(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に回転する研磨面を有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、
研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨面に摺接するように保持する保持機構と、
この保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から前記研磨面の方向に押圧する押圧機構とを備えており、
前記押圧機構は、圧力流体が封入されることにより前記基板の背面方向に向けて当該圧力流体の量に応じた押圧力が生じるように形成された押圧体と、この押圧体に接して配備された弾性体と、当該押圧体に前記圧力流体を供給する流体供給機構とを含み、
前記押圧体は、筒状の第１の押圧体と、この第１の押圧体を囲むように配備される環状の第２の押圧体とを含んで構成され、
前記第１の押圧体は、前記弾性体と接する接面の中心付近の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、前記第２の押圧体は、前記弾性体と接する接面のうち外周側の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、
前記第１の押圧体及び前記第２の押圧体それぞれ個別に前記圧力流体が封入されることにより生じた前記押圧力が、それぞれ前記弾性体を通じて前記保持機構に保持された前記基板の背面側に付与されるように構成されている、
研磨ヘッド。
【請求項２】
前記保持機構を水平に回転させる駆動機構をさらに有しており、
前記第２の押圧体は、前記保持機構に随動するように連結されており、
前記第１の押圧体は、前記第２の押圧体に随動するように連結されており、
前記第１の押圧体及び前記第２の押圧体は、それぞれ連結先と昇降自在に連結することにより、それぞれ前記基板の背面側へ付与する押圧力が水平に回転する前、及び水平に回転中において変動するように構成されていることを特徴とする、
請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項３】
前記押圧機構は、さらに、その内底面が前記弾性体に接触し、且つ、その外底面が前記基板の背面側に接する弾性筒状体と、
前記弾性筒状体の内周面と前記弾性体の外周面との間に配備され、当該弾性筒状体を保持するトップリングとを含んでおり、
前記トップリングは、前記保持機構に随動するように連結されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
前記保持機構は、前記弾性筒状体の前記基板からの浮き上がりを抑止する位置で前記トップリングと連結することを特徴とする、
請求項３に記載の研磨ヘッド。
【請求項５】
前記トップリングは、その外周面が前記弾性筒状体の内周面と密接することにより当該弾性筒状体を保持し、これにより、当該弾性筒状体が前記トップリングと随動することを特徴とする、
請求項３又は４に記載の研磨ヘッド。
【請求項６】
前記押圧体は、前記圧力流体が封入されることにより膨張して当該圧力流体の量に応じた押圧力を発生するエアバッグを含んで構成されていることを特徴とする、
請求項１乃至５いずれか一項に記載の研磨ヘッド。
【請求項７】
前記弾性体は、前記被研磨面の背面側から前記押圧力を付与する面のサイズが、当該被研磨面のサイズよりも小さいサイズであることを特徴とする、
請求項１乃至６いずれか一項に記載の研磨ヘッド。
【請求項８】
前記弾性筒状体は、その側面が蛇腹状に形成されており、当該蛇腹状に形成された側面の一端が前記トップリングに保持されており、
前記トップリングに保持された前記側面の一端を支点として蛇腹状に形成された側面が伸縮することにより、前記基盤の背面と接する前記弾性筒状体の外底面が前記押圧力に応じて水平に上昇あるいは下降するように構成されていることを特徴とする、
請求項３乃至７いずれか一項に記載の研磨ヘッド。
【請求項９】
円形又は略円形の研磨面を有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持して該基板の円形の被研磨面を前記研磨面に摺接させる研磨ヘッドと、前記研磨ヘッド及び前記研磨テーブルの少なくとも一方を水平に回転させる駆動機構とを有し、
前記研磨テーブルは、
前記研磨面の半径が前記基板の被研磨面の直径よりも大きく構成されており、
前記研磨ヘッドは、
前記基板を、その被研磨面が前記研磨面に摺接するように保持する保持機構と、
圧力流体が封入されることにより前記基板の背面方向に向けて当該圧力流体の量に応じた押圧力が生じるように形成された押圧体と、この押圧体と接して配備された弾性体と、当該押圧体に圧力流体を供給する流体供給機構とを含み、
前記押圧体は、筒状の第１の押圧体と、この第１の押圧体を囲むように配備される環状の第２の押圧体とを含んで構成され、当該第１の押圧体は、前記弾性体と接する接面の中心付近の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、当該第２の押圧体は、前記弾性体と接する接面のうち外周側の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、当該第１の押圧体及び当該第２の押圧体それぞれ個別に圧力流体が封入されることにより生じた押圧力が、それぞれ当該弾性体を通じて前記保持機構に保持された基板の背面側に付与されるように構成された押圧機構と、を有することを特徴とする、
研磨処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ又はガラス基板などの基板を研磨して平坦化するための研磨ヘッド及び研磨処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造工程においては、基板の高集積化に伴い、基板表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨処理装置（ポリッシング装置とも呼ばれる）を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）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、基板を研磨面に摺接させて研磨処理を行うものである。
【０００３】
このような研磨処理装置では、基板の研磨処理の対象となる面（以下、「被研磨面」という）と研磨パッドとの間の相対的な速度及び押圧力が被研磨面の全面に亘って均一でないと、研磨ムラ、研磨不足あるいは過研磨が生じてしまう。また、上記研磨パッドは低弾性を有するため、基板の外周端近傍に与えられる押圧力が不均一となり、外周端近傍のみが過研磨されるロールオフ状態となる場合がある。
なお、基板の保持面をゴム等の低弾性材からなる弾性膜（メンブレンとも呼ばれる）で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧を加え、基板に与える押圧力を全面に亘って均一化しようとすることも行われている。
