(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハなどの基板を研磨ヘッドから離脱させるときに、研磨ヘッドの弾性膜を適切に膨らませることができる研磨方法および研磨装置を提供する。【解決手段】研磨テーブルと、弾性膜４で構成された基板保持面４ｂおよび圧力室を有する研磨ヘッド１とを相対移動させながら基板Ｗを研磨する。さらに、二次側バルブ３７を閉じ、一次側バルブ３６を開くことにより、圧力レギュレータ５６によって調整された圧力の流体を流体蓄積要素５７に蓄積し、一次側バルブ３６を閉じて、二次側バルブ３７を開くことにより、流体を流体蓄積要素５７から研磨ヘッド１の圧力室に供給して、弾性膜４を膨らませ、基板Ｗと弾性膜４との間に隙間を形成する。この隙間に、リリースノズル５３から純水等の流体からなるリリースシャワーを噴射することにより、研磨された基板Ｗを研磨ヘッド１から離脱させる。【選択図】図５
2016055412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する研磨ヘッドとを相対移動させながら、該研磨ヘッドで基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して前記基板を研磨し、
前記圧力室に連通する流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブを閉じた状態で、前記流体蓄積要素の一次側に配置された一次側バルブを開くことにより、圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、
前記一次側バルブを閉じた状態で、前記二次側バルブを開くことにより、流体を前記流体蓄積要素から前記圧力室内に供給して、前記弾性膜を膨らませることにより、前記基板と前記弾性膜との間に隙間を形成し、
前記隙間にリリースシャワーを噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記一次側バルブが前記圧力レギュレータの二次側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および複数の圧力室を有する研磨ヘッドとを相対移動させながら、該研磨ヘッドで基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して前記基板を研磨し、
前記複数の圧力室それぞれに連通する複数の流体蓄積要素の二次側に配置された複数の二次側バルブを閉じた状態で、前記複数の流体蓄積要素の一次側に配置された複数の一次側バルブを開くことにより、複数の圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記複数の流体蓄積要素内に蓄積し、
前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを開くことにより、前記複数の流体蓄積要素に蓄積された流体を前記複数の圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることにより、前記基板と前記弾性膜との間に隙間を形成し、
前記隙間にリリースシャワーを噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させることを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを所定の順序で開くことにより、流体を前記複数の流体蓄積要素から前記複数の圧力室に所定の順序で供給することを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
【請求項５】
研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する研磨ヘッドとを相対移動させながら、該研磨ヘッドで基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して前記基板を研磨し、
前記圧力室に連通する流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブを閉じた状態で、圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、
前記二次側バルブを開くことにより、流体を前記流体蓄積要素から前記圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることにより、前記基板と前記弾性膜との間に隙間を形成し、
前記隙間にリリースシャワーを噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させる工程を含み、
前記流体蓄積要素を含む前記圧力レギュレータから前記二次側バルブまでの流路体積が、前記二次側バルブから前記圧力室までの流路体積以上であることを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
前記圧力室に接続された流体供給流路と、
前記流体供給流路に設けられた圧力レギュレータと、
前記流体供給流路に設けられ、前記圧力レギュレータの二次側に配置された流体蓄積要素と、
前記流体供給流路に設けられ、前記流体蓄積要素の一次側に配置された一次側バルブと、
前記流体供給流路に設けられ、前記流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブと、
前記一次側バルブと前記二次側バルブの開閉動作を制御するバルブ制御部と、を備え、
前記バルブ制御部は、
前記二次側バルブを閉じた状態で、前記一次側バルブを開くことにより、前記圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、
前記一次側バルブを閉じた状態で、前記二次側バルブを開くことにより、流体を前記流体蓄積要素から前記圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
前記一次側バルブが前記圧力レギュレータの二次側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の研磨装置。
【請求項８】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
弾性膜で構成された基板保持面および複数の圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記複数の圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
前記複数の圧力室にそれぞれ接続された複数の流体供給流路と、
前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられた複数の圧力レギュレータと、
前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられ、前記複数の圧力レギュレータの二次側に配置された複数の流体蓄積要素と、
前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられ、前記複数の流体蓄積要素の一次側に配置された複数の一次側バルブと、
前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられ、前記複数の流体蓄積要素の二次側に配置された複数の二次側バルブと、
前記複数の一次側バルブと前記複数の二次側バルブの開閉動作を制御するバルブ制御部と、を備え、
前記バルブ制御部は、
前記複数の二次側バルブを閉じた状態で、前記複数の一次側バルブを開くことにより、前記複数の圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記複数の流体蓄積要素内に蓄積し、
前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを開くことにより、流体を前記複数の流体蓄積要素から前記複数の圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
