus, the top ring drive shaft 11 transmits the pressing force and the rotational force to the top ring main body 2 while allowing the top ring main body 2 to tilt each other.
[0025]
The spherical bearing mechanism includes a spherical concave portion 11a formed at the center of the lower surface of the top ring drive shaft 11, a spherical concave portion 2d formed at the center of the upper surface of the housing portion 2a, and an interposition between the concave portions 11a and 2d. And a bearing ball 12 made of a high hardness material such as ceramics. On the other hand, the rotation 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 2a. Even when the top ring body 2 is inclined, the driven pin and the driving pin can move relatively vertically in the vertical direction. The torque is reliably transmitted to the top ring body 2.
[0026]
In the space defined inside the top ring main body 2 and the retainer ring 3 integrally fixed to the top ring main body 2, an annular holder ring 5 and a vertical direction in the accommodation space inside the top ring main body 2 are provided. And a substantially disk-shaped chucking plate (movable member) 6 which is movable to the outside. Here, the vertical direction means a direction perpendicular to the polishing surface 101a. The chucking plate 6 may be formed of a metal material. However, in a state where the semiconductor wafer to be polished is held on the top ring, the thickness of the thin film formed on the surface by the thickness measurement method using eddy current is measured. In the case of measuring the film thickness, it is preferably formed of a material having no magnetism, for example, an insulating material such as PPS, PEEK, a fluorine-based resin, and ceramics.
[0027]
An elastic pressure sheet 13 is stretched between the holder ring 5 and the top ring main body 2. The pressure sheet 13 is fixed with one end sandwiched between the housing portion 2a of the top ring main body 2 and the pressure sheet support portion 2b and the other end sandwiched between the holder ring 5 and the chucking plate 6. I have. A pressure chamber 21 is formed inside the top ring main body 2 by the top ring main body 2, the chucking plate 6, the holder ring 5, and the pressure sheet 13. As shown in FIG. 2, a fluid path 32 including a tube, a connector, and the like is connected to the pressure chamber 21, and the pressure chamber 21 is connected to the pressure adjusting unit 120 via a regulator R 2 disposed on the fluid path 32. Have been. The fluid passage 32 passes through the inside of the top ring drive shaft 11 and is connected to the pressure adjusting unit 120 via a rotary joint 121 attached to an upper end of the top ring drive shaft 11. The pressure sheet 13 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicone rubber.
[0028]
When the pressing sheet 13 is an elastic body such as rubber, and when the pressing sheet 13 is fixed between the retainer ring 3 and the top ring main body 2, the pressing sheet 13 as an elastic body is used. , A desirable flat surface 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 sandwiching it between the housing portion 2a of the top ring main body 2 and the pressure sheet support portion 2b. are doing. In addition, the retainer ring 3 can be vertically movable with respect to the top ring main body 2 or the retainer ring 3 can be configured to be able to be pressed independently of the top ring main body 2. The method for fixing the pressure sheet 13 described above is not always used.
[0029]
An elastic film (membrane) 7 that is in contact with the semiconductor wafer W is attached to a lower portion of the chucking plate 6. The elastic film 7 has a circular contact portion 8 that contacts the entire upper surface of the semiconductor wafer W, and an annular peripheral wall portion that extends upward from the contact portion 8 and is connected to the chucking plate 6, that is, the first peripheral portion. A peripheral wall 9a, a second peripheral wall 9b, a third peripheral wall 9c, and a fourth peripheral wall 9d (hereinafter collectively referred to as peripheral walls 9a to 9d) are provided. The elastic film 7 has an integral structure as a one-piece member.
[0030]
The first peripheral wall portion 9a is disposed at an outer peripheral end of the contact portion 8. The second peripheral wall 9b is disposed radially inward of the first peripheral wall 9a with a predetermined distance from the first peripheral wall 9a. The third peripheral wall portion 9c is disposed radially inward of the second peripheral wall portion 9b with a predetermined distance from the second peripheral wall portion 9b. The fourth peripheral wall 9d is disposed radially inward of the third peripheral wall 9c with a predetermined distance from the third peripheral wall 9c. The first peripheral wall 9a, the second peripheral wall 9b, the third peripheral wall 9c, and the fourth peripheral wall 9d are arranged concentrically.
[0031]
The upper ends of the first peripheral wall portion 9a and the second peripheral wall portion 9b are sandwiched between the chucking plate 6 and the annular edge ring 4. The upper ends of the third peripheral wall portion 9c and the fourth peripheral wall portion 9d are sandwiched between the chucking plate 6 and the annular holder 15. The edge ring 4 and the holder 15 are fixed to the chucking plate 6 via bolts (not shown), whereby the elastic film 7 is detachably attached to the chucking plate 6.
