(57)【要約】【課題】基板端部の過研磨を効果的に抑制して、基板端部の研磨速度の精密な制御ができるようにする。【解決手段】基板保持装置に用いられる弾性膜４であって、弾性膜４は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部４００を有し、当接部４００の下面は、平坦な平坦領域Ａと該平坦領域の外周部に位置して上方に立上る立上り領域Ｂを有する。【選択図】図３
2013111679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持装置に用いられる弾性膜であって、
前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、
前記当接部の下面は、平坦な平坦領域と該平坦領域の外周部に位置して上方に立上る立上り領域を有することを特徴とする弾性膜。
【請求項２】
前記当接部の前記平坦領域と前記立上り領域との間に段差が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項１記載の弾性膜。
【請求項３】
基板保持装置に用いられる弾性膜であって、
前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、
前記当接部の下面は、該当接部の圧力室形成領域の外径よりも小さい外径の平坦領域を有することを特徴とする弾性膜。
【請求項４】
前記当接部の平坦領域は、該平坦領域の外周部に設けた段差で区画されていることを特徴とする請求項３記載の弾性膜。
【請求項５】
基板保持装置に用いられる弾性膜であって、
前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、
前記当接部は、下面に平坦な平坦領域を有する平板状部と、該平板状部の外周部に位置し前記平坦領域から上方に立上る立上り領域を有する立上り部とを有し、
前記立上り部には、該立上り部から上方に延びる第１エッジ周壁部と、該第１エッジ周壁部の径方向内側に位置して前記立上り部から上方に延びる第２エッジ周壁部が接続されていることを特徴とする弾性膜。
【請求項６】
前記当接部の前記平坦領域と前記立上り領域との間に段差が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項５記載の弾性膜。
【請求項７】
基板保持装置に用いられる弾性膜であって、
前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、
前記当接部は、肉厚が略一定の平板状部と、該平板状部の外周部に位置し径方向外方に向けて徐々に厚肉となる厚肉端部とを有し、
前記厚肉端部には、該厚肉端部から上方に延びる第１エッジ周壁部と、該第１エッジ周壁部の径方向内側に位置して前記厚肉端部から上方に延びる第２エッジ周壁部が接続されていることを特徴とする弾性膜。
【請求項８】
基板保持装置に用いられる弾性膜であって、
前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、
前記当接部には、該当接部から上方に延びて該当接部の外周に配置される第１エッジ周壁部と、前記第１エッジ周壁部の径方向内側に配置されて前記当接部から上方に延びる第２エッジ周壁部が接続され、
前記第２エッジ周壁部は、前記当接部との接続部から径方向内側に向けて略斜め上方に延びる上方傾斜部と、該上方傾斜部から径方向内側に向けて略水平方向に延びる水平部と、該水平部から略垂直方向に向けて上方に延びる鉛直部を有することを特徴とする弾性膜。
【請求項９】
前記当接部の下面は、平坦な平坦領域と該平坦領域の外周部に位置して上方に立上る立上り領域を有することを特徴とする請求項８記載の弾性膜。
【請求項１０】
前記当接部の前記平坦領域と前記立上り領域との間に段差が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項９記載の弾性膜。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の弾性膜を有することを特徴とする基板保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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使用される弾性膜、及び該弾性膜を有する基板保持装置に関するものである。
【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。
【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、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与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。半導体ウェハに対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に弾性膜から形成される圧力室を設け、この圧力室に圧縮空気などの圧力流体を供給することで弾性膜を介して流体圧により半導体ウェハを押圧することが行われている。
