JP2004297029A - 基板保持装置及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の全体に亘って均一な押圧力を得ることができる基板保持装置及びこのような基板保持装置を備えた研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨対象物である基板Ｗを保持して研磨面に押圧する基板保持装置であって、上下方向に移動可能な上下動部材６と、基板Ｗに当接する弾性部材７とを備え、弾性部材７は、基板Ｗの外周縁部に当接する当接部８と、当接部８から上方に延びて上下動部材６に接続される周壁部９とを備え、周壁部９は、上下方向に伸縮自在な伸縮部４０を有する。
【選択図】 図４

Description

【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（ＳｉＯ_２）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、半導体ウェハに対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。
【０００７】
上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中の半導体ウェハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウェハの外周縁部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、半導体ウェハの外周縁をガイドリング又はリテーナリングによって保持すると共に、ガイドリング又はリテーナリングによって半導体ウェハの外周縁側に位置する研磨面を押圧する構造を備えた基板保持装置も用いられている。
【０００８】
ここで、従来の基板保持装置について図２０（ａ）及び図２０（ｂ）を参照して説明する。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は従来の基板保持装置を示す部分断面図である。
図２０（ａ）に示すように、基板保持装置は、トップリング本体２と、このトップリング本体２の内部に収容されたチャッキングプレート６と、このチャッキングプレート６に取付けられた弾性膜８０とを備えた構成を有している。弾性膜８０は、チャッキングプレート６の外周部に配置されており、半導体ウェハＷの外周縁部に当接するようになっている。トップリング本体２の下端には環状のリテーナリング３が固定され、このリテーナリング３により半導体ウェハＷの外周近傍の研磨面が押圧されるようになっている。
【０００９】
チャッキングプレート６は、弾性を有する加圧シート１３を介してトップリング本体２に取付けられており、チャッキングプレート６及び弾性膜８０は、流体圧を受けてトップリング本体２及びリテーナリング３に対して一定の範囲内で上下方向に動くようになっている。このような構成を有する基板保持装置は、いわゆるフローティング式基板保持装置と称されている。弾性膜８０、チャッキングプレート６の下面、及び半導体ウェハＷの上面とにより画成される圧力室１３０には加圧流体が供給され、これにより、チャッキングプレート６が上昇し、同時に、半導体ウェハＷが研磨面に押圧される。この状態で、研磨面に研磨液を供給しつつトップリング（基板保持装置）及び研磨面をそれぞれ独立に回転させることにより、半導体ウェハＷの下面が平坦状に研磨される。
【００１０】
研磨工程が終了した後は、トップリングに半導体ウェハＷを吸着保持させ、この状態で、トップリングを移送位置に移動させ、チャッキングプレート６の下部から流体（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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のフローティング式の基板保持装置では、チャッキングプレート６が上昇するに従って、半導体ウェハＷの外周縁部に接触している弾性膜８０がチャッキングプレート６に引き上げられ、この弾性膜８０が半導体ウェハＷから離れてしまう。このため、半導体ウェハＷの外周縁部において半導体ウェハＷへの押圧力が局所的に変化してしまい、半導体ウェハＷの外周縁部では研磨レートが低下し、その径方向内側の領域では研磨レートが上昇するという問題が生じていた。
【００１２】
このような問題は弾性膜の硬度が高いほど顕著に現れるため、硬度の低い弾性膜を用いることによって弾性膜と半導体ウェハとの接触範囲を保持しようとする試みもなされている。しかしながら、フローティング式の基板保持装置では、リテーナリング３を研磨面に摺接しながら研磨が行われるため、経時的にリテーナリング３が磨耗し、半導体ウェハとチャッキングプレート６との距離が短くなる（図２０（ｂ）参照）。このため、半導体ウェハＷの外周縁部における押圧力が変化してしまい、半導体ウェハＷの外周縁部での研磨レート、即ち、研磨プロファイルが変化するという問題が生じていた。また、このような問題から、磨耗したリテーナリングを早期に交換する必要が生じ、リテーナリングのライフタイムが短く制限されていた。
【００１３】
また、上記問題に加え、従来の基板保持装置では、研磨開始時に弾性膜と半導体ウェハとが十分に密着していない状態で加圧流体が供給されるため、弾性膜と半導体ウェハとの間から加圧流体が漏れてしまうという問題が生じていた。
【００１４】
さらに、半導体ウェハをトップリングからリリースさせる工程において次のような問題が生じている。すなわち、半導体ウェハの裏面（上面）にナイトライドなどの膜が形成されている場合、弾性膜と半導体ウェハとの密着性が良好となるために弾性膜が半導体ウェハから離れない場合がある。この状態で流体が半導体ウェハに噴射され続けると、弾性膜は半導体ウェハに密着したまま伸び続け、流体圧により半導体ウェハが変形してしまい、最悪の場合には半導体ウェハが割れてしまうという問題が生じていた。
【００１５】
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、弾性膜を用いて形成された空間に加圧流体を加えることにより基板へ押圧力を与える基板保持装置において、研磨中及び基板の離脱など全工程においてより安定した加工ができる様にする。すなわち、基板の全体に亘って均一な押圧力を得ることができる基板保持装置及びこのような基板保持装置を備えた研磨装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、基板を速やかに離すことができる基板保持装置及びこのような基板保持装置を備えた研磨装置を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、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であって、上下方向に移動可能な上下動部材と、前記基板に当接する弾性部材とを備え、前記弾性部材は、前記基板の外周縁部に当接する当接部と、該当接部から上方に延びて前記上下動部材に接続される周壁部とを備え、前記周壁部は、上下方向に伸縮自在な伸縮部を有することを特徴とする。
【００１７】
このように構成された本発明によれば、上下動部材（チャッキングプレート）の上昇に追従して伸縮部が下方に伸張するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。従って、弾性部材と基板との接触範囲を一定に保つことが可能になり、基板の全面に亘って均一な押圧力を得ることが可能となる。
【００１８】
また、リテーナリングが磨耗して上下動部材と基板との距離が変化した場合でも、距離の変化に追従して伸縮部が収縮するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。これにより、基板の中心から外周部に至るまで均一な圧力で基板を押圧することができ、基板の全域に亘って均一な研磨レート、即ち、研磨プロファイルを実現することが可能となる。さらに、リテーナリングの磨耗に追従して伸縮部が収縮するため、磨耗が進んだリテーナリングを交換することなく、そのまま使用することが可能となる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記伸縮部は、前記周壁部の所定の部位を周方向に沿って折り曲げることにより構成されていることを特徴とする。この場合において、前記伸縮部の折り曲げ箇所は、略円弧状の断面形状を有することが好ましい。これにより、伸縮部をスムーズに下方に伸張させることが可能となる。