[0032]
The elastic film 7 is made of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicone rubber, similarly to the pressure sheet 13. As the rubber material forming the elastic film 7, a material having a hardness (duro) of 20 to 60 is suitably used. Note that the elastic film 7 may include only one peripheral wall portion, or may include a plurality of peripheral wall portions as in the present embodiment.
[0033]
On the back side (upper side) of the elastic film 7, four pressure chambers 22, 23, 24, 25 are formed. That is, the annular space defined by the contact portion 8, the first peripheral wall portion 9a, the second peripheral wall portion 9b, and the edge ring 4 is configured as the pressure chamber 22. The pressure chamber 22 communicates with a fluid path 33 including a tube, a connector, and the like. The pressure chamber 22 is connected to the pressure adjusting unit 120 via a regulator R3 disposed on the fluid path 33.
[0034]
An annular space defined by the contact portion 8, the second peripheral wall portion 9b, the third peripheral wall portion 9c, 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 pressure adjusting unit 120 via a regulator R 4 disposed on the fluid path 34.
[0035]
An annular space defined by the contact portion 8, the third peripheral wall portion 9c, the fourth peripheral wall portion 9d, and the chucking plate 6 is configured as a pressure chamber 24. A fluid passage 35 including a tube, a connector, and the like communicates with the pressure chamber 24, and the pressure chamber 24 is connected to the pressure adjusting unit 120 via a regulator R 5 disposed on the fluid passage 35.
[0036]
An annular space defined by the contact portion 8, the fourth peripheral wall portion 9d, and the chucking plate 6 is configured as a pressure chamber 25. A fluid passage 36 composed of a tube, a connector, and the like communicates with the pressure chamber 25, and the pressure chamber 25 is connected to the pressure adjustment unit 120 via a regulator R 6 disposed on the fluid passage 36. The fluid passages 32, 33, 34, 35, and 36 pass through the inside of the top ring drive shaft 11 and are connected to the regulators R2 to R6 via a rotary joint 121.
[0037]
The pressure chamber 21 formed above the chucking plate 6 and the above-mentioned pressure chambers 22, 23, 24, 25 are provided with pressurized air via fluid passages 32, 33, 34, 35, 36 communicating with the respective pressure chambers. Or the like, or can be set to atmospheric pressure or vacuum. That is, the pressure of the pressurized fluid supplied to the respective pressure chambers 21 to 25 can be adjusted by the regulators R2 to R6 arranged on the fluid passages 32 to 36. Thereby, the pressure inside each of the pressure chambers 21 to 25 can be controlled independently or set to the atmospheric pressure or vacuum.
[0038]
The pressure inside each of the pressure chambers 22, 23, 24, and 25 is measured by a film thickness measuring device that measures one or more film thicknesses on the surface to be polished of the semiconductor wafer W embedded in the polishing table 100. Each result is controlled independently. Here, examples of the film thickness measuring device include an optical film thickness measuring device utilizing interference or reflection of light, an eddy current type film thickness measuring device, and the like. The signal from the film thickness measuring device is analyzed based on the radial position of the semiconductor wafer W, and the internal pressure of each of the concentric pressure chambers 22, 23, 24, and 25 is controlled.
[0039]
In this case, the temperature of the pressurized fluid supplied to each of the pressure chambers 22, 23, 24, 25 and the temperature of the air flowing into each of the pressure chambers when the atmospheric pressure is released may be controlled. In this way, the temperature of the object to be polished such as a semiconductor wafer can be directly controlled from the back side of the surface to be polished. In particular, if the temperature of each pressure chamber is controlled independently, it is possible to control the chemical reaction rate of chemical polishing in CMP. Here, the temperature control of each of the pressure chambers 22, 23, 24, 25 is often controlled based on the signal from the above-described film thickness measuring device, similarly to the above-described pressure control of each pressure chamber.
[0040]
A cleaning liquid channel 51 formed of an annular groove is formed near the outer peripheral edge of the upper surface of the housing portion 2a, and the seal portion 2c is fitted into the cleaning liquid channel 51. The cleaning liquid path 51 is connected to the fluid path 30, and the cleaning liquid (pure water) is supplied through the fluid path 30. Further, a plurality of communication holes 53 extending from the cleaning liquid passage 51 and penetrating the housing portion 2a and the pressure sheet support portion 2b are provided, and the communication holes 53 are formed on the outer peripheral surface of the elastic film 7 (first peripheral wall portion 9a). And a small gap G between the gasket and the retainer ring 3 and the air vent hole 54.
