(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨台と、
内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、
前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、
前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、
前記基板収納凹部は、前記環状体の外周を覆うことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
研磨台と、
内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、
前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、
前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、
前記基板収納凹部は、前記環状体の外周を覆うとともに、
前記環状体は、前記被研磨基板と同等の厚みを有する環状の板材からなることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
研磨台と、
内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、
前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、
前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、
前記環状体は、少なくともその研磨台当接面が被研磨基板より研磨速度が小さい材料で構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
研磨台と、
内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、
前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、
前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、
前記環状体の対向内縁間寸法は、被研磨基板の対向外縁間寸法に前記袋体の膜厚の４倍寸法を加算した値より小さいことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
研磨台と、
液体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨台の研磨面に押し付ける袋体と、
前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体と、
前記研磨面の基板載置領域を囲んで前記研磨面の垂線方向に移動可能に設けられ、研磨時に前記研磨面に当接する囲繞体とを有し、
前記囲繞体に前記環状体を取り付けたことを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
内部に基板収納凹部を有するキャリアを前記研磨台の研磨面に当接させて、被研磨基板の外縁を環状体によって囲んだうえで、前記被研磨基板および前記環状体を、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張させた袋体によって前記研磨面に押し付け、この状態で前記被研磨基板を前記環状体とともに前記研磨面に対してその面方向に沿って相対的に移動させることで研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
研磨台の研磨面の基板載置領域を囲んで前記研磨面の垂線方向に移動可能に設けられ、環状体を取り付けた囲繞体を研磨時に前記研磨面に当接させて、被研磨基板の外縁を前記環状体によって囲んだうえで、前記被研磨基板および前記環状体を、流体の注入により膨張させた袋体によって研磨面に押し付け、この状態で前記被研磨基板を前記環状体とともに前記研磨面に対してその面方向に沿って相対的に移動させることで研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコン半導体基板製造に際して行う化学機械研磨（ＣＭＰ）等の平坦化工程等において用いられる研磨装置および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９９０年以降、シリコン半導体基板や液晶基板などを研磨する際に用いる研磨装置においては、被研磨基板の直径が１０ｃｍ以上と大型化してきているうえに、このような研磨を多数枚同時に処理する傾向にある。そのうえ、被研磨基板に形成されるパターンが０．５μｍ以下と非常に微細化してきている。そのため、被研磨基板の研磨精度をさらに向上させることが要求されつつある。
【０００３】
このような要求に対応した研磨装置として、従来から、例えば、『月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗｏｒｌｄ』１９９４年１月号の５８〜５９ページに記載されたものや、『Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ』Ｊｕｌｙ．１９９２／日本語版  ３２〜３７ページに記載されたものがある。
