(57)【要約】【課題】基板の半径方向に沿って同心状に拡がる加圧エリア内における研磨速度分布のレンジを小さくして、基板の研磨面の面内均一性を高め、歩留まりを向上させる。【解決手段】弾性膜１０は、基板Ｗを加圧する複数の加圧エリアＣＡ，ＥＡ，ＭＡ１〜ＭＡ６を区画形成する同心円状に配置された複数の周壁１０ａ〜１０ｈを有し、中央に位置する円板状の中央加圧エリアＣＡと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアＥＡとの間に形成される複数の中間加圧エリアＭＡ１〜ＭＡ６の内、少なくとも１つの中間加圧エリア、例えば中間加圧エリアＭＡ５，ＭＡ６の半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されている。【選択図】図４
2014061587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持装置に使用される弾性膜であって、
前記弾性膜は、基板を加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、
中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されていることを特徴とする弾性膜。
【請求項２】
前記研磨速度応答幅は、各中間加圧エリア毎に得られる基板の半径方向の領域であり、
各中間加圧エリア内においてある圧力条件で研磨した場合の研磨速度と前記圧力条件から一定圧力だけ変化させて研磨した場合の研磨速度との変化量絶対値を算出して、各中間加圧エリア内における研磨速度変化量絶対値の最大値を基準として最大研磨速度変化量絶対値に対して２０％以上１００％以下の研磨速度変化量絶対値となる基板の半径方向の領域を前記研磨速度応答幅とすることを特徴とする請求項１に記載の弾性膜。
【請求項３】
前記エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されている中間加圧エリアは、前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアであることを特徴とする請求項１に記載の弾性膜。
【請求項４】
直径３００ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性膜。
【請求項５】
前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアの各エリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の弾性膜。
【請求項６】
直径３００ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、外周側に位置する、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定され、エリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定された前記中間加圧エリアの半径方向内側に位置する中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性膜。
【請求項７】
直径４５０ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つ中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性膜。
【請求項８】
前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアの各エリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の弾性膜。
【請求項９】
直径４５０ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、外周側に位置する、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定され、エリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定された前記中間加圧エリアの半径方向内側に位置する中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上３４ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性膜。
【請求項１０】
厚みｔ（μｍ）、ヤング率Ｅ（ＭＰａ）の半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用される弾性膜であって、
前記弾性膜は、半導体ウェハを加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、
中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されており、
前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上で下記の式で定義されるＥＷｂｍｍ以下に設定されていることを特徴とする弾性膜。
ＥＷｂ＝１５×（ｔ／７７５）３×（Ｅ／194000）
【請求項１１】
前記研磨速度応答幅は、各中間加圧エリア毎に得られる半導体ウェハの半径方向の領域であり、
各中間加圧エリア内においてある圧力条件で研磨した場合の研磨速度と前記圧力条件から一定圧力だけ変化させて研磨した場合の研磨速度との変化量絶対値を算出して、各中間加圧エリア内における研磨速度変化量絶対値の最大値を基準として最大研磨速度変化量絶対値に対して２０％以上１００％以下の研磨速度変化量絶対値となる半導体ウェハの半径方向の領域を前記研磨速度応答幅とすることを特徴とする請求項１０に記載の弾性膜。
【請求項１２】
前記エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されている中間加圧エリアは、前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアであることを特徴とする請求項１０に記載の弾性膜。
【請求項１３】
直径３００ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の弾性膜。
【請求項１４】
前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアの各エリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１３に記載の弾性膜。
【請求項１５】
直径３００ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、外周側に位置する、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定され、エリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定された前記中間加圧エリアの半径方向内側に位置する中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の弾性膜。
