(57)【要約】【課題】  厚み２０〜８０μｍと極薄肉の半導体基板の研磨加工時に、半導体基板がキャリア部の保持リング内壁から研磨装置外への飛び出しの無い基板キャリアヘッドの提供。【解決手段】          ゴムチャック１９形式の基板キャリア部４を球面軸受け３で支持し、前記基板キャリア部４を環状ベローズ１１０で吊るしてこの環状ベローズ１１０の内壁と基板キャリア部４上部の凹状空間部とで基板キャリア部４背面を加圧する加圧室１８を形成させた基板キャリアヘッド構造１。【選択図】  図１
2012091240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空スピンドル軸（１０５）に軸承されたお椀状主体部（１０４）、前記お椀状主体部の下面外周縁部に中央に中円筒状刳り抜き部（１０６）を有し、その円筒状刳り抜き部（１０６）の中心点を中心とする同一円周上の３等間隔位置に３つの刳り貫き部(１０７，１０７，１０７) を有する断面凹状中間板（１０８）を設け、
前記断面凹状中間板（１０８）の円筒状刳り抜き部（１０６）内壁に前記中空スピンドル軸（１０５）内に設けられた気体供・排気兼用の給管（１６）の先端を内蔵する中空シャフト（２）を垂直に固定し、この中空シャフト（２）の下先端部を球面軸受け（３）で軸受けし、前記気体供給・排気兼用の管（１６）の下先端は中央部に鉛直方向に流体通路（８ａ）が設けられ、この気体通路（８ａ）に通じて狭い空間（８ｂ）が形成された断面凹状剛体製支持板（８）の前記気体通路（８ａ）内壁に固定され、
前記断面凹状中間板（１０８）の３つの刳り貫き部(１０７，１０７，１０７) 内には、前記お椀状主体部（１０４）の上面から下面を貫通して高さ調整ボルト（１１ｂ）を高さ位置調整装置（１１）の頭部に備え、下部に設けた固定用円板（１１ａ）と、この固定用円板（１１ａ）と係合する鈎状係合フランジ（９ｂ）を存在させ、前記鈎状係合フランジ（９ｂ）の下部は前記断面凹状剛体製支持板（８）上面に固定して設け、３つの刳り貫き部(１０７，１０７，１０７)内の前記固定用円板（１１ａ）と鈎状係合フランジ（９ｂ）が占める空間部分を除いた空間は圧空流通路（１８ａ）として利用し、
前記断面凹状剛体製支持板（８）の下面に可撓性膜（１９）を断面凹状剛体製支持板下面の狭い空間（８ｂ）とこの可撓性膜（１９）とで隙間が０．１〜０．３ｍｍの機密性の高い空間（２１）が形成されるように可撓性膜（１９）を取り付けた基板キャリア部（４）を設け、前記凹状剛体製支持板（８）の下部外周縁位置に存在する前記可撓性膜（１９）の下面に環状保持リング（２２）取り付け、この環状保持リング（２２）の側壁内側と前記可撓性膜（１９）下面とで形成される空間で基板収納ポケット部（４ａ）を形成し、
および、
前記断面凹状中間板（１０８）下面外周縁より上下に伸縮自在な環状ベローズ（１１０）を垂下させ、その環状ベローズ下環状端面を前記断面凹状剛体製支持板（８）の上面に設けた固定プレート（８ａ）に固定し、前記環状ベローズ（１１０）内壁と前記断面凹状剛体製支持板（８）の凹部とで前記断面凹状剛体製支持板（８）の上面凹部に圧空により背圧をかけることができる空間部（１８）を形成した、
構造を採る基板のキャリアヘッド構造（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板をキャリアヘッドの下部中央に設けられた可撓性弾性ゴム製バッキング膜下面とキャリアヘッドの下部外周縁に設けた環状保持リングの内壁とで形成される基板収納ポケット部に半導体基板を収納して保持し、この半導体基板を保持するキャリアヘッドを回転させながら下降して研磨定盤（プラテン）の研磨布に半導体基板を当接・摺擦させて前記可撓性弾性ゴム製バッキング膜背面より加圧空気を吹き込みながら半導体基板の研磨を行い、研磨加工後はキャリアヘッドを上昇させ、ついで、次工程の研磨工程ステージまたはアンローディングステージへと研磨加工された基板を保持したままキャリアヘッドを移動させるのに用いられる半導体基板のキャリアヘッド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記作業を行う半導体基板のキャリアヘッド構造として、特開２００３−２２４０９５号公報（特許文献１）は、図５に示す構造の半導体基板の研磨装置に用いられるキャリアヘッド構造を開示する。