JP2004297029A

JP2004297029A - Substrate holding device and polishing apparatus

Info

Publication number: JP2004297029A
Application number: JP2003163052A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Togawa; 哲二戸川; Hiroshi Yoshida; 博吉田; Osamu Nabeya; 治鍋谷; Makoto Fukushima; 誠福島; Koichi Fukaya; 孝一深谷
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP4583729B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate holding device capable of giving uniform pressing force on whole face of the substrate, and a polishing apparatus furnished with the substrate holding device. SOLUTION: The substrate holding device holds the substrate W, which is the object to be polished, and presses the substrate to a polishing face. The substrate holding device comprises a vertically movable member 6 that is movable in vertical direction and an elastic member 7 that touches the substrate W, wherein the elastic member 7 comprises a touching part 8 that touches the outer edge part of the substrate W and a peripheral wall part 9 that extends upward from the touching part 8 and is connected to the vertically movable member 6. The peripheral wall part 9 has an expandable part 40 that is capable of expanding and contracting in vertical direction. 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テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
このような研磨装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハの各部分に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。そのため、基板保持装置の半導体ウェハの保持面をゴム等の弾性材からなる弾性膜で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェハに対する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。
【０００７】
上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中の半導体ウェハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウェハの外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、半導体ウェハの外周縁をガイドリング又はリテーナリングによって保持すると共に、ガイドリング又はリテーナリングによって半導体ウェハの外周縁側に位置する研磨面を押圧する構造を備えた基板保持装置も用いられている。
【０００８】
ここで、従来の基板保持装置について図２０（ａ）及び図２０（ｂ）を参照して説明する。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は従来の基板保持装置を示す部分断面図である。
図２０（ａ）に示すように、基板保持装置は、トップリング本体２と、このトップリング本体２の内部に収容されたチャッキングプレート６と、このチャッキングプレート６に取付けられた弾性膜８０とを備えた構成を有している。弾性膜８０は、チャッキングプレート６の外周部に配置されており、半導体ウェハＷの外周縁部に当接するようになっている。トップリング本体２の下端には環状のリテーナリング３が固定され、このリテーナリング３により半導体ウェハＷの外周近傍の研磨面が押圧されるようになっている。
【０００９】
チャッキングプレート６は、弾性を有する加圧シート１３を介してトップリング本体２に取付けられており、チャッキングプレート６及び弾性膜８０は、流体圧を受けてトップリング本体２及びリテーナリング３に対して一定の範囲内で上下方向に動くようになっている。このような構成を有する基板保持装置は、いわゆるフローティング式基板保持装置と称されている。弾性膜８０、チャッキングプレート６の下面、及び半導体ウェハＷの上面とにより画成される圧力室１３０には加圧流体が供給され、これにより、チャッキングプレート６が上昇し、同時に、半導体ウェハＷが研磨面に押圧される。この状態で、研磨面に研磨液を供給しつつトップリング（基板保持装置）及び研磨面をそれぞれ独立に回転させることにより、半導体ウェハＷの下面が平坦状に研磨される。
【００１０】
研磨工程が終了した後は、トップリングに半導体ウェハＷを吸着保持させ、この状態で、トップリングを移送位置に移動させ、チャッキングプレート６の下部から流体（例えば、加圧流体もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のフローティング式の基板保持装置では、チャッキングプレート６が上昇するに従って、半導体ウェハＷの外周縁部に接触している弾性膜８０がチャッキングプレート６に引き上げられ、この弾性膜８０が半導体ウェハＷから離れてしまう。このため、半導体ウェハＷの外周縁部において半導体ウェハＷへの押圧力が局所的に変化してしまい、半導体ウェハＷの外周縁部では研磨レートが低下し、その径方向内側の領域では研磨レートが上昇するという問題が生じていた。
【００１２】
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、フローティング式の基板保持装置では、リテーナリング３を研磨面に摺接しながら研磨が行われるため、経時的にリテーナリング３が磨耗し、半導体ウェハとチャッキングプレート６との距離が短くなる（図２０（ｂ）参照）。このため、半導体ウェハＷの外周縁部における押圧力が変化してしまい、半導体ウェハＷの外周縁部での研磨レート、即ち、研磨プロファイルが変化するという問題が生じていた。また、このような問題から、磨耗したリテーナリングを早期に交換する必要が生じ、リテーナリングのライフタイムが短く制限されていた。
【００１３】
また、上記問題に加え、従来の基板保持装置では、研磨開始時に弾性膜と半導体ウェハとが十分に密着していない状態で加圧流体が供給されるため、弾性膜と半導体ウェハとの間から加圧流体が漏れてしまうという問題が生じていた。
【００１４】
さらに、半導体ウェハをトップリングからリリースさせる工程において次のような問題が生じている。すなわち、半導体ウェハの裏面（上面）にナイトライドなどの膜が形成されている場合、弾性膜と半導体ウェハとの密着性が良好となるために弾性膜が半導体ウェハから離れない場合がある。この状態で流体が半導体ウェハに噴射され続けると、弾性膜は半導体ウェハに密着したまま伸び続け、流体圧により半導体ウェハが変形してしまい、最悪の場合には半導体ウェハが割れてしまうという問題が生じていた。
【００１５】
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、弾性膜を用いて形成された空間に加圧流体を加えることにより基板へ押圧力を与える基板保持装置において、研磨中及び基板の離脱など全工程においてより安定した加工ができる様にする。すなわち、基板の全体に亘って均一な押圧力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第１の目的とする。また、本発明は、基板を速やかに離す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第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、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であって、上下方向に移動可能な上下動部材と、前記基板に当接する弾性部材とを備え、前記弾性部材は、前記基板の外周縁部に当接する当接部と、該当接部から上方に延びて前記上下動部材に接続される周壁部とを備え、前記周壁部は、上下方向に伸縮自在な伸縮部を有することを特徴とする。
【００１７】
このように構成された本発明によれば、上下動部材（チャッキングプレート）の上昇に追従して伸縮部が下方に伸張するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。従って、弾性部材と基板との接触範囲を一定に保つことが可能になり、基板の全面に亘って均一な押圧力を得ることが可能となる。
【００１８】
また、リテーナリングが磨耗して上下動部材と基板との距離が変化した場合でも、距離の変化に追従して伸縮部が収縮するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。これにより、基板の中心から外周部に至るまで均一な圧力で基板を押圧することができ、基板の全域に亘って均一な研磨レート、即ち、研磨プロファイルを実現することが可能となる。さらに、リテーナリングの磨耗に追従して伸縮部が収縮するため、磨耗が進んだリテーナリングを交換することなく、そのまま使用することが可能となる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記伸縮部は、前記周壁部の所定の部位を周方向に沿って折り曲げることにより構成されていることを特徴とする。この場合において、前記伸縮部の折り曲げ箇所は、略円弧状の断面形状を有することが好ましい。これにより、伸縮部をスムーズに下方に伸張させることが可能となる。
本発明の好ましい他の態様は、前記伸縮部は、前記当接部よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記伸縮部は、前記周壁部の所定の部位を前記当接部よりも薄肉に形成することにより構成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位は、前記当接部よりも硬質の材料で形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位は、前記当接部よりも肉厚に形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位には、前記弾性部材よりも硬度が高い硬質部材が埋設されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位の表面には、前記弾性部材よりも硬度が高い硬質部材が固着されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位の表面には、前記弾性部材よりも硬質の材料がコーティングされていることを特徴とする。
【００２１】
このように構成された本発明によれば、周壁部の強度を高めることができ、研磨時に生じる弾性部材のねじれを防止することができる。
【００２２】
本発明の好ましい他の態様は、前記当接部の上面に接触して前記当接部を前記基板に対して押圧する押圧部材を設けたことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、押圧部材によって当接部の下面を基板の上面に密着させることができ、当接部と基板との間から加圧流体が漏れてしまうことを防止することができる。
【００２３】
本発明の好ましい他の態様は、前記押圧部材の下面に、径方向に延びる複数の溝を形成したことを特徴とする。
また、本発明の好ましい他の態様は、前記当接部の上面に流体を供給する流体供給口を前記押圧部材の下面に形成したことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、加圧流体を溝又は流体供給口を介して当接部の上面に速やかに供給することができる。従って、押圧部材により当接部を基板に押圧した状態で加圧流体により当接部を基板に押圧することができる。
【００２４】
本発明の好ましい他の態様は、前記押圧部材と接触する前記当接部の上面に、周方向に延びる肉厚部を設けたことを特徴とする。この場合において、前記肉厚部は、略三角形状又は略円弧状の断面形状を有することが好ましい。
また、本発明の好ましい他の態様は、前記当接部に補強部材を埋設したことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、当接部の強度が高められるため、押圧部材により当接部を基板に対して押圧したときに当接部が周方向にうねってしまうことが防止される。これにより、当接部と基板との密着度が確保され、加圧流体の漏洩が防止される。
【００２５】
本発明の好ましい他の態様は、前記当接部の上面に複数の凹凸を形成したことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、上下動部材と当接部との密着性を弱めることができ、上下動部材が上昇するときに、弾性部材の当接部が上下動部材に引き上げられてしまうことが防止される。
【００２６】
本発明の他の態様は、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の基板保持装置と、研磨面を有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。また、本発明の他の態様は、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の基板保持装置に研磨対象物である基板を保持させ、研磨面を有する研磨テーブルに前記基板を載置し、前記上下動部材を下降させ、前記当接部を前記基板に押圧しながら、前記上下動部材、前記弾性部材、及び前記基板とにより画成される圧力室に加圧流体を供給し、前記基板を前記研磨面に摺接させて前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００２７】
本発明の他の態様は、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、前記基板とチャッキングプレートとの間に圧力室を形成するための弾性部材を備え、前記弾性部材の前記基板と接する当接部は、前記弾性部材の前記基板からの剥離を促進させる剥離促進部を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記剥離促進部は、前記当接部の周縁部に形成された切欠きであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記当接部の一部は、前記弾性部材を形成する材料よりも前記基板との密着性が弱い材料から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、前記当接部の全面又は一部には、しぼ加工が施されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記剥離促進部は、前記当接部の周縁部と、他の圧力室を形成する前記弾性部材とを連結する連結部であることを特徴とする
本発明の好ましい態様は、前記剥離促進部は、前記当接部の一部が上方に窪んだ窪み部であり、前記圧力室に加圧流体を供給したときに前記窪み部は前記基板に密着することを特徴とする。
【００２８】
このように構成された本発明によれば、流体を基板の上面に噴射させることによって、剥離促進部を起点として当接部を基板から速やかに剥がすことが可能となる。従って、基板を流体圧などで損傷させることなくプッシャーなど基板昇降装置に受け渡すことができる。また、基板の種類、特に、基板の裏面（上面）に形成される膜の種類に影響を受けることなく、基板を弾性部材から良好にリリースすることができる。
【００２９】
本発明の他の態様は、請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載の基板保持装置と、研磨面を有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。
【００３０】
【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、ポリッシング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を構成するトップリング１の下方には、上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００３１】
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。
【００３２】
トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧するようになっている。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に供給される加圧空気の空気圧等をレギュレータ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
トップリング本体２とトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３との内部に画成された空間内には、環状のホルダーリング５と、トップリング本体２内部の収容空間内で上下動可能な概略円盤状のチャッキングプレート（上下動部材）６とが収容されている。このチャッキングプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、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。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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。
【００４１】
チャッキングプレート６の外周縁部には、トップリング１によって保持される半導体ウェハＷの外周縁部に当接する環状のエッジメンブレン（弾性部材）７が設けられている。このエッジメンブレン７の上端は、チャッキングプレート６の外周縁部と環状のエッジリング４との間に挟み込まれており、これにより、エッジメンブレン７がチャッキングプレート６に取付けられる。
【００４２】
エッジメンブレン７の内部には圧力室２２が形成されている。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が連通されており、圧力室２２はこの流体路３３上に配置されたレギュレータＲ３を介して圧力調整部１２０に接続されている。なお、エッジメンブレン７は、加圧シート１３と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。また、エッジメンブレン７を形成するゴム材としては、硬度（ｄｕｒｏ）が２０〜６０のものが好適に使用される。
【００４３】
半導体ウェハＷを研磨する際、トップリング１の回転に伴い半導体ウェハＷも回転するが、上述したエッジメンブレン７だけでは半導体ウェハＷとの接触範囲が小さく、回転トルクを伝達しきれないおそれがある。このため、半導体ウェハＷに当接して、半導体ウェハＷに十分なトルクを伝達する環状の中間エアバッグ１９がチャッキングプレート６の下面に固定されている。この中間エアバッグ１９は、エッジメンブレン７の径方向内側に配置され、半導体ウェハＷに十分なトルクを伝達するだけの接触面積をもって半導体ウェハＷと接触する。
【００４４】
中間エアバッグ１９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するエアバッグホルダー９２とから構成されている。エアバッグホルダー９２は、チャッキングプレート６の下面に形成された環状溝６ａにねじ（図示せず）を介して固定されている。中間エアバッグ１９を構成する弾性膜９１の上端は、環状溝６ａとエアバッグホルダー９２との間に挟まれており、これにより、弾性膜９１がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられる。
【００４５】
中間エアバッグ１９の内部には、弾性膜９１とエアバッグホルダー９２とによって圧力室２３が形成されている。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が連通されており、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。なお、弾性膜９１は、加圧シート１３と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００４６】
エッジメンブレン７、中間エアバッグ１９、半導体ウェハＷ、及びチャッキングプレート６によって画成される環状の空間は、圧力室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。
【００４７】
また、中間エアバッグ１９、半導体ウェハＷ、及びチャッキングプレート６によって画成される円形の空間は、圧力室２５として構成されている。この圧力室２５にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３６が連通しており、圧力室２５はこの流体路３６上に配置されたレギュレータＲ６を介して圧力調整部１２０に接続されている。なお、上記流体路３２，３３，３４，３５，３６は、トップリングヘッド１１０の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ２〜Ｒ６に接続されている。
【００４８】
トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部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が形成されている。この洗浄液路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、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はエッジメンブレン７の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。
【００４９】
エッジメンブレン７の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダーリング５とチャッキングプレート６及びチャッキングプレート６に取付けられたエッジメンブレン７等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。チャッキングプレート６には、その外周縁部から外方に突出する突起６ｃが複数箇所に設けられており、この突起６ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記チャッキングプレート６等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００５０】
ここで、図３（ａ）乃至図３（ｃ）を参照して中間エアバッグ１９について詳細に説明する。図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、図２の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
図３（ａ）に示すように、本実施形態における中間エアバッグ１９の弾性膜９１は、外方に張り出したつば９１ａを有する中間当接部９１ｂと、つば９１ａとの間に環状の凹部９３を形成しつつ、つば９１ａの基部９１ｃから外方に延びる延出部９１ｄと、エアバッグホルダー９２を介してチャッキングプレート６に接続される接続部９１ｅとを有している。延出部９１ｄは、つば９１ａの基部９１ｃから外方に向かってつば９１ａの先端よりも内方の位置まで延びており、この延出部９１ｄの外方端部から上方に向かって上記接続部９１ｅが延びている。これらのつば９１ａ、中間当接部９１ｂ、接続部９１ｅ、延出部９１ｄは弾性を有する同一の材料で一体に形成されている。また、中間当接部９１ｂの中央部には開口９１ｆが形成されている。
【００５１】
このような構成とすることで、半導体ウェハＷを中間エアバッグ１９の中間当接部９１ｂに密着させた後（図３（ｂ）参照）、チャッキングプレート６を上方に持ち上げて研磨を行う場合には、接続部９１ｅによる上向きの力が延出部９１ｄによって横方向あるいは斜め方向の力に変換されてつば９１ａの基部９１ｃに加えられることとなる（図３（ｃ）参照）。従って、つば９１ａの基部９１ｃに加わる上向きの力を極めて小さくすることができ、中間当接部９１ｂには過剰な上向きの力が加わることがない。このため、基部９１ｃの近傍に真空が形成されることがなく、つば９１ａを除く中間当接部９１ｂの全面において均一な研磨レートを実現することができる。この場合において、接続部９１ｅの厚さやつば９１ａの長さを径方向内側と外側とで変えてもよく、また延出部９１ｄの長さも径方向内側と外側で変えることもできる。更に、研磨される半導体ウェハ上の膜種や研磨パッドの種類により、つば９１ａの厚みを変えてもよい。半導体ウェハに伝えられる抵抗、研磨トルクが大きい場合は、つば９１ａのねじれを防ぐため、厚くするのが好ましい。
【００５２】
次に、本実施形態に係るエッジメンブレン７について図４（ａ）乃至図４（ｃ）を参照して詳細に説明する。図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るエッジメンブレンの全体構成を示す断面図であり、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は図２に示す基板保持装置の部分断面図である。
【００５３】
本実施形態に係るエッジメンブレン（弾性部材）７は、半導体ウェハＷの外周縁部に当接する環状の当接部８と、この当接部８から上方に延びてチャッキングプレート６に接続される環状の周壁部９とを備えている。この周壁部９は、外周壁部９ａと、外周壁部９ａよりも径方向内側に配置された内周壁部９ｂとから構成されている。当接部８は、周壁部９（外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂ）から径方向内側に向かって張り出した形状を有している。外周壁部９ａと内周壁部９ｂとの間に位置する当接部８の部位には、周方向に延びる切れ目１８が設けられ、これにより、当接部８は外周壁部９ａと内周壁部９ｂとの間において外当接部８ａと内当接部８ｂとに分断されている。
【００５４】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂは、環状のエッジリング４の外周面及び内周面に沿って上方に延び、それぞれの上端がチャッキングプレート６とエッジリング４の上面との間に挟みこまれている。エッジリング４はねじ（図示せず）によりチャッキングプレート６に固定されており、これにより、エッジメンブレン７がチャッキングプレート６に着脱可能に取付けられる。上述した流体路３３はエッジリング４の内部を鉛直方向に貫通し、エッジリング４の下面で開口している。従って、エッジリング４、エッジメンブレン７、及び半導体ウェハＷにより画成された環状の圧力室２２は流体路３３に連通し、流体路３３及びレギュレータＲ３を介して圧力調整部１２０に接続されている。
【００５５】
周壁部９は上下方向に、即ち、半導体ウェハＷに対して略垂直方向に伸縮自在な伸縮部４０を有している。より具体的には、周壁部９を構成する外周壁部９ａは、上下方向に伸縮自在な伸縮部４０ａを有しており、この伸縮部４０ａは、外周壁部９ａの一部が周方向に沿って内方に折り曲げられた後、さらに外方に折り返された構成を有している。この伸縮部４０ａは、外当接部８ａ近傍に位置し、エッジリング４よりも下方の位置に設けられている。また、周壁部９を構成する内周壁部９ｂにも上下方向に伸縮自在な伸縮部４０ｂが設けられている。この伸縮部４０ｂは、内周壁部９ｂの下端近傍の部位が周方向に沿って内方に折り曲げられた形状を有している。このような伸縮部４０ａ，４０ｂを外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂにそれぞれ設けたことにより、当接部８（外当接部８ａ及び内当接部８ｂ）の形状を保持した状態で外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂを大きく伸縮させることができる。従って、図４（ｃ）に示すように、チャッキングプレート６が上昇したときに、このチャッキングプレート６の動きに伸縮部４０ａ，４０ｂが追従して伸張し、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷとの接触範囲を一定に維持することができる。
【００５６】
上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２，２３，２４，２５には、各圧力室に連通される流体路３２，３３，３４，３５，３６を介して加圧空気等の加圧流体を供給する、あるいは大気圧や真空にすることができるようになっている。即ち、流体路３２，３３，３４，３５，３６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２１，２２，２３，２４，２５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２１，２２，２３，２４，２５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。
【００５７】
上述したように、エッジメンブレン７の下端面には径方向内側に張り出した当接部８（内当接部８ｂ）が設けられ、中間エアバッグ１９の下端面にはつば９１ａが設けられているが、これらの当接部８（内当接部８ｂ）及びつば９１ａは、圧力室２２，２３，２４に供給される加圧流体によって半導体ウェハＷに密着する。このため、圧力室２２，２３，２４の加圧流体がエッジメンブレン７及び中間エアバッグ１９の下面に回りこむことがない。即ち、当接部８及びつば９１ａは、加圧流体によって半導体ウェハＷに押圧されるので、エッジメンブレン７及び中間エアバッグ１９と半導体ウェハＷとの密着性が確保される。従って、圧力室２２，２３，２４，２５の各圧力を安定して制御することが可能になる。
【００５８】
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。
【００５９】
次に、こ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に接続する。そして、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。この圧力室２３又は圧力室２４の吸引作用によりトップリング１の下端面に半導体ウェハＷが真空吸着される。そして、半導体ウェハＷを吸着した状態でトップリング１を移動させ、トップリング１の全体を研磨面（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの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。
【００６０】
次いで、圧力室２３又は圧力室２４による半導体ウェハＷの吸着を解除し、それとほぼ同時に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。その後、圧力室２１に加圧流体を供給してチャッキングプレート６を下降させ、エッジメンブレン７及び中間エアバッグ１９を半導体ウェハＷに対して押圧する。これにより、エッジメンブレン７及び中間エアバッグ１９の下面を半導体ウェハＷの上面に確実に密着させることができる。この状態で、圧力室２２，２３，２４，２５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を研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この時、チャッキングプレート６の上昇に追従してエッジメンブレン７の伸縮部４０ａ，４０ｂが伸張するため、エッジメンブレン７の下面（当接部８）と半導体ウェハＷの外周縁部との接触範囲が一定に維持される。そして、予め研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。
【００６１】
このように、本実施形態に係るトップリング（基板保持装置）１によれば、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷの外周縁部との接触範囲が一定に維持されるので、半導体ウェハＷの外周縁部での押圧力の変化を防止することができる。従って、半導体ウェハＷの外周縁部を含む全面を均一な押圧力で研磨面に押圧することができる。その結果、半導体ウェハＷの外周縁部での研磨レートの低下を防止することができ、さらには、外周縁部の径方向内側に位置する領域での研磨レートの局所的な上昇を防止することができる。具体的には、直径２００ｍｍの半導体ウェハの場合では半導体ウェハの外周縁部から約２０ｍｍに位置する領域、直径３００ｍｍの半導体ウェハの場合では半導体ウェハの外周縁部から約２５ｍｍに位置する領域での研磨レートの上昇が防止できる。
