JP3856634B2

JP3856634B2 - Substrate holding device and polishing apparatus provided with the substrate holding device

Info

Publication number: JP3856634B2
Application number: JP2000280216A
Authority: JP
Inventors: 芳宏軍司; 穂積安田; 計介並木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002096261A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を研磨して平坦化する際に基板を保持する基板保持装置および該基板保持装置を具備したポリッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイス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、半導体デバイス表面はますます凹凸が増え、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、パターニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を積むという工程を何回も繰り返すためである。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、また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るため、良品が取れなかったり、歩留りが低下したりする。また初期的に正常動作しても、長時間の使用に対し信頼性の問題が生じる。
【０００３】
表面凹凸のもう一つの大きな問題は、リソグラフィ工程である。露光時、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り微細パターンの形成そのものが難しくなるためである。
これらの理由により、半導体デバイスの製造工程において、表面の平坦化技術は、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においては、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エハを研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
従来、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した研磨テーブルと、半導体ウエ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。基板保持装置は半導体ウエハを保持しつつ半導体ウエハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧し、かつ基板保持装置と研磨テーブルとを相対運動させることにより半導体ウエハを研磨面に対して摺接させ、半導体ウエハの表面を平坦かつ鏡面に研磨している。
【０００５】
上述したポリッシング装置において、研磨中の半導体ウエ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エハの全面に亘って均一でないと、各部分の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エハ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、半導体ウエハに印加する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。この場合、半導体ウエハの周縁は研磨面との接触／非接触の境界になっている。特に研磨パッドが弾性を有するため、半導体ウエハの周縁部に加わる研磨圧力が不均一になり、半導体ウエハの周縁のみが多く研磨され、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまうという欠点があった。
上述した半導体ウエハの縁だれを防止するため、半導体ウエハの外周縁を保持するガイドリング又はリテーナリングにより半導体ウエハの外周側に位置する研磨面を押圧する構造を有した基板保持装置も用いられている。この装置においては、リテーナリングは空気圧等の流体圧によって研磨面に押圧されるようになっている。
【０００６】
図５は、上述した半導体ウエハを空気圧等の流体圧で研磨面に押圧するとともにリテーナリングを流体圧で研磨面に押圧する構造を有した基板保持装置の模式図である。
図５に示すように、基板保持装置を構成するトップリング５０は、内部に収容空間を有したトップリング本体５１と、トップリング本体５１内に収容されるとともに半導体ウエハＷを研磨テーブル６０上の研磨面６１に押圧するウエハ加圧機構５２と、トップリング本体５１に対して上下動可能に設けられるとともに半導体ウエハＷの外周縁を保持するリテーナリング５３と、リテーナリング５３を研磨面６１に押圧するリテーナリング加圧機構５４とから構成されている。
【０００７】
ウエハ加圧機構５２は、詳細構造は図示されていないが、トップリング本体５１に連結されたゴム等の弾性材からなる弾性膜で構成されており、弾性膜内に加圧空気等の加圧流体が供給され、流体圧によって半導体ウエハＷを研磨面６１に押圧するようになっている。またリテーナリング加圧機構５４は、詳細構造は図示されていないが、トップリング本体５１に連結されたゴム等の弾性材からなる弾性膜で構成されており、弾性膜内に加圧空気等の加圧流体が供給され、流体圧によってリテーナリング５３を研磨面６１に押圧するようになっている。トップリング本体５１は駆動軸５５に連結されており、駆動軸５５はエアシリンダ等の昇降機構によって昇降されるようになっている。
【０００８】
上述の構成において、駆動軸５５に連結されたエアシリンダ等の昇降機構を作動させトップリング本体５１の全体を研磨テーブル６０に近接させて半導体ウエハＷを研磨面６１に近接させた状態で、ウエハ加圧機構５２に所定圧力の加圧流体を供給して半導体ウエハＷを研磨テーブル６０の研磨面６１に押圧する。この場合には、半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、ウエハ加圧機構５２に供給される加圧流体の圧力を調整することにより、所望の値に調整する。またリテーナリング加圧機構５４に所定圧力の加圧流体を供給してリテーナリング５３を研磨テーブル６０の研磨面６１に押圧する。
【０００９】
上述のように、流体圧によって半導体ウエハＷが研磨面６１に押圧されるので、半導体ウエハＷの中央部から周縁部に至るまで全面に亘って均一な研磨圧力を加えることができる。そのため、半導体ウエハＷの全面を均一に研磨できる。そして、半導体ウエハＷに加えられる研磨圧力と概略同一の押圧力がリテーナリング加圧機構５４を介してリテーナリング５３に加えられるため、半導体ウエハＷの周囲の研磨パッド等の研磨面が半導体ウエハＷと概略同一の圧力で押され、半導体ウエハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にあるリテーナリング５３の外周部までの圧力分布が連続かつ均一になる。そのため、ポリッシング対象物である半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような半導体ウエハの押圧およびリテーナリングの押圧にいずれも流体圧を使用した従来の基板保持装置においては、トップリング本体に対してリテーナリングは上下（垂直方向）および左右（半径方向）に自由に動くことができるように構成されている。即ち、リテーナリングはトップリング本体に対して独立した動きができる構造になっており、そのため半導体ウエハの外周部の研磨均一性を左右するリテーナリングの動きが、ウエハに対して、必要な上下動のみならず左右にも動く現象がある。その結果、リテーナリングと半導体ウエハの周縁部（エッジ部）との距離が一定にならず、半導体ウエハの外周部の研磨均一性と安定性に問題が生じていた。
【００１１】
また従来のトップリングにおいては、半導体ウエハを保持する部分が弾性膜で覆われているため、半導体ウエハの搬送時には弾性膜に吸盤状の形状を作るなどの工夫により、半導体ウエハの保持を行う必要があった。その結果、半導体ウエハ自体に対して、反り（変形）を与え、その反り（変形）のため、搬送中に半導体ウエハが破損したり、あるいは半導体ウエハ上に形成されているデバイス構造が損傷したりすることがあった。また半導体ウエハの保持が弾性膜を介しての間接的な保持であるため、搬送時に半導体ウエハの保持ミスなどが起こり易く、装置の稼働率、半導体ウエハの歩留まりに影響を与えていた。
【００１２】
また、このような砥液（スラリ）を用いた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）における更なる問題点は、凹凸パターンを有するデバイスウエハを研磨する際、研磨初期は凸部が優先的に研磨されるが、次第に凹部も削られるようになるため、凹凸の段差がなかなか解消されない点である。また、ウエハ上の凹凸パターンの疎密によっても、削れ方に差が出ていた。これは、研磨が比較的柔らかい弾性を有する研磨パッドを用いて、且つ遊離砥粒を多量に含むスラリ状の砥液により研磨を行うため、化学的機械的研磨が半導体ウェハ表面上の凸部のみならず凹部にも作用するためである。
【００１３】
このため、最近、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）等の砥粒を例えばフェノール樹脂等のバインダを用いて固定した、いわゆる固定砥粒からなる研磨面を用いた半導体ウエハの研磨が研究されている。このような固定砥粒を用いた研磨では、研磨面が従来の化学的機械的研磨の場合の研磨パッドと異なり硬質であるため、凹凸の凸部を優先的に研磨し、凹部は研磨され難いため、絶対的な平坦性が得やすいという利点がある。
しかしながら、このような固定砥粒からなる硬質な研磨面に適するトップリングの開発はなされていなかった。
【００１４】
本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、リテーナリングとトップリング本体との相対運動をなくし、研磨中においてリテーナリングの挙動の安定性を得るとともにリテーナリングとポリッシング対象物の周縁部（エッジ部）との距離を一定とし研磨の均一性および安定性を得ることができるとともに、ポリッシング対象物を搬送する際などにポリッシング対象物を変形させることなく確実に保持することができる基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の基板保持装置の１態様は、ポリッシング対象物である基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、前記基板を保持するトップリング本体と、前記トップリング本体に固定されるか又は一体に設けられ基板の外周縁を保持するリテーナリングと、前記トップリング本体とリテーナリングとの内部に画成された空間内に収容された、弾性膜と該弾性膜の外周部が保持された弾性膜支持部材とを備え、前記弾性膜支持部材には貫通孔が設けられ、該貫通孔を介して前記弾性膜支持部材の上部空間である流体室から加圧流体が前記弾性膜の裏面に供給され、前記弾性膜の中央部には開口部が設けられ、該開口部には下端が開口した連通孔を有する吸着部が露出するように設けられ、該吸着部は前記弾性膜支持部材に設けられ、前記流体室内に加圧流体を供給することにより、前記基板を前記研磨面に押圧し、前記吸着部の連通孔を真空源に連通させることにより該吸着部により前記基板を吸着するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の好ましい態様によれば、前記流体室に供給する加圧流体の圧力を調整することにより基板に加わる研磨圧力を調整する。
本発明の好ましい態様によれば、前記弾性膜支持部材の前記トップリング本体に対する上下方向位置は規制部材により規制される。
本発明の好ましい態様によれば、前記弾性膜は複数の開口部を有し、該複数の開口部に前記吸着部が設けられている。
本発明の好ましい態様によれば、前記トップリング本体に押圧力を加える手段は、トップリング本体を上下動させる機構からなる。