このキャリアヘッド４は、研磨パッド２２上の基板１２の軌道運動及び制御された回転運動を与えるのに必要なトランスファーケース５４はクロスバー３６の下に釣り下げられており、キャリア４をクロスバー３６に結合している。前記トランスファーケース５４は、駆動軸５６及びハウジング５８を含む。駆動軸５６は、クロスバー３６を貫通して上方に延びており、クロスバー３６にしっかりと接続されたモーター及び駆動組立体５０に接続しており、またハウジング５８を貫通して下方向に延びており、モータ及び駆動組立体５０の回転運動をキャリア４の軌道運動的及び制御された回転運動に変換するようになっている。駆動軸５６を回転させるために、駆動ベルト５２が駆動軸５６をモータ及び歯車組立体５０に接続している。さらに、駆動スプロケット８８が、ハウジング５８の外表面上に置かれている。この駆動スプロケット８８は、クロスアーム３６上に置かれたハウジング駆動モータ９０に、駆動ベルト６１によって接続されている。ハウジング５８はその上にスプロケット８８を有する。
【０００３】
前記ハウジング５８は、内側の固定ハブ５７と外側の回転ハブ５９とを有し、ハウジング５８の内側の固定ハブ５７は、複数のボルト或いは他の取外し可能な部材によって、クロスバー３６の下側にしっかりと取付けられる。外側の回転ハブ５９は、好ましくは上部及び下部のテーパー付きベアリングによって、内側の固定ハブ５７に軸受接続されている。これらのベアリングは、外側の回転ハブ５９を垂直方向に支えており、一方外側の回転ハブ５９が内側の固定ハブ５７に関して回転できるようにしている。駆動軸５６は、ハウジング５８の内側の固定ハブ５７を貫通して伸延しており、駆動軸５６を垂直方向に支え、また駆動軸５６が内側の固定ハブ５７に関して回転できるようにしているテーパー付きベアリングによって、同様にその中に支えられている。外側の回転ハブ５９を回転させるために、スプロケット８８がその上に直接搭載されている。
【０００４】
キャリア４を軌道運動させるように軌道運動を与えるために、駆動軸５６の下端にクロスアーム６０が設けられ、このクロスアーム６０は第一の端部と第二の端部を含み、クロスアーム６０の第一の端部は、その中に駆動軸５６の下端部を受容し、またクロスアーム６０の第二の端部は、そこから下方向に伸延する第二の軸６４を支えている。第二の軸６４の下端部は、その末端部をキャリアプレート８０の中心に置いており、そのキャリアプレートはキャリア４の上端を形成している。軸受組立体７９がキャリアプレート８０に備わっており、第二の軸６４の下端部を受容している。駆動軸５６が回転すると、クロスアーム６０の第二の端部を、ひいてはそこから下方向に伸延している軸６４を、円弧上にスイープする。この円弧の半径は、駆動軸５６と第二の軸６４との間の距離であるが、キャリア４が動く軌道路の半径を定める。第二の軸６４が軸受７９に接続していることによって、第二の軸６４がキャリア４を軌道路に沿って押すと、キャリア４が第二の軸６４に関して回転運動できるようになっている。第二の軸６４の下端部はまた、基板１２を研磨パッド２２に押し付けるとき、キャリア４が支えられるしっかりとした軸受点を形成する。
【０００５】
前記第二の軸６４のキャリア４への接続は、キャリア４に伝わる回転力が最小限になるように形成されており、また基板１２が研磨パッド２２上で軌道運動する際、基板１２とキャリア４の回転を最小限にするように形成されている。しかしながら、基板１２と研摩パッド２２との間の、及びキャリア４と第二の軸６４との間の動的相互作用のため、基板１２はそれが軌道運動をする際ゆっくりと回転してしまう。基板１２が軌道運動する際の回転を抑制或いは防止するために、回転補償組立体６２がハウジング５８の下側に備えられ、基板１２が軌道運動する際それをしっかりと位置決めするようになっている。この位置決めをするために、補償組立体６２はハウジング５８の外側回転ハブ５９の下側に配設された内歯リング歯車７０とクロスアーム６０のすぐ下の第二の軸６４に取付けられたピニオン歯車７４とを含む。ピニオン歯車７４は、リング歯車７０の歯と噛み合う外側に歯を切った面と、第二の軸６４上の軸受７７に受容されている内側直径とを含む。ピニオン歯車７４は、ピニオン歯車７４からキャリアプレート８０内の一対の合わせ凹み（ｍａｔｉｎｇ ｒｅｃｅｓｓｅｓ）７５内に伸延する一対のピン７３によってキャリアプレート８０に関して回転的に固定されている。それ故、第二の軸６４が軌道運動すると、軸６４の軌道運動は軸受７９においてキャリアプレート８０に伝えられ、ピニオン歯車７４の回転運動はピン７３を通じてキャリアプレート８０に伝えられる。