【００６２】
また、エッジメンブレン７の当接部８に周方向に延びる切れ目１８を設けたことにより、周壁部９（外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂ）の下方への伸張性を向上させることができる。従って、圧力室２２に供給される加圧流体の圧力を下げた場合でも、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷとの接触範囲を良好に保つことができ、より少ない押圧力で半導体ウェハＷを押圧することができる。
【００６３】
ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２，２３，２４，２５の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３，２４，２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。従って、圧力室２２，２３，２４，２５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面に押圧することができ、半導体ウェハＷの全面に亘って均一な研磨レートを得ることができる。また、同様に、レギュレータＲ２によって圧力室２１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と各圧力室２２，２３，２４，２５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。なお、半導体ウェハＷには、中間エアバッグ１９の当接部を介して流体から押圧力が加えられる部分と、加圧流体の圧力そのものが半導体ウェハＷに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は同一圧力である。
【００６４】
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に供給する加圧流体による半導体ウェハＷの研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨が行われる。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、各圧力室を大気圧に開放する。その後、圧力室２３又は圧力室２４に負圧を形成することにより、半導体ウェハＷをトップリング１の下端面に再び真空吸着させる。この時、圧力室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室２１の圧力を高いままにしておくと、チャッキングプレート６の下面によって半導体ウェハＷが研磨面に局所的に押圧されることになってしまうためである。
【００６５】
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による真空吸着を解除する。そして、流体路３５から半導体ウェハＷに流体（例えば、加圧流体もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。
【００６６】
ところで、エッジメンブレン７の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙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、及びエッジメンブレン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の上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液Ｑの固着が防止される。この純水の供給は、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吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置について図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。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５（ａ）に示すように、外周壁部９ａの伸縮部４０ａは、外周壁部９ａの上端の近くに設けられている。また、エッジリング４の外周面には、伸縮部４０ａを収容する環状の収容溝４ａが周方向に沿って形成されている。この収容溝４ａは、図５（ｂ）に示すように、伸縮部４０ａが下方に伸張したときでも伸縮部４０ａとエッジリング４とが接触しない程度の幅を有している。また、エッジリング４には、外当接部（当接部）８ａの上面に接触して外当接部８ａを半導体ウェハＷの外周縁部に対して押圧する押圧部材４５が設けられている。この押圧部材４５の下面には、径方向に延びる複数の溝４６が形成されており、流体路３３を介して圧力室２２に供給された加圧流体がこれらの溝４６を介して外当接部（当接部）８ａの上面に供給されるようになっている。なお、本実施形態においては、押圧部材４５はエッジリング４と一体的に形成されているが、この押圧部材４５を別部材として構成してもよい。
【００６９】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る基板保持装置の動作について説明する。なお、特に説明しない動作については、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。
トップリング１により半導体ウェハＷを研磨面上に載置した後、圧力室２１に加圧流体を供給してチャッキングプレート６及びエッジリング４を下降させる。このとき、押圧部材４５の下面を外当接部（当接部）８ａの上面に接触させ、この押圧部材４５により外当接部８ａを半導体ウェハＷに対して所定の圧力で押圧する。これにより、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷとが十分に密着される。この状態で、各圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給する。
【００７０】
流体路３３を介して圧力室２２に導入された加圧流体は、溝４６を介して外当接部８ａの上面に速やかに供給される。従って、加圧流体が圧力室２２に供給されると同時に、この加圧流体によって外当接部８ａが半導体ウェハＷに対して押圧される。加圧流体の供給に伴ってチャッキングプレート６は上昇し、外周壁部９ａに設けられた伸縮部４０ａ及び内周壁部９ｂに設けられた伸縮部４０ｂが伸張する。このとき、伸縮部４０ａは、エッジリング４に設けられた収容溝４ａの内部で変形するためエッジリング４との接触が防止され、これにより、良好な伸縮性が確保される。このようにして、各圧力室２２，２３，２４，２５によって半導体ウェハＷを研磨面に対して押圧しながら、半導体ウェハＷが研磨される。
【００７１】
このように構成された基板保持装置によれば、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を半導体ウェハＷに密着させることができるため、圧力室２２に供給された加圧流体の漏洩を防止することができる。また、加圧流体を溝４６を介して速やかに外当接部８ａの上面に供給することができ、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を押圧した状態で加圧流体による外当接部８ａの押圧を開始することができる。さらに、伸縮部４０ａを外周壁部９ａの上端近傍に位置させたことにより、この外周壁部９ａの伸縮性を高めることができると共に、周方向へのねじれが防止され、エッジメンブレン７に常に同じ挙動をさせることができる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施形態におけるエッジメンブレン７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３の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図であり、図６（ｂ）は本発明の第３の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第２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６（ａ）に示すように、押圧部材４５が接触する外当接部（当接部）８ａの上面には周方向に沿って肉厚部４８が形成されている。この肉厚部４８は略円弧状の断面形状を有している。また、外当接部８ａの強度を補強するための補強部材５０が外当接部８ａに埋設されている。押圧部材４５の下面には段差が設けられており、下方に位置する第１押圧面４５ａは外当接部８ａに接触し、上方に位置する第２押圧面４５ｂは肉厚部４８に接触するようになっている。第１押圧面４５ａ及び第２押圧面４５ｂには、径方向に延びる複数の溝４６ａ，４６ｂがそれぞれ形成されている。これらの溝４６ａ，４６ｂを設けたことによって、上述した第２の実施形態と同様に、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を押圧させた状態で加圧流体による外当接部（当接部）８ａの押圧を開始することができる。
【００７４】
本実施形態によれば、押圧部材４５が接触する外当接部８ａに肉厚部４８を形成し、さらに、外当接部８ａに補強部材５０を埋設したことにより、外当接部８ａの強度が高められ、これにより、押圧部材４５により外当接部８ａを半導体ウェハＷに対して押圧したときに外当接部８ａが周方向にねじれてしまうことを防止することができる。従って、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷとの間の密着性を良好に維持することができ、加圧流体の漏洩を防止することができる。
【００７５】
また、肉厚部４８の断面形状を略円弧状としたことにより、圧力室２２に浸入した研磨液が肉厚部４８で固着しにくくなり、さらには、押圧部材４５の下面（第２押圧面４５ｂ）と肉厚部４８との密着性を弱めて押圧部材４５を肉厚部４８から離れやすくすることができる。なお、当接部８を補強する手段として、肉厚部４８又は補強部材５０のいずれか一方のみを用いてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、肉厚部４８の断面形状は、三角形状であってもよい。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置について図７を参照して説明する。図７は本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第３の実施形態と同様である。本実施形態に係る基板保持装置と第３の実施形態に係る基板保持装置との構成上の相違点は、押圧部材の下面に溝を設ける代わりに、加圧流体を当接部の上面に供給するための流体供給口をエッジリングに設けた点である。
【００７７】
図７に示すように、エッジリング４の内部には、流体路３３に連通される通孔１８０が形成されている。この通孔１８０は、３つの開口部、即ち、外当接部（当接部）８ａに向けて開口する第１開口部（流体供給口）１８０ａと、内周壁部９ｂの伸縮部４０ｂに向けて開口する第２開口部１８０ｂと、エッジリング４の外周面で開口する第３開口部１８０ｃとを有している。流体路３３を介して通孔１８０に導入された加圧流体は、エッジリング４の内部において３方向に分岐され、第１開口部１８０ａから外当接部８ａの上面に、第２開口部１８０ｂから内周壁部９ｂの伸縮部４０ｂに、そして、第３開口部１８０ｃから外周壁部９ａの裏面に供給される。
【００７８】
このような構成により、押圧部材４５により外当接部８ａが押圧された状態で、加圧流体が外当接部８ａの上面に供給される。従って、上述した第３の実施形態と同様に、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を押圧させた状態で加圧流体による外当接部（当接部）８ａの押圧を開始することができる。
【００７９】
次に、本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンについて図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図８（ｂ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。
【００８０】
第１の実施形態におけるエッジメンブレンでは、周壁部の一部を周方向に沿って折り曲げることによって伸縮部が構成されているが、図８（ａ）に示すように、周壁部９を当接部８よりも軟質の材料で形成することによって伸縮部４０を構成してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、周壁部９を当接部８よりも薄肉に形成することによって伸縮部４０を構成してもよい。これらの構成例によっても、上述した実施形態の伸縮部と同様に、周壁部９を上下方向に、即ち、半導体ウェハに対して垂直方向に伸縮させることが可能となる。
【００８１】
次に、本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンについて図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図９（ｂ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンの伸縮性を説明するための参考図である。なお、本実施形態におけるエッジメンブレンの基本的構成は第２の実施形態におけるエッジメンブレンと同様である。
【００８２】
図９（ａ）に示すように、伸縮部４０の折り曲げ箇所７１、及び周壁部９と当接部８との結合箇所７２は、いずれも略円弧状の断面形状を有している。図９（ｂ）に示すように、部材同士の結合箇所が角型の断面形状の場合、一般に、これらの部材を上下に伸張させた後においても上記結合箇所に角型の断面形状が残留し、伸張性が阻害される。一方、部材同士の結合箇所が略円弧状の断面形状の場合、上記結合箇所が柔軟に変形し、良好な伸張性を得ることができる。従って、上述のような構成とすることで、伸縮部４０を含む周壁部９をスムーズに伸張させることができる。
【００８３】
次に、本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンについて図１０（ａ）乃至図１０（ｅ）を参照して説明する。図１０（ａ）は本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図１０（ｂ）乃至図１０（ｅ）は、それぞれ本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。なお、本実施形態におけるエッジメンブレンの基本的構成は第２の実施形態におけるエッジメンブレンと同様である。
【００８４】
一般に、研磨時においては、トップリングに保持された半導体ウェハと研磨面との間には摩擦力が生じるため、エッジメンブレンが周方向にねじれてしまい、エッジメンブレンと半導体ウェハとの密着性が損なわれるおそれがある。そこで、このようなエッジメンブレンのねじれを防止するために、図１０（ａ）乃至図１０（ｅ）に示すエッジメンブレン７では、いずれも、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位の強度が高められている。
【００８５】
より具体的には、図１０（ａ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位が当接部８よりも硬質の材料で形成されている。図１０（ｂ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位が当接部８よりも肉厚に形成されている。図１０（ｃ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位に、エッジメンブレン７よりも硬度が高い硬質部材９６が埋設されている。図１０（ｄ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位には、エッジメンブレン７よりも硬度が高い硬質部材９６が固着されている。図１０（ｅ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位にエッジメンブレン７よりも硬質の材料９７がコーティングされている。なお、上記硬質部材９６としては、防錆性に優れたステンレスなどの金属や、樹脂などが好適に使用される。上述のように構成されたエッジメンブレン７によれば、研磨時におけるエッジメンブレン７の周方向へのねじれが防止され、エッジメンブレン７と半導体ウェハとの密着性を良好に維持することが可能になる。
【００８６】
次に、本発明の第８の実施形態に係る基板保持装置について図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は本発明の第８の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成及び動作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。
【００８７】
図１１（ａ）に示すように、外周壁部９ａは、外当接部８ａに近接した位置で周方向に沿って径方向内側に折り曲げられており、これにより、伸縮部４０ａが構成されている。この伸縮部４０ａはエッジリング４の下方に設けられている。外周壁部（周壁部）９ａの径方向外側には、エッジメンブレン７とリテーナリング３との接触を防止するための保護部材１９０が設けられている。なお、この保護部材１９０は、チャッキングプレート６の外周縁部においてチャッキングプレート６と一体的に形成されているが、別部材として設けてもよい。このような構成により、エッジメンブレン７とチャッキングプレート６との接触が防止され、チャッキングプレート６の上下動作をスムーズにすることができる。
【００８８】
次に、本発明の第９の実施形態に係る基板保持装置について説明する。なお、特に説明しない構成及び動作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。
【００８９】
当接部８を構成する外当接部８ａ及び内当接部８ｂの上面には、複数の微小な凹凸（図示せず）が形成されている。このような凹凸を形成する加工法としては、例えばしぼ加工が好適である。ここで、しぼ加工とは、被加工物の表面に規則的あるいは不規則的な凹凸を形成して粗面加工を施す加工法である。このような凹凸を外当接部８ａ及び内当接部８ｂの上面に形成することによって、チャッキングプレート６と内当接部８ｂとの密着性を弱めることができる。これにより、チャッキングプレート６が上昇するときに、エッジメンブレン７の内当接部８ｂがチャッキングプレート６と共に上昇してしまうことが防止される。また、上述した第２の実施形態のように押圧部材４５を外当接部８ａに接触させる場合にも、押圧部材４５を外当接部８ａから容易に離すことができる。なお、当接部８を構成する外当接部８ａ及び内当接部８ｂの下面にも、複数の微小な凹凸が形成されている。これにより、研磨終了後に基板をエッジメンブレン７から容易にリリースすることができる。
【００９０】
上述の実施形態では、流体路３２，３３，３４，３５，３６をそれぞれ別個に設けたが、これらの流体路を統合したり、各圧力室同士を連通させたりするなど、半導体ウェハＷに加えるべき押圧力の大きさや加える位置により自由に改変することが可能である。また、上述した実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００９１】
上述した実施形態においては、研磨パッドにより研磨面が形成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成されたものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下の酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、バインダにはエポキシ樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。その他の硬質の研磨面としては、上述したＩＣ−１０００がある。
【００９２】
次に、本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置について図１２（ａ）乃至図１４を参照して説明する。図１２（ａ）は本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置の一部を示す断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ線矢視図である。図１３は図１２（ａ）のＢ線矢視図であり、図１４は本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置が備える中間エアバッグの斜視図である。なお、特に説明しない構成及び動作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。
【００９３】
中間エアバッグ２００を構成する中間メンブレン２０１（弾性部材、第１の実施形態における弾性膜９１に相当）は、半導体ウェハＷに当接する中間当接部２０２を備えている。この中間当接部２０２は、外中間当接部２０２ａと内中間当接部２０２ｂとを備えており、外中間当接部２０２ａは内中間当接部２０２ｂの半径方向外側に配置されている。外中間当接部２０２ａ及び内中間当接部２０２ｂ（以下、総称するときは単に中間当接部２０２という）は、圧力室２３から外側に張り出したノーズ２０５ａ，２０５ｂ（第１の実施形態におけるつば９１ａに相当）と圧力室２３の内側に配置される基部２０６ａ，２０６ｂとをそれぞれ備えている。
【００９４】
また、中間メンブレン２０１は、ノーズ２０５ａ，２０５ｂに接続され、中間当接部２０２と略平行に延びる延出部２０３ａ，２０３ｂと、延出部２０３ａ，２０３ｂの端部から上方に延びてエアバッグホルダー９２を介してチャッキングプレート６に接続される接続部２０４ａ，２０４ｂとを更に有している。圧力室２３は、中間メンブレン２０１、エアバッグホルダー９２、及び半導体ウェハＷによって画成されている。
【００９５】
図１３及び図１４に示すように、それぞれのノーズ２０５ａ，２０５ｂは、複数の円弧状の切欠き（剥離促進部）２１０を有しており、これらの切欠き２１０はノーズ２０５ａ，２０５ｂの周縁部において周方向に沿って等間隔に形成されている。図１３に示すように、切欠き２１０が形成されている中間当接部２０２の部位２０２ｃは、中間当接部２０２の他の部位よりも半導体ウェハＷとの密着性が低い材料から形成されている。また、この部位２０２ｃの表面（半導体ウェハＷに当接する面）にはしぼ加工（梨地加工，ブラスト加工）が施されている。なお、しぼ加工を中間当接部２０２の表面全体に施してもよい。ここで、しぼ加工とは、部材の表面に微小な凹凸を形成することを意味する。
【００９６】
ノーズ２０５ａ，２０５ｂの周縁部には、上方に窪んだ窪み部（剥離促進部）２２５が形成されている。図１２（ｂ）に示すように、窪み部２２５と半導体ウェハＷとの間には隙間２２６が形成されている。圧力室２３，２４，２５（図２参照）に加圧流体を供給したときには、窪み部２２５は半導体ウェハＷの上面に密着し、これにより圧力室２３の気密性が得られる。このとき、隙間２２６は形成されない。一方、圧力室２３，２４，２５内を、例えば大気圧にまで減圧させたときには、窪み部２２５は半導体ウェハＷの上面から離間する。窪み部２２５が形成される位置は、チャッキングプレート６が下降したときに、チャッキングプレート６の下部が窪み部２２５に当接する位置であることが好ましい。このような位置では、チャッキングプレート６により窪み部２２５が下方に押圧され、圧力室２３内をシールすることができる。なお、本実施形態では、窪み部２２５はそれぞれの切欠き部２１０に形成されているが、窪み部２２５の形成箇所は切欠き部２１０の位置に限定されるものではない。
【００９７】
次に、上述のように構成されたトップリング（基板保持装置）の半導体ウェハをリリースするときの動作について図２を参照して説明する。研磨工程が終了した後、圧力室２２，２３，２４，２５への加圧流体の供給を止め、各圧力室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（図４参照）及び中間当接部２０２（図１２（ａ）参照）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、圧力室２３又は圧力室２４に負圧を形成することにより、半導体ウェハＷをトップリング１の下端面に再び真空吸着させる。
【００９８】
次に、トップリング１を移動させて研磨テーブル１００（図１参照）からオーバーハングさせ、その位置で圧力室２１に負圧を形成してチャッキングプレート６を上昇させる。なお、トップリング１を移動させる（オーバーハングさせる）ときに圧力室２１に負圧を形成するようにしてもよい。その後、トップリング１を上昇させ、移送位置に配置された図示しないプッシャー（基板昇降装置）の上に移動させ、圧力室２３又は圧力室２４による真空吸着を解除する。
【００９９】
そして、流体路３５もしくは流体路３４から半導体ウェハＷに流体（例えば、加圧流体もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射する。なお、半導体ウェハＷの直径が３００ｍｍの場合には流体路３５から流体を噴射し、半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合には流体路３４から流体を噴射する。そして、流体が半導体ウェハＷに噴射されると、中間当接部２０２は、切欠き２１０及び窪み部２２５を起点として半導体ウェハＷから剥がれ始め、これにより圧力室２３内に周囲雰囲気の気体が入り込む。従って、中間当接部２０２によって形成された圧力室２３内のシール状態が破壊され、半導体ウェハＷが中間エアバッグ２００から速やかにリリースされる。このように、中間当接部２０２に切欠き（半径方向において幅の短い部位）２１０を設けることによって半導体Ｗから中間当接部２０２、特にノーズ２０５ａ，２０５ｂを容易に剥離させることができ、中間エアバッグ２００から半導体ウェハＷを速やかにリリースすることができる。
【０１００】
また、中間当接部２０２の一部を密着性の低い材料から形成し、さらに、中間当接部２０２の一部にしぼ加工を施したことにより、中間エアバッグ２００から半導体ウェハＷを良好にリリースすることができる。なお、流体路３５から流体を噴射すると同時に、半導体ウェハＷと中間当接部２０２との間に純水などの流体を供給することが好ましい。これにより、半導体ウェハＷを中間エアバッグ２００から更に良好にリリースことができる。
【０１０１】
次に本発明の第１１の実施形態に係る基板保持装置について図１５を参照して説明する。図１５は本発明の第１１の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材を示す裏面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１及び第１０の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【０１０２】
図１５に示すように、弾性部材は、最外周側に配置されるエッジメンブレン７と、エッジメンブレン７の半径方向内側に配置される中間メンブレン２０１とを備えている。エッジメンブレン７を構成する内当接部８ｂの内周縁部、外中間当接部２０２ａのノーズ２０５ａ、及び内中間当接部２０２ｂのノーズ２０５ｂには、それぞれ切欠き２１０が形成されている。このような構成により、流体路３５もしくは流体路３４（図２参照）からの流体の供給に伴ってエッジメンブレン７及び中間メンブレン２０１を半導体ウェハＷから速やかに剥がすことができる。なお、半導体ウェハＷの直径が３００ｍｍの場合には流体路３５から流体を噴射し、半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合には流体路３４から流体を噴射する。この場合において、流体路３５もしくは流体路３４から流体を噴射すると同時に、半導体ウェハＷと当接部８及び中間当接部２０２との間に純水などの流体を供給することが好ましい。
【０１０３】
次に、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置について図１６乃至図１９を参照して説明する。図１６は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第１例を示す裏面図である。図１７は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第２例を示す裏面図である。図１８は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第３例を示す裏面図である。図１９は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第４例を示す裏面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１及び第１０の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【０１０４】
図１６乃至図１９に示すように、弾性部材は、最外周側に配置されるエッジメンブレン７と、エッジメンブレン７の半径方向内側に配置される中間メンブレン２０１とを備えている。図１６に示す本実施形態に係る第１例では、エッジメンブレン７の当接部８と中間メンブレン２０１の中間当接部２０２とは、複数の連結部（剥離促進部）２２０を介して互いに連結されている。すなわち、当接部８の内当接部８ｂと外中間当接部２０２ａのノーズ２０５ａとは、連結部２２０を介して互いに連結されている。連結部２２０はノーズ２０５ａの周縁部から半径方向に延び、周方向に沿って等間隔に配置されている。
【０１０５】
図１７に示す本実施形態に係る第２例では、内当接部８ｂと外中間当接部２０２ａとは、環状の連結部２２０を介して一体的に連結されており、これにより内当接部８ｂ、外中間当接部２０２ａ、及び連結部２２０は環状の一体部材として形成されている。
【０１０６】
図１８に示す本実施形態に係る第３例では、内当接部８ｂとノーズ２０５ａとは、半径方向に延びる複数の連結部２２０を介して互いに連結されている。連結部２２０と内当接部８ｂとの接合部、及び連結部２２０とノーズ２０５ａとの接合部には、この部位での応力集中を防止するためのフィレット（隅肉部）２３０が形成されている。
【０１０７】
図１９に示す本実施形態に係る第４例では、内当接部８ｂとノーズ２０５ａとは、半径方向に対して斜めに延びる複数の連結部２２０を介して互いに連結されている。
【０１０８】
図１６乃至図１９に示す構成において、ノーズ２０５ａの伸びが連結部２２０によって規制されるため、ノーズ２０５ａが半導体ウェハＷの下方への動きに伴って伸びてしまうことが防止される。従って、流体路３５若しくは流体路３４から流体を噴射することによって半導体ウェハＷを弾性部材（エッジメンブレン７及び中間メンブレン２０１）から速やかにリリースさせることができる。この場合において、半導体ウェハＷの直径が３００ｍｍの場合には流体路３５から流体を噴射し、半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合には流体路３４から流体を噴射する。この時、半導体ウェハＷと当接部８及び中間当接部２０２との間に純水などの流体を供給することが好ましい。なお、本実施形態において内当接部８ｂとノーズ２０５ａの周縁部とを連結部２２０によって連結した理由は、外中間当接部２０２ａのノーズ２０５ａが半導体ウェハＷから最も剥がれにくいことが実験的に判明しているからである。
【０１０９】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下動部材（チャッキングプレート）の上昇に追従して伸縮部が下方に伸張するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。従って、弾性部材と基板との接触範囲を一定に保つことが可能になり、基板の全面に亘って均一な押圧力を得ることが可能となる。
【０１１１】
また、リテーナリングが磨耗して上下動部材と基板との距離が変化した場合でも、距離の変化に追従して伸縮部が収縮するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。これにより、基板の中心から外周部に至るまで均一な圧力で基板を押圧することができ、基板の全域に亘って均一な研磨レート、即ち、研磨プロファイルを実現することが可能となる。さらに、リテーナリングの磨耗に追従して伸縮部が収縮するため、磨耗が進んだリテーナリングを交換することなく、そのまま使用することが可能となる。
【０１１２】
さらに本発明によれば、流体を基板の上面に噴射させることによって、剥離促進部を起点として当接部を基板から速やかに剥がすことが可能となる。従って、基板を流体圧などで損傷させることなくプッシャーなど基板昇降装置に受け渡すことができる。また、基板の種類、特に、基板の裏面（上面）に形成される膜の種類に影響を受けることなく、基板を弾性部材から良好にリリースすることができる。
【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の実施形態に係るトップリングを示す縦断面図である。