本発明の好ましい他の態様は、前記伸縮部は、前記当接部よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記伸縮部は、前記周壁部の所定の部位を前記当接部よりも薄肉に形成することにより構成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位は、前記当接部よりも硬質の材料で形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位は、前記当接部よりも肉厚に形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位には、前記弾性部材よりも硬度が高い硬質部材が埋設されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位の表面には、前記弾性部材よりも硬度が高い硬質部材が固着されていることを特徴とする。
本発明の好ましい他の態様は、前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位の表面には、前記弾性部材よりも硬質の材料がコーティングされていることを特徴とする。
【００２１】
このように構成された本発明によれば、周壁部の強度を高めることができ、研磨時に生じる弾性部材のねじれを防止することができる。
【００２２】
本発明の好ましい他の態様は、前記当接部の上面に接触して前記当接部を前記基板に対して押圧する押圧部材を設けたことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、押圧部材によって当接部の下面を基板の上面に密着させることができ、当接部と基板との間から加圧流体が漏れてしまうことを防止することができる。
【００２３】
本発明の好ましい他の態様は、前記押圧部材の下面に、径方向に延びる複数の溝を形成したことを特徴とする。
また、本発明の好ましい他の態様は、前記当接部の上面に流体を供給する流体供給口を前記押圧部材の下面に形成したことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、加圧流体を溝又は流体供給口を介して当接部の上面に速やかに供給することができる。従って、押圧部材により当接部を基板に押圧した状態で加圧流体により当接部を基板に押圧することができる。
【００２４】
本発明の好ましい他の態様は、前記押圧部材と接触する前記当接部の上面に、周方向に延びる肉厚部を設けたことを特徴とする。この場合において、前記肉厚部は、略三角形状又は略円弧状の断面形状を有することが好ましい。
また、本発明の好ましい他の態様は、前記当接部に補強部材を埋設したことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、当接部の強度が高められるため、押圧部材により当接部を基板に対して押圧したときに当接部が周方向にうねってしまうことが防止される。これにより、当接部と基板との密着度が確保され、加圧流体の漏洩が防止される。
【００２５】
本発明の好ましい他の態様は、前記当接部の上面に複数の凹凸を形成したことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、上下動部材と当接部との密着性を弱めることができ、上下動部材が上昇するときに、弾性部材の当接部が上下動部材に引き上げられてしまうことが防止される。
【００２６】
本発明の他の態様は、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の基板保持装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置である。また、本発明の他の態様は、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の基板保持装置に研磨対象物である基板を保持させ、研磨面を有する研磨テーブルに前記基板を載置し、前記上下動部材を下降させ、前記当接部を前記基板に押圧しながら、前記上下動部材、前記弾性部材、及び前記基板とにより画成される圧力室に加圧流体を供給し、前記基板を前記研磨面に摺接させて前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００２７】
本発明の他の態様は、基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置であって、前記基板とチャッキングプレートとの間に圧力室を形成するための弾性部材を備え、前記弾性部材の前記基板と接する当接部は、前記弾性部材の前記基板からの剥離を促進させる剥離促進部を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記剥離促進部は、前記当接部の周縁部に形成された切欠きであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記当接部の一部は、前記弾性部材を形成する材料よりも前記基板との密着性が弱い材料から形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記当接部の全面又は一部には、しぼ加工が施されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記剥離促進部は、前記当接部の周縁部と、他の圧力室を形成する前記弾性部材とを連結する連結部であることを特徴とする
本発明の好ましい態様は、前記剥離促進部は、前記当接部の一部が上方に窪んだ窪み部であり、前記圧力室に加圧流体を供給したときに前記窪み部は前記基板に密着することを特徴とする。
【００２８】
このように構成された本発明によれば、流体を基板の上面に噴射させることによって、剥離促進部を起点として当接部を基板から速やかに剥がすことが可能となる。従って、基板を流体圧などで損傷させることなくプッシャーなど基板昇降装置に受け渡すことができる。また、基板の種類、特に、基板の裏面（上面）に形成される膜の種類に影響を受けることなく、基板を弾性部材から良好にリリースすることができる。
【００２９】
本発明の他の態様は、請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載の基板保持装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１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。ここで、基板保持装置は、ポリッシング対象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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧力調整部１２０に接続されている。この圧力調整部１２０は、加圧流体源から加圧空気等の加圧流体を供給することによって、あるいはポンプ等により真空引きすることによって圧力の調整を行うものである。この圧力調整部１２０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レギュレータＲ１を介して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。
【００３３】
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。
【００３４】
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の実施形態におけ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。
【００３５】
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、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃ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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、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。