【０００６】
前記キャリア４はその中に内部バイアシング部材３０を含んでおり、その部材は研磨布２２上で基板１２に負荷をかけるのに用いられる一次的及び二次的力の応用を選択的に制御し、また基板１２に軌道運動を伝える外部スリーブ部分１３０を含む。内部バイアシング部分３０は、上部バイアシング部分１０２及び下部本体部分１０４を含む。前記上部バイアシング部分１０２は、研磨布２２に対して基板１２に負荷をかけるために与えられる一次的圧力を制御するように形成されている。一次的負荷圧力を制御するために、キャリア４の上部バイアシング部分１０２は、研磨布２２に対して基板１２に負荷をかけるように選択的に加圧される空洞１１２として形成されている。空洞１１２は、その上端を形成しているキャリアプレート８０と、下部本体部分の上面と、キャリアプレート８０から下方向に伸延し下部本体部分１０４で終わるベローズ１１０とによって画成されている。ベローズ１１０は、キャリア４の実質的な捩じれを防止するのに十分な剛性を与えるおよそ１０００分の８インチの厚さのステンレス鋼で製作するのが好ましい。ベローズ１１０は、空洞１１４の外壁として働き、またそれはキャリアプレート８０から基板１２へ回転運動を伝える働きもする。
【０００７】
前記キャリア４の下部本体部分１０４は、基板１２の異なる場所における基板１２と研磨布２２との間の負荷圧力を微妙に調整するのに使われる。下部本体部分１０４は、一般的には円形の中空部材であり、スリーブ部分１３０内に受容されており、またベローズ１１０の下端部と下部本体部分１０４との間の接続を形成している一般的に円形の上部壁１３８を有する。外部円形壁１４０が、円形部材１３２から下方に伸延しており、下部輪郭壁１４２で終わっている。円形部材１３２と外部壁１４０と下部輪郭壁１４２がチャンバー１４４の外部境界を形成している。下部輪郭壁１４２は、ほぼ平坦な外側表面１５２と輪郭のついた内側表面とを有する。好ましくは、下部輪郭壁１４２の内側表面の輪郭は、壁１４２の外周からその半径のおよそ三分の一の位置まで広がっている第一のテーパー付き部分１４６と、テーパー付き部分１４６のどの部分よりも薄い、壁１４２の中心部における一定厚さの薄膜１５０を形成する平坦部分１４８とを含む。壁１４２の外側或いは下部の表面１５２は平坦であり、それはその上にフィルム１５４、好ましくは閉じたセルのフィルムの層を受容しているのが好ましい。スリーブ１３０の下端部は、壁１４２の外側面１５２及びその上のフィルム１５４を越えて下側に伸延しており、壁１４２と一緒になって、下部基板受容凹み２８を形成している。
【０００８】
前記スリーブ部分１３０は、その中に内部バイアシング部分３０の部品を受容し、これらの部品及び基板１２を軌道路内で案内するように形成されている。スリーブ部分１３０は、上部の環状部材１３２であって、その上端部においてキャリアプレート８０の下端部に接続されている部材と、下部の一般的に正しい環状リング１３４とを含む。その円環リング１３４は、環状部材１３２の下側に接続され、環状部材１３２とリング１３４との接続部に配設された円形のリーフバネ１２８によって下方向に押し付けられ研磨布２２に係合することができるようになっている。スリーブ部分１３０は、強い実質的に剛性のある部材を提供し、その部材はその中に下部本体部分１０４を受容し、軌道路を通してその下部本体部分１０４を案内する。環状保持リング（リテイナー）１３４は、弾性部材であるのが好ましく、その部材は基板１２がそれに負荷をかけると僅かに順応する。
【０００９】
上記特許文献１記載のキャリア４構造は、半導体基板の研磨布による化学機械研磨加工時に円形リング１３４外周環状下面が研磨布２２に接しているので半導体基板が円形リング１３４内から研磨装置外へ飛び出すことがない。
【００１０】
