JP2003158105A - 基板保持装置及びポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハ等の研磨対象物の表面に形成さ
れた薄膜の膜厚分布に対応して研磨を行うことができ、
研磨後の膜厚の均一性を得ることができる基板保持装置
を提供する。 【解決手段】 ポリッシング対象物である半導体ウェハ
Ｗを保持して研磨面に押圧する基板保持装置において、
内部に収容空間を有するトップリング本体２と、トップ
リング本体２の収容空間内で上下動可能なチャッキング
プレート６とを備え、チャッキングプレート６の下面に
は、弾性膜９１を備えたリングチューブ９を取付け、リ
ングチューブ９の弾性膜９１は、外方に張り出したつば
９１ａを有すると共に半導体ウェハＷに直接的又は間接
的に当接する当接部９１ｂと、当接部９１ｂのつば９１
ａの基部９１ｄから上方に延びてチャッキングプレート
６に接続される接続部９１ｃとを備えた。接続部９１ｃ
は当接部９１ｂよりも伸縮性に富んでいる材質により形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリッシング対象
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
ポリッシング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
持装置を備えたポリッシング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（Chemical Mechanical
Polishing））である。この化学的機械的研磨は、ポリ
ッシング装置を用いて、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】この種のポリッシング装置は、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。このようなポリ
ッシング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】このようなポリッシング装置において、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印加される押圧力に応
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。

【０００７】また、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】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウェ
ハの表面に形成される薄膜は、成膜の際の方法や装置の
特性により、半導体ウェハの半径方向の位置によって膜
厚が異なる。即ち、半径方向に膜厚分布を持っている。
このため、上述したような従来の半導体ウェハの全面を
均一に押圧し研磨する基板保持装置では、半導体ウェハ
の全面に亘って均一に研磨されるため、上述した半導体
ウェハの表面上の膜厚分布と同じ研磨量分布を得ること
ができない。従って、従来のポリッシング装置では、上
記半径方向の膜厚分布には十分に対応することができ
ず、これが原因で研磨不足や過研磨が生じていた。

【０００９】また、成膜の方法や成膜装置の種類によ
り、上述した半導体ウェハの表面上の膜厚分布も異な
る。即ち、膜厚の厚い部分の半径方向の位置やその数、
及び膜厚の薄い部分と厚い部分との膜厚の差は、成膜の
方法や成膜装置の種類により異なっている。従って、あ
る特定の膜厚分布にのみ対応した基板保持装置ではな
く、様々な膜厚分布に容易かつ低コストで対応すること
ができる基板保持装置が要望されている。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、半導体ウェハ等の研磨対象物の
表面に形成された薄膜の膜厚分布に対応して研磨を行う
ことができ、研磨後の膜厚の均一性を得ることができる
基板保持装置及びポリッシング装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、
ポリッシング対象物である基板を保持して研磨面に押圧
する基板保持装置において、内部に収容空間を有するト
ップリング本体と、該トップリング本体の収容空間内で
上下動可能な上下動部材とを備え、上記上下動部材の下
面には、弾性膜を備えた当接部材を取付け、上記当接部
材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有すると共に上
記基板に直接的又は間接的に当接する当接部と、上記当
接部のつばの基部から上方に延びて上記上下動部材に接
続される接続部とを備え、上記接続部は上記当接部より
も伸縮性に富んだ材質で形成されていることを特徴とす
る基板保持装置である。

【００１２】このような構成により、基板に加える圧力
を独立に制御して、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力
を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくするこ
とが可能となるので、その部分の研磨レートを選択的に
高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に
依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可能
となる。更に、上下動部材を下方に押し付けて研磨を行
う場合においても、接続部が弾性変形しやすいので、当
接部に密着させた基板に過剰な下向きの力が加わること
がなく、つばの基部に挟まれた領域において均一な研磨
レートを実現することができる。また、上下動部材を上
方に持ち上げて研磨を行う場合においても、接続部が延
びやすく当接部に過剰な上向きの力が加わることがない
ので、つばの基部の近傍に真空が形成されることがな
く、基部に挟まれた領域において均一な研磨レートを実
現することができる。

【００１３】本発明の第２の態様は、ポリッシング対象
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
において、内部に収容空間を有するトップリング本体
と、該トップリング本体の収容空間内で上下動可能な上
下動部材とを備え、上記上下動部材の下面には、弾性膜
を備えた当接部材を取付け、上記当接部材の弾性膜は、
外方に張り出したつばを有すると共に上記基板に直接的
又は間接的に当接する当接部と、上記当接部のつばの基
部から上方に延びて上記上下動部材に接続される接続部
とを備え、上記接続部は上記当接部よりも厚さの薄い薄
肉部を有することを特徴とする基板保持装置である。

【００１４】このような構成により、成膜時の膜厚分布
に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可
能となると共に、上下動部材を下方に押し付けて研磨を
行う場合においても、薄肉部において接続部が変形しや
すくなるので、当接部に密着させた基板に過剰な下向き
の力が加わることがなく、つばの基部に挟まれた領域に
おいて均一な研磨レートを実現することができる。ま
た、上下動部材を上方に持ち上げて研磨を行う場合にお
いても、薄肉部が延びやすく当接部に過剰な上向きの力
が加わることがないので、つばの基部の近傍に真空が形
成されることがなく、基部に挟まれた領域において均一
な研磨レートを実現することができる。特に、薄肉部を
断面形状が内方にくびれるように形成すれば、これらの
効果がより効果的に発揮される。