【図３】図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、図２の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るエッジメンブレンの全体構成を示す断面図であり、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は図２に示す基板保持装置の部分断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図であり、図６（ｂ）は本発明の第３の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図８（ｂ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図９（ｂ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンの伸縮性を説明するための参考図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図１０（ｂ）乃至図１０（ｅ）は、それぞれ本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は本発明の第８の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置の一部を示す断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ線矢視図である。
【図１３】図１３は図１２（ａ）のＢ線矢視図である。
【図１４】本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置が備える中間エアバッグの斜視図である。
【図１５】本発明の第１１の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材を示す裏面図である。
【図１６】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第１例を示す裏面図である。
【図１７】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第２例を示す裏面図である。
【図１８】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第３例を示す裏面図である。
【図１９】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第４例を示す裏面図である。
【図２０】図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は従来の基板保持装置を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１トップリング
２トップリング本体
２ａハウジング部
２ｂ加圧シート支持部
２ｃシール部
２ｄ球面状凹部
３リテーナリング
４エッジリング
４ａ収容溝
５ホルダーリング
６チャッキングプレート（上下動部材）
６ｃ突起
７エッジメンブレン（弾性部材）
８当接部
８ａ外当接部
８ｂ内当接部
９周壁部
９ａ外周壁部
９ｂ内周壁部
１０自在継手部
１１トップリング駆動軸
１１ａ球面状凹部
１２ベアリングボール
１３加圧シート
１８切れ目
１９中間エアバッグ
２１，２２，２３，２４，２５圧力室
３０，３２，３３，３４，３５，３６流体路
４０，４０ａ，４０ｂ伸縮部
４５押圧部材
４６，４６ａ，４６ｂ溝
４８肉厚部
５０補強部材
５１洗浄液路
５３連通孔
７１折り曲げ箇所
７２結合箇所
８０，９１弾性膜
９１ａつば
９１ｂ中間当接部
９１ｃ基部
９１ｄ延出部
９１ｅ接続部
９１ｆ開口
９２エアバッグホルダー
９３凹部
９６硬質部材
９７硬質の材料
１００研磨テーブル
１０１研磨パッド
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
１８０通孔
１８０ａ第１開口部（流体供給口）
１８０ｂ第２開口部
１８０ｃ第３開口部
１９０保護部材
２００中間エアバッグ
２０１中間メンブレン（弾性部材）
２０２中間当接部
２０２ａ外中間当接部
２０２ｂ内中間当接部
２０３ａ，２０３ｂ延出部
２０４ａ，２０４ｂ接続部
２０５ａ，２０５ｂノーズ
２０６ａ，２０６ｂ基部
２１０切欠き（剥離促進部）
２２０連結部（剥離促進部）
２２５窪み部（剥離促進部）
２２６隙間
２３０フィレット
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 polishing table at a predetermined pressure while holding the semiconductor wafer 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. Therefore, the holding surface of the semiconductor wafer of the substrate holding device is formed of an elastic film made of an elastic material such as rubber, and a fluid pressure such as an air pressure is applied to the back surface of the elastic film to make the pressing force on the semiconductor wafer uniform over the entire surface. It has also been done.
[0007]
Since the polishing pad has elasticity, the pressing force applied to the outer peripheral edge of the semiconductor wafer being polished becomes non-uniform, so that only the outer peripheral edge of the semiconductor wafer is polished a lot, so-called "edge dripping" occurs. There are cases. In order to prevent such edge dripping, a substrate having a structure in which the outer peripheral edge of the semiconductor wafer is held by a guide ring or a retainer ring and the polishing surface located on the outer peripheral side of the semiconductor wafer is pressed by the guide ring or the retainer ring Holding devices have also been used.
[0008]
Here, a conventional substrate holding device will be described with reference to FIGS. 20 (a) and 20 (b). 20A and 20B are partial cross-sectional views showing a conventional substrate holding device.
As shown in FIG. 20A, the substrate holding device includes a top ring body 2, a chucking plate 6 housed inside the top ring body 2, and an elastic film 80 attached to the chucking plate 6. . The elastic film 80 is arranged on the outer peripheral portion of the chucking plate 6 and is in contact with the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W. An annular retainer ring 3 is fixed to a lower end of the top ring main body 2, and the polished surface near the outer periphery of the semiconductor wafer W is pressed by the retainer ring 3.
[0009]
The chucking plate 6 is attached to the top ring main body 2 via an elastic pressure sheet 13, and the chucking plate 6 and the elastic film 80 receive the fluid pressure and are attached to the top ring main body 2 and the retainer ring 3. On the other hand, it moves up and down within a certain range. The substrate holding device having such a configuration is called a so-called floating type substrate holding device. A pressurized fluid is supplied to a pressure chamber 130 defined by the elastic film 80, the lower surface of the chucking plate 6, and the upper surface of the semiconductor wafer W, whereby the chucking plate 6 rises, and W is pressed against the polishing surface. In this state, the top ring (substrate holding device) and the polishing surface are independently rotated while supplying the polishing liquid to the polishing surface, whereby the lower surface of the semiconductor wafer W is polished flat.
[0010]
After the polishing step is completed, the semiconductor wafer W is sucked and held on the top ring. In this state, the top ring is moved to the transfer position, and a fluid (for example, a pressurized fluid or pure nitrogen and the like) is moved from below the chucking plate 6. The semiconductor wafer W is released by injecting water).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional floating type substrate holding apparatus, as the chucking plate 6 is raised, the elastic film 80 in contact with the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is pulled up by the chucking plate 6, and this elastic film 80 moves away from the semiconductor wafer W. For this reason, the pressing force on the semiconductor wafer W locally changes at the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W, and the polishing rate decreases at the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W, and the polishing rate decreases at the radially inner region. Has risen.
[0012]
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, in the floating type substrate holding device, polishing is performed while the retainer ring 3 is in sliding contact with the polishing surface, so that the retainer ring 3 wears over time, and the distance between the semiconductor wafer and the chucking plate 6 is shortened ( FIG. 20 (b)). For this reason, the pressing force at the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W changes, and there has been a problem that the polishing rate at the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W, that is, the polishing profile, changes. In addition, due to such a problem, it is necessary to replace the worn retainer ring at an early stage, and the life time of the retainer ring is limited to be short.
[0013]
In addition, in addition to the above problems, in the conventional substrate holding apparatus, the pressurized fluid is supplied in a state where the elastic film and the semiconductor wafer are not sufficiently in close contact with each other at the start of polishing. There has been a problem that the pressurized fluid leaks.
[0014]
Further, the following problem occurs in the step of releasing the semiconductor wafer from the top ring. That is, when a film such as nitride is formed on the back surface (upper surface) of the semiconductor wafer, the elastic film may not separate from the semiconductor wafer because the adhesion between the elastic film and the semiconductor wafer is improved. If the fluid continues to be sprayed onto the semiconductor wafer in this state, the elastic film continues to expand while being in close contact with the semiconductor wafer, and the fluid pressure causes the semiconductor wafer to be deformed, and in the worst case, the semiconductor wafer is broken. Had occurred.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is directed to a substrate holding device that applies a pressing force to a substrate by applying a pressurized fluid to a space formed by using an elastic film. More stable processing in all processes such as separation of That is, a first object is to provide a substrate holding device capable of obtaining a uniform pressing force over the entire substrate and a polishing apparatus provided with such a substrate holding device. It is a second object of the present invention to provide a substrate holding device capable of quickly separating a substrate and a polishing apparatus provided with such a substrate holding device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a substrate holding device that holds a substrate to be polished and presses the substrate against a polishing surface, and a vertically movable member that can move in a vertical direction, An elastic member that comes into contact with the substrate, wherein the elastic member comprises: a contact portion that contacts an outer peripheral edge of the substrate; and a peripheral wall portion that extends upward from the contact portion and is connected to the vertically moving member. And the peripheral wall portion has an expandable portion that can expand and contract vertically.
[0017]
According to the present invention configured as described above, since the expandable portion extends downward following the rise of the vertical moving member (chucking plate), the shape of the contact portion that is in contact with the substrate is maintained. Can be. Therefore, the contact range between the elastic member and the substrate can be kept constant, and a uniform pressing force can be obtained over the entire surface of the substrate.
[0018]
Further, even when the retainer ring is worn and the distance between the up-and-down moving member and the substrate changes, the expansion and contraction portion shrinks in accordance with the change in the distance, so that the shape of the contact portion in contact with the substrate is maintained. be able to. Thus, the substrate can be pressed with a uniform pressure from the center to the outer peripheral portion of the substrate, and a uniform polishing rate, that is, a polishing profile can be realized over the entire region of the substrate. Further, since the expansion and contraction portion contracts following the wear of the retainer ring, the worn wear ring can be used as it is without replacement.
[0019]
In a preferred aspect of the present invention, the extendable portion is configured by bending a predetermined portion of the peripheral wall portion along a circumferential direction. In this case, it is preferable that the bent portion of the elastic portion has a substantially arc-shaped cross-sectional shape. This makes it possible to smoothly extend the expandable portion downward.
Another preferred aspect of the present invention is characterized in that the elastic portion is formed of a material softer than the contact portion.
Another preferred aspect of the present invention is characterized in that the elastic portion is formed by forming a predetermined portion of the peripheral wall portion thinner than the contact portion.
[0020]
In a preferred aspect of the present invention, a portion of the peripheral wall portion located below the elastic portion is formed of a harder material than the contact portion.
Another preferred aspect of the present invention is characterized in that a portion of the peripheral wall portion located below the elastic portion is formed to be thicker than the contact portion.
Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that a hard member having a higher hardness than the elastic member is embedded in a portion of the peripheral wall portion located below the elastic portion.
Another preferred aspect of the present invention is characterized in that a hard member having a higher hardness than the elastic member is fixed to a surface of a portion of the peripheral wall portion located below the elastic portion.
Another preferred aspect of the present invention is characterized in that a surface of a portion of the peripheral wall portion located below the elastic portion is coated with a material harder than the elastic member.
[0021]
According to the present invention thus configured, the strength of the peripheral wall portion can be increased, and the elastic member can be prevented from being twisted during polishing.
[0022]
In another preferred aspect of the present invention, a pressing member is provided which comes into contact with the upper surface of the contact portion and presses the contact portion against the substrate.
According to the present invention thus configured, the lower surface of the contact portion can be brought into close contact with the upper surface of the substrate by the pressing member, and the pressurized fluid is prevented from leaking from between the contact portion and the substrate. can do.
[0023]
In another preferred aspect of the present invention, a plurality of grooves extending in a radial direction are formed on a lower surface of the pressing member.
In another preferred aspect of the present invention, a fluid supply port for supplying fluid to an upper surface of the contact portion is formed on a lower surface of the pressing member.
According to the present invention configured as described above, the pressurized fluid can be quickly supplied to the upper surface of the contact portion via the groove or the fluid supply port. Therefore, the contact portion can be pressed against the substrate by the pressurized fluid while the contact portion is pressed against the substrate by the pressing member.
[0024]
In another preferred aspect of the present invention, a thick portion extending in a circumferential direction is provided on an upper surface of the contact portion that contacts the pressing member. In this case, it is preferable that the thick portion has a substantially triangular or substantially circular cross-sectional shape.
Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that a reinforcing member is embedded in the contact portion.
According to the present invention thus configured, since the strength of the contact portion is increased, the contact portion is prevented from undulating in the circumferential direction when the contact portion is pressed against the substrate by the pressing member. Is done. Thereby, the degree of adhesion between the contact portion and the substrate is ensured, and leakage of the pressurized fluid is prevented.
[0025]
Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of irregularities are formed on the upper surface of the contact portion.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention comprised in this way, the adhesiveness of an up-down movement member and a contact part can be weakened, and when the up-down movement member rises, the contact part of an elastic member raises to an up-down movement member. Is prevented.
[0026]
Another aspect of the present invention is a polishing apparatus comprising: the substrate holding device according to any one of claims 1 to 19; and a polishing table having a polishing surface. According to another aspect of the present invention, a substrate to be polished is held by the substrate holding device according to any one of claims 1 to 19, and the substrate is placed on a polishing table having a polishing surface. Lowering the vertically moving member, supplying a pressurized fluid to a pressure chamber defined by the vertically moving member, the elastic member, and the substrate while pressing the contact portion against the substrate, A polishing method characterized in that the substrate is polished by bringing the substrate into sliding contact with the polishing surface.