しかし、上記特許文献１記載のキャリア４構造の高さ位置が高いのが欠点で、２００ｍｍ径、３００ｍｍ径の半導体基板用研磨装置がよりコンパクトに設計されるようになり、環状保持リング（リテイナー）を備えるゴムチャックと通称される基板キャリアヘッドが提案され、使用されるようになった｛米国特許第６１８３３５４号明細書（特許文献２）、特開２００１−１０５３０５号公報（特許文献３）、米国特許第６５４０５９０号明細書（特許文献４）、特開２００３−２５２１７号公報（特許文献５）など｝。
【００１１】
例えば、特開２００１−１０５３０５号公報（特許文献３）は、図６に示す基板キャリアヘッド構造を開示する。この基板キャリアヘッド４は、中空スピンドル軸１０５に軸承されたお椀状主体部１０４、お椀状主体部の下端部に水平方向に固定された可撓性材よりなるダイヤフラム５、ダイヤフラムに固定された中央部に鉛直方向に気体通路８ａが設けられ、下面の気体通路部に通じて形成された凹部を有する剛体製支持板８、気体通路の気体を給排出できる手段、お椀状主体部の内側とダイヤフラムの上面側とで形成される加圧室１７に気体を供給する手段、剛体製支持板の下面に可撓性膜１９を剛体製支持板と可撓性膜で隙間が０．１〜０．３ｍｍの機密性の高い空間が形成されるように可撓性膜を取り付けた基板キャリア部４、可撓性膜の下面よりは突出して剛体製支持板の下部外周縁に取り付けられた環状保持リング（リテイナー）２２、および、環状保持リング２２の側壁と該可撓性膜の下面とで形成された基板収納ポケット部、とを備える構造を採る。
【００１２】
この基板キャリアヘッド４は、基板研磨加工時に基板表面の微小な凹凸に追従して可撓性膜１９も追従するので前記特許文献１記載のキャリアヘッドより平坦性の優れる研磨加工表面を有する半導体基板が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２２４０９５号公報の図２
【特許文献２】米国特許第６１８３３５４号明細書
【特許文献３】特開２００１−１０５３０５号公報の図１
【特許文献４】米国特許第６５４０５９０号明細書
【特許文献５】特開２００３−２５２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
研磨加工される直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの半導体基板の厚みが７７０μｍ、１００〜２２０μｍと比較的厚いときは半導体基板の研磨加工時に基板がキャリアに備え付けられているリテイナー内壁から研磨装置外へ飛び出すことは生じなかったか、極めて稀であった。しかし、研磨加工される直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの半導体基板の厚みが２０〜８０μｍと極薄の半導体基板が要請されるようになった現在では、半導体基板の研磨加工１００枚に対し、１〜２枚の半導体基板がキャリアに備え付けられているリテイナー内壁から研磨装置外へ飛び出すことが在るので、基板飛び出し防止効果の優れる基板キャリアヘッドの提供が半導体チップ製造メーカーからの要請が大となってきた。
【００１５】
本願発明者らは、前記剛体製支持板の下面に可撓性膜１９を剛体製支持板と可撓性膜で隙間が０．１〜０．３ｍｍの機密性の高い空間が形成されるように可撓性膜を取り付け、この可撓性膜の下面外周縁にリテイナー２２を取り付けた基板キャリア部（カップリング）４のダイヤフラム５によるキャリアヘッド取り付け高さ位置が研磨布表面位置から高い位置にあること、および前記ダイヤフラム５下面全体で可撓性膜１９を貼付した剛体製支持板８を支えているので、基板の研磨加工時に基板表面の凹凸に追従して変形する可撓性膜１９の応力がダイヤフラム５に伝えられ、ダイヤフラム５がこの応力を吸収し、この応力を分散させる前に基板キャリア４が回転移動を継続していることにより新たに来た半導体基板の凹凸に追従して変形する可撓性膜１９の応力がダイヤフラム５に伝えられることにより稀に上記半導体基板のリテイナー２２壁外へ放り出される現象が生じるものと推量した。
【００１６】