前記バルブ制御部は、前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを所定の順序で開くことにより、流体を前記複数の流体蓄積要素から前記複数の圧力室に所定の順序で供給することを特徴とする請求項８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
前記圧力室に接続された流体供給流路と、
前記流体供給流路に設けられた圧力レギュレータと、
前記流体供給流路に設けられ、前記圧力レギュレータの二次側に配置された流体蓄積要素と、
前記流体供給流路に設けられ、前記流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブと、
前記二次側バルブの開閉動作を制御するバルブ制御部と、を備え、
前記バルブ制御部は、
前記二次側バルブを閉じることにより、前記圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、
前記二次側バルブを開くことにより、前記流体蓄積要素に蓄積された流体を前記圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませるように構成され、
前記流体蓄積要素を含む前記圧力レギュレータから前記二次側バルブまでの流路体積が、前記二次側バルブから前記圧力室までの流路体積以上であることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法および研磨装置に係り、特にウェーハなどの基板を研磨する研磨方法および研磨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。したがって、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、化学機械研磨（Chemical  Mechanical  Polishing）である。この化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）は、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド上に供給しつつウェーハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェーハを保持するための研磨ヘッド又はトップリング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ウェーハの研磨を行う場合には、研磨液（スラリ）を研磨テーブル上の研磨パッドに供給しながら、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させ、研磨ヘッドによりウェーハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。研磨液の存在下でウェーハは研磨面に摺接し、ウェー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、研磨中のウェーハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウェーハの全面に亘って均一でない場合には、ウェー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。そこで、ウェーハに対する押圧力を均一化するために、研磨ヘッドの下部に弾性膜（メンブレン）から形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することでメンブレンを介して流体圧によりウェーハを研磨パッドの研磨面に押圧して研磨することが行われている。
【０００６】
上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中のウェーハの外周縁に加わる押圧力が不均一になり、ウェーハの外周縁のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、ウェーハの外周縁を保持するリテーナリングでウェーハの外周縁側に位置する研磨パッドの研磨面を押圧するようにしている。
【０００７】
研磨テーブルの近傍にはプッシャと呼ばれる基板受け渡し装置が設置されている。このプッシャは、搬送ロボット等の搬送装置によって搬送されてきたウェーハを持ち上げて、プッシャの上方位置に移動してきた研磨ヘッドにウェーハを渡す機能を有する。プッシャは、さらに、研磨ヘッドから受け取ったウェーハを搬送ロボット等の搬送装置に渡す機能も有している。
【０００８】
上述の構成の研磨装置において、研磨パッドの研磨面上で研磨されたウェーハは研磨ヘッドに真空吸引により保持される。さらに、研磨ヘッドをウェーハとともに上昇させた後、研磨ヘッドをプッシャの上方位置へ移動させて、ウェーハを研磨ヘッドからプッシャへ離脱させる。ウェーハの離脱は圧力室に流体を供給してメンブレンのウェーハ保持面を変形させることによって行われる。
【０００９】
しかしながら、メンブレンの形状変化が小さい場合は、ウェーハがメンブレンから剥離しない場合がある。そこで、ウェーハを研磨ヘッドから確実に離脱させるために、特許文献１乃至３で開示されているように、プッシャにリリースノズルが設けられる。このリリースノズルは、ウェーハとメンブレンとの隙間に流体（リリースシャワー）を噴射することによりウェーハの離脱を補助する機構である。
【００１０】
図１０は、メンブレンからウェーハを離脱させるウェーハリリース工程を示す模式図である。図１０に示すように、研磨ヘッド１００の下面はメンブレン１０４から構成されている。ウェーハＷを搬送するとき、ウェーハＷは真空吸引によりメンブレン１０４で構成されたウェーハ保持面１０４ａに保持される。図１０では、メンブレン１０４はウェーハＷを剥離させるために膨らんでいる。
【００１１】
研磨ヘッド１００の近傍には、プッシャ１５０が配置されており、プッシャ１５０には、リリースシャワーを噴射するためのリリースノズル１５３が設けられている。具体的には、リリースノズル１５３は、リリースシャワーがウェーハＷとメンブレン１０４との隙間に噴射されるように配置されている。リリースシャワーとしては、例えば、純水とＮ２（窒素）とからなる混合流体が使用される。リリースシャワーがウェーハＷとメンブレン１０４との隙間に噴射されることにより、ウェーハＷは研磨ヘッド１００から離脱される。
【００１２】
メンブレン１０４を膨らませてウェーハ保持面１０４ａを変形させるために、メンブレン１０４の圧力室には、一定圧力の流体（例えば、窒素）が一定時間供給される。このとき、メンブレン１０４の圧力室に流体を過剰に供給すると、メンブレン１０４が大きく膨張して、ウェーハＷがプッシャ１５０に接触し、ウェーハＷが割れてしまうことがある。そのため、メンブレン１０４の圧力室に供給される流体の圧力を比較的低圧（例えば、１００ｈＰａ程度）に設定し、過剰な流体が圧力室に供給されないようにしている。
【００１３】
一方で、メンブレン１０４の圧力室への流体の供給量が少ないと、メンブレン１０４を適切に膨らすことができない。メンブレン１０４が適切に膨らまないと、リリースシャワーがウェーハＷとメンブレン１０４との隙間に当たらずに、リリースシャワーの多くがウェーハＷの表面（被研磨面）に当たってしまう。結果として、リリースシャワーがウェーハＷをメンブレン１０４に押し付けてしまい、ウェーハＷの離脱が阻害されてしまう。したがって、メンブレン１０４の膨張を再現性良く行うために、メンブレン１０４の圧力室に安定した圧力の流体を供給することが望まれている。
【００１４】
ウェーハリリース時に、メンブレン１０４の圧力室に供給される流体は、図１０に示されるように、流体供給源（例えば、工場の流体供給ライン）１３０から延びる流体元管１５４を介して研磨装置に導入される。ウェーハリリース時には、メンブレン１０４の圧力室に供給される流体の圧力は、流体元管１５４から分岐した流体供給流路１５５に配置された圧力レギュレータ１５６によって調整される。流体供給流路１５５において、圧力レギュレータ１５６の二次側には、バルブ１３８が配置される。このバルブ１３８を開くことで、圧力調整された流体がメンブレン１０４の圧力室に供給される。
【００１５】