【０００６】
基板保持装置に使用される弾性膜には、柔軟な性質により弾性膜の上面に形成される圧力室の流体圧を効率的に基板に伝え、基板の端部まで均一な圧力で基板を押圧するため、ゴムなどの柔軟な素材が一般に使用されている（特許文献１，２参照）。
【０００７】
ここに、基板の被研磨面（表面）端部にエッジリンスやエッジカットなどと呼ばれる処理を施すことで、基板上に積層された研磨対象膜の外周端に角部（エッジカット部）を設けたり（特許文献３参照）、更に、基板上に積層された研磨対象膜の外周端に設けられるエッジカット部の幅を上層に行くに従って変えたりすることが提案されている（特許文献４参照）。このようなエッジカット部を有する基板を研磨パッドに押圧して研磨する場合、エッジカット部に圧力が集中してエッジカット部の過研磨が生じ、基板の端部から半導体素子の良品が製造できず製品歩留まりが悪化してしまう問題がある。
【０００８】
基板端部の研磨速度を低下させる方法として、設定する圧力により、弾性膜の基板との接触領域と該接触領域の外側の圧力を個別に制御するようにすることが提案されている（特許文献５参照）。しかし、特許文献５に記載の発明では、設定する圧力の微妙なバランスにより、弾性膜の基板との接触領域が変化してしまい、基板端部の研磨速度を制御するため、例えばエアバッグ圧を調整した場合に、所望の領域の研磨速度を制御することは困難であると考えられる。
【０００９】
また、特許文献５に記載の発明は、弾性膜の当接部の外周部を柔軟に構成することで基板端部の弾性膜との接触領域を制御するようにしている。しかし、作用する圧力によっては、弾性膜の当接部の外周部が潰れるように変形してしまうなど望ましい効果が得られなくなる場合があるばかりでなく、圧力が基板の接触面積の小さい弾性膜の当接部の外周部に増幅されて作用し、圧力の僅かの変化によって非常に敏感に基板端部の研磨レートが変化してしまい、結果的に安定した制御が阻害されるという問題が起こると考えられる。逆に、圧力調整によって、弾性膜の当接部の外周部の基板への接触領域を微妙に制御しようとした場合でも、柔軟に構成した弾性膜の当接部の外周部が研磨パッドと基板との摩擦力等による負荷で変形したり、エアバッグの圧力等により外側に膨らみやすく、そのため、リテーナリングとの接触により所望の圧力を基板にかけられないという様々な問題が起こる場合があると考えられる。更に、基板端部の研磨速度を制御するためには、２つの圧力室の差圧を考慮した条件設定が必要であり、研磨条件の設定が非常に煩雑であるという問題もあると考えられる。
【００１０】
スペーサリングを備え該スペーサリングの上下面の表面積を予め決めておくことにより、弾性膜の外周部に作用する上向きに持ち上げる力を調整して、基板端部に加わる圧力を調整することも提案されている（特許文献６参照）。しかし、特許文献６に記載の発明では、圧力室の圧力に応じて弾性膜の非接触幅を変化させて、基板端部の研磨速度を制御するようにしているため、接触領域と接触圧力を独立に制御することは困難であると考えられる。
【００１１】
基板端部のフラット部（オリフラ部）の過研磨を低減するためにエッジ荷重リングを用い、エッジ荷重リングの外周非接触部の幅を調整することによりフラット部の研磨速度を調整することが提案されている（特許文献７参照）。しかし、特許文献７に記載の発明において、エッジ荷重リングによる基板への押圧力は、基板中心部を押圧するエアバッグ圧力に依存し、このため、基板端部の研磨速度分布を独立に精密に制御しようとすることはできないと考えられる。
【００１２】
また、弾性膜として、外周部の肉厚が厚い弾性膜を使用すること（特許文献８参照）や、外周部に行くにつれて肉厚が厚くなるように形成した弾性膜を使用して、基板端部へかかる圧力が基板の外周部に行くにつれてなだらかに下がるようにすることが提案されている（特許文献９参照）。しかし、特許文献８，９に記載の発明によっても、基板端部の研磨速度分布を独立に精密に制御しようとすることはできないと考えられる。
【００１３】
また、種々の研磨対象膜に対して、半導体ウェハ端部まで研磨速度分布を制御するため、特許文献１，２などに示される弾性膜のように、半導体ウェハの端部上方に位置する加圧室の半径方向の幅を小さくして、より狭い範囲で半導体ウェハ端部の制御性を向上させることが試みられている。しかし、特許文献１，２に開示されている弾性膜は、隔壁に折返し部を有するために、隔壁の内側と外側との圧力室の圧力差によっては折返し部が潰れるような力が働き、圧力差の条件によって弾性膜隔壁の形状が変化して、半導体ウェハへの圧力分布にも不連続な変化が生じてしまう。このため、種々の研磨対象膜に対して、半導体ウェハ端部の研磨速度の微小な制御を行うために圧力条件を様々に変更するような場合に適さないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２６８６５４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３１９２０号公報
【特許文献３】特開２００３−１９７６２１号公報
【特許文献４】特開２００８−１９３１１７号公報
【特許文献５】特表２００４−５１６６４４号公報
【特許文献６】特表２００２−５２７８９３号公報
