JP2016072372A

JP2016072372A - Polishing device

Info

Publication number: JP2016072372A
Application number: JP2014198804A
Authority: JP
Inventors: 篠崎　弘行; Hiroyuki Shinozaki; 弘行篠崎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-05-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing device which properly jets a fluid to a space between a substrate and an elastic film and prevents contamination of the substrate when the substrate is removed even if the space formed between the substrate and the elastic film is small.SOLUTION: A polishing device includes: a polishing table 10 for supporting a polishing pad 20; a polishing head 1 which has a substrate holding surface 4b formed by an elastic film 4 and a pressure chamber 5, holds a substrate W with the substrate holding surface 4b, and presses the substrate W to the polishing pad 20 by a pressure in the pressure chamber 5; and a release nozzle 53 which jets release jet flow to a space between the substrate W and the elastic film 4 to separate the substrate W from the substrate holding surface 4b. The release nozzle 53 is formed as a laval nozzle capable of jetting supersonic speed parallel flow.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、研磨装置に係り、特にウェーハなどの基板を研磨する研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a polishing apparatus, and more particularly to a polishing apparatus for polishing a substrate such as a wafer.

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.

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、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing）である。この化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）は、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド上に供給しつつウェー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。 Accordingly, in the semiconductor device manufacturing process, a planarization technique for the surface of the semiconductor device is becoming increasingly important. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing. In this chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP), polishing is performed by bringing a substrate such as a wafer into sliding contact with a polishing surface while supplying a polishing liquid containing abrasive grains such as silica (SiO ₂ ) onto the polishing pad. It is.

ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェーハを保持するための研磨ヘッド又はトップリング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ウェーハの研磨を行う場合には、研磨液（スラリ）を研磨テーブル上の研磨パッドに供給しながら、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させ、研磨ヘッドによりウェーハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。研磨液の存在下でウェーハは研磨面に摺接し、ウェーハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。 A polishing apparatus for performing CMP includes a polishing table that supports a polishing pad having a polishing surface, and a substrate holding apparatus called a polishing head or a top ring for holding a wafer. When polishing a wafer using such a polishing apparatus, the polishing table and the polishing head are relatively moved while supplying the polishing liquid (slurry) to the polishing pad on the polishing table, and the wafer is moved by the polishing head. Press against the polishing surface of the polishing pad with a predetermined pressure. In the presence of the polishing liquid, the wafer comes into sliding contact with the polishing surface, and the surface of the wafer is polished to a flat and mirror surface.

このような研磨装置において、研磨中のウェーハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウェーハの全面に亘って均一でない場合には、ウェー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。そこで、ウェーハに対する押圧力を均一化するために、研磨ヘッドの下部に弾性膜（メンブレン）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メンブレンを介して流体圧によりウェーハを研磨パッドの研磨面に押圧して研磨することが行われている。 In such a polishing apparatus, if the relative pressing force between the wafer being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the wafer, it depends on the pressing force applied to each part of the wafer. As a result, insufficient polishing or excessive polishing occurs. Therefore, in order to make the pressing force on the wafer uniform, a pressure chamber formed of an elastic film (membrane) is provided at the lower part of the polishing head, and fluid such as air is supplied to the pressure chamber through the membrane. Polishing is performed by pressing the wafer against the polishing surface of the polishing pad under pressure.

上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中のウェーハの外周縁に加わる押圧力が不均一になり、ウェーハの外周縁のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、ウェーハの外周縁を保持するリテーナリングでウェーハの外周縁側に位置する研磨パッドの研磨面を押圧するようにしている。 Since the polishing pad has elasticity, the pressing force applied to the outer peripheral edge of the wafer being polished becomes non-uniform, and there is a case where only the outer peripheral edge of the wafer is polished so-called “edge fringe”. In order to prevent such edge fringing, the polishing surface of the polishing pad located on the outer peripheral edge side of the wafer is pressed by a retainer ring that holds the outer peripheral edge of the wafer.

研磨テーブルの近傍にはプッシャと呼ばれる基板受け渡し装置が設置されている。このプッシャは、搬送ロボット等の搬送装置によって搬送されてきたウェーハを持ち上げて、プッシャの上方位置に移動してきた研磨ヘッドにウェーハを渡す機能を有する。プッシャは、さらに、研磨ヘッドから受け取ったウェーハを搬送ロボット等の搬送装置に渡す機能も有している。 A substrate transfer device called a pusher is installed in the vicinity of the polishing table. This pusher has a function of lifting a wafer transferred by a transfer device such as a transfer robot and delivering the wafer to a polishing head that has moved to a position above the pusher. The pusher further has a function of passing the wafer received from the polishing head to a transfer device such as a transfer robot.

上述の構成の研磨装置において、研磨パッドの研磨面上で研磨されたウェーハは研磨ヘッドに真空吸引により保持される。さらに、研磨ヘッドをウェーハとともに上昇させた後、研磨ヘッドをプッシャの上方位置へ移動させて、ウェーハを研磨ヘッドからプッシャへ離脱させる。ウェーハの離脱は圧力室に流体を供給してメンブレンのウェーハ保持面を変形させることによって行われる。 In the polishing apparatus configured as described above, the wafer polished on the polishing surface of the polishing pad is held by the polishing head by vacuum suction. Further, after raising the polishing head together with the wafer, the polishing head is moved to a position above the pusher, and the wafer is detached from the polishing head to the pusher. Wafer separation is performed by supplying a fluid to the pressure chamber to deform the wafer holding surface of the membrane.

しかしながら、メンブレンの形状変化が小さい場合は、ウェーハがメンブレンから剥離しない場合がある。そこで、ウェーハを研磨ヘッドから確実に離脱させるために、特許文献１乃至３で開示されているように、プッシャにリリースノズルが設けられる。このリリースノズルは、ウェーハとメンブレンとの隙間に流体（リリースシャワー）を噴射することによりウェーハの離脱を補助する機構である。 However, when the membrane shape change is small, the wafer may not peel from the membrane. Therefore, in order to reliably remove the wafer from the polishing head, as disclosed in Patent Documents 1 to 3, a release nozzle is provided in the pusher. The release nozzle is a mechanism that assists the separation of the wafer by spraying a fluid (release shower) into the gap between the wafer and the membrane.

リリースシャワーは、ウェーハの離脱を促進し、研磨装置における研磨処理のスループットを向上させることができる。その一方で、リリースシャワーは、リリースノズルの噴出口から出た瞬間に広がってしまうため、リリースシャワーがウェーハの表面（被研磨面）に当たると、リリースシャワーがウェーハをメンブレンに押し付けてしまい、ウェーハの離脱が阻害されてしまう。 The release shower can promote the separation of the wafer and improve the throughput of the polishing process in the polishing apparatus. On the other hand, since the release shower spreads at the moment when it comes out from the ejection nozzle of the release nozzle, when the release shower hits the surface of the wafer (surface to be polished), the release shower presses the wafer against the membrane, The withdrawal is hindered.

したがって、従来は、メンブレンの圧力室に供給される流体の圧力を高めることで、メンブレンを大きく膨らますようにしている。メンブレンが大きく膨らむと、ウェーハとメンブレンとの間に形成される隙間が大きくなり、リリースシャワーがウェーハの表面（被研磨面）に当たりにくくなる。 Therefore, conventionally, the membrane is greatly expanded by increasing the pressure of the fluid supplied to the pressure chamber of the membrane. When the membrane swells greatly, a gap formed between the wafer and the membrane becomes large, and the release shower hardly hits the surface of the wafer (surface to be polished).