流体供給源１３０から供給される流体の圧力は、通常、０．４ＭＰａ〜０．６ＭＰａ程度に設定されている。一方で、メンブレン１０４を膨らませるのに必要とされる流体の圧力は、１００ｈＰａ程度である。したがって、圧力レギュレータ１５６は、流体の圧力を１／４０〜１／６０程度にまで調整する必要がある。しかしながら、このように大きな調整幅の圧力レギュレータ１５６では、圧力レギュレータ１５６の二次側圧力（下流側圧力）が一次側圧力（上流側圧力）の変動の影響を大きく受けることが多い。すなわち、圧力レギュレータ１５６の一次側圧力が変動する環境下では、圧力レギュレータ１５６は安定した二次側圧力で流体を供給することは困難である。
【００１６】
メンブレン１０４の圧力室を膨らませた後、リリースノズル１５３からリリースシャワーが噴射される。リリースシャワーに用いられる流体は、流体元管１５４から分岐した流路１５８を通ってリリースノズル１５３に供給されるため、圧力レギュレータ１５６の一次側圧力が変動（低下）する。また、ウェーハＷを吸着していた流路に配置される気水分離層にたまった水を押し出すためにも、流体元管１５４から分岐した流路１２２を流れる流体が使用される。そのため、圧力レギュレータ１５６の一次側圧力が変動（低下）する。一次側圧力の変動に応じて圧力レギュレータ１５６の二次側圧力も変動（低下）し、その結果、メンブレン１０４が適切に膨らまないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−１２３４８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−４６７５６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２５８６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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、ウェーハなどの基板を研磨ヘッドから離脱させるときに、研磨ヘッドの弾性膜を適切に膨らませることができる研磨方法および研磨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】
上述した課題を解決するための本発明の一態様は、研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する研磨ヘッドとを相対移動させながら、該研磨ヘッドで基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して前記基板を研磨し、前記圧力室に連通する流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブを閉じた状態で、前記流体蓄積要素の一次側に配置された一次側バルブを開くことにより、圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、前記一次側バルブを閉じた状態で、前記二次側バルブを開くことにより、流体を前記流体蓄積要素から前記圧力室内に供給して、前記弾性膜を膨らませることにより、前記基板と前記弾性膜との間に隙間を形成し、前記隙間にリリースシャワーを噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させる研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記一次側バルブが前記圧力レギュレータの二次側に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の態様は、研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および複数の圧力室を有する研磨ヘッドとを相対移動させながら、該研磨ヘッドで基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して前記基板を研磨し、前記複数の圧力室それぞれに連通する複数の流体蓄積要素の二次側に配置された複数の二次側バルブを閉じた状態で、前記複数の流体蓄積要素の一次側に配置された複数の一次側バルブを開くことにより、複数の圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記複数の流体蓄積要素内に蓄積し、前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを開くことにより、前記複数の流体蓄積要素に蓄積された流体を前記複数の圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることにより、前記基板と前記弾性膜との間に隙間を形成し、前記隙間にリリースシャワーを噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させる研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを所定の順序で開くことにより、流体を前記複数の流体蓄積要素から前記複数の圧力室に所定の順序で供給することを特徴とする。
【００２１】
本発明のさらに他の態様は、研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する研磨ヘッドとを相対移動させながら、該研磨ヘッドで基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して前記基板を研磨し、前記圧力室に連通する流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブを閉じた状態で、圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、前記二次側バルブを開くことにより、流体を前記流体蓄積要素から前記圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることにより、前記基板と前記弾性膜との間に隙間を形成し、前記隙間にリリースシャワーを噴射することにより、前記基板を前記研磨ヘッドから離脱させる工程を含み、前記流体蓄積要素を含む前記圧力レギュレータから前記二次側バルブまでの流路体積が、前記二次側バルブから前記圧力室までの流路体積以上であることを特徴とする研磨方法である。
【００２２】
本発明のさらに他の態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、前記圧力室に接続された流体供給流路と、前記流体供給流路に設けられた圧力レギュレータと、前記流体供給流路に設けられ、前記圧力レギュレータの二次側に配置された流体蓄積要素と、前記流体供給流路に設けられ、前記流体蓄積要素の一次側に配置された一次側バルブと、前記流体供給流路に設けられ、前記流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブと、前記一次側バルブと前記二次側バルブの開閉動作を制御するバルブ制御部と、を備え、前記バルブ制御部は、前記二次側バルブを閉じた状態で、前記一次側バルブを開くことにより、前記圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、前記一次側バルブを閉じた状態で、前記二次側バルブを開くことにより、流体を前記流体蓄積要素から前記圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記一次側バルブが前記圧力レギュレータの二次側に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明のさらに他の態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および複数の圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記複数の圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、前記複数の圧力室にそれぞれ接続された複数の流体供給流路と、前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられた複数の圧力レギュレータと、前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられ、前記複数の圧力レギュレータの二次側に配置