【請求項１６】
直径４５０ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つ中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の弾性膜。
【請求項１７】
前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアの各エリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１６に記載の弾性膜。
【請求項１８】
直径４５０ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用され、前記複数の中間加圧エリアの内、外周側に位置する、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定され、エリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定された前記中間加圧エリアの半径方向内側に位置する中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上３４ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の弾性膜。
【請求項１９】
弾性膜と該弾性膜を保持する装置本体とを有し、前記弾性膜と前記装置本体の下面との間に前記弾性膜の隔壁によって仕切られた複数の圧力室を形成し、前記弾性膜の下面に基板を保持するとともに前記複数の圧力室に圧力流体を供給することで流体圧により基板を研磨面に押圧する基板保持装置において、
前記弾性膜は、基板を加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、
中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されていることを特徴とする基板保持装置。
【請求項２０】
弾性膜と該弾性膜を保持する装置本体とを有し、前記弾性膜と前記装置本体の下面との間に前記弾性膜の隔壁によって仕切られた複数の圧力室を形成し、前記弾性膜の下面に厚みｔ（μｍ）でヤング率Ｅ（ＭＰａ）の半導体ウェハを保持するとともに前記複数の圧力室に圧力流体を供給することで流体圧により半導体ウェハを研磨面に押圧する基板保持装置において、
前記弾性膜は、半導体ウェハを加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、
中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されており、
前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上で下記の式で定義されるＥＷｂｍｍ以下に設定されていることを特徴とする基板保持装置。
ＥＷｂ＝１５×（ｔ／７７５）３×（Ｅ／194000）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化する研磨装置において該基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置に使用される弾性膜に関する。また、本発明は、該弾性膜を有する基板保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。従って、多層配線にするためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
【０００３】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing））である。この化学的機械研磨は、研磨装置を用いて、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、半導体ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
この種の研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハ等の基板を保持する基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００５】
このような研磨装置において、半導体ウェハの研磨速度が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハの各部分の研磨速度に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。このため、基板保持装置の下部に弾性膜で区画形成される複数の同心状の圧力室を設け、この各圧力室に供給される圧力流体の圧力をそれぞれ制御することで、各圧力室に対応する半導体ウェハの半径方向に沿った各加圧エリア毎に異なった圧力で半導体ウェハを研磨面に押圧するようにした研磨装置が知られている。
【０００６】
図１は、上記研磨装置の基板保持装置の一例を示す。図１に示すように、この基板保持装置は、装置本体２００と、リテーナリング２０２と、装置本体２００の下面に設けられた弾性膜２０４を備えている。弾性膜２０４の上面には、同心状に配置された複数（図示では４つ）の周壁２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄが設けられ、これら周壁２０４ａ〜２０４ｄによって、弾性膜２０４の上面と本体装置２００の下面との間に、半導体ウェハＷの中央に位置する円形の中央圧力室２０６、最外周に位置する環状のエッジ圧力室２０８、及び中央圧力室２０６とエッジ圧力室２０８との間に位置する２つの環状の中間圧力室２１０，２１２がそれぞれ形成されている。
【０００７】
これにより、半導体ウェハＷは、中央圧力室２０６に対応する円形の中央加圧エリアＣＡ、エッジ圧力室２０８に対応する環状のエッジ加圧エリアＥＡ、及び中間圧力室２１０，２１２に対応する環状の２つの中間加圧エリアＭＡ１，ＭＡ２からなる弾性膜２０４上の４つの加圧エリアに区画された状態で、基板保持装置に保持される。
【０００８】
装置本体２００内には、中央圧力室２０６に連通する流路２１４、エッジ圧力室２０８に連通する流路２１６、及び中間圧力室２１０，２１２にそれぞれ連通する流路２１８，２２０がそれぞれ形成されている。そして、各流路２１４，２１６，２１８，２２０は、それぞれ流路２２２，２２４，２２６，２２８を介して流体供給源２３０に接続されている。また、流路２２２，２２４，２２６，２２８には、それぞれ開閉バルブＶ１０，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３と圧力レギュレータＲ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３が設置されている。
【０００９】
圧力レギュレータＲ１０〜Ｒ１３は、それぞれ流体供給源２３０から各圧力室２０６，２０８，２１０，２１２に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１０〜Ｒ１３および開閉バルブＶ１０〜Ｖ１３は、制御装置２３２に接続されていて、それらの作動が制御装置２３２で制御されるようになっている。
