(57)【要約】【課題】半導体ウェハ等の基板の保持面を弾性膜（メンブレン）で形成した基板保持装置において、研磨終了後、基板が弾性膜（メンブレン）から剥がれやすくなり、基板保持装置からの基板の離脱を確実に行なう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研磨装置を提供する。【解決手段】半導体ウェハＷを保持して研磨面に押圧する基板保持装置において、半導体ウェハＷを保持する上下動可能なトップリング本体２と、トップリング本体２の内部に圧力室３０を形成する弾性膜７とを備え、弾性膜７には半導体ウェハＷと接触する面にコーティング７ｃが施されている。【選択図】        図２
2005014128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持して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上下動可能なトップリング本体と、
前記トップリング本体の内部に圧力室を形成する弾性膜とを備え、
前記弾性膜には基板と接触する面にコーティングが施されていることを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】
前記弾性膜には切り欠きが設けられ、該切り欠きの周囲には前記コーティングが施されていないことを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記コーティングは弾性膜の最外周部又は最外周部の近傍には施されていないことを特徴とする請求項１又は２記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記トップリング本体内部の圧力室は、環状の複数の圧力室に分割されており、前記弾性膜は複数の圧力室を覆うように複数の環状の弾性膜からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板保持装置。
【請求項５】
前記複数の環状の弾性膜のうち、前記トップリング本体の外周側に配置された弾性膜にはコーティングが施されておらず、前記トップリング本体の内周側に配置された弾性膜のみに前記コーティングが施されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板保持装置。
【請求項６】
前記弾性膜には基板と接触しない裏面にコーティングが施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板保持装置。
【請求項７】
前記コーティングの皮膜がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板保持装置。
【請求項８】
前記コーティングは、含浸コーティングであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板保持装置。
【請求項９】
研磨面を有する研磨テーブルと、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板保持装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨対象物である基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置、特に、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する基板保持装置に関するものである。また、本発明は、かかる基板保持装置を備えた研磨装置に関するものである。
【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、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、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、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【０００３】
半導体デバイスの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、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ったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、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るため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【０００４】
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、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））である。この化学的機械的研磨は、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。
【０００５】
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。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テーブル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。
【０００６】
このような研磨装置において、研磨中の半導体ウェ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に印加される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ェハの保持面をゴム等の弾性材からなる弾性膜（メンブレン）で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェ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、弾性膜としてエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、フッ素ゴムなどが使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体ウェハの保持面を弾性膜で形成した、いわゆるフローティング式基板保持装置においては、弾性膜が半導体ウェハを加圧するため、弾性膜と半導体ウェハが互いに密着し、研磨終了後に半導体ウェハを基板保持装置から離脱させようとする際に、半導体ウェハが弾性膜から剥がれにくくなるという問題点がある。この場合、半導体ウェハを弾性膜から無理に剥がそうとすると、半導体ウェハが破損する場合もある。また、弾性膜が半導体ウェハの外周部まで加圧できるように、弾性膜の硬度を低くしているが、そのため、弾性膜と半導体ウェハとの密着度は更に高くなり、半導体ウェハが弾性膜からより剥がれにくくなっているという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、半導体ウェハ等の基板の保持面を弾性膜（メンブレン）で形成した基板保持装置において、研磨終了後、基板が弾性膜（メンブレン）から剥がれやすくなり、基板保持装置からの基板の離脱を確実に行なう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研磨装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の基板保持装置は、基板を保持して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上下動可能なトップリング本体と、前記トップリング本体の内部に圧力室を形成する弾性膜とを備え、前記弾性膜には基板と接触する面にコーティングが施されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、研磨時に基板を研磨面に押圧する弾性膜には、基板と接触する面にコーティングが施されているため、弾性膜の非粘着性及び滑り性が向上し、研磨終了時に基板を基板保持装置からリリースする際に、基板が弾性膜から剥がれやすくなり、基板保持装置からの基板の離脱を確実に行なうことができる。