【００１５】本発明の第３の態様は、ポリッシング対象
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
において、内部に収容空間を有するトップリング本体
と、該トップリング本体の収容空間内で上下動可能な上
下動部材とを備え、上記上下動部材の下面には、弾性膜
を備えた当接部材を取付け、上記当接部材の弾性膜は、
外方に張り出したつばを有すると共に上記基板に直接的
又は間接的に当接する当接部と、上記当接部のつばの基
部から上方に延びて上記上下動部材に接続される接続部
とを備え、上記当接部のつばの基部の下面の密着性を弱
めたことを特徴とする基板保持装置である。

【００１６】このような構成により、成膜時の膜厚分布
に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可
能となると共に、上下動部材を上方に持ち上げて研磨を
行う場合に、つばの基部が基板に密着しにくくなるの
で、つばの基部の近傍に真空が形成されにくくなる。従
って、基部に挟まれた領域において均一な研磨レートを
実現することができる。

【００１７】この場合において、上記当接部のつばの基
部の下面に上記基板に対しての密着性の低い中間部材を
介在させて上記つばの基部の下面の密着性を弱めること
ができる。あるいは、つばの基部の下面に例えば溝を形
成することによって、又は粗面にすることによって、つ
ばの基部と基板との密着性を弱めることもできる。

【００１８】本発明の第４の態様は、ポリッシング対象
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
において、内部に収容空間を有するトップリング本体
と、該トップリング本体の収容空間内で上下動可能な上
下動部材とを備え、上記上下動部材の下面には、弾性膜
を備えた当接部材を取付け、上記当接部材の弾性膜は、
外方に張り出したつばを有すると共に上記基板に直接的
又は間接的に当接する当接部と、上記当接部のつばの基
部から上方に延びて上記上下動部材に接続される接続部
とを備え、上記当接部のつばの基部に該弾性膜よりも硬
い材質で形成された硬質部材を埋設したことを特徴とす
る基板保持装置である。この場合において、上記硬質部
材が環状であることが好ましい。

【００１９】このような構成により、成膜時の膜厚分布
に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可
能となると共に、上下動部材を下方に押し付けて研磨を
行う場合においても、接続部による下向きの力が硬質部
材により分散されるので、当接部に密着させた基板に過
剰な下向きの力が加わることがなく、つばの基部に挟ま
れた領域において均一な研磨レートを実現することがで
きる。また、上下動部材を上方に持ち上げて研磨を行う
場合においても、硬質部材がつばの基部の近傍の変形を
抑制するので、つばの基部の近傍に真空が形成されるこ
とがなく、基部に挟まれた領域において均一な研磨レー
トを実現することができる。

【００２０】本発明の第５の態様は、ポリッシング対象
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
において、内部に収容空間を有するトップリング本体
と、該トップリング本体の収容空間内で上下動可能な上
下動部材とを備え、上記上下動部材の下面には、弾性膜
を備えた当接部材を取付け、上記当接部材の弾性膜は、
外方に張り出したつばを有すると共に上記基板に直接的
又は間接的に当接する当接部と、上記当接部のつばとの
間に溝を形成しつつ該つばの基部から外方に向かって該
つばの先端より内方の位置まで延びる延出部と、上記延
出部の外方端部から上方に延びて上記上下動部材に接続
される接続部とを備えたことを特徴とする基板保持装置
である。

【００２１】このような構成により、成膜時の膜厚分布
に依存せずに基板の全面に亘って過不足のない研磨が可
能となる。また、基板を当接部に密着させた後、上下動
部材を上方に持ち上げて研磨を行う場合には、接続部に
よる上向きの力が延出部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の基部に加えられることとな
る。従って、つばの基部に加わる上向きの力を極めて小
さくすることができ、当接部には過剰な上向きの力が加
わることがない。このため、基部の近傍に真空が形成さ
れることがなく、基部に挟まれた領域において均一な研
磨レートを実現することができる。

【００２２】本発明の好ましい一態様は、径方向内側に
位置する上記接続部の厚さと径方向外側に位置する上記
接続部の厚さとが異なることを特徴としている。この場
合において、上記径方向内側に位置する接続部の厚さが
上記径方向外側に位置する接続部の厚さよりも薄いこと
が好ましい。

【００２３】本発明の好ましい一態様は、径方向外側に
張り出した上記つばの長さと径方向内側に張り出した上
記つばの長さとが異なることを特徴としている。この場
合において、上記径方向外側に張り出したつばの長さが
上記径方向内側に張り出したつばの長さよりも長いこと
が好ましい。

【００２４】一般に、曲率の小さい円筒の方が曲率の大
きい円筒よりも剛性が大きいため、径方向内側に位置す
る接続部がつばの基部に加える上下方向の力は、径方向
外側に位置する接続部がつばの基部に加える力よりも大
きくなる。従って、上述のような構成により、径方向内
側のつばの基部と径方向外側のつばの基部とに加わる力
を同じレベルに調整することが可能となり、あるいは、
径方向外側のつばのシール性を高めることができ、基部
に挟まれた領域において均一な研磨レートを実現するこ
とができる。