【００１０】
これにより、半導体ウェハＷを基板保持装置で保持した状態で、各圧力室２０６，２０８，２１０，２１２に供給される圧力流体の圧力をそれぞれ制御することで、半導体ウェハＷの半径方向に沿った弾性膜２０４上の各加圧エリアＣＡ，ＥＡ，ＭＡ１，ＭＡ２毎に異なった圧力で半導体ウェハＷを研磨面（図示せず）に押圧することができる。
【００１１】
弾性膜２０４には、弾性膜２０４の上面に形成される圧力室２０６，２０８，２１０，２１２の流体圧を効率的に半導体ウェハＷに伝え、半導体ウェハＷの端部まで均一な圧力で半導体ウェハを押圧するため、ゴムなどの柔軟な素材が一般に使用されている。
【００１２】
このような構成の基板保持装置で半導体ウェハを保持し研磨面に押圧して研磨する場合、互いに隣り合う圧力室に異なる圧力の圧力流体を供給すると、互いに隣り合う加圧エリア間で基板を押圧する押圧圧力（研磨圧力）にも階段状の段差が生じ、その結果、研磨形状（研磨プロファイル）にも階段状の段差が生じる。この場合、互いに隣り合う２つの圧力室に供給される圧力流体の圧力差が大きいと、研磨形状（研磨プロファイル）の階段状の段差も隣り合う２つの加圧エリアで基板を押圧する圧力差に応じて大きくなる。
【００１３】
このため、本件出願人は、特開２００９−１３１９２０号公報（特許文献１）において、互いに隣接する２つの圧力室に跨るように、弾性膜に弾性膜より剛性の高い（縦弾性係数が大きい）材料からなるダイヤフラムを設けることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−１３１９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図２は、図１に示す基板保持装置を使用して半導体ウェハを保持し、各圧力室２０６，２０８，２１０，２１２に供給される圧力流体の圧力を均一にして半導体ウェハを研磨する時の半導体ウェハの半径方向位置と研磨速度との関係を示すグラフである。図２において実線Ａで示すように、半導体ウェハの半径方向外方に向かうに従って、研磨速度が徐々に低下する場合がある。図２の半導体ウェハの半径方向位置において、半導体ウェハの半径方向に沿ったエリアＣＡ，ＭＡ１，ＭＡ２は、図１に示す弾性膜２０４上の加圧エリアＣＡ，ＭＡ１，ＭＡ２にそれぞれ対応している。
【００１６】
このような場合に、中間圧力室２１０，２１２に供給される圧力流体の圧力を高くして、中間加圧エリアＭＡ１，ＭＡ２に対応する半導体ウエハの領域の研磨速度を高くしようとすると、図２において一点鎖線Ｂに示すように、中間加圧エリアＭＡ１，ＭＡ２に対応する領域の研磨速度は、全体に高くなるものの、中間加圧エリアＭＡ１，ＭＡ２内における研磨速度の傾きは、中間圧力室２１０，２１２に供給される圧力流体の圧力を高くする前の実線Ａで示す研磨速度の傾きとほぼ等しくなる。つまり中間加圧エリアＭＡ１，ＭＡ２内における研磨速度は、その傾きをほぼ一定にしたまま、ほぼ一定の割合で平行に上昇する。
【００１７】
このため、半導体ウェハ面内全面での研磨速度分布のレンジ（研磨速度の変動範囲）は低減できるものの、各加圧エリア内、例えば中間加圧エリアＭＡ１内における半導体ウェハの半径方向に沿った研磨速度分布のレンジ（研磨速度の変動範囲）は、圧力流体の圧力を高くしても小さくならず、このため、加圧エリアＭＡ１の半径方向エリア幅の大きさによって、半導体ウェハの研磨面の面内均一性改善が制限され、歩留まり改善の効果は限定的となる。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板の半径方向に沿って同心状に拡がる加圧エリアに対応した基板の領域における研磨速度分布のレンジ（研磨速度の変動範囲）を小さくして、基板の研磨面の面内均一性を高め、歩留まりを向上させることができるようにした研磨装置の基板保持装置に使用される弾性膜を提供することを目的とする。また、本発明はそのような弾性膜を備えた基板保持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の弾性膜は、基板を保持する基板保持装置に使用される弾性膜であって、前記弾性膜は、基板を加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されている。
以下、各加圧エリアの半径方向エリア幅を適宜エリア幅と称する。
前記研磨速度応答幅は、各中間加圧エリア毎に得られる基板の半径方向の領域であり、各中間加圧エリア内においてある圧力条件で研磨した場合の研磨速度と前記圧力条件から一定圧力だけ変化させて研磨した場合の研磨速度との変化量絶対値を算出して、各中間加圧エリア内における研磨速度変化量絶対値の最大値を基準として最大研磨速度変化量絶対値に対して２０％以上１００％以下の研磨速度変化量絶対値となる基板の半径方向の領域を前記研磨速度応答幅とする。
上記のある圧力条件の例としては、各中間加圧エリア内において研磨速度が均一になるようにそれぞれ調整した圧力条件などが挙げられるが、必ずしも一定の条件で調整した圧力である必要はない。
【００２０】
前記エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されている中間加圧エリアは、例えば前記複数の中間加圧エリアの内、互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアである。
【００２１】
このように、複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリア、例えば互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアのエリア幅を、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定することで、このようにエリア幅を設定した中間加圧エリア内の研磨速度分布のレンジを小さくして、基板の研磨面の面内均一性を高め、歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
前記弾性膜は、直径３００ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用される場合、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅、または互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアの各エリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００２３】
前記弾性膜は、直径３００ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用される場合、前記複数の中間加圧エリアの内、外周側に位置する、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定され、エリア幅が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定された前記中間加圧エリアの半径方向内側に位置する中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されていてもよい。