【０００４】
以下、図１０を参照しながら、上記従来の研磨装置について説明する。
【０００５】
この研磨装置１００は、平らな剛体よりなる定盤１０１と、定盤１０１上に貼付された研磨布１０２と、研磨布１０２上に研磨粒子を含む研磨液１０３を供給する研磨液供給管１０４と、被研磨基板Ａを支持する基板支持ヘッド１０５とを備えて構成されており、定盤１０１を回転させながら研磨液供給管１０４から研磨布１０２上に研磨液１０３を滴下する。そして、この状態で基板支持ヘッド１０５で支持した被研磨基板Ａを回転させながら研磨布１０２に圧接させることにより、研磨液１０３中の研磨粒子が、基板厚み方向に沿った圧力を受けた状態で、基板面方向に沿って相対移動し、これによって被研磨基板Ａが研磨される。このとき、被研磨基板Ａの表面に図１１に示すように、酸化膜等の凹凸Ａ’があった場合には次のようにして平坦化される。すなわち、基板支持ヘッド１０５の基板取付面にはその面方向に均一な力が加えられるために、被研磨基板Ａの表面にある凸部は研磨布１０２と強く接することになり研磨速度が早くなる。一方、被研磨基板Ａの表面にある凹部は研磨布１０２との接触圧力が低くなるため殆ど研磨されることがない。このようにして凹凸Ａ’の研磨レートが調整されることにより、凹凸Ａ’が均され平坦化することになる。
【０００６】
しかしながら上記の研磨装置では次のような不都合があった。すなわち  図１２（ａ）に示すように、定盤１０１（研磨布１０２）表面の平面精度が低い場合（例えば、研磨布１０２は弾性変形等によりその厚さが不均一になることがある）では、それに応じて研磨される被研磨基板Ａの平面精度も低くなってしまう。図１２（ａ）の例では、凸状となった研磨布１０２によって研磨される凹凸Ａ’の表面が凹状となる。
【０００７】
図１２（ｂ）に示すように、被研磨基板Ａの厚さにばらつきがある場合等では、被研磨基板Ａに対してその面方向に均一な圧力を加えたとしても、被研磨基板Ａの凹凸Ａ’に対しては一定な加圧とはならずに加圧力に大小が生じる。そのため、大きな圧力が係る部分（基板厚みの厚い部分）では、被研磨基板Ａの研磨速度が速く、小さな圧力が係る部分（基板厚みの薄い部分）では、研磨速度が遅くなり、これによって、凹凸Ａ’の表面は平面化されるものの、その厚みが均一化しなくなる。
【０００８】
このような不都合に対しては、従来から、研磨布１０２の材質を軟らかくし、研磨布１０２が定盤１０１の凹凸ばらつきや被研磨基板Ａの厚さばらつきに追随して弾性変形させることで、これら凹凸ばらつきや厚さばらつきを吸収し、これによって研磨精度を高めることが行われている。
【０００９】
しかしながら、軟質の研磨布１０２を用いた場合には、図１２（ｃ）に示すように、研磨布１０２がその弾性変形によって凹凸Ａ’に追従するために、凹凸Ａ’の凹部においても研磨を行い、研磨速度を調整することが不可能となる結果、凹凸Ａ’の表面を均すことができなくなるという新たな不都合を生じさせた。
【００１０】
そこで、従来から、このような不都合を解消すべく、図１３に示す研磨装置１１０が提案されている。この研磨装置１１０は回転軸１１１の先端に研磨布１０２に当接するキャリア１１２を設けている。キャリア１１２はその内部に研磨布１０２に向かって開口する基板収納凹部１１３を有している。基板収納凹部１１３は被研磨基板Ａを覆う大きさを有しており、その内部にはゴム等の弾性体からなる袋体１１４を有している。袋体１１４には、キャリア１１２および回転軸１１１に設けられたエア供給孔１１５を介して図示しない加圧エア供給源から加圧エアが供給されるようになっており、加圧エアを供給された袋体１１４は膨張するようになっている。
【００１１】
この研磨装置１１０は、研磨布１０２上に載置した被研磨基板Ａを覆ってキャリア１１２を配置することで、基板収納凹部１１３に被研磨基板Ａを嵌め入れる。そして、図示しない加圧エア供給源から袋体１１４に加圧エアを供給して袋体１１４を膨張させる。すると、袋体１１４は上方をキャリア１１２によって覆われているので下方に位置する被研磨基板Ａに当接して、被研磨基板Ａを研磨布１０２に均等に押し付ける。この状態で、回転軸１１１と定盤１０１とをそれぞれ個別に回転させつつ、図示しない研磨液供給管から研磨布１０２上に研磨液１０３を供給することによって被研磨基板Ａを研磨する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この研磨装置１１０は、量産性において劣るうえに、精度の高い研磨制御が困難であるという課題があった。以下、説明する。
【００１３】
この研磨装置１１０はキャリア１１２によって若干研磨布１０２を押圧しつつ、袋体１１４で被研磨基板Ａを研磨布１０２に押さえ付けており、図１４（ａ）に示すように、キャリア１１２が研磨布１０２を押す圧力Ｐ１と袋体１１４が被研磨基板Ａを研磨布７２に押さえ付ける圧力Ｐ２とを比較して、Ｐ１＞Ｐ２となった場合には、キャリア１１２によって研磨布１０２を押し潰し、研磨布１０２の方向ｄへの移動により研磨布１０２は突っ掛かって凹部１０２ａを形成する。この凹部１０２ａの領域には被研磨基板Ａが十分接しない（接したとしても、この領域における被研磨基板Ａが研磨布１０２を押す圧力は他より小さい）ため、被研磨基板Ａを精度よく研磨できなかった。
【００１４】