[0041]
Since there is a slight gap G between the outer peripheral surface of the elastic film 7 and the retainer ring 3, the members such as the holder ring 5, the chucking plate 6, and the elastic film 7 include the top ring body 2 and the retainer ring 3. It can move up and down with respect to and has a floating structure. The chucking plate 6 is provided with a plurality of protrusions 6c protruding outward from the outer peripheral edge thereof, and the protrusions 6c engage with the upper surface of the portion protruding inward of the retainer ring 3. Accordingly, the downward movement of the member such as the chucking plate 6 is limited to a predetermined position.
[0042]
Here, the elastic film 7 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a part of the top ring according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. . In FIGS. 3A and 3B, components other than the elastic film are schematically illustrated for simplification.
[0043]
As shown in FIG. 3A, the first peripheral wall portion 9a has a telescopic portion 40a that is vertically expandable and contractable, that is, perpendicular to the polishing surface 101a. The expansion and contraction portion 40a is formed of a folded portion that projects radially inward at a substantially central portion that does not affect the contact portion 8 of the first peripheral wall portion 9a. The second peripheral wall portion 9b is also provided with a telescopic portion 40b which is vertically expandable and contractible. The extendable portion 40b includes a horizontal portion 40b-1 extending inward in the radial direction near the lower end of the second peripheral wall portion 9b, and a folded portion 40b-2 provided on the horizontal portion 40b-1 and protruding upward. Have been. The folded portion 40b-2 extends in the horizontal direction with respect to the polishing surface 101a.
[0044]
The third peripheral wall portion 9c has a telescopic portion 40c that is vertically expandable and contractible. The extendable portion 40c includes a horizontal portion 40c-1 extending radially outward near the lower end of the third peripheral wall portion 9c, and a folded portion 40c-2 provided on the horizontal portion 40c-1 and protruding upward. Have been. The fourth peripheral wall portion 9d is also provided with a telescopic portion 40d which is vertically expandable and contractible. The extendable portion 40d is composed of a horizontal portion 40d-1 extending inward in the radial direction near the lower end of the fourth peripheral wall portion 9d, and a folded portion 40d-2 provided on the horizontal portion 40d-1 and protruding upward. Have been. The folded portions 40c-2 and the folded portions 40d-2 both extend in the horizontal direction with respect to the polishing surface 101a.
[0045]
By providing such elastic portions 40a, 40b, 40c, and 40d on the peripheral wall portions 9a to 9d, the peripheral wall portions 9a to 9d can be expanded and contracted while the shape of the contact portion 8 is maintained. That is, the amount of vertical extension of the peripheral wall portions 9a to 9d including the elastic portions 40a, 40b, 40c, and 40d can be made uniform. Therefore, as shown in FIG. 3B, when the chucking plate 6 (see FIG. 2) rises by supplying the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, the chucking plate 6 The expansion and contraction portions 40a, 40b, 40c, and 40d follow the movement and extend, so that the contact range between the elastic film 7 (contact portion 8) and the semiconductor wafer W can be maintained constant.
[0046]
Next, the operation of the top ring 1 configured as described above will be described in detail.
In the polishing apparatus having the above configuration, when the semiconductor wafer W is transferred, the entire top ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer W. When the diameter of the semiconductor wafer W to be polished is 200 mm, the pressure chamber 23 is communicated with the pressure adjusting section 120 via the fluid path 34 or the fluid path 35 when the diameter of the semiconductor wafer W is 200 mm, and when the diameter is 300 mm, the pressure adjusting section 120 is Then, the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24 is evacuated. A hole or notch (not shown) is formed in the contact portion 8 forming the pressure chamber 23 and the pressure chamber 24, and the semiconductor wafer W is directly provided on the lower end surface of the top ring 1 through the hole or notch. Adsorbed and held. Then, the top ring 1 is moved while holding the semiconductor wafer W, and the entire top ring 1 is positioned above the polishing table 100 having the polishing surface 101a. The side end of the semiconductor wafer W is held by a retainer ring 3 so that the semiconductor wafer W does not protrude from the top ring 1 or the semiconductor wafer W does not shift laterally.