【００１１】
本発明の１態様によれば、前記弾性膜には切り欠きが設けられ、該切り欠きの周囲には前記コーティングが施されていないことを特徴とする。
本発明によれば、弾性膜に形成された切り欠き（又は開口）の周囲には、コーティングが施されていないため、基板の研磨時に基板と弾性膜との間のシールが確実に保たれる。
【００１２】
本発明の１態様によれば、前記コーティングは弾性膜の最外周部又は最外周部の近傍には施されていないことを特徴とする。
本発明によれば、トップリングから半導体ウェハへのトルク伝達を行なう箇所である弾性膜の最外周部又は最外周部の近傍には、コーティングが施されていないため、トップリングから半導体ウェハのトルク伝達を確実に行なうことができる。
【００１３】
本発明の１態様によれば、前記トップリング本体内部の圧力室は、環状の複数の圧力室に分割されており、前記弾性膜は複数の圧力室を覆うように複数の環状の弾性膜からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の１態様によれば、前記複数の環状の弾性膜のうち、前記トップリング本体の外周側に配置された弾性膜にはコーティングが施されておらず、前記トップリング本体の内周側に配置された弾性膜のみに前記コーティングが施されていることを特徴とする。
本発明によれば、研磨終了時に基板を基板保持装置からリリースする際に、基板が弾性膜に密着する傾向にある箇所には含浸コーティングが施されているため、基板の弾性膜からの引き剥がしが容易に行われ、また基板の研磨時にトップリング本体から基板にトルクが伝達される箇所である外周部側にはコーティングが施されていないため、トップリング本体から基板にトルク伝達を確実に行なうことができる。
【００１５】
本発明の１態様によれば、前記弾性膜には基板と接触しない裏面にコーティングが施されていることを特徴とする。
本発明によれば、基板と接触しない弾性膜の裏面にコーティングが施されているため、弾性膜へのスラリーの固着や塵埃の付着を防止することができるとともに、研磨時に弾性膜がトップリングの一部を構成するチャッキングプレート等の部材に張り付くことがなく、また弾性膜の裏面側に弾性膜が存在する場合においても弾性膜同士が張り付くことが防止される。
【００１６】
本発明の１態様によれば、前記コーティングの皮膜がフッ素樹脂であることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記コーティングは、含浸コーティングであることを特徴とする。
本発明によれば、含浸されたフッ素樹脂等からなる樹脂が弾性膜材料と絡み合うので、基板の研磨中に弾性膜が変形したときでも前記樹脂が弾性膜から剥がれ落ちることがない。
【００１７】
本発明の研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、上記基板保持装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板保持装置及び研磨装置の実施形態について図１乃至図１９を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す断面図である。ここで、基板保持装置は、被研磨物である半導体ウェ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、本発明に係る基板保持装置を構成するトップリング１の下方には、上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。また、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上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００１９】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、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Ｓｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００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。
【００２０】
また、上述した研磨パッドに限らず、例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成したものである。固定砥粒を用いた研磨においては、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ＣｅＯ２又はＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を用い、バインダにはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂又はＭＢＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。
【００２１】
図１に示すように、トップリング１は自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共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１００に押圧するようになっている。
【００２２】
トップリング用エアシリンダ１１１は流体路３１及びレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、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することができる。
【００２３】
また、トップリング駆動軸１１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。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ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を介してトップリング用モータ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、トップリング用モータ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及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００２４】
以下、本発明に係る基板保持装置を構成するトップリング１についてより詳細に説明する。図２は本発明の第１の実施形態に係るトップリングを示す縦断面図である。
図２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環状のリテーナリング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形成されている。また、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００２５】
トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。
【００２６】
トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１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１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸１１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備えており、トップリング駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。
【００２７】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ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１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。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、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１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】
トップリング本体２とトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３との内部に画成された空間内には、環状のホルダーリング５と、トップリング本体２内部の収容空間内で上下動可能な概略円盤状のチャッキングプレート（上下動部材）６とが収容されている。このチャッキングプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、エポキシガラス、フッ素系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。
【００２９】
ホルダーリング５とトップリング本体２との間には弾性を有する加圧シート１３が張設されている。この加圧シート１３は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５とチャッキングプレート６との間に挟み込んで固定されている。トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート１３によってトップリング本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図２に示すように、圧力室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３２が連通されており、圧力室２１は流体路３２上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている（図１参照）。なお、加圧シート１３は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなど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。
【００３０】
加圧シート１３がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート１３をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート１３の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、これをトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート１３の固定方法が用いられるとは限らない。
【００３１】
チャッキングプレート６の外周縁部には、トップリング１によって保持される半導体ウェハＷの裏面の略全面に当接する円形のメンブレン（弾性膜）７が設けられている。このメンブレン７の上端は、チャッキングプレート６の外周縁部と環状のエッジリング４との間に挟み込まれており、これにより、メンブレン７がチャッキングプレート６に取付けられる。
【００３２】
図２に示すように、半導体ウェハＷがトップリング１に保持された際に、メンブレン７の内部には圧力室３０が形成されるようになっている。この圧力室３０には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３が連通されており、圧力室３０はこの流体路３３上に配置されたレギュレータＲ３を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、メンブレン（弾性膜）７は、加圧シート１３と同様に、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。また、メンブレン７を形成するゴム材としては、硬度（ｄｕｒｏ）が２０〜７０のものが好適に使用される。
【００３３】
本発明においては、メンブレン（弾性膜）７の表面にフッ素樹脂による含浸コーティングが施されている。すなわち、メンブレン（弾性膜）７の半導体ウェハＷと接触する面に含浸コーティングが施されている。この含浸コーティングにより、メンブレン（弾性膜）７の非粘着性及び滑り性が向上し、半導体ウェハＷがメンブレン（弾性膜）７から剥がれやすくなり、半導体ウェハＷがトップリング１から容易にリリースされる。また、この含浸コーティングにより、スラリーや塵埃がメンブレン（弾性膜）７に付着することが防止されることにもなる。さらに、含浸コーティングによりメンブレンの耐摩耗性も向上することから、メンブレンのライフタイム（寿命）も長くなる。
【００３４】
図３（ａ）および図３（ｂ）はメンブレン（弾性膜）７にフッ素樹脂を含浸コーティングした状態を示す図であり、図３（ａ）は図２に示すトップリングの要部断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部のメンブレンに含浸コーティングした状態を模式的に示す図である。図３（ｂ）に示すように、メンブレン（弾性膜）７の表面（基板保持面）には、フッ素樹脂の含浸コーティング７ｃが施されている。フッ素樹脂の膜内への含浸領域は１０〜２０μｍであり、また膜表面にコーティングされるフッ素樹脂の厚みは約１０μｍである。なお、メンブレン（弾性膜）の表面には、フッ素樹脂含浸コーティングの他に、フッ素樹脂表面コーティング、又はセラミックコーティングを施してもよい。フッ素樹脂表面コーティングにおいては、膜上にフッ素樹脂が被さるコーティングになるので、半導体ウェハＷの研磨中にフッ素樹脂が剥がれ易い傾向がある。また、セラミックコーティングにおいては、膜表面が硬くなり、メンブレン（弾性膜）の弾力性が失われる傾向があるので、フローティング型の基板保持装置には含浸コーティングが最も好ましい。メンブレンに含浸コーティングをすることによって、フッ素樹脂が膜中に浸透し、メンブレン（弾性膜）材料と絡み合うので、半導体ウェハの研磨中にメンブレン（弾性膜）が変形したときでもフッ素樹脂は剥がれにくい。
【００３５】
上述したように、メンブレン（弾性膜）にコーティングをすることによって非粘着性が増すと同時に滑り性も向上する。トップリングから半導体ウェハへのトルク伝達を考慮する上で、このトルク伝達を担うメンブレンの主要箇所にはコーティングを施さない方が好ましい。図４（ａ）および図４（ｂ）はコーティングを施さない方が好ましい箇所を示す図であり、図４（ａ）は図２に示すトップリングの要部断面図であり、図４（ｂ）はメンブレンの表面（基板保持面）を示す平面図である。図４（ｂ）に示すように、コーティングを施さない方が好ましい箇所（斜線部で示す）７ｄは、図４（ａ）のＢ部にあってエッジリング４の下方の箇所に相当し、この箇所にてトルク伝達が主として行われていると考えられる。すなわち、メンブレン７の最外周又は最外周近傍は、半導体ウェハＷにトルク伝達を行なうために、コーティングを施さない方が好ましい。