【特許文献７】特表２００２−５３０８７６号公報
【特許文献８】米国特許出願公開第２００９／００２３３６８号明細書
【特許文献９】特開２００２−７５９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、基板端部の過研磨を効果的に抑制して、基板端部の研磨速度の精密な制御ができるようにした弾性膜及び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】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、基板保持装置に用いられる弾性膜であって、前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、前記当接部の下面は、平坦な平坦領域と該平坦領域の外周部に位置して上方に立上る立上り領域を有することを特徴とする弾性膜である。
【００１７】
このように、当接部の下面に立上り領域を設けることで、この立上り領域に対向する基板への押圧力を局所的に下げることができる。時に、立上り領域の範囲を研磨速度を下げたい範囲に設定することで、所望の幅で研磨速度を制御することが可能となり、種々のエッジカット部の幅に容易に対応することができる。また、基板端部を押圧するエッジ圧力室の圧力を変更することにより、基板端部の研磨速度を精密に制御することが可能となり、例えばエアバッグ圧力を変えた場合でも、当接部の立上り領域に対応する基板端部の研磨速度を局所的に下げることが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記当接部の前記平坦領域と前記立上り領域との間に段差が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項１記載の弾性膜である。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、基板保持装置に用いられる弾性膜であって、前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、前記当接部の下面は、該当接部の圧力室形成領域の外径よりも小さい外径の平坦領域を有することを特徴とする弾性膜である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記当接部の平坦領域は、該平坦領域の外周部に設けた段差で区画されていることを特徴とする請求項３記載の弾性膜である。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、基板保持装置に用いられる弾性膜であって、前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、前記当接部は、下面に平坦な平坦領域を有する平板状部と、該平板状部の外周部に位置し前記平坦領域から上方に立上る立上り領域を有する立上り部とを有し、前記立上り部には、該立上り部から上方に延びる第１エッジ周壁部と、該第１エッジ周壁部の径方向内側に位置して前記立上り部から上方に延びる第２エッジ周壁部が接続されていることを特徴とする弾性膜である。
【００２２】
このように、当接部の外周部に立上り部を設けることにより、立上り部の弾性力によって該立上り部の変形を調整することができる。また立上り部に、第１及び第２エッジ周壁部を接続し、第１及び第２エッジ周壁部との間にエッジ圧力室を形成し、エッジ圧力室により押圧される基板への押圧力を下げるようにすることで、基板端部の研磨速度を独立に精密に制御することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記当接部の前記平坦領域と前記立上り領域との間に段差が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項５記載の弾性膜である。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、基板保持装置に用いられる弾性膜であって、前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、前記当接部は、肉厚が略一定の平板状部と、該平板状部の外周部に位置し径方向外方に向けて徐々に厚肉となる厚肉端部とを有し、前記厚肉端部には、該厚肉端部から上方に延びる第１エッジ周壁部と、該第１エッジ周壁部の径方向内側に位置して前記厚肉端部から上方に延びる第２エッジ周壁部が接続されていることを特徴とする弾性膜である。
【００２５】
このように、当接部の外周部に厚肉端部を設けることにより、厚肉端部の弾性力によって基板端部への押圧力を緩和して下げることができる。また厚肉端部に、第１及び第２エッジ周壁部を接続し、第１及び第２エッジ周壁部との間にエッジ圧力室を形成し、エッジ圧力室により押圧される基板への押圧力を下げるようにすることで、基板端部の研磨速度を独立に精密に制御することができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、基板保持装置に用いられる弾性膜であって、前記弾性膜は、基板に当接して該基板を研磨パッドに向けて押圧する当接部を有し、前記当接部には、該当接部から上方に延びて該当接部の外周に配置される第１エッジ周壁部と、該第１エッジ周壁部の径方向内側に位置して前記当接部から上方に延びる第２エッジ周壁部が接続され、前記第２エッジ周壁部は、前記当接部との接続部から径方向内側に向けて略斜め上方に延びる上方傾斜部と、該上方傾斜部から径方向内側に向けて略水平方向に延びる水平部と、該水平部から略垂直方向に向けて上方に延びる鉛直部を有することを特徴とする弾性膜である。