【０００４】
基板表面の平坦度合の評価指標（フラットネス評価指標）として、ＧＢＩＲ（Global Backsurface-referenced Ideal plane/Range）、ＳＦＱＲ（Site Frontsurface referenced least sQuares/Range）などがある。ＧＢＩＲは、裏面基準のグローバルフラットネス指標であり、周縁部を除いて画定される全ウェーハ表面に関する平坦性の評価に使用される。ＧＢＩＲは、半導体ウェーハの裏面を基準面とした場合、この基準面に対する半導体ウェーハの表面の最大、最小の厚さ偏差の幅と定義される。ＳＦＱＲは、表面基準のサイトフラットネス指標であり、各サイト毎に評価される。ＳＦＱＲは、半導体ウェーハ表面上に任意の寸法（例えば２６［ｍｍ］×８［ｍｍ］）のセルを決め、このセル表面について最小２乗法により求めた面を基準面としたときの、この基準面からの正および負の偏差の範囲と定義される。また、ＳＦＱＲｍａｘの値は所与のウェーハ上の各サイト中のＳＦＱＲの最大値を表す。これらのフラットネス評価指標で表される平坦度合の高い研磨処理が行える研磨処理装置が求められる。
【０００５】
基板の研磨量を均一にするという観点からは、特許文献１に開示されたウェーハ研磨装置がある。このウェーハ研磨装置では、ウェーハの外周部がウェーハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態でウェーハを保持しつつ研磨を行う。そのため、ウェーハの外周部において研磨パッドとの当接圧力が相対的に高くなると、その当接圧力に応じてウェーハ外周部が研磨パッドから逃れる方向へ弾性変形し、ウェーハ外周部の過研磨を緩和する、というものである。
【０００６】
また、特許文献２に開示された半導体ウェーハは、複数のフラットネス評価指標を同時に満たすために、予め研磨ムラ、研磨不足あるいは過研磨が生じることを前提に、これを見越した形状に半導体ウェーハを形成する、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２５７８９３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されたウェーハ研磨装置では、弾性変形によりウェーハ外周部の過研磨が緩和されるが、それ以外のウェーハの研磨部位については従来の研磨処理と同じである。そのため、被研磨面での特定部分におけるＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上が図れない、という課題が残る。
【０００９】
また、特許文献２に開示された半導体ウェーハでは、特定の研磨処理装置において研磨処理を行わなければならない。また、研磨処理装置の稼働状況によって変化する研磨条件、同一種類の研磨処理装置であっても固有の「くせ」を持っている場合もあるため、これらに対処する必要がある、という問題が残る。
【００１０】
本発明は、基板の被研磨面の研磨ムラ、研磨不足あるいは過研磨を防止することができる研磨処理装置及びその構成装置を提供することを、主たる課題とする。また、基板の被研磨面の全面に亘って所望の押圧力を与えることにより、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる研磨処理装置及びその構成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の研磨ヘッドは、水平に回転する研磨面を有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨面に摺接するように保持する保持機構と、この保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から前記研磨面の方向に押圧する押圧機構とを備えており、前記押圧機構は、圧力流体が封入されることにより前記基板の背面方向に向けて当該圧力流体の量に応じた押圧力が生じるように形成された押圧体と、この押圧体に接して配備された弾性体と、当該押圧体に前記圧力流体を供給する流体供給機構とを含み、前記押圧体は、筒状の第１の押圧体と、この第１の押圧体を囲むように配備される環状の第２の押圧体とを含んで構成され、前記第１の押圧体は、前記弾性体と接する接面の中心付近の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、前記第２の押圧体は、前記弾性体と接する接面のうち外周側の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、前記第１の押圧体及び前記第２の押圧体それぞれ個別に前記圧力流体が封入されることにより生じた前記押圧力が、それぞれ前記弾性体を通じて前記保持機構に保持された前記基板の背面側に付与されるように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の研磨処理装置は、円形又は略円形の研磨面を有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持して該基板の円形の被研磨面を前記研磨面に摺接させる研磨ヘッドと、前記研磨ヘッド及び前記研磨テーブルの少なくとも一方を水平に回転させる駆動機構とを有し、 前記研磨テーブルは、前記研磨面の半径が前記基板の被研磨面の直径よりも大きく構成されており、前記研磨ヘッドは、前記基板を、その被研磨面が前記研磨面に摺接するように保持する保持機構と、圧力流体が封入されることにより前記基板の背面方向に向けて当該圧力流体の量に応じた押圧力が生じるように形成された押圧体と、この押圧体と接して配備された弾性体と、当該押圧体に圧力流体を供給する流体供給機構とを含み、前記押圧体は、筒状の第１の押圧体と、この第１の押圧体を囲むように配備される環状の第２の押圧体とを含んで構成され、当該第１の押圧体は、前記弾性体と接する接面の中心付近の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、当該第２の押圧体は、前記弾性体と接する接面のうち外周側の部位が当該弾性体側に突出した形状に形成されており、当該第１の押圧体及び当該第２の押圧体それぞれ個別に圧力流体が封入されることにより生じた押圧力が、それぞれ当該弾性体を通じて前記保持機構に保持された基板の背面側に付与されるように構成された押圧機構と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の研磨ヘッドによれば、研磨処理装置において、弾性体を通じて基板の被研磨面の全面に亘って所望の押圧力を不連続部の無い状態で与えることができる。そのため、押圧力の過不足によって生じる研磨ムラ、研磨不足、過研磨などが防止されるという格別の効果を奏することができる。したがって、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの更なる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る研磨処理装置の概略構成図。
