(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、
前記基板を保持するトップリング本体と、
基板の外周縁を保持するリテーナリングと、
トップリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室と、
前記流体室を形成する前記弾性膜と基板との間に介装され前記弾性膜を介して基板に押圧力を加えるための加圧部材とを備え、
前記加圧部材は、基板を吸着する吸着用加圧ピンを含むことを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】
前記リテーナリングは、前記流体室を形成する前記弾性膜を介してターンテーブル上の研磨面に押圧力を加えることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記流体室は、複数に分割されており、流体室の少なくとも１つは前記加圧部材を介して基板に押圧力を加えるものであることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記流体室は、基板の半径方向に複数に分割されており、内側の流体室は基板の中心部側を、外側の流体室は基板の外周部側を、それぞれ前記加圧部材を介して押圧することを特徴とする請求項３記載の基板保持装置。
【請求項５】
前記流体室の少なくとも１つは、リテーナリングをターンテーブル上の研磨面に対して押圧するものであることを特徴とする請求項３記載の基板保持装置。
【請求項６】
前記流体室に供給する加圧流体の圧力を調整することにより基板に加わる研磨圧力を調整することを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項７】
前記流体室に供給する流体の圧力は一定とし、前記トップリング本体をターンテーブルに向かって押圧する押圧力を調整することにより基板に加わる研磨圧力を調整することを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項８】
研磨面を有するターンテーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板保持装置とを備えたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項９】
ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、
前記基板を保持するトップリング本体と、
基板の外周縁を保持するリテーナリングと、
トップリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室と、
前記流体室を形成する前記弾性膜と基板との間に介装され前記弾性膜を介して基板に押圧力を加えるための複数の加圧部材とを備え、
前記流体室は、基板の半径方向に複数に分割されており、内側の流体室は基板の中心部側を、外側の流体室は基板の外周部側を、それぞれ前記加圧部材を介して押圧することを特徴とする基板保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を研磨して平坦化する際に基板を保持する基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に、０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパの結像面の平坦度を必要とする。
そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００３】
上述したポリッシング装置の性能として、ポリッシング後のポリッシング対象物の高精度な平坦度が要求される。そのために、ポリッシング時に半導体ウエハを保持する保持面、すなわちトップリングの下端面、および半導体ウエハに接する研磨布の接触面、ひいてはターンテーブルの研磨布の貼り付け面は高精度な平坦度を有するものが望ましいと考えられ、用いられてきた。
【０００４】
上述したポリッシング装置においては、ポリッシング対象物である回路を形成した半導体ウエハは全体に亘って均一な厚みを有しているわけではないため、剛性を有したトップリングの半導体ウエハ保持面に弾性を有する、例えばポリウレタン等の弾性マットを貼り、トップリングからポリッシング対象物である半導体ウエハに印加する押圧力を全面に亘って均一にしようとする試みがなされている。弾性マットによって半導体ウエハに加わる押圧力を均一化することで半導体ウエハが局部的に研磨されることを緩和し、半導体ウエハの被研磨面の平坦度を向上させることを目的としている。
しかしながら、研磨後の半導体ウエハの平坦度を高めたいという要求がますます厳しくなっており、弾性マットの弾性で半導体ウエハに印加する押圧力を均一化する方法では対応しきれなくなってきている。
【０００５】