本発明の基板保持装置の他の態様は、ポリッシング対象物である基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、前記基板を保持するトップリング本体と、前記トップリング本体内に画成された空間内に設けられた開口部を有する弾性膜と、前記弾性膜を保持する弾性膜支持部材と、前記弾性膜の開口部に露出するように設けられた吸着部とを有し、前記吸着部は、真空源に接続されている連通孔を有し、さらに該吸着部の下端面には弾性シートが貼着されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、リテーナリングを剛構造のトップリング本体に一体構造として設け、トップリング本体の上下動によりリテーナリングを上下動させる。これにより、トップリング本体への押圧力をリテーナリングへの押圧力として利用し、トップリング本体との一体構造により不必要なリテーナリングの左右（半径方向）の動きをなくすことができる。したがって、リテーナリングとポリッシング対象物である基板の周縁部（エッジ部）との距離を常に最小に抑えることが可能になり、基板の外周部における研磨の均一性と研磨の安定性の向上を図ることができる。
【００１７】
またリテーナリングをトップリング本体と一体構造とすることにより、高剛性のリテーナリング構造を可能にし、研磨中にリテーナリングの挙動の安定性が得られる。そして、安定した高剛性のリテーナリング構造の内側において、フローティング構造の基板保持加圧機構が研磨面のうねり等に追従し、結果として、硬質の研磨面においてリテーナリングの挙動が安定し、基板の研磨の安定性が得られる。
【００１８】
また本発明においては、ポリッシング対象物である基板を保持する部分にある弾性膜に開口部を形成し、その開口部に基板を真空により直接的に保持する機構を持つ吸着部が露出する構造になっている。この吸着部により、ポリッシング対象物を真空吸着して保持するため、基板に反り（変形）を与えることがなく、基板が破損したり、基板上のデバイス構造が損傷したりすることがない。また、弾性膜を介さないで基板を直接に保持するため、基板の保持の安定性が飛躍的に高まる。結果として、装置の稼働率を向上させることができ、また製品の歩留まり向上を達成できる。
【００１９】
また本発明のポリッシング装置の１態様は、研磨面を有する研磨テーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧するトップリングとを備え、前記トップリング内に開口部を有した弾性膜により形成された流体室を設け、かつ前記弾性膜の開口部に連通孔を有した吸着部を設け、前記流体室内に加圧流体を供給することにより前記基板を前記研磨面に押圧し、前記吸着部の連通孔を真空源に連通させることにより該吸着部により前記基板を吸着するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の好ましい態様によれば、前記トップリングはトップリング本体に固定されるか又は一体に設けられ基板の外周縁を保持するリテーナリングを備え、前記トップリング本体に押圧力を加えることにより前記リテーナリングを前記研磨面に押圧する。
【００２０】
本発明のトップリングは、硬質な研磨面を構成する、特に圧縮弾性係数１９．６ＭＰａ（２００ｋｇ／ｃｍ^２）以上の研磨部材との適合性に優れている。本発明のトップリングによれば、高剛性のリテーナリングの内側で基板は弾性膜を介して流体圧により保持されているので、基板の裏面に加わる流体圧により、硬質の研磨面の凹凸を吸収できる。したがって、硬質の研磨面を用いる場合にも研磨性能がよく、またバッキングパッドの真空吸着孔が基板に転写されることもない。なお、弾性膜を省略して、基板を直接流体で押圧してもよい。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、研磨面は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成した固定砥粒により構成される。
本発明の好ましい態様によれば、研磨面を有する研磨テーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する前記基板保持装置とを備えている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は本発明の基板保持装置の実施形態を示す縦断面図であり、図２は図１で示す基板保持装置の底面図であり、図３は図１で示す基板保持装置の動作状態を示す縦断面図である。
基板保持装置は、ポリッシング対象物である半導体ウエハ等の基板を保持して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、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なり、トップリング本体２は円盤状の上部板２Ａと、上部板２Ａより下方に延設された周壁部２Ｂとから構成されている。前記リテーナリング３は周壁部２Ｂの下端に固定されている。リテーナリング３は、剛性が高い樹脂材から形成されている。なお、リテーナリング３はトップリング本体２と一体に形成してもよい。
【００２３】
トップリング本体２およ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、弾性膜４と、弾性膜４の外周部が保持された概略円盤状の弾性膜支持部材５が収容されている。そして、弾性膜支持部材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６が張設されている。前記トップリング本体２と弾性膜４と加圧シート６とにより流体室８が形成されている。弾性膜４および加圧シート６は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。そして、流体室８にはチューブおよびコネクタ等からなる流体路１０を介して加圧空気等の加圧流体が供給されるようになっている。流体室８に供給された加圧流体は弾性膜支持部材５に設けられた貫通孔５ｈを介して弾性膜４の裏面に供給され、弾性膜４の裏面に加圧流体の圧力が加えられる。流体室８に供給される加圧流体の圧力はレギュレータ等により可変になっている。弾性膜４の外周面とトップリング本体２およびリテーナリング３との間には、わずかな間隙があり、弾性膜４および弾性膜支持部材５は、トップリング本体２およびリテーナリング３に対して上下方向に移動可能になっている。
なお、より高い研磨性能を得るためには、本実施例のように弾性膜により流体室８を形成するのが望ましいが、弾性膜４を設けずに、ポリッシング対象物を直接流体で押圧してもよい。この場合は、トップリング本体２の内部空間と、ポリッシング対象物である半導体ウエハの裏面によって流体室が形成されることになる。
【００２４】
前記トップリング本体２の上部板２Ａには、サポート１２を介して環状のストッパプレート１３が固定されている。ストッパプレート１３の上端面１３ａは所定高さ位置に設定されており、ストッパプレート１３は規制部材を構成している。そして、流体室８に加圧空気等の加圧流体が供給された際に、弾性膜４および弾性膜支持部材５は一体にトップリング本体２に対して下方に移動することになるが、弾性膜支持部材５の上端部５ａがストッパプレート１３の上端面１３ａと係合することにより、この下方への移動が所定範囲に規制されるようになっている。また弾性膜４には複数の開口部４ａが設けられ、この開口部４ａに連通孔１４ｈを有した吸着部１４が露出するように設けられている。複数の吸着部１４は弾性膜支持部材５の中央部側に設けられている。この実施形態においては、吸着部１４は弾性膜支持部材５と一体に形成されているが、弾性膜支持部材５を環状に形成し、複数の吸着部１４を有した円盤状のチャッキングプレートを弾性膜支持部材５の内側に固定してもよい。
【００２５】
図２に示すように、弾性膜４の中央部には５個の開口部４ａが設けられ、各開口部４ａに吸着部１４が露出するように設けられている。図１に示すように、各吸着部１４の連通孔１４ｈの下端は開口しており、各連通孔１４ｈは弾性膜支持部材５内で合流し、この合流した連通孔は流体室８内を通るチューブ１１を介して真空源に接続されるようになっている。そして、吸着部１４の連通孔１４ｈが真空源に接続されると、連通孔１４ｈの開口端に負圧が形成され、吸着部１４に半導体ウエハＷが吸着される。吸着部１４は、図１に示すように、半導体ウエハＷの研磨中には弾性膜４の下端面より内方に位置して弾性膜４の下端面より突出することはない。そして、半導体ウエハＷを吸着する際には、図３に示すように、吸着部１４の下端面は弾性膜４の下端面と略同一面になる。吸着部１４の下端面には薄いゴムシート等からなる弾性シート１５が貼着されており、吸着部１４は半導体ウエハＷを柔軟に吸着保持するようになっている。
【００２６】
トップリング本体２の上部板２Ａの上方にはトップリング駆動軸１８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１８とは自在継手部１９により連結されている。トップリング駆動軸１８からトップリング本体２へ互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する自在継手部１９は、トップリング本体２とトップリング駆動軸１８の互いの傾動を可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸１８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有している。球面軸受機構は、トップリング駆動軸１８の下面の中央に形成された球面状凹部１８ａと、上部板２Ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ａと、両凹部１８ａ，２ａ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール２１とから構成されている。
【００２７】
回転伝達機構は、トップリング駆動軸１８に固定された駆動ピン（図示せず）と上部板２Ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成され、トップリング本体２が傾いても、被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、互いの接触点をずらして係合し、トップリング駆動軸１８の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００２８】
次に、前述のように構成されたトップリング１の作用を説明する。
トップリング１の全体を半導体ウエハの移送位置に位置させ、吸着部１４の連通孔１４ｈをチューブ１１を介して真空源に接続することにより、図３に示すように、連通孔１４ｈの吸引作用により吸着部１４の下端面に半導体ウエハＷを真空吸着する。このとき、弾性膜支持部材５および吸着部１４が上昇しないように流体室８にはわずかな正圧が加えられ、弾性膜支持部材５の上端部５ａがストッパプレート１３の上端面１３ａに係合し、弾性膜支持部材５および吸着部１４が所定の位置に保持されている。そして、半導体ウエハ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（例えば研磨パッドからなる）を有する研磨テーブル（図４の符号３０）の上方に位置させ、半導体ウエハＷおよびリテーナリング３を研磨面に押圧し研磨を開始する。半導体ウエハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウエハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。
【００２９】
半導体ウエハＷを研磨する際には、トップリング駆動軸１８に連結されたエアシリンダ（図４の符号３３）を作動させ、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を所定の押圧力で研磨テーブルの研磨面に押圧する。この状態で、流体室８に所定圧力の加圧流体を供給して半導体ウエハＷを研磨テーブルの研磨面に押圧する。半導体ウエハＷに加わる研磨圧力は、流体室８に加わる加圧流体の圧力を調整することにより、所望の値に調整する。この場合、半導体ウエハＷには弾性膜４を介して流体から押圧力が加えられる部分と、開口部４ａの箇処のように、加圧流体の圧力そのものが半導体ウエハＷに加わる部分とがあるが、これら両方の部分に加えられる押圧力は同一圧力である。即ち、流体室８内の流体から押圧力が半導体ウエハＷの全面に加えられるので、半導体ウエハＷの厚みによらず、半導体ウエハＷの中央部から周縁部に至るまで全面に亘って均一な研磨圧力を加えることができる。そのため、半導体ウエハＷの全面を均一に研磨できる。なお、研磨時に開口部４ａの周囲で、弾性膜４は半導体ウエハＷの裏面に密接するため、流体室８内の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。
【００３０】
半導体ウエハＷに加えられる研磨圧力と概略同一又はそれより若干大きい押圧力がエアシリンダを介してリテーナリング３に加えられるため、半導体ウエハＷの周囲の研磨面が半導体ウエハＷと概略同一の圧力で押圧され、半導体ウエハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にあるリテーナリング３の外周部までの圧力分布が連続かつ均一になる。そのため、ポリッシング対象物である半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００３１】