【００３６】
図５乃至図１２は基板保持面にコーティングが施されたシングルメンブレン（単一メンブレン）を示す図であり、図５乃至図１２に示すメンブレン（弾性膜）は全て一体型のものを表している。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は表面全体に含浸コーティング７ｃが施されたメンブレン（弾性膜）７を示す図であり、図５（ａ）と図５（ｂ）に示す含浸コーティングでは、フッ素樹脂含有量分布が異なっている。図５（ａ）に示すコーティングではフッ素樹脂が密に分布され、図５（ｂ）に示すコーティングではフッ素樹脂が疎に分布されている。プロセスに応じて、図５（ａ）に示すメンブレン（弾性膜）と図５（ｂ）に示すメンブレン（弾性膜）とを使い分けることが好ましい。図５（ａ）に示すメンブレン（弾性膜）７は、メンブレン（弾性膜）に対して低負荷のプロセスにおいて使用され、図５（ｂ）に示すメンブレン（弾性膜）７は、メンブレン（弾性膜）に対して高負荷のプロセスにおいて使用される。
【００３７】
図６は、メンブレンの最外周又は最外周近傍の斜線部７ｄにはコーティングを施さず、内周側の斜線部に含浸コーティング７ｃ１，７ｃ２を施したメンブレン（弾性膜）を示す図である。図６に示すように、含浸コーティング７ｃ１，７ｃ２が施された箇所は、プロファイルを制御するトップリング１の各ゾーンに相当する箇所である。すなわち、図６に示すメンブレンは、メンブレンの上方に複数に分割された環状の圧力室が設けられたトップリングに用いられ、含浸コーティング７ｃ１，７ｃ２はそれぞれ別の環状の圧力室に対応した位置にある。各環状の圧力室には異なった圧力の加圧流体が供給されて、環状のゾーンの圧力制御が可能になっている。トップリング１から半導体ウェハＷへのトルク伝達は、主として、コーティングが施されていない外側部分（斜線部７ｄ）にて行われ、半導体ウェハＷのリリースに関しては、含浸コーティング７ｃ１，７ｃ２が施された箇所から、半導体ウェハＷがメンブレン（弾性膜）７から剥がれるようになっている。
【００３８】
図７は、中央部と中央部から十字状に半径方向に延びるように含浸コーティング７ｃが施されたメンブレン（弾性膜）７を示す図である。図７に示すメンブレンにおいては、プロファイルを制御するトップリングの各ゾーンに存在する吸着ポスト５０に相当する箇所から、半導体ウェハＷがメンブレン（弾性膜）から剥がれやすくなるように、含浸コーティング７ｃが施されている。図２では吸着ポストは図示されていないが、トップリング１内には複数の吸着ポストが配置されており、図７に示すように、メンブレン（弾性膜）７には吸着ポスト５０に対応した位置に貫通孔７ｈが形成されている。吸着ポスト５０を真空源に接続することにより、トップリング１は半導体ウェハＷを真空吸着できるようになっている。またトップリング１から半導体ウェハＷを離脱させるときには、吸着ポスト５０から半導体ウェハＷに流体を噴射して半導体ウェハＷをメンブレン（弾性膜）７から引き剥がすようになっている。図７に示すメンブレン（弾性膜）７においては、非コーティング箇所においてトップリング１から半導体ウェハＷへのトルク伝達を行なうとともに加圧空気が外端部にリークするのを防止している。
【００３９】
図８乃至図１１は、メンブレン（弾性膜）の中心部から端部に向けて放射状に含浸コーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図である。図８乃至図１１に示すメンブレン（弾性膜）７は、いずれも各ゾーンの吸着ポスト５０の周囲を覆うように含浸コーティング７ｃが施されている。図８乃至図１０に示すメンブレン（弾性膜）は、長方形型コーティングが多数施されたものである。図８に示すメンブレン（弾性膜）は図９に示すメンブレン（弾性膜）よりも半導体ウェハとのシール性に優れている。また、図１０に示すメンブレン（弾性膜）７においては、半導体ウェハのメンブレンからのリリース性をより向上させるため、外側にコーティング箇所を増やしている。図１１に示すメンブレン（弾性膜）は含浸コーティング７ｃの形状を扇状にしたものであり、図１０に示すメンブレン（弾性膜）と同様に半導体ウェハのリリース性が優れている。
【００４０】
図１２は、メンブレンの表面全体に所定直径（例えば１ｍｍ）のコーティングスポットを分布させたメンブレン（弾性膜）を示す図である。図１２に示すメンブレン（弾性膜）７は、多数のスポット状の含浸コーティング７ｃが全面に分布したメンブレンである。メンブレン（弾性膜）７には、図５（ａ）及び図５（ｂ）と同様のコーティング方法によりコーティングが施されている。図１２においては、半導体ウェハのリリース性能を向上させたい場合にはコーティングスポット径を大きくし、トップリングのトルク伝達性能を高めるためにはコーティングポット分布を疎にしている。このように、プロセス条件に応じてコーティングの分布を調整することが好ましい。
【００４１】
次に、図１及び図２に示すトップリング１の全体の動作について説明する。
図１および図２に示す構成の研磨装置において、半導体ウェハＷの搬送時には、トップリング１の全体を半導体ウェハＷの移送位置に位置させる。メンブレン７の貫通孔７ｈに対応した位置にある吸着ポスト５０を真空源に接続し（図７参照）、吸着ポスト５０により半導体ウェハＷを真空吸着する。そして、半導体ウェハ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（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハ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。
【００４２】
次いで、吸着ポスト５０による半導体ウェハＷの吸着を解除し、それとほぼ同時に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１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１００の研磨面に押圧する。その後、圧力室２１に加圧流体を供給してチャッキングプレート６を下降させ、メンブレン７を半導体ウェハＷに対して押圧する。これにより、メンブレン７の下面を半導体ウェハＷの上面に確実に密着させることができる。この状態で、圧力室３０に所定の圧力の加圧流体を供給し、チャッキングプレート６を上昇させると共に、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、予め研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。
【００４３】
トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、圧力室３０に供給する加圧空気による半導体ウェハＷの研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨を行う。研磨中にレギュレータＲ３によって半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１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１０１を押圧する押圧力を変更できる。従って、研磨中に、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力とリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウェハＷの中心部から周縁部、さらには半導体ウェハ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、半導体ウェハ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。
