JP2015150648A - Substrate holding device and polishing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置に使用される基板保持装置に関し、特に基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置に関する。また、本発明は、そのような基板保持装置を備えた研磨装置に関する。 The present invention relates to a substrate holding device used in a polishing apparatus that polishes a substrate such as a wafer, and more particularly to a substrate holding device that holds a substrate and presses it against a polishing surface. The present invention also relates to a polishing apparatus provided with such a substrate holding device.
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性(ステップカバレッジ)が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。 In recent years, with higher integration and higher density of semiconductor devices, circuit wiring has become increasingly finer and the number of layers of multilayer wiring has increased. When trying to realize multilayer wiring while miniaturizing the circuit, the step becomes larger while following the surface unevenness of the lower layer, so as the number of wiring layers increases, the film coverage to the step shape in thin film formation (Step coverage) deteriorates. Therefore, in order to carry out multilayer wiring, it is necessary to improve the step coverage and perform a flattening process in an appropriate process. Further, since the depth of focus becomes shallower as the optical lithography becomes finer, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor device so that the uneven steps on the surface of the semiconductor device are kept below the depth of focus.
したがって、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がますます重要になっている。この表面の平坦化において最も重要な技術は、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)である。この化学機械研磨は、シリカ(SiO2)等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつウェハを研磨面に摺接させて研磨を行うものである。 Therefore, in the semiconductor device manufacturing process, planarization of the surface of the semiconductor device has become increasingly important. The most important technique for planarizing the surface is chemical mechanical polishing (CMP). In this chemical mechanical polishing, polishing is performed by bringing a wafer into sliding contact with the polishing surface while supplying a polishing liquid containing abrasive grains such as silica (SiO 2 ) onto the polishing surface of the polishing pad.
CMPを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハ等の基板を保持するためのトップリング又は研磨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基板の研磨を行う場合には、基板保持装置により基板を保持しつつ、基板を研磨パッドの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基板が研磨面に摺接し、基板の表面が研磨される。 A polishing apparatus for performing CMP includes a polishing table that supports a polishing pad, and a substrate holding apparatus called a top ring or a polishing head for holding a substrate such as a wafer. When polishing a substrate using such a polishing apparatus, the substrate is pressed against the polishing surface of the polishing pad with a predetermined pressure while the substrate is held by the substrate holding apparatus. At this time, the substrate is brought into sliding contact with the polishing surface by moving the polishing table and the substrate holding device relative to each other, and the surface of the substrate is polished.
研磨中の基板と研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が基板の全面に亘って均一でない場合には、基板の各部分に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。そこで、基板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メンブレン(弾性膜)から形成される圧力室を設け、この圧力室に圧縮空気などの圧力流体を供給することでメンブレンを介して流体圧により基板を加圧することが行われている。そのため、圧力室は加圧ラインを介して圧力調整部に接続されており、圧力調整部から圧力流体が供給されるようになっている。 When the relative pressing force between the substrate being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the substrate, insufficient polishing or overpolishing may occur depending on the pressing force applied to each part of the substrate. It will occur. Therefore, in order to equalize the pressing force on the substrate, a pressure chamber formed of a membrane (elastic film) is provided in the lower part of the substrate holding device, and a pressure fluid such as compressed air is supplied to the pressure chamber to The substrate is pressurized with a fluid pressure. Therefore, the pressure chamber is connected to the pressure adjusting unit via the pressurizing line, and the pressure fluid is supplied from the pressure adjusting unit.
また、基板保持装置の圧力室は真空吸着ラインを介して真空源に接続され、メンブレンには複数の貫通孔が形成されており、メンブレンの貫通孔に負圧を形成することにより、メンブレンにより基板を真空吸着して基板を保持するようになっている。 In addition, the pressure chamber of the substrate holding device is connected to a vacuum source via a vacuum suction line, and a plurality of through holes are formed in the membrane. By forming a negative pressure in the through hole of the membrane, the substrate is made by the membrane. The substrate is held by vacuum suction.