図１乃至図３に示す基板保持装置を構成するトップリングによれば、リテーナリング３を剛構造のトップリング本体２に一体構造として設け、トップリング本体２の上下動によりリテーナリング３を上下動させる。これにより、トップリング本体２への押圧力をリテーナリング３への押圧力として利用し、トップリング本体２との一体構造により不必要なリテーナリング３の左右（半径方向）の動きをなくすことができる。したがって、リテーナリング３と半導体ウエハＷの周縁部（エッジ部）との距離を常に最小に抑えることが可能になり、半導体ウエハＷの外周部における研磨の均一性と研磨の安定性の向上を図ることができる。
【００３２】
またリテーナリング３をトップリング本体２と一体構造とすることにより、高剛性のリテーナリング構造を可能にし、研磨中にリテーナリングの挙動の安定性が得られる。そして、安定した高剛性のリテーナリング構造の内側において、フローティング構造のウエハ保持加圧機構が研磨面のうねり等に追従し、結果として硬質の研磨面においてリテーナリングの挙動が安定し、半導体ウエハの研磨の安定性が得られる。
【００３３】
また、弾性膜４に複数の開口部４ａを形成して、これら開口部４ａに連通孔１４ｈを有した吸着部１４を設け、連通孔１４ｈを真空源に連通させることにより、半導体ウエハＷを真空吸着する。即ち、半導体ウエハＷの吸着時に、真空圧で吸着部１４が直接に半導体ウエハＷを吸着するため、弾性膜４に吸盤作用をさせる必要がなく、弾性膜４の物性変化が少なくなり、研磨均一性の安定性が増す。
【００３４】
図４は、図１乃至図３に示す基板保持装置を備えたポリッシング装置の全体構成を示す断面図である。図中、符号１は基板保持装置を構成するトップリングであり、トップリング１の下方には、上面に研磨パッド３１を備えた研磨テーブル３０が設置されている。
前記トップリング１は自在継手部１９を介してトップリング駆動軸１８に接続されており、このトップリング駆動軸１８はトップリングヘッド３２に固定されたトップリング上下用エアシリンダ３３に連結されており、このトップリング上下用エアシリンダ３３によってトップリング駆動軸１８は上下動し、トップリング１の全体を昇降させるととも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３０に押圧するようになっている。
【００３５】
また、トップリング駆動軸１８はキー（図示せず）を介して回転筒３４に連結されており、この回転筒３４はその外周部にタイミングプーリ３５を有している。そして、タイミングプーリ３５は、タイミングベルト３６を介して、トップリングヘッド３２に固定されたトップリング用モータ３７に設けられたタイミングプーリ３８に接続されている。従って、トップリング用モータ３７を回転駆動することによってタイミングプーリ３８、タイミングベルト３６およびタイミングプーリ３５を介して回転筒３４及びトップリング駆動軸１８が一体に回転し、トップリング１が回転する。トップリングヘッド３２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３９によって支持されている。
【００３６】
トップリング上下用エアシリンダ３３及び流体室８は、それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源２４に接続されている。そして、レギュレータＲ１によってトップリング上下用エアシリンダ３３へ供給する加圧空気の空気圧を調整することにより、リテーナリング３が研磨パッド３１を押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータＲ２によって流体室８へ供給する加圧空気の空気圧を調整することにより、半導体ウエハＷを研磨パッド３１に押圧する研磨圧力を調整することができる。また吸着部１４の連通孔１４ｈはバルブＶを介して真空ポンプ等の真空源２５に接続されている。
【００３７】
また、研磨テーブル３０の上方には研磨液供給ノズル４０が設置されており、研磨液供給ノズル４０によって研磨テーブル３０上の研磨パッド３１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００３８】
上記構成のポリッシング装置において、半導体ウエハＷの搬送時には、吸着部１４の連通孔１４ｈを真空源２５に連通させて、吸着部１４により半導体ウエハＷを吸着する。そして、研磨時には、吸着部１４による半導体ウエハＷの吸着を解除し、トップリング１の弾性膜４の下面に半導体ウエハＷを保持させ、トップリング上下用エアシリンダ３３を作動させてトップリング１に一体に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル３０に向かって押圧し、かつ流体室８へ加圧空気を供給して回転している研磨テーブル３０の上面の研磨パッド３１に半導体ウエハＷを押圧する。一方、研磨液供給ノズル４０から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド３１に研磨液Ｑが保持されており、半導体ウエハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド３１の間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。
【００３９】
トップリング上下用エアシリンダ３３によるリテーナリング３の研磨パッド３１への押圧力と、流体室８に供給する加圧空気による半導体ウエハＷの研磨パッド３１への押圧力とを適宜調整して半導体ウエハＷの研磨を行う。研磨中にレギュレータＲ２によって半導体ウエハＷを研磨テーブル３０上の研磨パッド３１に押圧する押圧力を変更でき、レギュレータＲ１によってリテーナリング３が研磨パッド３１を押圧する押圧力を変更できる。従って、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド３１を押圧する押圧力と半導体ウエハＷを研磨パッド３１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウエハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にあるリテーナリング３の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハＷの周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【００４０】
本発明においては、研磨テーブル上に形成される研磨面は、前述した研磨パッドにより形成してもよく、又、固定砥粒により形成してもよい。研磨パッドとしては、市場で入手できるものとして、種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００，ＩＣ−１０００，ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎｘｘｘ−５，Ｓｕｒｆｉｎ０００等である。ＳＵＢＡ８００，Ｓｕｒｆｉｎｘｘｘ−５，Ｓｕｒｆｉｎ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。
【００４１】
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。固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。固定砥粒には、前記板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼り付け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、前記ＩＣ−１０００がある。
【００４２】
本発明のトップリングは、硬質な研磨面を構成する、特に圧縮弾性係数１９．６ＭＰａ（２００ｋｇ／ｃｍ^２）以上の研磨部材との適合性に優れている。
従来のトップリングの一例においては、剛体のトップリング本体にバッキングパッドを介して半導体ウエハを保持し、研磨パッドが弾性を有しているため、半導体ウエハに対する衝撃を主に研磨パッド側で吸収していた。しかし、研磨面が硬質の研磨面になった場合は、研磨面の凹凸がそのまま半導体ウエハに転写され、影響してしまう。また、トップリング側の半導体ウエハの真空吸着用の孔が半導体ウエハ裏面に転写していた。
しかしながら、半導体ウエハを弾性膜を介して流体圧により保持するトップリングによれば、半導体ウエハの裏面に加わる流体圧により、硬質の研磨面の凹凸を吸収できる。したがって、硬質の研磨面を用いる場合にも研磨性能がよく、またバッキングパッドの真空吸着孔が半導体ウエハに転写されることもない。
更に、本発明によれば、リテーナリングがトップリング本体と一体に構成されているため、剛性が高く、リテーナリングの必要以上の不安定な動きが抑制され、研磨性能が安定する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、リテーナリングを剛構造のトップリング本体に一体構造として設け、トップリング本体の上下動によりリテーナリングを上下動させる。これにより、トップリング本体への押圧力をリテーナリングへの押圧力として利用し、トップリング本体との一体構造により不必要なリテーナリングの左右（半径方向）の動きをなくすことができる。したがって、リテーナリングとポリッシング対象物である基板の周縁部（エッジ部）との距離を常に最小に抑えることが可能になり、基板の外周部における研磨の均一性と研磨の安定性の向上を図ることができる。
【００４４】
またリテーナリングをトップリング本体と一体構造とすることにより、高剛性のリテーナリング構造を可能にし、研磨中にリテーナリングの挙動の安定性が得られる。そして、安定した高剛性のリテーナリング構造の内側において、フローティング構造の基板保持加圧機構が研磨面のうねり等に追従し、結果として硬質の研磨面においてリテーナリングの挙動が安定し、基板の研磨の安定性が得られる。
【００４５】
また本発明においては、ポリッシング対象物である基板を保持する部分にある弾性膜に開口部を形成し、その開口部に基板を真空により直接的に保持する機構を持つ吸着部が露出する構造になっている。この吸着部により、ポリッシング対象物を真空吸着して保持するため、基板に反り（変形）を与えることがなく、基板が破損したり、基板上のデバイス構造が損傷したりすることがない。また、弾性膜を介さないで基板を直接に保持するため、基板の保持の安定性が飛躍的に高まる。結果として、装置の稼働率を向上させることができ、また製品の歩留まり向上を達成できる。
【００４６】
本発明のトップリングは、特に硬質な研磨面、特に圧縮弾性係数１９．６ＭＰａ（２００ｋｇ／ｃｍ^２）以上の研磨面との適合性に優れている。本発明のトップリングによれば、高剛性のリテーナリングの内側で基板は弾性膜を介して流体圧により保持されているので、基板の裏面に加わる流体圧により、硬質の研磨面の凹凸を吸収できる。したがって、硬質の研磨面を用いる場合にも研磨性能がよく、またバッキングパッドの真空吸着孔が基板に転写されることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板保持装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１で示す基板保持装置の底面図である。
【図３】図１で示す基板保持装置の動作状態を示す縦断面図である。
【図４】図１乃至図３に示す基板保持装置を備えたポリッシング装置の全体構成を示す断面図である。
【図５】半導体ウエハを空気圧等の流体圧で研磨面に押圧するとともにリテーナリングを流体圧で研磨面に押圧する構造を有した基板保持装置の模式図である。
【符号の説明】
１トップリング
２トップリング本体
２Ａ上部板
２Ｂ周壁部
３，５３リテーナリング
４弾性膜
４ａ開口部
５弾性膜支持部材
５ａ上端部
５ｈ貫通孔
６加圧シート
８流体室
１０流体路
１１チューブ
１２サポート
１３ストッパプレート
１３ａ上端面
１４吸着部
１４ｈ連通孔
１８トップリング駆動軸
１９自在継手部
２１ベアリングボール
２４圧縮空気源
２５真空源
３０研磨テーブル
３１研磨パッド
３２トップリングヘッド
３３トップリング上下用エアシリンダ
３４回転筒
３５，３８タイミングプーリ
３６タイミングベルト
３７トップリング用モータ
３９トップリングヘッドシャフト
４０研磨液供給ノズル
５２ウエハ加圧機構
５４リテーナリング加圧機構
５５駆動軸