【００４４】
そして、研磨が終了した際は、圧力室３０への加圧流体の供給を止め、圧力室を大気圧に開放する。その後、吸着ポスト５０（図７参照）に負圧を形成することにより、半導体ウェハＷをトップリング１の下端面に再び真空吸着させる。この時、圧力室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室２１の圧力を高いままにしておくと、チャッキングプレート６の下面によって半導体ウェハＷが研磨面に局所的に押圧されることになってしまうためである。
【００４５】
上述のように半導体ウェハＷを吸着させた後、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、吸着ポスト５０による半導体ウェハＷの真空吸着を解除する。そして、次に、吸着ポスト５０を流体供給源に接続し、吸着ポスト５０から半導体ウェハＷに流体（例えば、加圧流体もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。この半導体ウェハＷのメンブレン（弾性膜）７からのリリース時に、この含浸コーティング７ｃにより、メンブレン（弾性膜）７の非粘着性及び滑り性が向上し、半導体ウェハＷがメンブレン（弾性膜）７から剥がれやすくなり、半導体ウェハＷがトップリング１から容易にリリースされる。
【００４６】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）はメンブレン（弾性膜）の裏面にコーティングを施した実施形態について説明する図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）において、上側の図がメンブレンの裏面にコーティングが施されていない場合であり、下側の図がメンブレンの裏面にコーティングが施されている場合である。半導体ウェハＷと接触しない面であるメンブレン（弾性膜）７の裏面に含浸コーティングを施すことによって、スラリーの固着や塵埃の付着を防止することができる。また、図１３（ａ）に示すように、研磨時にメンブレン（弾性膜）７がチャッキングプレート６に張付かないという効果を得ることができる。さらに、図１３（ｂ）に示すように、メンブレン（弾性膜）７同士の張付きも防止することができる。
【００４７】
次に、本発明に係る基板保持装置を構成するトップリングの第２の実施形態について図１４を参照して説明する。第２の実施形態のトップリングは、内部に複数の圧力室を有しており、半導体ウェハの裏面側に位置する複数の圧力室に供給される加圧空気などの流体の圧力を制御し、半導体ウェハに印可される圧力を部分的に制御して、半導体ウェハに対して部分的に異なった圧力で押圧することができるようになっている。
【００４８】
図１４に示すように、トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にリテーナリング３が固定されていて、トップリング本体２とリテーナリング３の内部に画成された空間内に、環状のホルダーリング５と、概略円盤状のチャッキングプレート（上下動部材）６とが収容されている構成は、第１の実施形態のトップリングと同様である。また、ホルダーリング５とトップリング本体２との間に加圧シート１３が張設され、トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、および加圧シート１３によってトップリング本体２の内部に圧力室２１が形成されている構成も第１の実施形態と同様である。
【００４９】
第２の実施形態においては、チャッキングプレート６の外周縁部には、トップリング１によって保持される半導体ウェハＷの外周縁部に当接する環状のエッジメンブレン（弾性膜）３７が設けられている。このエッジメンブレン３７の上端は、チャッキングプレート６の外周縁部と環状のエッジリング４との間に挟み込まれており、これにより、エッジメンブレン３７がチャッキングプレート６に取付けられる。
【００５０】
図１４に示すように、半導体ウェハＷがトップリング１に保持された際に、エッジメンブレン３７の内部には圧力室２２が形成されるようになっている。この圧力室２２には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３が連通されており、圧力室２２はこの流体路３３上に配置されたレギュレータＲ３を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、エッジメンブレン３７は、加圧シート１３と同様に、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。また、エッジメンブレン３７を形成するゴム材としては、硬度（ｄｕｒｏ）が２０〜７０のものが好適に使用される。
【００５１】
半導体ウェハＷを研磨する際、トップリング１の回転に伴い半導体ウェハＷも回転するが、上述したエッジメンブレン３７だけでは半導体ウェハＷとの接触範囲が小さく、回転トルクを伝達しきれないおそれがある。このため、半導体ウェハＷに当接して、半導体ウェハＷに十分なトルクを伝達する環状の中間エアバッグ１９がチャッキングプレート６の下面に固定されている。この中間エアバッグ１９は、エッジメンブレン３７の径方向内側に配置され、半導体ウェハＷに十分なトルクを伝達するだけの接触面積をもって半導体ウェハＷと接触する。中間エアバッグは、プロファイルコントロールを行うためのものである。
【００５２】
中間エアバッグ１９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するエアバッグホルダー９２とから構成されている。エアバッグホルダー９２は、チャッキングプレート６の下面に形成された環状溝６ａにねじ（図示せず）を介して固定されている。中間エアバッグ１９を構成する弾性膜９１の上端は、環状溝６ａとエアバッグホルダー９２との間に挟まれており、これにより、弾性膜９１がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられる。
【００５３】
半導体ウェハＷがトップリング１に保持された際に、中間エアバッグ１９の内部には、弾性膜９１とエアバッグホルダー９２とによって圧力室２４が形成されるようになっている。この圧力室２４には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３５が連通されており、圧力室２４はこの流体路３５上に配置されたレギュレータＲ５を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、弾性膜９１は、加圧シート１３と同様に、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。
【００５４】
エッジメンブレン３７、中間エアバッグ１９、半導体ウェハＷ、及びチャッキングプレート６によって画成される環状の空間は、圧力室２３として構成されている。この圧力室２３にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３４が連通しており、圧力室２３はこの流体路３４上に配置されたレギュレータＲ４を介して圧縮空気源１２０に接続されている。
【００５５】
また、中間エアバッグ１９、半導体ウェハＷ、及びチャッキングプレート６によって画成される円形の空間は、圧力室２５として構成されている。この圧力室２５にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３６が連通しており、圧力室２５はこの流体路３６上に配置されたレギュレータＲ６を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３２，３３，３４，３５，３６は、トップリングヘッド１１０の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ２〜Ｒ６に接続されている。