一方、図１４（ｂ）に示すように、前記圧力Ｐ１と前記圧力Ｐ２とを比較して、Ｐ１＜Ｐ２となった場合には、被研磨基板Ａが研磨布１０２を押し下げている領域と、キャリア１１２が研磨布１０２を押し下げている領域との間に段差ができてしまい、研磨中、その段差に被研磨基板Ａが引っ掛かってしまってその部分の研磨速度が増大してしまった。さらに、その引っ掛かりの反動で凹部１０２ｂが形成され、その部分では逆に研磨速度が低下してしまった。
【００１５】
したがって、研磨装置１１０では、キャリア１１２が研磨布１０２を押す圧力Ｐ１と、袋体１１４が被研磨基板Ａを押す圧力Ｐ２とを等しくする必要がある。このことを式に表すと、次の▲１▼式になる。
【００１６】
ａ＝（Ｆ−ａ×Ｓ１）／Ｓ２    …▲１▼
ａ：袋体１１４が被研磨基板Ａを押す圧力
Ｆ：キャリア１１２が研磨布１０２に対して加える機械的加重
Ｓ１：被研磨基板Ａの面積
Ｓ２：キャリア１１２の研磨布当接面積
この式を満たすようなａとＦを設定すれば、図１４（ａ）及び（ｂ）に示したような不都合は生じることがない。
【００１７】
しかしながら、上記圧力ａおよびＦを実際に測定して、その測定結果に基づいて上記▲１▼式を満たすように、圧力ａおよびＦを調整することは面倒な作業であって実用性がないうえに、袋体１１４内の加圧エア圧力として測定する上記圧力ａは、袋体１１４の膨張による収縮力を差し引く必要があり、そのため、実際には精度のよい調整が困難であった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の研磨装置は、次のような構成を備えている。すなわち、研磨台と、内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、前記基板収納凹部は、前記環状体の外周を覆うことを特徴とする研磨装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、研磨台と、内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、前記基板収納凹部は、前記環状体の外周を覆う研磨装置であり、そのために次のような作用を有する。すなわち、環状体を被研磨基板の外縁を囲んだうえで、被研磨基板を研磨面側に押圧するので、被研磨基板や環状体の押し付けによって平坦性が乏しくなる研磨面の領域には環状体が当接することになり、環状体の面方向内側に位置する被研磨基板は常に平坦な研磨面の領域に当接するようになる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、研磨台と、内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、前記基板収納凹部は、前記環状体の外周を覆うとともに、前記環状体は、前記被研磨基板と同等の厚みを有する環状の板材からなることを特徴とする研磨装置である。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、研磨台と、内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、前記環状体は、少なくともその研磨台当接面が被研磨基板より研磨速度が小さい材料で構成されていることを特徴とする研磨装置であり、そのために次のような作用を有する。すなわち、環状体の摩耗を少なくすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、研磨台と、内部に基板収納凹部を有し、前記研磨台の研磨面に当接するキャリアと、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨面に押し付ける袋体と、前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体とを有し、前記環状体の対向内縁間寸法は、被研磨基板の対向外縁間寸法に前記袋体の膜厚の４倍寸法を加算した値より小さいことを特徴とする研磨装置であり、そのために次のように作用を有する。すなわち、環状体と被研磨基板との間の隙間に袋体が入り込んで、研磨面により研磨されるといったことが起きなくなる。また、請求項５に記載の発明は、研磨台と、液体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨台の研磨面に押し付ける袋体と、前記被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との間に位置する環状体と、前記研磨面の基板載置領域を囲んで前記研磨面の垂線方向に移動可能に設けられ、研磨時に前記研磨面に当接する囲繞体とを有し、前記囲繞体に前記環状体を取り付けている。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、内部に基板収納凹部を有するキャリアを前記研磨台の研磨面に当接させて、被研磨基板の外縁を環状体によって囲んだうえで、前記被研磨基板および前記環状体を、前記基板収納凹部の内部に設けられ、流体の注入により膨張させた袋体によって前記研磨面に押し付け、この状態で前記被研磨基板を前記環状体とともに前記研磨面に対してその面方向に沿って相対的に移動させることで研磨しており、そのために次のような作用を有する。すなわち、環状体を被研磨基板の外縁を囲んだうえで、被研磨基板を研磨面側に押圧するので、被研磨基板や環状体の押し付けによって平坦性が乏しくなる研磨面の領域には環状体が当接することになり、環状体より中央側に位置する被研磨基板は常に平坦な研磨面の領域に当接するようになる。また、請求項７に記載の発明は、研磨台の研磨面の基板載置領域を囲んで前記研磨面の垂線方向に移動可能に設けられ、環状体を取り付けた囲繞体を研磨時に前記研磨面に当接させて、被研磨基板の外縁を前記環状体によって囲んだうえで、前記被研磨基板および前記環状体を、流体の注入により膨張させた袋体によって研磨面に押し付け、この状態で前記被研磨基板を前記環状体とともに前記研磨面に対してその面方向に沿って相対的に移動させることで研磨するようにしている。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態の研磨装置１の要部を示す断面図である。