しかしながら、ウェーハとメンブレンとの密着力が高い状態でメンブレンを大きく膨らませると、ウェーハに大きなストレスが生じ、ウェーハ上に形成された微細な配線が破断したり、ウェーハが破損することがある。したがって、ウェーハとメンブレンとの間に形成される隙間が小さくても、リリースシャワーをウェーハとメンブレンとの隙間に適切に噴射できる技術が望まれている。 However, if the membrane is swollen greatly in a state where the adhesion between the wafer and the membrane is high, a great stress is generated on the wafer, and fine wiring formed on the wafer may be broken or the wafer may be damaged. Therefore, there is a demand for a technique that can appropriately inject a release shower into the gap between the wafer and the membrane even if the gap formed between the wafer and the membrane is small.

また、リリースシャワーは、周辺の粒子を引き込みながら広がる。その結果、粒子を含んだリリースシャワーがウェーハの表面および裏面に接触することになり、ウェーハが汚染されてしまうことがあった。 Also, the release shower spreads while attracting the surrounding particles. As a result, the release shower containing particles comes into contact with the front and back surfaces of the wafer, and the wafer may be contaminated.

特開２００５−１２３４８５号公報JP 2005-123485 A 特開２０１０−４６７５６号公報JP 2010-46756 A 特開２０１１−２５８６３９号公報JP 2011-258639 A

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、基板と弾性膜との間に形成される隙間が小さくても、流体を基板と弾性膜との隙間に適切に噴射でき、かつ基板離脱時に基板を汚染することがない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 conventional problems, and even when the gap formed between the substrate and the elastic film is small, the fluid can be appropriately injected into the gap between the substrate and the elastic film, It is another object of the present invention to provide a polishing apparatus that does not contaminate a substrate when the substrate is detached.

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと、前記弾性膜と前記基板との間の隙間にリリース噴流を噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させるリリースノズルと、を備え、前記リリースノズルは、流路径が漸次縮小するスロート部と、前記スロート部の下流側で流路径が漸次拡大する拡大部と、を有するラバルノズルとして構成されることを特徴とする研磨装置である。 One embodiment of the present invention for solving the above problems includes a polishing table for supporting a polishing pad, a substrate holding surface and a pressure chamber made of an elastic film, and the substrate holding surface holds the substrate. Then, the substrate is detached from the polishing head by injecting a release jet into a gap between the polishing head that presses the substrate against the polishing pad by the pressure in the pressure chamber and the elastic film and the substrate. A release nozzle, and the release nozzle is configured as a Laval nozzle having a throat portion in which a flow passage diameter gradually decreases and an enlarged portion in which a flow passage diameter gradually increases on the downstream side of the throat portion. Polishing apparatus.

本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドに前記基板を渡し、該基板を前記研磨ヘッドから受け取る基板受け渡し装置をさらに備え、前記リリースノズルは、前記基板受け渡し装置に設けられていることを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the apparatus further includes a substrate transfer device that transfers the substrate to the polishing head and receives the substrate from the polishing head, and the release nozzle is provided in the substrate transfer device. .

本発明によれば、ラバルノズルとして構成されたリリースノズルから、超音速の平行流がリリース噴流として噴射される。リリース噴流が平行流となることから、基板と弾性膜との間に形成される隙間が小さくても、リリース噴流を基板と弾性膜との隙間に適切に噴射することができる。その結果、弾性膜を過度に膨らませる必要がなくなり、基板上に形成された微細な配線の破断や、基板の破損を防止することができる。また、リリース噴流の流速が超音速になることから、リリース噴流の周囲に存在する粒子は、リリース噴流に追従することができない。その結果、粒子がリリース噴流内に取り込まれることがなくなり、リリース噴流によって基板が汚染されてしまうことを防止できる。さらに、リリース噴流の流速が超音速になることから、リリース噴流の動圧成分を高めることができる。その結果、基板の離脱が促進され、研磨処理のスループットを向上させることができる。 According to the present invention, a supersonic parallel flow is injected as a release jet from a release nozzle configured as a Laval nozzle. Since the release jet becomes a parallel flow, the release jet can be appropriately injected into the gap between the substrate and the elastic film even if the gap formed between the substrate and the elastic film is small. As a result, it is not necessary to swell the elastic film excessively, and breakage of fine wiring formed on the substrate and damage to the substrate can be prevented. Moreover, since the flow velocity of the release jet becomes supersonic, the particles present around the release jet cannot follow the release jet. As a result, the particles are not taken into the release jet, and the substrate can be prevented from being contaminated by the release jet. Furthermore, since the flow velocity of the release jet becomes supersonic, the dynamic pressure component of the release jet can be increased. As a result, the separation of the substrate is promoted, and the throughput of the polishing process can be improved.

本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. ウェーハを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧する研磨ヘッドの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the polishing head which hold | maintains a wafer and presses against the polishing pad on a polishing table. ウェーハをプッシャへ渡すために、研磨ヘッドがプッシャ上方の所定位置へ移動してきた直後の状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state immediately after the polishing head has moved to the predetermined position above the pusher in order to pass the wafer to the pusher. ウェーハを研磨ヘッドからプッシャへ渡すために、プッシャを上昇させた状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which raised the pusher in order to pass a wafer from a polishing head to a pusher. ラバルノズルとして構成されたリリースノズルの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the release nozzle comprised as a Laval nozzle. 基板受け渡し装置として、プッシャの代わりに、リテーナリングステーションと搬送ステージが設けられた研磨装置の一実施形態を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating one Embodiment of the polishing apparatus provided with the retainer ring station and the conveyance stage instead of the pusher as a board | substrate delivery apparatus.

以下、本発明の実施形態について図１乃至図６を参照して詳細に説明する。なお、図１から図６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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. 1 to 6, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２０を支持するための研磨テーブル１０と、基板の一例であるウェーハＷを保持して研磨テーブル１０上の研磨パッド２０に押圧する研磨ヘッド（基板保持装置）１とを備えている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus holds a polishing table 10 for supporting a polishing pad 20 and a polishing head (substrate) that holds a wafer W as an example of a substrate and presses it against the polishing pad 20 on the polishing table 10. Holding device) 1.

研磨テーブル１０は、テーブル軸１０ａ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１０ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１０の上面には研磨パッド２０が貼付されており、研磨パッド２０の表面２０ａがウェーハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１０の上方には研磨液供給ノズル６２が設置されており、この研磨液供給ノズル６２によって研磨パッド２０上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。 The polishing table 10 is connected to a motor (not shown) disposed below the table 10a via a table shaft 10a, and is rotatable around the table shaft 10a. A polishing pad 20 is attached to the upper surface of the polishing table 10, and the surface 20 a of the polishing pad 20 constitutes a polishing surface for polishing the wafer W. A polishing liquid supply nozzle 62 is installed above the polishing table 10, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 20 by the polishing liquid supply nozzle 62.