【００２７】
このように、第２エッジ周壁部に径方向内側に向けて略斜め上方に延びる上方傾斜部を設けることで、第１エッジ周壁部と第２エッジ周壁部との間に形成されるエッジ圧力室によって基板を押圧する領域を狭くしたり、複数の圧力室を基板外周部に集中して配置したりすることが可能となる。これにより、基板端部の研磨速度分布の精密な制御が可能となる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、前記当接部の下面は、平坦な平坦領域と該平坦領域の外周部に位置して上方に立上る立上り領域を有することを特徴とする請求項８記載の弾性膜である。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、前記当接部の前記平坦領域と前記立上り領域との間に段差が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項９記載の弾性膜である。
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の弾性膜を有することを特徴とする基板保持装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板端部の過研磨を効果的に抑制し、しかも基板端部の研磨速度の微小な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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２】図１に示す研磨装置に備えられている基板保持装置の構成例を示す断面図である。
【図３】図２に示す基板保持装置に備えられている本発明の実施形態の弾性膜の要部を示す要部拡大断面図である。
【図４】図３に示す弾性膜を用いた、図２に示す基板保持装置を使用して半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布（実施例１）を、立上り領域を有さない弾性膜を用い、上記と同様に研磨した時の研磨速度分布（比較例１）とともに示すグラフである。
【図５】比較例に使用される弾性膜の要部を示す要部拡大断面図である。
【図６】図３に示す弾性膜を用いた、図２に示す基板保持装置を使用し、エッジ圧力室の圧力を変化させて半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布（実施例２〜４）を、立上り領域Ｂを有さない弾性膜５００を用い、上記と同じ条件で半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布（比較例２〜４）とともに示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態の弾性膜の要部を示す要部拡大断面図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態の弾性膜の要部を示す要部拡大断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態の弾性膜の要部を示す要部拡大断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の弾性膜の要部を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３３】
図１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１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板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の表面が基板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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図１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などの基板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、下面に基板Ｗを保持した基板保持装置１は、研磨ヘッド１１０の旋回により基板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を下降させて基板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、基板Ｗを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて基板Ｗの表面を研磨する。