【００３９】
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を介して圧力調整部１２０に接続されている。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。
【００４０】
なお、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。
【００４１】
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（弾性部材）７が設けられている。このエッジメンブレン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、エッジメンブレン７がチャッキングプレート６に取付けられる。
【００４２】
エッジメンブレン７の内部には圧力室２２が形成されている。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を介して圧力調整部１２０に接続されている。なお、エッジメンブレン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、エッジメンブレン７を形成するゴム材としては、硬度（ｄｕｒｏ）が２０〜６０のものが好適に使用される。
【００４３】
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７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７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。
【００４４】
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。
【００４５】
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２３が形成されている。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が連通されており、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を介して圧力調整部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。
【００４６】
エッジメンブレン７、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２４として構成されている。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が連通しており、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を介して圧力調整部１２０に接続されている。
【００４７】
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を介して圧力調整部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。
【００４８】
トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄液路５１は流体路３０に連通されており、この流体路３０を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１から延びハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はエッジメンブレン７の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。
【００４９】
エッジメンブレン７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、ホルダーリング５とチャッキングプレート６及び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７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。
【００５０】
ここで、図３（ａ）乃至図３（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３（ａ）乃至図３（ｃ）は、図２の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
図３（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９１ｃ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は、つば９１ａの基部９１ｃから外方に向かってつば９１ａの先端よりも内方の位置まで延びており、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。
【００５１】
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３（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９１ｃに加えられることとなる（図３（ｃ）参照）。従って、つば９１ａの基部９１ｃ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９１ｃ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。
【００５２】
次に、本実施形態に係るエッジメンブレン７について図４（ａ）乃至図４（ｃ）を参照して詳細に説明する。図４（ａ）は本発明の第１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４（ｂ）及び図４（ｃ）は図２に示す基板保持装置の部分断面図である。
【００５３】
本実施形態に係るエッジメンブレン（弾性部材）７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との間において外当接部８ａと内当接部８ｂとに分断されている。
【００５４】
図４（ｂ）及び図４（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７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７、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を介して圧力調整部１２０に接続されている。
【００５５】
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（外当接部８ａ及び内当接部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４（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７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。
【００５６】
上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室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３２，３３，３４，３５，３６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２１，２２，２３，２４，２５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２１，２２，２３，２４，２５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。
【００５７】