【００２５】本発明の第６の態様は、上述した基板保持
装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備えたことを
特徴とするポリッシング装置である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基板保持装置
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、本発明に係る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１
０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。

【００２７】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ＳＵＢＡ
８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４
００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製
のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等
がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、
Ｓｕｒｆｉｎ ０００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。

【００２８】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１１
１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続
されており、レギュレータＲ１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
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。

【００２９】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１
１６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１
１６、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１
１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
固定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。

【００３０】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
本実施形態におけるトップリング１を示す縦断面図、図
３は図２に示すトップリング１の底面図である。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。

【００３１】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２
ａ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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】トップリング本体２及びトップリング本体
２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成さ
れた空間内には、トップリング１によって保持される半
導体ウェハＷの外周部に当接するシールリング４と、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６（上下動部材）とが収容されている。シールリン
グ４は、その外周部がホルダーリング５とホルダーリン
グ５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間
に挟み込まれており、チャッキングプレート６の外縁近
傍の下面を覆っている。このシールリング４の下端面
は、ポリッシング対象物である半導体ウェハＷの上面に
接する。なお、半導体ウェハＷの外縁にはノッチやオリ
エンテーションフラットと呼ばれる、半導体ウェハの向
きを認識（特定）するための切り欠きが設けられている
が、このようなノッチやオリエンテーションフラットよ
りもチャッキングプレート６の内周側にまでシールリン
グ４が延出していることが好ましい。

【００３５】なお、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、
フッ素系樹脂、エポキシ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。

【００３６】ホルダーリング５とトップリング本体２と
の間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されてい
る。この加圧シート７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の上端部５ａとストッパ
部５ｂ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７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３
１が連通されており、圧力室２１は流体路３１上に配置
されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接
続されている。なお、加圧シート７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。

【００３７】なお、加圧シート７がゴムなどの弾性体で
ある場合に、加圧シート７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７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７の固定
方法が用いられるとは限らない。

【００３８】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はシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３
２に連通されており、この流体路３２を介して洗浄液
（純水）が供給される。また、洗浄液路５１からハウジ
ング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５
３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はシール
リング４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。

【００３９】チャッキングプレート６と半導体ウェハＷ
との間に形成される空間の内部には、半導体ウェハＷに
当接する当接部材としてのセンターバッグ８及びリング
チューブ９が設けられている。本実施形態においては、
図２及び図３に示すように、センターバッグ８はチャッ
キングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチ
ューブ９はこのセンターバッグ８の周囲を取り囲むよう
にセンターバッグ８の外側に配置されている。なお、シ
ールリング４、センターバッグ８及びリングチューブ９
は、加圧シート７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。

【００４０】チャッキングプレート６と半導体ウェハＷ
との間に形成される空間は、上記センターバッグ８及び
リングチューブ９によって複数の空間に区画されてお
り、これによりセンターバッグ８とリングチューブ９の
間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力
室２３がそれぞれ形成されている。

【００４１】センターバッグ８は、半導体ウェハＷの上
面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保
持するセンターバッグホルダー８２とから構成されてい
る。センターバッグホルダー８２にはネジ穴８２ａが形
成されており、このネジ穴８２ａにネジ５５を螺合させ
ることにより、センターバッグ８がチャッキングプレー
ト６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。セ
ンターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッ
グホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成され
ている。

【００４２】同様に、リングチューブ９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
可能に保持するリングチューブホルダー９２とから構成
されている。リングチューブホルダー９２にはネジ穴９
２ａが形成されており、このネジ穴９２ａにネジ５６を
螺合させることにより、リングチューブ９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ている。リ
ングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチュー
ブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成され
ている。

【００４３】本実施形態では、センターバッグ８の弾性
膜８１とセンターバッグホルダー８２により圧力室２４
を、リングチューブ９の弾性膜９１とリングチューブホ
ルダー９２により圧力室２５をそれぞれ形成している
が、圧力室２２，２３についても同様に、弾性膜とこれ
を固定するホルダーを用いて圧力室を形成することがで
きる。また、適宜、弾性膜とホルダーを追加し、圧力室
を増やすことができるのは言うまでもない。

【００４４】圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及
び中間部圧力室２５には、チューブ、コネクタ等からな
る流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されて
おり、各圧力室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３
６上に配置されたレギュレータＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
を介して供給源としての圧縮空気源１２０に接続されて
いる。なお、上記流体路３１〜３６は、トップリングシ
ャフト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Ｒ１〜Ｒ６に接
続されている。

【００４５】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２２〜２５には、各圧力室に
連通される流体路３１，３３，３４，３５，３６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。図１に示す
ように、圧力室２１〜２５の流体路３１，３３，３４，
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に供給される加圧流体の圧力を調
整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の
内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にす
ることができるようになっている。このように、レギュ
レータＲ２〜Ｒ６によって各圧力室２１〜２５の内部の
圧力を独立に可変とすることにより、半導体ウェハＷを
研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの
部分ごとに調整することができる。なお、場合によって
は、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続す
ることとしてもよい。

【００４６】この場合において、各圧力室２２〜２５に
供給される加圧流体や大気圧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。