【００５６】
エッジメンブレン３７の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、エッジリング４とチャッキングプレート６に取付けられたエッジメンブレン３７等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。チャッキングプレート６には、その外周縁部から外方に突出する突起６ｃが複数箇所に設けられており、この突起６ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記チャッキングプレート６等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００５７】
ここで、図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）を参照して中間エアバッグ１９について詳細に説明する。図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）は、図１４の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
図１５（ａ）に示すように、本実施形態における中間エアバッグ１９の弾性膜９１は、外方に張り出したつば９１ａを有する中間当接部９１ｂと、つば９１ａとの間に環状の凹部９３を形成しつつ、つば９１ａの基部９１ｇから外方に延びる延出部９１ｄと、エアバッグホルダー９２を介してチャッキングプレート６に接続される接続部９１ｅとを有している。延出部９１ｄの外方端部は、つば９１ａの先端よりも内方に位置しており、この延出部９１ｄの外方端部から上方に向かって上記接続部９１ｅが延びている。これらのつば９１ａ、中間当接部９１ｂ、接続部９１ｅ、延出部９１ｄは弾性を有する同一の材料で一体に形成されている。また、中間当接部９１ｂの中央部には開口９１ｆが形成されている。
【００５８】
このような構成とすることで、半導体ウェハＷを中間エアバッグ１９の中間当接部９１ｂに密着させた後（図１５（ｂ）参照）、チャッキングプレート６を上方に持ち上げて研磨を行う場合には、接続部９１ｅによる上向きの力が延出部９１ｄによって横方向あるいは斜め方向の力に変換されてつば９１ａの基部９１ｇに加えられることとなる（図１５（ｃ）参照）。従って、つば９１ａの基部９１ｇに加わる上向きの力を極めて小さくすることができ、中間当接部９１ｂには過剰な上向きの力が加わることがない。このため、基部９１ｇの近傍に真空が形成されることがなく、つば９１ａを除く中間当接部９１ｂの全面において均一な研磨レートを実現することができる。この場合において、接続部９１ｅの厚さやつば９１ａの長さを径方向内側と外側とで変えてもよく、また延出部９１ｄの長さも径方向内側と外側で変えることもできる。更に、研磨される半導体ウェハ上の膜種や研磨パッドの種類により、つば９１ａの厚みを変えてもよい。半導体ウェハに伝えられる抵抗、研磨トルクが大きい場合は、つば９１ａのねじれを防ぐため、厚くするのが好ましい。
【００５９】
次に、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）を参照して、エッジメンブレン３７について詳細に説明する。図１６（ａ）は本実施形態に係るエッジメンブレンの全体構成を示す断面図であり、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）は図１４に示す基板保持装置の部分断面図である。
【００６０】
本実施形態に係るエッジメンブレン（弾性膜）３７は、半導体ウェハＷの外周縁部に当接する環状の当接部８と、この当接部８から上方に延びてチャッキングプレート６に接続される環状の周壁部９とを備えている。この周壁部９は、外周壁部９ａと、外周壁部９ａよりも径方向内側に配置された内周壁部９ｂとから構成されている。当接部８は、周壁部９（外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂ）から径方向内側に向かって張り出した形状を有している。外周壁部９ａと内周壁部９ｂとの間に位置する当接部８の部位には、周方向に延びる切れ目１８が設けられ、これにより、当接部８は外周壁部９ａと内周壁部９ｂとの間において外側当接部８ａと内側当接部８ｂとに分断されている。
【００６１】
図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）に示すように、外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂは、環状のエッジリング４の外周面及び内周面に沿って上方に延び、それぞれの上端がチャッキングプレート６とエッジリング４の上面との間に挟みこまれている。エッジリング４はねじ（図示せず）によりチャッキングプレート６に固定されており、これにより、エッジメンブレン３７がチャッキングプレート６に着脱可能に取付けられる。上述した流体路３３はエッジリング４の内部を鉛直方向に貫通し、エッジリング４の下面で開口している。従って、エッジリング４、エッジメンブレン３７、及び半導体ウェハＷにより画成された環状の圧力室２２は流体路３３に連通し、流体路３３及びレギュレータＲ３を介して圧縮空気源１２０に接続されている。
【００６２】
周壁部９は上下方向に、即ち、半導体ウェハＷに対して略垂直方向に伸縮自在な伸縮部４０を有している。より具体的には、周壁部９を構成する外周壁部９ａは、上下方向に伸縮自在な伸縮部４０ａを有しており、この伸縮部４０ａは、外周壁部９ａの一部が周方向に沿って内方に折り曲げられた後、さらに外方に折り返された構成を有している。この伸縮部４０ａは、外側当接部８ａ近傍に位置し、エッジリング４よりも下方の位置に設けられている。また、周壁部９を構成する内周壁部９ｂにも上下方向に伸縮自在な伸縮部４０ｂが設けられている。この伸縮部４０ｂは、内周壁部９ｂの下端近傍の部位が周方向に沿って内方に折り曲げられた形状を有している。このような伸縮部４０ａ，４０ｂを外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂにそれぞれ設けたことにより、当接部８（外側当接部８ａ及び内側当接部８ｂ）の形状を保持した状態で外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂを大きく伸縮させることができる。従って、図１６（ｃ）に示すように、チャッキングプレート６が上昇したときに、このチャッキングプレート６の動きに伸縮部４０ａ，４０ｂが追従して伸張し、エッジメンブレン３７と半導体ウェハＷとの接触範囲を一定に維持することができる。
【００６３】
上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及びチャッキングプレート６の下方の圧力室２２，２３，２４，２５には、各圧力室に連通される流体路３２，３３，３４，３５，３６を介して加圧空気等の加圧流体を供給する、あるいは大気圧や真空にすることができるようになっている。即ち、流体路３２〜３６上に配置されたレギュレータＲ２〜Ｒ６によってそれぞれの圧力室２１〜２５に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。
【００６４】
図１４乃至図１６に示す第２の実施形態のトップリング１においては、研磨終了時に半導体ウェハＷをトップリング１からリリースする際、圧力室２４に加圧流体が供給され、中間エアバッグ１９が加圧されて半導体ウェハＷが弾性膜９１から剥がれる。この際、弾性膜９１のつば９１ａが半導体ウェハＷから剥がれにくい傾向にある。そこで、第２の実施形態では、弾性膜９１のつば９１ａに含浸コーティング９１ｃを施すことにより、弾性膜の非粘着性及び滑り性を向上させ、半導体ウェハＷが弾性膜から剥がれやすくしている。
【００６５】