一方、トップリングの半導体ウエハ保持面をゴム等の弾性材からなるダイヤフラムで形成し、ダイヤフラムの裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウエハに印加する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。このダイヤフラムを用いたトップリングにおいては、ダイヤフラムの外周縁部に、半導体ウエハを保持するためのガイドリング（又はリテーナリング）と称される部材が設けられている。即ち、ダイヤフラムの外周縁部はポリッシング対象物である半導体ウエハの周縁部に対応しており、またダイヤフラムの外周縁部はトップリング又はガイドリングに固定する必要がある。そのため、ダイヤフラムに空気圧等の流体圧を印加しても、ダイヤフラムの外周縁部の変形量は他の部分の変形量に加えて小さく、即ち、ダイヤフラムの外周縁部が変曲点になっており、したがって、半導体ウエハの周縁部の押圧力が中央部等の他の部分に比較して小さくなってしまい、半導体ウエハの周縁部の研磨量が他の部分より少なくなるという問題がある。
【０００６】
以上のように、従来の剛性を有したトップリングの半導体ウエハ保持面に弾性を有した弾性マットを設ける方式およびトップリングの半導体ウエハ保持面をダイヤフラムで形成してダイヤフラム裏面に流体圧を加える方式のいずれもがポリッシング対象物である半導体ウエハの全面に亘って均一な押圧力を印加することができないという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、半導体ウエハ等の基板の全面に亘って均一な押圧力を加えることができ、基板の被研磨面の全面を均一に研磨することができる基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【解題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の基板保持装置は、ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、前記基板を保持するトップリング本体と、基板の外周縁を保持するリテーナリングと、トップリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室と、前記流体室を形成する前記弾性膜と基板との間に介装され前記弾性膜を介して基板に押圧力を加えるための加圧部材とを備え、前記加圧部材は、基板を吸着する吸着用加圧ピンを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明のポリッシング装置は、研磨面を有するターンテーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧する前記基板保持装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、流体室内の流体から複数の加圧部材に押圧力が付与され、基板はこれら加圧部材によってターンテーブル上の研磨面に押圧される。そのため、基板の全面に亘って均一な押圧力を加えることができ、基板の被研磨面の全面を均一に研磨できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置の実施の形態を図１乃至図８を参照して説明する。
図１は本発明の基板保持装置の第１の実施形態を示す縦断面図であり、図２は図１で示すガイド部材の平面図である。
基板保持装置は、ポリッシング対象物である半導体ウエハ等の基板を保持してターン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、基板保持装置を構成するトップリング１は、下端が開口する中空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部材３と、トップリング本体２の下端部と環状部材３とに挟持された弾性膜４と、弾性膜４に固定された多数の小径の加圧ピン５Ａおよび４本の大径のウエハ吸着用加圧ピン５Ｂと、弾性膜４に固定された環状のリテーナリング６と、環状部材３の下端に固定されるとともに加圧ピン５Ａ，５Ｂおよびリテーナリング６を上下動可能に案内するためのディスク状のガイド部材７とを備えている。なお加圧ピン５Ａおよびリテーナリング６は弾性膜４に固定しなくて、フリーな状態にあってもよい。
【００１２】
前記トップリング本体２と弾性膜４とにより気密構造の流体室８が形成されている。弾性膜４は、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、その他のゴムシート等の弾性材によって形成されている。そして、流体室８にはチューブ１０ａおよびコネクタ１０ｂ等からなる加圧流体路１０を介して加圧空気等の加圧流体が供給されるようになっている。流体室８に供給される加圧流体の圧力はレギュレータ等により可変になっている。またウエハ吸着用加圧ピン５Ｂは、内部に下面に開口する連通孔５ａを有し、この連通孔５ａはチューブ１１ａおよびコネクタ１１ｂ等からなる真空経路１１を介して真空源（図示せず）に接続されている。
【００１３】