[0047]
Next, the suction of the semiconductor wafer W is released, and at the same time, the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring 1 is pressed by a predetermined amount by operating the top ring air cylinder 111 connected to the top ring drive shaft 11. Pressure is applied to the polishing surface 101a. In this state, a pressurized fluid is supplied to the pressure chamber 21 to lower the chucking plate 6 so that the contact portion 8 of the elastic film 7 uniformly contacts the upper surface of the semiconductor wafer W. Thereafter, a pressurized fluid having a predetermined pressure is supplied to each of the pressure chambers 22, 23, 24, and 25 to raise the chucking plate 6 and press the semiconductor wafer W against the polishing surface 101a. At this time, since the expansion and contraction portions 40a, 40b, 40c, and 40d of the elastic film 7 expand following the rising of the chucking plate 6, the contact area between the lower surface of the elastic film 7 (contact portion 8) and the semiconductor wafer W is increased. Is kept constant. Thereafter, the top ring 1 and the polishing table 100 are rotated while the polishing liquid Q flows from the polishing liquid supply nozzle 102 to the polishing surface 101a. Thus, the polishing liquid Q is held on the polishing surface 101a of the polishing pad 101, and the polishing is performed in a state where the polishing liquid Q exists between the polishing surface (the lower surface) of the semiconductor wafer W and the polishing pad 101.
[0048]
In the present embodiment, even when the pressure of the pressurized fluid is small, each of the pressure chambers 22, 23, 24, and 25 can be satisfactorily expanded, so that the semiconductor wafer W can be pressed with a smaller pressing force. Accordingly, when polishing a semiconductor wafer on which a low-hardness low-k material (low-dielectric-constant interlayer insulating film) is formed as an insulating film for a Cu wiring, polishing can be performed without destroying the low-k material. It becomes.
[0049]
In the above-described configuration, polishing is performed while the retainer ring 3 is in sliding contact with the polishing surface 101a, so that the retainer ring 3 wears over time. Therefore, the distance between the lower surface of chucking plate 6 and semiconductor wafer W is reduced. In the conventional substrate holding apparatus, when the distance between the chucking plate and the semiconductor wafer is shortened, a problem arises that a contact range between the elastic film and the semiconductor wafer changes and a polishing profile changes. In the present embodiment, even in such a case, the expansion and contraction portions 40a, 40b, 40c, and 40d shrink upward following the wear of the retainer ring 3, so that the semiconductor wafer W and the elastic film 7 (contact portion 8) The contact range is kept constant, and a change in the polishing profile can be prevented.
[0050]
In the present embodiment, the elastic film formed integrally is used. However, the present invention is not limited to this. The elastic film divided into a plurality of divided bodies by providing cuts extending in the circumferential direction at the contact portion is used. You may. Even in this case, by providing the above-described expansion and contraction portion, the contact range between the semiconductor wafer and the elastic film (contact portion) is kept constant, and thus, uniform polishing over the entire polished surface of the semiconductor wafer is achieved. You can get the rate.
[0051]
The portions of the semiconductor wafer W located below the pressure chambers 22, 23, 24, 25 are applied to the polishing pad 101 (polishing surface 101a) by the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, respectively. Pressed. Therefore, by controlling the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22, 23, 24, and 25, the entire surface of the semiconductor wafer W can be pressed against the polishing pad 101 with a uniform force. A uniform polishing rate can be obtained over the entire surface to be polished. Similarly, the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 21 by the regulator R2 can be adjusted to change the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101. As described above, during polishing, by appropriately adjusting the pressing force of the retainer ring 3 pressing the polishing pad 101 and the pressing force of each of the pressure chambers 22, 23, 24, and 25 pressing the semiconductor wafer W against the polishing pad 101. In addition, the polishing profile of the semiconductor wafer W can be controlled.
[0052]
As described above, the pressing force of the retainer ring 3 against the polishing pad 101 by the top ring air cylinder 111 and the polishing pad 101 of the semiconductor wafer W by the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22, 23, 24, 25. The semiconductor wafer W is polished by appropriately adjusting the pressing force to the semiconductor wafer W. When the polishing is completed, the supply of the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, 25 is stopped, and the pressure chambers 22, 23, 24, 25 are released to the atmospheric pressure. Next, the chucking plate 6 is lowered by supplying a pressurized fluid to the pressure chamber 21, and the contact portion 8 is uniformly brought into close contact with the upper surface of the semiconductor wafer W. In this state, the semiconductor wafer W is vacuum-adsorbed to the lower end surface of the top ring 1 again. Immediately thereafter, the pressure in the pressure chamber 21 is released to the atmospheric pressure or a negative pressure. This is because if the pressure in the pressure chamber 21 is kept high, the semiconductor wafer W is locally pressed against the polishing surface 101a by the lower surface of the chucking plate 6.