上述したように、基板保持装置には、基板を真空吸着するために真空吸着ラインが設けられているが、基板を真空吸着する際に真空吸着ラインには真空吸着用の貫通孔から大気と基板上に残っている洗浄水が吸引されるために、これらの水分を気水分離槽で分離する必要がある。そのため、真空吸着ラインには気水分離槽が接続されている。気水分離槽においてこれらの水分を分離すると、水分が気水分離槽の槽内に溜まってくるため、排水する必要がある。気水分離槽から槽内の液体(水)を排水するために排水ラインが設けられている。気水分離槽から槽内の液体(水)を排水する際には、排水バルブを開くとともに槽内を加圧する必要がある。そのため、気水分離槽には、基板を加圧するために設けられている加圧ラインが接続されている。 As described above, the substrate holding device is provided with a vacuum suction line for vacuum suction of the substrate. However, when vacuum suctioning the substrate, the vacuum suction line is connected to the atmosphere and the substrate from the through hole for vacuum suction. In order for the washing water remaining on the top to be sucked, it is necessary to separate these waters in a steam-water separation tank. Therefore, a steam / water separation tank is connected to the vacuum adsorption line. If these water | moisture content is isolate | separated in a steam-water separation tank, since a water | moisture content will accumulate in the tank of a steam-water separation tank, it is necessary to drain. A drainage line is provided to drain the liquid (water) in the tank from the steam / water separation tank. When draining the liquid (water) in the tank from the steam-water separation tank, it is necessary to open the drain valve and pressurize the tank. Therefore, a pressurization line provided for pressurizing the substrate is connected to the steam / water separation tank.
しかしながら、基板保持装置において、真空吸着ラインを介して基板をメンブレンに真空吸着する際、または加圧ラインを介して基板を加圧して研磨パッドに押圧する際、または排水ラインを介して気水分離槽に貯まった液体を外部に排出(ドレイン)する際に、液面計測用のチューブを備えた液面計の上側のコネクタまたは下側のコネクタからチューブ内に水滴が浸入する場合がある。チューブ内に水滴が浸入すると、気水分離槽の槽内の液位が下側のコネクタの近傍までしか上昇しないにも拘わらず、チューブ内に浸入した水滴が満水センサを作動させてしまい、満水の誤検知をしてしまうという問題点がある。 However, in the substrate holding device, when the substrate is vacuum-sucked to the membrane via the vacuum suction line, or when the substrate is pressurized and pressed against the polishing pad via the pressure line, or the air / water separation is performed via the drain line. When the liquid stored in the tank is discharged (drained) to the outside, water droplets may enter the tube from the upper connector or the lower connector of the liquid level gauge equipped with the liquid level measuring tube. When water drops enter the tube, the liquid level in the gas / water separation tank rises only to the vicinity of the lower connector, but the water drops that have entered the tube actuate the full-water sensor. There is a problem of misdetection.
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、基板を真空吸着する際または基板を加圧して研磨パッドに押圧する際または気水分離槽に貯まった液体を外部に排出する際に、気水分離槽の液面検知ライン内に水滴が浸入することがない基板保持装置および研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. When the substrate is vacuum-adsorbed, when the substrate is pressurized and pressed against the polishing pad, or when the liquid stored in the steam separator is discharged to the outside, It is an object of the present invention to provide a substrate holding device and a polishing device in which water droplets do not enter the liquid level detection line of the water separation tank.
上述した課題を解決するため、本発明の第一の態様は、流体が供給される圧力室を形成する弾性膜を有し、前記圧力室を真空源に連通させることにより基板を真空吸着して保持するとともに前記圧力室を圧力流体を供給する圧力調整部に連通させることにより基板を研磨面に押圧するトップリングと、前記圧力室と前記真空源とを接続する真空吸着ラインに設けられた気水分離槽とを備えた基板保持装置であって、前記気水分離槽は、内部に液体を貯留する空間であるチャンバーと、前記チャンバーの外部に設けられチャンバーの下部から上方に延設されるとともにチャンバー内に連通してチャンバー内に貯留された液体の液面を検知する液面検知ラインと、前記液面検知ライン内の液面を検知して前記チャンバーが満水であることを検知するセンサとを備え、前記圧力室と前記真空源とを接続する前記真空吸着ラインおよび前記圧力室と前記圧力調整部とを接続する加圧ラインを前記気水分離槽のチャンバーを経由させるように設け、前記液面検知ラインの上端を、前記加圧ラインの一部であって前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続しているラインに接続するようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention includes an elastic film that forms a pressure chamber to which a fluid is supplied, and vacuum-adsorbs the substrate by communicating the pressure chamber with a vacuum source. A gas is provided in a vacuum suction line that connects the pressure chamber and the vacuum source, and a top ring that presses the substrate against the polishing surface by connecting the pressure chamber to a pressure adjusting unit that supplies the pressure fluid. A substrate holding apparatus including a water separation tank, wherein the gas / water separation tank is provided in a space that stores a liquid therein, and is provided outside the chamber and extends upward from a lower portion of the chamber. And a liquid level detection line for detecting the liquid level of the liquid stored in the chamber in communication with the chamber and detecting the liquid level in the liquid level detection line to detect that the chamber is full. A vacuum suction line that connects the pressure chamber and the vacuum source, and a pressurization line that connects the pressure chamber and the pressure adjustment unit so as to pass through the chamber of the steam separation tank. The upper end of the liquid level detection line is connected to a line that is a part of the pressurization line and connects the pressure adjusting unit and the chamber.