前記ガイド部材７は、図２に示すように、加圧ピン５Ａを上下動可能に案内するための多数の小径の第１案内孔７ａと、ウエハ吸着用加圧ピン５Ｂを上下動可能に案内するための４個の大径の第２案内孔７ｂと、リテーナリング６を上下動可能に案内するための所定径の円周上に配列された複数のリテーナリング用孔７ｃとを備えている。なおリテーナリング６は下端部は連続したリング状になっているが、ガイド部材７により案内される部分は円柱状に形成されている。またトップリング本体２は、円板状の上部板２Ａと、上部板２Ａより下方に延設された環状の周壁部２Ｂとから構成されている。そして、トップリング本体２の上部板２Ａの上方にはトップリング駆動軸１２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１２とは自在継手部１４により連結されている。
【００１４】
トップリング駆動軸１２からトップリング本体２へ互いの傾動を許容しつつ回転力を伝達する自在継手部１４は、トップリング本体２とトップリング駆動軸１４の互いの傾動を可能とする球面軸受機構１５と、トップリング駆動軸１２の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構２０とを有している。球面軸受機構１５は、トップリング駆動軸１２の下端に固定された駆動フランジ１６の下面の中央に形成された球面状凹部１６ａと、上部板２Ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ａと、両凹部１６ａ，２ａ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１７とから構成されている。
【００１５】
回転伝達機構２０は、駆動フランジ１６に固定された駆動ピン（図示せず）と上部板２Ａに固定された被駆動ピン２１とから構成され、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、互いの接触点をずらして係合し、トップリング駆動軸１２の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。またトップリング本体２の上部板２Ａの所定径の円周上には複数のボルト２３が螺合されており、各ボルト２３の頭部２３ａと駆動フランジ１６間には圧縮コイルバネ２４が介装されている。圧縮コイルバネ２４は、トップリング駆動軸１２が上方に持ち上げられた際にトップリング１の全体を略水平に吊下する機能を有している。
【００１６】
次に、前述のように構成されたトップリング１の作用を説明する。
トップリング１の全体を半導体ウエハの移送位置に位置させ、ウエハ吸着用加圧ピン５Ｂの連通孔５ａを真空経路１１を介して真空源に接続することにより、ウエハ吸着用加圧ピン５Ｂの下面に半導体ウエハＷを吸着する。そして、トップリング１の全体を研磨面（例えば研磨クロスからなる）を有するターンテーブル（図示せず）の上方に位置させ、半導体ウエハＷを研磨面に押圧し研磨を開始する。半導体ウエハＷの外周縁部はリテーナリング６によって保持され、半導体ウエハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。
【００１７】
半導体ウエハＷの押圧方法には２通りある。第１の方法は、流体室８に一定の圧力の加圧流体を供給した状態でトップリング駆動軸１２に連結されたエアシリンダ（図示せず）を作動させ、トップリング１の全体を所定の押圧力でターンテーブルの研磨面に押圧する方法である。この場合には、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体室８に加わる加圧流体の圧力を変えずに、エアシリンダの圧力を調整することにより、所望の値に調整する。
第２の方法は、トップリング駆動軸１２に連結されたエアシリンダを作動させ、トップリング１の全体をターンテーブルに近接させて半導体ウエハＷを研磨面に近接させた状態で、流体室８に所定圧力の加圧流体を供給して半導体ウエハＷをターンテーブルの研磨面に押圧する。この場合には、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、エアシリンダの圧力を変えずに、流体室８に加わる加圧流体の圧力を調整することにより、所望の値に調整する。
【００１８】
上記いずれの方法においても、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体室８を構成する弾性膜４に接触するとともに半導体ウエハＷの上面に直接に接触する多数の加圧ピン５Ａ，５Ｂにより与えられる。加圧ピン５Ａ，５Ｂは半導体ウエハＷに押圧力を加えるための加圧部材を構成している。この場合、流体室８内の流体から押圧力が付与された多数の加圧ピン５Ａ，５Ｂにより、半導体ウエハＷを分割して荷重（押圧力）をかけられるので、半導体ウエハＷの厚みによらず、半導体ウエハＷの中央部から周縁部に至るまで全面に亘って均一な研磨圧力を加えることができる。そのため、半導体ウエハＷの全面を均一に研磨できる。そして、半導体ウエハＷに加えられる研磨圧力と同一の押圧力が弾性膜４を介してリテーナリング６に加えられるため、半導体ウエハＷの周囲の研磨クロスが半導体ウエハＷと同一の圧力で押され、半導体ウエハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にあるリテーナリング６の外周部までの圧力分布が連続かつ均一になる。そのため、ポリッシング対象物である半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００１９】