研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨面２０ａに対して押圧するヘッド本体２と、ウェーハＷを保持してウェーハＷが研磨ヘッド１から飛び出さないようにするリテーナリング３とから基本的に構成されている。 The polishing head 1 basically includes a head main body 2 that presses the wafer W against the polishing surface 20a, and a retainer ring 3 that holds the wafer W and prevents the wafer W from jumping out of the polishing head 1. ing.

研磨ヘッド１は、研磨ヘッドシャフト６５に接続されており、この研磨ヘッドシャフト６５は、上下動機構８１により研磨ヘッドアーム６４に対して上下動するようになっている。この研磨ヘッドシャフト６５の上下動により、研磨ヘッドアーム６４に対して研磨ヘッド１の全体を昇降させ位置決めすることができるようになっている。研磨ヘッドシャフト６５の上端にはロータリージョイント８２が取り付けられている。 The polishing head 1 is connected to a polishing head shaft 65, and the polishing head shaft 65 moves up and down with respect to the polishing head arm 64 by a vertical movement mechanism 81. By moving the polishing head shaft 65 up and down, the entire polishing head 1 can be moved up and down relative to the polishing head arm 64. A rotary joint 82 is attached to the upper end of the polishing head shaft 65.

研磨ヘッドシャフト６５および研磨ヘッド１を上下動させる上下動機構８１は、軸受８３を介して研磨ヘッドシャフト６５を回転可能に支持するブリッジ８４と、ブリッジ８４に取り付けられたボールねじ８８と、支柱８６により支持された支持台８５と、支持台８５上に設けられたサーボモータ９０とを備えている。サーボモータ９０を支持する支持台８５は、支柱８６を介して研磨ヘッドアーム６４に固定されている。 The vertical movement mechanism 81 that moves the polishing head shaft 65 and the polishing head 1 up and down includes a bridge 84 that rotatably supports the polishing head shaft 65 via a bearing 83, a ball screw 88 attached to the bridge 84, and a column 86. And a servo motor 90 provided on the support base 85. A support base 85 that supports the servo motor 90 is fixed to the polishing head arm 64 via a support column 86.

ボールねじ８８は、サーボモータ９０に連結されたねじ軸８８ａと、このねじ軸８８ａが螺合するナット８８ｂとを備えている。研磨ヘッドシャフト６５は、ブリッジ８４と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ９０を駆動すると、ボールねじ８８を介してブリッジ８４が上下動し、これにより研磨ヘッドシャフト６５および研磨ヘッド１が上下動する。 The ball screw 88 includes a screw shaft 88a connected to the servo motor 90 and a nut 88b into which the screw shaft 88a is screwed. The polishing head shaft 65 moves up and down integrally with the bridge 84. Therefore, when the servo motor 90 is driven, the bridge 84 moves up and down via the ball screw 88, and thereby the polishing head shaft 65 and the polishing head 1 move up and down.

また、研磨ヘッドシャフト６５はキー（図示せず）を介して回転筒６６に連結されている。この回転筒６６はその外周部にタイミングプーリ６７を備えている。研磨ヘッドアーム６４には研磨ヘッド回転モータ６８が固定されており、上記タイミングプーリ６７は、タイミングベルト６９を介して研磨ヘッド回転モータ６８に設けられたタイミングプーリ７０に接続されている。したがって、研磨ヘッド回転モータ６８を駆動することによってタイミングプーリ７０、タイミングベルト６９、およびタイミングプーリ６７を介して回転筒６６および研磨ヘッドシャフト６５が一体に回転し、研磨ヘッド１が回転する。研磨ヘッドアーム６４は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたアームシャフト８０によって支持されている。研磨装置は、研磨ヘッド回転モータ６８、サーボモータ９０をはじめとする装置内の各機器を制御する制御部（図示せず）を備えている。 The polishing head shaft 65 is connected to the rotary cylinder 66 via a key (not shown). The rotary cylinder 66 includes a timing pulley 67 on the outer peripheral portion thereof. A polishing head rotation motor 68 is fixed to the polishing head arm 64, and the timing pulley 67 is connected to a timing pulley 70 provided on the polishing head rotation motor 68 via a timing belt 69. Accordingly, when the polishing head rotation motor 68 is driven, the rotary cylinder 66 and the polishing head shaft 65 rotate together via the timing pulley 70, the timing belt 69, and the timing pulley 67, and the polishing head 1 rotates. The polishing head arm 64 is supported by an arm shaft 80 that is rotatably supported by a frame (not shown). The polishing apparatus includes a control unit (not shown) that controls each device in the apparatus including the polishing head rotation motor 68 and the servo motor 90.

研磨ヘッド１は、その下面にウェーハＷを真空吸引により保持できるように構成されている。アームシャフト８０はアームモータ９６に連結されており、このアームモータ９６によって研磨ヘッドアーム６４はアームシャフト８０を中心として旋回可能に構成されている。下面にウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、研磨ヘッドアーム６４の旋回により基板受け渡し装置（後述する）の上方位置と研磨テーブル１０の上方位置との間を移動される。本実施形態では、研磨ヘッド１を移動させる研磨ヘッド移動機構は、アームシャフト８０、アームモータ９６、研磨ヘッドアーム６４から構成されている。 The polishing head 1 is configured such that the wafer W can be held on its lower surface by vacuum suction. The arm shaft 80 is coupled to an arm motor 96, and the polishing head arm 64 is configured to be rotatable about the arm shaft 80 by the arm motor 96. The polishing head 1 holding the wafer W on the lower surface is moved between the upper position of the substrate transfer device (described later) and the upper position of the polishing table 10 by the rotation of the polishing head arm 64. In the present embodiment, the polishing head moving mechanism that moves the polishing head 1 includes an arm shaft 80, an arm motor 96, and a polishing head arm 64.

ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド１および研磨テーブル１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１０の上方に設けられた研磨液供給ノズル６２から研磨パッド２０上に研磨液Ｑを供給する。この状態で、研磨ヘッド１でウェーハＷを研磨パッド２０の研磨面２０ａに押圧し、ウェーハＷを研磨パッド２０の研磨面２０ａに摺接させる。ウェーハＷの表面は研磨液Ｑの存在下で研磨パッド２０により研磨される。 The polishing of the wafer W is performed as follows. The polishing head 1 and the polishing table 10 are rotated, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 20 from the polishing liquid supply nozzle 62 provided above the polishing table 10. In this state, the polishing head 1 presses the wafer W against the polishing surface 20a of the polishing pad 20 to bring the wafer W into sliding contact with the polishing surface 20a of the polishing pad 20. The surface of the wafer W is polished by the polishing pad 20 in the presence of the polishing liquid Q.

次に、研磨ヘッド１について説明する。図２は、研磨対象物であるウェーハＷを保持して研磨テーブル１０上の研磨パッド２０にウェーハＷを押圧する研磨ヘッド１の模式的な断面図である。 Next, the polishing head 1 will be described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the polishing head 1 that holds the wafer W as an object to be polished and presses the wafer W against the polishing pad 20 on the polishing table 10.