【００３９】
次に、図１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２を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図２に示すように、基板保持装置１は、基板を研磨面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ている。装置本体２は、円盤状の上部材３００と、上部材３００の下面に取り付けられた中間部材３０４と、中間部材３０４の下面に取り付けられた下部材３０６とを備えている。リテーナリング３は、装置本体２の上部材３００の外周部に取り付けられている。上部材３００は、ボルト（図示せず）により主軸１１１に連結されている。また、中間部材３０４は、ボルト（図示せず）を介して上部材３００に固定されており、下部材３０６は、ボルト（図示せず）を介して上部材３００に固定されている。上部材３００、中間部材３０４、及び下部材３０６から構成される装置本体２は、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ている。
【００４１】
下部材３０６の下面には、基板の裏面に当接する弾性膜４が取り付けられている。この弾性膜４は、外周側に配置された環状のエッジホルダ３１６と、エッジホルダ３１６の内方に配置された環状のリプルホルダ３１８，３１９とによって下部材３０６の下面に取り付けられている。弾性膜４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。
【００４２】
エッジホルダ３１６は、リプルホルダ３１８により保持され、リプルホルダ３１８は、複数のストッパ３２０により下部材３０６の下面に取り付けられている。リプルホルダ３１９は、複数のストッパ（（図示せず）により下部材３０６の下面に取り付けられている。これらのストッパは、基板保持装置１の円周方向に均等に設けられている。
【００４３】
弾性膜４の中央部にはセンタ圧力室５が形成されている。リプルホルダ３１９には、このセンタ圧力室５に連通する流路３２４が形成されており、下部材３０６には、この流路３２４に連通する流路３２５が形成されている。リプルホルダ３１９の流路３２４及び下部材３０６の流路３２５は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体が流路３２５及び流路３２４を通ってセンタ圧力室５に供給される。
【００４４】
リプルホルダ３１８は、弾性膜４の中間周壁部３１４ｂ及び第２エッジ周壁部３１４ｃをそれぞれ爪部３１８ｂ，３１８ｃで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっており、リプルホルダ３１９は、弾性膜４のセンタ周壁部３１４ａを爪部３１９ａで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっている。
【００４５】
弾性膜４のセンタ周壁部３１４ａと中間周壁部３１４ｂとの間には環状のリプル圧力室６が形成されている。弾性膜４のリプルホルダ３１８とリプルホルダ３１９との間には隙間（図示せず）が形成されており、下部材３０６にはこの隙間に連通する流路３４２が形成されている。また、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３４２に連通する流路３４４が形成されている。下部材３０６の流路３４２と中間部材３０４の流路３４４との接続部分には、環状溝３４７が形成されている。この下部材３０６の流路３４２は、環状溝３４７及び中間部材３０４の流路３４４を介して、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル圧力室６に供給される。この流路３４２は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜４の下面に基板を吸着できるようになっている。
【００４６】
リプルホルダ３１８には、弾性膜４の中間周壁部３１４ｂ及び第２エッジ周壁部３１４ｃによって形成される環状のアウタ圧力室７に連通する流路が形成されている。また、下部材３０６には、リプルホルダ３１８の流路にコネクタを介して連通する流路が、中間部材３０４には、下部材の流路に連通する流路がそれぞれ形成されている。このリプルホルダ３１８の流路は、下部材３０６の流路及び中間部材３０４の流路を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウタ圧力室７に供給される。
【００４７】