本発明の好ましい態様は、前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続している前記ラインは開閉バルブを備え、前記液面検知ラインの上端は、前記開閉バルブの下流側に接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記液面検知ラインはチューブからなり、前記センサは前記チューブを挟むように設けられた投受光部を備えることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the line connecting the pressure adjusting unit and the chamber includes an opening / closing valve, and an upper end of the liquid level detection line is connected to a downstream side of the opening / closing valve. Features.
In a preferred aspect of the present invention, the liquid level detection line includes a tube, and the sensor includes a light projecting and receiving unit provided so as to sandwich the tube.
本発明の好ましい態様は、前記真空吸着ラインは、該ラインに設けられたコネクタおよび前記気水分離槽の内部に形成された流路を介して前記チャンバーに接続され、前記加圧ラインは、該ラインに設けられたコネクタを介して前記チャンバーに直接に接続されていることを特徴とする。
本発明の第二の態様は、上記基板保持装置と、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置である。
In a preferred aspect of the present invention, the vacuum adsorption line is connected to the chamber via a connector provided in the line and a flow path formed in the steam separator, and the pressure line is It is directly connected to the chamber through a connector provided in the line.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a polishing apparatus comprising the substrate holding apparatus and a polishing table that supports a polishing pad having a polishing surface.
本発明によれば、基板を真空吸着する際または基板を加圧して研磨パッドに押圧する際または気水分離槽に貯まった液体を外部に排出する際に、気水分離槽の液面検知ライン内に水滴が浸入することがない。すなわち、液面検知ライン内に液体の吸い上がりが生じないため、満水センサによる満水の誤検知を防止することができる。 According to the present invention, when the substrate is vacuum-adsorbed, when the substrate is pressurized and pressed against the polishing pad, or when the liquid stored in the steam-water separation tank is discharged to the outside, the liquid level detection line of the steam-water separation tank Water droplets do not enter inside. That is, since no liquid is sucked up in the liquid level detection line, erroneous detection of full water by the full water sensor can be prevented.
以下、本発明に係る基板保持装置および研磨装置の実施形態について図1乃至図9を参照して詳細に説明する。なお、図1乃至図9において同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、本発明の一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模式図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨パッド101を支持する研磨テーブル100と、研磨対象物であるウェハ等の基板Wを保持して研磨パッド101に押圧する基板保持装置としてのトップリング1とを備えている。
Hereinafter, embodiments of a substrate holding apparatus and a polishing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. In FIG. 1 to FIG. 9, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus provided with a substrate holding device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 100 that supports a