された複数の流体蓄積要素と、前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられ、前記複数の流体蓄積要素の一次側に配置された複数の一次側バルブと、前記複数の流体供給流路にそれぞれ設けられ、前記複数の流体蓄積要素の二次側に配置された複数の二次側バルブと、前記複数の一次側バルブと前記複数の二次側バルブの開閉動作を制御するバルブ制御部と、を備え、前記バルブ制御部は、前記複数の二次側バルブを閉じた状態で、前記複数の一次側バルブを開くことにより、前記複数の圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記複数の流体蓄積要素内に蓄積し、前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを開くことにより、流体を前記複数の流体蓄積要素から前記複数の圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませることを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記バルブ制御部は、前記複数の一次側バルブを閉じた状態で、前記複数の二次側バルブを所定の順序で開くことにより、流体を前記複数の流体蓄積要素から前記複数の圧力室に所定の順序で供給することを特徴とする。
【００２４】
本発明のさらに他の態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、前記圧力室に接続された流体供給流路と、前記流体供給流路に設けられた圧力レギュレータと、前記流体供給流路に設けられ、前記圧力レギュレータの二次側に配置された流体蓄積要素と、前記流体供給流路に設けられ、前記流体蓄積要素の二次側に配置された二次側バルブと、前記二次側バルブの開閉動作を制御するバルブ制御部と、を備え、前記バルブ制御部は、前記二次側バルブを閉じることにより、前記圧力レギュレータによって調整された圧力の流体を前記流体蓄積要素内に蓄積し、前記二次側バルブを開くことにより、前記流体蓄積要素に蓄積された流体を前記圧力室に供給して、前記弾性膜を膨らませるように構成され、前記流体蓄積要素を含む前記圧力レギュレータから前記二次側バルブまでの流路体積が、前記二次側バルブから前記圧力室までの流路体積以上であることを特徴とする研磨装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、流体蓄積要素に蓄積された所望の圧力の流体が弾性膜の圧力室に供給される。したがって、圧力レギュレータの一次側圧力が変動しても、圧力調整された流体によって弾性膜を再現性良く膨らませることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】ウェーハを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧する研磨ヘッドの模式的な断面図である。
【図３】ウェーハをプッシャへ渡すために、研磨ヘッドがプッシャ上方の所定位置へ移動してきた直後の状態を示す概略図である。
【図４】ウェーハを研磨ヘッドからプッシャへ渡すために、プッシャを上昇させた状態を示す概略図である。
【図５】研磨装置に備えられた流体供給システムを示す模式図である。
【図６】図５に示した流体供給システムの他の実施形態を説明するための模式図である。
【図７】複数の流体供給流路を備えた流体供給システムの一実施形態を説明するための模式図である。
【図８】流体供給システムのさらに他の実施形態を説明するための模式図である。
【図９】基板受け渡し装置として、プッシャの代わりに、リテーナリングステーションと搬送ステージが設けられた研磨装置の一実施形態を説明するための模式図である。
【図１０】メンブレンからウェーハを離脱させるウェーハリリース工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図９を参照して詳細に説明する。なお、図１から図９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。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２０を支持するための研磨テーブル１０と、基板の一例であるウェーハＷを保持して研磨テーブル１０上の研磨パッド２０に押圧する研磨ヘッド（基板保持装置）１とを備えている。
【００２９】
研磨テーブル１０は、テーブル軸１０ａ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１０ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１０の上面には研磨パッド２０が貼付されており、研磨パッド２０の表面２０ａがウェーハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１０の上方には研磨液供給ノズル６２が設置されており、この研磨液供給ノズル６２によって研磨パッド２０上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００３０】
研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨面２０ａに対して押圧するヘッド本体２と、ウェーハＷを保持してウェーハＷが研磨ヘッド１から飛び出さないようにするリテーナリング３とから基本的に構成されている。
【００３１】
研磨ヘッド１は、研磨ヘッドシャフト６５に接続されており、この研磨ヘッドシャフト６５は、上下動機構８１により研磨ヘッドアーム６４に対して上下動するようになっている。この研磨ヘッドシャフト６５の上下動により、研磨ヘッドアーム６４に対して研磨ヘッド１の全体を昇降させ位置決めすることができるようになっている。研磨ヘッドシャフト６５の上端にはロータリージョイント８２が取り付けられている。
【００３２】
研磨ヘッドシャフト６５および研磨ヘッド１を上下動させる上下動機構８１は、軸受８３を介して研磨ヘッドシャフト６５を回転可能に支持するブリッジ８４と、ブリッジ８４に取り付けられたボールねじ８８と、支柱８６により支持された支持台８５と、支持台８５上に設けられたサーボモータ９０とを備えている。サーボモータ９０を支持する支持台８５は、支柱８６を介して研磨ヘッドアーム６４に固定されている。
【００３３】
ボールねじ８８は、サーボモータ９０に連結されたねじ軸８８ａと、このねじ軸８８ａが螺合するナット８８ｂとを備えている。研磨ヘッドシャフト６５は、ブリッジ８４と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ９０を駆動すると、ボールねじ８８を介してブリッジ８４が上下動し、これにより研磨ヘッドシャフト６５および研磨ヘッド１が上下動する。
【００３４】
また、研磨ヘッドシャフト６５はキー（図示せず）を介して回転筒６６に連結されている。この回転筒６６はその外周部にタイミングプーリ６７を備えている。研磨ヘッドアーム６４には研磨ヘッド回転モータ６８が固定されており、上記タイミングプーリ６７は、タイミングベルト６９を介して研磨ヘッド回転モータ６８に設けられたタイミングプーリ７０に接続されている。したがって、研磨ヘッド回転モータ６８を駆動することによってタイミングプーリ７０、タイミングベルト６９、およびタイミングプーリ６７を介して回転筒６６および研磨ヘッドシャフト６５が一体に回転し、研磨ヘッド１が回転する。研磨ヘッドアーム６４は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたアームシャフト８０によって支持されている。研磨装置は、研磨ヘッド回転モータ６８、サーボモータ９０をはじめとする装置内の各機器を制御する制御部（図示せず）を備えている。
【００３５】
研磨ヘッド１は、その下面にウェーハＷを真空吸引により保持できるように構成されている。アームシャフト８０はアームモータ９６に連結されており、このアームモータ９６によって研磨ヘッドアーム６４はアームシャフト８０を中心として旋回可能に構成されている。下面にウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、研磨ヘッドアーム６４の旋回により基板受け渡し装置（後述する）の上方位置と研磨テーブル１０の上方位置との間を移動される。本実施形態では、研磨ヘッド１を移動させる研磨ヘッド移動機構は、アームシャフト８０、アームモータ９６、研磨ヘッドアーム６４から構成されている。