図２に示すように、研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨パッド２０に対して押圧するメンブレン（弾性膜）４と、メンブレン４を保持するヘッド本体（キャリアとも称する）２と、研磨パッド２０を直接押圧するリテーナリング３とを備えている。ヘッド本体２は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３はヘッド本体２の外周部に取り付けられている。ヘッド本体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。ヘッド本体２の下面には、ウェーハＷの裏面に当接するメンブレン４が取り付けられている。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。 As shown in FIG. 2, the polishing head 1 includes a membrane (elastic film) 4 that presses the wafer W against the polishing pad 20, a head body (also referred to as a carrier) 2 that holds the membrane 4, and the polishing pad 20. A retainer ring 3 that directly presses is provided. The head main body 2 is made of a substantially disk-shaped member, and the retainer ring 3 is attached to the outer peripheral portion of the head main body 2. The head body 2 is formed of a resin such as engineering plastic (for example, PEEK). A membrane 4 that is in contact with the back surface of the wafer W is attached to the lower surface of the head body 2. The membrane 4 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, silicon rubber and the like.

メンブレン４は同心状の複数の環状の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、メンブレン４の上面とヘッド本体２の下面との間に複数の圧力室、すなわち、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。ヘッド本体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、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成されている。 The membrane 4 has a plurality of concentric annular partition walls 4a. By these partition walls 4a, a plurality of pressure chambers, that is, a circular center chamber 5 and an annular shape are provided between the upper surface of the membrane 4 and the lower surface of the head body 2. A ripple chamber 6, an annular outer chamber 7, and an annular edge chamber 8 are formed. A center chamber 5 is formed at the center of the head main body 2, and a ripple chamber 6, an outer chamber 7, and an edge chamber 8 are formed concentrically from the center toward the outer peripheral direction.

ウェーハＷはメンブレン４で構成されたウェーハ保持面（基板保持面）４ｂ上に保持される。メンブレン４は、リプル室６に対応する位置にウェーハ吸着用の複数の孔４ｈを有している。本実施例では孔４ｈはリプル室６の位置に設けられているが、リプル室６以外の位置に設けてもよい。ヘッド本体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、流路１１，１３，１４は、ロータリージョイント８２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を介して流体供給源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。流体供給源３０は、例えば、研磨装置が設備される工場の流体供給ラインである。この流体供給ライン３０には、例えば、０．４Ｍｐａ〜０．６ＭＰａ程度の圧力を有する窒素または空気が流れている。 The wafer W is held on a wafer holding surface (substrate holding surface) 4b formed of the membrane 4. The membrane 4 has a plurality of holes 4 h for wafer adsorption at positions corresponding to the ripple chamber 6. In this embodiment, the hole 4 h is provided at the position of the ripple chamber 6, but may be provided at a position other than the ripple chamber 6. In the head body 2, a flow path 11 communicating with the center chamber 5, a flow path 12 communicating with the ripple chamber 6, a flow path 13 communicating with the outer chamber 7, and a flow path 14 communicating with the edge chamber 8 are formed. ing. The flow paths 11, 13, and 14 are connected to the flow paths 21, 23, and 24 via the rotary joint 82, respectively. The flow paths 21, 23, 24 are connected to the fluid supply source 30 via valves V1-1, V3-1, V4-1 and pressure regulators R1, R3, R4, respectively. The flow paths 21, 23, and 24 are connected to the vacuum source 31 via valves V1-2, V3-2, and V4-2, respectively, and via valves V1-3, V3-3, and V4-3. Can communicate with the atmosphere. The fluid supply source 30 is, for example, a fluid supply line in a factory where a polishing apparatus is installed. For example, nitrogen or air having a pressure of about 0.4 MPa to 0.6 MPa flows through the fluid supply line 30.

リプル室６に連通する流路１２は、ロータリージョイント８２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を介して流体供給源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８７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。 The flow path 12 communicating with the ripple chamber 6 is connected to the flow path 22 via the rotary joint 82. And the flow path 22 is connected to the fluid supply source 30 via the steam-water separation tank 35, valve | bulb V2-1, and pressure regulator R2. The flow path 22 is connected to the vacuum source 87 via the steam-water separation tank 35 and the valve V2-2, and can communicate with the atmosphere via the valve V2-3.

リテーナリング３の直上には弾性膜から形成された環状のリテーナリング圧力室９が配置されている。このリテーナリング圧力室９は、ヘッド本体２内に形成された流路１５およびロータリージョイント８２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を介して流体供給源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。 An annular retainer ring pressure chamber 9 formed of an elastic film is disposed immediately above the retainer ring 3. The retainer ring pressure chamber 9 is connected to the flow path 26 via a flow path 15 and a rotary joint 82 formed in the head body 2. The flow path 26 is connected to the fluid supply source 30 via the valve V5-1 and the pressure regulator R5. The flow path 26 is connected to the vacuum source 31 via a valve V5-2 and can communicate with the atmosphere via a valve V5-3.

圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、それぞれ流体供給源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圧力室９に供給される流体（空気または窒素などの気体）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、図示しない制御部に接続されていて、それらの動作が制御されるようになっている。 The pressure regulators R1, R2, R3, R4, and R5 are fluids (air or nitrogen) supplied from the fluid supply source 30 to the center chamber 5, the ripple chamber 6, the outer chamber 7, the edge chamber 8, and the retainer ring pressure chamber 9, respectively. Etc.) has a pressure adjusting function for adjusting the pressure of the gas. Pressure regulators R1, R2, R3, R4, R5 and valves V1-1 to V1-3, V2-1 to V2-3, V3-1 to V3-3, V4-1 to V4-3, V5-1 V5-3 is connected to a control unit (not shown) so that their operations are controlled.

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。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圧力室９内の圧力は圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５によってそれぞれ測定され、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圧力室９に供給される加圧流体の流量は流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５によってそれぞれ測定される。 Pressure sensors P1, P2, P3, P4, and P5 and flow sensors F1, F2, F3, F4, and F5 are installed in the flow paths 21, 22, 23, 24, and 26, respectively. The pressures in the center chamber 5, the ripple chamber 6, the outer chamber 7, the edge chamber 8, and the retainer ring pressure chamber 9 are measured by pressure sensors P1, P2, P3, P4, P5, respectively, and the center chamber 5, the ripple chamber 6, The flow rates of the pressurized fluid supplied to the outer chamber 7, the edge chamber 8, and the retainer ring pressure chamber 9 are measured by flow sensors F1, F2, F3, F4, and F5, respectively.

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圧力室９に供給する流体の圧力は、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、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する押圧力をウェーハ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２０を押圧する押圧力を調整できる。 The pressure of the fluid supplied to the center chamber 5, the ripple chamber 6, the outer chamber 7, the edge chamber 8, and the retainer ring pressure chamber 9 can be adjusted independently by pressure regulators R1, R2, R3, R4, and R5. . With such a structure, the pressing force for pressing the wafer W against the polishing pad 20 can be adjusted for each region of the wafer, and the pressing force for the retainer ring 3 to press the polishing pad 20 can be adjusted.

次に、図１および図２に示すように構成された研磨装置による一連の研磨工程について説明する。研磨ヘッド１は、プッシャ（後述する）からウェーハＷを受け取り、真空吸引により保持する。ウェーハＷの真空吸引は真空源８７により複数の孔４ｈ内に真空を形成することによって行われる。 Next, a series of polishing steps by the polishing apparatus configured as shown in FIGS. 1 and 2 will be described. The polishing head 1 receives a wafer W from a pusher (described later) and holds it by vacuum suction. Vacuum suction of the wafer W is performed by forming a vacuum in the plurality of holes 4 h by a vacuum source 87.

ウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、予め設定した研磨位置まで下降する。この研磨位置では、リテーナリング３は研磨パッド２０の研磨面２０ａに接触しているが、研磨前では研磨ヘッド１でウェーハＷを保持しているので、ウェーハＷの下面（被研磨面）と研磨パッド２０の研磨面２０ａとの間には、わずかな間隙（例えば、約１ｍｍ）がある。このとき、研磨テーブル１０および研磨ヘッド１は、ともに回転されている。この状態で、ウェーハＷの裏面側にあるセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８に加圧流体を供給してメンブレン４を膨らませ、ウェーハＷの下面を研磨パッド２０の研磨面２０ａに当接させる。研磨パッド２０とウェーハＷとを相対運動させることにより、ウェーハＷの表面が研磨される。 The polishing head 1 holding the wafer W is lowered to a preset polishing position. In this polishing position, the retainer ring 3 is in contact with the polishing surface 20a of the polishing pad 20. However, since the wafer W is held by the polishing head 1 before polishing, the lower surface (surface to be polished) of the wafer W and the polishing surface are polished. There is a slight gap (for example, about 1 mm) between the polishing surface 20 a of the pad 20. At this time, the polishing table 10 and the polishing head 1 are both rotated. In this state, pressurized fluid is supplied to the center chamber 5, the ripple chamber 6, the outer chamber 7, and the edge chamber 8 on the back side of the wafer W to inflate the membrane 4, and the lower surface of the wafer W is polished to the polishing surface of the polishing pad 20. It abuts on 20a. By relatively moving the polishing pad 20 and the wafer W, the surface of the wafer W is polished.

ウェーハＷの研磨工程の終了後、ウェーハＷは、研磨ヘッド１に再度保持される。ウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、上下動機構８１により上昇され、さらに研磨ヘッドアーム６４の旋回動作によりプッシャの上方の所定位置に移動させられる。この所定位置で、ウェーハＷは、研磨ヘッド１から離脱させられ、プッシャに渡される。 After completion of the polishing process for the wafer W, the wafer W is held by the polishing head 1 again. The polishing head 1 holding the wafer W is raised by the vertical movement mechanism 81 and further moved to a predetermined position above the pusher by the turning operation of the polishing head arm 64. At this predetermined position, the wafer W is detached from the polishing head 1 and transferred to the pusher.

図３は、ウェーハＷをプッシャ５０へ渡すために、研磨ヘッド１がプッシャ５０の上方の所定位置へ移動してきた直後の状態を示す概略図である。図４は、ウェーハＷを研磨ヘッド１からプッシャ５０へ渡すために、プッシャ５０を上昇させた状態を示す概略図である。プッシャ５０は、研磨ヘッド１と搬送装置（図示せず）との間でウェーハＷの受け渡しを行うためのウェーハ受け渡し装置（基板受け渡し装置）である。このプッシャ５０は、研磨テーブル１０の横に位置しており、ウェーハＷは研磨ヘッド１に保持されたままプッシャ５０の上方の所定位置に移動される。 FIG. 3 is a schematic view showing a state immediately after the polishing head 1 has moved to a predetermined position above the pusher 50 in order to pass the wafer W to the pusher 50. FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the pusher 50 is raised in order to pass the wafer W from the polishing head 1 to the pusher 50. The pusher 50 is a wafer transfer device (substrate transfer device) for transferring the wafer W between the polishing head 1 and a transfer device (not shown). The pusher 50 is positioned beside the polishing table 10, and the wafer W is moved to a predetermined position above the pusher 50 while being held by the polishing head 1.

図３および図４に示すように、プッシャ５０は、研磨ヘッド１の位置決めを行うためにリテーナリング３の外周面が嵌合可能な環状段部５１ａを有する研磨ヘッドガイド５１と、研磨ヘッド１とプッシャ５０との間でウェーハＷを受け渡しする際に、ウェーハＷを支持するためのプッシャステージ５２と、プッシャステージ５２を上下動させるためのエアシリンダ（図示せず）と、プッシャステージ５２と研磨ヘッドガイド５１とを上下動させるためのエアシリンダ（図示せず）とを備えている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the pusher 50 includes a polishing head guide 51 having an annular step portion 51 a to which the outer peripheral surface of the retainer ring 3 can be fitted in order to position the polishing head 1, When delivering the wafer W to and from the pusher 50, a pusher stage 52 for supporting the wafer W, an air cylinder (not shown) for moving the pusher stage 52 up and down, the pusher stage 52 and the polishing head An air cylinder (not shown) for moving the guide 51 up and down is provided.

プッシャ５０には、研磨ヘッドガイド５１内に形成され、流体（リリース噴流）を噴射するためのリリースノズル５３が設けられている。リリースノズル５３は、研磨ヘッドガイド５１の円周方向に沿って所定間隔を置いて複数個設けられている。各リリースノズル５３は、加圧窒素と純水の混合流体からなるリリース噴流を研磨ヘッドガイド５１の半径方向内方に噴射するようになっている。 The pusher 50 is provided with a release nozzle 53 that is formed in the polishing head guide 51 and ejects fluid (release jet). A plurality of release nozzles 53 are provided at predetermined intervals along the circumferential direction of the polishing head guide 51. Each release nozzle 53 jets a release jet composed of a mixed fluid of pressurized nitrogen and pure water inward in the radial direction of the polishing head guide 51.

次に、ウェーハＷを研磨ヘッド１からプッシャ５０に渡すウェーハリリース工程（基板リリース工程）を説明する。研磨ヘッド１がプッシャ５０の上方の所定位置へ移動した後、プッシャ５０が上昇し、図４に示すように、リテーナリング３の外周面が研磨ヘッドガイド５１の環状段部５１ａに嵌合して研磨ヘッド１とプッシャ５０とが一直線上に並ぶ。このとき、研磨ヘッドガイド５１は、リテーナリング３を押し上げ、同時にリテーナリング圧力室９を真空にすることにより、リテーナリング３の上昇を速やかに行うようにしている。 Next, a wafer release process (substrate release process) for transferring the wafer W from the polishing head 1 to the pusher 50 will be described. After the polishing head 1 is moved to a predetermined position above the pusher 50, the pusher 50 is raised, and the outer peripheral surface of the retainer ring 3 is fitted to the annular step portion 51a of the polishing head guide 51 as shown in FIG. The polishing head 1 and the pusher 50 are arranged in a straight line. At this time, the polishing head guide 51 pushes up the retainer ring 3 and at the same time evacuates the retainer ring pressure chamber 9 so as to quickly raise the retainer ring 3.

プッシャ５０の上昇完了時、リテーナリング３の底面はメンブレン４の下面よりも上方に押し上げられているので、ウェーハＷとメンブレン４が露出された状態となっている。その後、研磨ヘッド１によるウェーハＷの真空吸引を止め、ウェーハリリース動作を行う。なお、プッシャ５０が上昇する代わりに研磨ヘッド１が下降することによってプッシャ５０に接触してもよい。 When the pusher 50 is lifted, the bottom surface of the retainer ring 3 is pushed upward from the lower surface of the membrane 4, so that the wafer W and the membrane 4 are exposed. Thereafter, the vacuum suction of the wafer W by the polishing head 1 is stopped, and the wafer release operation is performed. Note that the pusher 50 may be brought into contact with the pusher 50 by lowering instead of the pusher 50 being raised.

