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JP2002079454A - Board holding device, and board polishing method and device using the same - Google Patents

Board holding device, and board polishing method and device using the same

Info

Publication number
JP2002079454A
JP2002079454A JP2000269506A JP2000269506A JP2002079454A JP 2002079454 A JP2002079454 A JP 2002079454A JP 2000269506 A JP2000269506 A JP 2000269506A JP 2000269506 A JP2000269506 A JP 2000269506A JP 2002079454 A JP2002079454 A JP 2002079454A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
polishing
substrate holding
holding device
annular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000269506A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Takahashi
一雄 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000269506A priority Critical patent/JP2002079454A/en
Publication of JP2002079454A publication Critical patent/JP2002079454A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同心円状に加工圧力を個々に制御できるよう
にして基板全面での膜厚分布を均一にすることができ、
さらに、研磨工具の研磨面に対する基板保持面の傾きや
基板自体のそり、うねり等を自動的にイコライズするこ
とを可能にして、基板の高精度な平坦化を可能にし、そ
して基板の着脱を容易化する。 【解決手段】 基板保持装置C1 は、基板保持面側が開
口された枠体1内に同心円状に区画された複数の流体室
2a、2b…と、複数の流体室2a、2b…のそれぞれ
に上下に移動可能に配置される複数の同心円状の環状ピ
ストン3a、3b…と、複数の流体室2a、2b…の各
内圧をそれぞれ増減して環状ピストン3a、3b…をそ
れぞれ個別に移動させる加減圧制御手段8とを備え、基
板Wを枠体1の内周側面1iに嵌合するとともに個々に
位置調整された複数の環状ピストン3a、3b…の表面
にバッキング材11を介して保持する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To make it possible to control the processing pressure concentrically and to make the film thickness distribution uniform over the entire surface of the substrate.
Furthermore, the inclination of the substrate holding surface with respect to the polishing surface of the polishing tool, the warpage of the substrate itself, undulations, etc. can be automatically equalized, enabling high-precision flattening of the substrate, and easy attachment and detachment of the substrate. Become A substrate holding apparatus C 1 has a plurality of fluid chambers 2a to the substrate holding surface side is partitioned concentrically apertured frame body 1, 2b ... and a plurality of fluid chambers 2a, 2b ... of the respective The plurality of concentric annular pistons 3a, 3b... Arranged movably up and down and the internal pressures of the plurality of fluid chambers 2a, 2b. The pressure reduction control means 8 is provided to hold the substrate W via the backing material 11 on the surfaces of the annular pistons 3a, 3b,.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Si、GaAs、
InP等の半導体ウエハあるいは表面上に複数の島状の
半導体領域が形成された石英やガラス基板等の基板を保
持するための基板保持装置ならびに該基板保持装置を用
いた基板研磨方法および基板研磨装置に関するものであ
る。
[0001] The present invention relates to Si, GaAs,
Substrate holding apparatus for holding a semiconductor wafer such as InP or a substrate such as a quartz or glass substrate having a plurality of island-shaped semiconductor regions formed on its surface, a substrate polishing method and a substrate polishing apparatus using the substrate holding apparatus It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの超微細化や多層配線化
が進み、Si、GaAs、InP等の半導体ウエハある
いは表面上に複数の島状の半導体領域が形成された石英
やガラス基板等の基板の外表面を高精度に平坦化するこ
とが求められている。さらに、SOIウエハの出現や3
次元集積化の必要性からも基板の外表面のグローバル平
坦化が望まれている。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices such as Si, GaAs, InP and the like or semiconductor substrates such as quartz or glass substrates having a plurality of island-shaped semiconductor regions formed on the surface thereof are becoming increasingly finer and multi-layered. It is required to flatten the outer surface with high precision. Furthermore, the emergence of SOI wafers and 3
From the necessity of three-dimensional integration, global flattening of the outer surface of the substrate is desired.

【0003】このような基板のグローバル平坦化はもち
ろんミクロな平坦化も可能な平坦化技術としては、例え
ば、次に説明するような化学機械研磨(CMP)装置が
知られている。
As a planarization technique capable of performing not only global planarization of a substrate but also microscopic planarization, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus as described below is known.

【0004】図11に図示する化学機械研磨装置(特開
平5−74749号公報参照)においては、加工面に研
磨クロス102が貼着された定盤101と、内部に圧力
流体112が密封された弾性体111を有するトップリ
ング110とを備え、定盤101の研磨クロス102上
に載置された半導体ウエハ103をトップリング110
の弾性体111により均一な押圧力(加工圧)で押圧
し、研磨剤(不図示)を供給しつつ定盤101を自転を
伴わない円運動させて半導体ウエハ103のデバイス面
を研磨するように構成されている。
In a chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 11 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-74749), a surface plate 101 having a polishing cloth 102 adhered to a processing surface and a pressure fluid 112 are sealed inside. And a top ring 110 having an elastic body 111. The semiconductor wafer 103 mounted on the polishing cloth 102 of the platen 101 is
The surface of the semiconductor wafer 103 is polished by rotating the platen 101 circularly without rotation while supplying a polishing agent (not shown) with a uniform pressing force (processing pressure) by the elastic body 111. It is configured.

【0005】さらに、図12に図示する化学機械研磨装
置(特開平8−257901号公報参照)においては、
各々自転するトップリング210とターンテーブル20
1とを備え、ターンテーブル201とトップリング21
0との間に半導体ウエハ203を介在させ、ノズル22
0より研磨剤221を供給しつつ所定の加工圧を与えて
半導体ウエハ203の表面を研磨するようにし、トップ
リング210の外周部に突設されたガイドリング213
の内径部に半導体ウエハ203を嵌合し、同心状に設け
られた複数の突出部212a、212b、212cの図
示下方への突出量を中心部の突出部212aが最大とな
るように段階的に変化させることにより、半導体ウエハ
203を凸面状に変形させた状態で押圧して研磨するよ
うに構成されている。
Further, in a chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 12 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-257901),
Top ring 210 and turntable 20 each rotating
1, the turntable 201 and the top ring 21
0, the semiconductor wafer 203 is interposed, and the nozzle 22
A predetermined processing pressure is applied while the abrasive 221 is supplied from above to polish the surface of the semiconductor wafer 203, and the guide ring 213 protruding from the outer periphery of the top ring 210 is provided.
The semiconductor wafer 203 is fitted to the inner diameter of the plurality of protrusions 212a, 212b, and 212c, and the amount of downward protrusion of the plurality of protrusions 212a, 212b, and 212c is adjusted stepwise so that the protrusion 212a at the center becomes maximum. By changing, the semiconductor wafer 203 is configured to be pressed and polished in a state where the semiconductor wafer 203 is deformed into a convex shape.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の化学機械研磨装置において、前者は、半導体ウ
エハ等の基板全体を同じ圧力で加圧するように構成さ
れ、また、後者は、同心状に設けられた複数の突出部の
下方への突出量を中心部の突出部が最大になるように段
階的に変化させることによって半導体ウエハを凸面状に
変形させた状態で押圧して研磨するように構成されてお
り、いずれも、基板の各部分の加圧力を選択的に制御し
て研磨の均一性を確保するような能動的な構成になって
おらず、しかも、研磨中に基板がトップリングから外れ
易いという問題点がある。
However, in the conventional chemical mechanical polishing apparatus described above, the former is configured to press the entire substrate such as a semiconductor wafer at the same pressure, and the latter is provided concentrically. A configuration in which the semiconductor wafer is pressed and polished in a deformed state by changing the amount of downward projection of the plurality of projected portions stepwise so that the projected portion at the center is maximized. None of them has an active configuration that selectively controls the pressing force of each part of the substrate to ensure uniformity of polishing, and furthermore, the substrate is moved from the top ring during polishing. There is a problem that it easily comes off.

【0007】また、前者は、トップリングへの基板の着
脱が難しく、後者は、基板の被研磨面が研磨工具である
ターンテーブルの研磨面(加工面)にならわず、例えば
層間絶縁膜の厚みがICチップ内の位置により異なって
しまうという問題点がある。
In the former case, it is difficult to attach and detach the substrate to and from the top ring. In the latter case, the surface to be polished of the substrate does not follow the polished surface (processed surface) of a turntable which is a polishing tool. There is a problem that the thickness varies depending on the position in the IC chip.

【0008】そこで、本発明は、前記の従来技術の有す
る問題点や未解決な課題に鑑みてなされたものであっ
て、研磨後の残膜量分布(研磨むら)の傾向が一般に基
板中心を対称点とする点対称になる現象に着眼して、同
心円状に加工圧を個々に制御することによって、基板全
面での膜厚分布を均一にすることができ、そして、研磨
中に基板を確実に保持できかつ基板の着脱を容易に行う
ことができ、さらに、研磨工具の研磨面に対する基板保
持面の傾きや基板自体のそり、うねり等を自動的にイコ
ライズすることが可能な基板保持装置を提供するととも
に、該基板保持装置を用いて基板の被研磨面を高精度に
研磨することができる基板研磨方法および基板研磨装置
を提供することを目的とするものである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems and unsolved problems of the prior art, and the tendency of the residual film amount distribution (polishing unevenness) after polishing is generally at the center of the substrate. Focusing on the point of symmetry, which is the point of symmetry, by controlling the processing pressure concentrically individually, the film thickness distribution over the entire surface of the substrate can be made uniform, and the substrate can be reliably secured during polishing. And a substrate holding device that can easily equalize the inclination of the substrate holding surface with respect to the polished surface of the polishing tool and the warp and undulation of the substrate itself. An object of the present invention is to provide a substrate polishing method and a substrate polishing apparatus capable of polishing a surface to be polished of a substrate with high accuracy using the substrate holding device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の基板保持装置は、基板保持面側が開口さ
れた凹所を有する枠体と、該枠体の凹所内に同心円状に
区画された複数の流体室と、該複数の流体室のそれぞれ
の内部に上下方向に移動可能に配置されるとともに少な
くとも基板保持面側の表面が平坦に形成されている複数
の同心円状の環状ピストンと、前記複数の流体室の各内
圧をそれぞれ増減して前記環状ピストンをそれぞれ個別
に移動させる加減圧制御手段とを備えていることを特徴
とする。
In order to achieve the above object, a substrate holding apparatus according to the present invention comprises a frame having a recess having an opening on the side of a substrate holding surface, and a concentric circle formed in the recess of the frame. A plurality of fluid chambers partitioned into a plurality of fluid chambers, and a plurality of concentric annular rings arranged inside each of the plurality of fluid chambers so as to be vertically movable and at least a surface on the substrate holding surface side is formed flat. It is characterized by comprising a piston and pressurizing / depressurizing control means for individually increasing and decreasing the internal pressure of each of the plurality of fluid chambers to individually move the annular piston.

【0010】本発明の基板保持装置において、枠体は、
基板を着脱自在に嵌合できる大きさの内周側面を備えて
いることが好ましい。
In the substrate holding device of the present invention, the frame is
It is preferable to have an inner peripheral side surface large enough to allow the board to be detachably fitted.

【0011】本発明の基板保持装置において、基板を着
脱自在に嵌合できる大きさの内周側面を有する環状のガ
イドリングを、複数の環状ピストンの最外周の環状ピス
トンの外側で枠体の基板保持面側に配設することが好ま
しい。
In the substrate holding apparatus of the present invention, an annular guide ring having an inner peripheral side having a size capable of removably fitting the substrate is provided on the outer side of the outermost annular piston of the plurality of annular pistons. It is preferable to dispose it on the holding surface side.