[0053]
After adsorbing the semiconductor wafer W as described above, the entire top ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer, and a hole or notch (not shown) formed in the lower part of the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24. Release vacuum suction by. Then, a pressurized fluid of a predetermined pressure is supplied to the pressure chambers 22, 23, 24, and 25, and the pressurized fluid is injected to the semiconductor wafer W from the holes or notches to release the semiconductor wafer W.
[0054]
By the way, a polishing liquid Q used for polishing enters into a small gap G between the outer peripheral surface of the elastic film 7 and the retainer ring 3, and the polishing liquid Q is applied to the outer peripheral surface of the elastic film 7 and the retainer 3. When fixed to the ring 3, the members such as the holder ring 5, the chucking plate 6, and the elastic film 7 are prevented from moving up and down smoothly with respect to the top ring body 2 and the retainer ring 3. Therefore, the cleaning liquid (pure water) is supplied to the annular cleaning liquid path 51 via the fluid path 30. Accordingly, the cleaning liquid is supplied above the gap G from the plurality of communication holes 53, and the cleaning liquid rinses out the polishing liquid Q present in the gap G, thereby preventing the polishing liquid Q from sticking. The supply of the cleaning liquid is preferably performed between the time when the polished semiconductor wafer is released and the time when the next polished semiconductor wafer is held.
[0055]
Next, a top ring constituting a substrate holding device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a part of a top ring according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. . In FIGS. 4A and 4B, components other than the elastic film are schematically illustrated for simplification. Further, the configuration that is not particularly described is the same as that of the above-described first embodiment, and thus redundant description will be omitted.
[0056]
As shown in FIG. 4 (a), the second peripheral wall portion 9b is provided with a telescopic portion 42b which is vertically expandable and contractible. The extendable portion 42b includes two folded portions 42b-1 and 42b-2 protruding radially inward and outward, respectively, near the lower end of the second peripheral wall portion 9b. The third peripheral wall portion 9c and the fourth peripheral wall portion 9d are also provided with expandable and contractible portions 42c and 42d which are vertically expandable and contractible. The expansion and contraction portion 42c includes two folded portions 42c-1 and 42c-2 that protrude radially outward and inward, respectively, near the lower end of the third peripheral wall portion 9c. The extendable portion 42d includes two folded portions 42d-1 and 42d-2 protruding radially inward and outward, respectively, near the lower end of the fourth peripheral wall 9d.
[0057]
By providing such elastic portions 40a, 42b, 42c, and 42d on the peripheral wall portions 9a to 9d, the peripheral wall portions 9a to 9d can be expanded and contracted while the shape of the contact portion 8 is maintained. That is, it is possible to make the amount of extension in the vertical direction of the peripheral wall portions 9a to 9d including the elastic portions 40a, 42b, 42c, 42d uniform. Therefore, as shown in FIG. 4B, when the chucking plate 6 (see FIG. 2) rises by supplying the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, the chucking plate 6 The expansion and contraction portions 40a, 42b, 42c, and 42d follow the movement and extend, so that the contact range between the elastic film 7 (the contact portion 8) and the semiconductor wafer W can be kept constant.
[0058]
Next, a top ring constituting a substrate holding device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIG. 5A is a schematic diagram illustrating a part of a top ring according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. . In FIGS. 5A and 5B, components other than the elastic film are schematically illustrated for simplification. Further, the configuration that is not particularly described is the same as that of the above-described first embodiment, and thus redundant description will be omitted.
[0059]
As shown in FIG. 5 (a), the second peripheral wall portion 9b is provided with a telescopic portion 43b which is vertically extensible. The extendable portion 43b includes a horizontal portion 43b-1 extending radially outward near the lower end of the second peripheral wall portion 9b, and a radially inward portion continuously formed at an inner end of the horizontal portion 43b-1. And a folded portion 43b-2. The third peripheral wall portion 9c and the fourth peripheral wall portion 9d are also provided with expandable and contractible portions 43c and 43d, which are vertically expandable and contractible. The extendable portion 43c extends radially inward near the lower end of the third peripheral wall portion 9c, and projects radially outward formed continuously at the outer end of the horizontal portion 43c-1. And a folded portion 43c-2. The expandable portion 43d extends radially outward in the vicinity of the lower end of the fourth peripheral wall portion 9d, and projects radially inward from the inner end of the horizontal portion 43d-1. And a folded portion 43d-2.