Ｗ半導体ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate holding device that holds a substrate when a substrate such as a semiconductor wafer is polished and planarized, and a polishing apparatus that includes the substrate holding device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor devices have become increasingly finer and the element structure has become more complex, and as the number of layers of logic multi-layer wiring has increased, the surface of the semiconductor device has become increasingly uneven and the level difference has a tendency to increase. This is because, in the manufacture of semiconductor devices, a thin film is formed, and after the fine processing for patterning and opening, the next thin film is stacked many times. If the surface irregularities increase, the film thickness at the stepped part becomes thin when forming a thin film, and open due to wiring disconnection and short circuit due to insulation failure between wiring layers occur, so that non-defective products can not be obtained and yield is reduced. To do. Moreover, even if it operates normally at an initial stage, a problem of reliability occurs for a long time use.
[0003]
Another major problem of surface irregularities is the lithography process. This is because if the irradiation surface has irregularities at the time of exposure, the lens focus of the exposure system is not partially aligned and it becomes difficult to form a fine pattern.
For these reasons, surface planarization techniques are becoming increasingly important in semiconductor device manufacturing processes. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). In this chemical mechanical polishing, a polishing apparatus is used to obtain silica (SiO 2).₂The semiconductor wafer is brought into sliding contact with the polishing surface while supplying a polishing liquid containing abrasive grains such as) onto a polishing surface such as a polishing pad.
[0004]
Conventionally, this type of polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface made of a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or carrier head for holding a semiconductor wafer. The substrate holding device presses the semiconductor wafer against the polishing table at a predetermined pressure while holding the semiconductor wafer, and causes the semiconductor wafer to slide against the polishing surface by moving the substrate holding device and the polishing table relative to each other. The surface of the semiconductor wafer is polished to a flat and mirror surface.
[0005]
In the polishing apparatus described above, if the relative pressing force between the semiconductor wafer being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the semiconductor wafer, insufficient polishing or excessive polishing may occur depending on the pressing force of each part. Polishing occurs. Therefore, the semiconductor wafer holding surface of the substrate holding device is formed of an elastic film made of an elastic material such as rubber, and fluid pressure such as air pressure is applied to the back surface of the elastic film so that the pressing force applied to the semiconductor wafer is uniform over the entire surface. It is also done. In this case, the periphery of the semiconductor wafer is a contact / non-contact boundary with the polishing surface. In particular, since the polishing pad has elasticity, the polishing pressure applied to the peripheral portion of the semiconductor wafer becomes non-uniform, and only the peripheral edge of the semiconductor wafer is polished to cause so-called “edge fringing”.
In order to prevent the edge of the semiconductor wafer described above, a substrate holding apparatus having a structure in which a polishing surface located on the outer peripheral side of the semiconductor wafer is pressed by a guide ring or a retainer ring that holds the outer peripheral edge of the semiconductor wafer is also used. Yes. In this apparatus, the retainer ring is pressed against the polishing surface by a fluid pressure such as air pressure.
[0006]
FIG. 5 is a schematic view of a substrate holding apparatus having a structure in which the semiconductor wafer described above is pressed against the polishing surface with a fluid pressure such as air pressure and the retainer ring is pressed against the polishing surface with a fluid pressure.
As shown in FIG. 5, the top ring 50 constituting the substrate holding device includes a top ring main body 51 having an accommodating space therein, and is accommodated in the top ring main body 51 and the semiconductor wafer W is placed on the polishing table 60. A wafer pressing mechanism 52 that presses against the polishing surface 61, a retainer ring 53 that is provided so as to be movable up and down with respect to the top ring main body 51 and holds the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W, and presses the retainer ring 53 against the polishing surface 61. And a retainer ring pressurizing mechanism 54.
[0007]
Although the detailed structure of the wafer pressurizing mechanism 52 is not shown, the wafer pressurizing mechanism 52 is composed of an elastic film made of an elastic material such as rubber connected to the top ring main body 51, and pressurizes pressurized air or the like in the elastic film A fluid is supplied, and the semiconductor wafer W is pressed against the polishing surface 61 by fluid pressure. Although the detailed structure of the retainer ring pressurizing mechanism 54 is not shown, the retainer ring pressurizing mechanism 54 is composed of an elastic film made of an elastic material such as rubber connected to the top ring main body 51. Pressurized fluid is supplied, and the retainer ring 53 is pressed against the polishing surface 61 by fluid pressure. The top ring body 51 is connected to a drive shaft 55, and the drive shaft 55 is moved up and down by a lifting mechanism such as an air cylinder.