【００４７】チャッキングプレート６には、下方に突出
する内周部吸着部６１がセンターバッグ８とリングチュ
ーブ９との間に設けられており、また、下方に突出する
外周部吸着部６２がリングチューブ９の外側に設けられ
ている。本実施形態においては、８個の吸着部６１，６
２が設けられている。

【００４８】内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に
は、流体路３７，３８にそれぞれ連通する連通孔６１
ａ，６２ａがそれぞれ形成されており、内周部吸着部６
１及び外周部吸着部６２は流体路３７，３８及びバルブ
Ｖ１，Ｖ２を介して真空ポンプ等の真空源１２１に接続
されている。そして、内周部吸着部６１及び外周部吸着
部６２の連通孔６１ａ，６２ａが真空源１２１に接続さ
れると、連通孔６１ａ，６２ａの開口端に負圧が形成さ
れ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に半導体ウ
ェハＷが吸着される。なお、内周部吸着部６１及び外周
部吸着部６２の下端面には薄いゴムシート等からなる弾
性シート６１ｂ，６２ｂが貼着されており、内周部吸着
部６１及び外周部吸着部６２は半導体ウェハＷを柔軟に
吸着保持するようになっている。

【００４９】ここで、シールリング４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に取付けられたシールリング４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。ホルダーリング５のストッパ部５ｂには、その
外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設け
られており、この突起５ｃ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、上記ホ
ルダーリング５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】次に、このように構成されたトップリング
１の作用について詳細に説明する。上記構成のポリッシ
ング装置において、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の移送位置に位置さ
せ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６
１ａ，６２ａを流体路３７，３８を介して真空源１２１
に接続する。連通孔６１ａ，６２ａの吸引作用により内
周部吸着部６１及び外周部吸着部６２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の外周縁はリテーナリング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
なっている。

【００５１】研磨時には、吸着部６１，６２による半導
体ウェハＷの吸着を解除し、トップリング１の下面に半
導体ウェハＷを保持させると共に、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。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧
力室２４、及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力
の加圧流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１
００の研磨面に押圧する。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１
０１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。

【００５２】ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２及び
２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２
３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。
また、半導体ウェハＷの中心部圧力室２４の下方に位置
する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１を介して、
中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面
に押圧される。半導体ウェハＷの中間部圧力室２５の下
方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１を
介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力
で研磨面に押圧される。

【００５３】従って、半導体ウェハＷに加わる研磨圧力
は、各圧力室２２〜２５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の部分ご
とに調整することができる。即ち、レギュレータＲ３〜
Ｒ６によって各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体
の圧力をそれぞれ独立に調整し、半導体ウェハＷを研磨
テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力
を半導体ウェハＷの部分ごとに調整している。このよう
に、半導体ウェハＷの部分ごとに研磨圧力が所望の値に
調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の
上面の研磨パッド１０１に半導体ウェハＷが押圧され
る。同様に、レギュレータＲ１によってトップリング用
エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整
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の中心部
（図３のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、中間部
（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には半導体ウェハ
Ｗの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分
における研磨圧力の分布を所望の分布とすることができ
る。

【００５４】このように、半導体ウェハＷを同心の４つ
の円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区切り、それぞれの
部分を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レ
ートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存す
るが、上述したように各部分の押圧力を制御することが
できるので、半導体ウェハＷの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ
４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。
従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚
に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘っ
て研磨の不足や過研磨をなくすことができる。即ち、半
導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハ
Ｗの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合で
あっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、半導体ウェ
ハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の
圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あ
るいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方
に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低く
することにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を
膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすること
が可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高める
ことができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せ
ずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が
可能となる。

【００５５】半導体ウェハＷの周縁部に起こる縁だれ
は、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防
止することができる。また、半導体ウェハＷの周縁部に
おいて研磨すべき薄膜の膜厚に大きな変化がある場合に
は、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、ある
いは、小さくすることで、半導体ウェハＷの周縁部の研
磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室
２２〜２５に加圧流体を供給すると、チャッキングプレ
ート６は上方向の力を受けるので、本実施形態では、圧
力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各
圧力室２２〜２５からの力によりチャッキングプレート
６が上方に持ち上げられるのを防止している。

【００５６】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１０
１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空
気による半導体ウェハＷの部分ごとの研磨パッド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、半導体ウェハＷ
を内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に再
び真空吸着する。この時、半導体ウェハＷを研磨面に対
して押圧する各圧力室２２〜２５への加圧流体の供給を
止め、大気圧に開放することにより、内周部吸着部６１
及び外周部吸着部６２の下端面を半導体ウェハＷに当接
させる。また、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、半導体ウェハＷの内周部吸着部
６１及び外周部吸着部６２に当接している部分のみが、
研磨面に強く押圧されることになってしまうためであ
る。従って、圧力室２１の圧力を速やかに下げる必要が
あり、図２に示すように、圧力室２１からトップリング
本体２を貫くようにリリーフポート３９を設けて、圧力
室２１の圧力が速やかに下がるようにしてもよい。この
場合には、圧力室２１に圧力をかける際には流体路３１
から常に圧力流体を供給し続ける必要がある。また、リ
リーフポート３９は逆止弁を備えており、圧力室２１内
を負圧にする際には外気が圧力室２１に入らないように
している。