[0027]
Another aspect of the present invention is a substrate holding apparatus for holding a substrate and pressing the substrate against a polishing surface, comprising: an elastic member for forming a pressure chamber between the substrate and a chucking plate; The contact portion in contact with the substrate has a separation promoting portion for promoting the separation of the elastic member from the substrate.
In a preferred aspect of the present invention, the peeling promoting portion is a notch formed in a peripheral portion of the contact portion.
In a preferred aspect of the present invention, a part of the contact portion is formed of a material having lower adhesiveness to the substrate than a material forming the elastic member.
In a preferred aspect of the present invention, the whole or a part of the contact portion is subjected to graining.
In a preferred aspect of the present invention, the peeling promoting portion is a connecting portion that connects a peripheral portion of the contact portion and the elastic member that forms another pressure chamber.
In a preferred aspect of the present invention, the peeling promoting part is a concave part in which a part of the contact part is concaved upward, and the concave part adheres to the substrate when a pressurized fluid is supplied to the pressure chamber. It is characterized by doing.
[0028]
According to the present invention configured as described above, by ejecting the fluid onto the upper surface of the substrate, the contact portion can be quickly peeled from the substrate starting from the peeling promoting portion. Therefore, the substrate can be transferred to a substrate elevating device such as a pusher without being damaged by fluid pressure or the like. In addition, the substrate can be satisfactorily released from the elastic member without being affected by the type of the substrate, particularly the type of the film formed on the back surface (upper surface) of the substrate.
[0029]
Another aspect of the present invention is a polishing apparatus, comprising: the substrate holding device according to any one of claims 22 to 27; and a polishing table having a polishing surface.
[0030]
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 or the like to be polished and presses the substrate against a polishing surface on a polishing table. As shown in FIG. 1, a polishing table 100 having a polishing pad 101 adhered to an upper surface is provided below a top ring 1 constituting the substrate holding device according to the present invention. A polishing liquid supply nozzle 102 is provided above the polishing table 100, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 101 on the polishing table 100 by the polishing liquid supply nozzle 102.
[0031]
There are various types of polishing pads available on the market, for example, SUBA800, IC-1000, IC-1000 / SUBA400 (two-layer cloth) manufactured by Rodale, 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.
[0032]
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 air cylinder 111 causes the top ring drive shaft 11 to move up and down, thereby raising and lowering the entire top ring 1 and pressing the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring main body 2 against the polishing table 100. ing. The top ring air cylinder 111 is connected to the pressure adjusting unit 120 via the regulator R1. The pressure adjusting section 120 adjusts the pressure by supplying a pressurized fluid such as pressurized air from a pressurized fluid source, or by evacuating with a pump or the like. The pressure adjusting unit 120 can adjust the air pressure of the pressurized air supplied to the top ring air cylinder 111 via the regulator R1. Thereby, the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 can be adjusted.
[0033]
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 its outer peripheral portion. 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).
[0034]
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.
[0035]
The top ring main body 2 has a cylindrical container-shaped housing portion 2a, an annular pressure sheet support portion 2b fitted inside the cylindrical portion of the housing portion 2a, and fits on the outer peripheral edge of the upper surface of the housing portion 2a. And a formed annular seal portion 2c. A retainer ring 3 is fixed to a lower end of the housing portion 2a of the top ring main body 2. 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.
[0036]
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.
[0037]
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.
[0038]
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 up and down movement in the accommodation space inside the top ring main body 2. A possible substantially disk-shaped chucking plate (a vertically moving member) 6 is accommodated therein. 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.
[0039]
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 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.
[0040]
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.
[0041]
An annular edge membrane (elastic member) 7 which is in contact with the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W held by the top ring 1 is provided on the outer peripheral edge of the chucking plate 6. The upper end of the edge membrane 7 is sandwiched between the outer peripheral edge of the chucking plate 6 and the annular edge ring 4, whereby the edge membrane 7 is attached to the chucking plate 6.
[0042]
A pressure chamber 22 is formed inside the edge membrane 7. 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 a pressure adjusting unit 120 via a regulator R3 disposed on the fluid path 33. The edge membrane 7 is formed 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 edge membrane 7, a material having a hardness (duro) of 20 to 60 is suitably used.
[0043]
When the semiconductor wafer W is polished, the semiconductor wafer W also rotates with the rotation of the top ring 1. However, the contact range with the semiconductor wafer W is small with the above-described edge membrane 7, and there is a possibility that the rotational torque cannot be transmitted. . Therefore, an annular intermediate airbag 19 that contacts the semiconductor wafer W and transmits a sufficient torque to the semiconductor wafer W is fixed to the lower surface of the chucking plate 6. The intermediate airbag 19 is disposed radially inside the edge membrane 7 and contacts the semiconductor wafer W with a contact area enough to transmit a sufficient torque to the semiconductor wafer W.
[0044]
The intermediate airbag 19 includes an elastic film 91 that contacts the upper surface of the semiconductor wafer W, and an airbag holder 92 that detachably holds the elastic film 91. The airbag holder 92 is fixed to an annular groove 6a formed on the lower surface of the chucking plate 6 via a screw (not shown). The upper end of the elastic film 91 forming the intermediate airbag 19 is sandwiched between the annular groove 6a and the airbag holder 92, whereby the elastic film 91 is detachably attached to the lower surface of the chucking plate 6. .
[0045]
A pressure chamber 23 is formed inside the intermediate airbag 19 by the elastic film 91 and the airbag holder 92. A fluid passage 34 composed of a tube, a connector, and the like is connected to the pressure chamber 23, and the pressure chamber 23 is connected to the pressure adjustment unit 120 via a regulator R 4 disposed on the fluid passage 34. The elastic film 91 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.
[0046]
An annular space defined by the edge membrane 7, the intermediate airbag 19, the semiconductor wafer W, 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.
[0047]
A circular space defined by the intermediate airbag 19, the semiconductor wafer W, 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 paths 32, 33, 34, 35, 36 are connected to the regulators R2 to R6 via a rotary joint (not shown) provided at the upper end of the top ring head 110.
[0048]
A cleaning liquid passage 51 formed of an annular groove is formed near the outer peripheral edge of the upper surface of the housing portion 2a into which the seal portion 2c of the top ring main body 2 is fitted. 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 provided between the outer peripheral surface of the edge membrane 7 and the retainer ring 3. It is communicated with a small gap G.
[0049]
Since there is a slight gap G between the outer peripheral surface of the edge membrane 7 and the retainer ring 3, the members such as the holder ring 5, the chucking plate 6, and the edge membrane 7 attached to the chucking plate 6 are top-mounted. It has a structure that can move up and down with respect to the ring body 2 and the retainer ring 3 and floats. 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.
[0050]
Here, the intermediate airbag 19 will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (c). 3A to 3C are enlarged sectional views showing the intermediate airbag of FIG.
As shown in FIG. 3 (a), the elastic film 91 of the intermediate airbag 19 in the present embodiment has an annular recess 93 between an intermediate abutting portion 91b having an outwardly projecting flange 91a and a flange 91a. And an extension 91d extending outward from the base 91c of the collar 91a, and a connecting portion 91e connected to the chucking plate 6 via the airbag holder 92. The extension 91d extends outward from the base 91c of the collar 91a to a position inside the tip of the collar 91a, and extends upward from the outer end of the extension 91d. 91e is extended. The collar 91a, the intermediate contact portion 91b, the connecting portion 91e, and the extending portion 91d are integrally formed of the same elastic material. An opening 91f is formed at the center of the intermediate contact portion 91b.
[0051]
With such a configuration, after the semiconductor wafer W is brought into close contact with the intermediate contact portion 91b of the intermediate airbag 19 (see FIG. 3B), the chucking plate 6 is lifted upward to perform polishing. The upward force of the connecting portion 91e is converted into a lateral or oblique force by the extending portion 91d and applied to the base 91c of the collar 91a (see FIG. 3C). Therefore, the upward force applied to the base portion 91c of the collar 91a can be extremely small, and no excessive upward force is applied to the intermediate contact portion 91b. Therefore, a vacuum is not formed near the base 91c, and a uniform polishing rate can be realized on the entire surface of the intermediate contact portion 91b except the flange 91a. In this case, the thickness of the connection portion 91e and the length of the collar 91a may be changed between the inside and the outside in the radial direction, and the length of the extension portion 91d may be changed between the inside and the outside in the radial direction. Further, the thickness of the collar 91a may be changed depending on the type of film on the semiconductor wafer to be polished and the type of polishing pad. When the resistance and the polishing torque transmitted to the semiconductor wafer are large, it is preferable to increase the thickness in order to prevent the collar 91a from being twisted.
[0052]
Next, the edge membrane 7 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4A is a cross-sectional view showing the entire configuration of the edge membrane according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 4B and 4C are partial cross-sectional views of the substrate holding device shown in FIG. FIG.
[0053]
The edge membrane (elastic member) 7 according to the present embodiment is connected to the chucking plate 6 by extending upward from the annular contact portion 8 contacting the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W. And an annular peripheral wall portion 9. The peripheral wall portion 9 includes an outer peripheral wall portion 9a and an inner peripheral wall portion 9b arranged radially inward of the outer peripheral wall portion 9a. The contact portion 8 has a shape projecting radially inward from the peripheral wall portion 9 (the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion 9b). A cut 18 extending in the circumferential direction is provided at a portion of the contact portion 8 located between the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion 9b, whereby the contact portion 8 is formed between the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion. 9b, it is divided into an outer contact portion 8a and an inner contact portion 8b.
[0054]
As shown in FIGS. 4B and 4C, the outer peripheral wall 9 a and the inner peripheral wall 9 b extend upward along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the annular edge ring 4, and each upper end is formed. It is sandwiched between the chucking plate 6 and the upper surface of the edge ring 4. The edge ring 4 is fixed to the chucking plate 6 by screws (not shown), whereby the edge membrane 7 is detachably attached to the chucking plate 6. The above-mentioned fluid passage 33 penetrates vertically through the inside of the edge ring 4 and opens at the lower surface of the edge ring 4. Accordingly, the annular pressure chamber 22 defined by the edge ring 4, the edge membrane 7, and the semiconductor wafer W communicates with the fluid path 33, and is connected to the pressure adjusting unit 120 via the fluid path 33 and the regulator R3. .
[0055]
The peripheral wall portion 9 has a telescopic portion 40 that can expand and contract vertically, that is, in a direction substantially perpendicular to the semiconductor wafer W. More specifically, the outer peripheral wall portion 9a constituting the peripheral wall portion 9 has an expandable / contractible portion 40a that can expand and contract in the vertical direction. After being bent inward along, it has the structure turned further outward. The telescopic portion 40a is located near the outer contact portion 8a, and is provided below the edge ring 4. The inner peripheral wall portion 9b constituting the peripheral wall portion 9 is also provided with a telescopic portion 40b which is vertically expandable and contractible. The elastic portion 40b has a shape in which a portion near the lower end of the inner peripheral wall portion 9b is bent inward along the circumferential direction. By providing such elastic portions 40a and 40b on the outer peripheral wall portion 9a and the inner peripheral wall portion 9b, the outer periphery is maintained in a state where the shape of the contact portion 8 (the outer contact portion 8a and the inner contact portion 8b) is maintained. The wall 9a and the inner peripheral wall 9b can be greatly expanded and contracted. Therefore, as shown in FIG. 4C, when the chucking plate 6 moves up, the expansion and contraction portions 40a and 40b follow and extend the movement of the chucking plate 6, and the edge membrane 7 and the semiconductor wafer W Can be kept constant.
[0056]