【図２】第１実施形態に係る研磨ヘッドの構成の一例を示す図。
【図３】研磨ヘッドの概略縦断面図。
【図４】座屈ねじれの発生を説明するための図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、従来の研磨ヘッドを使用した場合に基板に付与される押圧力の分布を説明するための縦断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、一般的な研磨ヘッドを用いた研磨処理での、基板Ｗの被研磨面がω形状に形成される機構を説明するための図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る研磨ヘッドによる押圧力の分布を説明するための図。
【図８】ドライブピンを介した蓋体とトップリングの接続について説明するための図。
【図９】基板端部の研磨圧力が弾性膜の装着状態の違いにより変化することを説明するための図。
【図１０】トップリングに対する弾性膜の装着固定状態の違いにより生じる基盤端部の平面度への影響を説明するための図。
【図１１】図１０に続き、トップリングに対する弾性膜の装着固定状態の違いにより生じる基盤端部の平面度への影響を説明するための図。
【図１２】研磨処理装置において実行される研磨処理方法の全体手順説明図。
【図１３】第２実施形態に係る研磨ヘッドの構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を説明する。
ここで、本発明者らは子細に検討した結果、一般的な研磨処理装置による研磨処理では、（１）基板の表面（被研磨面）プロファイルが、後述するω（オメガ）形状に形成される傾向がある事、（２）トップリングでのメンブレンの回転座屈による研磨擾乱が発現する事を見出した。本発明者らは、このω形状と形状擾乱が、ＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの評価結果を悪化させる要因であることを見出し、同時にそれらの要因発現を解明した。被研磨面がω形状であるとは、被研磨面の中心部付近と外周付近の部位が、他の部位と比較して突出している様な形状となっていることをいう。なお、基板外周部が突出した状態を、基板外周部の「立ち上がり」と称する場合がある。
本発明者らは、また、研磨処理の際の基板自身の円板内座屈（面内座屈）現象が要因となりω形状に形成されることも見出した。詳細については後述するが、研磨処理の際に研磨パッドに押圧されて回転している基板は、リテーナリングにより外方への飛び出しが規制される。そのため、基板には面内力が面方向（基板の回転軸に対し垂直方向）に作用し、リテーナリングとの反力で面内座屈が発生することがわかった。以下、これらの知見に基づき、ＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる研磨処理装置について説明する。
【００１６】
本実施形態の研磨処理装置は、半導体ウェーハやガラス基板のような基板を研磨処理対象となる基板とする。本明細書では、この基板の一方の表面を円形又は略円形の被研磨面とする。
研磨処理装置は、研磨部材となる研磨パッドが接着され、この研磨パッドを水平に回転させるための研磨テーブルと、基板の被研磨面を研磨パッドに対向させて摺接させるための研磨ヘッドとを有している。
基板は、研磨ヘッドにより研磨パッドに押圧される。そして、研磨パッドに研磨液（スラリー）を供給しながら研磨テーブルと研磨ヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、被研磨面の研磨処理を行う。以下、この研磨処理装置の実施の形態例を説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、研磨処理装置１の概略構成図である。図１に示す研磨処理装置１は、研磨テーブル１１の表面部に研磨パッド１２が接着されており、基板Ｗを保持してその被研磨面を研磨パッド１２に押圧する研磨ヘッド１３の他、研磨液を研磨パッド１２に向けて供給するためのノズルＮ、研磨テーブル１１及び研磨ヘッド１３をそれぞれ水平に回転させるためのモータ（図示省略）と、ノズルＮと接続されている研磨液供給機構（図示省略）と、モータを含む各駆動部を制御するためのコンピュータとを含む制御部２０とを備えている。
【００１８】
研磨パッド１２は円盤状のものであり、その半径は、基板Ｗの被研磨面の直径よりも大きいものである。この機構において研磨パッド１２と研磨ヘッド１３回転数及び回転方向を変化させ、基板Ｗ面内の相対研磨速度を調整できる機構となっている。
研磨パッド１２は、それ自体で弾性を持つものであり、不織布からなるものや、発泡ウレタン製のものなど、市場で入手できる素材を用いることができる。
【００１９】
研磨ヘッド１３は、基板Ｗを、その被研磨面が研磨パッド１２に摺接するように保持する保持機構と、保持された基板Ｗをその被研磨面の背面側から研磨パッド１２の方向に押圧する押圧機構とを主として備えている。これらの機構の詳細については後述する。
【００２０】
制御部２０は、ノズルＮの位置決め、ノズルＮからの研磨液の供給開始又は停止制御、ノズルＮから噴出供給される研磨液の単位時間当たりの供給量制御、モータの始動開始や始動停止制御等を主として行う。制御部２０により制御されたモータの回転力は、図示しない駆動部を介して研磨テーブル１１に伝達される。これにより研磨テーブル１１が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
研磨ヘッド１３にも、図示しない駆動部（例えば自在継手）を介してモータの回転力が伝達される。これにより研磨ヘッド１３が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
【００２１】
研磨テーブル１１の回転方向と研磨ヘッド１３の回転方向は同方向であることが一般的ある。これは、逆方向とすると不均一研磨となるおそれがあるためである。同じ方向でありながら、回転速度の調整により、研磨精度を高めることができる。
なお、単一のモータの回転力を、それぞれ異なるギア比のギアを介して研磨テーブル１１及び研磨ヘッド１３に伝達するようにしても良く、それぞれ個別のモータを通じて回転力を伝達するようにしても良い。両者は任意に設計することができる。この制御部２０による制御手順については、後述する。
【００２２】
研磨液は、制御部２０の制御により研磨テーブル１２の回転速度が所定値に達した状態で、ノズルＮから所定時間、研磨パッド１２に向けて供給される。
【００２３】
＜研磨ヘッド＞
次に、研磨処理装置１が備える研磨ヘッド１３の構成について、詳しく説明する。図２は、研磨ヘッド１３の構成の一例を示す図である。
図２に示す研磨ヘッド１３は、エアパイプＡＰ、蓋体１３１、第１エアバッグ１３２、リング形状の第２エアバッグ１３３、第１圧力円板１３４、リング形状の第２圧力円板１３５、トップリング１３６、弾性体１３７、弾性膜１３８、テンプレートバックフィルム１３９（以下、バックフィルム１３９と示す）、テンプレートリテーナリング１４０（以下、リテーナリング１４０と示す）を含んで構成される。