【0012】本発明の基板保持装置において、複数の同
心円状の環状ピストンは、それぞれ、各流体室内で傾動
できるように構成されていることが好ましく、また、枠
体は、基板保持面側と反対側の面に設けられかつ前記基
板保持面に保持する基板表面の略中心点を中心とする半
球状の軸受で支持されていることが好ましい。
In the substrate holding apparatus of the present invention, it is preferable that each of the plurality of concentric annular pistons is configured to be tiltable in each of the fluid chambers, and the frame body is opposite to the substrate holding surface side. It is preferable that the support is provided on a side surface and supported by a hemispherical bearing centered on a substantially center point of the substrate surface held on the substrate holding surface.

【0013】本発明の基板保持装置においては、上下方
向にそれぞれ移動可能な複数の環状ピストンは、各々上
限位置および下限位置が設定され、その移動範囲がそれ
ぞれ規制されていることが好ましく、また、複数の環状
ピストンのうち少なくとも1個の環状ピストンは、他の
環状ピストンに比して上方向に大きく移動しうるように
構成されていることが好ましく、さらに、複数の環状ピ
ストンのうち少なくとも1個の環状ピストンは、枠体ま
たはガイドリングの基板保持面側の表面の高さを基準に
して、−1mm〜10mmの範囲で独立して上下移動し
うるように構成され、他の環状ピストンは、それぞれ、
枠体またはガイドリングの基板保持面側の表面の高さを
基準にして、±1mmの範囲で独立して上下移動しうる
ように構成されていることが好ましい。
In the substrate holding apparatus of the present invention, it is preferable that the upper and lower positions of the plurality of annular pistons movable respectively in the vertical direction are set, and the movement ranges thereof are regulated respectively. It is preferable that at least one annular piston among the plurality of annular pistons is configured so as to be able to move largely upward in comparison to the other annular pistons, and at least one annular piston among the plurality of annular pistons is further arranged. Is configured to be able to independently move up and down within a range of -1 mm to 10 mm with reference to the height of the surface of the frame body or the guide ring on the substrate holding surface side. Respectively,
It is preferable that the frame or the guide ring is configured to be independently movable up and down within a range of ± 1 mm based on the height of the surface on the substrate holding surface side.

【0014】本発明の基板保持装置においては、複数の
環状ピストンの基板保持面側の各表面上にわたって単一
のバッキング材を配設することができ、また、複数の環
状ピストンのそれぞれの基板保持面側の表面上にそれぞ
れ別個のバッキング材を配設することもでき、あるい
は、±1mmの範囲で上下移動しうるように構成された
複数の環状ピストンの基板保持面側の表面上に単一のバ
ッキング材を配設し、−1mm〜10mmの範囲で上下
移動しうるように構成された少なくとも1個の環状ピス
トンの基板保持面側の表面上に前記単一のバッキング材
とは別のバッキング材を配設することもできる。
In the substrate holding apparatus of the present invention, a single backing material can be provided on each surface of the plurality of annular pistons on the substrate holding surface side. A separate backing material may be provided on the surface side, or a single backing material may be provided on the substrate holding surface side of a plurality of annular pistons configured to be able to move up and down within a range of ± 1 mm. A backing material different from the single backing material is provided on the surface of the at least one annular piston on the substrate holding surface side, which is configured to be able to move up and down in a range of -1 mm to 10 mm. Materials can also be provided.

【0015】本発明の基板保持装置においては、前記バ
ッキング材は、環状ピストンの基板保持面側の平面より
も摩擦係数の大きな材料で構成されていることが好まし
い。
In the substrate holding apparatus according to the present invention, it is preferable that the backing material is made of a material having a higher coefficient of friction than a flat surface of the annular piston on the substrate holding surface side.

【0016】本発明の基板保持装置においては、同心円
状に配置された複数の環状ピストンの各々がセグメント
状に分割された複数の扇状ピストンで構成され、各扇状
ピストンがそれぞれ同様に複数のセグメント状に分割さ
れて独立した扇状の流体室の内部に配置され、該扇状の
流体室の各々にそれぞれ個別に内圧を制御する加減圧流
体制御手段が接続されていることが好ましい。
In the substrate holding apparatus of the present invention, each of the plurality of concentrically arranged annular pistons is composed of a plurality of segmented pistons divided into segments, and each of the sectoral pistons is similarly divided into a plurality of segmented pistons. It is preferable that each of the fan-shaped fluid chambers is connected to pressurized / depressurized fluid control means for individually controlling the internal pressure.

【0017】本発明の基板研磨方法は、前述した基板保
持装置によって保持された基板を研磨工具の研磨面に対
して所定の加工圧を個々に独立して制御した状態で研磨
工具の研磨面に当接させ、基板の被研磨面と研磨工具の
研磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行うことを特
徴とする。
According to the substrate polishing method of the present invention, the substrate held by the above-described substrate holding device is applied to the polishing surface of the polishing tool while the predetermined processing pressure is independently controlled with respect to the polishing surface of the polishing tool. The polishing is performed while supplying the polishing agent between the polishing surface of the substrate and the polishing surface of the polishing tool.

【0018】本発明の基板研磨方法において、研磨済み
の基板を基板保持装置から離脱させる際に、前記基板保
持装置の複数の環状ピストンの内の少なくとも1つの環
状ピストンをその流体室の内圧を増大させて他の環状ピ
ストンに比して大きく突出させることが好ましい。
In the substrate polishing method of the present invention, when the polished substrate is separated from the substrate holding device, at least one of the plurality of annular pistons of the substrate holding device increases the internal pressure of the fluid chamber. Thus, it is preferable that the protrusion is made larger than other annular pistons.

【0019】本発明の基板研磨方法は、機能素子の形成
中または形成後の基板に適用することができ、さらに、
半導体、または表面に半導体膜を形成した絶縁性基板、
または表面に絶縁膜および/または金属膜が形成された
基板等に適用することができる。
The substrate polishing method of the present invention can be applied to a substrate during or after formation of a functional element.
A semiconductor, or an insulating substrate having a semiconductor film formed on its surface,
Alternatively, the present invention can be applied to a substrate or the like on which an insulating film and / or a metal film is formed.

【0020】本発明の基板研磨装置は、基板保持装置に
よって保持された基板の被研磨面を研磨工具の研磨面に
対して当接させ、基板の被研磨面と研磨工具の研磨面と
の間に研磨剤を供給しつつ研磨を行う基板研磨装置にお
いて、前記基板保持装置が請求項1ないし12のいずれ
か1項に記載の基板保持装置であることを特徴とする。
In the substrate polishing apparatus of the present invention, the polished surface of the substrate held by the substrate holding device is brought into contact with the polished surface of the polishing tool, and the polished surface of the substrate is polished between the polished surface of the polishing tool. In a substrate polishing apparatus for performing polishing while supplying an abrasive to the substrate, the substrate holding apparatus is the substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 12.

【0021】本発明の基板研磨装置において、研磨工具
は基板の口径の1〜2倍の口径を有する研磨面を備え、
研磨剤を供給する研磨剤供給路が前記研磨工具の中央部
に設けられ、基板の研磨に際して、研磨剤を前記研磨剤
供給路から基板の被研磨面上に供給することが好まし
い。
In the substrate polishing apparatus of the present invention, the polishing tool has a polishing surface having a diameter of 1 to 2 times the diameter of the substrate,
It is preferable that an abrasive supply path for supplying an abrasive is provided at a central portion of the polishing tool, and when polishing the substrate, the abrasive is supplied from the abrasive supply path onto the surface to be polished of the substrate.

【0022】[0022]

【作用】本発明によれば、基板保持装置の同心円状に区
画された複数の流体室内の各圧力を個別に制御すること
により、同心円状に複数配設された環状あるいは扇状の
ピストンの突出量をそれぞれ変化させ、基板のうねりや
そり等あるいは研磨むらに対応した研磨加工圧を設定す
ることができ、同心円状の研磨むらや局部的な研磨むら
をなくし、基板全面での膜厚分布を均一にし、被研磨面
を高精度に平坦化することができる。
According to the present invention, by individually controlling the pressures in a plurality of concentrically partitioned fluid chambers of the substrate holding apparatus, the projecting amounts of the plurality of concentrically arranged annular or fan-shaped pistons are controlled. Can be set to adjust the polishing pressure corresponding to the undulation or warpage of the substrate or the unevenness of polishing, eliminating concentric unevenness or local unevenness in polishing, and uniformizing the film thickness distribution over the entire surface of the substrate. The surface to be polished can be flattened with high precision.

【0023】また、基板保持装置の枠体またはガイドリ
ングの表面と研磨工具の研磨面の密着性は、基板保持装
置の球面座機構により均一化することができ、被研磨基
板表面と研磨面の密着性は、環状または扇状のピストン
の傾きで自動的に調整することができ、精密なイコライ
ズが自動的に行われ、被研磨面を高精度に平坦化するこ
とができる。さらに、各流体室内の圧力を個別に制御す
ることができるので、枠体またはガイドリングとは別に
個々のピストンの研磨加工圧を制御でき、被研磨面と枠
体またはガイドリングの平均高さも自由に制御できる。
これによって、従来難しいとされていた基板外周部分の
研磨の不均一性(エッジエクスクルージョン)を最小限
にすることが可能となる。
Further, the adhesion between the surface of the frame or guide ring of the substrate holding device and the polishing surface of the polishing tool can be made uniform by the spherical seat mechanism of the substrate holding device. Adhesion can be automatically adjusted by the inclination of the annular or fan-shaped piston, precise equalization is automatically performed, and the surface to be polished can be flattened with high precision. Furthermore, since the pressure in each fluid chamber can be individually controlled, the polishing pressure of each piston can be controlled separately from the frame or the guide ring, and the average height of the surface to be polished and the frame or the guide ring is also free. Can be controlled.
This makes it possible to minimize the nonuniformity (edge exclusion) of polishing on the outer peripheral portion of the substrate, which has been considered difficult in the past.

【0024】加えて、基板保持装置に保持する基板を離
脱させる際には、少なくとも一つの流体室内の圧力を増
圧してその環状あるいは複数の扇状のピストンの突出量
を増大させることにより、基板を枠体またはガイドリン
グから離間した位置に突き出して容易に離脱させること
ができ、研磨後の基板の表面を吸着させずに離脱できる
ので、基板表面のマイクロスクラッチやコンタミネーシ
ョンの低減が可能となるなどの効果がある。
In addition, when the substrate held by the substrate holding device is released, the pressure in at least one of the fluid chambers is increased to increase the amount of protrusion of the annular or plural fan-shaped pistons. It can be easily detached by projecting to a position away from the frame or guide ring, and can be detached without adsorbing the surface of the polished substrate, so that micro scratches and contamination on the substrate surface can be reduced, etc. Has the effect.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0026】図1は、本発明の基板研磨装置を構成する
基板保持装置の一実施例を概略的に示す構成図であり、
図2は、図1に図示する基板保持装置の一部を破断して
示す斜視図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a substrate holding device constituting a substrate polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the substrate holding device shown in FIG.

