[发明专利]基板保持装置以及研磨装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对作为研磨对象物的基板进行保持并将其按压到研磨垫(研磨面)上的基板保持装置，尤其涉及一种在研磨半导体晶片等基板而使其平坦化的研磨装置中保持基板的基板保持装置。另外，本发明涉及一种具有这样的基板保持装置的研磨装置。

背景技术

近年，随着半导体器件的高集成化、高密度化，电路的配线越来越精细化，多层配线的层数也在增多。若要实现电路的精细化并实现多层配线，就要沿袭下侧的层的表面凹凸并使阶梯差变得更大，因此随着配线层数的增加，在薄膜形成中对于阶梯差形状的膜覆盖性(阶梯覆盖)变差。因此，为了多层配线，必须改善该阶梯覆盖，在过程中适当进行平坦化处理。另外，由于在光刻的精细化的同时焦点深度变浅，因此需要对半导体器件表面进行平坦化处理，以使半导体器件的表面的凹凸阶梯差在焦点深度以下。

因此，在半导体器件的制造工序中，半导体器件表面的平坦化技术变得越来越重要。在该平坦化技术中，最重要的技术为化学机械研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))。该化学机械研磨采用研磨装置，一边将含有二氧化硅(SiO₂)等磨粒的研磨液供给到研磨垫的研磨面上，一边使半导体晶片等基板与研磨面滑动接触从而进行研磨。

这种研磨装置具有：研磨台，所述研磨台具有由研磨垫构成的研磨面；以及称作顶环或者研磨头等的基板保持装置，所述基板保持装置用于保持半导体晶片等基板。在采用这样的研磨装置进行基板的研磨的情况下，通过基板保持装置保持基板，同时相对于研磨垫的研磨面以规定的压力按压该基板。此时，通过使研磨台与基板保持装置相对运动从而使基板与研磨面滑动接触，从而将基板的表面研磨得平坦并且研磨成镜面。

在这样的研磨装置中，如果研磨中的基板与研磨垫的研磨面之间的相对按压力在基板的整个面上不均匀，则对应于施加于基板的各部分的按压力会产生研磨不足或者过研磨。因此，用由橡胶等弹性膜构成的膜片形成基板保持装置的基板的保持面，在膜片的背面侧形成有多个供给有压力流体的压力室，向压力室施加空气压等流体压，从而使施加于基板的按压力在整个面上均匀化。

在上述的研磨装置中，在采用树脂制的研磨垫进行研磨的情况下，随着修整、研磨时间的经过研磨垫会磨损。在该情况下，为了使保持于顶环的半导体晶片的面压分布不变化，需要将研磨时的顶环与研磨垫的距离保持为一定。

在产品处理时，通过伺服电动机将顶环移动至由顶环保持的基板与研磨垫的接触位置(高度)，所述接触位置是预先通过称作垫检查的求出研磨基准高度位置的功能·行为求出的，以定位控制在该接触位置(高度)的状态进行研磨。有时也将顶环从该接触位置(高度)提高研磨垫与膜片的间隙量，以定位控制在该位置的状态进行研磨。

关于求出该接触位置的垫检查操作，例如，由于研磨垫是弹性体并且具有凹凸，因此简单地用测长器等测量距离而求出接触位置的话有时误差较大。因此，使顶环从上升位置下降，进行检测与研磨台侧的接触力从而求出接触位置的操作。关于接触力，监测使顶环升降的定位机构的伺服电动机的输出扭矩(输出电流)。

称作垫检查的功能·行为是根据某基准高度(例如，水平方向的输送高度)求出保持基板的顶环与研磨垫的接触位置(高度)的功能。实施该功能时，设定预先求出的扭矩限制值，在与研磨垫接触、电动机扭矩值达到扭矩限制值的位置停止顶环，将该位置设定为研磨时的基准位置(高度)。

进一步详细地陈述垫检查操作，预先求出垫检查时的扭矩限制值。其方法为，例如，首先根据设计值设定扭矩限制值的初期值。然后，在贴有研磨垫的研磨台上放置负载传感器，使顶环下降直至达到设定的扭矩限制值(初期值)，通过用负载传感器测量顶环轴的下降推力，从而求出扭矩限制值与推力的关系。即，推力的测量值大于基准(设计)推力(具有某幅度的值)的话，减少扭矩限制值，再次实施相同的测量。相反，推力的测量值小于基准(设计)推力(具有某幅度的值)的话，增大扭矩限制值，重复相同的测量，求出进入基准(设计)推力(具有某幅度的值)的范围的扭矩限制值(搜索)。将这样求出的扭矩限制值设定为垫检查时的扭矩限制值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008－207320号公报

发明所要解决的课题