[0008]
In the above-described configuration, the wafer is moved in a state where the lifting mechanism such as an air cylinder connected to the drive shaft 55 is operated to bring the entire top ring body 51 close to the polishing table 60 and the semiconductor wafer W close to the polishing surface 61. A pressurized fluid with a predetermined pressure is supplied to the pressurizing mechanism 52 to press the semiconductor wafer W against the polishing surface 61 of the polishing table 60. In this case, the polishing pressure applied to the semiconductor wafer W is adjusted to a desired value by adjusting the pressure of the pressurized fluid supplied to the wafer pressurizing mechanism 52. Further, a pressurized fluid having a predetermined pressure is supplied to the retainer ring pressurizing mechanism 54 to press the retainer ring 53 against the polishing surface 61 of the polishing table 60.
[0009]
As described above, since the semiconductor wafer W is pressed against the polishing surface 61 by the fluid pressure, a uniform polishing pressure can be applied over the entire surface from the central portion to the peripheral portion of the semiconductor wafer W. Therefore, the entire surface of the semiconductor wafer W can be uniformly polished. Then, a pressing force substantially the same as the polishing pressure applied to the semiconductor wafer W is applied to the retainer ring 53 via the retainer ring pressurizing mechanism 54, so that the polishing surface such as a polishing pad around the semiconductor wafer W is exposed to the semiconductor wafer W. The pressure distribution from the central portion of the semiconductor wafer W to the peripheral portion, and further to the outer peripheral portion of the retainer ring 53 outside the semiconductor wafer W becomes continuous and uniform. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount from being excessive or insufficient at the peripheral edge of the semiconductor wafer W that is the polishing object.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional substrate holding apparatus using fluid pressure for both pressing of the semiconductor wafer and pressing of the retainer ring as described above, the retainer ring is vertically (vertically) and horizontally (radially) with respect to the top ring body. It is configured to be able to move freely. In other words, the retainer ring has a structure that can move independently with respect to the top ring body. Therefore, the movement of the retainer ring that affects the polishing uniformity of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer causes the required vertical movement with respect to the wafer. There is a phenomenon that moves not only to the left and right. As a result, the distance between the retainer ring and the peripheral portion (edge portion) of the semiconductor wafer is not constant, and there is a problem in the polishing uniformity and stability of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer.
[0011]
In the conventional top ring, the part that holds the semiconductor wafer is covered with an elastic film. Therefore, it is necessary to hold the semiconductor wafer by means such as creating a sucker-like shape on the elastic film when transporting the semiconductor wafer. was there. As a result, the semiconductor wafer itself is warped (deformed), and the warped (deformed) damages the semiconductor wafer during transportation, or damages the device structure formed on the semiconductor wafer. There was something to do. Further, since the holding of the semiconductor wafer is an indirect holding through the elastic film, a holding error of the semiconductor wafer is likely to occur at the time of transfer, which affects the operation rate of the apparatus and the yield of the semiconductor wafer.
[0012]
In addition, a further problem in chemical mechanical polishing (CMP) using such an abrasive liquid (slurry) is that when a device wafer having a concavo-convex pattern is polished, the projections are preferentially polished at the initial stage of polishing. However, since the concave portion is gradually scraped, the uneven step is not easily eliminated. Further, there was a difference in the way of shaving due to the density of the uneven pattern on the wafer. This is because polishing is performed by using a polishing pad having elasticity that is relatively soft and with a slurry-like abrasive liquid containing a large amount of free abrasive grains, so that chemical mechanical polishing is performed only on the convex portion on the surface of the semiconductor wafer. This is because it also acts on the recess.
[0013]
For this reason, recently cerium oxide (CeO₂The polishing of semiconductor wafers using a polishing surface made of so-called fixed abrasive grains in which abrasive grains such as) are fixed using a binder such as phenol resin has been studied. In the polishing using such fixed abrasive grains, the polishing surface is hard unlike the polishing pad in the case of the conventional chemical mechanical polishing, so that the concave and convex portions are preferentially polished and the concave portions are not easily polished. Therefore, there is an advantage that absolute flatness is easily obtained.
However, a top ring suitable for a hard polishing surface made of such fixed abrasive grains has not been developed.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and eliminates the relative movement between the retainer ring and the top ring body, obtains stability of the behavior of the retainer ring during polishing, and at the periphery of the retainer ring and the polishing object (edge). A substrate holding device capable of obtaining a uniform and stable polishing and a constant holding distance without deforming the polishing object when the polishing object is transported, and the like. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus provided with the substrate holding device.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above-described object, one aspect of the substrate holding device of the present invention is a substrate holding device that holds a substrate that is an object to be polished and presses it against a polishing surface on a polishing table, and a top ring that holds the substrate. A main body, and a retainer ring that is fixed to or integrally with the top ring main body and holds the outer peripheral edge of the substrate;The elastic membrane support member includes an elastic membrane and an elastic membrane support member that holds the outer periphery of the elastic membrane, and is accommodated in a space defined inside the top ring body and the retainer ring. A through hole is provided, and pressurized fluid is supplied to the back surface of the elastic membrane from a fluid chamber that is an upper space of the elastic membrane support member through the through hole.Of the elastic membraneIn the centerApertureButProvidedThe lower end of the opening is openCommunication holeAn adsorption part is provided so as to be exposed, and the adsorption part is provided on the elastic membrane support member;By supplying pressurized fluid into the fluid chamber,Press the substrate against the polishing surface,in frontThe communication hole of the suction portion is connected to a vacuum source so that the substrate is sucked by the suction portion.
  According to a preferred aspect of the present invention, the polishing pressure applied to the substrate is adjusted by adjusting the pressure of the pressurized fluid supplied to the fluid chamber.
  According to a preferred embodiment of the present invention,in frontRecordElastic membraneThe vertical position of the support member with respect to the top ring body is regulated by the regulating member.
  According to a preferred aspect of the present invention, the elastic film has a plurality of openings, and the suction portions are provided in the plurality of openings..
  BookAccording to a preferred aspect of the invention, the means for applying a pressing force to the top ring body comprises a mechanism for moving the top ring body up and down.
  Another aspect of the substrate holding device of the present invention is a substrate holding device that holds a substrate that is an object to be polished and presses it against a polishing surface on a polishing table, and a top ring body that holds the substrate, and the top ring body An elastic membrane having an opening provided in a space defined therein, an elastic membrane support member for holding the elastic membrane, and an adsorption portion provided to be exposed at the opening of the elastic membrane. And the suction part has a communication hole connected to a vacuum source, and an elastic sheet is attached to the lower end surface of the suction part.
[0016]
According to the present invention, the retainer ring is provided integrally with the rigid top ring body, and the retainer ring is moved up and down by the vertical movement of the top ring body. As a result, the pressing force applied to the top ring body can be used as the pressing force applied to the retainer ring, and unnecessary left and right (radial direction) movement of the retainer ring can be eliminated by an integral structure with the top ring body. Therefore, the distance between the retainer ring and the peripheral portion (edge portion) of the substrate, which is the polishing target, can always be minimized, and the uniformity of polishing and the stability of polishing at the outer peripheral portion of the substrate are improved. be able to.
[0017]
Further, by making the retainer ring integral with the top ring body, a highly rigid retainer ring structure is possible, and the stability of the behavior of the retainer ring can be obtained during polishing. And, inside the stable and highly rigid retainer ring structure, the floating substrate holding pressure mechanism follows the waviness of the polished surface, and as a result, the behavior of the retainer ring is stabilized on the hard polished surface, Polishing stability is obtained.
[0018]
Also, in the present invention, an opening is formed in the elastic film in the portion that holds the substrate that is the object to be polished, and the suction portion having a mechanism for holding the substrate directly by vacuum is exposed in the opening. It has become. Since the polishing object is vacuum-sucked and held by the suction portion, the substrate is not warped (deformed), and the substrate is not damaged or the device structure on the substrate is not damaged. In addition, since the substrate is directly held without using an elastic film, the stability of holding the substrate is dramatically increased. As a result, the operating rate of the apparatus can be improved and the yield of the product can be improved.
[0019]
  Moreover, one aspect of the polishing apparatus of the present invention includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring that holds a substrate that is an object to be polished and presses it against the polishing surface on the polishing table.,in frontA fluid chamber formed of an elastic membrane having an opening is provided in the top ring, and an adsorption portion having a communication hole is provided in the opening of the elastic membrane to supply pressurized fluid into the fluid chamber. Before the substrateKenkenThe substrate is adsorbed by the adsorbing part by pressing against the polished surface and communicating the communicating hole of the adsorbing part with a vacuum source.