本願発明者らは、特許文献３に記載のダイヤフラム５の面支持の代りに球面軸受けによる基板キャリア部４の１点回動軸受けを採用し、半導体基板の凹凸に追従して変形する可撓性膜１９の応力の大部分がこの玉軸受け部に集中する構造とした。また、研磨定盤の研磨布表面からこの玉軸受けに到る高さを低くするため、圧空が供給される空間１８を形成する環状部材として前記特許文献１記載の上下に伸縮自在のベローズ１１０を採用し、ベローズ１１０上端外周縁を中空スピンドル軸１０５に軸承されたお椀状主体部１０４の下面に固定し、ベローズ１１０下端外周縁を基板キャリア部４の上面に固定し、前記球面軸受け部高さ位置がベローズ１１０下端外周縁を固定した基板キャリア部４の上面位置より低い位置に存在することを可能とした。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１の基板キャリアヘッド構造（１）は、中空スピンドル軸（１０５）に軸承されたお椀状主体部（１０４）、前記お椀状主体部の下面外周縁部に中央に円筒状刳り抜き部（１０６）を有し、その円筒状刳り抜き部（１０６）の中心点を中心とする同一円周上の３等間隔位置に３つの刳り貫き部(１０７，１０７，１０７) を有する断面凹状中間板（１０８）を設け、
前記断面凹状中間板（１０８）の円筒状刳り抜き部（１０６）内壁に前記中空スピンドル軸（１０５）内に設けられた気体供・排気兼用の給管（１６）の先端を内蔵する中空シャフト（２）を垂直に固定し、この中空シャフト（２）の下先端部を球面軸受け（３）で軸受けし、前記気体供給・排気兼用の管（１６）の下先端は中央部に鉛直方向に流体通路（８ａ）が設けられ、この気体通路（８ａ）に通じて狭い空間（８ｂ）が形成された断面凹状剛体製支持板（８）の前記気体通路（８ａ）内壁に固定され、
前記断面凹状中間板（１０８）の３つの刳り貫き部(１０７，１０７，１０７) 内には、前記お椀状主体部（１０４）の上面から下面を貫通して高さ調整ボルト（１１ｂ）を高さ位置調整装置（１１）の頭部に備え、下部に設けた固定用円板（１１ａ）と、この固定用円板（１１ａ）と係合する鈎状係合フランジ（９ｂ）を存在させ、前記鈎状係合フランジ（９ｂ）の下部は前記断面凹状剛体製支持板（８）上面に固定して設け、３つの刳り貫き部(１０７，１０７，１０７)内の前記固定用円板（１１ａ）と鈎状係合フランジ（９ｂ）が占める空間部分を除いた空間は圧空流通路（１８ａ）として利用し、
前記断面凹状剛体製支持板（８）の下面に可撓性膜（１９）を断面凹状剛体製支持板下面の狭い空間（８ｂ）とこの可撓性膜（１９）とで隙間が０．１〜０．３ｍｍの機密性の高い空間（２１）が形成されるように可撓性膜（１９）を取り付けた基板キャリア部（４）を設け、前記凹状剛体製支持板（８）の下部外周縁位置に存在する前記可撓性膜（１９）の下面に環状保持リング（２２）取り付け、この環状保持リング（２２）の側壁内側と前記可撓性膜（１９）下面とで形成される空間で基板収納ポケット部（４ａ）を形成し、
および、
前記断面凹状中間板（１０８）下面外周縁より上下に伸縮自在な環状ベローズ（１１０）を垂下させ、その環状ベローズ下環状端面を前記断面凹状剛体製支持板（８）の上面に設けた固定プレート（８ａ）に固定し、前記環状ベローズ（１１０）内壁と前記断面凹状剛体製支持板（８）の凹部とで前記断面凹状剛体製支持板（８）の上面凹部に圧空により背圧を負荷させることができる空間部（１８）を形成した、
構造を採る基板のキャリアヘッド構造（１）である。
【発明の効果】
【００１８】
中空スピンドル軸１０５の回転駆動力を受けたお椀状主体部１０４は環状ベローズ１１０にその回転駆動力を伝達し、環状ベローズ１１０はその回転駆動力を断面凹状剛体製支持板８に伝達し、基板キャリアヘッド１のポケット部に収納された半導体基板を水平方向に回転させる。この半導体基板の凹凸に追従して変形する可撓性膜１９の応力の大部分が球面軸受け部３に集中するので、球面軸受け部３に対するキャリアヘッド部４の傾斜が容易となる。また、伸縮自在なベローズ１１０の採用により研磨定盤の研磨布表面からこの球面軸受け３に到る高さを低くできたので、および、前記ベローズ１１０の上下の伸縮力が前記玉軸受け廻りの基板キャリアヘッドの傾斜を元に戻そうとする力を減衰させるので、前記キャリアヘッドの研磨布上の回転移動が特許文献１記載のキャリアヘッドより容易となるとともに、環状保持リング（リテイナー）２２が研磨布に接触している面積を大きく採ることができるので、半導体基板２，０００枚を連続研磨加工しても半導体基板の研磨加工途中で基板が環状リング内壁から研磨装置外へ飛び出す現象が全く無かった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は基板のキャリアヘッド構造の部分正面断面図である。