エッジホルダ３１６は、弾性膜４の第１周壁部３１４ｄを押さえて下部材３０６の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ３１６には、弾性膜４の第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃによって形成される環状のエッジ圧力室８に連通する流路が形成されている。また、下部材３０６には、エッジホルダ３１６の流路に連通する流路が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路に連通する流路がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ３１６の流路は、下部材３０６の流路及び中間部材３０４の流路を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ圧力室８に供給される。センタ圧力室５、リプル圧力室６、アウタ圧力室７及びエッジ圧力室８は、図示しないレギュレータＲ１〜Ｒ５及び開閉バルブＶ１〜Ｖ５を介して流体供給源に接続されている。
【００４８】
このように、基板保持装置１においては、弾性膜４と下部材３０６との間に形成される圧力室、すなわち、センタ圧力室５、リプル圧力室６、アウタ圧力室７及びエッジ圧力室８に供給する流体の圧力を調整することにより、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分ごとに調整できる。
【００４９】
次に、基板保持装置１に備えられている本発明の実施形態の弾性膜４の詳細を図３に示す。図３に示すように、弾性膜４は、図２に示す下部材３０６の下面を覆って、図１に示す基板Ｗの裏面と当接する当接部４００を有しており、この当接部４００の上面に、上記センタ周壁部３１４ａ、中間周壁部３１４ｂ、第２エッジ周壁部３１４ｃ及び第１周壁部３１４ｄが接続されている。
【００５０】
弾性膜４の当接部４００の下面は、面取りを施してほぼ垂直に近い角度で立上る段差４０２を挟んで、中央に位置する平坦な平坦領域Ａと、外周部に位置して平坦領域から上方に立上る立上り領域Ｂに区画されており、平坦領域Ａは、中央部の肉厚が略一定の平板状部４００ａの下面に、立上り領域Ｂは、平板状部４００ａの外周部に一体に連接された立上り部４００ｂの下面に形成されている。立上り領域Ｂの幅は、通常は、５ｍｍ以下であるが、個別のプロセス要求により任意に設定される。
【００５１】
前述のように、第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃとの間にエッジ圧力室８（図２参照）が形成され、第１エッジ周壁部３１４ｄの内周面の内方が圧力室形成領域Ｃとなる。この例では、第１エッジ周壁部３１４ｄの内周面の内方に段差４０２が位置して、立上り領域Ｂは、圧力室形成領域Ｃの外径よりも小さい内径を有し、これによって、エッジ圧力室８内の加圧によって、立上り端部４００ｂが下方に変形するように構成されている。
【００５２】
この例では、平坦領域Ａと立上り領域Ｂとを段差４０２で区画しているが、段差４０２の代わりに、テーパ形状やラウンド形状としてもよい。ただし、例えばラウンド形状とした場合、前述のエッジ圧力室８（図２参照）内を押圧する圧力により弾性膜４の外周部の膨らみが変化し、当接部４００の基板との接触面外径が変化してしまう場合がある。平坦部Ａと立上り領域Ｂとを段差４０２で区画することで、このような弊害を防止することができる。
【００５３】
このように、当接部４００の下面に立上り領域Ｂを設けることで、この立上り領域Ｂに対向する基板への押圧力を局所的に下げることができる。時に、立上り領域Ｂの範囲を研磨速度を下げたい範囲に設定することで、所望の幅で研磨速度を制御することが可能となり、種々のエッジカット部の幅に容易に対応することができる。また、基板端部を押圧する、第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃとの間に形成されるエッジ圧力室８（図２参照）の圧力を変更することにより、基板端部の研磨速度を精密に制御することが可能となり、例えばエアバッグ圧力を変えた場合でも、当接部４００の立上り領域Ｂに対応する基板端部の研磨速度を局所的に下げることが可能となる。
【００５４】
図４は、図３に示す弾性膜４を用いた、図２に示す基板保持装置１を使用して半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布を実施例１として示す。図４には、図５に示す、立上り領域Ｂを有さない弾性膜５００を用い、図２に示す基板保持装置１を使用して半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布を比較例１として示している。実施例１と比較例１の研磨条件は同じである。
【００５５】
図４において、領域Ａ及び領域Ｂは、図３に示す平坦領域Ａ及び立上り領域Ｂにそれぞれ対応している。このことは、図６においても同様である。
【００５６】
なお、研磨の対象となる半導体ウェハとして、被研磨面にパターンやエッジカット部などが形成されていない、シリコン基板表面に酸化膜が一面に形成された半導体ウェハを使用した。このことは、下記の図６に示す結果を得られた研磨においても同様である。
【００５７】
図４から、この例の弾性膜４を用いることにより、立上り領域Ｂでの研磨速度が低下することが判る。なお、比較例の弾性膜５００を使用した研磨にあっては、研磨速度分布が半導体ウェハの全域に亘って均一に近く、この例の弾性膜４を用いた研磨では、半導体ウェハの端部で研磨速度が低下しているが、これは、上述のように、エッジカット部が存在しない半導体ウェハを研磨したためである。つまり、実際に半導体素子が形成されたウェハではエッジカット部が存在するために、比較例の弾性膜５００を使用した研磨を行うと、エッジカット部に圧力が集中して過研磨が生じてしまうが、この例の弾性膜４を用いた研磨を行うことで、エッジカット部の過研磨を効果的に抑制することが可能となる。