図１７乃至図１９は、含浸コーティングが施された弾性膜を示す図であり、図１７（ａ），図１８（ａ），図１９（ａ）はトップリングの要部断面図であり、図１７（ｂ），図１８（ｂ），図１９（ｂ）は含浸コーティング９１ｃが施された中間エアバッグ１９の弾性膜９１等を示すトップリングの底面図である。
図１７に示す例においては、中間エアバッグ１９における弾性膜９１が半導体ウェハＷに接触する面の全面に、含浸コーティング９１ｃを施している。これにより、半導体ウェハＷをトップリング１からリリースする際に半導体ウェハＷは弾性膜９１から剥がれやすくなる。図１８に示す例においては、弾性膜９１のつば９１ａの外周側および内周側のみに環状の含浸コーティング９１ｃを施している。これにより、中間エアバッグ１９における半導体ウェハＷのリリース性と半導体ウェハＷのシール性との両方が得られるようにしている。図１９に示す例においては、弾性膜９１のつば９１ａの外周側および内周側のみに扇形状の含浸コーティング９１ｃを円周等配に施している。これにより、図１８に示す例よりも半導体ウェハＷのシール性が向上する。図１８および図１９に示す例においては、弾性膜９１の開口（環状の切り欠き）９１ｆの周囲の弾性膜にはコーティングが施されていないので、研磨時に半導体ウェハＷと弾性膜との間のシール性は良好である。
【００６６】
次に、図１４乃至図１９に示すトップリング１の全体の動作について説明する。
上記構成の研磨装置において、半導体ウェハＷの搬送時には、トップリング１の全体を半導体ウェハＷの移送位置に位置させる。圧力室２３及び／又は圧力室２４を流体路３４及び／又は流体路３５を介して真空源に接続し、圧力室２３及び／又は圧力室２４を真空引きする。この圧力室２３及び／又は圧力室２４の吸引作用によりトップリング１の下端面に半導体ウェハＷが真空吸着される。そして、半導体ウェハ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（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハ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。
【００６７】
次いで、圧力室２３及び／又は圧力室２４による半導体ウェハＷの吸着を解除し、それとほぼ同時に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１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１００の研磨面に押圧する。その後、圧力室２１に加圧流体を供給してチャッキングプレート６を下降させ、エッジメンブレン３７及び中間エアバッグ１９を半導体ウェハＷに対して押圧する。これにより、エッジメンブレン３７及び中間エアバッグ１９の下面を半導体ウェハＷの上面に確実に密着させることができる。この状態で、圧力室２２〜２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、チャッキングプレート６を上昇させると共に、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この時、チャッキングプレート６の上昇に追従してエッジメンブレン３７の伸縮部４０ａ，４０ｂが伸張するため、エッジメンブレン３７の下面（当接部８）と半導体ウェハＷの外周縁部との接触範囲が一定に維持される。そして、予め研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。
【００６８】
このように、本実施形態に係るトップリング（基板保持装置）１によれば、エッジメンブレン３７と半導体ウェハＷの外周縁部との接触範囲が一定に維持されるので、半導体ウェハＷの外周縁部での押圧力の変化を防止することができる。従って、半導体ウェハＷの外周縁部を含む全面を均一な押圧力で研磨面に押圧することができる。その結果、半導体ウェハＷの外周縁部での研磨レートの低下を防止することができ、さらには、外周縁部の径方向内側に位置する領域での研磨レートの局所的な上昇を防止することができる。具体的には、直径２００ｍｍの半導体ウェハの場合では半導体ウェハの外周縁部から約２０ｍｍに位置する領域、直径３００ｍｍの半導体ウェハの場合では半導体ウェハの外周縁部から約２５ｍｍに位置する領域での研磨レートの上昇が防止できる。
【００６９】
また、エッジメンブレン３７の当接部８に周方向に延びる切れ目１８を設けたことにより、周壁部９（外周壁部９ａ及び内周壁部９ｂ）の下方への伸張性を向上させることができる。従って、圧力室２２に供給される加圧流体の圧力を下げた場合でも、エッジメンブレン３７と半導体ウェハＷとの接触範囲を良好に保つことができ、より少ない押圧力で半導体ウェハＷを押圧することができる。
【００７０】
ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２，２３，２４，２５の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。従って、圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷの全面を均一な力で研磨面に押圧することができ、半導体ウェハＷの全面に亘って均一な研磨レートを得ることができる。また、同様に、レギュレータＲ２によって圧力室２１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と各圧力室２２〜２５が半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウェハＷの研磨プロファイルを制御することができる。なお、半導体ウェハＷには、中間エアバッグ１９の当接部を介して流体から押圧力が加えられる部分と、加圧流体の圧力そのものが半導体ウェハＷに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は同一圧力である。
【００７１】
上述のようにして、トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧流体による半導体ウェハＷの研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨が行われる。
【００７２】
そして、研磨が終了した際は、圧力室２２〜２５への加圧流体の供給を止め、各圧力室を大気圧に開放する。その後、圧力室２３及び／又は圧力室２４に負圧を形成することにより、半導体ウェハＷをトップリング１の下端面に再び真空吸着させる。この時、圧力室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室２１の圧力を高いままにしておくと、チャッキングプレート６の下面によって半導体ウェハＷが研磨面に局所的に押圧されることになってしまうためである。
【００７３】
上述のように半導体ウェハＷを吸着させた後、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、圧力室２３及び／又は圧力室２４による真空吸着を解除する。そして、流体路３５から圧力室２４を介して半導体ウェハＷに流体（例えば、加圧流体もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。中間エアバッグ１９の弾性膜９１には含浸コーティング９１ｃが施されているため、弾性膜の非粘着性及び滑り性が向上し、半導体ウェハＷが弾性膜９１から剥がれやすくなり、半導体ウェハＷがトップリング１から容易にリリースされる。
【００７４】