研磨テーブル100は、テーブル軸100aを介してその下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸100aを中心に回転可能になっている。研磨パッド101は、研磨テーブル100の上面に貼付されており、研磨パッド101の上面101aが基板Wを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル100の上方には研磨液供給機構105が設置されており、この研磨液供給機構105によって研磨パッド101上に研磨液が供給されるようになっている。
The polishing table 100 is connected to a motor (not shown) disposed below the table via a
トップリング1は、トップリングシャフト16に接続されており、このトップリングシャフト16は、トップリングヘッド18に設置された上下動機構(図示せず)により上下動するようになっている。トップリングシャフト16の上下動により、トップリングヘッド18に対してトップリング1の全体を矢印で示すように昇降させ、位置決めするようになっている。さらに、トップリングシャフト16は、トップリングヘッド18内に設置された回転機構(図示せず)により回転するようになっている。したがって、トップリング1は、トップリングシャフト16の回転に伴って、矢印で示すように自身の軸心を中心に回転する。
The
トップリング1および研磨テーブル100は矢印で示すように回転し、この状態でトップリング1は、基板Wを研磨パッド101の研磨面101aに押し付ける。研磨液供給機構105からは研磨液が研磨パッド101上に供給され、基板Wは、研磨パッド101と基板Wとの間に研磨液が存在した状態で研磨パッド101との摺接により研磨される。
The
次に、基板保持装置を構成するトップリングについて説明する。図2は、研磨対象物である基板Wを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置を構成するトップリング1の模式的な断面図である。図2おいては、トップリング1を構成する主要構成要素だけを図示している。
図2に示すように、トップリング1は、基板Wを研磨パッド101に対して押圧するトップリング本体(キャリアとも称する)2と、研磨面101aを直接押圧するリテーナリング3とから基本的に構成されている。トップリング本体(キャリア)2は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング3はトップリング本体2の外周部に取り付けられている。トップリング本体2は、エンジニアリングプラスティック(例えば、PEEK)などの樹脂により形成されている。トップリング本体2の下面には、半導体ウエハの裏面に当接する弾性膜(メンブレン)4が取り付けられている。弾性膜(メンブレン)4は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
Next, the top ring constituting the substrate holding device will be described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
As shown in FIG. 2, the
前記弾性膜(メンブレン)4は同心状の複数の隔壁4aを有し、これら隔壁4aによって、弾性膜4の上面とトップリング本体2の下面との間に円形状のセンター室5、環状のリプル室6、環状のアウター室7、環状のエッジ室8が形成されている。すなわち、トップリング本体2の中心部にセンター室5が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室6、アウター室7、エッジ室8からなる各圧力室が形成されている。トップリング本体2内には、センター室5に連通する流路11、リプル室6に連通する流路12、アウター室7に連通する流路13、エッジ室8に連通する流路14がそれぞれ形成されている。そして、センター室5に連通する流路11、アウター室7に連通する流路13、エッジ室8に連通する流路14は、ロータリージョイント25を介して流路21,23,24にそれぞれ接続されている。そして、流路21,23,24は、それぞれバルブV1−1,V3−1,V4−1および圧力レギュレータR1,R3,R4を介して圧力調整部30に接続されている。また、流路21,23,24は、それぞれバルブV1−2,V3−2,V4−2を介して真空源31に接続されるとともに、バルブV1−3,V3−3,V4−3を介して大気に連通可能になっている。
The elastic membrane (membrane) 4 has a plurality of
一方、リプル室6に連通する流路12は、ロータリージョイント25を介して流路22に接続されている。そして、流路22は、気水分離槽35、バルブV2−1および圧力レギュレータR2を介して圧力調整部30に接続されている。また、流路22は、気水分離槽35およびバルブV2−2を介して真空源131に接続されるとともに、バルブV2−3を介して大気に連通可能になっている。
On the other hand, the