【００５７】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、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連
通孔６１ａ，６２ｂから半導体ウェハＷに流体（例え
ば、圧縮空気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。

【００５８】ところで、シールリング４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が侵入してくるが、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、
及びシールリング４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３２を介して洗浄液路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。また、次の研磨までに供給された純
水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３に
は図２に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ま
しい。更に、リテーナリング３、ホルダーリング５、及
び加圧シート７により形成される空間２６内に圧力がこ
もっていると、チャッキングプレート６の上昇を妨げる
こととなるので、スムーズにチャッキングプレート６を
上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２６を
大気と同圧にすることが好ましい。

【００５９】以上説明したように、本実施形態における
基板保持装置によれば、圧力室２２，２３、センターバ
ッグ８の内部の圧力室２４、及びリングチューブ９の内
部の圧力室２５の圧力を独立に制御することにより半導
体ウェハに対する押圧力を制御することができる。

【００６０】ここで、本実施形態におけるリングチュー
ブ９についてより詳細に説明する。なお、以下では、リ
ングチューブ９についてのみ説明するが、センターバッ
グ８についても同様に考えることができる。

【００６１】図４は図２に示すリングチューブ９を示す
縦断面図、図５は図４に示すリンクチューブ９の弾性膜
９１を示す縦断面図である。本実施形態におけるリング
チューブ９の弾性膜９１は、図４及び図５に示すよう
に、外方に張り出したつば９１ａを有する当接部９１ｂ
と、上記リングチューブホルダー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９１ｃとを有してい
る。つば９１ａの基部９１ｄから上方に向かって上記接
続部９１ｃが延びている。また、当接部９１ｂの下面は
半導体ウェハＷの上面に当接するようになっている。こ
れらのつば９１ａ、当接部９１ｂ、接続部９１ｃは同一
の材料で一体に形成されている。

【００６２】上述したように、半導体ウェハを研磨する
際、圧力室２２及びリングチューブ９を取り囲む圧力室
２３には加圧流体が供給される。これにより、つば９１
ａは、それぞれ圧力室２２，２３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、リング
チューブ９の内部の圧力室２５に供給される加圧流体の
圧力よりも、その周囲の圧力室２２又は２３に供給され
る加圧流体の圧力の方がかなり高い場合であっても、リ
ングチューブ９の下方に周囲の圧力の高い加圧流体が回
り込むことがない。従って、上記つば９１ａを設けるこ
とによって、各圧力室の圧力制御の幅を大きくすること
ができ、半導体ウェハの押圧をより安定的に行うことが
可能となっている。

【００６３】また、リングチューブ９の当接部９１ｂの
中央部には開口９１ｅが形成されており、当接部９１ｂ
の開口９１ｅを介して、中間部圧力室２５に供給される
加圧流体が半導体ウェハＷの上面に直接接触することと
なる。研磨中は、中間部圧力室２５に加圧流体が供給さ
れるため、この加圧流体によりリングチューブ９の当接
部９１ｂが半導体ウェハＷの上面に押し付けられる。従
って、このような開口９１ｅが形成されている場合であ
っても、中間部圧力室２５の内部の加圧流体が外部に漏
れることはほとんどない。また、半導体ウェハＷのリリ
ース時においては、上記開口９１ｅを介して半導体ウェ
ハＷに加圧流体による下方向の圧力を加えることができ
るので、半導体ウェハＷのリリースがよりスムーズにな
る。

【００６４】更に、上述したように、中間部圧力室２５
に供給される加圧流体の温度を制御し、被研磨面の裏側
から半導体ウェハＷの温度を制御する場合においては、
このような開口９１ｅをリングチューブ９の当接部９１
ｂに形成することによって、温度制御された加圧流体が
半導体ウェハＷに接触する面積を増やすことができるの
で、半導体ウェハＷの温度制御性を向上させることがで
きる。また、研磨終了後、半導体ウェハＷをリリースす
る際には、上記開口９１ｅを介して中間部圧力室２５が
それぞれ外気に開放されることとなるので、中間部圧力
室２５に供給された流体などがその内部にこもることが
ない。従って、連続して半導体ウェハＷを研磨する場合
においても温度制御の安定性を保つことができる。

【００６５】ここで、リングチューブ９の当接部９１ｂ
に上述したようなつば９１ａを設けると、圧力室２１に
圧力流体を供給してチャッキングプレート６を下方に押
し付けて研磨を行う場合、リングチューブ９のつば９１
ａの基部９１ｄの近傍において、接続部９１ｃによる下
向きの力が半導体ウェハＷに過剰にかかってしまい、こ
の部分の研磨レートが局所的に高くなってしまうことが
考えられる。

【００６６】一方、図６（ａ）乃至図６（ｃ）に示すよ
うに、半導体ウェハＷをリングチューブ９の当接部９１
ｂに密着させた後、圧力室２１に、圧力室２２〜２５に
かかる押圧力の合計より小さくなるように圧力を供給し
て、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、接続部９１ｃによる上向きの力が半導体ウェ
ハＷと密着しているつば９１ａの基部９１ｄの近傍に加
わり、基部９１ｄの近傍において真空９３が形成されて
（図６（ｃ）参照）、この部分の研磨レートが局所的に
低くなってしまうことが考えられる。