【００２６】
この研磨装置１は半導体基板等の被研磨基板Ａを研磨するものであって、剛体よりなり図示しない駆動系により回転する定盤２と、定盤２上に貼付された研磨布３と、研磨布３に対向して配置されたキャリア４と、キャリア４を回転させる回転軸５と、環状体６とを備えている。キャリア４の内部は研磨布３に向かって開口する基板収納凹部７が形成されている。基板収納凹部７は環状体６の外周を覆う大きさを有しており、その内部にはゴム等の弾性体からなる袋体８を有している。袋体８には、キャリア４および回転軸５に設けられたエア供給孔９を介して図示しない加圧エア供給源から加圧エアが供給されるようになっており、加圧エアを供給された袋体８は膨張するようになっている。
【００２７】
環状体６は被研磨基板Ａと同等の厚みを有する環状の板材から構成されており、被研磨基板Ａの外周形状と同等の円形状をした内孔６ａを有している。したがって、環状体６は内孔６ａに形状に応じた円環状をしているが、環状体６は必ずしも円環状である必要はなく、被研磨基板Ａが四角形であれば、その形状に追随する。すなわち、環状体６は任意の形状を取り得る。ただし、ここでは、円環状として説明を進める。内孔６ａの大きさを詳細にいえば、次のようになる。すなわち、内孔６ａの内径寸法（対向内縁間寸法）は、被研磨基板Ａの外径寸法（対向外縁間寸法）に袋体９の膜厚寸法を４倍した寸法を加算した値より小さくなっている。
【００２８】
環状体６は被研磨基板Ａより研磨速度が小さく、かつ研磨によって被研磨基板Ａに対して都合の悪い不純物を発生させない材料（例えば、テフロン）から構成するのがよく、最適には、後述する研磨粒子（アルミナ、シリカ等）より硬い材料（セラミック、ダイヤモンド（ダイヤモンドは少なくとも、研磨布３に当接する面にコーティングすればよい）等から構成するのがよい。
【００２９】
次に、研磨装置１を用いた被研磨基板Ａの研磨を図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して説明する。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、研磨布３上に被研磨基板Ａを載置したうえで、被研磨基板Ａを囲むように環状体６を研磨布３上に載置する。そのうえで、さらに、キャリア４を研磨布３に当接させて、基板収納凹部７に環状体６および被研磨基板Ａを収納する。このとき、袋体８は無膨張状態にしておく。またこのとき、無膨張状態の袋体８は図２（ａ）に示すように被研磨基板Ａに接しない状態としてもよいし、被研磨基板Ａに接した状態としてもよい。
【００３１】
そして、エア供給孔９を介して袋体８に加圧エア（または加圧窒素等）を送り込んで袋体８を膨張させ、これによって被研磨基板Ａおよび環状体６を研磨布６に圧接させる。また、図示しない研磨液供給源から研磨布３上に研磨粒子を含んだ研磨液を流す。さらには、回転軸５を介してキャリア４に対して研磨布３に向かう方向の力を加える。そして、この状態で、定盤２を回転させる（このとき、回転軸５は回転させてもよい）ことで、被研磨基板Ａおよび環状体６を研磨布３に対して相対移動させて被研磨基板Ａを研磨する。
【００３２】
ここで、キャリア４が上昇してしまわないように回転軸５に下方向に加える力は、袋体８の膨張により被研磨基板Ａを研磨布３に押し付ける力より大きくする必要があるが、その際、キャリア４が研磨布３を押す圧力（Ｐ１）と、被研磨基板Ａが研磨布３を押す圧力（Ｐ２）の大小によって研磨状態が異なってくる。そのため、まず、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きい（Ｐ１＞Ｐ２）場合を説明する。
【００３３】
Ｐ１＞Ｐ２の状態で、定盤２を回転させると、キャリア４は研磨布３に対して相対移動していくが、その際、研磨布３上にはキャリア４の圧接によって凹み領域１０ａが、また、袋体８による力によって凹み領域１０ｂがそれぞれ形成される。凹み領域１０ｂは、袋体８による力が均等に被研磨基板Ａおよび環状体６の一部に加わるため平坦となる。一方、凹み領域１０ａはＰ１＞Ｐ２であることと、キャリア４の突っ掛かりにより、凹み領域１０ｂより深く形成される。
【００３４】
定盤２の回転によりキャリア４が凹み領域１０ａより移動して所定の時間を経過すると、凹み領域１０ａは袋体８による力Ｐ２を受けて凹み領域１０ｂと同等の深さ状態になる。そのため、凹み領域１０ａが凹み領域１０ｂと同等な深さ状態になって安定するまでの期間に、被研磨基板Ａが凹み領域１０ａ上を移動すると、その研磨状態が安定しなくなる。しかしながら、この研磨装置１では、被研磨基板Ａの周囲に環状体６を設けているので、キャリア４が通り過ぎて圧力Ｐ１を受けなくなった凹み領域１０ａに対しては、上記所定の時間を経過する期間中は環状体６が当接し、被研磨基板Ａが凹み領域１０ａに達した時には、この凹み領域１０ａは凹み領域１０ｂと同等の深さ状態になっている。そのため、被研磨基板Ａに対しては凹み領域１０ａの形成に関係なく安定した研磨を行うことができる。