【図２】図２は図１に示す基板のキャリアヘッド構造のＡ−Ａ方向から断面凹状中間板を見た平面図である。
【図３】図３は図１に示す基板のキャリアヘッド構造のＣ−Ｃ方向から中空シャフトを見た平面図である。
【図４】図４は図２に示す基板のキャリアヘッド構造のＢ−Ｂ方向から断面凹状中間板を見た平面図である。
【図５】図５は基板のキャリアヘッド構造を備える研磨装置の正面断面図である。（公知）
【図６】図６は基板のキャリアヘッド構造の正面断面図である。（公知）
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示す本願発明の基板のキャリアヘッド構造１において、４は研磨装置における基板キャリアヘッド、１０５は中空スピンドル軸、１０４はお椀状主体部、１０５ａはカプラでお椀状主体部を中空スピンドル軸１０５の下部に軸承する。前記お椀状主体部の下面外周縁部に中央に円筒状刳り抜き部１０６を有し、その円筒状刳り抜き部１０６の中心点Ｏを中心とする同一円周上の３等間隔位置に３つの刳り貫き部１０７，１０７，１０７ を有する断面凹状中間板１０８を設ける。（図２および図４参照）。
【００２１】
前記断面凹状中間板１０８の円筒状刳り抜き部１０６内壁に前記中空スピンドル軸１０５内に設けられた気体供・排気兼用の給管（ポリウレタン製コイルチューブ）１６の先端を内蔵する中空シャフト２を垂直に固定し、この中空シャフト２の下先端部を球面軸受け３でピボット軸受けする。球面軸受け３は断面凹状剛体製支持板８の上方凹部空間８ｃ内に設けられる。３ａは止め輪である。
【００２２】
前記気体供給・排気兼用の管１６の下先端は、断面凹状剛体製支持板８中央部に設けた前記上方凹部空間８ｃに連通する中央部に鉛直方向に流体通路８ａが設けられ、この気体通路８ａに通じて狭い空間８ｂが形成された断面凹状剛体製支持板８の前記気体通路８ａ内壁にクイックシール継ぎ手１６ａを用いて固定される。
【００２３】
前記断面凹状中間板１０８の３つの刳り貫き部１０７，１０７，１０７ 内には、前記お椀状主体部１０４の上面に固定したフランジ１１ｃを利用して前記お椀状主体部１０４の上面から下面を貫通して高さ調整ボルト１１ｂを高さ位置調整装置１１の頭部に備え、その下部に設けた固定用円板１１ａと、この固定用円板１１ａと係合する鈎状係合フランジ９ｂを備えたフランジリング９が存在する。高さ調整ボルト１１ｂの時計方向周りの回動によりキャリア部４を下降、高さ調整ボルト１１ｂの逆時計方向周りの回動によりキャリア部４を上昇させ、研磨定盤の研磨布表面に対する半導体基板の高さ位置を微調整できる。３つの刳り貫き部１０７，１０７，１０７ 内に設けられる高さ調整ボルト１１ｂの各軸心（Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３）は、前記円筒状刳り抜き部（１０６）の中心点Ｏを持つ円の同一円周上に等間隔位置（正三角形の頂点）に在る。
【００２４】
前記鈎状係合フランジ９ｂの下部は前記断面凹状剛体製支持板８上面に固定して設け、３つの刳り貫き部１０７，１０７，１０７内の前記固定用円板１１ａと鈎状係合フランジ９ｂが占める空間部分を除いた空間は圧空流通路１８ａとして利用される（図２参照）。前記剛体製支持板８の素材は、アルミニウム、ステンレスが使用できる。また、環状保持リング２２はポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ（ジフロロジクロロエチレン）、ポリアセタ−ル、ガラス繊維補強エポキシ樹脂等、滑り性の良好な樹脂が使用される。
【００２５】
前記断面凹状剛体製支持板８の下面に厚みが０．２〜３ｍｍの可撓性膜１９を断面凹状剛体製支持板下面の狭い空間８ｂと可撓性膜１９とで隙間が０．１〜０．３ｍｍの機密性の高い空間２１が形成されるように可撓性膜１９を取り付けた基板キャリア部４を設け、前記凹状剛体製支持板８の下部外周縁位置に存在する前記可撓性膜１９の下面に環状保持リング２２を取り付け、この環状保持リング２２の側壁内側と前記可撓性膜１９下面とで形成される空間で基板収納ポケット部４ａを形成する。前記可撓性膜１９の背面は、前記気体供給・排気兼用の管１６に供給された圧空が流体通路８ａ、狭い空間８ｂを経由して加圧する。図１における矢印しは、圧空の流れる方向を示す。