【００３６】
ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド１および研磨テーブル１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１０の上方に設けられた研磨液供給ノズル６２から研磨パッド２０上に研磨液Ｑを供給する。この状態で、研磨ヘッド１でウェーハＷを研磨パッド２０の研磨面２０ａに押圧し、ウェーハＷを研磨パッド２０の研磨面２０ａに摺接させる。ウェーハＷの表面は研磨液Ｑの存在下で研磨パッド２０により研磨される。
【００３７】
次に、研磨ヘッド１について説明する。図２は、研磨対象物であるウェーハＷを保持して研磨テーブル１０上の研磨パッド２０にウェーハＷを押圧する研磨ヘッド１の模式的な断面図である。
【００３８】
図２に示すように、研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨パッド２０に対して押圧するメンブレン（弾性膜）４と、メンブレン４を保持するヘッド本体（キャリアとも称する）２と、研磨パッド２０を直接押圧するリテーナリング３とを備えている。ヘッド本体２は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３はヘッド本体２の外周部に取り付けられている。ヘッド本体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。ヘッド本体２の下面には、ウェーハＷの裏面に当接するメンブレン４が取り付けられている。メンブレン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および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３９】
メンブレン４は同心状の複数の環状の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、メンブレン４の上面とヘッド本体２の下面との間に複数の圧力室、すなわち、円形状のセンター室５、環状のリプル室６、環状のアウター室７、環状のエッジ室８が形成されている。ヘッド本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成されている。
【００４０】
ウェーハＷはメンブレン４で構成されたウェーハ保持面（基板保持面）４ｂ上に保持される。メンブレン４は、リプル室６に対応する位置にウェーハ吸着用の複数の孔４ｈを有している。本実施例では孔４ｈはリプル室６の位置に設けられているが、リプル室６以外の位置に設けてもよい。ヘッド本体２内には、センター室５に連通する流路１１、リプル室６に連通する流路１２、アウター室７に連通する流路１３、エッジ室８に連通する流路１４がそれぞれ形成されている。そして、流路１１，１３，１４は、ロータリージョイント８２を介して流路２１，２３，２４にそれぞれ接続されている。そして、流路２１，２３，２４は、それぞれバルブＶ１−１，Ｖ３−１，Ｖ４−１および圧力レギュレータＲ１，Ｒ３，Ｒ４を介して流体供給源３０に接続されている。また、流路２１，２３，２４は、それぞれバルブＶ１−２，Ｖ３−２，Ｖ４−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ１−３，Ｖ３−３，Ｖ４−３を介して大気に連通可能になっている。流体供給源３０は、例えば、研磨装置が設備される工場の流体供給ラインである。この流体供給ライン３０には、例えば、０．４Ｍｐａ〜０．６ＭＰａ程度の圧力を有する窒素または空気が流れている。
【００４１】
リプル室６に連通する流路１２は、ロータリージョイント８２を介して流路２２に接続されている。そして、流路２２は、気水分離槽３５、バルブＶ２−１および圧力レギュレータＲ２を介して流体供給源３０に接続されている。また、流路２２は、気水分離槽３５およびバルブＶ２−２を介して真空源８７に接続されるとともに、バルブＶ２−３を介して大気に連通可能になっている。
【００４２】
リテーナリング３の直上には弾性膜から形成された環状のリテーナリング圧力室９が配置されている。このリテーナリング圧力室９は、ヘッド本体２内に形成された流路１５およびロータリージョイント８２を介して流路２６に接続されている。そして、流路２６は、バルブＶ５−１および圧力レギュレータＲ５を介して流体供給源３０に接続されている。また、流路２６は、バルブＶ５−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ５−３を介して大気に連通可能になっている。
【００４３】
圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、それぞれ流体供給源３０からセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、およびリテーナリング圧力室９に供給される流体（空気または窒素などの気体）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，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５および各バルブＶ１−１〜Ｖ１−３、Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３は、図示しない制御部に接続されていて、それらの動作が制御されるようになっている。
【００４４】
流路２１，２２，２３，２４，２６にはそれぞれ圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５および流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５が設置されている。センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、およびリテーナリング圧力室９内の圧力は圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５によってそれぞれ測定され、センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、およびリテーナリング圧力室９に供給される加圧流体の流量は流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５によってそれぞれ測定される。
【００４５】
センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、およびリテーナリング圧力室９に供給する流体の圧力は、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する押圧力をウェーハの領域毎に調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド２０を押圧する押圧力を調整できる。
【００４６】
次に、図１および図２に示すように構成された研磨装置による一連の研磨工程について説明する。研磨ヘッド１は、プッシャ（後述する）からウェーハＷを受け取り、真空吸引により保持する。ウェーハＷの真空吸引は真空源８７により複数の孔４ｈ内に真空を形成することによって行われる。
【００４７】
ウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、予め設定した研磨位置まで下降する。この研磨位置では、リテーナリング３は研磨パッド２０の研磨面２０ａに接触しているが、研磨前では研磨ヘッド１でウェーハＷを保持しているので、ウェーハＷの下面（被研磨面）と研磨パッド２０の研磨面２０ａとの間には、わずかな間隙（例えば、約１ｍｍ）がある。このとき、研磨テーブル１０および研磨ヘッド１は、ともに回転されている。この状態で、ウェーハＷの裏面側にあるセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８に加圧流体を供給してメンブレン４を膨らませ、ウェーハＷの下面を研磨パッド２０の研磨面２０ａに当接させる。研磨パッド２０とウェーハＷとを相対運動させることにより、ウェーハＷの表面が研磨される。