【００３５】
なお、このような作用を発揮するために、環状体６は、次の▲２▼式に示す幅（内外縁間の間隔）Ｗを備えている。
【００３６】
Ｗ≧ｖ1・ｔ1  …▲２▼
ｖ1：キャリア４（＝環状体６）が研磨布２に対して相対移動する速度
ｔ1：凹み領域１０ａが凹み領域１０ｂの深さ状態で安定するまでに要する時間
次に、Ｐ１＜Ｐ２の場合を説明する。
【００３７】
この状態では、定盤２を回転させると、図２（ｃ）に示すように、研磨布３上には凹み領域１０ａ'と１０ｂ'とが形成される。凹み領域１０ｂ’は、袋体８による圧力Ｐ２が均等に被研磨基板Ａおよび環状体６に加わるため平坦となる。一方、凹み領域１０ａ’は環状体６の突っ掛かりによって凹み領域１０ｂ’より深く形成される。
【００３８】
定盤２の回転によりキャリア４が凹み領域１０ａより移動して所定の時間を経過すると、凹み領域１０ａ’は袋体８による圧力Ｐ２を受けて凹み領域１０ｂ’と同等の深さ状態になる。そのため、凹み領域１０ａ’が凹み領域１０ｂ’と同等な深さ状態になるまでの期間に凹み領域１０ａ’上を被研磨基板Ａが移動するとその研磨状態が安定しなくなる。しかしながら、この研磨装置１では、被研磨基板Ａの周囲に環状体６を設けているので、キャリア４が凹み領域１０ａ’を通り過ぎて上記所定の時間を経過する期間中は、凹み領域１０ａ’に対して環状体６が当接することになる。そのため、被研磨基板Ａが凹み領域１０ａ’に達した時には、凹み領域１０ａ’は凹み領域１０ｂ’と同等の深さ状態になって安定しており、被研磨基板Ａに対しては凹み領域１０ａ’の形成に関係なく安定した研磨を行うことができる。
【００３９】
なお、このような作用を発揮するために、環状体６は、次の▲３▼式に示す幅（内外縁間の間隔）Ｗ’を備えている。
【００４０】
Ｗ’≧ｖ2・ｔ2   …▲３▼
ｖ2：キャリア４（＝環状体６）が研磨布２に対して相対移動する速度
ｔ2：凹み領域１０ａ'が凹み領域１０ｂ'の深さ状態で安定するまでに要する時間
このように、環状体６は、上記▲２▼式と▲３▼式とを両方とも満たす幅を有しておればよい。
【００４１】
この研磨装置１においては、袋体８の弾性率が十分高い場合には、環状体６の厚さと被研磨基板Ａの厚さが異なっていても、袋体８の膨張力は環状体６と被研磨基板Ａとに対して均等に印加されることになる。これは、袋体８の弾性率が十分高いので、環状体６と被研磨基板Ａとの間に形成される段差部分に沿って袋体８が追従するためである。ただし、このとき、環状体６と被研磨基板Ａとの間に隙間があると、袋体８がこの隙間に入り込み、研磨布２に接して削られてしまう。そのため、この隙間は極力小さくする必要がある。しかしながら、この隙間が全く存在しないと、被研磨基板Ａが環状体６内に収まらなくなる。このような条件を満たすため、環状体６の内径（対向内縁間寸法）は、被研磨基板Ａの外径（対向外縁間寸法）に袋体８の膜厚の４倍寸法を加算した値より小さく設定されている。
【００４２】
上述したように、環状体６と被研磨基板Ａとの間には所定の隙間を設ける必要があるが、以下に示す構造を採用すれば、研磨時にこの隙間を無くすことでがきる。すなわち、図３に示すように、環状体６の内縁の上端全周に段部６ｂを形成し、この段部６ｂに、好ましくはゴム等からなる弾性体１２を設ける。このように構成すれば、袋体８の加圧力を受けた弾性体１２が弾性変形して、環状体６と被研磨基板Ａとの間の隙間を埋めることができ、この隙間を精度高く制御する必要がなくなるうえ、被研磨基板Ａも位置ずれしなくなる。
【００４３】
一方、袋体８の弾性率が低い場合、環状体６の厚さと被研磨基板Ａの厚さが異なっていると、被研磨基板Ａは全面にわたって均一に加圧されない。これは、環状体６と被研磨基板Ａとの間に厚さの違いによって形成される段差部分まで袋体８が追従しなくなるためである。具体的には、環状体６の厚さが被研磨基板Ａの厚さより大きい場合、環状体６に接する被研磨基板Ａの端縁には袋体８が接しなくなり、この部分に対する加圧力は、被研磨基板Ａの他の部分に対する加圧力より小さくなって、これでは、被研磨基板Ａに対して均一な加圧を行うことができない。反対に、被研磨基板Ａの厚さが環状体６の厚さより大きい場合、環状体６の内縁には袋体８が接しなくなる。そのため、環状体６に接する被研磨基板Ａの端縁には、袋体８の加圧力が集中し、その加圧力は、被研磨基板Ａの他の部分にかかる圧力より増大し、やはり、被研磨基板Ａに対して均一な加圧を行うことができない。したがって、袋体８の弾性率が低い場合には、環状体６の厚さと被研磨基板Ａの厚さを同程度にする必要がある。
【００４４】
第２の実施の形態
図４は本発明の第２の実施の形態である研磨装置２０の主要部分の概略断面図である。
【００４５】
この研磨装置２０は、剛体よりなり図示しない駆動系により回転する定盤２１と、定盤２１上に貼付された研磨布２２と、基板収納凹部２８を有して研磨布２２に対向して配置されるキャリア２３と、キャリア２３を回転させる回転軸２４と、キャリア２３と回転軸２４とに設けられたエア供給孔２５と、袋体２６と、環状体２７とを備えており、これらの構造は基本的には、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４６】