Pressurized air is supplied to the pressure chamber 21 above the chucking plate 6 and the pressure chambers 22, 23, 24, 25 through fluid passages 32, 33, 34, 35, 36 communicating with the pressure chambers. Or the like, or can be set to atmospheric pressure or vacuum. That is, the pressures of the pressurized fluids supplied to the respective pressure chambers 21, 22, 23, 24, 25 can be adjusted by the regulators R2 to R6 arranged on the fluid passages 32, 33, 34, 35, 36. it can. Thus, the pressure inside each of the pressure chambers 21, 22, 23, 24, 25 can be controlled independently or can be set to atmospheric pressure or vacuum.
[0057]
As described above, the lower end surface of the edge membrane 7 is provided with the contact portion 8 (the inner contact portion 8b) which protrudes radially inward, and the lower end surface of the intermediate airbag 19 is provided with the collar 91a. However, these abutting portions 8 (inner abutting portions 8b) and the collars 91a come into close contact with the semiconductor wafer W by the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22, 23, and 24. Therefore, the pressurized fluid in the pressure chambers 22, 23, and 24 does not flow to the lower surfaces of the edge membrane 7 and the intermediate airbag 19. That is, since the contact portion 8 and the collar 91a are pressed against the semiconductor wafer W by the pressurized fluid, the adhesion between the edge membrane 7 and the intermediate airbag 19 and the semiconductor wafer W is ensured. Therefore, it is possible to stably control each pressure of the pressure chambers 22, 23, 24, 25.
[0058]
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.
[0059]
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 connected to the pressure adjustment unit 120 via the fluid path 34 or the fluid path 35 when the diameter is 300 mm. Then, the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24 is evacuated via the pressure adjusting unit 120. The semiconductor wafer W is vacuum-sucked on the lower end surface of the top ring 1 by the suction action of the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24. Then, the top ring 1 is moved while the semiconductor wafer W is being sucked, and the entire top ring 1 is positioned above the polishing table 100 having the polishing surface (polishing pad 101). 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.
[0060]
Next, the suction of the semiconductor wafer W by the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24 is released, and at about the same time, the top ring air cylinder 111 connected to the top ring drive shaft 11 is operated to be fixed to the lower end of the top ring 1. The retainer ring 3 is pressed against the polishing surface of the polishing table 100 with a predetermined pressing force. Thereafter, the chucking plate 6 is lowered by supplying a pressurized fluid to the pressure chamber 21, and the edge membrane 7 and the intermediate airbag 19 are pressed against the semiconductor wafer W. Thereby, the lower surfaces of the edge membrane 7 and the intermediate airbag 19 can be securely brought into close contact with the upper surface of the semiconductor wafer W. In this state, 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 of the polishing table 100. At this time, since the expansion and contraction portions 40a and 40b of the edge membrane 7 expand following the rising of the chucking plate 6, the contact range between the lower surface (the contact portion 8) of the edge membrane 7 and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W Is kept constant. Then, the polishing liquid Q is supplied from the polishing liquid supply nozzle 102 in advance, whereby the polishing liquid Q is held on the polishing pad 101, and the polishing liquid Q is placed between the polishing surface (the lower surface) of the semiconductor wafer W and the polishing pad 101. Is polished in a state where there is.
[0061]
As described above, according to the top ring (substrate holding device) 1 according to the present embodiment, since the contact range between the edge membrane 7 and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is maintained constant, the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is maintained. A change in the pressing force at the portion can be prevented. Therefore, the entire surface including the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W can be pressed against the polished surface with a uniform pressing force. As a result, a reduction in the polishing rate at the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W can be prevented, and further, a local increase in the polishing rate in a region located radially inward of the outer peripheral edge can be prevented. Can be. Specifically, in the case of a semiconductor wafer having a diameter of 200 mm, an area located at about 20 mm from the outer peripheral edge of the semiconductor wafer, and in the case of a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm, an area located at about 25 mm from the outer peripheral edge of the semiconductor wafer. An increase in the polishing rate can be prevented.
[0062]
Further, by providing the cut 18 extending in the circumferential direction at the contact portion 8 of the edge membrane 7, the downward extensibility of the peripheral wall 9 (the outer peripheral wall 9a and the inner peripheral wall 9b) can be improved. Therefore, even when the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 is reduced, the contact range between the edge membrane 7 and the semiconductor wafer W can be kept good, and the semiconductor wafer W is pressed with a smaller pressing force. be able to.
[0063]
Here, portions of the semiconductor wafer W located below the pressure chambers 22, 23, 24, 25 are pressed against the polishing surface by the pressure of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers 22, 23, 24, 25, respectively. . Accordingly, 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 polished surface with a uniform force. A uniform polishing rate can be obtained over the entire surface. 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. The semiconductor wafer W has a portion to which a pressing force is applied from the fluid via the contact portion of the intermediate airbag 19 and a portion to which the pressure of the pressurized fluid itself is applied to the semiconductor wafer W. Are the same pressure.
[0064]
As described above, the pressing force of the retainer ring 3 on 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. When the polishing is completed, the supply of the pressurized fluid to the pressure chambers 22, 23, 24, and 25 is stopped, and each pressure chamber is released to the atmospheric pressure. Thereafter, a negative pressure is formed in the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24, so that the semiconductor wafer W is vacuum-adsorbed again to the lower end surface of the top ring 1. At this time, 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 by the lower surface of the chucking plate 6.
[0065]
After the semiconductor wafer W is sucked as described above, the entire top ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer, and the vacuum suction by the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24 is released. Then, a fluid (for example, a pressurized fluid or a mixture of nitrogen and pure water) is injected from the fluid passage 35 to the semiconductor wafer W to release the semiconductor wafer W.
[0066]
By the way, a polishing liquid Q used for polishing enters into a small gap G between the outer peripheral surface of the edge membrane 7 and the retainer ring 3, but when the polishing liquid Q is fixed, the holder ring 5, the chuck Smooth up and down movement of members such as the king plate 6 and the edge membrane 7 with respect to the top ring body 2 and the retainer ring 3 is prevented. Therefore, the cleaning liquid (pure water) is supplied to the annular cleaning liquid path 51 via the fluid path 30. Thereby, pure water is supplied above the gap G from the plurality of communication holes 53, and the pure water rinses the gap G to prevent the polishing liquid Q from being fixed. It is preferable that the supply of the pure water is performed between the release of the polished semiconductor wafer and the adsorption of the semiconductor wafer to be polished next.
[0067]
Next, a substrate holding device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIGS. 5A and 5B are partial cross-sectional views illustrating a substrate holding device according to a second 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. 5A, the elastic portion 40a of the outer peripheral wall 9a is provided near the upper end of the outer peripheral wall 9a. On the outer peripheral surface of the edge ring 4, an annular accommodation groove 4a for accommodating the elastic part 40a is formed along the circumferential direction. As shown in FIG. 5B, the accommodation groove 4a has such a width that the elastic part 40a does not contact the edge ring 4 even when the elastic part 40a extends downward. In addition, the edge ring 4 is provided with a pressing member 45 that contacts the upper surface of the external contact portion (contact portion) 8a and presses the external contact portion 8a against the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W. . A plurality of grooves 46 extending in the radial direction are formed on the lower surface of the pressing member 45, and the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 via the fluid path 33 is brought into external contact with the pressure chambers via these grooves 46. It is supplied to the upper surface of the portion (contact portion) 8a. Although the pressing member 45 is formed integrally with the edge ring 4 in the present embodiment, the pressing member 45 may be configured as a separate member.
[0069]
Next, the operation of the substrate holding device according to the present embodiment configured as described above will be described. Note that operations that are not particularly described are the same as those in the above-described first embodiment, and thus redundant description will be omitted.
After the semiconductor wafer W is placed on the polishing surface by the top ring 1, a pressurized fluid is supplied to the pressure chamber 21 to lower the chucking plate 6 and the edge ring 4. At this time, the lower surface of the pressing member 45 is brought into contact with the upper surface of the external contact portion (contact portion) 8a, and the external contact portion 8a is pressed against the semiconductor wafer W with a predetermined pressure by the pressing member 45. Thereby, the edge membrane 7 and the semiconductor wafer W are sufficiently adhered. In this state, the pressurized fluid is supplied to each of the pressure chambers 22, 23, 24, 25.
[0070]
The pressurized fluid introduced into the pressure chamber 22 via the fluid passage 33 is promptly supplied to the upper surface of the outer contact portion 8a via the groove 46. Accordingly, at the same time as the pressurized fluid is supplied to the pressure chamber 22, the external contact portion 8a is pressed against the semiconductor wafer W by the pressurized fluid. The chucking plate 6 rises with the supply of the pressurized fluid, and the elastic portion 40a provided on the outer peripheral wall 9a and the elastic member 40b provided on the inner peripheral wall 9b expand. At this time, the elastic portion 40a is deformed inside the accommodating groove 4a provided in the edge ring 4, so that contact with the edge ring 4 is prevented, thereby ensuring good elasticity. Thus, the semiconductor wafer W is polished while pressing the semiconductor wafer W against the polishing surface by the pressure chambers 22, 23, 24, and 25.
[0071]
According to the substrate holding device configured as described above, the edge member 7 can be brought into close contact with the semiconductor wafer W by the pressing member 45, so that leakage of the pressurized fluid supplied to the pressure chamber 22 can be prevented. . Further, the pressurized fluid can be promptly supplied to the upper surface of the outer contact portion 8a through the groove 46, and the outer member 8a is pressed by the pressurized fluid while the edge membrane 7 is pressed by the pressing member 45. Can be started. Further, by positioning the extendable portion 40a near the upper end of the outer peripheral wall portion 9a, the elasticity of the outer peripheral wall portion 9a can be enhanced, and twisting in the circumferential direction can be prevented. Can behave.
[0072]
Next, an edge membrane 7 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6A is a partial cross-sectional view illustrating a substrate holding device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6B illustrates another configuration example of the edge membrane according to the third embodiment of the present invention. FIG. Note that the configuration and operation that are not particularly described are the same as those of the above-described second embodiment, and therefore, redundant description will be omitted.
[0073]
As shown in FIG. 6A, a thick portion 48 is formed along the circumferential direction on the upper surface of the outer contact portion (contact portion) 8a with which the pressing member 45 contacts. The thick portion 48 has a substantially arc-shaped cross section. Further, a reinforcing member 50 for reinforcing the strength of the outer contact portion 8a is embedded in the outer contact portion 8a. A step is provided on the lower surface of the pressing member 45, and the first pressing surface 45a located below contacts the outer contact portion 8a, and the second pressing surface 45b located above contacts the thick portion 48. It has become. A plurality of radially extending grooves 46a and 46b are formed in the first pressing surface 45a and the second pressing surface 45b, respectively. By providing these grooves 46a and 46b, similarly to the above-described second embodiment, the outer contact portion (contact portion) 8a by the pressurized fluid in a state where the edge membrane 7 is pressed by the pressing member 45. Can be started.
[0074]
According to the present embodiment, the thick portion 48 is formed in the outer contact portion 8a with which the pressing member 45 contacts, and the reinforcing member 50 is buried in the outer contact portion 8a. The strength is increased, whereby it is possible to prevent the outer contact portion 8a from being twisted in the circumferential direction when the outer contact portion 8a is pressed against the semiconductor wafer W by the pressing member 45. Therefore, good adhesion between the edge membrane 7 and the semiconductor wafer W can be maintained, and leakage of the pressurized fluid can be prevented.
[0075]
Further, by making the cross-sectional shape of the thick portion 48 substantially arc-shaped, the polishing liquid that has entered the pressure chamber 22 becomes difficult to be fixed at the thick portion 48, and further, the lower surface of the pressing member 45 (the second pressing surface) The pressing member 45 can be easily separated from the thick part 48 by weakening the adhesion between the thick part 48b and the thick part 48b. As a means for reinforcing the contact portion 8, only one of the thick portion 48 and the reinforcing member 50 may be used. Further, as shown in FIG. 6B, the cross-sectional shape of the thick portion 48 may be triangular.