【００４８】
ウェーハＷの研磨工程の終了後、ウェーハＷは、研磨ヘッド１に再度保持される。ウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、上下動機構８１により上昇され、さらに研磨ヘッドアーム６４の旋回動作によりプッシャの上方の所定位置に移動させられる。この所定位置で、ウェーハＷは、研磨ヘッド１から離脱させられ、プッシャに渡される。
【００４９】
図３は、ウェーハＷをプッシャ５０へ渡すために、研磨ヘッド１がプッシャ５０の上方の所定位置へ移動してきた直後の状態を示す概略図である。図４は、ウェーハＷを研磨ヘッド１からプッシャ５０へ渡すために、プッシャ５０を上昇させた状態を示す概略図である。プッシャ５０は、研磨ヘッド１と搬送装置（図示せず）との間でウェーハＷの受け渡しを行うためのウェーハ受け渡し装置（基板受け渡し装置）である。このプッシャ５０は、研磨テーブル１０の横に位置しており、ウェーハＷは研磨ヘッド１に保持されたままプッシャ５０の上方の所定位置に移動される。
【００５０】
図３および図４に示すように、プッシャ５０は、研磨ヘッド１の位置決めを行うためにリテーナリング３の外周面が嵌合可能な環状段部５１ａを有する研磨ヘッドガイド５１と、研磨ヘッド１とプッシャ５０との間でウェーハＷを受け渡しする際に、ウェーハＷを支持するためのプッシャステージ５２と、プッシャステージ５２を上下動させるためのエアシリンダ（図示せず）と、プッシャステージ５２と研磨ヘッドガイド５１とを上下動させるためのエアシリンダ（図示せず）とを備えている。
【００５１】
プッシャ５０には、研磨ヘッドガイド５１内に形成され、流体（リリースシャワー）を噴射するためのリリースノズル５３が設けられている。リリースノズル５３は、研磨ヘッドガイド５１の円周方向に沿って所定間隔を置いて複数個設けられている。各リリースノズル５３は、加圧窒素と純水の混合流体からなるリリースシャワーを研磨ヘッドガイド５１の半径方向内方に噴射するようになっている。
【００５２】
次に、ウェーハＷを研磨ヘッド１からプッシャ５０に渡すウェーハリリース工程（基板リリース工程）を説明する。研磨ヘッド１がプッシャ５０の上方の所定位置へ移動した後、プッシャ５０が上昇し、図４に示すように、リテーナリング３の外周面が研磨ヘッドガイド５１の環状段部５１ａに嵌合して研磨ヘッド１とプッシャ５０とが一直線上に並ぶ。このとき、研磨ヘッドガイド５１は、リテーナリング３を押し上げ、同時にリテーナリング圧力室９を真空にすることにより、リテーナリング３の上昇を速やかに行うようにしている。
【００５３】
プッシャ５０の上昇完了時、リテーナリング３の底面はメンブレン４の下面よりも上方に押し上げられているので、ウェーハＷとメンブレン４が露出された状態となっている。その後、研磨ヘッド１によるウェーハＷの真空吸引を止め、ウェーハリリース動作を行う。なお、プッシャ５０が上昇する代わりに研磨ヘッド１が下降することによってプッシャ５０に接触してもよい。
【００５４】
ウェーハリリース動作を行う際には、メンブレン４の圧力室（例えば、リプル室６）内を低い圧力（例えば、１００ｈＰａ程度）で加圧し、メンブレン４を膨らませる。これにより、ウェーハＷの外周縁とメンブレン４との間に隙間を形成させる。そして、この隙間に、加圧窒素と純水の混合流体からなるリリースシャワーをリリースノズル５３から噴射し、メンブレン４からウェーハＷを離脱させる。ウェーハＷは、プッシャステージ５２に受け止められ、該プッシャステージ５２から、搬送ロボット等の搬送装置に渡される。本実施形態ではリリースシャワーとして加圧窒素と純水の混合流体が使用されるが、リリースシャワーは加圧気体のみ、または加圧液体のみであってもよいし、他の組合せの加圧流体であってもよい。
【００５５】
図５は、研磨装置に備えられた流体供給システムを示す模式図である。図５に示されるように、ウェーハリリース動作時に研磨ヘッド１の圧力室（例えば、図２に示すリプル室６）に流体を供給するために、該圧力室に接続される流体供給流路５５が設けられる。流体供給流路５５は、流体供給源（例えば、工場の流体供給ライン）３０に接続された流体元管５４から分岐している。流体元管５４からは、図２に示される流路２１，２２，２３，２４，２６も分岐しており、流体供給流路５５は、これら流路２１，２２，２３，２４，２６とは別に設けられている。
【００５６】
図５には、流体元管５４から分岐される流路の例示として、図２で示した気水分離層３５が配置される流路２２と、リリースノズル５３に接続される流路５８とがさらに示されている。流路５８には圧力レギュレータ５９が配置され、該圧力レギュレータ５９は、流体供給源３０から供給される流体の圧力を所望の圧力に調整することができる。圧力レギュレータ５９によって調整される圧力は、例えば、０．３ＭＰａである。流路５８には純水供給流路６０が接続されている。圧力レギュレータ５９の二次側には、バルブ５４が設けられており、該バルブ５４を開くことで、リリースシャワーとして用いられる流体がリリースノズル５３から噴射される。
【００５７】
流体供給流路５５には、圧力レギュレータ５６が配置され、該圧力レギュレータ５６は、流体供給源３０から供給される流体の圧力を所望の圧力に調整することができる。圧力レギュレータ５６によって調整される所望の圧力は、例えば、１００ｈＰａである。圧力レギュレータ５６の二次側には、流体蓄積要素５７が配置される。流体蓄積要素５７は、例えば、バッファタンクであり、圧力レギュレータ５６によって圧力が調整された流体をその内部に蓄積することができる。
【００５８】
流体蓄積要素５７の一次側（上流側）には一次側バルブ３６が配置され、流体蓄積要素５７の二次側（下流側）には二次側バルブ３７が配置される。一次側バルブ３６は、圧力レギュレータ５６の一次側に配置されている。一次側バルブ３６および二次側バルブ３７は、バルブ制御部３９に接続される。バルブ制御部３９は、一次側バルブ３６および二次側バルブ３７の開閉動作を制御するように構成されている。
【００５９】
バルブ制御部３９は、ウェーハリリース動作を行う前の所定のタイミングで、二次側バルブ３７を閉じて、一次側バルブ３６を開く。これにより、圧力レギュレータ５６によって所望の圧力に調整された流体が流体蓄積要素５７内に蓄積される。ウェーハリリース時には、バルブ制御部３９は、一次側バルブ３６を閉じて、二次側バルブ３７を開く。これにより、流体蓄積要素５７に蓄積された流体が研磨ヘッド１の圧力室に供給され、メンブレン４を膨らませることができる。
【００６０】
バルブ制御部３９が、二次側バルブ３７を閉じて、一次側バルブ３６を開く所定のタイミングは、圧力レギュレータ５６の一次側の圧力が安定しているタイミングであるのが好ましい。すなわち、バルブ制御部３９は、流路２１，２２，２３，２４，２６，５８に流体が流れていないか、または少量の流体のみが流れているときに、二次側バルブ３７を閉じて、一次側バルブ３６を開く。流体蓄積要素５７に流体が蓄積された後に、一次側バルブ３６を閉じてもよい。この場合、バルブ制御部３９は、ウェーハリリース動作時に、一次側バルブ３６を閉じたままにしておき、二次側バルブ３７を開く。流体蓄積要素５７に流体が蓄積された後であって、ウェーハリリース動作が開始される直前まで、一次側バルブ３６を開いたままにしておいてもよい。
【００６１】
流体蓄積要素５７には、圧力レギュレータ５６により所望の圧力に調整された流体が蓄積されている。研磨ヘッド１の圧力室に流体を供給するときは、一次側バルブ３６が閉じられているので、一次側バルブ３６の二次側と、流体供給源３０から延びるその他の流路（例えば、流路２２，５８）との連通が遮断されている。したがって、一次側バルブ３６の一次側圧力が変動しても、流体蓄積要素５７から安定した圧力の流体を研磨ヘッド１の圧力室に供給することができる。その結果、メンブレン４を常に再現性良く膨らませることが可能となり、ウェーハＷとメンブレン４との間に適切な隙間を形成することが可能となる。したがって、リリースシャワーがこの隙間に適切に供給され、ウェーハＷを確実にリリースすることができる。
【００６２】