ウェーハリリース動作を行う際には、メンブレン４の圧力室（例えば、リプル室６）内を低い圧力（例えば、１００ｈＰａ程度）で加圧し、メンブレン４を膨らませる。これにより、ウェーハＷの外周縁とメンブレン４との間に隙間を形成させる。そして、この隙間に、加圧窒素と純水の混合流体からなるリリース噴流をリリースノズル５３から噴射し、メンブレン４からウェーハＷを離脱させる。ウェーハＷは、プッシャステージ５２に受け止められ、該プッシャステージ５２から、搬送ロボット等の搬送装置に渡される。本実施形態ではリリース噴流として加圧窒素と純水の混合流体が使用されるが、リリース噴流は加圧気体のみ、または加圧液体のみであってもよいし、他の組合せの加圧流体であってもよい。 When performing the wafer release operation, the inside of the pressure chamber (for example, the ripple chamber 6) of the membrane 4 is pressurized with a low pressure (for example, about 100 hPa), and the membrane 4 is expanded. Thereby, a gap is formed between the outer peripheral edge of the wafer W and the membrane 4. Then, a release jet composed of a mixed fluid of pressurized nitrogen and pure water is sprayed from the release nozzle 53 into the gap, and the wafer W is detached from the membrane 4. The wafer W is received by the pusher stage 52 and is transferred from the pusher stage 52 to a transfer device such as a transfer robot. In this embodiment, a mixed fluid of pressurized nitrogen and pure water is used as the release jet, but the release jet may be only pressurized gas or only pressurized fluid, or other combinations of pressurized fluids. There may be.

本実施形態では、リリースノズル５３は、ラバルノズルとして構成されている。以下、図５を参照して、ラバルノズルとして構成されたリリースノズル５３について説明する。 In the present embodiment, the release nozzle 53 is configured as a Laval nozzle. Hereinafter, the release nozzle 53 configured as a Laval nozzle will be described with reference to FIG.

図５は、ラバルノズルとして構成されたリリースノズル５３の拡大断面図である。以下の説明では、リリースノズル５３をラバルノズル５３と称する。ラバルノズル５３は、流路径が漸次縮小するスロート部１００と、スロート部１００の下流側で流路径が漸次拡大する拡大部１０１と、を有する。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the release nozzle 53 configured as a Laval nozzle. In the following description, the release nozzle 53 is referred to as a Laval nozzle 53. The Laval nozzle 53 includes a throat portion 100 in which the flow path diameter gradually decreases and an enlarged portion 101 in which the flow path diameter gradually increases on the downstream side of the throat section 100.

ここで、ラバルノズル５３内を流れる流体が圧縮性流体であると仮定する。この場合、スロート部１００では流路径が漸次縮小していくので、流体の流速が増加する。そして、スロート部１００の最小流路径の位置で、流体がチョーク流れとなるように、スロート部１００の流路径、流体の圧力、流体の流量などの諸条件が設定される。チョーク流れとは、圧縮性流体の流速がマッハ数１の臨界状態になることである。圧縮性流体は、スロート部１００の最小流路径の位置で閉塞（チョーク）されてチョーク流れとなり、ラバルノズル５３に流れる流体の流量が制限される。チョーク流れの状態にある圧縮性流体は、流路の断面積が拡大されたときに加速されるという性質を有する。したがって、チョーク流れの状態にある流体（すなわち、音速に達した流体）は、流路径が漸次拡大していく拡大部１０１で加速され、その結果、流体の流速は超音速に達する。 Here, it is assumed that the fluid flowing in the Laval nozzle 53 is a compressive fluid. In this case, since the flow path diameter gradually decreases in the throat portion 100, the flow velocity of the fluid increases. Various conditions such as the flow path diameter of the throat section 100, the pressure of the fluid, and the flow rate of the fluid are set so that the fluid is choked at the position of the minimum flow path diameter of the throat section 100. The choke flow is a state where the flow rate of the compressive fluid becomes a critical state with a Mach number of 1. The compressible fluid is blocked (choke) at the position of the minimum flow path diameter of the throat portion 100 to form a choke flow, and the flow rate of the fluid flowing to the Laval nozzle 53 is limited. The compressible fluid in the choked flow state has a property of being accelerated when the cross-sectional area of the flow path is enlarged. Therefore, the fluid in the choked flow state (that is, the fluid that has reached the sonic velocity) is accelerated by the expanding portion 101 in which the flow path diameter gradually increases, and as a result, the fluid flow velocity reaches supersonic velocity.

ラバルノズル５３から噴射されるリリース噴流が安定した超音速の平行流を形成するには、ラバルノズル５３の拡大部１０１の内面形状が重要である。そのため、従来公知の圧縮性流体力学理論（例えば、フォルシュ（Ｆｏｅｌｓｃｈ）の方法などの特性曲線法、プラントル・マイヤー関数など）を利用して、拡大部１０１の内面形状は設計される。ここで、平行流とは、リリース噴流がラバルノズル５３の長手方向と平行であることを言う。ラバルノズル５３の長手方向は、該ラバルノズル５３内を流れる流体の流れ方向に一致する。この長手方向は、ラバルノズル５３の中心軸と一致し、この中心軸は、図５においてＸの符号が付されている。 In order for the release jet injected from the Laval nozzle 53 to form a stable supersonic parallel flow, the shape of the inner surface of the enlarged portion 101 of the Laval nozzle 53 is important. Therefore, the inner surface shape of the enlarged portion 101 is designed using a conventionally known compressible fluid dynamics theory (for example, a characteristic curve method such as the Forsch method, a Prandtl-Meier function, etc.). Here, the parallel flow means that the release jet is parallel to the longitudinal direction of the Laval nozzle 53. The longitudinal direction of the Laval nozzle 53 coincides with the flow direction of the fluid flowing through the Laval nozzle 53. This longitudinal direction coincides with the central axis of the Laval nozzle 53, and this central axis is denoted by the symbol X in FIG.

安定した超音速の平行流のリリース噴流を形成するために、拡大部１０１は、例えば、フォルシュの方法にしたがった滑らかな曲面を有している。フォルシュの方法にしたがった拡大部１０１の滑らかな曲面は、変曲点１０５を有する。拡大部１０１における変曲点１０５の上流側は、初期拡大部１０７である。この初期拡大部１０７の曲面では、当該曲面の接線の傾きが流れ方向に沿って徐々に大きくなる。したがって、図５におけるラバルノズル５３の上半分では、初期拡大部１０７の曲面の断面形状は下に凸の曲線を描き、ラバルノズル５３の下半分では、初期拡大部１０７の曲面の断面形状は上に凸の曲線を描く。 In order to form a stable supersonic parallel flow release jet, the enlarged portion 101 has, for example, a smooth curved surface according to the Forsch method. The smooth curved surface of the enlarged portion 101 according to the Forsch method has an inflection point 105. An upstream side of the inflection point 105 in the enlargement unit 101 is an initial enlargement unit 107. On the curved surface of the initial enlargement unit 107, the inclination of the tangent to the curved surface gradually increases along the flow direction. Therefore, in the upper half of the Laval nozzle 53 in FIG. 5, the curved cross-sectional shape of the initial enlarged portion 107 has a convex downward curve, and in the lower half of the Laval nozzle 53, the curved sectional shape of the initial enlarged portion 107 is convex upward. Draw a curve.