[0060]
By providing such elastic portions 40a, 43b, 43c, 43d on the peripheral wall portions 9a to 9d, the peripheral wall portions 9a to 9d can be expanded and contracted while maintaining the shape of the contact portion 8. That is, it is possible to make the amount of extension in the vertical direction of the peripheral wall portions 9a to 9d including the elastic portions 40a, 43b, 43c, and 43d uniform. Therefore, as shown in FIG. 5B, when the chucking plate 6 (see FIG. 2) rises by supplying the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, the chucking plate 6 The expansion and contraction portions 40a, 43b, 43c, and 43d follow and extend, and the contact range between the elastic film 7 (the contact portion 8) and the semiconductor wafer W can be maintained constant.
[0061]
Next, a top ring constituting a substrate holding device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6A is a schematic diagram illustrating a part of a top ring according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a schematic diagram illustrating a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. . In FIGS. 6A and 6B, components other than the elastic film are schematically illustrated for simplification. Further, the configuration that is not particularly described is the same as that of the above-described first embodiment, and thus redundant description will be omitted.
[0062]
As shown in FIG. 6 (a), the second peripheral wall portion 9b is provided with a telescopic portion 44b which is vertically expandable and contractible. The expansion and contraction portion 44b is formed of a folded portion protruding radially outward at a substantially central portion of the second peripheral wall portion 9b. The third peripheral wall portion 9c and the fourth peripheral wall portion 9d are also provided with expandable and contractible portions 44c and 44d, which are vertically expandable and contractible. The elastic portion 44c is formed of a folded portion that projects radially inward at a substantially central portion of the third peripheral wall portion 9c. The expansion and contraction portion 44d is formed of a folded portion that protrudes radially outward at a substantially central portion of the fourth peripheral wall portion 9d.
[0063]
By providing such elastic portions 40a, 44b, 44c, and 44d on the peripheral wall portions 9a to 9d, the peripheral wall portions 9a to 9d can be expanded and contracted while maintaining the shape of the contact portion 8. That is, it is possible to make the amount of extension in the vertical direction of the peripheral wall portions 9a to 9d including the elastic portions 40a, 44b, 44c, and 44d uniform. Therefore, as shown in FIG. 5B, when the chucking plate 6 (see FIG. 2) rises by supplying the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, the chucking plate 6 The expansion and contraction portions 40a, 44b, 44c, and 44d follow the movement and extend, so that the contact area between the elastic film 7 (the contact portion 8) and the semiconductor wafer W can be kept constant.
[0064]
Next, a top ring constituting a substrate holding device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A and 7B. FIG. 7A is a schematic diagram illustrating a part of a substrate holding device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a schematic diagram illustrating a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. is there. In FIGS. 7A and 7B, components other than the elastic film are schematically illustrated for simplification. Further, the configuration that is not particularly described is the same as that of the above-described first embodiment, and thus redundant description will be omitted.
[0065]
As shown in FIG. 7 (a), the second peripheral wall portion 9b is provided with a telescopic portion 45b which is vertically extensible. The elastic portion 45b includes a horizontal portion 45b-1 extending radially outward near the lower end of the second peripheral wall portion 9b, and a folded portion 45b-2 projecting radially inward at a substantially central portion of the second peripheral wall portion 9b. It is composed of The third peripheral wall portion 9c and the fourth peripheral wall portion 9d are also provided with expandable and contractible portions 45c and 45d, which are vertically expandable and contractible. The extendable portion 45c includes a horizontal portion 45c-1 extending radially inward near the lower end of the third peripheral wall portion 9c, and a folded portion 45c-2 projecting radially outward at a substantially central portion of the third peripheral wall portion 9c. It is composed of The extendable portion 45d includes a horizontal portion 45d-1 extending radially outward near the lower end of the fourth peripheral wall portion 9d, and a folded portion 45d-2 projecting radially inward at a substantially central portion of the fourth peripheral wall portion 9d. It is composed of
[0066]
By providing such elastic portions 40a, 45b, 45c, 45d on the peripheral wall portions 9a to 9d, the peripheral wall portions 9a to 9d can be expanded and contracted while the shape of the contact portion 8 is maintained. That is, the amount of vertical extension of the peripheral wall portions 9a to 9d including the elastic portions 40a, 45b, 45c, and 45d can be made uniform. Therefore, as shown in FIG. 5B, when the chucking plate 6 (see FIG. 2) rises by supplying the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, the chucking plate 6 The expansion and contraction portions 40a, 45b, 45c, and 45d follow the movement and extend, so that the contact range between the elastic film 7 (the contact portion 8) and the semiconductor wafer W can be kept constant.