【００５８】
図６は、図３に示す弾性膜４を用いた、図２に示す基板保持装置１を使用し、第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃとの間に形成されるエッジ圧力室８（図２参照）の圧力を変化させて半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布を実施例２〜４として示す。図６には、図５に示す、立上り領域Ｂを有さない弾性膜５００を用い、上記と同じ条件で半導体ウェハを実際に研磨した時の研磨速度分布を比較例２〜４として示している。なお、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３、及び実施例４と比較例４の研磨条件は同じであり、エッジ圧力室８の圧力は、実施例２、実施例３、実施例４の順に小さくなっている。
【００５９】
図６から、この例の弾性膜４を用いた研磨では、半導体ウェハの端部の研磨速度を精密に制御するために、エッジ圧力室８の圧力を様々に変化させた場合でも、比較例の弾性膜５００を用いた研磨に比べて、立上り領域Ｂの研磨速度を局所的に下げることが可能であることが判る。
【００６０】
以上により、この例の弾性膜４を用いることで、以下のような効果が得られることが判る。
（１）立上り領域Ｂに対応する基板端部の研磨レートを局所的に下げることができる。これは、パターンウェハのエッジカット部で過研磨が生じてしまうこと等を防止する上で特に有効となる。
（２）平坦領域Ａは、従来の一般的な弾性膜と変わらないので、今までに条件出しした弾性膜の最外周だけ研磨レートを落としたい場合に容易に適用できる。
（３）立上り領域Ｂに対応する部分の研磨レートを下げられているので、立上り領域Ｂの幅を変えることにより、基板端部の研磨レートを下げる領域（幅）を変えることができる。
【００６１】
（４）立上り領域Ｂに対応する基板端部の研磨レートを局所的に下げることができるため、弾性膜の外径をリテーナリングの内径とほぼ同等に設定することにより、基板押圧部と基板の同芯を維持することができる。これは単純に弾性膜全体の外径を小さくした場合には得られない効果である。
【００６２】
（５）平坦領域Ａと立上り領域Ｂとの間に段差４０２を設けることにより、テーパ形状やラウンド形状で平坦領域Ａと立上り領域Ｂとを区画する場合と異なり、押圧力が変化した時に平坦領域Ａの外径が変化することを防止できる。
（６）圧力室内の加圧によって弾性膜が外径方向に膨らんだ場合に、弾性膜とリテーナリングとが接触する接触範囲が狭い。このため、基板の押圧力に対する摩擦損失が小さく、周方向の押圧力のバラツキなどを小さく抑えることが可能となる。
【００６３】
図７は、本発明の他の実施形態の弾性膜４ａを示す。この例の弾性膜４ａの図３に示す弾性膜４と異なる点は、平板状部４００ａの代わりに、センタ周壁部３１４ａと中間周壁部３１４ｂとの間に薄肉部４００ｃを有する平板状部４００ｄを、立上り部４００ｂの代わりに、平板状部４００ｄの肉厚より厚肉で、かつ立上り部４００ｂの肉厚より厚肉の厚肉立上り部４００ｅをそれぞれ使用している点にある。薄肉部４００ｃは円周方向に均等に複数個配置された円形状となっており、その中心に当接部４００を貫通する孔４００ｇが形成されている。
【００６４】
このように、当接部４００の外周部に厚肉立上り部４００ｅを設けることにより、厚肉立上り部４００ｅの弾性力によって該厚肉立上り部４００ｅの変形を調整することができる。
【００６５】
図８は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｂを示す。この例の図３に示す弾性膜と異なる点は、平板状部４００ａと該平板状部４００ａの外周部に一体に連接した径方向に徐々に厚肉となる厚肉端部４００ｆで基板に当接する当接部４００を構成している点にある。
【００６６】
そして、特に制御したい範囲に厚肉端部４００ｆを設け、この厚肉端部４００ｆに第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃを接続し、第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃとの間にエッジ圧力室８（図２参照）を形成し、このエッジ圧力室により、厚肉端部４００ｆに対応する部分の研磨速度を制御するようにしている。
【００６７】
このように、当接部４００の外周部に厚肉端部４００ｆを設けることにより、厚肉端部４００ｆの弾性力によって基板端部への押圧力を緩和して下げることができる。厚肉端部４００ｆの幅Ｄは、半径３００ｍｍの基板の場合、一般に１５ｍｍ以下、または基板半径の１０％以下である。当接部４００の外周部に厚肉端部４００ｆを設けることにより、特許文献５に記載の発明のように、弾性膜の外周部が変形してしまうことを防ぐことができ、基板端部へ所望の圧力をかけることが可能となる。
【００６８】