変曲点１０５の下流側は、終期拡大部１０８である。終期拡大部１０８の曲面では、当該曲面の接線の傾きが流れ方向に沿って徐々に小さくなる。したがって、図５におけるラバルノズル５３の上半分では、終期拡大部１０８の曲面の断面形状は上に凸の曲線を描き、ラバルノズル５３の下半分では、終期拡大部１０８の曲面の断面形状は下に凸の曲線を描く。初期拡大部１０７の形状は、例えば、必要とされる流体のマッハ数などからプラントル・マイヤー関数などを利用して決定される。フォルシュの方法にしたがえば、初期拡大部１０７で発生する膨張波が終期拡大部１０８の壁面で発生する圧縮波と相殺され消滅するように、初期拡大部１０７の曲面形状に応じて、終期拡大部１０８の曲面形状が設計される。いずれにしても、初期拡大部１０７と終期拡大部１０８の曲面形状は、従来公知の圧縮性流体力学理論を用いて決定することができる。 A downstream side of the inflection point 105 is the final expansion unit 108. On the curved surface of the final expansion portion 108, the slope of the tangent to the curved surface gradually decreases along the flow direction. Accordingly, in the upper half of the Laval nozzle 53 in FIG. 5, the cross-sectional shape of the curved surface of the final enlarged portion 108 draws a convex curve upward, and in the lower half of the Laval nozzle 53, the cross-sectional shape of the curved surface of the final enlarged portion 108 projects downward. Draw a curve. The shape of the initial enlargement unit 107 is determined using, for example, a Prandtl-Meier function from the required Mach number of the fluid. According to Forsch's method, the final expansion is performed in accordance with the curved surface shape of the initial expansion unit 107 so that the expansion wave generated in the initial expansion unit 107 cancels out with the compression wave generated on the wall surface of the final expansion unit 108. The curved surface shape of the portion 108 is designed. In any case, the curved surface shapes of the initial enlarged portion 107 and the final enlarged portion 108 can be determined using a conventionally known compressible fluid dynamics theory.

このように設計されたラバルノズル５３は、超音速の平行流であるリリース噴流をウェーハＷとメンブレン４との間の隙間に噴射することができる。リリース噴流が平行流となるので、ウェーハＷとメンブレン４との間に形成される隙間が小さくても、リリース噴流をウェーハＷとメンブレン４との隙間に適切に噴射することができる。その結果、メンブレン４を大きく膨らませる必要がなくなり、ウェーハＷ上に形成された微細な配線の破断や、ウェーハＷの破損を防止することができる。また、リリース噴流の流速が超音速になることから、リリース噴流の周囲に存在する粒子は、リリース噴流に追従することができない。その結果、粒子がリリース噴流内に取り込まれなくなるので、リリース噴流によってウェーハＷが汚染されてしまうことを防止できる。さらに、リリース噴流の流速が超音速になることから、リリース噴流の動圧成分を高めることができる。その結果、ウェーハＷの離脱が促進され、研磨処理のスループットを向上させることができる。 The Laval nozzle 53 designed in this way can inject a release jet, which is a supersonic parallel flow, into the gap between the wafer W and the membrane 4. Since the release jet is a parallel flow, the release jet can be appropriately injected into the gap between the wafer W and the membrane 4 even if the gap formed between the wafer W and the membrane 4 is small. As a result, it is not necessary to expand the membrane 4 greatly, and breakage of fine wiring formed on the wafer W and breakage of the wafer W can be prevented. Moreover, since the flow velocity of the release jet becomes supersonic, the particles present around the release jet cannot follow the release jet. As a result, since the particles are not taken into the release jet, it is possible to prevent the wafer W from being contaminated by the release jet. Furthermore, since the flow velocity of the release jet becomes supersonic, the dynamic pressure component of the release jet can be increased. As a result, the separation of the wafer W is promoted, and the throughput of the polishing process can be improved.

図６は、基板受け渡し装置として、プッシャの代わりに、リテーナリングステーションと搬送ステージが設けられた研磨装置の一実施形態を説明するための模式図である。本実施形態のその他の構成は、図４に示した実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a polishing apparatus in which a retainer ring station and a transfer stage are provided as a substrate transfer apparatus instead of a pusher. Since other configurations of the present embodiment are the same as those of the embodiment shown in FIG. 4, the corresponding components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

リテーナリングステーション７５の位置は固定であるが、搬送ステージ７６は上下方向に移動可能となっている。リテーナリングステーション７５は、研磨ヘッド１のリテーナリング３を押し上げる複数の押し上げ機構７７を備えている。押し上げ機構７７の鉛直方向の位置は、研磨ヘッド１と搬送ステージ７６との間にある。また、押し上げ機構７７と搬送ステージ７６とは、互いに接触しないように配置されている。 The position of the retainer ring station 75 is fixed, but the transfer stage 76 is movable in the vertical direction. The retainer ring station 75 includes a plurality of push-up mechanisms 77 that push up the retainer ring 3 of the polishing head 1. The vertical position of the push-up mechanism 77 is between the polishing head 1 and the transfer stage 76. Further, the push-up mechanism 77 and the transport stage 76 are arranged so as not to contact each other.

押し上げ機構７７は、リテーナリング３に接触する押し上げピン７８と、押し上げピン７８を上方に押す押圧機構としてのばね（図示せず）と、押し上げピン７８およびばねを収容するケーシング７９とを備えている。押し上げ機構７７は、押し上げピン７８がリテーナリング３の下面に対向する位置に配置される。研磨ヘッド１が下降すると、リテーナリング３の下面が押し上げピン７８に接触する。ばねは、リテーナリング３を押し上げるのに十分な押圧力を有している。したがって、図９に示すように、リテーナリング３は押し上げピン７８に押し上げられ、ウェーハＷよりも上方の位置まで移動される。 The push-up mechanism 77 includes a push-up pin 78 that contacts the retainer ring 3, a spring (not shown) as a push mechanism that pushes the push-up pin 78 upward, and a casing 79 that houses the push-up pin 78 and the spring. . The push-up mechanism 77 is disposed at a position where the push-up pin 78 faces the lower surface of the retainer ring 3. When the polishing head 1 is lowered, the lower surface of the retainer ring 3 comes into contact with the push-up pin 78. The spring has a pressing force sufficient to push up the retainer ring 3. Therefore, as shown in FIG. 9, the retainer ring 3 is pushed up by the push-up pins 78 and moved to a position above the wafer W.

リテーナリングステーション７５には、複数のリリースノズル８９が設けられている。リリースノズル８９は、リテーナリングステーション７５の円周方向に沿って所定間隔を置いて複数個設けられており、加圧窒素と純水の混合流体（リリース噴流）をリテーナリングステーション７５の半径方向内方に噴射するようになっている。 The retainer ring station 75 is provided with a plurality of release nozzles 89. A plurality of release nozzles 89 are provided at predetermined intervals along the circumferential direction of the retainer ring station 75, and a mixed fluid (release jet) of pressurized nitrogen and pure water is supplied in the radial direction of the retainer ring station 75. It is designed to spray toward the direction.