【００６７】これらの観点から、本実施形態では、リン
グチューブ９の接続部９１ｃを当接部９１ｂよりも伸縮
性に富んだ柔らかい材質で形成している。このようにす
ることで、チャッキングプレート６を下方に押し付けて
研磨を行う場合においても、接続部９１ｃが弾性変形し
やすいので、当接部９１ｂに密着させた半導体ウェハＷ
に過剰な下向きの力が加わることがなく、つば９１ａを
除く当接部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。また、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おいても、接続部９
１ｃが延びやすく当接部９１ｂに過剰な上向きの力が加
わることがないので、つば９１ａの基部９１ｄの近傍に
真空が形成されることがなく、つば９１ａを除く当接部
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。なお、接続部９１ｃの上下に延びる部分９１
ｆ（図５参照）だけを伸縮性に富んだ柔らかい材質で形
成してもよいし、これに加えてリングチューブホルダー
９２に保持される部分９１ｇも伸縮性に富んだ柔らかい
材質で形成してもよい。

【００６８】図７は、本発明の第２の実施形態における
リングチューブの弾性膜９１を示す縦断面図である。本
実施形態の接続部９１ｃは、当接部９１ｂの厚さよりも
薄い薄肉部９４を有している。この薄肉部９４は、図７
に示すように内方にくびれている。このような薄肉部９
４を設けることで、チャッキングプレート６を下方に押
し付けて研磨を行う場合においても、薄肉部９４におい
て接続部９１ｃが変形しやすくなるので、当接部９１ｂ
に密着させた半導体ウェハＷに過剰な下向きの力が加わ
ることがなく、つば９１ａを除く当接部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。ま
た、チャッキングプレート６を上方に持ち上げて研磨を
行う場合においても、薄肉部９４が延びやすく当接部９
１ｂに過剰な上向きの力が加わることがないので、つば
９１ａの基部９１ｄの近傍に真空が形成されることがな
く、つば９１ａを除く当接部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。特に、薄肉部９
４を断面形状が内方にくびれるように形成すれば、これ
らの効果がより効果的に発揮される。

【００６９】図８は、本発明の第３の実施形態における
リングチューブの弾性膜９１を示す縦断面図である。本
実施形態においては、つば９１ａの基部９１ｄの下面に
半導体ウェハＷに対して密着性の低い中間部材９５を取
付けている。この中間部材９５としては、ウェハＷとの
密着性が低いものであればどのようなものでもよく、例
えばセロハンテープなどを用いることができる。また厚
さは薄い程よく、０．２ｍｍ以下のものが好ましい。こ
のようにすることで、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、つば９１ａの基部９１ｄ
が半導体ウェハＷに密着しにくくなるので、つば９１ａ
の基部９１ｄの近傍に真空が形成されにくくなる。従っ
て、つば９１ａを除く当接部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。また、このよう
な中間部材９５を取付ける代わりに、つば９１ａの基部
９１ｄの下面に例えば溝を形成することによって、又は
粗面にすることによって、つば９１ａの基部９１ｄと半
導体ウェハＷとの密着性を弱めてもよい。

【００７０】図９は、本発明の第４の実施形態における
リングチューブの弾性膜９１を示す縦断面図である。本
実施形態においては、つば９１ａの基部９１ｄに弾性膜
９１よりも硬い材質（例えばステンレス）でできたリン
グ状の硬質部材９６を埋設している。このようにするこ
とで、チャッキングプレート６を下方に押し付けて研磨
を行う場合においても、接続部９１ｃによる下向きの力
が硬質部材９６により分散されるので、当接部９１ｂに
密着させた半導体ウェハＷに過剰な下向きの力が加わる
ことがなく、つば９１ａを除く当接部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。また、
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
場合においても、硬質部材９６がつば９１ａの基部９１
ｄの近傍の変形を抑制するので、つば９１ａの基部９１
ｄの近傍に真空が形成されることがなく、つば９１ａを
除く当接部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。

【００７１】図１０は、本発明の第５の実施形態におけ
るリングチューブの弾性膜９１を示す縦断面図である。
本実施形態は、上述の第１の実施形態の弾性膜９１にお
いて、径方向内側、即ち半導体ウェハＷの中心側に位置
する接続部９１ｈを、径方向外側に位置する接続部９１
ｉよりも薄くした例である。一般に、曲率の小さい円筒
の方が曲率の大きい円筒よりも剛性が大きいため、径方
向内側に位置する接続部がつばの基部に加える上下方向
の力は、径方向外側に位置する接続部がつばの基部に加
える力よりも大きくなる。従って、本実施形態のよう
に、径方向内側に位置する接続部９１ｈを径方向外側に
位置する接続部９１ｉよりも薄くすることで、これらの
接続部９１ｈ，９１ｉがつばの基部に加える上下方向の
力を同じレベルに調整することが可能となり、つば９１
ａを除く当接部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。また、第１の実施形態におい
て、径方向内側の接続部を径方向外側の接続部よりも伸
縮性に富んだ柔らかい材質で形成することでも同様の効
果が期待できる。