この研磨装置２０は、環状体２７の取付構造に特徴がある。すなわち、基板収納凹部２８は被研磨基板Ａより大きい底面積を有して構成されており、基板収納凹部２８には、基板収納凹部２８の中央部を囲んで囲繞体２９が設けられている。
【００４７】
囲繞体２９は基板収納凹部２８の内壁に、図中上下方向に移動可能に取り付けられている。囲繞体２９は、環状に構成されてもよいし、環状体の下端を櫛歯状に成形して構成してもよい。さらには、周方向に互いに分離した複数の部材から囲繞体２９を構成してもよい。なお、以下の説明では、囲繞体２９を環状の部材として説明する。
【００４８】
この囲繞体２９の底部２９ａには環状体２７が取り付けられている。環状体２７は外側を囲繞体２９によって囲まれた状態で、その外縁２７ａが囲繞体２９の底部２９ａによって固定されており、囲繞体２９の底面と環状体２７の底面とは面一になっている。ただし、環状体２７と囲繞体２９とは、別個のように説明しているが、囲繞体２９そのものに環状体２７の機構を含ませてもよい。
【００４９】
この研磨装置２０を用いた被研磨基板Ａの研磨方法を図５（ａ）〜図５（ｃ）に参照して説明する。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、研磨布２２上に被研磨基板Ａを載置したうえで、環状体２７によって被研磨基板Ａを囲むようにキャリア２３を研磨布２２上に載置する。このとき、キャリア２３と環状体２７とが一体になっているので、環状体２７の載置作業とキャリア２３の載置作業とを同時に行うことができ、その分、作業が簡単になっている。
【００５１】
キャリア２３を研磨布２２上に載置した際には、袋体２６は無膨張状態にしておく。そして、エア供給孔２５を介して袋体２６に加圧エア（または加圧窒素等）を送り込んで袋体２６を膨張させ、これによって被研磨基板Ａおよび環状体２７を研磨布２２に圧接させる。また、図示しない研磨液供給源から研磨布２２上に研磨粒子を含んだ研磨液を流す。さらには、回転軸２４を介してキャリア２３に対して研磨布２２に向かう方向の力を加える。そして、この状態で、定盤２１を回転させることで、被研磨基板Ａおよび環状体２７を研磨布２２に対して相対移動させて被研磨基板Ａを研磨する。
【００５２】
ここで、回転軸２４に下方向に加える力は、袋体２６の膨張により被研磨基板Ａを研磨布２２に押し付ける力Ｐ２より大きくする必要があるが、その際、キャリア２３が研磨布２２を押す圧力（Ｐ１）と被研磨基板Ａが研磨布２２を押す圧力（Ｐ２）との大小によって研磨状態が異なってくる。Ｐ１がＰ２より大きい（Ｐ１＞Ｐ２）場合では、図５（ｂ）に示すように、研磨布２２上にはキャリア２３の圧接によって凹み領域３０ａが、また、袋体２６による力によって凹み領域３０ｂがそれぞれ形成される。これら凹み領域３０ａ，３０ｂは、Ｐ１＞Ｐ２であることとキャリア２３の突っ掛かりとにより、凹み領域３０ａが凹み領域１０ｂより深く形成されるが、第１の実施の形態で説明したのと同様の理由により、被研磨基板Ａに対しては凹み領域３０ａ，３０ｂの形成に関係なく安定した研磨を行うことができる。
【００５３】
Ｐ１がＰ２より小さい（Ｐ１＜Ｐ２）場合では、図５（ｃ）に示すように、研磨布２２上には環状体２７の突っ掛かりにより凹み領域３０ａ’が、また、袋体２６による力によって凹み領域３０ｂ’がそれぞれ形成される。これら凹み領域３０ａ’,３０ｂ’では、凹み領域３０ａ’が凹み領域３０ｂ’より深く形成されるが、第１の実施の形態で説明したのと同様の理由により、被研磨基板Ａに対しては凹み領域３０ａ’,３０ｂ’の形成に関係なく安定した研磨を行うことができる。
【００５４】
この研磨装置２０では、囲繞体２９の可動範囲は次のように設定する必要がある。すなわち、キャリア２３の押圧によりキャリア２３の底面が研磨布２２に凹み領域３０ａ，３０ａ’を形成しても、キャリア２３の押圧力が囲繞体２９を介して環状体２７に伝わらない程度の上下可動範囲を囲繞体２９に与えておく。
【００５５】
第３の実施の形態
図６は本発明の第３の実施の形態の研磨装置４０の主要部分である基板支持ヘッド部分付近の概略断面図である。
【００５６】
この研磨装置４０は、剛体よりなり図示しない駆動系により回転する定盤４１と、定盤４１上に貼付された研磨布４２と、基板収納凹部４８を有して研磨布４２に対向配置されるキャリア４３と、キャリア４３を回転させる回転軸４４と、キャリア４３と回転軸４４とに設けられたエア供給孔４５と、袋体４６と、環状体４７と、基板収納凹部４８の内壁に上下方向に微動可能に取り付けられた囲繞体４９とを有しており、これらの構造は基本的には、第２の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。この研磨装置４０は、キャリア４３の構造に特徴がある。すなわち、キャリア４３はその高さ寸法が短く設定されており、囲繞体４９が研磨布４２に当接する際には、キャリア４３の底面４３ａは研磨布４２に当接しないようになっている。
【００５７】
次に、上記のように構成された研磨装置４０を用いた研磨方法を図７（ａ），図７（ｂ）を参照して説明する。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、研磨布４２上に被研磨基板Ａを載置したうえで、環状体４７によって被研磨基板Ａを囲むようにキャリア４３を研磨布４２上に載置する。このとき、キャリア４３と環状体２７が一体になっているので、環状体２７の載置作業とキャリア２３の載置作業とを同時に行うことができ、その分、作業が簡単になっている。