【００２４】
蓋体１３１には、その下底面の外周端付近に４つのアームＡＭがそれぞれ等間隔に配設される。このアームＡＭには、蓋体１３１の下底面に接した端部とは反対側の端部付近にドライブピンＤ１が配備される。
第１圧力円板１３４には、その径方向の両側面上に一対のドライブピンＤ２がそれぞれ配備される。なお、第１エアバッグ１３２と第１圧力円板１３４を組み合わせたものが、第１の押圧体である。
第２圧力円板１３５には、その径方向の両側面上に一対のドライブピンＤ３がそれぞれ配備される。また、第２圧力円板１３５には、その上底面側と内面側に開口部を有するドライブピン溝Ｇ２が設けられている。ドライブピン溝Ｇ２は、第２圧力円板１３５の上底面側からドライブピンＤ２が挿抜自在なサイズで形成される。なお、第２エアバッグ１３３と第２圧力円板１３５を組み合わせたものが、第２の押圧体である。
【００２５】
トップリング１３６には、その上底面側と内面側に開口部を有するドライブピン溝Ｇ１が設けられている。ドライブピン溝Ｇ１は、トップリング１３６の上底面側からドライブピンＤ１を備えたアームＡＭが挿抜自在なサイズで形成される。トップリング１３６には、また、その上底面側と内面側に開口部を有するドライブピン溝Ｇ３が設けられている。ドライブピン溝Ｇ３は、トップリング１３６の上底面側からドライブピンＤ３が挿抜自在なサイズで形成される。
なお、ドライブピンＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、例えばボールベアリング、ローラベアリングなどの軸受けを含んで構成される。
【００２６】
エアパイプＡＰは、図示しない流体供給機構に連接されている。エアパイプＡＰの一方は、軟性材で構成された第１エアバッグ１３２へ向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を第１圧力室から回収するための流体通路となる。他の一方のエアパイプＡＰは、軟性材で構成された第２エアバッグへ向けて圧力流体を供給し、あるいは、供給した圧力流体を第２圧力室から回収するための流体通路となる。各エアバッグそれぞれに個別に圧力流体が封入されて膨張することにより、封入された圧力流体の量に応じて基板Ｗを押圧するための加工圧力を発生する。
なお、圧力流体の供給又は供給した圧力流体の回収は、制御部２０の制御により行われる。以下、図３を参照しながら、各構成について詳細に説明する。
【００２７】
図３は、研磨ヘッド１３の概略縦断面図である。研磨ヘッド１３は、大別して、保持機構と押圧機構及びトルク伝達機構とを有する。
【００２８】
［保持機構］
保持機構は、研磨テーブル１１及び研磨ヘッド１３の回転力により付勢された基板Ｗの外周方向への飛び出しを規制するためのものであり、基板Ｗの被研磨面を研磨パッド１２に対向（当接）させ、摺接した状態で、この基板Ｗの中心軸と自身の回転軸とが一致するように保持する。
具体的には、基板Ｗの外端部と接触する把持面と、研磨面と接触する位置決め面とを有するリテーナリング１４０と、基板Ｗの被研磨面の背面に接するバックフィルム１３９（図３において不図示）とを含んで構成される。
リテーナリング１４０は、基板Ｗの外周を取り囲むように、弾性膜１３８の外底面に位置し、基板Ｗの外周端を面接触で保持する。バックフィルム１３９は、リテーナリング１４０に張設されるフィルム状の薄膜であり、例えばリテーナリング１４０単体の場合と比較したときに、研磨時のリンキング保持及び終了後に弾性膜１３８から基板Ｗの解除を容易にすると同時に基板リンギング面へのキズ防止の役割をしている。
【００２９】
［押圧機構］
押圧機構は、図示しない駆動機構と連結される蓋体１３１、第１エアバッグ１３２、第２エアバッグ１３３、第１圧力円板１３４、第２圧力円板１３５、トップリング１３６、弾性体１３７、弾性膜１３８とを含んで構成される。また、蓋体１３１、トップリング１３６、弾性体１３７により形成された内部空間には、第１エアバッグ１３２、第２エアバッグ１３３、第１圧力円板１３４、第２圧力円板１３５、弾性体１３７がそれぞれ所定の位置に配備される。
【００３０】
蓋体１３１は、環状に形成された蓋部、この蓋部の上底面側の中心付近でそれぞれの中心軸が一致するようにリング状に形成された部位、下底面側の外周付近でそれぞれの中心軸が一致するようにリング状に形成された部位を含んで形成される。上底面側でリング状に形成された部位は、図示しない駆動機構と連結される。また、下底面側でリング状に形成された部位には、ドライブピンＤ１を備えたアームＡＭが配設される。
【００３１】
第１圧力円板１３４は、その下底面の中心付近の部位が弾性体１３７側に向かって突出した断面コマ状に形成された筒状体である。第１圧力円板１３４に配備されたドライブピンＤ２は、図３に示すように、それぞれが第２圧力円板１３５に設けられたドライブピン溝Ｇ２に挿入される。このようにして、第１圧力円板１３４と第２圧力円板１３５は昇降可能に連結される。また、ドライブピン溝Ｇ２にドライブピンＤ２が挿入された状態の第１圧力円板１３４は、第１エアバッグ１３２に封入された圧力流体の量に応じて滑らかに上昇あるいは下降する。
なお、第１圧力円板１３４の下底面は、被研磨面の表面プロファイルに応じた押圧力が弾性体１３７を通じて基板Ｗに付与されるような形状に形成することができる。例えば、図３に示すような断面コマ状に形成する他に、半球状に形成したりすることもできる。
【００３２】
第２圧力円板１３５は、その下底面の外周付近の部位が弾性体１３７側に向かって突出した断面逆凹状に形成された環状体である。第２圧力円板１３５に配備されたドライブピンＤ３は、図３に示すように、それぞれがトップリング１３６に設けられたドライブピン溝Ｇ３に挿入される。このようにして、第２圧力円板１３５とトップリング１３６は昇降可能に連結される。また、ドライブピン溝Ｇ３にドライブピンＤ３が挿入された状態の第２圧力円板１３５は、第２エアバッグ１３３に封入された圧力流体の量に応じて滑らかに上昇あるいは下降する。
なお、第２圧力円板１３５の下底面は、被研磨面の表面プロファイルに応じた押圧力が弾性体１３７を通じて基板Ｗに付与されるような形状に形成することができる。例えば、図３に示した様な凹状円錐断面に形成する他に、凹状半球状に形成したりすることもできる。
【００３３】
トップリング１３６は、蓋体１３１の外周サイズと同じ外周サイズでリング状に形成される。ドライブピンＤ１を備えたアームＡＭは、図３に示すように、それぞれがトップリング１３６に設けられたドライブピン溝Ｇ１に挿入される。このようにして、蓋体１３１とトップリング１３６は昇降自在に連結される。
【００３４】
弾性体１３７は、例えばポリウレタンゴム、シリコンゴム等の低弾性・低反発性の素材によって形成された低弾性体であり、例えばこれらの素材により円柱状に形成されたスポンジである。第１の押圧体の押圧力及び第２の押圧体の押圧力は、弾性体１３７を通じて基板Ｗに付与される。例えば、弾性体１３７を介さない従来法では基板Ｗに均等形状圧しか付与できなかった。