【００２４】
前記弾性膜は、直径４５０ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用される場合、前記中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅、または互いに隣接する少なくとも２つの中間加圧エリアの各エリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００２５】
前記弾性膜は、直径４５０ｍｍの半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用される場合、前記中間加圧エリアの内、外周側に位置する、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定され、エリア幅が２ｍｍ以上２６ｍｍ以下に設定された前記中間加圧エリアの半径方向内側に位置する中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上３４ｍｍ以下に設定されていてもよい。
【００２６】
前記弾性膜は、厚みｔ（μｍ）、ヤング率Ｅ（ＭＰａ）の半導体ウェハを保持する基板保持装置に使用される場合、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上で下記の式で定義されるＥＷｂｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
ＥＷｂ＝１５×（ｔ／７７５）３×（Ｅ／194000）
【００２７】
本発明の基板保持装置は、弾性膜と該弾性膜を保持する装置本体とを有し、前記弾性膜と前記装置本体の下面との間に前記弾性膜の隔壁によって仕切られた複数の圧力室を形成し、前記弾性膜の下面に基板を保持するとともに前記複数の圧力室に圧力流体を供給することで流体圧により基板を研磨面に押圧する基板保持装置において、前記弾性膜は、基板を加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されていることを特徴とする。
本発明の基板保持装置は、弾性膜と該弾性膜を保持する装置本体とを有し、前記弾性膜と前記装置本体の下面との間に前記弾性膜の隔壁によって仕切られた複数の圧力室を形成し、前記弾性膜の下面に厚みｔ（μｍ）でヤング率Ｅ（ＭＰａ）の半導体ウェハを保持するとともに前記複数の圧力室に圧力流体を供給することで流体圧により半導体ウェハを研磨面に押圧する基板保持装置において、前記弾性膜は、半導体ウェハを加圧する複数の加圧エリアを区画形成する同心円状に配置された複数の周壁を有し、中央に位置する円板状の中央加圧エリアと、最外周に位置する円環状のエッジ加圧エリアとの間に形成される複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアの半径方向エリア幅は、エリア幅を変えても研磨速度応答幅が変わらない範囲内のエリア幅に設定されており、前記複数の中間加圧エリアの内、少なくとも１つの中間加圧エリアのエリア幅が２ｍｍ以上で下記の式で定義されるＥＷｂｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。
ＥＷｂ＝１５×（ｔ／７７５）３×（Ｅ／194000）
【発明の効果】
【００２８】
本発明の弾性膜によれば、基板の表面を研磨する研磨装置の基板保持装置に使用することで、弾性膜で区画形成される複数の加圧エリア間および各加圧エリア内における研磨速度分布のレンジ（研磨速度の変動範囲）を小さくして、基板の研磨面の面内均一性を高め、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の基板保持装置の概要図である。
【図２】図１に示す基板保持装置で半導体ウェハを保持して研磨する時のウェハの半径方向に沿った位置と研磨速度の関係を参考的に示すグラフである。
【図３】本発明に係る基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。
【図４】図３に示す研磨装置に備えられている基板保持装置の概要図である。
【図５】図３に示す研磨装置を使用して半導体ウェハを研磨した時の、一つの圧力室に供給する圧力流体の圧力のみを２０ｈＰａ増加させた前後における研磨速度（任意単位）と半導体ウェハの半径方向に沿った位置との関係を示すグラフである。
【図６】加圧エリアの研磨速度応答幅の定義の説明に付するグラフである。
【図７】加圧エリアのエリア幅と研磨速度応答幅の関係を示すグラフである。
【図８】エリア幅が比較的広い３つ中間加圧エリアが互いに隣接している場合における、中間加圧エリアと該中間加圧エリアに対応する研磨速度応答幅の関係を示す図である。
【図９】エリア幅が比較的狭い３つ中間加圧エリアが互いに隣接している場合における、中間加圧エリアと該中間加圧エリアに対応する研磨速度応答幅の関係を示す図である。
【図１０】エリア幅が比較的狭い１つ中間加圧エリアを挟んでエリア幅が比較的広い２つ中間加圧エリアが互いに隣接している場合における、中間加圧エリアと該中間加圧エリアに対応する研磨速度応答幅の関係を示す図である。
【図１１】加圧エリアのエリア幅と研磨速度応答幅の関係をモデル化したグラフである。
【図１２】エリア幅２０ｍｍで研磨速度応答幅３０ｍｍの中間加圧エリアが互いに隣接する場合の研磨速度応答オーバーラップ率の説明に付する図である。
【図１３】エリア幅１０ｍｍで研磨速度応答幅２５ｍｍの中間加圧エリアが互いに隣接する場合の研磨速度応答オーバーラップ率の説明に付する図である。
【図１４】加圧エリアのエリア幅と研磨速度応答オーバーラップ率との関係を示すグラフである。
【図１５】図３に示す研磨装置を使用して、直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨する時の半導体ウェハの半径方向位置と研磨速度の関係を参考的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図３乃至図１５を参照して説明する。なお、以下の例では、基板として、直径３００ｍｍ、厚み７７５±２５μｍの半導体ウェハを使用している。この半導体ウェハのヤング率（ＭＰａ）は、１９４０００である。
【００３１】
図３は、本発明に係る基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。図３に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である、直径３００ｍｍの半導体ウェハ（基板）Ｗを保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧する基板保持装置１とを備えている。研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１００ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１００の上面には研磨パッド１０１が貼付されており、研磨パッド１０１の表面が半導体ウェハＷを研磨する研磨面１０１ａを構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって、研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに研磨液Ｑが供給される。