【００７２】図１１は、本発明の第６の実施形態におけ
るリングチューブの弾性膜９１を示す縦断面図である。
本実施形態は、上述の第１の実施形態の弾性膜９１にお
いて、径方向外側に張り出したつば９１ｊの長さを径方
向内側に張り出したつば９１ｋの長さよりも長くした例
である。このようにすることで、径方向外側のつば９１
ｊのシール性を高めることができ、つば９１ａを除く当
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。

【００７３】図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）は、本発明
の第７の実施形態におけるリングチューブを示す縦断面
図である。図１２（ａ）に示すように、本実施形態にお
けるリングチューブの弾性膜１９１は、外方に張り出し
たつば１９１ａを有する当接部１９１ｂと、つば１９１
ａとの間に溝１９２を形成しつつ、つば１９１ａの基部
１９１ｃから外方に延びる延出部１９１ｄと、リングチ
ューブホルダー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１９１ｅとを有している。延出部１９
１ｄは、つば１９１ａの基部１９１ｃから外方に向かっ
てつば１９１ａの先端よりも内方の位置まで延びてお
り、この延出部１９１ｄの外方端部から上方に向かって
上記接続部１９１ｅが延びている。これらのつば１９１
ａ、当接部１９１ｂ、接続部１９１ｅ、延出部１９１ｄ
は同一の材料で一体に形成されている。また、当接部１
９１ｂの中央部には開口１９１ｆが形成されている。

【００７４】このような構成とすることで、半導体ウェ
ハＷをリングチューブの当接部１９１ｂに密着させた
（図１２（ｂ）参照）後、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１９１ｅに
よる上向きの力が延出部１９１ｄ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１９１ａの基部１９１
ｃに加えられることとなる（図１２（ｃ）参照）。従っ
て、つば１９１ａの基部１９１ｃに加わる上向きの力を
極めて小さくすることができ、当接部１９１ｂ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１９
１ｃの近傍に真空が形成されることがなく、つば９１ａ
を除く当接部１９１ｂ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、上述した
第５及び第６の実施形態のように、接続部１９１ｅの厚
さやつば１９１ａ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１９１ｄ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１９１ａ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１９１ａのねじれを防ぐ
ため、厚くするのが好ましい。

【００７５】上述の実施形態では、流体路３１，３３，
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、上述した実施形態においては、センターバッグ８及
びリングチューブ９が直接半導体ウェハＷに接触する例
を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、
センターバッグ８及びリングチューブ９と半導体ウェハ
Ｗとの間に弾性パッドを介在させ、センターバッグ８及
びリングチューブ９が間接的に半導体ウェハＷに接触す
ることとしてもよい。また、上述した各実施形態を適宜
組み合わせることも可能である。

【００７６】また、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。

【００７７】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。

【００７８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、基板
に加える圧力を独立に制御して、膜厚の厚い部分の研磨
面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より
大きくすることが可能となるので、その部分の研磨レー
トを選択的に高めることができる。これにより、成膜時
の膜厚分布に依存せずに基板の全面に亘って過不足のな
い研磨が可能となる。更に、上下動部材を下方に押し付
けて研磨を行う場合においても、当接部に密着させた基
板に過剰な下向きの力が加わることがなく、基部に挟ま
れた領域において均一な研磨レートを実現することがで
きる。また、上下動部材を上方に持ち上げて研磨を行う
場合においても、当接部に過剰な上向きの力が加わるこ
とがないので、つばの基部の近傍に真空が形成されるこ
とがなく、基部に挟まれた領域において均一な研磨レー
トを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるポリッシング
装置の全体構成を示す断面図である。

【図２】図１のポリッシング装置における基板保持装置
を示す縦断面図である。

【図３】図２に示す基板保持装置の底面図である。

【図４】図２の基板保持装置におけるリングチューブを
示す縦断面図である。

【図５】図４に示すリングチューブの弾性膜を示す縦断
面図である。

【図６】リングチューブの弾性膜の変形状態を示す縦断
面図である。

【図７】本発明の第２の実施形態におけるリングチュー
ブの弾性膜を示す縦断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態におけるリングチュー
ブの弾性膜を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第４の実施形態におけるリングチュー
ブの弾性膜を示す縦断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態におけるリングチュ
ーブの弾性膜を示す縦断面図である。