According to a preferred aspect of the present invention, the top ring includes a retainer ring that is fixed to or integrally provided with the top ring body and holds an outer peripheral edge of the substrate, and applies a pressing force to the top ring body. A retainer ring is pressed against the polishing surface.
[0020]
The top ring of the present invention constitutes a hard polished surface, particularly a compressive elastic modulus of 19.6 MPa (200 kg / cm²) Excellent compatibility with the above polishing members. According to the top ring of the present invention, since the substrate is held by fluid pressure through the elastic film inside the highly rigid retainer ring, the unevenness of the hard polished surface is absorbed by the fluid pressure applied to the back surface of the substrate. it can. Therefore, even when a hard polishing surface is used, the polishing performance is good, and the vacuum suction holes of the backing pad are not transferred to the substrate. Note that the elastic film may be omitted and the substrate may be directly pressed with a fluid.
[0021]
  According to a preferred embodiment of the present invention,Polished surfaceIs constituted by fixed abrasive grains formed by fixing abrasive grains in a binder and forming a plate shape.
  According to a preferred aspect of the present invention, the apparatus includes a polishing table having a polishing surface and the substrate holding device that holds a substrate that is an object to be polished and presses it against the polishing surface on the polishing table.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a substrate holding device according to the present invention and a polishing apparatus provided with the substrate holding device will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the substrate holding device of the present invention, FIG. 2 is a bottom view of the substrate holding device shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows an operation state of the substrate holding device shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view shown.
The substrate holding device is a device that holds a substrate such as a semiconductor wafer that is an object to be polished and presses it against a polishing surface on a polishing table. As shown in FIG. 1, a top ring 1 constituting a substrate holding device includes a cylindrical container-shaped top ring body 2 having an accommodating space inside, and a retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2. ing. The top ring body 2 is made of a material having high strength and rigidity, such as metal or ceramics, and the top ring body 2 is composed of a disc-shaped upper plate 2A and a peripheral wall portion 2B extending downward from the upper plate 2A. Yes. The retainer ring 3 is fixed to the lower end of the peripheral wall 2B. The retainer ring 3 is formed from a resin material having high rigidity. The retainer ring 3 may be formed integrally with the top ring main body 2.
[0023]
In a space defined inside the top ring body 2 and the retainer ring 3 fixed integrally to the top ring body 2, there is an elastic film 4 and a substantially disk-like elasticity in which the outer periphery of the elastic film 4 is held. A membrane support member 5 is accommodated. A pressure sheet 6 made of an elastic film is stretched between the elastic film support member 5 and the top ring body 2. A fluid chamber 8 is formed by the top ring body 2, the elastic membrane 4 and the pressure sheet 6. The elastic film 4 and the pressure sheet 6 are formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber. The fluid chamber 8 is supplied with a pressurized fluid such as pressurized air through a fluid passage 10 including a tube and a connector. The pressurized fluid supplied to the fluid chamber 8 is supplied to the back surface of the elastic membrane 4 through the through hole 5 h provided in the elastic membrane support member 5, and the pressure of the pressurized fluid is applied to the back surface of the elastic membrane 4. The pressure of the pressurized fluid supplied to the fluid chamber 8 is variable by a regulator or the like. There is a slight gap between the outer peripheral surface of the elastic membrane 4 and the top ring body 2 and the retainer ring 3, and the elastic membrane 4 and the elastic membrane support member 5 are located above and below the top ring body 2 and the retainer ring 3. It can move in the direction.
In order to obtain higher polishing performance, it is desirable to form the fluid chamber 8 with an elastic film as in this embodiment. However, the polishing object is directly pressed with a fluid without providing the elastic film 4. Also good. In this case, a fluid chamber is formed by the internal space of the top ring body 2 and the back surface of the semiconductor wafer that is the polishing target.
[0024]
An annular stopper plate 13 is fixed to the upper plate 2 </ b> A of the top ring body 2 via a support 12. The upper end surface 13a of the stopper plate 13 is set at a predetermined height position, and the stopper plate 13 constitutes a regulating member. When a pressurized fluid such as pressurized air is supplied to the fluid chamber 8, the elastic membrane 4 and the elastic membrane support member 5 are moved downward relative to the top ring body 2, but are elastic. When the upper end portion 5a of the membrane support member 5 is engaged with the upper end surface 13a of the stopper plate 13, this downward movement is restricted to a predetermined range. The elastic film 4 is provided with a plurality of openings 4a, and the opening 14a is provided so that the suction part 14 having a communication hole 14h is exposed. The plurality of adsorption portions 14 are provided on the central portion side of the elastic membrane support member 5. In this embodiment, the suction portion 14 is formed integrally with the elastic membrane support member 5. However, the elastic membrane support member 5 is formed in an annular shape, and a disk-shaped chucking plate having a plurality of suction portions 14 is formed. The elastic membrane support member 5 may be fixed inside.
[0025]
As shown in FIG. 2, five openings 4a are provided in the central portion of the elastic film 4, and the adsorbing portions 14 are provided in the respective openings 4a. As shown in FIG. 1, the lower ends of the communication holes 14 h of the adsorption portions 14 are open, and the communication holes 14 h merge in the elastic membrane support member 5, and the merged communication holes pass through the fluid chamber 8. It is connected to a vacuum source via the tube 11. When the communication hole 14h of the suction part 14 is connected to a vacuum source, a negative pressure is formed at the opening end of the communication hole 14h, and the semiconductor wafer W is sucked to the suction part 14. As shown in FIG. 1, the suction portion 14 is located inward from the lower end surface of the elastic film 4 and does not protrude from the lower end surface of the elastic film 4 during polishing of the semiconductor wafer W. When adsorbing the semiconductor wafer W, the lower end surface of the adsorbing portion 14 is substantially flush with the lower end surface of the elastic film 4 as shown in FIG. An elastic sheet 15 made of a thin rubber sheet or the like is affixed to the lower end surface of the adsorption unit 14, and the adsorption unit 14 is configured to adsorb and hold the semiconductor wafer W flexibly.
[0026]
A top ring drive shaft 18 is disposed above the upper plate 2 </ b> A of the top ring body 2, and the top ring body 2 and the top ring drive shaft 18 are connected by a universal joint 19. The universal joint portion 19 that transmits the pressing force and the rotational force while allowing the tilting from the top ring drive shaft 18 to the top ring body 2 enables the top ring body 2 and the top ring drive shaft 18 to tilt with respect to each other. A spherical bearing mechanism and a rotation transmission mechanism for transmitting the rotation of the top ring drive shaft 18 to the top ring body 2 are provided. The spherical bearing mechanism includes a spherical recess 18a formed at the center of the lower surface of the top ring drive shaft 18, a spherical recess 2a formed at the center of the upper surface of the upper plate 2A, and an intervening space between the recesses 18a and 2a. And a bearing ball 21 made of a high hardness material such as ceramic.
[0027]
The rotation transmission mechanism is composed of a drive pin (not shown) fixed to the top ring drive shaft 18 and a driven pin (not shown) fixed to the upper plate 2A, and even if the top ring main body 2 is tilted. Since the driven pin and the driving pin are relatively movable in the vertical direction, they are engaged with each other by shifting the contact point with each other, and the rotational torque of the top ring drive shaft 18 is reliably transmitted to the top ring body 2.
[0028]
Next, the operation of the top ring 1 configured as described above will be described.
By placing the entire top ring 1 at the transfer position of the semiconductor wafer and connecting the communication hole 14h of the suction portion 14 to a vacuum source via the tube 11, as shown in FIG. The semiconductor wafer W is vacuum-sucked to the lower end surface of the suction part 14. At this time, a slight positive pressure is applied to the fluid chamber 8 so that the elastic membrane support member 5 and the suction portion 14 do not rise, and the upper end portion 5a of the elastic membrane support member 5 engages with the upper end surface 13a of the stopper plate 13. The elastic membrane support member 5 and the suction portion 14 are held at predetermined positions. Then, the top ring 1 is moved in a state where the semiconductor wafer W is adsorbed, and the entire top ring 1 is positioned above a polishing table (reference numeral 30 in FIG. 4) having a polishing surface (for example, a polishing pad). The wafer W and the retainer ring 3 are pressed against the polishing surface to start polishing. The outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is held by the retainer ring 3 so that the semiconductor wafer W does not jump out of the top ring 1.