また、図１に示す、研磨パッド１０１と基板Ｗとの間に作用する摩擦力による弾性膜への負荷は、弾性膜の外周ほど高くなる。このため、この例では、厚肉端部４００ｆの肉厚が外周に行くほど徐々に厚肉となる形状を採用している。厚肉端部４００ｆは、例えばエアバッグ圧力が作用した場合でも、外径方向への弾性膜の膨らみを抑制することが可能であり、従って、例えばリテーナリングとの接触による意図しない圧力の損失を防ぐことが可能となる。また、厚肉端部４００ｆを設けることで、比較的広い範囲の研磨レートを制御することが可能となる。更に、この例では、第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部３１４ｃとの間に形成されるエッジ圧力室８（図２参照）の圧力を調整することで、基板端部の研磨レートを独立に制御可能であり、特許文献５に記載の発明のような差圧を考慮する必要が無く、研磨条件の設定が非常に容易になる。
【００６９】
図９は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｃを示す。この例の弾性膜４ｃの図３に示す弾性膜４と異なる点は、以下の通りである。すなわち、平板状部４００ａの代わりに、センタ周壁部３１４ａと中間周壁部３１４ｂとの間に薄肉部４００ｃを有する平板状部４００ｄを使用している。薄肉部４００ｃは円周方向に均等に複数個配置された円形状になっており、その中心に当接部４００を貫通する孔４００ｇが形成されている。また、第２エッジ周壁部３１４ｃの代わりに、当接部４００との接続部から径方向内側に向けて略斜め上方に延びる上方傾斜部４０４ａと、該上方傾斜部４０４ａから径方向内側に向けて略水平方向に延びる水平部４０４ｂと、該水平部４０４ｂから略垂直方向に向けて上方に延びる鉛直部４０４ｃを有する第２エッジ周壁部４０４を使用している。更に、第２エッジ周壁部４０４の半径方向内側に位置して、第３エッジ周壁部４０６を平坦状部４００ｄの上面に接続して、第２エッジ周壁部４０４と第３エッジ周壁部４０６との間に第２エッジ圧力室を形成するようにしている。
【００７０】
このように、第２エッジ周壁部４０４に径方向内側に向けて略斜め上方に延びる上方傾斜部４０４ａを設けることで、第１エッジ周壁部３１４ｄと第２エッジ周壁部４０４との間に形成されるエッジ圧力室８（図２参照）によって基板を押圧する領域を狭くし、更に、第３エッジ周壁部４０６を設けて、第２エッジ周壁部４０４と第３エッジ周壁部４０６との間に第２エッジ圧力室を設けることで、複数の圧力室を基板外周部に集中して配置することが可能となる。これにより、基板端部の研磨速度分布の精密な制御が可能となる。
【００７１】
第１エッジ周壁部３１４ｄ、第２エッジ周壁部４０４及び第３エッジ周壁部４０６は、基板の外周付近、通常、例えば基板エッジから３０ｍｍ程度の範囲に形成され、第１エッジ周壁部３１４ｄ、第２エッジ周壁部４０４及び第３エッジ周壁部４０６の各間隔は、２０ｍｍ以下であることが望ましい。この例では、略水平方向に延びる部分により弾性膜の縦方向の伸縮性を確保している。
【００７２】
図１０は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｄを示す。この例の弾性膜４ｄの図９に示す弾性膜４ｃと異なる点は、下面に立上り領域Ｂを有さない、つまり立上り端部４００ｂを有さない当接部４００を使用し、この当接部４００の外周部に、第１エッジ周壁部３１４ｄ、第２エッジ周壁部４０４及び第３エッジ周壁部４０６を接続している点にある。
【００７３】
これまで本発明のいくつか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。
【符号の説明】
【００７４】
１    基板保持装置
３    リテーナリング
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ    弾性膜
５    センタ圧力室
６    リプル圧力室
７    アウタ圧力室
８    エッジ圧力室
１００    研磨テーブル
１０１    研磨パッド
１０１ａ    研磨面
１０２    研磨液供給ノズル
１１０    研磨ヘッド
１２４    上下動機構
３１４ａ    センタ周壁部
３１４ｂ    中間周壁部
３１４ｃ    第２エッジ周壁部
３１４ｄ，４０４    第１周壁部
４００  当接部
４００ａ，４００ｄ  平板状部
４００ｂ  立上り部
４００ｅ  厚肉立上り部
４００ｆ  厚肉部
４０２  段差
４０６  第３エッジ周壁部
Ａ    平坦領域
Ｂ    立上り領域
Ｃ    圧力室形成領域
【図１】
2013111679.tif 000003
【図２】
2013111679.tif 000004
【図３】
2013111679.tif 000005
【図４】
2013111679.tif 000006
【図５】
2013111679.tif 000007
【図６】
2013111679.tif 000008
【図７】
2013111679.tif 000009
【図８】
2013111679.tif 000010
【図９】
2013111679.tif 000011
【図１０】
2013111679.tif 000012