図３は本発明の基板保持装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。本実施形態においては、トップリング本体２内は、環状の内部仕切壁２Ｃによって、中央部側の円形の空間と外周部側の環状空間との２つの空間に仕切られている。トップリング本体２の下端部には、円形のウエハ用弾性膜４Ａと、環状のリテーナリング用弾性膜４Ｂとが固定されている。即ち、ウエハ用弾性膜４Ａの外周部とリテーナリング用弾性膜４Ｂの内周部とは環状の薄板からなる押え板３１により内部仕切壁２Ｃに固定されている。また上記弾性膜４Ａ，４Ｂは一体で構成することも可能であり、その場合にも内側と外側の流体室を仕切るために押え板３１が使用される。またリテーナリング用弾性膜４Ｂの外周部は環状部材３によりトップリング本体２の周壁部２Ｂに固定されている。
【００２０】
トップリング本体２とウエハ用弾性膜４Ａとにより気密構造で円形のウエハ用流体室８Ａが形成され、トップリング本体２とリテーナリング用弾性膜４Ｂとにより気密的に密封された環状のリテーナリング用流体室８Ｂが形成されている。ウエハ用流体室８Ａにはチューブ４０ａおよびコネクタ４０ｂ等からなる加圧流体路４０を介して加圧空気等の加圧流体が供給されるようになっている。またリテーナリング用流体室８Ｂにはチューブ４５ａおよびコネクタ４５ｂ等からなる加圧流体路４５を介して加圧空気等の加圧流体が供給されるようになっている。ウエハ用流体室８Ａおよびリテーナリング用流体室８Ｂに供給される加圧流体の圧力は、それぞれレギュレータ等により独立して変更できるようになっている。ウエハ吸着用加圧ピン５Ｂは、内部に下面に開口する連通孔５ａを有し、この連通孔５ａはチューブ１１ａおよびコネクタ１１ｂ等からなる真空経路１１を介して真空源（図示せず）に接続されている。
【００２１】
前記ウエハ用弾性膜４Ａに、多数の加圧ピン５Ａと４本のウエハ吸着用加圧ピン５Ｂとが固定されている。またリテーナリング用弾性膜４Ｂにリテーナリング６が固定されている。リテーナリング６とガイド部材７の構成およびその他の構成は、図１および図２に示す第１の実施形態と同様である。なお加圧ピン５Ａおよびリテーナリング６は弾性膜４Ａ，４Ｂに固定しなくて、フリーな状態にあってもよい。
【００２２】
次に、前述のように構成されたトップリング１の作用を説明する。
本実施形態は、半導体ウエハＷの真空吸着は第１の実施形態と同様であるが、半導体ウエハＷの研磨圧力とリテーナリング６の押圧力とは互いに独立に制御可能である。即ち、ウエハ用流体室８Ａに供給する加圧流体の圧力に応じてリテーナリング用流体室８Ｂに供給する加圧流体の圧力を適宜調整することにより、半導体ウエハＷの研磨圧力とリテーナリング６の押圧力との関係を最適な状態に調整できる。これにより、半導体ウエハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にある押圧リングの外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。また半導体ウエハＷの周縁部を内部側より意図的に研磨量を多くしまたは逆に少なくしたい場合には、リテーナリング６の押圧力を半導体ウエハＷの押圧力に基づいて増減することにより、半導体ウエハＷの周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
【００２３】
図４は本発明の基板保持装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。本実施形態においては、トップリング本体２内は環状の第１内部仕切壁２Ｃ１と第２内部仕切壁２Ｃ２とによって、中央部の円形空間と、円形空間の外側の中間環状空間と、中間環状空間の外側の外側環状空間の３つの空間に仕切られている。トップリング本体２の下端部には、円形のウエハ用弾性膜４Ａ１と、円形のウエハ用弾性膜４Ａ１の外側の環状のウエハ用弾性膜４Ａ２と、環状のウエハ用弾性膜４Ａ２の外側の環状のリテーナリング用弾性膜４Ｂとが固定されている。即ち、円形のウエハ用弾性膜４Ａ１の外周部と環状のウエハ用弾性膜４Ａ２の内周部とは環状の薄板からなる押え板３１Ａにより第１内部仕切壁２Ｃ１に固定され、環状のウエハ用弾性膜４Ａ２の外周部とリテーナリング用弾性膜４Ｂの内周部とは環状の薄板からなる押え板３１Ｂにより第２内部仕切壁２Ｃ２に固定されている。また上記弾性膜４Ａ１，４Ａ２，４Ｂは一体で構成することも可能である。
【００２４】