次に、リテーナリングステーション７５と搬送ステージ７６を用いたウェーハリリース動作について説明する。研磨されたウェーハＷを保持している研磨ヘッド１は、リテーナリングステーション７５の上方の所定位置に移動する。次いで、研磨ヘッド１が下降し、図９に示すようにリテーナリング３がリテーナリングステーション７５の押し上げ機構７７により押し上げられる。研磨ヘッド１が下降しているとき、搬送ステージ７６が上昇し、リテーナリング３に接触することなく研磨ヘッド１の真下まで移動する。 Next, a wafer release operation using the retaining ring 75 and the transfer stage 76 will be described. The polishing head 1 holding the polished wafer W moves to a predetermined position above the retainer ring station 75. Next, the polishing head 1 is lowered, and the retainer ring 3 is pushed up by the push-up mechanism 77 of the retainer ring station 75 as shown in FIG. When the polishing head 1 is lowered, the transfer stage 76 moves up and moves to a position directly below the polishing head 1 without contacting the retainer ring 3.

この状態で、研磨ヘッド１の圧力室内を低い圧力で加圧し、メンブレン４を膨らませる。これにより、ウェーハＷの外周縁とメンブレン４との間に隙間を形成させる。そして、この隙間に、加圧窒素と純水の混合流体からなるリリース噴流をリリースノズル８９から噴射し、メンブレン４からウェーハＷを離脱させる。ウェーハＷは、搬送ステージ７６に受け止められ、搬送ステージ７６はウェーハＷとともに下降される。本実施形態ではリリース噴流として加圧窒素と純水の混合流体が使用されるが、リリース噴流は加圧気体のみ、または加圧液体のみであってもよいし、他の組合せの加圧流体であってもよい。 In this state, the pressure chamber of the polishing head 1 is pressurized at a low pressure to inflate the membrane 4. Thereby, a gap is formed between the outer peripheral edge of the wafer W and the membrane 4. Then, a release jet composed of a mixed fluid of pressurized nitrogen and pure water is sprayed from the release nozzle 89 into the gap, and the wafer W is detached from the membrane 4. The wafer W is received by the transfer stage 76, and the transfer stage 76 is lowered together with the wafer W. In this embodiment, a mixed fluid of pressurized nitrogen and pure water is used as the release jet, but the release jet may be only pressurized gas or only pressurized fluid, or other combinations of pressurized fluids. There may be.

図６に示される実施形態でも、リリースノズル８９は、図５に示されるラバルノズルとして構成される。すなわち、ラバルノズル８９は、流路径が漸次縮小するスロート部１００と、スロート部１００の下流側で流路径が漸次拡大する拡大部１０１と、を有する。ラバルノズルとして構成されたリリースノズル８９は、上述したように、超音速の平行流であるリリース噴流をウェーハＷとメンブレン４との間の隙間に噴射することができる。 Also in the embodiment shown in FIG. 6, the release nozzle 89 is configured as a Laval nozzle shown in FIG. That is, the Laval nozzle 89 has a throat portion 100 where the flow path diameter gradually decreases and an enlarged portion 101 where the flow path diameter gradually increases on the downstream side of the throat section 100. The release nozzle 89 configured as a Laval nozzle can inject a release jet, which is a supersonic parallel flow, into the gap between the wafer W and the membrane 4 as described above.

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

１研磨ヘッド（基板保持装置）
２ヘッド本体
３リテーナリング
４弾性膜（メンブレン）
４ａ隔壁
４ｂウェーハ保持面（基板保持面）
４ｈ孔
５センター室
６リプル室
７アウター室
８エッジ室
９リテーナリング圧力室
１０研磨テーブル
１０ａテーブル軸
１１，１２，１３，１４，１５，２１，２２，２３，２４，２６流路
２０研磨パッド
２０ａ研磨面
３０流体供給源
３１，８７真空源
３５気水分離槽
５０基板受け渡し装置（プッシャ）
５１研磨ヘッドガイド
５２プッシャステージ
５３，８９リリースノズル（ラバルノズル）
６２研磨液供給ノズル
６４研磨ヘッドアーム
６５研磨ヘッドシャフト
６６回転筒
６７タイミングプーリ
６８研磨ヘッド回転モータ
６９タイミングベルト
７０タイミングプーリ
７５リテーナリングステーション
７６搬送ステージ
７７押し上げ機構
７８押し上げピン
７９ケーシング
８０アームシャフト
８１上下動機構
８２ロータリージョイント
８３軸受
８４ブリッジ
８５支持台
８６支柱
８８ボールねじ
８８ａねじ軸
８８ｂナット
９０サーボモータ
９６アームモータ
１００スロート部
１０１拡大部
１０５変曲点
１０７初期拡大部
１０８終期拡大部
Ｆ１〜Ｆ５流量センサ
Ｒ１〜Ｒ５圧力レギュレータ
Ｐ１〜Ｐ５圧力センサ
Ｖ１−１〜Ｖ１−３，Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３バルブ 1 Polishing head (substrate holding device)
2 Head body 3 Retainer ring 4 Elastic membrane (membrane)
4a Bulkhead 4b Wafer holding surface (substrate holding surface)
4h hole 5 center chamber 6 ripple chamber 7 outer chamber 8 edge chamber 9 retainer ring pressure chamber 10 polishing table 10a table shaft 11, 12, 13, 14, 15, 21, 22, 23, 24, 26 flow path 20 polishing pad 20a Polishing surface 30 Fluid supply source 31,87 Vacuum source 35 Air / water separation tank 50 Substrate delivery device (pusher)
51 Polishing head guide 52 Pusher stage 53, 89 Release nozzle (Laval nozzle)
62 Polishing liquid supply nozzle 64 Polishing head arm 65 Polishing head shaft 66 Rotating cylinder 67 Timing pulley 68 Polishing head rotating motor 69 Timing belt 70 Timing pulley 75 Retaining ring station 76 Conveying stage 77 Pushing mechanism 78 Pushing pin 79 Casing 80 Arm shaft 81 Up and down Moving mechanism 82 Rotary joint 83 Bearing 84 Bridge 85 Support base 86 Post 88 Ball screw 88a Screw shaft 88b Nut 90 Servo motor 96 Arm motor 100 Throat part 101 Enlarged part 105 Inflection point 107 Initial enlarged part 108 Final enlarged part F1-F5 Flow rate Sensors R1 to R5 Pressure regulator P1 to P5 Pressure sensors V1-1 to V1-3, V2-1 to V2-3, V3-1 to V3-3, V4-1 to V -3, V5-1~V5-3 valve

Claims

A polishing table for supporting the polishing pad;
A polishing head having a substrate holding surface and a pressure chamber made of an elastic film, holding the substrate on the substrate holding surface, and pressing the substrate against the polishing pad by the pressure in the pressure chamber;
A release nozzle that detaches the substrate from the polishing head by injecting a release jet into a gap between the elastic film and the substrate,
The said release nozzle is comprised as a Laval nozzle which has a throat part where a flow path diameter reduces gradually, and an enlarged part where a flow path diameter expands gradually in the downstream of the said throat part, The polishing apparatus characterized by the above-mentioned.

A substrate transfer device for transferring the substrate to the polishing head and receiving the substrate from the polishing head;
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the release nozzle is provided in the substrate transfer apparatus.