【0027】図1および図2に図示する基板保持装置C
1 は、基板保持面側が開口された凹所を有するとともに
その基板保持面側の内周側面1iが基板Wを着脱自在に
嵌合することができる大きさに設定されている枠体1
と、枠体1の凹所内に同心円状に設けられた複数の隔壁
1a〜1fにより区画された複数(図においては6個)
の環状の流体室(シリンダー)2a〜2fと、各流体室
2a〜2f内にそれぞれ上下動可能に嵌合され、少なく
とも基板保持面側の面が平坦に形成された複数(図にお
いては6個)の輪体の環状ピストン3a〜3fと、各流
体室2a〜2fの内圧を個別に加圧および減圧すること
ができるように各流体室2a〜2fにそれぞれ流体供給
路4a〜4fおよび流体排出路5a〜5fを介して接続
される加減圧制御手段8を備え、基板保持面側に露出す
る環状ピストン3a〜3fの平坦な面にはバッキング材
11が配設されている。
The substrate holding device C shown in FIGS. 1 and 2
1 is a frame body 1 having a recess with an opening on the substrate holding surface side and having an inner peripheral side surface 1i on the substrate holding surface side set to a size capable of detachably fitting the substrate W.
And a plurality (six in the figure) partitioned by a plurality of partition walls 1a to 1f provided concentrically in a recess of the frame body 1.
Annular fluid chambers (cylinders) 2a to 2f, each of which is vertically movably fitted into each of the fluid chambers 2a to 2f, and has at least a flat surface at least on the substrate holding surface side (six in the figure). ), The fluid supply passages 4a to 4f and the fluid discharge to the respective fluid chambers 2a to 2f so that the internal pressures of the annular pistons 3a to 3f and the respective fluid chambers 2a to 2f can be individually increased and decreased. A pressure control unit 8 is connected via the passages 5a to 5f, and a backing material 11 is provided on the flat surfaces of the annular pistons 3a to 3f exposed on the substrate holding surface side.

【0028】加減圧制御手段8は、加圧制御手段9と減
圧制御手段10を備え、加圧制御手段9は、制御弁6a
〜6fがそれぞれ設けられている流体供給路4a〜4f
を介して、各流体室2a〜2fにそれぞれ接続され、各
流体室2a〜2f内に導入する加圧流体の流量等を各制
御弁6a〜6fによって個別に制御することにより、各
流体供給路4a〜4fの内圧を個別に増圧するように構
成され、また、減圧制御手段10は、制御弁7a〜7f
がそれぞれ設けられている流体排出路5a〜5fを介し
て、各流体室2a〜2fにそれぞれ接続され、各流体室
2a〜2f内から排出する加圧流体の流量等を各制御弁
7a〜7fによって個別に制御することにより、流体供
給路4a〜4fの内圧を個別に減圧するように構成され
ている。
The pressurizing / depressurizing control means 8 includes a pressurizing control means 9 and a depressurizing control means 10, and the pressurizing control means 9 includes a control valve 6a.
Fluid supply passages 4a to 4f provided with
Is connected to each of the fluid chambers 2a to 2f through the control valve 6a to 6f, and the flow rate of the pressurized fluid introduced into each of the fluid chambers 2a to 2f is individually controlled by each of the control valves 6a to 6f. 4a to 4f are individually configured to increase the internal pressure, and the pressure reduction control means 10 includes control valves 7a to 7f.
Are connected to the respective fluid chambers 2a to 2f via fluid discharge paths 5a to 5f provided respectively, and control the flow rate of the pressurized fluid discharged from the respective fluid chambers 2a to 2f and the like to the respective control valves 7a to 7f. , The internal pressures of the fluid supply paths 4a to 4f are individually reduced.

【0029】各流体室2a〜2fの内圧を増減すること
により各流体室2a〜2f内をそれぞれ上下動する複数
の環状ピストン3a〜3fは、上下方向の移動範囲を規
制しかつ各ピストンの離脱を防止するように、外方側面
に外方へ突出するフランジ12a〜12fがそれぞれ設
けられており、枠体1の中央部に位置する第1の環状ピ
ストン3aのフランジ12aは、環状ピストン3aの外
側の第2の環状ピストン3bの内周面上部に設けられて
いる凸部13bと枠体1の隔壁1bの上端縁との間に位
置付けられおり、第1の環状ピストン3aのフランジ1
2aが第2の環状ピストン3bの凸部13bに当接する
位置が第1の環状ピストン3aの移動範囲の上限であ
り、フランジ12aが隔壁1bの上端縁に当接する位置
が第1の環状ピストン3aの移動範囲の下限となる。第
2の環状ピストン3bに関しては、そのフランジ12b
が、その外側の第3の環状ピストン3cの内周面上部に
設けられている凸部13cに当接する位置と隔壁1cの
上端縁に当接する位置の間を移動することができるよう
に構成され、第3〜第5の環状ピストン3c〜3eにお
いても同様に構成されており、最外周の第6の環状ピス
トン3fにおいては、フランジ12fは、枠体1の内周
側面1iに設けられている窪み1j内に位置付けられ、
第6の環状ピストン3fの上下方向の移動範囲は窪み1
jによりその上限および下限の位置が設定される。
The plurality of annular pistons 3a to 3f, which move up and down in the fluid chambers 2a to 2f by increasing and decreasing the internal pressure of the fluid chambers 2a to 2f, respectively, regulate the vertical movement range and separate the pistons. Flanges 12a to 12f are respectively provided on the outer side surfaces to prevent the outer peripheral side, and the flange 12a of the first annular piston 3a located at the center of the frame 1 is The flange 1 of the first annular piston 3a is located between the protrusion 13b provided on the inner peripheral surface of the outer second annular piston 3b and the upper end edge of the partition 1b of the frame 1.
The position where 2a abuts on the projection 13b of the second annular piston 3b is the upper limit of the movement range of the first annular piston 3a, and the position where the flange 12a abuts on the upper edge of the partition 1b is the first annular piston 3a. Is the lower limit of the movement range. As for the second annular piston 3b, its flange 12b
Is configured to be able to move between a position where it comes into contact with the convex portion 13c provided on the upper inner peripheral surface of the outer third annular piston 3c and a position where it comes into contact with the upper edge of the partition wall 1c. The same applies to the third to fifth annular pistons 3c to 3e. In the outermost sixth annular piston 3f, the flange 12f is provided on the inner peripheral side surface 1i of the frame 1. Located in the depression 1j,
The vertical movement range of the sixth annular piston 3f is a depression 1
j sets the positions of the upper and lower limits.

【0030】以上のように、複数の環状ピストン3a〜
3fは、それぞれ、流体室2a〜2f内で上限および下
限の位置が規制された状態で上下方向に移動可能であ
り、少なくとも1個の環状ピストン(本実施例において
は、中央の第1の環状ピストン3a)については、枠体
1の周縁部表面1hの高さを基準にして、下方には他の
環状ピストンと同様に約1mm移動しうるように構成さ
れ、上方には約10mm程度移動しうるように構成さ
れ、すなわち、枠体1の周縁部表面1hの高さを基準に
して、−1〜10mmの範囲で移動しうるように構成さ
れている。その他の環状ピストン(本実施例において
は、第2〜第6の環状ピストン3b〜3f)は、それぞ
れ個別に、枠体1の周縁部表面1hの高さを基準にして
上下にそれぞれ約1mmの範囲(すなわち、枠体1の周
縁部表面1hの高さを基準にして、±1mmの範囲)で
移動しうるように構成されている。したがって、本実施
例においては、図3に図示するように、中央の第1の環
状ピストン3aを、他の環状ピストンに比べて大きく突
出させることができ、基板Wを基板保持装置C1 から離
脱させる際に特に有効である。
As described above, the plurality of annular pistons 3a to 3a
3f is movable in the vertical direction in a state where the upper and lower positions are restricted in the fluid chambers 2a to 2f, and at least one annular piston (in the present embodiment, the central first annular member). The piston 3a) is configured so as to be able to move downward by about 1 mm like the other annular pistons, and to move upward by about 10 mm, based on the height of the peripheral surface 1h of the frame body 1. That is, it is configured to be movable in a range of -1 to 10 mm based on the height of the peripheral edge surface 1h of the frame 1. The other annular pistons (in the present embodiment, the second to sixth annular pistons 3b to 3f) are individually individually about 1 mm up and down with respect to the height of the peripheral surface 1h of the frame 1. It is configured to be able to move within a range (that is, a range of ± 1 mm based on the height of the peripheral surface 1h of the frame 1). Accordingly, in this embodiment, as shown in FIG. 3 disengaged, the first annular piston 3a of the center, can be projected larger than the other annular piston, the substrate W from the substrate holding device C 1 It is particularly effective in causing the above.

【0031】また、基板保持装置C1 においては、図4
の(a)に図示するように、基板保持面と反対側の面
に、基板保持面に保持する基板表面の略中心点を中心と
する半球面状に形成された軸受(球面座)を備えたイコ
ライズ機構(以下、球面座機構という)15を配設し、
基板保持装置の平行度の誤差を補正することができるよ
うに構成されている。また、隣接する環状ピストン3a
〜3fの両側面間にはそれぞれギャップGpが設けら
れ、さらに、流体室2a〜2fを区画する隔壁1b〜1
fおよび枠体1の内周側面1iと環状ピストン3a〜3
fの側面との間にはそれぞれギャップGsが設けられて
いる。これらのギャップGp、Gsは、それぞれ、50
〜300μm程度、5〜50μm程度の大きさとするこ
とが好ましい。このように隣接する環状ピストン間およ
び環状ピストンと流体室の隔壁との間にそれぞれギャッ
プGp、Gsを設けることによって、各環状ピストン3
a〜3fはそれぞれ図4の(b)に示すように傾斜する
ことができ、各環状ピストン3a〜3fの基板支持面側
の平面は全体として図4の(b)にTとして示すように
傾斜することが可能な構造とする。
Further, in the substrate holding apparatus C 1, FIG. 4
(A), a bearing (spherical seat) formed on a surface opposite to the substrate holding surface and formed in a hemispherical shape centered on a substantially center point of the substrate surface held on the substrate holding surface. And an equalizing mechanism (hereinafter referred to as a spherical seat mechanism) 15 is provided,
The configuration is such that an error in the parallelism of the substrate holding device can be corrected. In addition, the adjacent annular piston 3a
Gaps Gp are provided between both side surfaces of the fluid chambers 2a to 3f.
f, the inner peripheral side surface 1i of the frame 1 and the annular pistons 3a to 3
A gap Gs is provided between each of the side surfaces f. These gaps Gp and Gs are 50
Preferably, the size is about 300 μm, and about 5 μm to 50 μm. By providing the gaps Gp and Gs between the adjacent annular pistons and between the annular piston and the partition of the fluid chamber in this manner, each annular piston 3
a to 3f can be respectively inclined as shown in FIG. 4B, and the planes on the substrate supporting surface side of the respective annular pistons 3a to 3f are all inclined as shown as T in FIG. 4B. And a structure that can be used.

【0032】各環状ピストン3a〜3fの上下方向の移
動を制御する加圧流体が流体室2a〜2fからギャップ
Gsを介して流出するときに該加圧流体を側方外部へ排
出するための貫通孔14a〜14f、14gが、各環状
ピストン3a〜3fおよび枠体1にそれぞれ数箇所、例
えば、円周方向に60°、90°あるいは120°間隔
で、設けられている。このように貫通孔14a、14b
……を設けることにより、基板保持装置C1 により保持
する基板Wの研磨加工時に貫通孔14a、14b…を介
して常に流出する加圧流体によって、加工中に使用する
研磨剤(スラリー)がギャップGp、Gsへさらに流体
室2a〜2fへ流入することを防ぐ効果がある。
When the pressurized fluid for controlling the vertical movement of each of the annular pistons 3a to 3f flows out of the fluid chambers 2a to 2f through the gap Gs, the through-hole for discharging the pressurized fluid to the side outside. Holes 14a to 14f and 14g are provided in each of the annular pistons 3a to 3f and the frame 1 at several positions, for example, at intervals of 60 °, 90 ° or 120 ° in the circumferential direction. Thus, the through holes 14a, 14b
...... By providing, polishing time in the through hole 14a of the substrate W held by the substrate holding device C 1, the pressurized fluid always flows out through 14b ..., polishing agent used during processing (slurry) gap This has the effect of preventing Gp and Gs from further flowing into the fluid chambers 2a to 2f.