ウェーハリリース動作時に研磨ヘッド１の圧力室に流体を供給する際には、一次側バルブ３６が閉じられているので、流体供給源３０から一次側バルブ３６の二次側に流体が供給されない。この状態で、流体蓄積要素５７から研磨ヘッド１の圧力室に流体を供給すると、一次側バルブ３６の二次側の圧力がやや低下する。例えば、メンブレン４を膨らませるのに必要な圧力が１００ｈＰａである場合に、圧力レギュレータ５６の二次側圧力の設定値が１００ｈＰａであると、メンブレン４を膨らませるときの圧力室内の実際の圧力は、１００ｈＰａよりも若干低くなってしまう。そこで、圧力レギュレータ５６の二次側圧力の設定値は、メンブレン４を膨らませるのに必要な圧力よりも若干大きな値であることが好ましい。例えば、圧力レギュレータ５６の二次側圧力の設定値は、一次側バルブ３６を閉じて、二次側バルブ３７を開いたとき（すなわち、圧力室に流体を供給したとき）に、圧力レギュレータ５６の二次側圧力がメンブレン４を膨らませるために必要な圧力となるような値とされる。
【００６３】
図５に示されるように、一次側バルブ３６が圧力レギュレータ５６の一次側に配置されているので、圧力レギュレータ５６に内蔵されている圧力センサまたは圧力計（図示せず）により、圧力レギュレータ５６の二次側圧力を測定することができる。したがって、研磨ヘッド１の圧力室を膨らませるために、一次側バルブ３６を閉じた状態で圧力室に供給される流体の圧力を測定することができる。さらに、圧力室に供給される流体の実際の圧力を測定しながら、圧力レギュレータ５６の二次側圧力の上記設定値を調整することができる。
【００６４】
図６は、図５に示した流体供給システムの他の実施形態を説明するための模式図である。図６に示される流体供給システムでは、一次側バルブ３６が圧力レギュレータ５６の二次側（下流側）に配置されている。本実施形態のその他の構成は、図５に示した実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
図６に示されるように、一次側バルブ３６が圧力レギュレータ５６の二次側に配置されているので、流体蓄積要素５７から研磨ヘッド１の圧力室に供給される流体の圧力は、圧力レギュレータ５６の動作による圧力変動の影響を受けない。したがって、より安定した圧力の流体を研磨ヘッド１の圧力室に供給することができる。
【００６６】
図７は、複数の流体供給流路を備えた流体供給システムの一実施形態を説明するための模式図である。図７に示される実施形態では、研磨ヘッド１の複数の圧力室（すなわち、センター室５、リプル室６、アウター室７、およびエッジ室８）に、複数の流体供給流路５５がそれぞれ接続される。
【００６７】
各流体供給流路５５には、一次側バルブ３６、二次側バルブ３７、圧力レギュレータ５６、および流体蓄積要素５７が設けられている。これら一次側バルブ３６、二次側バルブ３７、圧力レギュレータ５６、および流体蓄積要素５７の配置は、図６に示される配置と同じである。すなわち、一次側バルブ３６が流体蓄積要素５７の一次側（上流側）であって、かつ圧力レギュレータ５６の二次側（下流側）に配置され、二次側バルブ３７が流体蓄積要素５７の二次側に配置される。一次側バルブ３６は、図５に示される実施形態のように、圧力レギュレータ５６の一次側に配置されていてもよい。一次側バルブ３６が圧力レギュレータ５６の一次側または二次側のいずれに配置される場合でも、上述したように、研磨ヘッド１の複数の圧力室（すなわち、センター室５、リプル室６、アウター室７、およびエッジ室８）に安定した圧力の流体をそれぞれ供給することができる。
【００６８】
全ての一次側バルブ３６および二次側バルブ３７は、バルブ制御部３９に接続されている。バルブ制御部３９は、ウェーハリリース動作を行う前の所定のタイミングで、二次側バルブ３７を閉じて、一次側バルブ３６を開く。これにより、複数の圧力レギュレータ５６によって所望の圧力に調整された流体が複数の流体蓄積要素５７にそれぞれ蓄積される。ウェーハリリース時には、バルブ制御部３９は、一次側バルブ３６を閉じて、二次側バルブ３７を開く。これにより、複数の流体蓄積要素５７に蓄積された流体が研磨ヘッド１の圧力室にそれぞれ供給され、メンブレン４を膨らませることができる。
【００６９】
複数の流体蓄積要素５７には、複数の圧力レギュレータ５６により所望の圧力に調整された流体がそれぞれ蓄積されている。研磨ヘッド１の圧力室に流体を供給するときは、全ての一次側バルブ３６が閉じられているので、一次側バルブ３６の二次側と、流体供給源３０から延びるその他の流路（例えば、流路２２，５８）との連通は遮断されている。したがって、一次側バルブ３６の一次側圧力が変動しても、複数の流体蓄積要素５７から安定した圧力の流体を研磨ヘッド１の複数の圧力室にそれぞれ供給することができる。その結果、メンブレン４を常に再現性良く膨らませることが可能となり、ウェーハＷとメンブレン４との間に適切な隙間を形成することが可能となる。したがって、リリースシャワーがこの隙間に適切に供給され、ウェーハＷを確実にリリースすることができる。
【００７０】
ウェーハリリース動作時に、バルブ制御部３９は、全ての一次側バルブ３６を閉じた状態で、全ての二次側バルブ３７を同時に開いてもよい。あるいは、バルブ制御部３９は、全ての一次側バルブ３６を閉じた状態で、複数の二次側バルブ３７を予め定められた順序で開いてもよい。例えば、センター室５に接続される流体供給流路５５の二次側バルブ３７を最初に開き、その後、リプル室６、アウター室７、およびエッジ室８に接続される流体供給流路５５の二次側バルブ３７をこの順に開いてもよい。この場合、メンブレン４の中央部分からメンブレン４が膨らんでいく。あるいは、エッジ室８に接続される流体供給流路５５の二次側バルブ３７を最初に開き、その後、アウター室７、リプル室６、およびセンター室５に接続される流体供給流路５５の二次側バルブ３７をこの順に開いてもよい。この場合、メンブレン４の外周部からメンブレン４は膨らんでいく。
【００７１】
二次側バルブ３７を開くタイミングは、バルブ制御部３９によって制御される。バルブ制御部３９は、二次側バルブ３７を所定のタイミングかつ所定の順序で開き、メンブレン４を膨らませる。このように、本実施形態では、バルブ制御部３９が二次側バルブ３７を開く順序を制御することにより、ウェーハＷがメンブレン４から離れるときにウェーハＷに発生する応力を小さくすることができる。
【００７２】
センター室５、リプル室６、アウター室７、およびエッジ室８にそれぞれ接続される複数の流体供給流路５５に配置される複数の圧力レギュレータ５６が調整する二次側圧力を、それぞれ異なる圧力に設定することができる。これにより、メンブレン４のより細やかな膨張制御が可能になるので、ウェーハＷとメンブレン４との間に適切な隙間を形成することが可能となる。異なる圧力の流体をセンター室５、リプル室６、アウター室７、およびエッジ室８に同時に供給してもよい。
【００７３】
図８は、流体供給システムのさらに他の実施形態を説明するための模式図である。流体供給流路５５には、流体供給源３０から供給される流体の圧力を所望の圧力に調整することができる圧力レギュレータ５６が配置される。圧力レギュレータ５６の二次側に流体蓄積要素５７が配置される。流体蓄積要素５７は、例えば、バッファタンクであり、圧力レギュレータ５６によって圧力が調整された流体を蓄積することができる。
【００７４】
流体蓄積要素５７の二次側には、二次側バルブ３８が配置される。二次側バルブ３８は、バルブ制御部３９に接続され、バルブ制御部３９は、二次側バルブ３８の開閉動作を制御するように構成されている。本実施形態では、流体蓄積要素５７の一次側には一次側バルブは設けられていない。
【００７５】
本実施形態では、圧力レギュレータ５６から二次側バルブ３８までの流路体積が、二次側バルブ３８から研磨ヘッド１の圧力室までの流路体積以上であるように、流体供給流路５５が構成される。圧力レギュレータ５６から二次側バルブ３８までの流路体積は、好ましくは、二次側バルブ３８から研磨ヘッド１の圧力室までの流路体積の２倍以上である。圧力レギュレータ５６から二次側バルブ３８までの流路体積には、流体蓄積要素５７の内容積も含まれており、さらには、流体供給流路５５の内容積も含まれる。同様に、二次側バルブ３８から研磨ヘッド１の圧力室までの流路体積には、流体供給流路５５の内容積が含まれる。
【００７６】
ウェーハリリース動作を行う前は、二次側バルブ３８はバルブ制御部３９により閉じられている。これにより、圧力レギュレータ５６によって所望の圧力に調整された流体が流体蓄積要素５７に蓄積される。ウェーハリリース時には、バルブ制御部３９は、二次側バルブ３８を開く。これにより、流体が研磨ヘッド１の圧力室に供給され、メンブレン４を膨らませることができる。