【００３２】
基板保持装置１は、主軸１１１に接続されており、この主軸１１１は、上下動機構１２４により研磨ヘッド１１０に対して上下動するようになっている。この主軸１１１の上下動により、研磨ヘッド１１０に対して基板保持装置１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、主軸１１１の上端にはロータリージョイント１２５が取り付けられている。
【００３３】
主軸１１１及び基板保持装置１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介して主軸１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたＡＣサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介して研磨ヘッド１１０に固定されている。
【００３４】
ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。主軸１１１は、ブリッジ１２８と一体となって上下動するようになっている。従って、サーボモータ１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これにより主軸１１１及び基板保持装置１が上下動する。
【００３５】
また、主軸１１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。研磨ヘッド１１０にはモータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してモータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、モータ１１４を回転駆動することによって、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及び主軸１１１が一体に回転し、基板保持装置１が回転する。なお、研磨ヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００３６】
図３に示すように構成された研磨装置において、基板保持装置１は、その下面に半導体ウェハ（基板）Ｗを保持できるようになっている。研磨ヘッド１１０は、ヘッドシャフト１１７を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウェハＷを保持した基板保持装置１は、研磨ヘッド１１０の旋回により半導体ウェハＷの受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。そして、基板保持装置１を下降させて半導体ウェハＷを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに押圧する。このとき、基板保持装置１及び研磨テーブル１００をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに研磨液Ｑを供給する。このように、研磨液Ｑの存在下で、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて半導体ウェハＷの表面を研磨する。
【００３７】
次に、図３に示す研磨装置に備えられている、本発明の実施形態の基板保持装置１について、図４を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図４に示すように、基板保持装置１は、半導体ウェハＷを研磨面１０１ａに対して押圧する装置本体２と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成され、装置本体２の下面には、該下面を覆う弾性膜１０が設けられている。弾性膜１０は、同心状に配置された上方に立ち上がる複数（図示では８つ）の周壁（第１〜第８周壁）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを有し、これらの複数の周壁１０ａ〜１０ｈによって、弾性膜１０の上面と本体装置２の下面との間に、中央に位置する円形状の中央圧力室１２、最外周に位置する環状のエッジ圧力室１４、及び中央圧力室１２とエッジ圧力室１４との間に位置する、この例では環状の６つの中間圧力室（第１〜第６中間圧力室）１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆが形成されている。
【００３９】
これにより、半導体ウェハＷは、中央圧力室１０に対応する中央加圧エリアＣＡ、エッジ圧力室１４に対応するエッジ加圧エリアＥＡ、及び中間圧力室１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆにそれぞれ対応する６つの環状の中間加圧エリア（第１〜第６中間加圧エリア）ＭＡ１，ＭＡ２，ＭＡ３，ＭＡ４，ＭＡ５，ＭＡ６からなる弾性膜１０上の８つの加圧エリアに区画された状態で、基板保持装置１に保持される。
【００４０】
この例では、中央加圧エリアＣＡの半径、つまり最内方に位置する第１周壁１０ａの半径は、３０ｍｍに設定されている。なお、第１周壁１０ａの半径は、弾性膜１０の中心から第１周壁１０ａの立ち上り部における断面中心までの距離である。このことは、以下の各周壁１０ｂ〜１０ｈにあっても同様である。
【００４１】
弾性膜１０の中心側に位置する第１中間加圧エリアＭＡ１のエリア幅、つまり最内方に位置する第１周壁１０ａの半径と内側から２番目に位置する第２周壁１０ｂの半径との差は、３０ｍｍに設定されている。弾性膜１０の中心側から２番目に位置する第２中間加圧エリアＭＡ２のエリア幅、つまり内側から２番目に位置する第２周壁１０ｂの半径と内側から３番目に位置する第３周壁１０ｃの半径との差は、２５ｍｍに設定されている。
【００４２】
同様に、弾性膜１０の中心側から３番目に位置する第３中間加圧エリアＭＡ３のエリア幅は２５ｍｍに設定され、弾性膜１０の中心側から４番目に位置する第４中間加圧エリアＭＡ４のエリア幅は１７ｍｍに設定され、弾性膜１０の中心側から５番目に位置する第５中間加圧エリアＭＡ５のエリア幅は１３．５ｍｍに設定され、弾性膜１０の中心側から６番目に位置する第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅は４．５ｍｍに設定されている。
【００４３】
なお、第４中間加圧エリアＭＡ４のエリア幅は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲で任意に設定され、第５中間加圧エリアＭＡ５及び第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で任意に設定される。第５中間加圧エリアＭＡ５及び第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅の一方のみを２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で任意に設定してもよい。例えば第５中間加圧エリアＭＡ５のエリア幅を２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲で任意に設定し、第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅を２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で任意に設定してもよい。