[0067]
Next, a top ring constituting a substrate holding device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (c). FIG. 8A is a partially enlarged view showing a first example of a top ring according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a partially enlarged view of the top ring according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 8C is a partially enlarged view showing two examples, and FIG. 8C is a partially enlarged view showing a third example of the top ring according to the sixth embodiment of the present invention. The configuration that is not particularly described is the same as that of the above-described first embodiment, and a duplicate description will be omitted.
[0068]
As shown in FIG. 8A, an inclined portion 8 a that is inclined substantially upward is formed on the outer peripheral edge of the contact portion 8 of the elastic film 7. The inclined portion 8a has a curved cross-sectional shape. With such a configuration, even when the chucking plate 6 is raised by supplying a pressurized fluid to the pressure chambers 22 and 23, the contact portion 8 of the elastic film 7 and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W are not separated. Can be kept in contact. Therefore, the pressing force from the elastic film 7 is not applied to the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W, thereby preventing the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W from being excessively polished. .
[0069]
In addition, since the polishing liquid easily accumulates in the space formed between the inclined portion 8a and the semiconductor wafer W, it is preferable to make this space as small as possible. Therefore, it is preferable to make the vertical dimension (vertical direction) smaller than the horizontal dimension (horizontal direction) of the inclined portion 8a. Further, in the present embodiment, the expansion and contraction portion 46b formed on the second peripheral wall portion 9b is formed from a horizontal portion extending outward in the radial direction, but the folded back portion shown in the first to fifth embodiments. A portion may be further provided on the second peripheral wall portion 9b.
[0070]
The difference between the second example shown in FIG. 8B and the first example shown in FIG. 8A lies in the position of the second peripheral wall 9b. That is, the lower end of the second peripheral wall 9b is provided at a position close to the first peripheral wall 9a, and the inclined portion 8a extends upward from the lower end of the second peripheral wall 9b. Therefore, the pressure formed in the pressure chamber 23 can be applied to a region radially inside the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W.
[0071]
The difference between the third example shown in FIG. 8C and the second example shown in FIG. 8B lies in the thickness of the inclined portion 8a. That is, in the third example, the inclined portion 8a is formed to be thinner than the wall thickness of the horizontal portion of the contact portion 8. Therefore, by supplying the pressurized fluid to the pressure chamber 22, the inclined portion 8a can be easily expanded, and only the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W can be pressed with a desired pressing force. As a result, the polishing rate of the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W can be controlled independently.
[0072]
Next, a top ring constituting a substrate holding device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 9C. FIG. 9A is a partially enlarged view showing a first example of a top ring according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a partial enlarged view of the top ring according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 9C is a partially enlarged view showing two examples, and FIG. 9C is a partially enlarged view showing a third example of the top ring according to the seventh embodiment of the present invention. Note that the configuration and effects that are not particularly described are the same as those of the first and sixth embodiments described above, and thus redundant description will be omitted.
[0073]
As shown in FIG. 9A, an inclined portion 8b that is inclined substantially upward is formed on the outer peripheral edge of the contact portion 8 of the elastic film 7. The inclined portion 8b has a linear cross section. With such a configuration, even when the chucking plate 6 is raised by supplying a pressurized fluid to the pressure chambers 22 and 23, the contact portion 8 of the elastic film 7 and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W are not separated. Can be kept in contact. In order to reduce the space formed between the inclined portion 8b and the semiconductor wafer W, it is necessary to make the vertical (vertical) dimension smaller than the horizontal (horizontal) dimension of the inclined portion 8b. preferable.
[0074]
The lower end of the second peripheral wall 9b shown in FIG. 9B is provided at a position close to the first peripheral wall 9a, and the inclined portion 8b extends upward from the lower end of the second peripheral wall 9b. . Therefore, the pressure formed in the pressure chamber 23 can be applied to a region radially inside the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W.
[0075]
In the third example shown in FIG. 9C, the inclined portion 8b is formed to be thinner than the thickness of the horizontal portion of the contact portion 8. Therefore, by supplying the pressurized fluid to the pressure chamber 22, the inclined portion 8b can be easily expanded, and only the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W is polished by the inclined portion 8b with a desired pressing force by the inclined portion 8b. 1). As a result, the polishing rate of the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W can be controlled independently.