【００７７】
流体蓄積要素５７を含む、圧力レギュレータ５６から二次側バルブ３８までの流路には、圧力レギュレータ５６により所望の圧力に調整された流体が蓄積されている。この圧力レギュレータ５６から二次側バルブ３８までの流路体積は、二次側バルブ３８から研磨ヘッド１の圧力室までの流路体積以上である。したがって、圧力レギュレータ５６から二次側バルブ３８までの流路には、研磨ヘッド１の圧力室に所望の圧力で流体を供給するのに十分な量の流体が蓄積されている。したがって、圧力レギュレータ５６の一次側の圧力が変動しても、圧力室に安定した圧力の流体を流体蓄積要素５７から研磨ヘッド１の供給することができる。その結果、メンブレン４を常に再現性良く膨らませることが可能となり、ウェーハＷとメンブレン４との間に適切な隙間を形成することが可能となる。したがって、リリースシャワーがこの隙間に適切に供給され、ウェーハＷを確実にリリースすることができる。
【００７８】
図９は、基板受け渡し装置として、プッシャの代わりに、リテーナリングステーションと搬送ステージが設けられた研磨装置の一実施形態を説明するための模式図である。本実施形態のその他の構成は、図５に示した実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
リテーナリングステーション７５の位置は固定であるが、搬送ステージ７６は上下方向に移動可能となっている。リテーナリングステーション７５は、研磨ヘッド１のリテーナリング３を押し上げる複数の押し上げ機構７７を備えている。押し上げ機構７７の鉛直方向の位置は、研磨ヘッド１と搬送ステージ７６との間にある。また、押し上げ機構７７と搬送ステージ７６とは、互いに接触しないように配置されている。
【００８０】
押し上げ機構７７は、リテーナリング３に接触する押し上げピン７８と、押し上げピン７８を上方に押す押圧機構としてのばね（図示せず）と、押し上げピン７８およびばねを収容するケーシング７９とを備えている。押し上げ機構７７は、押し上げピン７８がリテーナリング３の下面に対向する位置に配置される。研磨ヘッド１が下降すると、リテーナリング３の下面が押し上げピン７８に接触する。ばねは、リテーナリング３を押し上げるのに十分な押圧力を有している。したがって、図９に示すように、リテーナリング３は押し上げピン７８に押し上げられ、ウェーハＷよりも上方の位置まで移動される。
【００８１】
リテーナリングステーション７５には、複数のリリースノズル８９が設けられている。リリースノズル８９は、リテーナリングステーション７５の円周方向に沿って所定間隔を置いて複数個設けられており、加圧窒素と純水の混合流体（リリースシャワー）をリテーナリングステーション７５の半径方向内方に噴射するようになっている。
【００８２】
次に、リテーナリングステーション７５と搬送ステージ７６を用いたウェーハリリース動作について説明する。研磨されたウェーハＷを保持している研磨ヘッド１は、リテーナリングステーション７５の上方の所定位置に移動する。次いで、研磨ヘッド１が下降し、図９に示すようにリテーナリング３がリテーナリングステーション７５の押し上げ機構７７により押し上げられる。研磨ヘッド１が下降しているとき、搬送ステージ７６が上昇し、リテーナリング３に接触することなく研磨ヘッド１の真下まで移動する。
【００８３】
この状態で、研磨ヘッド１の圧力室内を低い圧力（例えば、１００ｈＰａ程度）で加圧し、メンブレン４を膨らませる。これにより、ウェーハＷの外周縁とメンブレン４との間に隙間を形成させる。そして、この隙間に、加圧窒素と純水の混合流体からなるリリースシャワーをリリースノズル８９から噴射し、メンブレン４からウェーハＷを離脱させる。ウェーハＷは、搬送ステージ７６に受け止められ、搬送ステージ７６はウェーハＷとともに下降される。本実施形態ではリリースシャワーとして加圧窒素と純水の混合流体が使用されるが、リリースシャワーは加圧気体のみ、または加圧液体のみであってもよいし、他の組合せの加圧流体であってもよい。
【００８４】
図９に示されるリテーナリングステーション７５を用いた実施形態では、図５に示される流体供給システムと同一の流体供給システムが設けられている。すなわち、流体供給流路５５には、圧力レギュレータ５６が配置され、該圧力レギュレータ５６の二次側に流体蓄積要素５７が配置される。一次側バルブ３６が流体蓄積要素５７の一次側であって、かつ圧力レギュレータ５６の一次側に配置され、二次側バルブ３７が流体蓄積要素５７の二次側に配置される。一次側バルブ３６および二次側バルブ３７は、バルブ制御部３９に接続される。バルブ制御部３９は、一次側バルブ３６および二次側バルブ３７の開閉動作を制御するように構成されている。
【００８５】
本実施形態において、バルブ制御部３９は、ウェーハリリース動作を行う前の所定のタイミングで、二次側バルブ３７を閉じて、一次側バルブ３６を開く。これにより、圧力レギュレータ５６によって所望の圧力に調整された流体が流体蓄積要素５７に蓄積される。ウェーハリリース時には、バルブ制御部３９は、一次側バルブ３６を閉じて、二次側バルブ３７を開く。これにより、流体蓄積要素５７に蓄積された流体が研磨ヘッド１の圧力室に供給され、メンブレン４を膨らませることができる。したがって、一次側バルブ３６の一次側の圧力が変動しても、安定した圧力の流体を流体蓄積要素５７から研磨ヘッド１の圧力室に供給することができる。その結果、メンブレン４を常に再現性良く膨らませることが可能となり、ウェーハＷとメンブレン４との間に適切な隙間を形成することが可能となる。したがって、リリースシャワーがこの隙間に適切に供給され、ウェーハＷを確実にリリースすることができる。
【００８６】
図９に示した実施形態における流体供給システムは、図５に示した流体供給システムと同一であるが、図６または図８に示した流体供給システムを図９に示した実施形態に用いてもよい。あるいは、図７に示したように、研磨ヘッド１の複数の圧力室にそれぞれ接続される複数の流体供給流路５５を設けてもよい。
【００８７】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１    研磨ヘッド（基板保持装置）
２    ヘッド本体
３    リテーナリング
４    弾性膜（メンブレン）
４ａ  隔壁
４ｂ  ウェーハ保持面（基板保持面）
４ｈ  孔
５    センター室
６    リプル室
７    アウター室
８    エッジ室
９    リテーナリング圧力室
１０    研磨テーブル
１０ａ  テーブル軸
１１，１２，１３，１４，１５，２１，２２，２３，２４，２６，５８    流路
２０    研磨パッド
２０ａ  研磨面
３０    流体供給源
３１，８７    真空源
３５    気水分離槽
３６    一次側バルブ
３７    二次側バルブ
３９    バルブ制御部
５０    基板受け渡し装置（プッシャ）
５１    研磨ヘッドガイド
５２    プッシャステージ
５３，８９    リリースノズル
５４    バルブ
５５    流体供給流路
５６    圧力レギュレータ
５７    流体蓄積要素       
５９    圧力レギュレータ
６０    純水供給流路
６２    研磨液供給ノズル
６４    研磨ヘッドアーム
６５    研磨ヘッドシャフト
６６    回転筒
６７    タイミングプーリ
６８    研磨ヘッド回転モータ
６９    タイミングベルト
７０    タイミングプーリ
７５    リテーナリングステーション
７６    搬送ステージ
７７    押し上げ機構
７８    押し上げピン
７９    ケーシング
８０    アームシャフト
８１    上下動機構
８２    ロータリージョイント
８３    軸受
８４    ブリッジ
８５    支持台
８６    支柱
８８    ボールねじ
８８ａ  ねじ軸
８８ｂ  ナット
９０    サーボモータ
９６    アームモータ
Ｆ１〜Ｆ５    流量センサ
Ｒ１〜Ｒ５    圧力レギュレータ
Ｐ１〜Ｐ５    圧力センサ
Ｖ１−１〜Ｖ１−３、Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３    バルブ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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