つまり、弾性体１３７を通じて基板Ｗに押圧力を付与する構成にすることにより、第１圧力円板１３４の下底面及び第２圧力円板１３５の下底面それぞれを、任意の形状に形成することができる。これにより、被研磨面の表面プロファイルに応じた押圧力分布の押圧力を基板Ｗに付与することができる。
なお、弾性体１３７の下底面（弾性膜１３８の内底面と接触する面）は、ロールオフを防止するために基板Ｗの外周端よりも小さいサイズで形成される。以下、この点について詳細に説明する。
【００３５】
［ロールオフ］
基板Ｗの外周端には、通常、チャンファーと呼ばれる緩衝部が形成される。チャンファー部は、外方からの衝撃を受けたときに欠損して衝撃を吸収することで、基板Ｗ全体が破損してしまうことを防止するという効用がある。しかし、一方で、チャンファー部の始端が角部となり、そこから外周端に向かって研磨パッド１２との非接触部となる。そのため、押圧力を基板Ｗに向けてほぼ均一に付与しているにもかかわらず、チャンファー部に近づくほど被研磨面に加わる応力がヘルツ応力理論により高くなり、チャンファー部の始端でそれが最大となる。この応力の変化により過研磨が生じ、ロールオフが発生してしまう。
【００３６】
そこで、弾性体１３７の下底面のサイズを、図３に示すように、基板Ｗのチャンファー部よりも内周側にその外周端が位置するようなサイズで形成している。つまり、基板Ｗを押圧する弾性膜１３８の部位（以下、押圧面と呼ぶ）のサイズは、基板Ｗの被研磨面の直径よりも、基板Ｗの外周端からチャンファー部を経て内周側に所定サイズだけ小さいサイズとなる。この所定サイズをウェーハオーバーハング（ＯＨ：Over Hung）という。
基板Ｗに向けて付与される押圧力は、弾性膜１３８の押圧面を介することで、基板Ｗの外周端からＯＨだけ内周側に至る部位までは加わらない。しかし、押圧面の外周端の鉛直下方よりも外周側において、被研磨面の外周端が研磨パッド１２と摺接している。そのため、押圧力は、基板Ｗ内で拡散して伝播し、被研磨面にかかる応力は、中央部からチャンファー部の始端に至るまでほぼ均一となる（ヘルツ応力の拡散伝播）。これにより、ロールオフを防止することができる。
【００３７】
図３の説明に戻り、弾性膜１３８は、トップリング１３６の外周面に嵌装できる内径サイズで筒状（鍋型）に形成された弾性筒状体である。弾性膜１３８は、また、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成される。なお、弾性膜１３８は、メンブレンとも呼ばれる。
弾性膜１３８の内側には、それぞれの中心軸が一致するように弾性体１３７が配備される。また、弾性膜１３８は、その内周面がトップリング１３６の外周面と密接されており、これにより当該トップリング１３６に保持される。
【００３８】
この様に、研磨ヘッド１３の押圧機構では、第１圧力円板１３４が第１エアバッグ１３２で発生した押圧力を受けて、弾性体１３７を押圧する。また、第２圧力円板１３５が第２エアバッグ１３３で発生した押圧力を受けて、弾性体１３７を押圧する。そして、第１圧力円板１３４の下底面の形状、第２圧力円板１３５の下底面の形状それぞれに応じた押圧力分布の押圧力が、弾性体１３７を通じて弾性膜１３８から基板Ｗに付与されることになる。
【００３９】
［トルク伝達機構］
また、研磨処理時には、図示しない駆動機構からの回転力を受けて、押圧力が付与されている状態の基板Ｗを回転させように回転力（トルク）が伝達される。例えば、回転力が蓋体１３１からトップリング１３６へ、さらにトップリング１３６から弾性膜１３８へと伝達される一系統のみで基板Ｗを回転させる場合、弾性膜１３８の押圧面に座屈ねじれが生じて、その結果「しわ」が発生することがある。この押圧面に生じた「しわ」の影響で基板Ｗに付与される押圧力が不均一となり、被研磨面の研磨平坦度を悪化させてしまう。この点について、図４を用いて説明する。
【００４０】
図４（ａ）は、前述した一系統のみで基板Ｗを回転させて研磨処理を行った後の弾性膜である。図４（ａ）に示すように、弾性膜１３８の押圧面に座屈ねじれが生じており、その結果「しわ」が発生している様子が見て取れる。図４（ａ）中に示すＴｂｍ（Turbine blade mark）が、弾性膜１３８の押圧面に生じた「しわ」である。図４（ｂ）は、弾性膜１３８の押圧面に生じた座屈ねじれを解析した結果を模式的に表した図である。図４（ａ）、（ｂ）から見て取れるように、一系統のみで基板Ｗを回転させる場合、弾性膜１３８の押圧面に座屈ねじれが生してしまう場合がある。
【００４１】
これに対して、研磨ヘッド１３のトルク伝達機構では、蓋体１３１に伝わった回転力は、トップリング１３６から弾性膜１３８と伝わる第１の伝達系統の他に、ドライブピン溝Ｇ３に挿入されたドライブピンＤ３を介して第２圧力円板１３５に伝わり、さらに、ドライブピン溝Ｇ２に挿入されたドライブピンＤ２を介して第１圧力円板１３４に伝わる第２の伝達系統を有する。第２の伝達系統からの回転力は、第１圧力円板１３４及び第２圧力円板１３５それぞれが弾性体１３７を押圧しているため、弾性体１３７に回転力が伝わり、さらに弾性体１３７と弾性膜１３８間の摩擦係数により弾性膜１３８に伝えられる。つまり、トップリング１３６、第１圧力円板１３４、第２圧力円板１３５、弾性膜１３８それぞれは、蓋体１３１の回転に随動する。
基板Ｗを回転させるための回転力は、第１の伝達系統と第２の伝達系統それぞれから回転力が付与された弾性膜１３８との摩擦力で生じる。そのため、押圧面部ではねじれの影響が抑止され、この押圧面に「しわ」が生じてしまうことを防止することができる。
【００４２】
次に、基板Ｗに付与される押圧力について説明する。基板Ｗを研磨処理する際には、制御部２０が、第１エアバッグ１３２と第２エアバッグ１３３のそれぞれに、所定量の圧力流体が供給されるように制御する。
ここで、本実施形態の研磨ヘッド１３によらない一般的な研磨ヘッドの構成例を図５（ａ）に示し、この場合に基板Ｗに付与される押圧力の分布について図５（ｂ）を用いて説明する。
【００４３】
図５（ａ）に示す研磨ヘッドは、この研磨ヘッドと弾性膜とにより形成された内部空間に向けて圧力流体であるエアーを流入させて、基板Ｗに対して圧力流体の量に応じた押圧力を付与するというものである。この研磨ヘッドでは、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗに対して原理的には均等に押圧力Ｐが付与されることになる。
また、図５（ｂ）に示すように、研磨処理の際には、研磨パッド（研磨テーブル）からの回転力Ｖ１と、研磨ヘッドの自転駆動回転力Ｖ２とが、基板Ｗと弾性膜に作用する。その結果、（１）弾性膜にＶ２による「座屈ねじれ」と、（２）Ｖ１によるウェーハの座屈現象でω（オメガ）形状が生じてしまう。この（１）、（２）の影響を受けて、押圧面内の押圧力が不均一になることがある。そのため、基板Ｗの被研磨面がω（オメガ）形状、及び、ねじれ擾乱形状に形成されてしまう。以下、この点について詳細に説明する。
【００４４】