[0076]
Next, a substrate holding device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a partial sectional view showing a substrate holding device according to a fourth embodiment of the present invention. The configuration and operation that are not particularly described are the same as those in the third embodiment. The difference between the substrate holding device according to the present embodiment and the substrate holding device according to the third embodiment is that a pressurized fluid is supplied to the upper surface of the contact portion instead of providing a groove on the lower surface of the pressing member. This is the point that a fluid supply port is provided in the edge ring.
[0077]
As shown in FIG. 7, a through-hole 180 communicating with the fluid path 33 is formed inside the edge ring 4. The through-hole 180 is directed to three openings, that is, a first opening (fluid supply port) 180a that opens toward the outer contact part (contact part) 8a, and a telescopic part 40b of the inner peripheral wall part 9b. A second opening 180b that opens at the outer periphery of the edge ring 4, and a third opening 180c that opens at the outer peripheral surface of the edge ring 4. The pressurized fluid introduced into the through-hole 180 via the fluid passage 33 is branched into three directions inside the edge ring 4, and from the first opening 180 a to the upper surface of the external contact portion 8 a, the second opening 180 b From the inner peripheral wall 9b, and from the third opening 180c to the back surface of the outer peripheral wall 9a.
[0078]
With such a configuration, the pressurized fluid is supplied to the upper surface of the outer contact portion 8a in a state where the outer contact portion 8a is pressed by the pressing member 45. Therefore, similarly to the above-described third embodiment, the pressing of the outer contact portion (contact portion) 8a by the pressurized fluid can be started in a state where the edge membrane 7 is pressed by the pressing member 45.
[0079]
Next, an edge membrane according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A is a cross-sectional view illustrating an edge membrane according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating another configuration example of the edge membrane according to the fifth embodiment of the present invention. It is.
[0080]
In the edge membrane according to the first embodiment, the expansion and contraction portion is configured by bending a part of the peripheral wall portion along the circumferential direction. However, as shown in FIG. The elastic part 40 may be formed by using a material that is softer than 8. Further, as shown in FIG. 8B, the elastic portion 40 may be formed by forming the peripheral wall portion 9 thinner than the contact portion 8. According to these configuration examples as well, it is possible to expand and contract the peripheral wall portion 9 in the vertical direction, that is, in the direction perpendicular to the semiconductor wafer, similarly to the expandable portion in the above-described embodiment.
[0081]
Next, an edge membrane according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. FIG. 9A is a cross-sectional view showing an edge membrane according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a reference for explaining the stretchability of the edge membrane according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. The basic configuration of the edge membrane in the present embodiment is the same as the edge membrane in the second embodiment.
[0082]
As shown in FIG. 9A, a bent portion 71 of the elastic portion 40 and a joint portion 72 between the peripheral wall portion 9 and the contact portion 8 each have a substantially arc-shaped cross-sectional shape. As shown in FIG. 9 (b), when the connecting portion between the members has a square cross-sectional shape, the square cross-sectional shape generally remains at the connecting portion even after these members are vertically extended. , Extensibility is inhibited. On the other hand, when the connecting portion between the members has a substantially arc-shaped cross-sectional shape, the connecting portion is flexibly deformed, and good extensibility can be obtained. Therefore, with the above-described configuration, the peripheral wall portion 9 including the elastic portion 40 can be smoothly extended.
[0083]
Next, an edge membrane according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10A is a cross-sectional view illustrating an edge membrane according to a seventh embodiment of the present invention, and FIGS. 10B to 10E each illustrate an edge membrane according to the seventh embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows another structural example. The basic configuration of the edge membrane in the present embodiment is the same as the edge membrane in the second embodiment.
[0084]
Generally, at the time of polishing, a frictional force is generated between the semiconductor wafer held by the top ring and the polished surface, so that the edge membrane is twisted in the circumferential direction, and the adhesion between the edge membrane and the semiconductor wafer is impaired. May be Therefore, in order to prevent such twisting of the edge membrane, in the edge membrane 7 shown in FIGS. 10 (a) to 10 (e), all the portions located below the elastic portion 40 of the peripheral wall portion 9 are provided. The strength has been increased.
[0085]
More specifically, in the edge membrane 7 shown in FIG. 10A, a portion of the peripheral wall portion 9 located below the elastic portion 40 is formed of a material harder than the contact portion 8. In the edge membrane 7 shown in FIG. 10B, a portion of the peripheral wall portion 9 located below the elastic portion 40 is formed to be thicker than the contact portion 8. In the edge membrane 7 shown in FIG. 10C, a hard member 96 having a higher hardness than the edge membrane 7 is embedded in a portion of the peripheral wall portion 9 located below the elastic portion 40. In the edge membrane 7 shown in FIG. 10D, a hard member 96 having a higher hardness than the edge membrane 7 is fixed to a portion of the peripheral wall portion 9 located below the elastic portion 40. In the edge membrane 7 shown in FIG. 10 (e), a portion of the peripheral wall portion 9 located below the elastic portion 40 is coated with a material 97 harder than the edge membrane 7. In addition, as the hard member 96, a metal such as stainless steel having excellent rust prevention properties, a resin, or the like is suitably used. According to the edge membrane 7 configured as described above, it is possible to prevent the edge membrane 7 from being twisted in the circumferential direction during polishing, and to maintain good adhesion between the edge membrane 7 and the semiconductor wafer. .
[0086]
Next, a substrate holding device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b). FIGS. 11A and 11B are partial cross-sectional views illustrating a substrate holding device according to an eighth embodiment of the present invention. Note that the configuration and operation that are not particularly described are the same as those of the first embodiment described above, and thus redundant description will be omitted.
[0087]
As shown in FIG. 11A, the outer peripheral wall portion 9a is bent radially inward along the circumferential direction at a position close to the outer contact portion 8a, thereby forming the elastic portion 40a. I have. The telescopic portion 40a is provided below the edge ring 4. A protection member 190 for preventing contact between the edge membrane 7 and the retainer ring 3 is provided radially outside the outer peripheral wall (peripheral wall) 9a. The protection member 190 is formed integrally with the chucking plate 6 at the outer peripheral edge of the chucking plate 6, but may be provided as a separate member. With such a configuration, the contact between the edge membrane 7 and the chucking plate 6 is prevented, and the vertical movement of the chucking plate 6 can be made smooth.
[0088]
Next, a substrate holding device according to a ninth embodiment of the present invention will be described. Note that the configuration and operation that are not particularly described are the same as those of the first embodiment described above, and thus redundant description will be omitted.
[0089]
A plurality of minute irregularities (not shown) are formed on the upper surface of the outer contact portion 8a and the inner contact portion 8b constituting the contact portion 8. As a processing method for forming such irregularities, for example, graining is suitable. Here, the graining is a processing method of forming a regular or irregular asperity on the surface of a workpiece to roughen the surface. By forming such irregularities on the upper surfaces of the outer contact portion 8a and the inner contact portion 8b, the adhesion between the chucking plate 6 and the inner contact portion 8b can be reduced. Thereby, when the chucking plate 6 is raised, the inner contact portion 8b of the edge membrane 7 is prevented from rising together with the chucking plate 6. Further, even when the pressing member 45 is brought into contact with the external contact portion 8a as in the above-described second embodiment, the pressing member 45 can be easily separated from the external contact portion 8a. In addition, a plurality of minute irregularities are also formed on the lower surface of the outer contact portion 8a and the inner contact portion 8b that constitute the contact portion 8. Thus, the substrate can be easily released from the edge membrane 7 after the polishing is completed.
[0090]
In the above-described embodiment, the fluid passages 32, 33, 34, 35, and 36 are separately provided. However, the fluid passages are added to the semiconductor wafer W by integrating these fluid passages or connecting the pressure chambers to each other. It can be freely modified depending on the magnitude of the pressing force to be applied and the position to be applied. Further, the above-described embodiments can be appropriately combined.
[0091]
In the embodiment described above, the polishing surface is formed by the polishing pad. However, the present invention is not limited to this. For example, the polished surface may be formed by fixed abrasive grains. The fixed abrasive grains are formed in a plate shape by fixing the abrasive grains in a binder. In polishing using fixed abrasive grains, polishing proceeds by abrasive grains generated from the fixed abrasive grains. The fixed abrasive is composed of an abrasive, a binder, and pores. For example, the abrasive includes a cerium oxide (CeO) having an average particle diameter of 0.5 μm or less. ₂ ), An epoxy resin is used for the binder. Such fixed abrasives constitute a hard polished surface. Further, the fixed abrasive grains include, in addition to the above-mentioned plate-shaped ones, fixed abrasive grains having a two-layer structure in which an elastic polishing pad is attached below a thin fixed abrasive layer. As another hard polished surface, there is IC-1000 described above.
[0092]
Next, a substrate holding device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12A is a cross-sectional view showing a part of the substrate holding device according to the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a view taken along line A of FIG. 12A. FIG. 13 is a view on arrow B of FIG. 12A, and FIG. 14 is a perspective view of an intermediate airbag provided in the substrate holding device according to the tenth embodiment of the present invention. Note that the configuration and operation that are not particularly described are the same as those of the first embodiment described above, and thus redundant description will be omitted.
[0093]
The intermediate membrane 201 (elastic member, corresponding to the elastic film 91 in the first embodiment) constituting the intermediate airbag 200 includes an intermediate contact portion 202 that contacts the semiconductor wafer W. The intermediate contact portion 202 includes an outer intermediate contact portion 202a and an inner intermediate contact portion 202b, and the outer intermediate contact portion 202a is disposed radially outside the inner intermediate contact portion 202b. The outer intermediate abutting portion 202a and the inner intermediate abutting portion 202b (hereinafter, simply referred to as the intermediate abutting portion 202) include nose portions 205a, 205b (the brim in the first embodiment) projecting outward from the pressure chamber 23. 91a) and bases 206a and 206b disposed inside the pressure chamber 23, respectively.
[0094]
Further, the intermediate membrane 201 is connected to the nose 205a, 205b, and extends 203a, 203b extending substantially parallel to the intermediate abutment 202, and extends upward from an end of the extension 203a, 203b to extend the airbag holder. Further, there are provided connecting portions 204a and 204b connected to the chucking plate 6 through the connection portion 92. The pressure chamber 23 is defined by the intermediate membrane 201, the airbag holder 92, and the semiconductor wafer W.
[0095]
As shown in FIGS. 13 and 14, each nose 205a, 205b has a plurality of arc-shaped notches (peeling promoting portions) 210, and these notches 210 are peripheral portions of the nose 205a, 205b. Are formed at equal intervals along the circumferential direction. As shown in FIG. 13, a portion 202c of the intermediate contact portion 202 where the notch 210 is formed is formed of a material having lower adhesion to the semiconductor wafer W than other portions of the intermediate contact portion 202. I have. The surface of the portion 202c (the surface that comes into contact with the semiconductor wafer W) is subjected to a graining process (a satin finish process and a blast process). Note that the graining may be performed on the entire surface of the intermediate contact portion 202. Here, the graining means forming minute irregularities on the surface of the member.
[0096]
On the peripheral edge of the nose 205a, 205b, a concave portion (peeling promoting portion) 225 that is concave upward is formed. As shown in FIG. 12B, a gap 226 is formed between the recess 225 and the semiconductor wafer W. When the pressurized fluid is supplied to the pressure chambers 23, 24, and 25 (see FIG. 2), the recess 225 is in close contact with the upper surface of the semiconductor wafer W, and the airtightness of the pressure chamber 23 is obtained. At this time, no gap 226 is formed. On the other hand, when the pressure inside the pressure chambers 23, 24, 25 is reduced to, for example, the atmospheric pressure, the recess 225 is separated from the upper surface of the semiconductor wafer W. The position where the depression 225 is formed is preferably a position where the lower portion of the chucking plate 6 contacts the depression 225 when the chucking plate 6 is lowered. In such a position, the depression 225 is pressed downward by the chucking plate 6, and the inside of the pressure chamber 23 can be sealed. In the present embodiment, the depressions 225 are formed in the respective notches 210, but the locations where the depressions 225 are formed are not limited to the positions of the notches 210.