【００２６】
環状保持リング２２の厚みは、半導体基板の厚みに依存するが、通常、０．０８〜２ｍｍである。研磨定盤の研磨布と環状保持リングの動摩擦係数は０．３０以上が好ましい。
【００２７】
上記可撓性膜１９の素材としては、ゴム物質、ゴム物質と熱可塑性樹脂の混合物が挙げられる。ゴム物質としては、ブチルゴム、クロロプレンゴム、フッ素系ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴム、クロル化スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴム、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴムの水素添加物、クロル化スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴムの水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体ゴム、クロル化スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体ゴム、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体ゴムの水素添加物、クロル化スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体ゴムの水素添加物、エチレン・プロピレン共重合体ゴムおよびエチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体ゴムが挙げられる。これらは架橋されていてもよい。化学機械研磨加工（ＣＭＰ）用には、耐薬品性の面からフッ素系ゴム、塩素系ゴムの使用が好ましい。
【００２８】
熱可塑性樹脂としては、エチレン・酢酸ビニル共重合体、低密度ポリエチレン、直鎖線状ポリエチレン、軟質ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、クロロ・スルホン化ポリエチレン、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ブテン−１共重合体、ポリブテン等が挙げられる。
【００２９】
混合物の場合、ゴム物質は両者中の１０〜９７重量％、好ましくは３０〜８５重量％、熱可塑性樹脂は９０〜３重量％、好ましくは７０〜１５重量％の割合で用いられる。ゴム物質は、可撓性膜の延展性と、伸びに対する戻りの目的で、熱可塑性樹脂は可撓性膜の強度、硬度、耐熱性向上の目的で使用される。
【００３０】
可撓性膜１９の物性としては、硬さ（ＪＩＳ Ｋ−６３０１）が１０〜１００、好ましくは３５〜８５、引張強度（ＪＩＳ Ｋ−６３０１）が３０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2、好ましくは５０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ2、引張伸度（ＪＩＳ Ｋ−６３０１）が５０〜１０００％、２００〜８００％、厚み ０．０３〜３ｍｍ、好ましくは、０．０５〜１．５ｍｍである。
【００３１】
図１に戻って、前記断面凹状中間板１０８の下面外周縁より上下に伸縮自在な環状ベローズ１１０を垂下させ、その環状ベローズ１１０の下環状端面を前記断面凹状剛体製支持板８の上面に設けた固定プレート８ａに固定する。この環状ベローズ１１０内壁と前記断面凹状剛体製支持板８の凹部とで前記断面凹状剛体製支持板８の上面凹部に圧空により背圧を負荷させることができる空間部１８が形成される。圧空は、中空スピンドル１０５の内側空間部に導入される。
【００３２】
環状ベローズ１１０は、回転する断面凹状剛体製支持板８の捩じれ防止のため充分な剛性を有する厚み０．１８〜０．２５ｍｍのステンレス鋼製のものが最適である。環状ベローズ１１０は、中空スピンドル軸１０５の回転駆動力を受けたお椀状主体部１０４の回転駆動力を受け、その回転駆動力を断面凹状剛体製支持板８に伝達し、基板キャリアヘッド１のポケット部に収納された半導体基板を水平方向に回転させる働きをする。
【００３３】
この基板キャリア構造１を用いて半導体基板の裏面を研磨加工する工程は、次のように行われる。