図６は、一般的な研磨ヘッドを用いた研磨処理では、基板Ｗの被研磨面がω形状に形成されることの説明図である。
研磨処理時の基板Ｗは、研磨テーブル１１の回転力（Ｖ１）による付勢を受けても、リテーナリングにより外周方向へ向けの飛び出しが規制される。飛び出しの規制を受けた基板Ｗには、被研磨面の面積：Ａと押圧力：Ｐとウェーハと研磨パッド間の摩擦係数：μの関係に基づく面内力：Ｆ＝Ａ・Ｐ・μが作用する。そのため、図６（ａ）に示すように、押圧力Ｐが付与されている基板Ｗには、研磨パッドの側に向かう「座屈撓み」が生じる。その結果、基板Ｗの撓みが生じた被研磨面の部位（凸部位）は、他の被研磨面の部位と比較して研磨される量が多くなる。
【００４５】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す状態において基板Ｗが研磨処理された場合の瞬時の状態を模式的に示している。図正面から見て右側の被研磨面が、凹面状に研磨（過研磨）されている様子が見て取れる。しかし、実際の研磨処理においては基板Ｗが回転しているため、図６（ｃ）に示すように、最終的には基板Ｗの被研磨面はω形状に形成されてしまうことになる。なお、図６（ｃ）では、基板Ｗの被研磨面が下向きであるため、研磨処理後の被研磨面は逆ω形状となっている。このようにして、従来一般の研磨ヘッドによる研磨処理では、基板Ｗの被研磨面の背面側に付与される押圧力Ｐ、研磨テーブルの回転力、リテーナリングでの反力作用により、その被研磨面がω形状に形成される傾向にある。
【００４６】
図７は、本実施形態に係る研磨ヘッド１３による押圧力の分布を説明するための図である。
図７（ａ）は、基板Ｗの被研磨面がω形状となることを防止する押圧力Ｐの分布を示した模式図である。なお、押圧力Ｐは、押圧力の強さを矢印線の長さで表しており、例えば矢印線の長さが相対的に長ければ、相対的に強い押圧力が付与されるとする。
図５（ｂ）に示すに押圧力Ｐのフラットな分布とは異なり、図７（ａ）に示す押圧力Ｐの折れ線状に示された分布では、基板Ｗの被研磨面の背面側の部位に応じて強さの異なる押圧力Ｐが付与される。図７（ａ）に示すような押圧力Ｐが基板Ｗの被研磨面の背面側に付与されることで、図中点線で示したω形状の被研磨面における凸凹部位がそれぞれ相殺される。その結果、図７（ａ）中実線で示した理想的な被研磨面の形状に近づくことになる。本実施形態の研磨ヘッド１３では、基板Ｗの被研磨面の背面側に付与する押圧力Ｐが、図７（ａ）に示す分布状態となるように制御される。
【００４７】
図７（ｂ）は、研磨ヘッド１３における押圧力の分布を示している。第１エアバッグ１３２に封入された圧力流体により生じた押圧力Ｐ１は、第１圧力円板１３４に伝達し、この第１圧力円板１３４から弾性体１３７を通じて基板Ｗの被研磨面の背面側に押圧力Ｐ３として付される。また、第２エアバッグ１３３に封入された圧力流体により生じた押圧力Ｐ２は、第２圧力円板１３５に伝達し、この第２圧力円板１３５から弾性体１３７を通じて基板Ｗの被研磨面の背面側に押圧力Ｐ３として付与される。なお、押圧力Ｐ３は、押圧力の強さを矢印線の長さで表しており、例えば矢印線の長さが相対的に長ければ、相対的に強い押圧力が付与されるとする。
【００４８】
弾性体１３７と接する第１圧力円板１３４の接面の形状は、図７（ｂ）に示すように、その中心部付近の部位が弾性体１３７側に向けて凸型形状に形成されている。そのため、第１圧力円板１３４の中心部付近では、弾性体１３７を強く押すため相対的に強い押圧力になり、外周付近では相対的に弱い押圧力になる。その結果、基板Ｗの被研磨面の背面側に付与される押圧力Ｐ３は、図７（ｂ）に示すような分布になる。
また、弾性体１３７と接する第２圧力円板１３５の接面の形状は、図７（ｂ）に示すように、凹面形状に形成されている。そのため、第２圧力円板１３５の外周端付近では、弾性体１３７を強く押すため相対的に強い押圧力になり、内周端付近では相対的に弱い押圧力になる。その結果、基板Ｗの被研磨面の背面側に付与される押圧力Ｐ３は、図７（ｂ）に示すような連続的な分布となる。つまり、被研磨面の表面プロファイルに応じた押圧力を、連続的な分布状態において基板Ｗに付与することにより、被研磨面のω形状化が抑止される。
【００４９】
図８は、ドライブピンＤ１を介した蓋体１３１とトップリング１３６の接続についての説明図である。
図８（ａ）は、蓋体１３１とトップリング１３６の連結箇所が、図３に示す連結箇所と比べて高い位置の場合を模式的に示している。研磨パッド面から高さＨの位置をトルク伝達箇所とした場合、トップリング１３６には、トップリング外周底面端部を支点、研磨テーブルからの回転反力授与と研磨ヘッドの自転回転を駆動するドライブピンＤ１の位置を作用点として、研磨テーブルにモーメントＭの力が働く。その他、研磨面（摺面）で発生する振動現象（スティックスリップ現象）による影響も受ける。そのため、相対的に高い位置で蓋体１３１とトップリング１３６とが連結されている場合には、このトップリング１３６の研磨テーブル中心側の端部が、図８（ｂ）に示すように浮き上がる現象が生じる。そのため、図８（ｃ）に示すように、基板Ｗの端部には押圧力が付与されず、当該端部付近の研磨平面度を高めることができなくなる。
この浮き上がり現象の発生を回避するために、本実施形態の研磨ヘッド１３では、図３に示すように、ドライブピンＤ１を介した蓋体１３１とトップリング１３６との連結位置Ｈが低い位置となるように構成されている。図８（ａ）に示す研磨ヘッドと比較して、相対的に低い位置を連結位置とする本実施形態の研磨ヘッド１３では、浮き上がり現象の発生が抑止される。そのため、基板Ｗの端部の研磨平面度を高めることができる。
【００５０】
図９は、基板Ｗの端部の研磨平面度が、弾性膜の装着固定状態の違いにより変化することを説明するための図である。
図９（ａ）は、本実施形態の研磨ヘッド１３によらない一般的な研磨ヘッドに装着された弾性膜を模式的に示した図である。図９（ａ）に示す弾性膜は、研磨ヘッドトップリングの外周面に嵌装されている。接着面はトップリング外周面の部位と下底面の部位である。例えば、研磨ヘッドに前述した「浮き上がり」現象が発生した場合、研磨ヘッドの下底面の外周端部を起点に弾性膜が上方向に持ち上げられる。この場合、基板Ｗの端部と弾性膜での材料力学的固定端の最短距離をクリアランスＬ１とする。
図９（ｂ）は、本実施形態の研磨ヘッド１３における弾性膜１３８の装着状態を示している。図９（ｂ）に示す弾性膜１３８は、トップリング１３６の外周面に嵌装されており、弾性膜１３８が接触しているトップリング１３６の外周面の部位のみが接着される。この状態で、トップリング１３６に前述した「浮き上がり」現象が発生した場合、研磨ヘッドの下底面の外周側端部を起点に弾性膜が上方向に持ち上げられる。この場合の材料力学的固定端と、基板Ｗの端部との間の距離をクリアランスＬ２とする。
【００５１】