[0097]
Next, the operation of releasing the semiconductor wafer of the top ring (substrate holding device) configured as described above will be described with reference to FIG. After the polishing step 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 so that the contact portion 8 (see FIG. 4) and the intermediate contact portion 202 (see FIG. To be evenly adhered. In this state, by forming a negative pressure in the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24, the semiconductor wafer W is vacuum-adsorbed to the lower end surface of the top ring 1 again.
[0098]
Next, the top ring 1 is moved to overhang from the polishing table 100 (see FIG. 1), and a negative pressure is formed in the pressure chamber 21 at that position to raise the chucking plate 6. Note that a negative pressure may be formed in the pressure chamber 21 when the top ring 1 is moved (overhanged). Thereafter, the top ring 1 is raised and moved on a pusher (substrate lifting / lowering device) (not shown) arranged at the transfer position, and the vacuum suction by the pressure chamber 23 or the pressure chamber 24 is released.
[0099]
Then, a fluid (for example, a pressurized fluid or a mixture of nitrogen and pure water) is jetted from the fluid passage 35 or the fluid passage 34 to the semiconductor wafer W. When the diameter of the semiconductor wafer W is 300 mm, the fluid is ejected from the fluid passage 35, and when the diameter of the semiconductor wafer W is 200 mm, the fluid is ejected from the fluid passage 34. Then, when the fluid is injected into the semiconductor wafer W, the intermediate contact portion 202 starts to peel off from the semiconductor wafer W starting from the notch 210 and the concave portion 225, whereby gas in the surrounding atmosphere enters the pressure chamber 23. . Therefore, the sealing state in the pressure chamber 23 formed by the intermediate contact portion 202 is broken, and the semiconductor wafer W is quickly released from the intermediate airbag 200. As described above, by providing the notch (a portion having a small width in the radial direction) 210 in the intermediate contact portion 202, the intermediate contact portion 202, particularly the nose portions 205a and 205b, can be easily separated from the semiconductor W. The semiconductor wafer W can be quickly released from the airbag 200.
[0100]
Further, by forming a part of the intermediate contact part 202 from a material having low adhesiveness and further performing a graining process on a part of the intermediate contact part 202, the semiconductor wafer W can be satisfactorily removed from the intermediate airbag 200. Can be released. It is preferable that a fluid such as pure water be supplied between the semiconductor wafer W and the intermediate contact portion 202 at the same time when the fluid is ejected from the fluid passage 35. Thereby, the semiconductor wafer W can be more properly released from the intermediate airbag 200.
[0101]
Next, a substrate holding device according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a rear view showing an elastic member provided in the substrate holding device according to the eleventh embodiment of the present invention. Note that configurations and operations that are not particularly described are the same as those of the above-described first and tenth embodiments, and thus redundant description will be omitted.
[0102]
As shown in FIG. 15, the elastic member includes an edge membrane 7 arranged on the outermost peripheral side, and an intermediate membrane 201 arranged radially inside the edge membrane 7. Notches 210 are formed in the inner peripheral edge of the inner contact portion 8b, the nose 205a of the outer intermediate contact portion 202a, and the nose 205b of the inner intermediate contact portion 202b, which constitute the edge membrane 7, respectively. With such a configuration, the edge membrane 7 and the intermediate membrane 201 can be quickly peeled off from the semiconductor wafer W with the supply of the fluid from the fluid passage 35 or the fluid passage 34 (see FIG. 2). When the diameter of the semiconductor wafer W is 300 mm, the fluid is ejected from the fluid passage 35, and when the diameter of the semiconductor wafer W is 200 mm, the fluid is ejected from the fluid passage 34. In this case, it is preferable to supply a fluid such as pure water between the semiconductor wafer W and the contact portion 8 and the intermediate contact portion 202 at the same time as ejecting the fluid from the fluid passage 35 or the fluid passage 34.
[0103]
Next, a substrate holding device according to a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a back view showing a first example of an elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a back view showing a second example of the elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 18 is a back view showing a third example of the elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a rear view showing a fourth example of the elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention. Note that configurations and operations that are not particularly described are the same as those of the above-described first and tenth embodiments, and thus redundant description will be omitted.
[0104]
As shown in FIGS. 16 to 19, the elastic member includes an edge membrane 7 arranged on the outermost peripheral side and an intermediate membrane 201 arranged radially inside the edge membrane 7. In the first example according to the present embodiment shown in FIG. 16, the contact portion 8 of the edge membrane 7 and the intermediate contact portion 202 of the intermediate membrane 201 are connected to each other via a plurality of connection portions (peeling promoting portions) 220. Have been. That is, the inner contact portion 8b of the contact portion 8 and the nose 205a of the outer intermediate contact portion 202a are connected to each other via the connecting portion 220. The connecting portions 220 extend in the radial direction from the peripheral edge of the nose 205a, and are arranged at equal intervals along the circumferential direction.
[0105]
In the second example according to the present embodiment shown in FIG. 17, the inner contact portion 8b and the outer intermediate contact portion 202a are integrally connected via an annular connecting portion 220, whereby The portion 8b, the outer intermediate contact portion 202a, and the connecting portion 220 are formed as an annular integral member.
[0106]
In the third example according to the present embodiment shown in FIG. 18, the inner contact portion 8b and the nose 205a are connected to each other via a plurality of connecting portions 220 extending in the radial direction. A fillet (fillet portion) 230 for preventing stress concentration at this portion is formed at a joint between the connecting portion 220 and the inner contact portion 8b and a joint between the connecting portion 220 and the nose 205a. I have.
[0107]
In the fourth example according to the present embodiment shown in FIG. 19, the inner contact portion 8b and the nose 205a are connected to each other via a plurality of connecting portions 220 extending obliquely in the radial direction.
[0108]
In the configuration shown in FIGS. 16 to 19, the extension of the nose 205a is restricted by the connecting portion 220, so that the nose 205a is prevented from extending along with the downward movement of the semiconductor wafer W. Therefore, the semiconductor wafer W can be quickly released from the elastic members (the edge membrane 7 and the intermediate membrane 201) by ejecting the fluid from the fluid passage 35 or the fluid passage 34. In this case, when the diameter of the semiconductor wafer W is 300 mm, the fluid is ejected from the fluid passage 35, and when the diameter of the semiconductor wafer W is 200 mm, the fluid is ejected from the fluid passage 34. At this time, it is preferable to supply a fluid such as pure water between the semiconductor wafer W and the contact portion 8 and the intermediate contact portion 202. In the present embodiment, the reason why the inner contact portion 8b and the peripheral portion of the nose 205a are connected by the connecting portion 220 is that the nose 205a of the outer intermediate contact portion 202a is most difficult to peel off from the semiconductor wafer W experimentally. It is because it is known.
[0109]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention may be embodied in various forms within the scope of the technical idea.
[0110]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the expansion and contraction portion extends downward following the rise of the vertically moving member (chucking plate), the shape of the contact portion that is in contact with the substrate is maintained. Can be. Therefore, the contact range between the elastic member and the substrate can be kept constant, and a uniform pressing force can be obtained over the entire surface of the substrate.
[0111]
Further, even when the retainer ring is worn and the distance between the up-and-down moving member and the substrate changes, the expansion and contraction portion shrinks in accordance with the change in the distance, so that the shape of the contact portion in contact with the substrate is maintained. be able to. Thus, the substrate can be pressed with a uniform pressure from the center to the outer peripheral portion of the substrate, and a uniform polishing rate, that is, a polishing profile can be realized over the entire region of the substrate. Further, since the expansion and contraction portion contracts following the wear of the retainer ring, the worn wear ring can be used as it is without replacement.
[0112]
Further, according to the present invention, by injecting the fluid onto the upper surface of the substrate, the contact portion can be quickly peeled from the substrate starting from the peeling promoting portion. Therefore, the substrate can be transferred to a substrate elevating device such as a pusher without being damaged by fluid pressure or the like. In addition, the substrate can be satisfactorily released from the elastic member without being affected by the type of the substrate, particularly the type of the film formed on the back surface (upper surface) of the substrate.
[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.
3 (a) to 3 (c) are enlarged sectional views showing the intermediate airbag of FIG. 2;
FIG. 4A is a cross-sectional view showing the entire configuration of the edge membrane according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 4B and 4C are diagrams showing the substrate holding device shown in FIG. It is a fragmentary sectional view of a device.
FIGS. 5A and 5B are partial cross-sectional views showing a substrate holding device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a partial cross-sectional view illustrating a substrate holding device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a diagram illustrating another example of the edge membrane according to the third embodiment of the present invention. FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of FIG.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating a substrate holding device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a sectional view showing an edge membrane according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is another configuration example of the edge membrane according to the fifth embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 9A is a cross-sectional view illustrating an edge membrane according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a view illustrating the stretchability of the edge membrane according to the sixth embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 10 (a) is a sectional view showing an edge membrane according to a seventh embodiment of the present invention, and FIGS. 10 (b) to 10 (e) respectively show a seventh embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the other example of a structure of the edge membrane in FIG.
FIGS. 11A and 11B are partial cross-sectional views showing a substrate holding device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12A is a cross-sectional view showing a part of a substrate holding device according to a tenth embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a view taken along line A of FIG. 12A. It is.
FIG. 13 is a view on arrow B of FIG. 12 (a).
FIG. 14 is a perspective view of an intermediate airbag provided in a substrate holding device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a rear view showing an elastic member provided in a substrate holding device according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a back view showing a first example of an elastic member provided in a substrate holding device according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a rear view showing a second example of the elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a rear view showing a third example of the elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a rear view showing a fourth example of the elastic member provided in the substrate holding device according to the twelfth embodiment of the present invention.
FIGS. 20A and 20B are partial cross-sectional views showing a conventional substrate holding device.
[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
4a accommodation groove
5 Holder ring
6 chucking plate (vertical moving member)
6c protrusion
7 Edge membrane (elastic member)
8 Contact section
8a External contact part
8b Inner contact part
9 Perimeter wall
9a Outer wall
9b Inner wall
10 Universal joint
11 Top ring drive shaft
11a Spherical recess
12 Bearing ball
13 Pressure sheet
18 break
19 Intermediate airbag
21, 22, 23, 24, 25 pressure chamber
30, 32, 33, 34, 35, 36 fluid path
40, 40a, 40b telescopic part
45 Pressing member
46, 46a, 46b groove
48 Thick part
50 Reinforcement members
51 Cleaning liquid path
53 communication hole
71 Bending point
72 joining point
80,91 elastic membrane
91a brim
91b Intermediate contact part
91c base
91d extension
91e connection
91f opening
92 airbag holder
93 recess
96 hard members
97 Hard Materials
100 polishing table
101 polishing pad
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
180 through hole
180a First opening (fluid supply port)
180b second opening
180c third opening
190 Protective member
200 Intermediate airbag
201 Intermediate membrane (elastic member)
202 Intermediate abutment
202a Outer middle contact part
202b Inner middle contact part
203a, 203b extension
204a, 204b connection section
205a, 205b Nose
206a, 206b base
210 Notch (peeling promoting part)
220 Connecting part (peeling promoting part)
225 recess (peeling promoting part)
226 gap
230 fillets
G gap
Q Polishing liquid
R1, R2, R3, R4, R5, R6 Regulator
W semiconductor wafer