[0076]
Here, the lower end of the retainer ring 3 is gradually scraped by sliding contact with the polishing surface 101a during the polishing process. For this reason, the distance between the chucking plate 6 and the semiconductor wafer W is shortened, and the contact area between the elastic film 7 and the semiconductor wafer W is changed, so that the polishing rate may be locally changed. In order to prevent such a problem, the amount of expansion and contraction of the expansion and contraction portions 40a to 40d, 41b to 41d, 42b to 42d, 43b to 43d, 44b to 44d, 45b to 45d, and 46b provided on the elastic film 7 is determined. It is preferable that the wear amount is larger than the wear amount of the ring 3. Accordingly, the expansion and contraction portion can be contracted upward following the wear of the retainer ring 3, and a local change in the polishing rate can be prevented.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the expansion and contraction portion extends in the direction perpendicular to the polishing surface with the supply of the fluid to the pressure chamber, the shape of the contact portion of the elastic film can be maintained. . Therefore, the contact area between the elastic film (contact portion) and the substrate can be kept constant, and a uniform polishing rate can be obtained over the entire polished surface of the substrate. Further, since the contact between the elastic film and the substrate can be favorably maintained by the expansion and contraction portion, an elastic film having high hardness can be used, and the durability of the elastic film can be enhanced. In this case, the elastic film having high hardness can maintain the contact range between the substrate and the elastic film (contact portion) better than the elastic film having low hardness, and can obtain a stable polishing rate. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of a polishing apparatus provided with a substrate holding device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a top ring according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a schematic view showing a part of a top ring according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B shows a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. It is a schematic diagram.
FIG. 4A is a schematic view showing a part of a top ring according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. It is a schematic diagram.
FIG. 5A is a schematic view showing a part of a top ring according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B shows a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. It is a schematic diagram.
FIG. 6A is a schematic view showing a part of a top ring according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B shows a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. It is a schematic diagram.
FIG. 7A is a schematic view showing a part of a substrate holding device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 7B shows a state when a fluid is supplied to a pressure chamber. FIG.
FIG. 8 (a) is a partially enlarged view showing a first example of a top ring according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 8 (b) is a view according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 8C is a partially enlarged view showing a second example of the top ring, and FIG. 8C is a partially enlarged view showing a third example of the top ring according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 (a) is a partially enlarged view showing a first example of a top ring according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 9 (b) is a view according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9C is a partially enlarged view showing a second example of the top ring, and FIG. 9C is a partially enlarged view showing a third example of the top ring according to the seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Top ring
2 Top ring body
2a Housing part
2b Pressing sheet support
2c Seal part
2d spherical concave
3 Retaining ring
4 Edge ring
5 Holder ring
6 chucking plate (movable member)
6c protrusion
7 Elastic membrane
8 Contact section
8a Inclined part
8b Inclined part
9a First peripheral wall
9b Second peripheral wall
9c Third peripheral wall
9d Fourth peripheral wall
10 Universal joint
11 Top ring drive shaft
11a Spherical recess
12 Bearing ball
13 Pressure sheet
15 Holder
21, 22, 23, 24, 25 pressure chamber
30, 32, 33, 34, 35, 36 fluid path
40a to 40d, 41b to 41d, 42b to 42d, 43b to 43d, 44b to 44d, 45b to 45d, 46b
51 Cleaning liquid path
53 communication hole
54 Air vent hole
100 polishing table
101 polishing pad
101a Polished surface
102 Polishing liquid supply nozzle
110 Top Ring Head
111 Air cylinder for top ring
112 rotating cylinder
113,116 Timing pulley
114 Top ring motor
115 Timing Belt
117 Top ring head shaft
120 Pressure adjustment unit
121 Rotary Joint
G gap
Q Polishing liquid
R1, R2, R3, R4, R5, R6 Regulator
W semiconductor wafer

Claims

A substrate holding device that holds a substrate and presses it against a polishing surface,
A movable member movable in a direction perpendicular to the polishing surface,
A pressure chamber formed by an elastic film,
The elastic film includes a contact portion that contacts the substrate, and a peripheral wall portion that connects the contact portion to the movable member.
The substrate holding device according to claim 1, wherein the peripheral wall portion has an extendable portion that is extendable and retractable in a direction perpendicular to the polishing surface.

The substrate holding device according to claim 1, wherein the elastic film has an integral structure.

The substrate holding device according to claim 1, wherein an inclined portion that is inclined substantially upward is formed at an outer edge portion of the contact portion.

The substrate holding device according to claim 3, wherein the inclined portion has a curved cross-sectional shape.

The substrate holding device according to claim 3, wherein the inclined portion has a linear cross-sectional shape.

The substrate holding device according to claim 3, wherein the inclined portion is formed to be thin.

A polishing table having a polishing surface,
A polishing apparatus, comprising: the substrate holding device according to claim 1.