【００４４】
装置本体２内には、中央圧力室１２に連通する流路２０、エッジ圧力室１４に連通する流路２２、及び中間圧力室１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆにそれぞれ連通する流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆがそれぞれ形成されている。そして、各流路２０，２２，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆは、それぞれ流路２６，２８，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆを介して流体供給源３２に接続されている。また、流路２６，２８，３０ａ〜３０ｆには、開閉バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８と圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８がそれぞれ設置されている。
【００４５】
また、リテーナリング３の直上にもリテーナ室３４が形成されており、リテーナ室３４は、装置本体２内に形成された流路３６および開閉バルブＶ９と圧力レギュレータＲ９が設置された流路３８を介して流体供給源３２に接続されている。圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９は、それぞれ流体供給源３２から圧力室１２，１４，１６ａ〜１６ｆおよびリテーナ室３４に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９および開閉バルブＶ１〜Ｖ９は、制御装置４０に接続されていて、それらの作動が制御装置４０で制御されるようになっている。
【００４６】
図４に示すように構成された基板保持装置１によれば、半導体ウェハＷを基板保持装置１で保持した状態で、各圧力室１２，１４，１６ａ〜１６ｆに供給される圧力流体の圧力をそれぞれ制御することで、半導体ウェハＷの半径方向に沿った弾性膜１０上の各加圧エリアＣＡ，ＥＡ，ＭＡ１〜ＭＡ６毎に異なった圧力で半導体ウェハＷを押圧することができる。このように、基板保持装置１においては、装置本体２と弾性膜１０との間に形成される各圧力室１２，１４，１６ａ〜１６ｆに供給する流体の圧力を調整することにより、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を各加圧エリアＣＡ，ＥＡ，ＭＡ１〜ＭＡ６に対応する半導体ウエハＷの領域毎に調整できる。同時に、リテーナ室３４に供給する圧力流体の圧力を制御することで、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整できる。
【００４７】
装置本体２は、例えばエンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成され、弾性膜１０は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００４８】
この基板保持装置１において、第４中間加圧エリアＭＡ４のエリア幅を２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、この例では１７．５ｍｍに、第５中間加圧エリアＭＡ５及び第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅を２ｍｍ以上１５ｍｍ以下、この例では第５中間加圧エリアＭＡ５のエリア幅を１３．５ｍｍに、第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅を４．５ｍｍにそれぞれ設定した理由を以下に説明する。
【００４９】
図５は、図３に示す研磨装置を使用して、各圧力室１２，１４，１６ａ〜１６ｆに所定の圧力の圧力流体を供給し、直径３００ｍｍの半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度（任意単位）と半導体ウェハの半径方向に沿った位置との関係を示すグラフである。図５において、線Ｃは、各エリアにおいて研磨速度がほぼ同じになるように各圧力室の圧力を調整した条件（中心条件という）での研磨速度（任意単位）と半導体ウェハの半径方向に沿った位置との関係を示し、線Ｄは、第１中間加圧エリアＭＡ１に対応する第１中間圧力室１６ａに供給される圧力流体の圧力のみを中心条件の圧力より２０ｈＰａ増加させた時の研磨速度（任意単位）と半導体ウェハの半径方向に沿った位置との関係を示す。
【００５０】
この図５から、例えば第１中間加圧エリアＭＡ１に対応する第１中間圧力室１６ａに供給される圧力流体の圧力のみを２０ｈＰａ増加させると、この影響は、第１中間加圧エリアＭＡ１より広い研磨速度応答幅Ｗａに及ぶことが判る。
【００５１】
図６は、図５において線Ｄで示される研磨速度から線Ｃで示される研磨速度を引いた差分を研磨速度変化量（任意単位）として示すグラフであり、最大値を示す研磨速度変化量を１．０として基準とする。すなわち、図６における研磨速度変化量は、所定の加圧エリア内において中心条件の圧力から一定圧力を変化させた場合の研磨速度の変化量を示している。
このように所定の加圧エリア内においてある圧力から一定圧力を変化させた場合の研磨速度変化量を算出して、基準とする最大研磨速度変化量に対して研磨速度変化量が２０％以上１００％以下である半導体ウェハの半径方向領域を研磨速度応答幅と定義する。
図５および図６では、中心条件から圧力を増加させたときの研磨結果から研磨速度応答幅を決定しているが、中心条件から圧力を低下させたときの研磨結果から研磨速度応答幅を決定しても良い。
【００５２】
ここに、第１中間加圧エリアＭＡ１内の最大研磨速度変化量を１とし基準としたとき研磨速度変化量が最大研磨速度変化量の２０％以下である場合（図６において０．２以下である場合）には、この研磨速度変化量が研磨プロファイルに及ぼす影響を許容範囲内に抑えられると考えられるので、この第１中間加圧エリアＭＡ１内の基準とした最大研磨速度変化量１に対して研磨速度変化量が２０％以上１００％以下（図６において０．２以上１．０以下）である半導体ウェハの半径方向領域を研磨速度応答幅と定義している。図６の場合、第１中間加圧エリアＭＡ１の研磨速度応答幅Ｗａは４１ｍｍである。
【００５３】