これまで本発明の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。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨時に基板を研磨面に押圧する弾性膜には、基板と接触する面にコーティングが施されているため、弾性膜の非粘着性及び滑り性が向上し、研磨終了時に基板を基板保持装置からリリースする際に、基板が弾性膜から剥がれやすくなり、基板保持装置からの基板の離脱を確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態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断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るトップリングを示す縦断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）はメンブレン（弾性膜）にフッ素樹脂を含浸コーティングした状態を示す図であり、図３（ａ）は図２に示すトップリングの要部断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部のメンブレンに含浸コーティングした状態を模式的に示す図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）はコーティングを施さない方が好ましい箇所を示す図であり、図４（ａ）は図２に示すトップリングの要部断面図であり、図４（ｂ）はメンブレンの表面（基板保持面）を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は表面全体にコーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図であり、図５（ａ）に示すコーティングではフッ素樹脂が密に分布され、図５（ｂ）に示すコーティングではフッ素樹脂が疎に分布されている。
【図６】メンブレンの最外周の斜線部にはコーティングを施さず、内周側の斜線部に含浸コーティングを施したメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図７】中央部と中央部から十字状に半径方向に延びるように含浸コーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図８】メンブレン（弾性膜）の中心部から端部に向けて放射状に含浸コーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図９】メンブレン（弾性膜）の中心部から端部に向けて放射状に含浸コーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図１０】メンブレン（弾性膜）の中心部から端部に向けて放射状に含浸コーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図１１】メンブレン（弾性膜）の中心部から端部に向けて放射状に含浸コーティングが施されたメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図１２】メンブレンの表面全体に所定直径（例えば１ｍｍ）のコーティングスポットを分布させたメンブレン（弾性膜）を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）はメンブレン（弾性膜）の裏面にコーティングを施した実施形態について説明する図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るトップリングを示す縦断面図である。
【図１５】図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）は図１４の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は本発明の実施形態に係るエッジメンブレンの全体構成を示す断面図であり、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）は図１４に示す基板保持装置の部分断面図である。
【図１７】図１７（ａ）および図１７（ｂ）は含浸コーティングが施された弾性膜を示す図であり、図１７（ａ）はトップリングの要部断面図であり、図１７（ｂ）は含浸コーティングが施された中間エアバッグの弾性膜等を示すトップリングの底面図である。
【図１８】図１８（ａ）および図１８（ｂ）は含浸コーティングが施された弾性膜を示す図であり、図１８（ａ）はトップリングの要部断面図であり、図１８（ｂ）は含浸コーティングが施された中間エアバッグの弾性膜等を示すトップリングの底面図である。
【図１９】図１９（ａ）および図１９（ｂ）は含浸コーティングが施された弾性膜を示す図であり、図１９（ａ）はトップリングの要部断面図であり、図１９（ｂ）は含浸コーティングが施された中間エアバッグの弾性膜等を示すトップリングの底面図である。
【符号の説明】
１    トップリング
２    トップリング本体
２ａ    ハウジング部
２ｂ    加圧シート支持部
２ｄ，１１ａ    凹部
３    リテーナリング
４    エッジリング
５    ホルダーリング
６    チャッキングプレート（上下動部材）
６ａ    環状溝
６ｃ    突起
７    メンブレン（弾性膜）
７ｃ，７ｃ１，７ｃ２，９１ｃ    含浸コーティング
７ｄ    コーティングを施さない方が好ましい箇所
７ｈ    貫通孔
８    当接部
８ａ    外側当接部
８ｂ    内側当接部
９    周壁部
９ａ    外周壁部
９ｂ    内周壁部
１０    自在継手部
１１    トップリング駆動軸
１２    ベアリングボール
１３    加圧シート
１８    切れ目
１９    中間エアバッグ
２１，２２，２３，２４，２５，３０    圧力室
３１，３２，３３，３４，３５，３６    流体路
３７    エッジメンブレン
４０，４０ａ，４０ｂ    伸縮部
５０    吸着ポスト
９１    弾性膜
９１ａ    つば
９１ｂ    中間当接部
９１ｄ    延出部
９１ｅ    接続部
９１ｆ    開口
９１ｇ    基部
９２    エアバッグホルダー
９３    凹部
１００    研磨テーブル
１０１    研磨パッド
１０２    研磨液供給ノズル
１１０    トップリングヘッド
１１１    トップリング用エアシリンダ
１１２    回転筒
１１３，１１６    タイミングプーリ
１１４    トップリング用モータ
１１５    タイミングベルト
１１７    トップリングヘッドシャフト
１２０    圧縮空気源
Ｑ    研磨液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５    レギュレータ
Ｗ    半導体ウェハ
【図１】
2005014128.tif 000003
【図２】
2005014128.tif 000004
【図３】
2005014128.tif 000005
【図４】
2005014128.tif 000006
【図５】
2005014128.tif 000007
【図６】
2005014128.tif 000008
【図７】
2005014128.tif 000009
【図８】
2005014128.tif 000010
【図９】
2005014128.tif 000011
【図１０】
2005014128.tif 000012
【図１１】
2005014128.tif 000013
【図１２】
2005014128.tif 000014
【図１３】
2005014128.tif 000015
【図１４】
2005014128.tif 000016
【図１５】
2005014128.tif 000017
【図１６】
2005014128.tif 000018
【図１７】
2005014128.tif 000019
【図１８】
2005014128.tif 000020
【図１９】
2005014128.tif 000021