【００５９】
キャリア４３を研磨布４２上に載置した際には、袋体４６は無膨張状態にしておく。そして、図７（ｂ）に示すように、エア供給孔４５を介して袋体４６に加圧エア（または加圧窒素等）を送り込んで袋体４６を膨張させ、これによって被研磨基板Ａおよび環状体４７を研磨布４２に圧接させる。また、図示しない研磨液供給源から研磨布４２上に研磨粒子を含んだ研磨液を流す。そして、この状態で、定盤４１を回転させることで、被研磨基板Ａおよび環状体４７を研磨布４２に対して相対移動させて被研磨基板Ａを研磨する。
【００６０】
この研磨装置４０では、研磨中にキャリア４３の底面４３ａが研磨布４２に当接しないので、回転軸４４に対して下方向に加える加圧力を微妙に調整する必要がなく、単に、キャリア底面４３ａと研磨布４２との間の離間間隔が一定になるように、キャリア４３の位置を制御すればよい。
【００６１】
第４の実施の形態
図８は本発明の第４の実施の形態の研磨装置５０の主要部分である基板支持ヘッド部分付近の概略断面図である。
【００６２】
この研磨装置５０は、剛体よりなり図示しない駆動系により回転する定盤５１と、定盤５１上に貼付された研磨布５２と、基板収納凹部５８を有するとともに研磨布５２に対向配置されるキャリア５３と、キャリア５３を回転させる回転軸５４と、袋体５６と、環状体５７と、基板収納凹部５８の内壁に上下方向に微動可能に取り付けられた囲繞体５９とを有しており、これらの構造は基本的には、第２の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６３】
この研磨装置５０は、キャリア５３および回転軸５４にエア供給機構５５を設けたことに特徴がある。すなわち、エア供給機構５５は、基板収納凹部５８の天井部の中央に連通し、基板収納凹部５８に加圧エアを供給するとともに、基板収納凹部５８を真空引きする第１配管孔６０と、基板収納凹部５８の天井部の端部に連通し、基板収納凹部５８に加圧エアを供給するとともに、基板収納凹部５８を真空引きする第２配管孔６１と、チャック体６３とを有している。
【００６４】
第１配管孔６０は基板収納凹部５８内において袋体５６の内部に連通する位置に開口しており、袋体５６は第１配管孔６０によるエア加圧と真空引きにより膨張収縮するようになっている。第２配管孔６１は、基板収納凹部５８において袋体５６の内部とは連通しない位置に開口している。第２配管孔６１の基板収納凹部５８側端部には、第２配管孔６１本体の内径より大径となった取付凹部６２が形成されており、この取付凹部６２にチャック体６３が収納されている。チャック体６３は取付凹部６２との間に隙間なく配置されている。チャック体６３は、被研磨基板Ａの収納領域を囲んで複数設けられており、互いに被研磨基板Ａの直径より若干狭い離間間隔を隔てて対向配置されている。具体的には、チャック体６３は環状体５７の内縁の内側に沿ってその上方に配置されている。
【００６５】
チャック体６３の内部にはエア流通路６４が形成されている。エア流通路６４はチャック体６３の上下にわたって形成されており、その下端はチャック体６３の底面に開口している。また、エア流通路６４の上端は基板収納凹部５８の中央側に向けてほぼ９０度屈曲されてチャック体６３の側面に開口している。
【００６６】
一方、基板収納凹部５８の天井間近に位置する第１配管孔６０からは、取付凹部６２それぞれに向けて支流路６５が分岐しており、この支流路６５は各取付凹部６２に開口している。支流路６５は、取付凹部６２の開口部の間近に連通している。
【００６７】
次に、上記のように構成された研磨装置５０を用いた研磨方法を図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して説明する。
【００６８】
まず、キャリア５３を被研磨基板Ａの収納位置まで搬送し、さらにキャリア５３を基板収納凹部５８が被研磨基板Ａを覆う位置に配置する。
【００６９】
この状態で、第２配管孔６１を介して取付凹部６２に加圧エアーを供給することで、この取付凹部６２内に隙間なく配置されているチャック体６３を、チャック体底面が被研磨基板Ａに当接し、エア流通路６４の上端が支流路６５に連通する位置まで下降させる。そして、加圧エアの供給を停止する。このとき、加圧エアの空気圧は維持しておき、チャック体６３をその位置に保持する。
【００７０】
次に、第１の配管孔６０を介して基板収納凹部５８の内部を真空引きすることで、袋体５６を収縮させる。このとき、同時に、支流路６５を介してエア流通路６４が真空引きされるので、チャック体６３の底面に当接している被研磨基板Ａはチャック体６３に吸着する。
【００７１】
そして、図９（ａ）に示すように、被研磨基板Ａを吸引した状態で、キャリア５３を研磨布５２まで搬送し、キャリア５３の底面を研磨布５２に当接させる。このとき、囲繞体５９はキャリア５３内において相対的に上昇移動し、キャリア５３の底面と環状体５７の底面とは面一となって研磨布５２に当接する。また、被研磨基板Ａは環状体５７に囲まれた領域に載置される。なお、図９（ａ）は、研磨布５２への搬送途中の状態を示しており、囲繞体５９は自重によって可動範囲の最下位に位置している。
【００７２】