例えば、同じ高さの「浮き上がり」現象が発生した場合には、図９（ａ）に示すクリアランスＬ１の状態と、図９（ｂ）示すクリアランスＬ２の状態とを比較したときに、起点から基板Ｗの端部までの距離が長い方が、材料力学的な理論により、基板Ｗの端部への押圧力の変化が少なくて済む。つまり、図９（ｂ）に示す本実施形態の研磨ヘッド１３の構成を採用することにより、仮にトップリング１３６に「浮き上がり」現象が発生した場合であっても、基板Ｗの端部の研磨平面度の低下を軽減することができる。換言すれば、本実施形態の研磨ヘッド１３は、基板Ｗの端部への荷重伝達効率の変化を小さくすることができると言える。以下、図１０及び図１１を用いて、トップリング１３６に対する弾性膜１３８の固定方法（装着固定状態）の違いによる基盤端部の平面度への影響度合いを検証した結果について説明する。
【００５２】
図１０（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）は、それぞれ接着面の形状が異なるトップリングと、形状の異なるリテーナリングとの組み合わせを示す図である。図１０（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）は、それぞれの組み合わせにおいて研磨処理を行った場合の、基盤Ｗの断面形状（Ａ、Ｂ、Ｃ）と基盤Ｗ端部の勾配（Ａ、Ｂ、Ｃ）の測定結果を示す図である。
なお、基板Ｗは、直径３００［ｍｍ］であり、形状の縦軸寸法は  １００［ｎｍ／ｄｉｖ］である。また、図１０に示す各組み合わせで行う研磨処理においては、前述した第１の伝達系統のみで基盤Ｗに回転力が伝達されるものとする。
【００５３】
図１０（ａ１）に示すトップリング１３６ａと弾性膜１３８との接着面は、その外周面の部位と下底面の部位である。この条件のもと、研磨処理を行った場合の基盤Ｗの断面形状は、図１０（ａ２）に示す断面形状Ａとなり、その中心付近は「座屈ねじれ」の影響を受けていることが見て取れる。また、断面形状Ａから、研磨面が左右非対称であることが見て取れる。
図１０（ｂ１）に示すトップリング１３６ｂは、トップリング１３６ａと比較して、弾性膜１３８との接着面の面積が小さくなるように、その下底面の内周側が当該弾性膜１３８と接しないように形成されている。この条件のもと、研磨処理を行った場合の基盤Ｗの断面形状は、図１０（ｂ２）に示す断面形状Ｂとなり、この場合においても、その中心付近は「座屈ねじれ」の影響を受けていることが見て取れる。また、断面形状Ｂから、研磨面が左右非対称であることが見て取れる。
図１０（ｃ１）に示すリテーナリング１４０ｃは、リテーナリング１４０と比較して、研磨パッド１２と接触する面積が小さくなるように、その下底面の外周側が当該研磨パッドと接触しないように形成されている。この条件のもと、研磨処理を行った場合の基盤Ｗの断面形状は、図１０（ｃ２）に示す断面形状Ｂとなり、この場合においても、その中心付近は「座屈ねじれ」の影響を受けていることが見て取れる。また、断面形状Ｃから、研磨面が左右非対称であることが見て取れる。
【００５４】
図１１（ｄ１）は、本実施形態に係るトップリング１３６と、リテーナリング１４０との組み合わせを示す図である。図１１（ｄ２）は、この組み合わせにおいて研磨処理を行った場合の、基盤Ｗの断面形状Ｄと基盤Ｗ端部の勾配Ｄの測定結果を示す図である。図１１（ｅ）は、図１０に示す各組み合わせにおける勾配（Ａ、Ｂ、Ｃ）と、図１１に示す勾配Ｄのそれぞれを比較するための図である。
なお、図１１に示す各組み合わせで行う研磨処理においては、前述した第１の伝達系統及び第２の伝達系統で基盤Ｗに回転力が伝達されるものとする。
【００５５】
図１１（ｄ１）に示すトップリング１３６と弾性膜１３８との装着固定状態は、当該トップリング１３６の外周面の部位と弾性膜１３８の内周面の部位とが接着される。この条件のもと、研磨処理を行った場合の基盤Ｗの断面形状が、図１１（ｄ２）に示す断面形状Ｄであり、その中心付近は「座屈ねじれ」の影響を受けておらず、左右の対称性が良好であることが見て取れる。
また、図１１（ｅ）に示すように、勾配Ａから勾配Ｄまでの傾斜角度を比較すると、本実施形態に係る研磨ヘッド１３のトップリング１３６に対する弾性膜１３８の装着固定状態（図１１（ｄ１））では、基板外周部の「立ち上がり」が効果的に抑止されていることが見て取れる。
【００５６】
＜研磨処理のための制御手順＞
次に、本実施形態の研磨処理装置１による研磨処理手順について説明する。図１２は、研磨処理方法を実行する際の制御部２０による主要な制御手順の説明図である。
制御部２０は、研磨処理装置１のオペレータによる開始指示の入力受付を契機に制御を開始する（ステップＳ１００）。所定の初期処理後、図示しない基板搬送手段により基板Ｗを搬入させて、研磨ヘッド１３の保持機構に基板Ｗを保持させる（ステップＳ１０１）。
制御部２０は、エアパイプＡＰから第１エアバッグ１３２及び第２エアバッグ１３３の各々に所定量の圧力流体が供給されるように流体供給機構に指示を出し、基板Ｗや研磨パッド１２に向けて押圧力を与える（ステップＳ１０２）。
【００５７】
制御部２０は、また、図示しないセンサ部を通じて基板Ｗに適切な押圧力が与えられているかを確認する。押圧力が適切であることを確認した場合は（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、研磨テーブル１１、並びに、研磨ヘッド１３の回転を開始するように、図示しないモータへ指示を出す（ステップＳ１０４）。これにより、研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３が、水平に回転を開始する。
【００５８】
研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３の回転開始を指示した後、制御部２０は、ノズルＮの位置決めを指示するとともに、研磨液供給機構に対して研磨液の供給を開始させるように指示を出す（ステップＳ１０５）。これにより、研磨液がノズルＮから研磨パッド１２の研磨面に向けて供給される。
研磨液の供給開始指示後、規定の研磨時間が経過したことを図示しないタイマによって検知すると（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、制御部２０は、研磨液供給機構に対して研磨液の供給停止を指示する（ステップＳ１０７）。
【００５９】
その後、制御部２０は、研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３の回転を止めるように、モータへ停止指示を出す（ステップＳ１０８）とともに、供給した圧力流体を回収するように圧力流体供給機構に指示を出す（ステップＳ１０９）。そして、図示しない基板搬送手段により基板Ｗを搬出させる。これにより、研磨処理を完了させる。
【００６０】
このように、本実施形態に係る研磨処理装置１では、第１圧力円板１３４の下底面の形状、第２圧力円板１３５の下底面の形状それぞれに応じた押圧力が、弾性体１３７を通じて弾性膜１３８から基板Ｗに付与することができる。これにより、基板Ｗの被研磨面の全面に亘って所望の押圧力（Ｐ３）を不連続部の無い状態で与えることができる。そのため、従来の均圧型パターンでは不可能であった、基板Ｗの被研磨面のω形状形成を防止できると共に、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる。