【図１１】本発明の第６の実施形態におけるリングチュ
ーブの弾性膜を示す縦断面図である。

【図１２】本発明の第７の実施形態におけるリングチュ
ーブを示す縦断面図である。

【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 シールリング ５ ホルダーリング ５ａ 上端部 ５ｂ ストッパ部 ５ｃ 突起 ６ チャッキングプレート（上下動部材） ７ 加圧シート ８ センターバッグ（当接部材） ９ リングチューブ（当接部材） 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 ２１，２２，２３ 圧力室 ２４ 中心部圧力室 ２５ 中間部圧力室 ２６ 空間 ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８
流体路 ３９ リリーフポート ５１ 洗浄液路 ５２ 貫通孔 ５３ 連通孔 ５５，５６ ネジ ６１ 内周部吸着部 ６１ａ，６２ａ 連通孔 ６１ｂ，６２ｂ 弾性シート ６２ 外周部吸着部 ８１，９１ 弾性膜 ８２ センターバッグホルダー ８２ａ，９２ａ ネジ穴 ９１ａ，９１ｊ，９１ｋ，１９１ａ つば ９１ｂ，１９１ｂ 当接部 ９１ｃ，９１ｈ，９１ｉ，１９１ｅ 接続部 ９１ｄ，１９１ｃ 基部 ９１ｅ，１９１ｆ 開口 ９２ リングチューブホルダー ９４ 薄肉部 ９５ 中間部材 ９６ 硬質部材 １０１ 研磨パッド １００ 研磨テーブル 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 圧縮空気源（供給源） １２１ 真空源 １９１ 弾性膜 １９１ｄ 延出部 １９２ 溝 Ｇ 間隙 Ｑ 研磨液 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ レギュレータ Ｖ１，Ｖ２ バルブ Ｗ 半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 誠 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA12 BA05 BB04 BC01 CB01 DA02 DA17

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリッシング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において、 内部に収容空間を有するトップリング本体と、該トップ
   リング本体の収容空間内で上下動可能な上下動部材とを
   備え、 前記上下動部材の下面には、弾性膜を備えた当接部材を
   取付け、 前記当接部材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有す
   ると共に前記基板に直接的又は間接的に当接する当接部
   と、前記当接部のつばの基部から上方に延びて前記上下
   動部材に接続される接続部とを備え、 前記接続部は前記当接部よりも伸縮性に富んだ材質で形
   成されていることを特徴とする基板保持装置。
2. 【請求項２】 ポリッシング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において、 内部に収容空間を有するトップリング本体と、該トップ
   リング本体の収容空間内で上下動可能な上下動部材とを
   備え、 前記上下動部材の下面には、弾性膜を備えた当接部材を
   取付け、 前記当接部材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有す
   ると共に前記基板に直接的又は間接的に当接する当接部
   と、前記当接部のつばの基部から上方に延びて前記上下
   動部材に接続される接続部とを備え、 前記接続部は前記当接部よりも厚さの薄い薄肉部を有す
   ることを特徴とする基板保持装置。
3. 【請求項３】 前記薄肉部は断面形状が内方にくびれて
   いることを特徴とする請求項２に記載の基板保持装置。
4. 【請求項４】 ポリッシング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において、 内部に収容空間を有するトップリング本体と、該トップ
   リング本体の収容空間内で上下動可能な上下動部材とを
   備え、 前記上下動部材の下面には、弾性膜を備えた当接部材を
   取付け、 前記当接部材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有す
   ると共に前記基板に直接的又は間接的に当接する当接部
   と、前記当接部のつばの基部から上方に延びて前記上下
   動部材に接続される接続部とを備え、 前記当接部のつばの基部の下面の密着性を弱めたことを
   特徴とする基板保持装置。
5. 【請求項５】 前記当接部のつばの基部の下面に前記基
   板に対しての密着性の低い中間部材を介在させて前記つ
   ばの基部の下面の密着性を弱めたことを特徴とする請求
   項４に記載の基板保持装置。
6. 【請求項６】 ポリッシング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において、 内部に収容空間を有するトップリング本体と、該トップ
   リング本体の収容空間内で上下動可能な上下動部材とを
   備え、 前記上下動部材の下面には、弾性膜を備えた当接部材を
   取付け、 前記当接部材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有す
   ると共に前記基板に直接的又は間接的に当接する当接部
   と、前記当接部のつばの基部から上方に延びて前記上下
   動部材に接続される接続部とを備え、 前記当接部のつばの基部に該弾性膜よりも硬い材質で形
   成された硬質部材を埋設したことを特徴とする基板保持
   装置。
7. 【請求項７】 前記硬質部材が環状であることを特徴と
   する請求項６に記載の基板保持装置。
8. 【請求項８】 ポリッシング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において、 内部に収容空間を有するトップリング本体と、該トップ
   リング本体の収容空間内で上下動可能な上下動部材とを
   備え、 前記上下動部材の下面には、弾性膜を備えた当接部材を
   取付け、 前記当接部材の弾性膜は、外方に張り出したつばを有す
   ると共に前記基板に直接的又は間接的に当接する当接部
   と、前記当接部のつばとの間に溝を形成しつつ該つばの
   基部から外方に向かって該つばの先端より内方の位置ま
   で延びる延出部と、前記延出部の外方端部から上方に延
   びて前記上下動部材に接続される接続部とを備えたこと
   を特徴とする基板保持装置。
9. 【請求項９】 径方向内側に位置する前記接続部の厚さ
   と径方向外側に位置する前記接続部の厚さとが異なるこ
   とを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の
   基板保持装置。
10. 【請求項１０】 前記径方向内側に位置する接続部の厚
    さが前記径方向外側に位置する接続部の厚さよりも薄い
    ことを特徴とする請求項９に記載の基板保持装置。
11. 【請求項１１】 径方向外側に張り出した前記つばの長
    さと径方向内側に張り出した前記つばの長さとが異なる
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記
    載の基板保持装置。
12. 【請求項１２】 前記径方向外側に張り出したつばの長
    さが前記径方向内側に張り出したつばの長さよりも長い
    ことを特徴とする請求項１１に記載の基板保持装置。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至請求項１２のいずれか一
    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ポリッシング装置。