[0029]
When polishing the semiconductor wafer W, an air cylinder (reference numeral 33 in FIG. 4) connected to the top ring drive shaft 18 is operated to press the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2 with a predetermined pressing force. Press against the polishing surface of the polishing table. In this state, a pressurized fluid having a predetermined pressure is supplied to the fluid chamber 8 to press the semiconductor wafer W against the polishing surface of the polishing table. The polishing pressure applied to the semiconductor wafer W is adjusted to a desired value by adjusting the pressure of the pressurized fluid applied to the fluid chamber 8. In this case, the semiconductor wafer W has a portion where a pressing force is applied from the fluid via the elastic film 4 and a portion where the pressure of the pressurized fluid itself is applied to the semiconductor wafer W as in the position of the opening 4a. However, the pressing force applied to both of these parts is the same pressure. That is, since the pressing force is applied to the entire surface of the semiconductor wafer W from the fluid in the fluid chamber 8, uniform polishing is performed over the entire surface from the central portion to the peripheral portion of the semiconductor wafer W regardless of the thickness of the semiconductor wafer W. Pressure can be applied. Therefore, the entire surface of the semiconductor wafer W can be uniformly polished. Since the elastic film 4 is in close contact with the back surface of the semiconductor wafer W around the opening 4a during polishing, the pressurized fluid in the fluid chamber 8 hardly leaks to the outside.
[0030]
A pressing force that is approximately the same as or slightly larger than the polishing pressure applied to the semiconductor wafer W is applied to the retainer ring 3 via the air cylinder, so that the polishing surface around the semiconductor wafer W is approximately the same pressure as the semiconductor wafer W. The pressure distribution is continuous and uniform from the central portion of the semiconductor wafer W to the peripheral portion and further to the outer peripheral portion of the retainer ring 3 outside the semiconductor wafer W. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount from being excessive or insufficient at the peripheral edge of the semiconductor wafer W that is the polishing object.
[0031]
According to the top ring constituting the substrate holding apparatus shown in FIGS. 1 to 3, the retainer ring 3 is provided integrally with the rigid top ring body 2, and the top ring body 2 moves up and down to move the retainer ring 3 up and down. Let Accordingly, the pressing force applied to the top ring body 2 is used as the pressing force applied to the retainer ring 3, and unnecessary movement of the retainer ring 3 from side to side (radial direction) can be eliminated due to the integral structure with the top ring body 2. it can. Therefore, the distance between the retainer ring 3 and the peripheral portion (edge portion) of the semiconductor wafer W can always be minimized, and the uniformity of polishing and the stability of polishing at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W are improved. be able to.
[0032]
Further, by making the retainer ring 3 integral with the top ring main body 2, a highly rigid retainer ring structure is possible, and the stability of the behavior of the retainer ring can be obtained during polishing. Then, inside the stable and highly rigid retainer ring structure, the wafer holding and pressing mechanism of the floating structure follows the waviness of the polished surface, and as a result, the behavior of the retainer ring is stabilized on the hard polished surface, and the semiconductor wafer Polishing stability is obtained.
[0033]
In addition, a plurality of openings 4a are formed in the elastic film 4, the suction portions 14 having communication holes 14h are provided in the openings 4a, and the communication holes 14h are communicated with a vacuum source, whereby the semiconductor wafer W is vacuumed. Adsorb. That is, when the semiconductor wafer W is adsorbed, the adsorbing part 14 adsorbs the semiconductor wafer W directly by vacuum pressure, so that it is not necessary to cause the elastic film 4 to suck, and the physical property change of the elastic film 4 is reduced, and the polishing is uniform. Sexual stability is increased.
[0034]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a polishing apparatus provided with the substrate holding apparatus shown in FIGS. 1 to 3. In the figure, reference numeral 1 denotes a top ring constituting a substrate holding device, and a polishing table 30 having a polishing pad 31 on the upper surface is installed below the top ring 1.
The top ring 1 is connected to a top ring drive shaft 18 via a universal joint 19, and the top ring drive shaft 18 is connected to a top ring vertical air cylinder 33 fixed to a top ring head 32. The top ring drive shaft 18 moves up and down by the top ring up / down air cylinder 33 so as to move the entire top ring 1 up and down and press the retainer ring 3 fixed to the lower end of the top ring body 2 against the polishing table 30. It has become.
[0035]
The top ring drive shaft 18 is connected to a rotating cylinder 34 through a key (not shown), and the rotating cylinder 34 has a timing pulley 35 on the outer periphery thereof. The timing pulley 35 is connected via a timing belt 36 to a timing pulley 38 provided on a top ring motor 37 fixed to the top ring head 32. Accordingly, when the top ring motor 37 is rotationally driven, the rotary cylinder 34 and the top ring drive shaft 18 are integrally rotated via the timing pulley 38, the timing belt 36, and the timing pulley 35, and the top ring 1 is rotated. The top ring head 32 is supported by a top ring head shaft 39 fixedly supported by a frame (not shown).
[0036]
The top ring up / down air cylinder 33 and the fluid chamber 8 are connected to the compressed air source 24 via regulators R1 and R2, respectively. Then, by adjusting the air pressure of the pressurized air supplied to the top ring up / down air cylinder 33 by the regulator R1, the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 31 can be adjusted, and the fluid chamber can be adjusted by the regulator R2. By adjusting the air pressure of the pressurized air supplied to 8, the polishing pressure for pressing the semiconductor wafer W against the polishing pad 31 can be adjusted. Further, the communication hole 14h of the suction portion 14 is connected to a vacuum source 25 such as a vacuum pump through a valve V.
[0037]
A polishing liquid supply nozzle 40 is installed above the polishing table 30, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 31 on the polishing table 30 by the polishing liquid supply nozzle 40.
[0038]
In the polishing apparatus having the above configuration, when the semiconductor wafer W is transferred, the communication hole 14 h of the suction unit 14 is communicated with the vacuum source 25 and the semiconductor wafer W is sucked by the suction unit 14. At the time of polishing, the adsorption of the semiconductor wafer W by the adsorption unit 14 is released, the semiconductor wafer W is held on the lower surface of the elastic film 4 of the top ring 1, and the top ring up / down air cylinder 33 is operated to move the top ring 1 to the top ring 1. The integrally fixed retainer ring 3 is pressed toward the polishing table 30 and the semiconductor wafer W is pressed against the polishing pad 31 on the upper surface of the rotating polishing table 30 by supplying pressurized air to the fluid chamber 8. . On the other hand, by flowing the polishing liquid Q from the polishing liquid supply nozzle 40, the polishing liquid Q is held in the polishing pad 31, and the polishing liquid Q is interposed between the surface (lower surface) of the semiconductor wafer W to be polished and the polishing pad 31. Polishing is performed in a state where there is.
[0039]
The semiconductor wafer is adjusted by appropriately adjusting the pressing force of the retainer ring 3 on the polishing pad 31 by the top ring up / down air cylinder 33 and the pressing force of the semiconductor wafer W on the polishing pad 31 by the pressurized air supplied to the fluid chamber 8. Polish W. During the polishing, the pressing force for pressing the semiconductor wafer W against the polishing pad 31 on the polishing table 30 can be changed by the regulator R2, and the pressing force for the retainer ring 3 to press the polishing pad 31 can be changed by the regulator R1. Therefore, by appropriately adjusting the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 31 and the pressing force with which the semiconductor wafer W is pressed against the polishing pad 31 during polishing, the center portion of the semiconductor wafer W to the peripheral portion, The distribution of the polishing pressure up to the outer periphery of the retainer ring 3 outside the semiconductor wafer W is continuous and uniform. Therefore, excessive or insufficient polishing amount at the peripheral edge of the semiconductor wafer W can be prevented.
[0040]
In the present invention, the polishing surface formed on the polishing table may be formed by the above-described polishing pad, or may be formed by fixed abrasive grains. There are various types of polishing pads available on the market, such as SUBA800, IC-1000, IC-1000 / SUBA400 (double-layer cloth) manufactured by Rodel, and Surfin xxx- manufactured by Fujimi Incorporated. 5, Surfin 000 and the like. SUBA800, Surfin xxx-5, Surfin 000 is a nonwoven fabric in which fibers are hardened with urethane resin, and IC-1000 is a hard foamed polyurethane (single layer). The polyurethane foam is porous (porous) and has a large number of fine dents or pores on its surface.
[0041]
The fixed abrasive is a plate formed by fixing the abrasive in a binder. Polishing is progressed by abrasive grains spontaneously generated from the fixed abrasive grains. The fixed abrasive is composed of abrasive grains, a binder, and pores. For example, the abrasive grains include cerium oxide (CeO) having an average particle diameter of 0.5 μm or less.₂) An epoxy resin is used for the binder. The fixed abrasive constitutes a hard polishing surface. In addition to the plate-like one, the fixed abrasive includes a fixed abrasive pad having a two-layer structure in which a polishing pad having elasticity is attached under a thin fixed abrasive layer. Another hard polishing surface is the IC-1000.