またリテーナリング用弾性膜４Ｂの外周部は環状部材３によりトップリング本体２の周壁部２Ｂに固定されている。これにより、トップリング本体２と円形のウエハ用弾性膜４Ａ１とにより気密的に密封された円形のウエハ用第１流体室８Ａ１が形成され、トップリング本体２と環状のウエハ用弾性膜４Ａ２とにより気密的に密封された環状のウエハ用第２流体室８Ａ２が形成され、トップリング本体２とリテーナリング用弾性膜４Ｂとにより気密的に密封された環状のリテーナリング用流体室８Ｂが形成される。ウエハ用第１流体室８Ａ１にはチューブ４０ａおよびコネクタ４０ｂ等からなる加圧流体路４０を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、ウエハ用第２流体室８Ａ２にはチューブ５０ａおよびコネクタ５０ｂ等からなる加圧流体路５０を介して加圧空気等の加圧流体が供給される。またリテーナリング用流体室８Ｂにはチューブ４５ａおよびコネクタ４５ｂ等からなる加圧流体路４５を介して加圧空気等の加圧流体が供給されるようになっている。ウエハ用第１流体室８Ａ１、ウエハ用第２流体室８Ａ２およびリテーナリング用流体室８Ｂに供給される加圧流体の圧力は、それぞれレギュレータ等により独立して変更できるようになっている。ウエハ吸着用加圧ピン５Ｂは、内部に下面に開口する連通孔５ａを有し、この連通孔５ａはチューブ１１ａおよびコネクタ１１ｂ等からなる真空経路１１を介して真空源（図示せず）に接続されている。
【００２５】
前記円形のウエハ用弾性膜４Ａ１に、多数の加圧ピン５Ａが固定され、環状のウエハ用弾性膜４Ａ２に多数の加圧ピン５Ａと４本のウエハ吸着用加圧ピン５Ｂとが固定されている。またリテーナリング用弾性膜４Ｂにリテーナリング６が固定されている。リテーナリング６とガイド部材７の構成およびその他の構成は、図１および図２に示す第１の実施形態と同様である。なお加圧ピン５Ａおよびリテーナリング６は弾性膜４Ａ２，４Ｂに固定しなくて、フリーな状態にあってもよい。
【００２６】
次に、前述のように構成されたトップリング１の作用を説明する。
本実施形態は、半導体ウエハＷの真空吸着は第１の実施形態と同様であるが、半導体ウエハＷの中央側の研磨圧力と、半導体ウエハＷの外周側の研磨圧力と、リテーナリング６の押圧力とは、それぞれ独立に制御可能である。即ち、ウエハ用第１流体室８Ａ１に供給する加圧流体の圧力と、ウエハ用第２流体室８Ａ２に供給する加圧流体の圧力とをそれぞれ所望の値に調整する。これにより、半導体ウエハＷの中央部側の研磨圧力と外周部側の研磨圧力とを互いに変更することができる。したがって、半導体ウエハＷの外周部側が中央部側より研磨される傾向にあるときは、半導体ウエハＷの中央部側の研磨圧力を外周部側の研磨圧力より高め、中央部側の研磨不足を補正し、半導体ウエハＷの全面を均一に研磨することができる。半導体ウエハＷの中央部側が外周部側より研磨される傾向にあるときは、逆に、半導体ウエハＷの外周部側の研磨圧力を中央部側の研磨圧力より高め、外周部側の研磨不足を補正し、半導体ウエハＷの全面を均一に研磨することができる。
【００２７】
さらに、ウエハ用第１流体室８Ａ１及び／又はウエハ用第２流体室８Ａ２に供給する加圧流体の圧力に応じてリテーナリング用流体室８Ｂに供給する加圧流体の圧力を適宜調整することにより、半導体ウエハＷの研磨圧力とリテーナリング６の押圧力との関係を最適な状態に調整できる。これにより、半導体ウエハＷの中心から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にある押圧リングの外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。また半導体ウエハＷの周縁部を内部側より意図的に研磨量を多くしまたは逆に少なくしたい場合には、リテーナリング６の押圧力を半導体ウエハＷの押圧力に基づいて増減することにより、半導体ウエハＷの周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
【００２８】
図５および図６は本発明の基板保持装置の第４の実施形態を示す図であり、図５は基板保持装置の模式的な縦断面図、図６は基板保持装置の底面図である。
図５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、下端が開口する中空のトップリング本体２と、トップリング本体２内に収納され加圧空気等の加圧流体が供給される流体圧バック６０と、流体圧バック６０に接触した複数の加圧ピン６１と、流体圧バック６０に接触したリテーナリング６２と、加圧ピン６１を上下動可能に案内するためのディスク状のガイド部材６３と、リテーナリング６２を上下動可能に案内するためのリング状のガイド部材６４とを備えている。
【００２９】
前記流体圧バック６０は弾性膜によって袋状に形成されており、内部に気密的に密封された流体室６５が形成される。そして、流体室６５には、チューブおよびコネクタ等からなる加圧流体路（図示せず）を介して加圧空気等の加圧流体が供給されるようになっている。加圧ピン６１は、流体圧バック６０と接触するバック接触部６１ａが所定面積を有し、また半導体ウエハＷと接触するウエハ接触部６１ｂが所定面積を有している。リテーナリング６２は、半径方向の内側にある第１リテーナリング６２Ａと、半径方向の外側にある第２リテーナリング６２Ｂとから構成されている。なお、６１ａと６１ｂにおける所定面積の比率をピン毎に適宜変更することにより、ウエハ押圧力の位置的制御を行うことも可能である。
【００３０】