同様にして、他の各中間加圧エリアＭＡ２〜ＭＡ６の研磨速度応答幅を測定したところ、第２中間加圧エリアＭＡ２に対応する第２中間圧力室１６ｂに供給される圧力流体の圧力のみを中心条件より２０ｈＰａ増加させた場合の研磨速度応答幅は３５ｍｍ、第３中間加圧エリアＭＡ３に対応する第３中間圧力室１６ｃに供給される圧力流体の圧力のみを中心条件より２０ｈＰａ増加させた場合の研磨速度応答幅は３７ｍｍ、第４中間加圧エリアＭＡ４に対応する第４中間圧力室１６ｄに供給される圧力流体の圧力のみを中心条件より２０ｈＰａ増加させた場合の研磨速度応答幅は２６ｍｍ、第５中間加圧エリアＭＡ５に対応する第５中間圧力室１６ｅに供給される圧力流体の圧力のみを中心条件より２０ｈＰａ増加させた場合の研磨速度応答幅は２７ｍｍ、第６中間加圧エリアＭＡ６に対応する第６中間圧力室１６ｆに供給される圧力流体の圧力のみを中心条件より２０ｈＰａ増加させた場合の研磨速度応答幅は２５ｍｍであった。
【００５４】
前述のようにして求めた、各中間加圧エリアＭＡ１〜ＭＡ６の各エリア幅と研磨速度応答幅との関係を表１に示す。
【００５５】
【表１】
2014061587.tif 000003
【００５６】
この表１を基に作成した、中間加圧エリアのエリア幅と研磨速度応答幅との関係を図７に示す。この図７から、加圧エリアのエリア幅が２５ｍｍ以上の場合（グループＧ１）、それぞれエリア幅に約１０ｍｍを加えた範囲の研磨速度応答幅であり、加圧エリアのエリア幅が２５ｍｍより小さくなる場合であっても（グループＧ２）、研磨速度応答幅の最小値は約２５ｍｍであることが判る。グループＧ２において、中間加圧エリアのエリア幅が１７ｍｍ、１３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変化（減少）しても、研磨速度応答幅は、それぞれ２６ｍｍ、２７ｍｍ、２５ｍｍであり、ほとんど変化していない。このことから、中間加圧エリアのエリア幅を１５ｍｍ以下としても、研磨速度応答幅は変化しないと考えられる。
【００５７】
図８は、エリア幅が比較的広い３つの中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃが互いに隣接している場合における、中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃと該中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃに対応する研磨速度応答幅Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの関係を示す。図８において、水平線より上方にある３つの山形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より増加させた場合の研磨速度を示し、水平線より下方にある３つの谷形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より減少させた場合の研磨速度を示している。この場合、中間に位置する中間加圧エリアＭＡｂの中心付近には、他の中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃに対応する研磨速度応答幅Ｒａ，Ｒｃの影響を受けない領域Ｓｂが存在し、この領域Ｓｂに対応する半導体ウェハの領域の研磨速度の傾きは、中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃの圧力を変化させても補正できない。
【００５８】
図９は、エリア幅が比較的狭い３つの中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃが互いに隣接している場合における、中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃと該中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃに対応する研磨速度応答幅Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの関係を示す。図９において、水平線より上方にある３つの山形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より増加させた場合の研磨速度を示し、水平線より下方にある３つの谷形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より減少させた場合の研磨速度を示している。この場合、中間に位置する中間加圧エリアＭＡｂは、他の２つの中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃに対応する研磨速度応答幅Ｒａ，Ｒｃの影響を受け、この中間加圧エリアＭＡｂに対応する半導体ウェハの領域の研磨速度の傾きは、中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃの圧力を変化させることによって補正することが可能となる。特に、半導体ウェハのエッジ近傍で、中間加圧エリアを細かく分割することが望ましい。
【００５９】
図１０は、エリア幅が比較的狭い１つの中間加圧エリアＭＡｂを挟んでエリア幅が比較的広い２つの中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃが互いに隣接している場合における、中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃと該中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｂ，ＭＡｃに対応する研磨速度応答幅Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの関係を示す。図１０において、水平線より上方にある３つの山形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より増加させた場合の研磨速度を示し、水平線より下方にある３つの谷形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より減少させた場合の研磨速度を示している。この場合、中間に位置するエリア幅が比較的狭い中間加圧エリアＭＡｂは、他の２つの中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃに対応する研磨速度応答幅Ｒａ，Ｒｃの影響を受け、この中間加圧エリアＭＡｂに対応する半導体ウェハの領域の研磨速度の傾きは、中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃの圧力を変化させることによって補正することが可能となる。このようにエリア幅が比較的広い中間加圧エリアＭＡａ，ＭＡｃの間にエリア幅が比較的狭い中間加圧エリアＭＡｂを配置することにより研磨プロファイルの微妙な調整が可能となる。
【００６０】
図１１は、図７をモデル化した、中間加圧エリアのエリア幅と研磨速度応答幅との関係を示す。この図１１において、エリア幅２０ｍｍの中間加圧エリアの研磨速度応答幅は３０ｍｍとなる。このエリア幅２０ｍｍで研磨速度応答幅３０ｍｍの中間加圧エリアが互いに隣接する場合、図１２に示すように、研磨速度応答幅が互いに重なる割合（研磨速度応答オーバーラップ率）は、約３３（＝１０／３０）（％）となる。図１２において、水平線より上方にある２つの山形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より増加させた場合の研磨速度を示し、水平線より下方にある２つの谷形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より減少させた場合の研磨速度を示している。