また、リテーナリング3の直上にも弾性膜からなるリテーナリング加圧室9が形成されており、リテーナリング加圧室9は、トップリング本体(キャリア)2内に形成された流路15およびロータリージョイント25を介して流路26に接続されている。そして、流路26は、バルブV5−1および圧力レギュレータR5を介して圧力調整部30に接続されている。また、流路26は、バルブV5−2を介して真空源31に接続されるとともに、バルブV5−3を介して大気に連通可能になっている。圧力レギュレータR1,R2,R3,R4,R5は、それぞれ圧力調整部30からセンター室5、リプル室6、アウター室7、エッジ室8およびリテーナリング加圧室9に供給する圧力流体(圧縮空気等)の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータR1,R2,R3,R4,R5および各バルブV1−1〜V1−3,V2−1〜V2−3,V3−1〜V3−3,V4−1〜V4−3,V5−1〜V5−3は、制御部(図示せず)に接続されていて、それらの作動が制御されるようになっている。また、流路21,22,23,24,26にはそれぞれ圧力センサP1,P2,P3,P4,P5および流量センサF1,F2,F3,F4,F5が設置されている。
A retainer ring pressurizing chamber 9 made of an elastic film is also formed immediately above the
図2に示すように構成されたトップリング1においては、上述したように、トップリング本体2の中心部にセンター室5が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室6、アウター室7、エッジ室8が形成され、これらセンター室5、リプル室6、アウター室7、エッジ室8およびリテーナリング加圧室9に供給する流体の圧力を圧力調整部30および圧力レギュレータR1,R2,R3,R4,R5によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、基板Wを研磨パッド101に押圧する押圧力を基板Wの領域毎に調整でき、かつリテーナリング3が研磨パッド101を押圧する押圧力を調整できる。
In the
次に、図2に示す気水分離槽35の構成を図3を参照して説明する。
図3は、図2に示す気水分離槽35、気水分離槽35に接続された各ラインを示す概略図である。図3に示すように、気水分離槽35には、真空吸着ラインL1(太い実線矢印で示す)、加圧ラインL2(白抜き矢印で示す)および排水ラインL3(点線矢印で示す)が接続されている。各ラインについて図2との関係で説明すると、真空吸着ラインL1はトップリング1のリプル室6と真空源131とを接続するラインであって、真空吸着ラインL1には真空バルブV2−2が設けられている。トップリング1の弾性膜(メンブレン)4にはリプル室6のエリアに真空吸着用の貫通孔が形成されており、真空バルブV2−2を開くことにより真空吸着ラインL1を介してリプル室6と真空源131とを連通させてリプル室6に負圧を形成し、基板Wを真空吸着用の貫通孔(図示せず)を介して弾性膜4で真空吸着するように構成している。加圧ラインL2はトップリング1のリプル室6と圧力調整部30とを接続するラインであって、加圧ラインL2には加圧バルブV2−1が設けられている。加圧バルブV2−1を開くことにより加圧ラインL2を介してリプル室6と圧力調整部30とを連通させてリプル室6に圧力流体(圧縮空気等)を供給し、基板Wを研磨パッド101に押圧するように構成している。排水ラインL3は、気水分離層35の槽内を圧力調整部30に接続するとともに気水分離槽35の底部に設けられた排水バルブV2−3を開くことにより、槽内を加圧して槽内の液体(水)を排水するラインである。
Next, the structure of the
FIG. 3 is a schematic diagram showing the steam-
図3に示すように、気水分離槽35に真空吸着ラインL1,加圧ラインL2,排水ラインL3が接続されている理由は以下のとおりである。すなわち、基板Wを真空吸着するために真空吸着ラインL1が設けられているが、基板Wを真空吸着する際に真空吸着ラインL1には真空吸着用の貫通孔から大気と基板上に残っている洗浄水が吸引されるために、これらの水分を気水分離槽35で分離する必要がある。そのため、真空吸着ラインL1には気水分離槽35が接続されている。気水分離槽35においてこれらの水分を分離すると、水分が気水分離槽35の槽内に溜まってくるため、排水する必要がある。気水分離槽35から槽内の液体(水)を排水するために排水ラインL3が設けられている。気水分離槽35から槽内の液体(水)を排水する際には、排水バルブV2−3を開くとともに槽内を加圧する必要がある。そのため、気水分離槽35には、基板Wを加圧するために設けられている加圧ラインL2が接続されている。排水バルブV2−3は、基板Wを弾性膜4で真空吸着する際および基板Wを弾性膜4で加圧する際に閉止状態となる。そして、基板Wをトップリング1からリリースする際に排水バルブV2−3を開くと共に気水分離槽35内を加圧し、気水分離槽35の槽内に溜まった液体(水)を排水する。基板Wをトップリング1からリリースするためには所定の時間が必要であり、この所定の時間、排水バルブV2−3を開いておくことにより、気水分離槽35の槽内に溜まった液体(水)を充分に排水できる。
As shown in FIG. 3, the reason why the vacuum adsorption line L1, the pressurization line L2, and the drainage line L3 are connected to the
図3に示すように、気水分離槽35には気水分離槽35の槽内の液位を示す液面計36が設置されている。液面計36は、鉛直方向に延びる透明なチューブ37を備え、チューブ37の液柱により気水分離槽35の槽内の液位を表示するようになっている。チューブ37は上下のコネクタ38U,38Lにより気水分離槽35の槽内に連通しており、チューブ37の所定の高さ位置には満水センサSが設置されている。満水センサSは、チューブ37を挟むように設けられた投受光部を備えており、気水分離槽35の槽内の液面が投受光部の光軸位置まで達して光軸を遮光することにより、気水分離槽35の満水を検知するようになっている。