図６は加圧ピン６１のウエハ接触部６１ｂとリテーナリング６２の下端部を示している。図６に示すように、各加圧ピン６１のウエハ接触部６１ｂは概略矩形状をなし、多数の加圧ピン６１が配列されることによって半導体ウエハＷのほぼ全面が加圧ピン６１のウエハ接触部６１ｂで覆われるようになっている。またリテーナリング６２を構成する第１リテーナリング６２Ａおよび第２リテーナリング６２Ｂは、それぞれ所定面積の環状の下端部６２ａおよび６２ｂを有しており、この下端部６２ａ，６２ｂが研磨クロス等の研磨面との接触面になっている。図６には、図示しないが、トップリング本体２には、図１に示す例と同様に、トップリング駆動軸が連結されている。
【００３１】
上述の構成において、トップリング１の全体を研磨面（例えば研磨クロスからなる）を有するターンテーブル（図示せず）の上方に位置させ、半導体ウエハＷを研磨面に押圧し研磨を開始する。半導体ウエハＷの外周縁部はリテーナリング６２によって保持され、半導体ウエハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。半導体ウエハＷの押圧方法には２通りある。第１の方法は、流体圧バック６０内の流体室６５に一定の圧力の加圧流体を供給した状態でトップリング駆動軸（図示せず）に連結されたエアシリンダ（図示せず）を作動させ、トップリング１の全体を所定の押圧力でターンテーブルの研磨面に押圧する方法である。この場合には、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体圧バック６０内の流体室６５に加わる加圧流体の圧力を変えずに、エアシリンダの圧力を調整することにより、所望の値に調整する。
【００３２】
第２の方法は、トップリング駆動軸に連結されたエアシリンダを作動させ、トップリング１の全体をターンテーブルに近接させて半導体ウエハＷを研磨面に近接させた状態で、流体圧バック６０内の流体室６５に所定圧力の加圧流体を供給して半導体ウエハＷをターンテーブルの研磨面に押圧する。この場合には、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、エアシリンダの圧力を変えずに、流体圧バック６０内の流体室６５に加わる加圧流体の圧力を調整することにより、所望の値に調整する。
【００３３】
上記いずれの方法においても、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体室６５を構成する流体圧バック６０に接触するとともに半導体ウエハＷの上面に直接に接触する多数の加圧ピン６１により与えられる。即ち、流体室６５内の流体から押圧力が付与された多数の加圧ピン６１により、半導体ウエハＷを分割して荷重（押圧力）をかけられるので、半導体ウエハＷの厚みによらず、半導体ウエハＷの中央部から周縁部に至るまで全面に亘って均一な研磨圧力を加えることができる。そのため、半導体ウエハＷの全面を均一に研磨できる。そして、半導体ウエハＷに加えられる研磨圧力と同一の押圧力が流体圧バック６０を介してリテーナリング６２に加えられるため、半導体ウエハＷの周囲の研磨クロスが半導体ウエハＷと同一の圧力で押され、半導体ウエハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にあるリテーナリング６２の外周部までの圧力分布が連続かつ均一になる。そのため、ポリッシング対象物である半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。なお、流体圧バックを半導体ウエハＷの半径方向に複数に分割して円形のバックと少なくとも１つの環状のバックとすることにより、図３および図４に示す実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、図１および図２に示す基板保持装置を備えたポリッシング装置の全体構成を示す部分断面を有する正面図である。
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ポリッシング装置は、上面に研磨クロス１０２を貼ったターンテーブル１０１と、基板である半導体ウエハＷを保持し研磨クロス１０２に押圧するためのトップリング１とを備えている。トップリング駆動軸１２は、トップリングヘッド１０３に固定されたトップリング用エアシリンダ１０４に連結されている。またトップリング駆動軸１２は、トップリング駆動軸１２を回転駆動するためのモータ１０５に連結されている。
【００３５】
上述の構成において、図７（ａ）に示すように、流体室８に一定の圧力の加圧流体を供給した状態で半導体ウエハＷを吸着するとともにターンテーブル１０１の上方に搬送する。次に、図７（ｂ）に示すように、トップリング駆動軸１２に連結されたトップリング用エアシリンダ１０４を作動させ、トップリング１の全体を所定の押圧力でターンテーブル１０１上の研磨クロス１０２に押圧する。この場合には、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体室８に加わる加圧流体の圧力を変えずに、エアシリンダ１０４の圧力を調整することにより、所望の値に調整する。