【0033】以上のように構成される基板保持装置C1
は、各流体室2a〜2f内に導入する加圧流体の流量等
を各流体供給路4a〜4fの各制御弁6a〜6fにより
個別に制御して各流体室2a〜2fの内圧を個別に増圧
することにより、各環状ピストン3a〜3fの基板保持
面側への突出変形量を変化させることができ、さらに、
各流体室2a〜2f内から排出する加圧流体の流量等を
各流体排出路5a〜5fの各制御弁7a〜7fにより個
別に制御して各流体室2a〜2fの内圧を個別に減圧す
ることにより、各環状ピストン3a〜3fの基板保持面
側の窪み変形量を変化させることができる。
The substrate holding device C 1 configured as described above.
Individually controls the flow rate of the pressurized fluid introduced into each of the fluid chambers 2a to 2f by each of the control valves 6a to 6f of each of the fluid supply passages 4a to 4f to individually control the internal pressure of each of the fluid chambers 2a to 2f. By increasing the pressure, the amount of deformation of each of the annular pistons 3a to 3f protruding toward the substrate holding surface can be changed.
The flow rate of the pressurized fluid discharged from each of the fluid chambers 2a to 2f is individually controlled by each of the control valves 7a to 7f of each of the fluid discharge paths 5a to 5f to reduce the internal pressure of each of the fluid chambers 2a to 2f individually. Thereby, the amount of dent deformation on the substrate holding surface side of each of the annular pistons 3a to 3f can be changed.

【0034】したがって、基板保持装置C1 に基板Wを
装着保持する際には、各流体室2a〜2fの内圧を個別
に調節して、図1に図示するように、各環状ピストン3
a〜3fの基板保持側の平面およびバッキング材11の
表面を枠体1の周縁部表面1hよりやや下方に位置する
ようにし、枠体1の内周側面1iに基板Wを挿入嵌合
し、基板Wの上面(被研磨面)が枠体1の周縁部表面1
hから僅かに突き出た状態で着脱自在に保持する。この
とき、基板Wの裏面がバッキング材11の表面に密着す
るように各流体室2a〜2fの環状ピストン3a〜3f
の突出変形量を制御する。なお、バッキング材11とし
ては、複数の環状ピストン3a〜3fの基板保持側の各
平面にわたって単一のバッキング材を配設することもで
きるし、また、複数の環状ピストン3a〜3fのそれぞ
れの平面に個々に独立したバッキング材を配設すること
もできる。さらに、少なくとも1個の環状ピストン(本
実施例では、中央の第1環状ピストン3a)の平面に配
置するバッキング材を、他の環状ピストンの平面に配置
するバッキング材と切り離して別のバッキング材とする
こともできる。このように中央の第1環状ピストン3a
上に独立したバッキング材11を配置することで、第1
環状ピストン3aを図3に示すように上方へ大きく突出
させるときに、他の環状ピストン3b〜3f上のバッキ
ング材11に影響を与えることなくスムーズに移動させ
ることができ、バッキング材11上に載置する基板Wを
位置ずれさせることなく移動させることが可能となる。
また、バッキング材11は、環状ピストン3a〜3fの
基板保持側の平面よりも摩擦係数の大きな材料で構成す
ると基板Wとの密着性を高めることができる。
[0034] Therefore, when mounting and holding the substrate W on the substrate holding device C 1 can adjust the internal pressure of each fluid chamber 2a~2f individually, as shown in FIG. 1, each annular piston 3
The substrate W on the substrate holding side of a to 3f and the surface of the backing material 11 are positioned slightly below the peripheral surface 1h of the frame 1, and the substrate W is inserted and fitted into the inner peripheral side surface 1i of the frame 1. The upper surface (polished surface) of the substrate W is the peripheral surface 1 of the frame 1
h and is detachably held in a state of slightly protruding from h. At this time, the annular pistons 3a to 3f of the fluid chambers 2a to 2f are so arranged that the back surface of the substrate W is in close contact with the surface of the backing material 11.
The amount of projecting deformation of is controlled. In addition, as the backing material 11, a single backing material can be provided over each plane on the substrate holding side of the plurality of annular pistons 3a to 3f, or the respective planes of the plurality of annular pistons 3a to 3f can be arranged. Independent backing materials can be provided for each. Further, the backing material arranged on the plane of at least one annular piston (in this embodiment, the first annular piston 3a at the center) is separated from the backing material arranged on the plane of the other annular piston to form another backing material. You can also. Thus, the central first annular piston 3a
By placing the independent backing material 11 on the top, the first
When the annular piston 3a is largely protruded upward as shown in FIG. 3, the annular piston 3a can be smoothly moved without affecting the backing material 11 on the other annular pistons 3b to 3f. The substrate W to be placed can be moved without being displaced.
Further, when the backing material 11 is made of a material having a larger coefficient of friction than the flat surface of the annular pistons 3a to 3f on the substrate holding side, the adhesion to the substrate W can be improved.

【0035】また、基板保持装置C1 は、図4の(a)
および(b)に図示するように、複数の環状ピストン3
a〜3fをそれぞれ傾斜しうるように構成するととも
に、球面座機構15を備えていることによって、基板W
の研磨に際して研磨工具の研磨面(研磨パッド)が構成
する基準平面に対して基板保持面や基板被研磨面の平行
度の誤差を自動的に補正することができる。すなわち、
基板保持装置C1 に基板Wを装着した際に、図5の
(a)に示すように、研磨工具の研磨面(研磨パッド)
が構成する基準平面に対して基板保持装置C1 の平行度
および基板Wの平行度の誤差があるとき、基板保持装置
1 の平行度の誤差は、基板保持装置C1 の枠体1の周
縁部表面1hを研磨工具の研磨面に当接させて押し付け
ることにより、同図(b)に示すように、球面座機構1
5によって、基板保持装置C1 の枠体1の周縁部表面1
hが研磨工具の研磨面が構成する基準平面に沿うように
基板保持装置C1 の傾きを自動的に補正することができ
る。さらに、基板Wの平行度の誤差、バッキング材11
の平行度の誤差、あるいは各環状ピストン3a〜3fの
表面の平行度の誤差等は、同図(c)に示すように、各
環状ピストン3a〜3fにより基板Wの被研磨面を研磨
面が構成する基準平面に対して均等な力で押し付けるよ
うに当接させることによって、各環状ピストン3a〜3
fがそれぞれ傾斜することにより、自動的に補正するこ
とができる。このように、研磨工具の研磨面が構成する
基準平面に対する平行度の補正に関して、球面座機構で
支持された基板保持装置全体を研磨面と平行に自動的に
イコライズすることができ、また、基板自体に存在する
そりやうねりに対しては、そりやうねりに応じた環状ピ
ストンの傾きにより枠体とは独立して精密なイコライズ
が自動的に行われる。このように、傾きの誤差の発生個
所によって異なる補正機構で補正することにより、基板
の被研磨面を高精度に平坦化することが可能となり、研
磨の均一性を向上させることができる。
The substrate holding device C 1 is shown in FIG.
And (b), as shown in FIG.
a to 3f can be tilted and the spherical seat mechanism 15 is provided so that the substrate W
When polishing, the parallelism error between the substrate holding surface and the substrate polished surface with respect to the reference plane formed by the polishing surface (polishing pad) of the polishing tool can be automatically corrected. That is,
When mounting the substrate W on the substrate holding device C 1, as shown in (a) of FIG. 5, the polishing surface of the polishing tool (polishing pad)
When There there is an error in the parallelism of the parallelism and the substrate W of the substrate holding device C 1 with respect to the reference planes constituting, the parallelism of the substrate holding device C 1 error, the frame 1 of the substrate holding device C 1 By pressing the peripheral surface 1h against the polishing surface of the polishing tool and pressing it, as shown in FIG.
5, the peripheral surface 1 of the frame 1 of the substrate holding device C1.
h can polishing surface of the polishing tool to automatically correct the tilt of the substrate holding device C 1 along the reference plane configuration. Furthermore, the error of the parallelism of the substrate W, the backing material 11
Of the parallelism or the parallelism error of the surfaces of the annular pistons 3a to 3f, as shown in FIG. 3C, the polished surface of the substrate W is polished by the annular pistons 3a to 3f. The annular pistons 3a to 3a-3 are brought into contact with each other so as to be pressed against the reference plane to be constituted by an equal force.
The correction can be made automatically by each inclination of f. In this manner, with respect to the correction of the parallelism with respect to the reference plane formed by the polishing surface of the polishing tool, the entire substrate holding device supported by the spherical seat mechanism can be automatically equalized in parallel with the polishing surface. For a warp or undulation existing in itself, precise equalization is automatically performed independently of the frame body by the inclination of the annular piston according to the warp or swell. As described above, by performing the correction using a different correction mechanism depending on the position where the tilt error occurs, the polished surface of the substrate can be flattened with high accuracy, and the uniformity of polishing can be improved.

【0036】以上のように、基板保持装置C1 により基
板Wを保持して研磨する際に、基板保持装置C1 は精密
なイコライズが自動的に行われた状態で基板Wを保持し
て基板Wの研磨を行うことができ、このとき、基板Wは
被研磨面が枠体1の周縁部表面1hから僅かに突き出た
状態で保持されて研磨されることから、基板Wの外周端
の研磨量をも制御することができる。さらに、研磨によ
り残膜量分布(研磨むら)が生じた際には、研磨むらの
傾向は一般に基板中心を対称点とする点対称になる現象
であるので、同心円状に配列された複数の環状ピストン
3a〜3fのそれぞれの突出変形量を研磨むらに応じて
個別に制御して、同心円状に加工圧を制御することによ
って、基板全面での膜厚分布を均一にし、基板の被研磨
面を高精度に平坦化することができる。
[0036] As described above, when polishing while holding the substrate W by the substrate holding device C 1, the substrate holding device C 1 is holding the substrate W in a state where precise equalization is automatically performed board W can be polished, and at this time, the substrate W is polished while being held with the surface to be polished slightly protruding from the peripheral surface 1h of the frame 1, so that the outer peripheral edge of the substrate W is polished. The amount can also be controlled. Furthermore, when the residual film amount distribution (polishing unevenness) occurs due to polishing, the tendency of the polishing unevenness is generally a point symmetry with respect to the center of the substrate as a point of symmetry, so that a plurality of concentrically arranged annular rings are formed. The protrusion deformation amount of each of the pistons 3a to 3f is individually controlled in accordance with the polishing unevenness, and the processing pressure is concentrically controlled, so that the film thickness distribution over the entire substrate is made uniform, and the polished surface of the substrate is formed. Flattening can be performed with high precision.