As shown in FIG. 3, a
図4は、図3に示すように構成された気水分離槽35において満水センサSが気水分離槽35の満水を検知したときの状態を示す図である。図4に示すように、気水分離槽35の槽内の液位が上昇してきて、槽内の液面が満水センサSの光軸位置まで達して光軸を遮光すると、満水センサSは気水分離槽35の満水を検知する。満水センサSは、気水分離槽35の満水を検知すると、満水検知信号を制御部(図示せず)に送信するようになっている。制御部は、満水のエラーを発報するとともに研磨装置の運転を停止する。
FIG. 4 is a diagram showing a state when the full water sensor S detects the full water in the steam /
本発明者らは、図3および図4に示すように構成された気水分離槽35を備えたトップリング1を連続運転する過程で以下のような問題点があることを究明した。
図5は、図3および図4に示すように構成された気水分離槽35の稼働時の状態を示す概略図である。図5において、真空バルブV2−2を開くことにより真空吸着ラインL1を介して基板Wを弾性膜(メンブレン)4に真空吸着する際、または加圧バルブV2−1を開くことにより加圧ラインL2を介して基板Wを弾性膜(メンブレン)4で加圧する際、または排水バルブV2−3を開くことにより排水ラインL3を介して気水分離槽35に貯まった液体を外部に排出(ドレイン)する際に、液面計36の上側のコネクタ38Uまたは下側のコネクタ38Lからチューブ37内に水滴が浸入する場合がある。チューブ37内に水滴が浸入すると、気水分離槽35の槽内の液位が下側のコネクタ38Lの近傍までしか上昇しないにも拘わらず、チューブ37内に浸入した水滴が満水センサSの光軸を遮光するため満水センサSが作動し、満水の誤検知をしてしまうという問題点がある。
The present inventors have determined that there are the following problems in the process of continuously operating the
FIG. 5 is a schematic diagram showing the operating state of the steam /
図6は、チューブ37内に水滴が浸入することに起因する満水の誤検知を防止するための改善策1を示す概略図である。改善策1は、チューブ37と上下のコネクタ38U,38Lとから構成される液面計36の構造を改善したものである。
改善策1では、図6に示すように、チューブ37を上側のコネクタ38Uから外して上方に延ばし、チューブ37の上端を加圧バルブV2−1の直下の位置で加圧ラインL2に接続している。チューブ37を気水分離槽35に接続する下側のコネクタ38Lは、図5と同様である。チューブ37を加圧ラインL2に接続して液面検知ラインL4を構成することにより、加圧バルブV2−1を開くことにより加圧ラインL2を介して基板Wを加圧する際に、チューブ37内の水滴および液体を気水分離槽35の槽内に排出するようにしている。上側のコネクタ38Uはプラグにて閉止している。また、満水センサSの位置を上方に変更している。
FIG. 6 is a schematic view showing an
In the
本発明者らは、図6に示すように構成された気水分離槽35を備えたトップリング1について実験を行った結果、以下のような問題点があることを究明した。
図7(a)は、図6に示すように構成された気水分離槽35の稼働時の状態を示す概略図である。図7(b)は、図7(a)に示す気水分離槽35内の流路を示す模式的断面図である。なお、図7(a),(b)では気水分離槽35の上端に設けられた真空圧センサVSが図示されている。
図7(b)に示すように、気水分離槽35には、内部に液体を貯留する空間であるチャンバー35CHと、チャンバー35CHから上方に延びる縦方向流路35vpと、縦方向流路35vpに連通する上下の横方向流路35up,35lpとが形成されている。また、気水分離槽35には、チャンバー35CHとトップリング1のリプル室6とを接続するための吸引・加圧ポート35Pが形成されている。吸引・加圧ポート35Pからトップリング1のリプル室6に真空吸着ラインL1(加圧ラインL2)が延びている(図7(a)参照)。図7(b)に示す気水分離槽35内の各部分のうち、吸引・加圧ポート35P,チャンバー35CH,縦方向流路35vp,上側の横方向流路35upは真空吸着ラインL1を構成する。また、吸引・加圧ポート35P,チャンバー35CH,縦方向流路35vp,下側の横方向流路35lpは加圧ラインL2を構成する。
As a result of experiments on the
Fig.7 (a) is the schematic which shows the state at the time of the operation | movement of the steam-
As shown in FIG. 7B, the steam /
図7(a)において、真空バルブV2−2を開くことにより真空吸着ラインL1を介して基板Wを弾性膜(メンブレン)4に真空吸着する際に、気水分離槽35のチャンバー35CH、加圧ラインL2の一部であって気水分離槽35と加圧バルブV2−1とを接続しているラインL2−1、およびラインL2−1に接続されている液面検知ラインL4を吸引するため、液面検知ラインL4が負圧になる。すなわち、真空バルブV2−2を開くと、白抜き矢印で示すように、真空吸着ラインL1の一部であって真空バルブV2−2と気水分離槽35とを接続しているラインL1−1、上側の横方向流路35up、縦方向流路35vp、下側の横方向流路35lp、加圧ラインL2の一部であって気水分離槽35と加圧バルブV2−1とを接続しているラインL2−1を介して液面検知ラインL4が吸引され、液面検知ラインL4が負圧になる。ラインL1−1を気水分離槽35に接続するためのコネクタ41とラインL2−1を気水分離槽35に接続するためのコネクタ42とが気水分離槽35の近い位置に接続されており、気水分離槽35内にラインL1−1とラインL2−1とを接続するショートカット(上側の横方向流路35up,縦方向流路35vp,下側の横方向流路35lpからなる)が形成されるため、ストローで吸われる状態と同じで液面検知ラインL4に水滴が入ることになる。すなわち、図7(a)の実線矢印に示すように、液面検知ラインL4に気水分離槽35の槽内の液体が吸い上げられて満水センサSが作動し、満水の誤検知をしてしまうという問題点がある。