【００３６】
図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図１および図２に示す基板保持装置を備えたポリッシング装置の全体構成を示す部分断面を有する正面図である。
本ポリッシング装置は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すポリッシング装置と概略同一構成であるが、トップリングヘッド１０３の上部にストッパ１０６が設けられている点が異なっている。
上述の構成において、図８（ａ）に示すように、流体室８を負圧（大気圧以下）にした状態で半導体ウエハＷを吸着するとともにターンテーブル１０１の上方に搬送する。次に、図８（ｂ）に示すように、トップリング用エアシリンダ１０４を作動させて、トップリング１を下降させる。このとき、トップリング１はストッパ１０６により下降が制限され、半導体ウエハＷが研磨クロス１０２に接触する寸前でトップリング１は停止する。トップリング用エアシリンダ１０４の荷重（圧力）は、研磨時に半導体ウエハＷおよびリテーナリング６に付与する荷重（圧力）以上に設定されている。
【００３７】
次に、流体室８に所定圧力の加圧流体を供給して、弾性膜４を膨張させ、加圧ピン５Ａ、ウエハ吸着用加圧ピン５Ｂおよびリテーナリング６を下降させることにより半導体ウエハＷを研磨クロス１０２に押圧する。これにより半導体ウエハＷに所定の研磨圧力を付与し、研磨を開始する。半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体室８に加わる加圧流体の圧力を変えることにより、所望の値に調整する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流体室内の流体から複数の加圧部材に押圧力が付与され、基板はこれら加圧部材によってターンテーブル上の研磨面に押圧される。そのため、半導体ウエハ等の基板の全面に亘って均一な押圧力を加えることができ、基板の被研磨面の全面を均一に研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板保持装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すガイド部材の平面図である。
【図３】本発明の基板保持装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の基板保持装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の基板保持装置の第４の実施形態を示す模式的な縦断面図である。
【図６】図５に示す基板保持装置の底面図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、図１および図２に示す基板保持装置を備えたポリッシング装置の全体構成を示す部分断面を有する正面図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図１および図２に示す基板保持装置を備えたポリッシング装置の全体構成を示す部分断面を有する正面図である。
【符号の説明】
１    トップリング
２    トップリング本体
２ａ，１６ａ    球面状凹部
２Ａ    上部板
２Ｂ    周壁部
２Ｃ    内部仕切壁
２Ｃ１    第１内部仕切壁
２Ｃ２    第２内部仕切壁
３    環状部材
４    弾性膜
４Ａ，４Ａ１，４Ａ２    ウエハ用弾性膜
４Ｂ    リテーナリング用弾性膜
５ａ    連通孔
５Ａ，５Ｂ，６１    加圧ピン
６，６２    リテーナリング
７，６３，６４    ガイド部材
７ａ    第１案内孔
７ｂ    第２案内孔
８ｃ    リテーナリング用孔
８，６５    流体室
８Ａ    ウエハ用流体室
８Ａ１    ウエハ用第１流体室
８Ａ２    ウエハ用第２流体室
８Ｂ    リテーナリング用流体室
１０，４０，４５，５０    加圧流体路
１０ａ，１１ａ，４０ａ，４５ａ，５０ａ    チューブ
１０ｂ，１１ｂ，４０ｂ，４５ｂ，５０ｂ    コネクタ
１１    真空経路
１２    トップリング駆動軸
１４    自在継手部
１５    球面軸受機構
１６    駆動フランジ
１７    ベアリングボール
２０    回転伝達機構
２１    被駆動ピン
２３    ボルト
２３ａ    頭部
２４    圧縮コイルバネ
３１，３１Ａ，３１Ｂ    押え板
６０    流体圧バック
６１ａ    バック接触部
６１ｂ    ウエハ接触部
６２Ａ    第１リテーナリング
６２Ｂ    第２リテーナリング
１０１    ターンテーブル
１０２    研磨クロス
１０３    トップリングヘッド
１０４    トップリング用エアシリンダ
１０５    モータ
１０６    ストッパ
Ｗ    半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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