【0037】また、基板Wを基板保持装置C1 から離脱
させる際には、図3に示すように、枠体1の中央部に配
置されている第1の環状ピストン3aを、第1の流体室
2a内に導入される加圧流体の流量等を増大させてその
内圧を増圧して、図示上方へ突出変形させることによ
り、バッキング材11の中央部も同様に図示上方へ向け
て凸面状に変形し、基板Wを枠体1の周縁部表面1hか
ら上方へ突き出すことができ、簡単に離脱させることが
できる。なお、図3においては、第1の環状ピストン3
a上のバッキング材11は、他の環状ピストン3b〜3
f上のバッキング材とは切り離した別のものとしてい
る。
Further, when disengaging the substrate W from the substrate holding device C 1, as shown in FIG. 3, a first annular piston 3a which is arranged in the central portion of the frame 1, the first fluid By increasing the flow rate and the like of the pressurized fluid introduced into the chamber 2a and increasing its internal pressure and projecting and deforming upward in the drawing, the central portion of the backing material 11 is similarly convexly shaped upward in the drawing. The substrate W can be deformed and protrude upward from the peripheral surface 1h of the frame 1, and can be easily separated. In FIG. 3, the first annular piston 3
The backing material 11 on the other annular pistons 3b-3
f and separate from the backing material.

【0038】また、第1の流体室2aの内圧を減圧して
第1の環状ピストン3aを他の環状ピストン3b〜3f
の表面に比して窪み変形させて基板保持面を凹面状にす
ることにより、基板Wを吸着するようにすることもでき
る。また、環状ピストン3a〜3fの内の中間部のいず
れかの環状ピストンの流体室の内圧を増大させてその環
状ピストンをドーナツ状に突出変形させることによって
基板Wを吸着させることも可能である。
Further, the internal pressure of the first fluid chamber 2a is reduced to replace the first annular piston 3a with the other annular pistons 3b to 3f.
The substrate W can be sucked by making the substrate holding surface concave by deforming into a concave shape as compared with the surface of the substrate W. Further, the substrate W can be adsorbed by increasing the internal pressure of the fluid chamber of any one of the annular pistons in the intermediate portion among the annular pistons 3a to 3f so as to protrude and deform the annular piston into a donut shape.

【0039】なお、前述した基板保持装置C1 において
は、輪体の環状ピストン3(3a〜3f)および流体室
2(2a〜2f)は、同心円状に6重にした構成につい
て説明しているけれども、これらの環状ピストンおよび
流体室の数は2以上であればよく特に制限されるもので
はない。また、枠体1は、複数の同心円状の隔壁1a〜
1fを形成した円盤状部材と、基板Wを着脱自在に嵌合
できる内周側面1iを有する環状部材とを別個に作製し
て、これらを組み合わせて一体とする構造により構成す
ることもできる。
[0039] In the substrate holding apparatus C 1 described above, the annular piston 3 of the wheel body (3a to 3f) and the fluid chamber 2 (2a to 2f) are described for the case where a 6-fold concentrically However, the number of these annular pistons and fluid chambers is not particularly limited as long as it is two or more. In addition, the frame body 1 includes a plurality of concentric partition walls 1a to 1a.
It is also possible to form the disk-shaped member on which 1f is formed and the annular member having the inner peripheral side surface 1i to which the substrate W can be detachably fitted, and combine them to form an integrated structure.

【0040】次に、本発明の基板保持装置の他の実施例
について図6を用いて説明する。なお、本実施例におい
て、前述した実施例と同様の部材には同一符号を付して
ある。
Next, another embodiment of the substrate holding apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0041】本実施例の基板保持装置C2 は、基板Wを
着脱自在に嵌合できる大きさの内周側面16iを有する
環状のガイドリング16を枠体1の周縁部に配設するも
のであり、その他の構成は前述した実施例と同様であ
る。本実施例においても、前述した実施例と同様に、各
流体室2a〜2f内に導入される加圧流体の流量等を個
別に制御することにより、基板Wの被研磨面をガイドリ
ング16の基板保持面側の表面16hより僅かに突出さ
せた状態で保持することができ、さらに、保持された基
板Wを離脱させる際には、前述した実施例における図3
と同様に、第1の流体室2a内へ導入する加圧流体の流
量等を増加してその内圧を増圧させることによって環状
ピストン3aを上方へ突出変形させることにより、バッ
キング材11の中央部も同様に上方へ向けて凸面状に変
形し、基板Wをガイドリング16の表面16hから上方
へ突き出すことができ、簡単に離脱させることができ
る。
The substrate holding device C 2 of the present embodiment is provided with an annular guide ring 16 having an inner peripheral side surface 16 i of a size to which the substrate W can be removably fitted, at the peripheral edge of the frame 1. The other configuration is the same as that of the above-described embodiment. Also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, the polished surface of the substrate W is controlled by individually controlling the flow rate and the like of the pressurized fluid introduced into each of the fluid chambers 2a to 2f. The substrate W can be held in a state where it is slightly protruded from the surface 16h on the substrate holding surface side. Further, when the held substrate W is to be detached, when the substrate W is released as shown in FIG.
Similarly, by increasing the flow rate and the like of the pressurized fluid introduced into the first fluid chamber 2a to increase the internal pressure, the annular piston 3a is protruded and deformed upward, whereby the central portion of the backing material 11 is deformed. Similarly, the substrate W can be deformed upward and convexly, and the substrate W can be projected upward from the surface 16h of the guide ring 16, and can be easily separated.

【0042】さらに、本発明の基板保持装置の他の実施
例について図7および図8を用いて説明する。なお、本
実施例においても、前述した実施例と同様の部材には同
一符号を付してある。
Further, another embodiment of the substrate holding apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0043】前述した各実施例においては、輪体の環状
ピストンを有する基板保持装置C1、C2 について説明
したけれども、図7および図8に示すように、同心円状
の各環状ピストンをそれぞれ複数のセグメント状に分割
して複数の扇状ピストンを構成し、同時に、同心円状に
区画されている各流体室をさらに複数の扇状の流体室に
細分化して構成するものである。
In each of the embodiments described above, the substrate holding devices C 1 and C 2 each having a ring-shaped annular piston have been described. However, as shown in FIGS. , A plurality of fan-shaped pistons are formed, and each fluid chamber partitioned concentrically is further subdivided into a plurality of fan-shaped fluid chambers.

【0044】図7および図8において、中央の第1の環
状ピストン3a以外の各環状ピストン3b〜3fをそれ
ぞれ四分割して扇状ピストン3b1 〜3b4 、3c1
3c 4 ……とし、ピストンをそれぞれ受け入れる流体室
2a〜2fも、第1の流体室2a以外の各流体室2b〜
2fを四分割して扇状の流体室2b1 〜2b4 、2c 1
〜2c4 ……としている。このように構成することによ
り、同一円周上の複数の扇状ピストン3b1 〜3b4
3c1 〜3c4 ……の各流体室2b1 〜2b4、2c1
〜2c4 ……の内圧をそれぞれ同一に設定すれば、前述
した実施例と同様の効果を得ることができ、さらに、個
々の扇状ピストンの流体室の内圧を独立に制御すること
により、同心円状の研磨むら以外の局所的な研磨むらを
なくすることが可能となる。
In FIGS. 7 and 8, the first ring at the center is shown.
Each of the annular pistons 3b to 3f other than the annular piston 3a
Divide into four fan-shaped pistons 3b1 ~ 3bFour , 3c1 ~
3c Four ... and a fluid chamber to receive each piston
2a to 2f are also fluid chambers 2b to 2b other than the first fluid chamber 2a.
2f is divided into four and fan-shaped fluid chamber 2b1 ~ 2bFour 2c 1 
~ 2cFour ...... With this configuration,
A plurality of fan-shaped pistons 3b on the same circumference1 ~ 3bFour ,
3c1 ~ 3cFour Each fluid chamber 2b of ...1 ~ 2bFour2c1 
~ 2cFour If the same internal pressure is set for each,
It is possible to obtain the same effect as that of the
Independent control of the internal pressure of the fluid chamber of each fan-shaped piston
To reduce local polishing unevenness other than concentric polishing unevenness.
Can be eliminated.

【0045】次に、以上のように構成される基板保持装
置を用いた基板研磨装置について、図9および図10を
用いて説明する。なお、図9に図示する基板研磨装置P
1 は、図1等に図示する基板保持装置C1 を用いた例で
あり、図10に図示する基板研磨装置P2 は、図6に図
示するガイドリングを備えた基板保持装置C2 を用いた
例であり、両者ともに流体室および環状ピストンをそれ
ぞれ同心円状に3重に配設したもので説明する。
Next, a substrate polishing apparatus using the substrate holding apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. The substrate polishing apparatus P shown in FIG.
1 is an example in which a substrate holding device C 1 illustrated in Figure 1 or the like, the substrate polishing apparatus P 2 depicted in FIG. 10, use a substrate holding apparatus C 2 having the guide ring illustrated in Figure 6 In both cases, the fluid chambers and the annular pistons are respectively concentrically arranged three times.

【0046】図9に図示する基板研磨装置P1 において
は、基板保持装置C1 は、回転兼直線駆動機構27によ
って回転かつ直線移動される中空の軸部材26の自由端
側に枠体1が固着され、枠体1の各流体室2a〜2cに
は、加圧制御手段9に接続された流体供給路4a〜4c
および減圧制御手段10に接続された流体排出路5a〜
5cが軸部材26の回転を許す継手25a〜25cを介
して軸部材26内に配設された各延長流体供給路4a
x、4bx、4cxおよび各延長流体排出路5ax、5
bx、5cxにそれぞれ連通されている。流体供給路4
a〜4cおよび流体排出路5a〜5cにはそれぞれの制
御弁6a〜6c、7a〜7cが配置されている。
In the substrate polishing apparatus P 1 shown in FIG. 9, the substrate holding apparatus C 1 has a frame 1 on a free end side of a hollow shaft member 26 which is rotated and linearly moved by a rotation and linear drive mechanism 27. Each of the fluid chambers 2a to 2c of the frame body 1 is fixed, and fluid supply paths 4a to 4c
And the fluid discharge paths 5a to 5d connected to the pressure reduction control means 10.
5c are extended fluid supply passages 4a disposed in the shaft member 26 via joints 25a to 25c that allow the shaft member 26 to rotate.
x, 4bx, 4cx and the respective extension fluid discharge passages 5ax, 5ax,
bx, 5cx. Fluid supply path 4
Control valves 6a to 6c and 7a to 7c are arranged in the fluid discharge passages 5a to 5c.

【0047】一方、研磨工具21は、その表面に基板W
の口径の2倍以上の大きな口径を有する研磨パッド22
が貼着され、基板保持装置C1 の基板保持面側に対向す
るように配置される。研磨工具21は、図示しない揺動
テーブルに回転自在に支持され、図示しない駆動機構に
よって研磨工具21を回転軸線Oの周りに回転させると
ともに径方向へ揺動させることができるように構成され
ている。また、研磨パッド22上に研磨剤23を供給す
るための研磨剤供給手段であるノズル24が研磨工具2
1上に配置されている。
On the other hand, the polishing tool 21 has a substrate W
Polishing pad 22 having a diameter larger than twice the diameter of
There is stuck, is arranged so as to face the substrate holding surface of the substrate holding device C 1. The polishing tool 21 is rotatably supported by a swing table (not shown), and is configured to be able to rotate around the rotation axis O and swing in the radial direction by a drive mechanism (not shown). . A nozzle 24 serving as an abrasive supply means for supplying an abrasive 23 onto the polishing pad 22 is provided with a polishing tool 2.
1.