[0042]
The top ring of the present invention constitutes a hard polished surface, particularly a compressive elastic modulus of 19.6 MPa (200 kg / cm²) Excellent compatibility with the above polishing members.
In an example of a conventional top ring, a semiconductor wafer is held on a rigid top ring body via a backing pad, and the polishing pad has elasticity, so that the impact on the semiconductor wafer is absorbed mainly on the polishing pad side. It was. However, when the polished surface becomes a hard polished surface, the unevenness of the polished surface is transferred to the semiconductor wafer as it is, which is affected. Moreover, the vacuum ring holes of the semiconductor wafer on the top ring side were transferred to the back surface of the semiconductor wafer.
However, according to the top ring that holds the semiconductor wafer with the fluid pressure through the elastic film, the unevenness of the hard polishing surface can be absorbed by the fluid pressure applied to the back surface of the semiconductor wafer. Therefore, the polishing performance is good even when a hard polishing surface is used, and the vacuum suction holes of the backing pad are not transferred to the semiconductor wafer.
Furthermore, according to the present invention, since the retainer ring is integrally formed with the top ring main body, the rigidity is high, the unstable movement of the retainer ring more than necessary is suppressed, and the polishing performance is stabilized.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, the retainer ring is provided integrally with the rigid top ring body, and the retainer ring is moved up and down by the vertical movement of the top ring body. As a result, the pressing force applied to the top ring body can be used as the pressing force applied to the retainer ring, and unnecessary left and right (radial direction) movement of the retainer ring can be eliminated by an integral structure with the top ring body. Therefore, the distance between the retainer ring and the peripheral portion (edge portion) of the substrate, which is the polishing target, can always be minimized, and the uniformity of polishing and the stability of polishing at the outer peripheral portion of the substrate are improved. be able to.
[0044]
Further, by making the retainer ring integral with the top ring body, a highly rigid retainer ring structure is possible, and the stability of the behavior of the retainer ring can be obtained during polishing. Then, inside the stable and highly rigid retainer ring structure, the substrate holding pressure mechanism of the floating structure follows the waviness of the polishing surface. Stability is obtained.
[0045]
Also, in the present invention, an opening is formed in the elastic film in the portion that holds the substrate that is the object to be polished, and the suction portion having a mechanism for holding the substrate directly by vacuum is exposed in the opening. It has become. Since the polishing object is vacuum-sucked and held by the suction portion, the substrate is not warped (deformed), and the substrate is not damaged or the device structure on the substrate is not damaged. In addition, since the substrate is directly held without using an elastic film, the stability of holding the substrate is dramatically increased. As a result, the operating rate of the apparatus can be improved and the yield of the product can be improved.
[0046]
The top ring of the present invention has a particularly hard polished surface, particularly a compressive elastic modulus of 19.6 MPa (200 kg / cm²) Excellent compatibility with the above polished surfaces. According to the top ring of the present invention, since the substrate is held by fluid pressure through the elastic film inside the highly rigid retainer ring, the unevenness of the hard polished surface is absorbed by the fluid pressure applied to the back surface of the substrate. it can. Therefore, even when a hard polishing surface is used, the polishing performance is good, and the vacuum suction holes of the backing pad are not transferred to the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a substrate holding device of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of the substrate holding device shown in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an operation state of the substrate holding device shown in FIG. 1;
4 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a polishing apparatus provided with the substrate holding apparatus shown in FIGS. 1 to 3. FIG.
FIG. 5 is a schematic view of a substrate holding apparatus having a structure in which a semiconductor wafer is pressed against a polishing surface with a fluid pressure such as air pressure and a retainer ring is pressed against the polishing surface with a fluid pressure.
[Explanation of symbols]
1 Top ring
2 Top ring body
2A Upper plate
2B peripheral wall
3,53 Retainer ring
4 Elastic membrane
4a opening
5 Elastic membrane support member
5a Upper end
5h Through hole
6 Pressurized sheet
8 Fluid chamber
10 Fluid path
11 tubes
12 Support
13 Stopper plate
13a Upper end surface
14 Adsorption part
14h communication hole
18 Top ring drive shaft
19 Universal joint
21 Bearing ball
24 Compressed air source
25 Vacuum source
30 Polishing table
31 Polishing pad
32 Top ring head
33 Top Cylinder Air Cylinder
34 Rotating cylinder
35, 38 Timing pulley
36 Timing Belt
37 Motor for top ring
39 Top ring head shaft
40 Polishing liquid supply nozzle
52 Wafer pressure mechanism
54 Retaining ring pressure mechanism
55 Drive shaft
W Semiconductor wafer

Claims

In the substrate holding device that holds the substrate that is the polishing object and presses it against the polishing surface on the polishing table,
A top ring body for holding the substrate;
A retainer ring fixed to the top ring body or integrally provided to hold the outer peripheral edge of the substrate;
An elastic membrane housed in a space defined inside the top ring body and the retainer ring, and an elastic membrane support member holding the outer periphery of the elastic membrane,
The elastic membrane support member is provided with a through hole, and pressurized fluid is supplied to the back surface of the elastic membrane from the fluid chamber that is the upper space of the elastic membrane support member through the through hole.
An opening is provided in the central portion of the elastic membrane, the suction portion is provided so as to expose a communicating hole having a lower end opened in the opening, the suction portion is provided in the elastic membrane support member,
By supplying a pressurized fluid into the fluid chamber, the substrate is pressed against the polishing surface;
A substrate holding apparatus, wherein the substrate is adsorbed by the adsorbing unit by communicating the communication hole of the adsorbing unit with a vacuum source.

2. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the polishing pressure applied to the substrate is adjusted by adjusting the pressure of the pressurized fluid supplied to the fluid chamber.

The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the vertical position of the elastic film support member with respect to the top ring main body is regulated by a regulating member.

4. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the means for applying a pressing force to the top ring main body includes a mechanism for moving the top ring main body up and down. 5.

In the substrate holding device that holds the substrate that is the polishing object and presses it against the polishing surface on the polishing table,
A top ring body for holding the substrate;
A retainer ring fixed to the top ring body or integrally provided to hold the outer peripheral edge of the substrate;
An elastic membrane housed in a space defined inside the top ring body and the retainer ring, and an elastic membrane support member holding the outer periphery of the elastic membrane,
The elastic membrane support member is provided with a through hole, and pressurized fluid is supplied to the back surface of the elastic membrane from the fluid chamber that is the upper space of the elastic membrane support member through the through hole.
An opening is provided in the central portion of the elastic membrane, and an opening having a communication hole connected to a vacuum source having an opening at the lower end is provided in the opening so as to be exposed. Provided on the membrane support member, an elastic sheet is attached to the lower end surface of the adsorption part,
By supplying a pressurized fluid into the fluid chamber, the substrate is pressed against the polishing surface, and the lower end surface of the elastic sheet is above the lower end surface of the elastic film during polishing of the substrate. Located in
By connecting the communication hole of the adsorption part to a vacuum source, the adsorption part adsorbs the substrate, and at that time, the lower end surface of the adsorption part is substantially flush with the lower end surface of the elastic film. A substrate holding device.

A polishing table having a polishing surface, and a top ring that holds a substrate that is a polishing object and presses it against the polishing surface on the polishing table,
A fluid chamber formed of an elastic film having an opening is provided in the top ring, and an adsorbing part having a communication hole is provided so as to be exposed at the opening of the elastic film. The elastic membrane supporting member is held by a through hole, and through the through hole, pressurized fluid is supplied from the fluid chamber to the back surface of the elastic membrane. Provided in the membrane support member,
The substrate is pressed by the polishing surface by supplying a pressurized fluid into the fluid chamber, and the substrate is sucked by the suction portion by communicating the communication hole of the suction portion with a vacuum source. A polishing apparatus.

The top ring is fixed to the top ring main body or is provided integrally with a retainer ring that holds the outer peripheral edge of the substrate, and presses the retainer ring against the polishing surface by applying a pressing force to the top ring main body. The polishing apparatus according to claim 6, which is configured as described above.

The polishing apparatus according to claim 6, wherein the polishing surface is formed of a hard polishing member having a compression elastic modulus of 19.6 MPa (200 kg / cm ² ) or more.

The polishing apparatus according to claim 6, wherein the polishing surface is constituted by fixed abrasive grains that are formed in a plate shape by fixing abrasive grains in a binder.

A polishing table having a polishing surface, and a substrate holding device according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate holding device is held and pressed against the polishing surface on the polishing table. Polishing device.