7A, when the substrate W is vacuum-sucked to the elastic membrane (membrane) 4 via the vacuum suction line L1 by opening the vacuum valve V2-2, the chamber 35CH of the steam-
図8は、液面検知ラインL4に気水分離槽35の槽内の液体が吸い上げられることに起因する満水の誤検知を防止するための改善策2を示す概略図である。改善策2は、気水分離槽35と加圧バルブV2−1とを接続しているラインL2−1の位置を変更したものである。
改善策2では、加圧ラインL2の一部であるラインL2−1を気水分離槽35に接続するためのコネクタ42の位置を下げて、コネクタ42がチャンバー35CHに直接連通するようにしている。また、図7においてコネクタ42を接続していた下側の横方向流路35lpはプラグ43にて閉止している。液面検知ラインL4の構成は図7と同様であるが、満水センサSは図7の位置よりやや下方に下げている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an
In the
図9は、図8に示す気水分離槽35の側面図であり、真空吸着ラインL1,加圧ラインL2および液面検知ラインL4を気水分離槽35に接続するための各コネクタを示す図である。図9には、真空吸着ラインL1を気水分離槽35に接続するためのコネクタ41、加圧ラインL2を気水分離槽35に接続するためのコネクタ42、液面検知ラインL4を気水分離槽35に接続するためのコネクタ38L、およびチャンバー35CHとトップリング1のリプル室6とを接続するための吸引・加圧ポート35Pが図示されている。図9では、気水分離槽35内に形成されたチャンバー35CHが破線で図示されている。図9に示すように、加圧ラインL2を気水分離槽35に接続するためのコネクタ42は、チャンバー35CHに開口している。
FIG. 9 is a side view of the steam /
図8および図9に示すように、加圧ラインL2はコネクタ42を介してチャンバー35CHに直接に連通している。また、真空吸着ラインL1は上側の横方向流路35upおよび縦方向流路35vpを介してチャンバー35CHに連通している。すなわち、真空吸着ラインL1および加圧ラインL2は、ともに大きな空間であるチャンバー35CHに接続されている。そのため、真空バルブV2−2を開くことにより真空吸着ラインL1を介して基板Wを弾性膜4(メンブレン)に真空吸着する際に、真空吸着ラインL1と、加圧ラインL2の一部であって気水分離槽35と加圧バルブV2−1とを接続しているラインL2−1とがチャンバー35CHを経由して連通することになる。チャンバーCHは空間が大きいので、ストローで吸われる状態でなくなるのと、加圧ラインL2の一部であるラインL2−1が真空吸着ラインL1から離れることで、ラインL2−1内の吸われる圧力が弱くなり、吸引時でも、図7に示すような液面検知ラインL4内に液体の流れが生ずる状態がなくなり、水滴が液面検知ラインL4内に入らなくなる。したがって、液面検知ラインL4に液の吸い上がりが生じないため、満水の誤検知を防止することができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, the pressurization line L <b> 2 communicates directly with the
1 トップリング
2 トップリング本体(キャリア)
3 リテーナリング
4 弾性膜(メンブレン)
4a 隔壁
5 センター室
6 リプル室
7 アウター室
8 エッジ室
9 加圧室
11 流路
12 流路
13 流路
14 流路
16 トップリングシャフト
18 トップリングヘッド
21 流路
23 流路
24 流路
25 ロータリージョイント
26 流路
30 圧力調整部
31 真空源
35 気水分離槽
35CH チャンバー
35lp 横方向流路
35P 吸引・加圧ポート
35up 横方向流路
35vp 縦方向流路
36 液面計
37 チューブ
38L コネクタ
38U コネクタ
41 コネクタ
42 コネクタ
43 プラグ
101 研磨パッド
100a テーブル軸
101 研磨パッド
101a 研磨面
105 研磨液供給機構
131 真空源
F1,F2,F3,F4,F5 流量センサ
L1 真空吸着ライン
L1−1 ライン
L2 加圧ライン
L2−1 ライン
L3 排水ライン
L4 液面検知ライン
P1,P2,P3,P4,P5 圧力センサ
R1,R2,R3,R4,R5 圧力レギュレータ
S 満水センサ
V2−1 加圧バルブ
V2−2 真空バルブ
VS 真空圧センサ
1
3
Claims (5)
前記気水分離槽は、内部に液体を貯留する空間であるチャンバーと、前記チャンバーの外部に設けられチャンバーの下部から上方に延設されるとともにチャンバー内に連通してチャンバー内に貯留された液体の液面を検知する液面検知ラインと、前記液面検知ライン内の液面を検知して前記チャンバーが満水であることを検知するセンサとを備え、