【0048】図10に図示する基板研磨装置P2 におい
ては、枠体1の周縁部に環状のガイドリング16を配設
した基板保持装置C2 を用い、この基板保持装置C2
不動のものとする。この基板保持装置C2 の上方に、基
板Wの口径の1〜2倍の範囲の口径の研磨パッド32を
有する研磨工具31を備えた研磨ヘッド30を配置さ
れ、研磨ヘッド30は、基板保持装置C2 の基板保持面
側に対向するように研磨面をもつ研磨パッド32を下面
に配するとともに中央部に研磨剤供給路33が設けられ
ており、研磨ヘッド30が図示しない揺動テーブルに回
転かつ軸方向へ移動自在に支持されている。図示しない
駆動機構により、研磨工具31を直線移動させて研磨パ
ッド32を基板保持装置C2 に保持されている基板Wに
当接させ、所定の加工圧を与えた状態で研磨工具31を
矢印方向または反矢印方向へ回転させるとともに径方向
へ揺動させることができるように構成されている。
In the substrate polishing apparatus P 2 shown in FIG. 10, a substrate holding apparatus C 2 having an annular guide ring 16 provided on the peripheral edge of the frame 1 is used, and the substrate holding apparatus C 2 is immovable. And Above the substrate holding device C 2, it is placed a polishing head 30 having a polishing tool 31 having a polishing pad 32 having a diameter of 1-2 times the caliber of the substrate W, the polishing head 30, a substrate holding device A polishing pad 32 having a polishing surface is disposed on the lower surface so as to face the substrate holding surface side of C 2 , and an abrasive supply path 33 is provided in the center. The polishing head 30 rotates on a swing table (not shown). And it is supported movably in the axial direction. By a driving mechanism (not shown), a polishing pad 32 of the polishing tool 31 moved linearly brought into contact with the substrate W held by the substrate holding device C 2, the arrow direction of the polishing tool 31 in a state that gives a predetermined processing pressure Alternatively, it is configured to be able to rotate in the direction opposite to the arrow and swing in the radial direction.

【0049】次に、本発明の基板研磨方法について、図
10に図示する基板研磨装置P2 を用いた場合を例に挙
げて説明する。
Next, the substrate polishing method of the present invention, will be described as an example the case of using the substrate polishing apparatus P 2 depicted in FIG. 10.

【0050】 図10に示すように、基板保持装置C
2 の各流体室2a〜2cへ導入される加圧流体の流量等
を個別に制御して各環状ピストン3a〜3cの位置を調
整して、バッキング材11の上面をガイドリング16の
表面16hより僅かに下方に位置する状態にし、基板W
をガイドリング16の内周側面16iに嵌合する。これ
により、基板保持装置C2 は、基板Wの裏面がバッキン
グ材11の上面に当接した状態で基板Wの被研磨面がガ
イドリング16の表面16hより若干高くなるように保
持する。
As shown in FIG. 10, the substrate holding device C
2 , the flow rate of the pressurized fluid introduced into each of the fluid chambers 2a to 2c is individually controlled to adjust the position of each of the annular pistons 3a to 3c, and the upper surface of the backing material 11 is moved from the surface 16h of the guide ring 16 to the upper surface. The substrate W is positioned slightly below.
Is fitted to the inner peripheral side surface 16i of the guide ring 16. Thus, the substrate holding device C 2, the back surface of the substrate W is held such polished surface of the substrate W is slightly higher than the surface 16h of the guide ring 16 in contact with the upper surface of the backing material 11.

【0051】 研磨工具31を下方へ移動させて所定
の加工圧を与えた状態で研磨パッド32を基板Wの被研
磨面に当接させる。このとき、基板保持装置C2 は、球
面座機構15(図10には不図示)および各環状ピスト
ン3a〜3cの傾動によりイコライズされ、ガイドリン
グ16および基板Wの被研磨面の平行度が補正される。
そして、研磨ヘッド30の研磨剤供給路33を介して研
磨剤を供給しつつ、研磨工具31を所定の回転数にて回
転させる。
The polishing tool 31 is moved downward to bring the polishing pad 32 into contact with the surface to be polished of the substrate W in a state where a predetermined processing pressure is applied. At this time, the substrate holding device C 2 is (is not shown in FIG. 10) are equalized by tilting of and the annular piston 3a~3c spherical seat mechanism 15, the guide ring 16 and parallelism correction of the polished surface of the substrate W Is done.
Then, the polishing tool 31 is rotated at a predetermined number of revolutions while supplying the abrasive through the abrasive supply passage 33 of the polishing head 30.

【0052】 その後に、研磨工具31の回転数を上
げるとともに径方向へ揺動させて所定時間の間、化学機
械研磨を行う。
After that, the rotation speed of the polishing tool 31 is increased and the polishing tool 31 is swung in the radial direction to perform chemical mechanical polishing for a predetermined time.

【0053】この化学機械研磨に際して、研磨剤は、研
磨ヘッド30の中央部に設けた研磨剤供給路33から基
板Wの被研磨面上に常に供給されるので、被研磨面上に
供給された研磨剤は、その供給された部分から被研磨面
の外周方向に拡散して被研磨面全面に分布することとな
り、研磨の均一性を確保することができ、さらに、研磨
屑等の不要物を被研磨面上に滞留させることなく被研磨
面上から外周方向に排出することができ、研磨屑等の不
要物による引掻き傷等の発生も防止することができる。
At the time of this chemical mechanical polishing, the polishing agent is always supplied onto the surface to be polished of the substrate W from the polishing agent supply passage 33 provided at the central portion of the polishing head 30, so that the polishing agent is supplied onto the surface to be polished. The abrasive is diffused from the supplied portion in the outer peripheral direction of the surface to be polished and distributed over the entire surface to be polished, whereby uniformity of polishing can be ensured, and unnecessary substances such as polishing debris are further reduced. The material can be discharged from the surface to be polished in the outer peripheral direction without staying on the surface to be polished, and the occurrence of scratches or the like due to unnecessary substances such as polishing chips can be prevented.

【0054】 化学機械研磨を所定時間行った後に、
研磨ヘッド30を基板Wから離間させ、基板Wの被研磨
面の表面形状を測定する。
After performing the chemical mechanical polishing for a predetermined time,
The polishing head 30 is separated from the substrate W, and the surface shape of the polished surface of the substrate W is measured.

【0055】 上記による測定の結果、基板Wの被
研磨面が所定の面形状にまで研磨されていない場合に
は、残膜量分布(研磨むら)に応じて各流体室2a〜2
cの内圧を制御し、環状ピストン3a〜3fのそれぞれ
の突出変形量または窪み変形量を個別に制御して加工圧
を制御し、上記およびの工程と同様の化学機械研磨
を行う。
As a result of the measurement described above, when the surface to be polished of the substrate W is not polished to a predetermined surface shape, each of the fluid chambers 2 a to 2 according to the residual film amount distribution (polishing unevenness).
The internal pressure of c is controlled, the amount of protrusion deformation or the amount of depression deformation of each of the annular pistons 3a to 3f is individually controlled to control the processing pressure, and the same chemical mechanical polishing as in the above steps is performed.

【0056】 上記およびの工程と同様の工程を
基板Wの被研磨面が所定の面形状になるまで繰り返し行
い、所定の面形状が得られた時点で、研磨工具31を基
板Wから離間させて研磨を終了する。
The same steps as those described above are repeated until the surface to be polished of the substrate W has a predetermined surface shape. When the predetermined surface shape is obtained, the polishing tool 31 is separated from the substrate W. Finish the polishing.

【0057】 その後、基板保持装置C2 において、
第1の流体室1a内へ導入される加圧流体の流入量を増
大させることにより、図10に破線で示すように、第1
の環状ピストン3aと環状ピストン3a上のバッキング
材11をガイドリング16の表面16hよりも突出する
ように突出変形させることにより、基板Wを突出させ
て、基板Wを基板保持装置C2 から容易に離脱させるこ
とができる。
After that, in the substrate holding device C 2 ,
By increasing the inflow amount of the pressurized fluid introduced into the first fluid chamber 1a, the
By projecting deformed so as to protrude from the surface 16h of the annular piston 3a and the annular piston 3a on the backing material 11 of the guide ring 16, it is protruded to the substrate W, easily substrate W from the substrate holding device C 2 Can be removed.

【0058】以上のように本発明により研磨できる基板
としては、Si、Ge、GaAs、InP等の半導体か
らなるウエハ、絶縁性表面上に半導体の層を有するSO
Iウエハ、セラミックスのような絶縁性基板があり、抵
抗、容量、ダイオード、トランジスタ等の機能素子を作
製する前であっても、作製中であっても、作製後であっ
てもよい。したがって、被研磨体である基板の外表面す
なわち被研磨面は、半導体表面であったり、絶縁性表面
であったり、導電性表面であったり、これら3つのうち
の少なくとも2つが混在する面であり得る。とりわけ、
本発明は、1つの基板上において略同じ厚さの膜が必要
となる多層配線の絶縁膜および/または導電体膜の研磨
に好適である。
As described above, a substrate that can be polished by the present invention includes a wafer made of a semiconductor such as Si, Ge, GaAs, and InP, and an SOA having a semiconductor layer on an insulating surface.
There is an insulating substrate such as an I-wafer or ceramics, and it may be before, during, or after the production of functional elements such as a resistor, a capacitor, a diode, and a transistor. Therefore, the outer surface of the substrate that is the object to be polished, that is, the surface to be polished is a semiconductor surface, an insulating surface, a conductive surface, or a surface on which at least two of these three are mixed. obtain. Above all,
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for polishing an insulating film and / or a conductor film of a multilayer wiring that requires a film having substantially the same thickness on one substrate.

【0059】本発明による基板研磨に用いられる研磨剤
としては、微粒子を含む液体が望ましく、具体的には、
微粒子としては、シリカ(SiO2 )、アルミナ(Al
2 3 )、二酸化マンガン(MnO2 )、酸化セリウム
(CeO)等が挙げられ、液体としては、水酸化ナトリ
ウム(NaOH)溶液、水酸化カリウム(KOH)溶
液、アンモニア水(NH3 )等が挙げられる。微粒子の
粒径は10nm〜500nmが好ましく、例えば、KO
HのpHを変化させることで粒子の凝集の度合いを制御
することができ、その凝集の度合いにより研磨量を変え
ることができる。
Abrasive used for polishing a substrate according to the present invention
As, a liquid containing fine particles is desirable, and specifically,
As the fine particles, silica (SiOTwo ), Alumina (Al
Two O Three ), Manganese dioxide (MnO)Two ), Cerium oxide
(CeO) and the like.
(NaOH) solution, potassium hydroxide (KOH) solution
Liquid, aqueous ammonia (NHThree ) And the like. Particulate
The particle size is preferably from 10 nm to 500 nm.
Control the degree of particle aggregation by changing the pH of H
The amount of polishing varies depending on the degree of aggregation.
Can be

【0060】半導体表面の研磨の際には、シリカ分散水
としては酸化ナトリウム溶液、絶縁膜の研磨の際には、
シリカ分散水として酸化カリウム溶液が好ましく、タン
グステン等の金属膜の研磨の際には、アルミナの分散溶
液としてアンモニア水が好ましい。
In polishing the semiconductor surface, the silica-dispersed water is used as a sodium oxide solution, and in polishing the insulating film,
A potassium oxide solution is preferable as the silica dispersion water, and ammonia water is preferable as the alumina dispersion solution when polishing a metal film such as tungsten.