【００６１】
また、図１１において、エリア幅１０ｍｍの中間加圧エリアの研磨速度応答幅は２５ｍｍとなる。このエリア幅１０ｍｍで研磨速度応答幅２５ｍｍの中間加圧エリアが互いに隣接する場合、図１３に示すように、研磨速度応答幅が互いに重なる割合（研磨速度応答オーバーラップ率）は、６０（＝１５／２５）（％）となる。図１３において、水平線より上方にある２つの山形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より増加させた場合の研磨速度を示し、水平線より下方にある２つの谷形の実線は、各エリアの圧力を中心条件より減少させた場合の研磨速度を示している。
【００６２】
図１４は、図１１を基にした、中間加圧エリアのエリア幅と研磨速度応答オーバーラップ率との関係を示す。この図１４から、エリア幅が１５ｍｍ以下の中間加圧エリアにあっては、研磨速度応答幅が２５ｍｍより小さくならないため、研磨速度応答幅が互いに重なる割合（研磨速度応答オーバーラップ率）が大きくなり、これによって、研磨プロファイルの微妙な調整が可能であることが判る。また、エリア幅が２０ｍｍ以下の中間加圧エリアにあっても、研磨速度応答幅が互いに重なる割合（研磨速度応答オーバーラップ率）が約３３％以上と比較的大きく、研磨プロファイルの微妙な調整が可能であることが判る。図１４より、エリア幅が１５ｍｍ以下である場合は、研磨速度応答幅が互いに重なる割合（研磨速度応答オーバーラップ率）が大きく変化することから１５ｍｍ以下をエリア幅設定基準の一つとする。また、１５ｍｍ以下のエリア幅から幅を持たせた２０ｍｍ以下のエリア幅でも研磨速度応答幅が互いに重なる割合（研磨速度応答オーバーラップ率）は比較的大きくなっていることから、２０ｍｍ以下のエリア幅もエリア幅設定基準の一つとする。
【００６３】
このため、この例では、周壁の厚み（約１ｍｍ）を考慮し、半導体ウェハ等の基板のエッジ近傍に位置して、研磨プロファイルの微妙な調整が最も必要とされる第５中間加圧エリアＭＡ５及び第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅を２ｍｍ以上１５ｍｍ以下、特に第５中間加圧エリアＭＡ５のエリア幅を１３．５ｍｍに、第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅を４．５ｍｍにそれぞれ設定している。そして、第５中間加圧エリアＭＡ５及び第６中間加圧エリアＭＡ６の次に微妙な調整が必要とされる第４中間加圧エリアＭＡ４のエリア幅を２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、特に１７．５ｍｍに設定している。エリア幅を２ｍｍ以上としたのは周壁の厚み（約１ｍｍ）、および圧力流体の流路（下限約１ｍｍ）を考慮している。
【００６４】
図１５は、図３に示す研磨装置を使用して、直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨する時の半導体ウェハの半径方向位置と研磨速度の関係を参考的に示す。図１５において、実線Ｅは、各圧力室１２，１４，１６ａ〜１６ｆに供給される圧力流体の圧力を均一にして研磨する場合を、一点鎖線Ｆは、中間圧力室１６ａ〜１６ｆに供給される圧力流体の圧力を調整して研磨する場合をそれぞれ示す。図１５の半導体ウェハの半径方向位置において、半導体ウェハの半径方向に沿ったエリアＣＡ，ＭＡ１〜ＭＡ６，ＥＡは、図４に示す加圧エリアＣＡ，ＭＡ１〜ＭＡ６，ＭＥにそれぞれ対応している。
【００６５】
この図１５から、図３に示す研磨装置を使用し、各圧力室１２，１４，１６ａ〜１６ｆに供給される圧力流体の圧力を調整し、半導体ウェハを押圧する各加圧エリアの半径方向エリア幅を調整した弾性膜を用いることにより、複数の加圧エリア間および各加圧エリア内の研磨速度分布のレンジ（研磨速度の変動範囲）ＲＶを小さくして、半導体ウェハの研磨面の面内均一性を高め、歩留まりを向上できることが判る。
【００６６】
次に、直径４５０ｍｍの半導体ウェハを研磨する場合について説明する。直径４５０ｍｍの半導体ウェハの標準厚みは９２５±２５μｍとされている。
ここで、円板の曲げ剛性Ｄは、以下の式で表される。
Ｄ＝Ｅｈ３／１２（１−ν２）
ここでＥはヤング率、ｈは板厚、νはポアソン比であり、円板の曲げ剛性Ｄは、板厚ｈの３乗に比例する。
【００６７】
直径３００ｍｍの半導体ウェハにおいて、中間加圧エリアのエリア幅を小さくしても研磨速度応答幅が一定以下（２５ｍｍ以下）にならなかったのは、半導体ウェハの剛性のためである。直径４５０ｍｍの半導体ウェハでは直径３００ｍｍの半導体ウェハに比べて剛性が（９２５／７７５）の３乗倍、すなわち約１．７倍になる。
【００６８】
したがって、直径３００ｍｍの半導体ウェハで、２０ｍｍ、１５ｍｍとしていたエリア幅は、直径４５０ｍｍの半導体ウェハでは、それぞれ、２０×１．７＝３４ｍｍ、１５×１．７＝２６ｍｍに相当する。
【００６９】
このため、図３に示す研磨装置を使用して直径４５０ｍｍの半導体ウェハを研磨する場合、第４中間加圧室１６ｄに対応する第４中間加圧エリアＭＡ４のエリア幅は、２ｍｍ以上３４ｍｍ以下の範囲で任意に設定され、第５中間加圧室１６ｅ及び第６中間圧力室１６ｆに対応する第５中間加圧エリアＭＡ５及び第６中間加圧エリアＭＡ６のエリア幅は、２ｍｍ以上２６ｍｍ以下の範囲で任意に設定される。
【００７０】
より一般的に記述すると、厚みｔ（μｍ）、ヤング率Ｅ（ＭＰａ）の半導体ウェハの場合の中間エリアのエリア幅ＥＷｂは、直径３００ｍｍの半導体ウェハの場合の中間エリアのエリア幅をＥＷａとした時、ＥＷｂ＝ＥＷａ×（ｔ／７７５）３×（Ｅ／194000）となる。
【００７１】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１  基板保持装置
２  装置本体
３  リテーナリング
１０  弾性膜
１２  中央圧力室
１４  エッジ圧力室
１６ａ〜１６ｆ  中間圧力室、
３４  リテーナ室
ＣＡ  中央加圧エリア
ＥＡ  エッジ加圧エリア
ＭＡ１〜ＭＡ６  中間加圧エリア
Ｗａ  研磨速度応答幅
【図１】
2014061587.tif 000004
【図２】
2014061587.tif 000005
【図３】
2014061587.tif 000006
【図４】
2014061587.tif 000007
【図５】
2014061587.tif 000008
【図６】
2014061587.tif 000009
【図７】
2014061587.tif 000010
【図８】
2014061587.tif 000011
【図９】
2014061587.tif 000012
【図１０】
2014061587.tif 000013
【図１１】
2014061587.tif 000014
【図１２】
2014061587.tif 000015
【図１３】
2014061587.tif 000016
【図１４】
2014061587.tif 000017
【図１５】
2014061587.tif 000018