前記圧力室と前記真空源とを接続する前記真空吸着ラインおよび前記圧力室と前記圧力調整部とを接続する加圧ラインを前記気水分離槽のチャンバーを経由させるように設け、
前記液面検知ラインの上端を、前記加圧ラインの一部であって前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続しているラインに接続するようにしたことを特徴とする基板保持装置。 An elastic membrane that forms a pressure chamber to which a fluid is supplied is provided, and the substrate is vacuum-adsorbed and held by communicating the pressure chamber with a vacuum source, and the pressure chamber communicates with a pressure adjusting unit that supplies pressure fluid. A substrate holding device comprising a top ring that presses the substrate against the polishing surface, and a steam / water separation tank provided in a vacuum adsorption line connecting the pressure chamber and the vacuum source,
The air / water separation tank includes a chamber that is a space for storing liquid therein, and a liquid that is provided outside the chamber and extends upward from a lower portion of the chamber and communicates with the chamber and is stored in the chamber. A liquid level detection line for detecting the liquid level, and a sensor for detecting the liquid level in the liquid level detection line and detecting that the chamber is full,
A vacuum line for connecting the pressure chamber and the vacuum source, and a pressure line for connecting the pressure chamber and the pressure adjusting unit are provided so as to pass through the chamber of the steam-water separator,
An upper end of the liquid level detection line is connected to a line that is a part of the pressurization line and connects the pressure adjusting unit and the chamber.
前記液面検知ラインの上端は、前記開閉バルブの下流側に接続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。 The line connecting the pressure adjusting unit and the chamber includes an open / close valve,
The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein an upper end of the liquid level detection line is connected to a downstream side of the opening / closing valve.
前記加圧ラインは、該ラインに設けられたコネクタを介して前記チャンバーに直接に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項の基板保持装置。 The vacuum suction line is connected to the chamber via a connector provided in the line and a flow path formed in the steam / water separation tank,
4. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the pressure line is directly connected to the chamber via a connector provided on the line.
研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置。 A substrate holding device according to any one of claims 1 to 4,
A polishing apparatus comprising: a polishing table that supports a polishing pad having a polishing surface.
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