【0061】例えば、半導体表面の場合、研磨剤として
シリカ分散NaOH水溶液を用いると、シリコン表面が
NaOHと反応し、反応生成分であるNa2 SiO3
を作る。これをシリカと研磨パッドにより機械的研磨に
より除去し、新たなシリコン表面を露出させることで、
反応が進行する。このようなメカニズムが化学機械研磨
と呼ばれる由縁である。
For example, in the case of a semiconductor surface, when a silica-dispersed NaOH aqueous solution is used as an abrasive, the silicon surface reacts with NaOH to form a Na 2 SiO 3 layer which is a reaction product. By removing this by mechanical polishing with silica and a polishing pad, exposing a new silicon surface,
The reaction proceeds. Such a mechanism is called a chemical mechanical polishing.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板保持装置の環状の流体室内の各圧力を個別に制御す
ることにより、同心円状に配設された環状あるいは扇状
のピストンの突出量をそれぞれ変化させ、基板のうねり
やそり等あるいは研磨むらに対応した研磨加工圧を設定
することができ、同心円状の研磨むらや局部的な研磨む
らをなくし、基板全面での膜厚分布を均一にし、被研磨
面を高精度に平坦化することができる。
As described above, according to the present invention,
By individually controlling each pressure in the annular fluid chamber of the substrate holding device, the amount of projection of the annular or fan-shaped piston arranged concentrically is changed, respectively, to respond to undulation or warpage of the substrate or uneven polishing. The polishing pressure can be set to a predetermined value, concentric polishing unevenness and local polishing unevenness can be eliminated, the film thickness distribution can be made uniform over the entire surface of the substrate, and the surface to be polished can be flattened with high precision.

【0063】また、基板保持装置の枠体またはガイドリ
ングの表面と研磨工具の研磨面の密着性は、基板保持装
置の球面座機構により均一化することができ、被研磨基
板表面と研磨面の密着性は、環状または扇状のピストン
の傾きで自動的に調整することができ、精密なイコライ
ズが自動的に行われ、基板被研磨面を高精度に平坦化す
ることができる。さらに、各流体室内の圧力を個別に制
御することができるので、枠体またはガイドリングとは
別に個々のピストンの研磨加工圧を制御でき、被研磨面
と枠体またはガイドリングの平均高さも自由に制御でき
る。これによって、従来難しいとされていた基板外周部
分の研磨の不均一性(エッジエクスクルージョン)を最
小限にすることが可能となる。
The adhesion between the surface of the frame or guide ring of the substrate holding device and the polishing surface of the polishing tool can be made uniform by the spherical seat mechanism of the substrate holding device. Adhesion can be automatically adjusted by the inclination of the annular or fan-shaped piston, precise equalization is automatically performed, and the polished surface of the substrate can be flattened with high precision. Furthermore, since the pressure in each fluid chamber can be individually controlled, the polishing pressure of each piston can be controlled separately from the frame or the guide ring, and the average height of the surface to be polished and the frame or the guide ring is also free. Can be controlled. This makes it possible to minimize the nonuniformity (edge exclusion) of polishing on the outer peripheral portion of the substrate, which has been considered difficult in the past.

【0064】加えて、基板保持装置に保持する基板を離
脱させる際には、少なくとも一つの流体室内の圧力を増
圧してその環状あるいは複数の扇状のピストンの突出量
を増大させることにより、基板を枠体またはガイドリン
グから離間した位置に突き出して容易に離脱させること
ができ、研磨後の基板の表面を吸着させずに離脱できる
ので、基板表面のマイクロスクラッチやコンタミネーシ
ョンの低減が可能となるなどの効果がある。
In addition, when the substrate held by the substrate holding device is released, the pressure in at least one fluid chamber is increased to increase the amount of protrusion of the annular or plural fan-shaped pistons, so that the substrate can be removed. It can be easily detached by projecting to a position away from the frame or guide ring, and can be detached without adsorbing the surface of the polished substrate, so that micro scratches and contamination on the substrate surface can be reduced, etc. Has the effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の研磨装置を構成する基板保持装置の一
実施例を概略的に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a substrate holding device constituting a polishing apparatus of the present invention.

【図2】図1に図示する基板保持装置の一部を破断して
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the substrate holding device shown in FIG.

【図3】図1に図示する基板保持装置による基板の離脱
動作を説明するための概略的な構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining a substrate detaching operation performed by the substrate holding device illustrated in FIG. 1;

【図4】図1に図示する基板保持装置における平行度の
誤差を補正するための機構を説明する図であり、(a)
は部分断面図であり、(b)は環状ピストンの傾斜状態
を示す部分断面図である。
4A and 4B are diagrams illustrating a mechanism for correcting a parallelism error in the substrate holding device illustrated in FIG. 1;
3 is a partial sectional view, and FIG. 3B is a partial sectional view showing an inclined state of an annular piston.

【図5】図1に図示する基板保持装置における枠体の周
縁部表面の平行度の誤差および基板の平行度の誤差を補
正する態様を説明する模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a mode of correcting a parallelism error on the peripheral surface of the frame and a parallelism error on the substrate in the substrate holding device shown in FIG. 1;

【図6】本発明の基板保持装置の他の実施例を概略的に
示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing another embodiment of the substrate holding device of the present invention.

【図7】本発明の基板保持装置のさらに他の実施例を構
成する扇状ピストンの構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a fan-shaped piston constituting still another embodiment of the substrate holding device of the present invention.

【図8】本発明の基板保持装置のさらに他の実施例を構
成する扇状の流体室を備える枠体の構成を示す斜視図で
ある。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a frame having a fan-shaped fluid chamber which constitutes still another embodiment of the substrate holding device of the present invention.

【図9】本発明の基板保持装置を用いた基板研磨装置を
示す概略的な構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a substrate polishing apparatus using the substrate holding device of the present invention.

【図10】本発明の基板保持装置を用いた他の基板研磨
装置を示す概略的な構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing another substrate polishing apparatus using the substrate holding device of the present invention.

【図11】従来の化学機械研磨装置の一例を示す概略図
である。
FIG. 11 is a schematic view showing an example of a conventional chemical mechanical polishing apparatus.

【図12】従来の化学機械研磨装置の他の例を示す概略
図であり、(a)は全体構成を示す図であり、(b)は
トップリングの動作状態を示す部分断面図である。
FIGS. 12A and 12B are schematic views showing another example of a conventional chemical mechanical polishing apparatus, in which FIG. 12A is a view showing an entire configuration, and FIG. 12B is a partial cross-sectional view showing an operation state of a top ring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 、C2 基板保持装置 P1 、P2 基板研磨装置 W 基板 1 枠体 1a、1b…… 隔壁 1h 周縁部表面 1i 内周側面 1j 窪み 2a、2b…… 流体室 3a、3b…… 環状ピストン 3b1 〜3b4 、3c1 〜3c4 … 扇状ピストン 4a、4b…… 流体供給路 5a、5b…… 流体排出路 6a、6b…… 制御弁 7a、7b…… 制御弁 8 加減圧制御手段 9 加圧制御手段 10 減圧制御手段 11 バッキング材 12a、12b…… フランジ 13a、13b…… 凸部 14a、14b…… 貫通孔 15 球面座機構 16 ガイドリング 16h 表面 16i 内周側面 21 研磨工具 22 研磨パッド 23 研磨剤 24 ノズル 30 研磨ヘッド 31 研磨工具 32 研磨パッド 33 研磨剤供給路C 1, C 2 substrate holding apparatus P 1, P 2 substrate polishing apparatus W substrate 1 frame 1a, 1b ...... bulkhead 1h peripheral surface 1i inner circumferential side 1j recesses 2a, 2b ...... fluid chambers 3a, 3b ...... cyclic piston 3b 1 ~3b 4, 3c 1 ~3c 4 ... fan pistons 4a, 4b ...... fluid supply passage 5a, 5b ...... fluid discharging passage 6a, 6b ...... control valve 7a, 7b ...... control valve 8 pressurization control means Reference Signs List 9 pressure control means 10 pressure reduction control means 11 backing material 12a, 12b ... flange 13a, 13b ... convex part 14a, 14b ... through hole 15 spherical seat mechanism 16 guide ring 16h surface 16i inner peripheral side surface 21 polishing tool 22 polishing Pad 23 abrasive 24 nozzle 30 polishing head 31 polishing tool 32 polishing pad 33 abrasive supply passage