【００６１】
また、弾性体１３７を通じて基板Ｗに押圧力を付与する構成にすることにより、第１圧力円板１３４の下底面及び第２圧力円板１３５の下底面それぞれを、任意の形状に形成することができる。そのため、被研磨面の表面プロファイルに応じた分布で押圧力を基板Ｗに付与することができる。これにより、基板Ｗの被研磨面がω形状に形成されてしまうことを防止すると共に、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる。
なお、本圧力円板は２枚構成（第１圧力円板１３４及び第２圧力円板１３５）とした場合の例を説明したが、基板の目的とする平面精度にとっては、多数枚構成も可能である。
【００６２】
また、基板Ｗを回転させるための回転力は、第１の伝達系統と第２の伝達系統それぞれから付与されるため、押圧面におけるねじれ擾乱の発生が抑止される。そのため、押圧面内の押圧力が過不足になることを防止することができる。
【００６３】
また、弾性体１３７の下底面が基板Ｗの外周端よりも小さいサイズで形成されていることにより、弾性膜１３８の押圧面は、基板Ｗの外周端より内周側において当該基板Ｗを押圧することになる。これにより、基板Ｗの外周端近傍における被研磨面の「ダレ」、つまり、過研磨（ロールオフ）が生じてしまうことを防止することができる。そのため、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる。
【００６４】
また、研磨処理装置１では、ドライブピンＤ１を介した蓋体１３１とトップリング１３６との連結位置が低い位置となるように構成されている。これにより、研磨ヘッド１３の浮き上がりの発生が抑止されるため、基板Ｗの端部の研磨精度を高めることができる。そのため、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる。
【００６５】
［第２実施形態］
本実施形態では、弾性膜の側面がジャバラ（蛇腹）構造である場合の例について説明する。なお、第１実施形態において説明した研磨処理装置１、研磨ヘッド１３と同じ部分については、同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。
【００６６】
図１３（ａ）は、本実施形態に係る研磨ヘッドの構成の一例を示す図である。第１実施形態の研磨ヘッド１３との違いは、その側面が蛇腹状に構成された弾性膜２３８である点と、バックフィルム１３９とリテーナリング１４０とが分離しているという点である。
図１３（ａ）に示すバックフィルム１３９は、リテーナリング１４０とは独立して弾性膜２３８の外底面に接着される。また、図１３（ａ）に示すように、弾性膜２３８は、ジャバラ構造の側面の一端がリテーナリング１４０に接続される。このように接続された弾性膜２３８の押圧面は、受け付けた押圧力に応じてジャバラ部位が伸縮することにより、水平に上昇あるいは下降することができる。
【００６７】
図１３（ｂ）は、第１実施形態の押圧機構における弾性膜１３８とリテーナリング１４０の接続状態を示す模式図である。この状態で弾性膜１３８の内底面に押圧力Ｐを均一に付与した場合、図中点線で示すなだらかな曲線状に、リテーナリング１４０との接続箇所に近い位置の研磨圧力は相対的に低く、弾性膜１３８の中心部付近の研磨圧力は相対的に高くなる。つまり、基盤Ｗの背面側に伝播される研磨圧力は、弾性膜１３８の部位毎に伝達ロスが生じていることになる。
【００６８】
図１３（ｃ）は、本実施形態に係る弾性膜２３８の内底面に押圧力Ｐを均一に付与した場合の模式図である。弾性膜２３８の内底面に押圧力Ｐを均一に付与した場合、図中点線で示すように、当該弾性膜２３８のジャバラ構造によりその押圧面が水平に下降し、押圧力Ｐが基盤Ｗの背面側に付与される。つまり、ジャバラ構造を採用することにより、弾性膜２３８の内底面に付与された押圧力をロスなく基盤Ｗの背面に付与することができる。また、さらに、図８において説明した「浮き上がり現象」が生じた場合でも、材料力学的観点より、基盤Ｗへの研磨圧力がロスなく伝播されることになる。
【００６９】
このように、本実施形態に係る研磨処理装置１では、弾性膜２３８のジャバラ部位が伸縮することにより、その押圧面は水平に上昇あるいは下降する。これにより、基盤Ｗへの研磨圧力をロスなく効率的に伝播させることが可能になる。
また、弾性体１３７を介して被研磨面の表面プロファイルに応じた連続的な分布で押圧力をロスなく基盤Ｗの背面側に付与すると共に、前述した第１の伝達系統と第２の伝達系統からなるトルク機構により、より一層、座屈ねじれの発生が抑止される。そのため、基板Ｗの被研磨面がω形状に形成されてしまうことを防止すると共に、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの向上を図ることができる。
【００７０】
上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・研磨処理装置、１１・・・研磨テーブル、１２・・・研磨パッド、１３・・・研磨ヘッド、１３１・・・蓋体、１３２・・・第１エアバッグ、１３３・・・第２エアバッグ、１３４・・・第１圧力円板、１３５・・・第２圧力円板、１３６、１３６ａ、１３６ｂ・・・トップリング、１３７・・・弾性体、１３８、２３８・・・弾性膜、１３９・・・テンプレートバックフィルム、１４０、１４０ｃ・・・テンプレートリテーナリング１４０、ＡＭ・・・アーム、ＡＰ・・・エアパイプ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・ドライブピン、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・ドライブピン溝、Ｗ・・・基板、Ｎ・・・ノズル。
【要約】
【課題】基板の被研磨面の研磨ムラ、研磨不足あるいは過研磨を防止することができる研磨処理装置及びその構成装置を提供する。
【解決手段】研磨ヘッド１３の押圧機構は、弾性体１３７と接する接面の中心付近の部位がこの弾性体１３７側に凸型形状に形成された第１圧力円板１３４と第１エアバッグ１３２とを含んで構成される第１の押圧体と、この第１圧力円板１３４をその内周側に配備する筒形状に形成され、且つ、弾性体１３７と接する接面の外縁付近の部位がこの弾性体１３７側に凹型形状に形成された第２圧力円板１３５と第２エアバッグ１３３とを含んで構成される第２の押圧体を含む。第１エアバッグ１３２及び第２エアバッグ１３３それぞれに圧力流体を封入し、基板Ｗの背面方向に向けて圧力流体の量に応じて発生した第１の押圧体及び第２の押圧体の押圧力は、それぞれ弾性体１３７を通じて基板Ｗの背面側に付与される。
【選択図】図３【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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【図４】
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