【００３４】
予め仮置台に搬送されてきた半導体基板上方に基板キャリアヘッド構造１のキャリア部４を移動させ、基板キャリアヘッド部を下降させて半導体基板上に当接させ、ついで加圧室１８に加圧気体を供給してキャリア部４を押圧すると可撓性膜１９と半導体基板間ポケット部の空気が排出（押し出）されポケット部が減圧され、基板がキャリア部４に保持される。この保持の際、管１６を減圧してキャリア部４の可撓性膜１９背面の空間８ｂを減圧させて基板をキャリア部４のポケット４ａ内に保持させてもよい。
【００３５】
ついで、基板を保持したキャリアヘッド構造１を研磨定盤上方に移動させた後、キャリアヘッド構造１の中空スピンドル１０５を回転させながら下降させて基板を研磨定盤の研磨布に当接するとともに、管１６に加圧空気を導入し可撓性膜１９を膨張させ、加圧室１８に供給された加圧気体と膨張した可撓性膜１９背面にかかる圧空とによりキャリア部４は基板を研磨定盤上に押圧し研磨布上で基板を摺擦させる研磨加工を開始する。
【００３６】
この際、研磨剤スラリーが研磨布表面に供給されつつ、および、中空スピンドル１０５に圧空が供給されて研磨加工は実施される。研磨定盤の回転数は、１０〜１５０ｒｐｍ、基板キャリア部４の回転数は１０〜１５０ｒｐｍ、キャリア部４の可撓性膜１９に保持された基板が研磨布に当てられる圧力は０．０５〜０．３ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは加圧室１８に供給される気体圧力は１００〜３００ｇ／ｃｍ2、管１６より可撓性膜１９に加えられる気体圧力は１００〜２００ｇ／ｃｍ2が好ましい。
【００３７】
研磨剤スラリーとしては、コロイダルシリカ、酸化セリウム、アルミナ、ベーマイト、二酸化マンガンなどの砥粒を純水に分散したスラリーが用いられる。必要によりスラリーには界面活性剤、キレート剤、ｐＨ調整剤、酸化剤、防腐剤が配合される。研磨剤スラリーは５０〜１５００ｃｃ／分の割合で研磨布面に供給される。
【００３８】
基板の研磨加工の際、研磨布表面の不規則なウネリにより圧力変化を基板は受けるが、基板裏面の可撓性膜１９と剛体性支持板８間の空間２１に存在する加圧気体により基板裏面の各部分にかかる圧力はパスカルの原理通り均一な圧力となるので、研磨布の表面形状のうねり（微細な凹凸）に基板が容易に追従できる。
【００３９】
基板の研磨加工終了後は、加圧室１８への加圧気体の供給を止め、キャリアヘッド構造１の中空スピンドル軸１０５を研磨布面より若干上昇させることにより、管１６内に供給されている加圧空気により可撓性膜１９が膨張しているので研磨加工された基板はキャリアの可撓性膜１９より容易に剥がすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の基板キャリアヘッド構造１は、回転中心となる球面軸受け３の研磨布表面からの高さ位置をフレクシャあるいはベローズを用いてキャリア部を吊り上げた従来の基板キャリアの研磨布から前記吊り下げ部材高さ位置より低くでき、かつ、球面軸受け１点にキャリア部の傾斜が殆ど集中するので、研磨布の微細な凹凸追従の傾斜が迅速に行われるので、より平坦な研磨加工面を有する半導体基板を製造することができる。また、基板の裏面研磨を２，０００枚連続して行っても研磨加工中に半導体基板が環状保持リング２２の内壁から研磨定盤の外に放り出されることはない。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板キャリアヘッド構造
２  中空シャフト
３  球面軸受け
４  基板キャリア部
４ａ  基板収納ポケット部
８  断面凹状剛体製支持板
９  鈎状係合フランジ
１１  高さ位置調整装置
１６  気体供給・排気兼用の管
１８，２１  空間部
１８ａ  圧空流通路
１９  可撓性膜
２２  環状保持リング
１０４  お椀状主体部
１０５  中空スピンドル軸
１０６  円筒状刳り抜き部
１０７  刳り貫き部
１０８  断面凹状中間板
１１０  環状ベローズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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