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板保持面側が開口された凹所を有する
枠体と、該枠体の凹所内に同心円状に区画された複数の
流体室と、該複数の流体室のそれぞれの内部に上下方向
に移動可能に配置されるとともに少なくとも基板保持面
側の表面が平坦に形成されている複数の同心円状の環状
ピストンと、前記複数の流体室の各内圧をそれぞれ増減
して前記環状ピストンをそれぞれ個別に移動させる加減
圧制御手段とを備えていることを特徴とする基板保持装
置。
1. A frame having a recess with an opening on the substrate holding surface side, a plurality of fluid chambers concentrically defined in the recess of the frame, and a vertical inside each of the plurality of fluid chambers. A plurality of concentric annular pistons that are arranged so as to be movable in the direction and at least the surface on the substrate holding surface side is formed flat, and the annular pistons are respectively increased and decreased by increasing and decreasing respective internal pressures of the plurality of fluid chambers. A substrate holding device, comprising: a pressurizing / depressurizing control means for individually moving.
【請求項2】 枠体は、基板を着脱自在に嵌合できる大
きさの内周側面を備えていることを特徴とする請求項1
記載の基板保持装置。
2. The frame according to claim 1, wherein the frame has an inner peripheral side surface large enough to detachably fit the substrate.
The substrate holding device as described in the above.
【請求項3】 基板を着脱自在に嵌合できる大きさの内
周側面を有する環状のガイドリングを、複数の環状ピス
トンの最外周の環状ピストンの外側で枠体の基板保持面
側に配設することを特徴とする請求項1記載の基板保持
装置。
3. An annular guide ring having an inner peripheral surface large enough to detachably fit a substrate is disposed on the substrate holding surface side of the frame outside the outermost annular piston of the plurality of annular pistons. The substrate holding device according to claim 1, wherein
【請求項4】 複数の同心円状の環状ピストンは、それ
ぞれ、各流体室内で傾動できるように構成されているこ
とを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載
の基板保持装置。
4. The substrate holding device according to claim 1, wherein each of the plurality of concentric annular pistons is configured to be tiltable in each fluid chamber.
【請求項5】 枠体は、基板保持面側と反対側の面に設
けられかつ前記基板保持面に保持する基板表面の略中心
点を中心とする半球状の軸受で支持されていることを特
徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の基板
保持装置。
5. The method according to claim 1, wherein the frame is provided on a surface opposite to the substrate holding surface and supported by a hemispherical bearing centered on a substantially center point of the substrate surface held on the substrate holding surface. The substrate holding device according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 上下方向にそれぞれ移動可能な複数の環
状ピストンは、各々上限位置および下限位置が設定さ
れ、その移動範囲がそれぞれ規制されていることを特徴
とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の基板保
持装置。
6. The plurality of annular pistons movable in the up and down direction, respectively, wherein an upper limit position and a lower limit position are respectively set, and the movement ranges thereof are respectively regulated. 2. The substrate holding device according to claim 1.
【請求項7】 複数の環状ピストンのうち少なくとも1
個の環状ピストンは、他の環状ピストンに比して上方向
に大きく移動しうるように構成されていることを特徴と
する請求項1ないし6のいずれか1項に記載の基板保持
装置。
7. At least one of the plurality of annular pistons
The substrate holding device according to any one of claims 1 to 6, wherein each of the annular pistons is configured to be able to move largely upward in comparison with the other annular pistons.
【請求項8】 複数の環状ピストンのうち少なくとも1
個の環状ピストンは、枠体またはガイドリングの基板保
持面側の表面の高さを基準にして、−1mm〜10mm
の範囲で独立して上下移動しうるように構成され、他の
環状ピストンは、それぞれ、枠体またはガイドリングの
基板保持面側の表面の高さを基準にして、±1mmの範
囲で独立して上下移動しうるように構成されていること
を特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の
基板保持装置。
8. At least one of the plurality of annular pistons
The number of the annular pistons is -1 mm to 10 mm based on the height of the surface of the frame or guide ring on the substrate holding surface side.
The other annular pistons are independently movable within a range of ± 1 mm with respect to the height of the surface of the frame or guide ring on the substrate holding surface side. The substrate holding device according to claim 1, wherein the substrate holding device is configured to be vertically movable.
【請求項9】 複数の環状ピストンの基板保持面側の各
表面上にわたって単一のバッキング材を配設することを
特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の基
板保持装置。
9. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein a single backing material is provided on each surface of the plurality of annular pistons on the substrate holding surface side.
【請求項10】 複数の環状ピストンのそれぞれの基板
保持面側の表面上にそれぞれ別個のバッキング材を配設
することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項
に記載の基板保持装置。
10. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein a separate backing material is provided on each of the plurality of annular pistons on the surface on the substrate holding surface side. .
【請求項11】 ±1mmの範囲で上下移動しうるよう
に構成された複数の環状ピストンの基板保持面側の表面
上に単一のバッキング材を配設し、−1mm〜10mm
の範囲で上下移動しうるように構成された少なくとも1
個の環状ピストンの基板保持面側の表面上に前記単一の
バッキング材とは別のバッキング材を配設することを特
徴とする請求項8記載の基板保持装置。
11. A single backing material is provided on the substrate holding surface side surface of a plurality of annular pistons configured to be able to move up and down within a range of ± 1 mm, and -1 mm to 10 mm
At least one configured to be able to move up and down in the range of
9. The substrate holding apparatus according to claim 8, wherein a backing material different from the single backing material is provided on the surface of the annular pistons on the substrate holding surface side.
【請求項12】 前記バッキング材は、環状ピストンの
基板保持面側の平面よりも摩擦係数の大きな材料で構成
されていることを特徴とする請求項9ないし11のいず
れか1項に記載の基板保持装置。
12. The substrate according to claim 9, wherein the backing material is made of a material having a higher coefficient of friction than a plane of the annular piston on the substrate holding surface side. Holding device.
【請求項13】 同心円状に配置された複数の環状ピス
トンの各々がセグメント状に分割された複数の扇状ピス
トンで構成され、各扇状ピストンがそれぞれ同様に複数
のセグメント状に分割されて独立した扇状の流体室の内
部に配置され、該扇状の流体室の各々にそれぞれ個別に
内圧を制御する加減圧流体制御手段が接続されているこ
とを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記
載の基板保持装置。
13. Each of a plurality of concentrically arranged annular pistons is constituted by a plurality of segmented pistons, each of which is similarly divided into a plurality of segmented independent fan-shaped pistons. 13. A pressure control device for controlling the internal pressure of each of the fan-shaped fluid chambers, which is arranged inside the fluid chambers, and connected to each of the fan-shaped fluid chambers. The substrate holding device as described in the above.
【請求項14】 請求項1ないし13のいずれか1項に
記載の基板保持装置によって保持された基板を研磨工具
の研磨面に対して所定の加工圧を個々に独立して制御し
た状態で研磨工具の研磨面に当接させ、基板の被研磨面
と研磨工具の研磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を
行うことを特徴とする基板研磨方法。
14. A polishing method for polishing a substrate held by the substrate holding apparatus according to claim 1 in a state in which predetermined processing pressures are individually and independently controlled with respect to a polishing surface of a polishing tool. A substrate polishing method, comprising: abutting a polishing surface of a tool, and performing polishing while supplying an abrasive between a surface to be polished of a substrate and a polishing surface of a polishing tool.
【請求項15】 研磨済みの基板を基板保持装置から離
脱させる際に、前記基板保持装置の複数の環状ピストン
の内の少なくとも1つの環状ピストンをその流体室の内
圧を増大させて他の環状ピストンに比して大きく突出さ
せることを特徴とする請求項14記載の基板研磨方法。
15. When releasing a polished substrate from a substrate holding device, at least one of the plurality of annular pistons of the substrate holding device is increased in internal pressure of its fluid chamber to form another annular piston. The substrate polishing method according to claim 14, wherein the projection is made larger than that of the substrate.
【請求項16】 前記基板が機能素子の形成中または形
成後の基板であることを特徴とする請求項14または1
5記載の基板研磨方法。
16. The substrate according to claim 14, wherein the substrate is a substrate during or after formation of a functional element.
6. The substrate polishing method according to 5.
【請求項17】 前記基板が、半導体、または表面に半
導体膜を形成した絶縁性基板、または表面に絶縁膜およ
び/または金属膜が形成された基板であることを特徴と
する請求項14ないし16のいずれか1項に記載の基板
研磨方法。
17. The substrate according to claim 14, wherein the substrate is a semiconductor, an insulating substrate having a semiconductor film formed on a surface thereof, or a substrate having an insulating film and / or a metal film formed on a surface thereof. The substrate polishing method according to any one of the above.
【請求項18】 基板保持装置によって保持された基板
の被研磨面を研磨工具の研磨面に対して当接させ、基板
の被研磨面と研磨工具の研磨面との間に研磨剤を供給し
つつ研磨を行う基板研磨装置において、前記基板保持装
置が請求項1ないし13のいずれか1項に記載の基板保
持装置であることを特徴とする基板研磨装置。
18. A polished surface of a substrate held by a substrate holding device is brought into contact with a polished surface of a polishing tool, and an abrasive is supplied between the polished surface of the substrate and the polished surface of the polishing tool. A substrate polishing apparatus for performing polishing while polishing, wherein the substrate holding apparatus is the substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 13.
【請求項19】 研磨工具は基板の口径の1〜2倍の口
径を有する研磨面を備え、研磨剤を供給する研磨剤供給
路が前記研磨工具の中央部に設けられ、基板の研磨に際
して、研磨剤を前記研磨剤供給路から基板の被研磨面上
に供給することを特徴とする請求項18記載の基板研磨
装置。
19. The polishing tool has a polishing surface having a diameter of 1 to 2 times the diameter of the substrate, and a polishing agent supply path for supplying a polishing agent is provided at a central portion of the polishing tool. 19. The substrate polishing apparatus according to claim 18, wherein the polishing agent is supplied from the polishing agent supply path onto the surface to be polished of the substrate.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006263903A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Ebara Corp Polishing device and polishing method
JP2009184074A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Sd Future Technology Co Ltd Polishing device
US7976358B2 (en) 2005-02-25 2011-07-12 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
JP2013070066A (en) * 2006-06-29 2013-04-18 Nikon Corp Wafer bonding device
CN104708529A (en) * 2013-12-11 2015-06-17 台湾积体电路制造股份有限公司 Polishing head, chemical mechanical polishing system and method for polishing substrate
US9573241B2 (en) 2014-09-17 2017-02-21 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
WO2017056636A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 株式会社 荏原製作所 Polishing method and polishing device
WO2018198997A1 (en) * 2017-04-24 2018-11-01 株式会社荏原製作所 Substrate polishing device
US11325223B2 (en) * 2019-08-23 2022-05-10 Applied Materials, Inc. Carrier head with segmented substrate chuck
WO2022130783A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 株式会社荏原製作所 Polishing head and substrate processing device
KR20220116315A (en) * 2020-06-29 2022-08-22 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Abrasive carrier head having multiple angularly pressurable zones
US20220324081A1 (en) * 2019-08-27 2022-10-13 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing correction tool
CN119388319A (en) * 2024-12-31 2025-02-07 名正(浙江)电子装备有限公司 Top grinding structure of wafer grinding machine and wafer grinding machine
CN120055979A (en) * 2025-04-27 2025-05-30 汕头大学 Batch plane polishing tool and method with controllable pressure

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7976358B2 (en) 2005-02-25 2011-07-12 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
JP2006263903A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Ebara Corp Polishing device and polishing method
JP2013070066A (en) * 2006-06-29 2013-04-18 Nikon Corp Wafer bonding device
JP2009184074A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Sd Future Technology Co Ltd Polishing device
US10328549B2 (en) 2013-12-11 2019-06-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Polishing head, chemical-mechanical polishing system and method for polishing substrate
CN104708529A (en) * 2013-12-11 2015-06-17 台湾积体电路制造股份有限公司 Polishing head, chemical mechanical polishing system and method for polishing substrate
KR20160027959A (en) * 2013-12-11 2016-03-10 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Polishing head, chemical-mechanical polishing system and method for polishing substrate
KR101719097B1 (en) * 2013-12-11 2017-04-04 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Polishing head, chemical-mechanical polishing system and method for polishing substrate
US12128522B2 (en) 2013-12-11 2024-10-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Polishing head, chemical-mechanical polishing system and method for polishing substrate
US11407083B2 (en) 2013-12-11 2022-08-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Polishing head, chemical-mechanical polishing system and method for polishing substrate
CN111941269A (en) * 2013-12-11 2020-11-17 台湾积体电路制造股份有限公司 Chemical mechanical polishing system and method of polishing substrate
US9573241B2 (en) 2014-09-17 2017-02-21 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
TWI719036B (en) * 2015-09-28 2021-02-21 日商荏原製作所股份有限公司 Polishing method and polishing apparatus
US10569381B2 (en) 2015-09-28 2020-02-25 Ebara Corporation Polishing method and polishing apparatus
KR20180061240A (en) 2015-09-28 2018-06-07 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 Polishing method and polishing apparatus
CN108025419A (en) * 2015-09-28 2018-05-11 株式会社荏原制作所 Ginding process and lapping device
WO2017056636A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 株式会社 荏原製作所 Polishing method and polishing device
WO2018198997A1 (en) * 2017-04-24 2018-11-01 株式会社荏原製作所 Substrate polishing device
JP2018183820A (en) * 2017-04-24 2018-11-22 株式会社荏原製作所 Substrate polishing equipment
US11607769B2 (en) 2017-04-24 2023-03-21 Ebara Corporation Polishing apparatus of substrate
US12128524B2 (en) 2019-08-23 2024-10-29 Applied Materials, Inc. Membrane for carrier head with segmented substrate chuck
US11325223B2 (en) * 2019-08-23 2022-05-10 Applied Materials, Inc. Carrier head with segmented substrate chuck
US11759911B2 (en) 2019-08-23 2023-09-19 Applied Materials, Inc. Carrier head with segmented substrate chuck
US12365060B2 (en) * 2019-08-27 2025-07-22 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing correction tool
US20220324081A1 (en) * 2019-08-27 2022-10-13 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing correction tool
KR102735236B1 (en) * 2020-06-29 2024-11-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 A polishing carrier head having multiple angularly pressurizable zones
JP7447285B2 (en) 2020-06-29 2024-03-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Abrasive carrier head with multiple angular pressurizable areas
JP2023518651A (en) * 2020-06-29 2023-05-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Abrasive carrier head with multiple angular pressurizable areas
KR20220116315A (en) * 2020-06-29 2022-08-22 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Abrasive carrier head having multiple angularly pressurable zones
WO2022130783A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 株式会社荏原製作所 Polishing head and substrate processing device
CN119388319A (en) * 2024-12-31 2025-02-07 名正(浙江)电子装备有限公司 Top grinding structure of wafer grinding machine and wafer grinding machine
CN120055979A (en) * 2025-04-27 2025-05-30 汕头大学 Batch plane polishing tool and method with controllable pressure
CN120055979B (en) * 2025-04-27 2025-07-15 汕头大学 Batch plane polishing tool and method with controllable pressure

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