被研磨基板Ａを研磨布５２上に搬送した後、図９（ｂ）に示すように、第１配管孔６０による真空引き動作を停止して、チャック体６３による被研磨基板Ａの吸引動作を停止する。チャック体６３による被研磨基板Ａの吸引動作の停止と同時に、第２配管孔６１による取付凹部６２への加圧エア供給を停止して、反対に、第２配管孔６１を真空引きする。これにより、チャック体６３は取付凹部６２内で上昇して、被研磨基板Ａから離間する。
【００７３】
さらに、今度は、第１配管孔６０に加圧エアを供給して、袋体５６を膨張させる。このとき、基板収納凹部５８内において袋体５６の外側に位置する領域に、支流路６５を介して加圧エアが供給されると、袋体５６の膨張の妨げとなる。しかしながらこのとき、チャック体６３は上昇しているので、支流路６５の開口は、チャック体６３の側面によって閉塞されており、支流路６５を介して袋体５６の外側に加圧エアが供給されることはない。
【００７４】
このようにして、袋体５６を膨張させることで、被研磨基板Ａを研磨布５２に密着させる。そして、この状態で被研磨基板Ａを研磨するのであるが、その研磨動作は上述した第２の実施の形態の研磨装置２０と同様であるのでその説明は省略する。
【００７５】
研磨が終了した後、図９（ｃ）に示すように、第１配管孔６０への加圧エアの供給を停止して反対に真空引きすることで袋体５６を収縮させる。ある程度、袋体５６を収縮させたのち、第２配管孔６１の真空引きを停止して反対に加圧エアを供給することで、チャック体６３を下降させる。チャック体６３が下降して、被研磨基板Ａに当接すると、エア流通路６４の上端が支流路６５に連通する。すると、支流路６５を介してエア流通路６４が真空引きされるので、チャック体６３が被研磨基板Ａを吸引して保持する。
【００７６】
チャック体６３が被研磨基板Ａを保持したのち、キャリア５３を研磨処理済基板の収納位置等の他の場所まで搬送する。
【００７７】
研磨装置５０では、第１配管孔６０が、袋体５６を膨張収縮させるエア通路と、被研磨基板Ａを吸引するエア通路とを兼務しているので、回転軸５４の構造およびエア供給機構５５の構造が簡単になる。
【００７８】
なお、上述した各実施の形態では、袋体８，２６，５６に気体を注入して膨張させていたが、袋体８，２６，５６に液体を注入して膨張させてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００８０】
請求項１、５、６、７の効果
被研磨基板や環状体の押し付けによって平坦性が乏しくなる研磨面の領域には環状体が当接し、環状体の面方向内側に位置する被研磨基板は常に平坦な研磨面の領域に当接するようになった。そのため、精度の高い研磨を行うことができるうえに、面倒な研磨圧力の調整作業を行う必要がないので、量産性も向上した。
【００８１】
請求項３の効果
環状体の摩耗を少なくすることができるので、環状体の耐久性を高めることができるうえ、被研磨基板に有害な不純物が環状体の摩耗により生じにくくなる。
【００８２】
請求項４の効果
環状体と被研磨基板との間の隙間に袋体が入り込んで、研磨面により研磨されるといったことがなくなり、摩耗による袋体の破裂で研磨作業が中断するといった不都合が起きなくなった。また、隙間に袋体が入り込むことに起因する加圧力のばらつきが起きなくなり、研磨精度がさらに向上する。
【００８３】
請求項５の効果
環状体は囲繞体に支持されているので、環状体を単独で位置決めする手間を省くことができ、その分、研磨作業が簡略化できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である研磨装置の概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態の研磨工程をそれぞれ示す概略断面図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図４】第２の実施の形態である研磨装置の概略断面図である。
【図５】第２の実施の形態の研磨工程をそれぞれ示す概略断面図である。
【図６】第３の実施の形態である研磨装置の概略断面図である。
【図７】第３の実施の形態の研磨工程をそれぞれ示す概略断面図である。
【図８】第４の実施の形態である研磨装置の概略断面図である。
【図９】第４の実施の形態の研磨工程及び搬送工程をそれぞれ示す概略断面図である。
【図１０】第１の従来例の概略斜視図である。
【図１１】第１の従来例の研磨時における概略断面図である。
【図１２】従来の研磨装置の研磨時における概略断面図である。
【図１３】第２の従来例の概略断面図である。
【図１４】第２の従来例の研磨時における概略断面図である。
【符号の説明】
３  研磨布
６  環状体
８  袋体
Ａ  被研磨基板
【図１】
0003770956.tif 000002
【図２】
0003770956.tif 000003
【図３】
0003770956.tif 000004
【図４】
0003770956.tif 000005
【図５】
0003770956.tif 000006
【図６】
0003770956.tif 000007
【図７】
0003770956.tif 000008
【図８】
0003770956.tif 000009
【図９】
0003770956.tif 000010
【図１０】
0003770956.tif 000011
【図１１】
0003770956.tif 000012
【図１２】
0003770956.tif 000013
【図１３】
0003770956.tif 000014
【図１４】
0003770956.tif 000015