Claims

A substrate holding device for holding a substrate to be polished and pressing against a polishing surface,
A vertically movable member movable in the vertical direction;
An elastic member abutting on the substrate,
The elastic member includes a contact portion that contacts an outer peripheral edge of the substrate, and a peripheral wall portion that extends upward from the contact portion and is connected to the vertically moving member,
The said peripheral wall part has an expansion-contraction part expandable and contractible vertically, The board | substrate holding apparatus characterized by the above-mentioned.

The peripheral wall portion includes an outer peripheral wall portion and an inner peripheral wall portion disposed radially inward of the outer peripheral wall portion, and the elastic portion is provided on at least one of the outer peripheral wall portion and the inner peripheral wall portion. The substrate holding device according to claim 1, wherein the contact portion is provided, and is separated between the outer peripheral wall portion and the inner peripheral wall portion.

The substrate holding device according to claim 1, wherein the expansion and contraction portion is configured by bending a predetermined portion of the peripheral wall portion along a circumferential direction.

The substrate holding device according to claim 3, wherein the bent portion of the expansion / contraction portion has a substantially arc-shaped cross-sectional shape.

The substrate holding device according to claim 1, wherein the elastic portion is formed of a material softer than the contact portion.

The substrate holding device according to claim 1, wherein the elastic portion is formed by forming a predetermined portion of the peripheral wall portion to be thinner than the contact portion.

A substrate holding device for holding a substrate to be polished and pressing against a polishing surface,
A vertically movable member movable in the vertical direction;
An elastic member abutting on the substrate,
The elastic member includes a contact portion that contacts an outer peripheral edge of the substrate, and a peripheral wall portion that extends upward from the contact portion and is connected to the vertically moving member,
The peripheral wall portion includes an outer peripheral wall portion and an inner peripheral wall portion disposed radially inward of the outer peripheral wall portion, and the contact portion is provided between the outer peripheral wall portion and the inner peripheral wall portion. A substrate holding device which is divided.

7. The substrate holding device according to claim 1, wherein a portion of the peripheral wall located below the elastic portion is formed of a material harder than the contact portion. 8. apparatus.

7. The substrate holding device according to claim 1, wherein a portion of the peripheral wall located below the elastic portion is formed thicker than the contact portion. 8. .

The hard member having a higher hardness than the elastic member is embedded in a portion of the peripheral wall portion located below the elastic portion, according to claim 1, wherein: Substrate holding device.

The hard member having a higher hardness than the elastic member is fixed to a surface of a portion of the peripheral wall portion located below the expansion and contraction portion, according to any one of claims 1 to 6, wherein The substrate holding device as described in the above.

The material of a harder material than the elastic member is coated on a surface of a portion of the peripheral wall portion located below the expansion and contraction portion, according to any one of claims 1 to 6, wherein the material is harder than the elastic member. Substrate holding device.

The substrate holding device according to claim 1, further comprising a pressing member that contacts an upper surface of the contact portion and presses the contact portion against the substrate.

14. The substrate holding device according to claim 13, wherein a plurality of grooves extending in a radial direction are formed on a lower surface of the pressing member.

14. The substrate holding device according to claim 13, wherein a fluid supply port for supplying a fluid to an upper surface of the contact portion is formed on a lower surface of the pressing member.

The substrate holding device according to any one of claims 13 to 15, wherein a thick portion extending in a circumferential direction is provided on an upper surface of the contact portion that contacts the pressing member.

17. The substrate holding device according to claim 16, wherein the thick portion has a substantially triangular or substantially circular cross section.

The substrate holding device according to any one of claims 13 to 17, wherein a reinforcing member is embedded in the contact portion.

19. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein a plurality of irregularities are formed on an upper surface of the contact portion.

A polishing apparatus comprising: the substrate holding device according to any one of claims 1 to 19; and a polishing table having a polishing surface.

A substrate to be polished is held by the substrate holding device according to any one of claims 1 to 19,
Place the substrate on a polishing table having a polishing surface,
Lowering the vertical moving member,
While pressing the contact portion against the substrate, supplying a pressurized fluid to a pressure chamber defined by the vertically moving member, the elastic member, and the substrate,
A polishing method, wherein the substrate is polished by bringing the substrate into sliding contact with the polishing surface.

A substrate holding device that holds a substrate and presses it against a polishing surface, comprising an elastic member for forming a pressure chamber between the substrate and a chucking plate,
The substrate holding device, wherein the contact portion of the elastic member that comes into contact with the substrate has a separation promoting portion that promotes separation of the elastic member from the substrate.

23. The substrate holding device according to claim 22, wherein the peeling promotion part is a notch formed in a peripheral part of the contact part.

24. The substrate holding device according to claim 22, wherein a part of the contact portion is formed of a material having lower adhesion to the substrate than a material forming the elastic member.

The substrate holding device according to any one of claims 22 to 24, wherein an entire surface or a part of the contact portion is subjected to a graining process.

23. The substrate holding device according to claim 22, wherein the peeling promoting part is a connecting part that connects a peripheral part of the contact part and the elastic member forming another pressure chamber.

The peeling promoting part is a concave part in which a part of the contact part is concaved upward, and the concave part comes into close contact with the substrate when a pressurized fluid is supplied to the pressure chamber. Item 23. The substrate holding device according to item 22.

A polishing apparatus comprising the substrate holding device according to any one of claims 22 to 27 and a polishing table having a polishing surface.