上述したように、エッジメンブレン７の下端面には径方向内側に張り出した当接部８（内当接部８ｂ）が設けられ、中間エアバッグ１９の下端面にはつば９１ａが設けられているが、これらの当接部８（内当接部８ｂ）及びつば９１ａは、圧力室２２，２３，２４に供給される加圧流体によって半導体ウェハＷに密着する。このため、圧力室２２，２３，２４の加圧流体がエッジメンブレン７及び中間エアバッグ１９の下面に回りこむことがない。即ち、当接部８及びつば９１ａは、加圧流体によって半導体ウェハＷに押圧されるので、エッジメンブレン７及び中間エアバッグ１９と半導体ウェハＷとの密着性が確保される。従って、圧力室２２，２３，２４，２５の各圧力を安定して制御することが可能になる。
【００５８】
この場合において、各圧力室２２，２３，２４，２５に供給される加圧流体や大気圧開放時に各圧力室に流入する空気の温度をそれぞれ制御することとしてもよい。このようにすれば、半導体ウェハ等の研磨対象物の被研磨面の裏側から研磨対象物の温度を直接制御することができる。特に、各圧力室の温度を独立に制御することとすれば、ＣＭＰにおける化学的研磨の化学反応速度を制御することが可能となる。
【００５９】
次に、このように構成されたトップリング１の動作について詳細に説明する。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。研磨対象となる半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合は圧力室２３を、３００ｍｍの場合は圧力室２４を流体路３４又は流体路３５を介して圧力調整部１２０に接続する。そして、圧力調整部１２０を介して圧力室２３又は圧力室２４を真空引きする。この圧力室２３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の側端部はリテーナリング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、若しくは半導体ウェハＷが横ズレしないようになっている。
【００６０】
次いで、圧力室２３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７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７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２２，２３，２４，２５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７の伸縮部４０ａ，４０ｂが伸張するため、エッジメンブレン７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。
【００６１】
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７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。
【００６２】
また、エッジメンブレン７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７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。
【００６３】
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２２，２３，２４，２５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２２，２３，２４，２５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２２，２３，２４，２５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。
【００６４】
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、圧力室２２，２３，２４，２５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。そして、研磨が終了した際は、圧力室２２，２３，２４，２５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。
【００６５】
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。
【００６６】
ところで、エッジメンブレン７の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液Ｑが浸入してくるが、この研磨液Ｑが固着すると、ホルダーリング５、チャッキングプレート６、及びエッジメンブレン７などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３０を介して環状の洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液Ｑの固着が防止される。この純水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置について図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、外周壁部９ａの伸縮部４０ａは、外周壁部９ａの上端の近くに設けられている。また、エッジリング４の外周面には、伸縮部４０ａを収容する環状の収容溝４ａが周方向に沿って形成されている。この収容溝４ａは、図５（ｂ）に示すように、伸縮部４０ａが下方に伸張したときでも伸縮部４０ａとエッジリング４とが接触しない程度の幅を有している。また、エッジリング４には、外当接部（当接部）８ａの上面に接触して外当接部８ａを半導体ウェハＷの外周縁部に対して押圧する押圧部材４５が設けられている。この押圧部材４５の下面には、径方向に延びる複数の溝４６が形成されており、流体路３３を介して圧力室２２に供給された加圧流体がこれらの溝４６を介して外当接部（当接部）８ａの上面に供給されるようになっている。なお、本実施形態においては、押圧部材４５はエッジリング４と一体的に形成されているが、この押圧部材４５を別部材として構成してもよい。
【００６９】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る基板保持装置の動作について説明する。なお、特に説明しない動作については、上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
トップリング１により半導体ウェハＷを研磨面上に載置した後、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及びエッジリング４を下降させる。このとき、押圧部材４５の下面を外当接部（当接部）８ａの上面に接触させ、この押圧部材４５により外当接部８ａを半導体ウェハＷに対して所定の圧力で押圧する。これにより、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷとが十分に密着される。この状態で、各圧力室２２，２３，２４，２５に加圧流体を供給する。
【００７０】
流体路３３を介して圧力室２２に導入された加圧流体は、溝４６を介して外当接部８ａの上面に速やかに供給される。従って、加圧流体が圧力室２２に供給されると同時に、この加圧流体によって外当接部８ａが半導体ウェハＷに対して押圧される。加圧流体の供給に伴ってチャッキングプレート６は上昇し、外周壁部９ａに設けられた伸縮部４０ａ及び内周壁部９ｂに設けられた伸縮部４０ｂが伸張する。このとき、伸縮部４０ａは、エッジリング４に設けられた収容溝４ａの内部で変形するためエッジリング４との接触が防止され、これにより、良好な伸縮性が確保される。このようにして、各圧力室２２，２３，２４，２５によって半導体ウェハＷを研磨面に対して押圧しながら、半導体ウェハＷが研磨される。
【００７１】
このように構成された基板保持装置によれば、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を半導体ウェハＷに密着させることができるため、圧力室２２に供給された加圧流体の漏洩を防止することができる。また、加圧流体を溝４６を介して速やかに外当接部８ａの上面に供給することができ、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を押圧した状態で加圧流体による外当接部８ａの押圧を開始することができる。さらに、伸縮部４０ａを外周壁部９ａの上端近傍に位置させたことにより、この外周壁部９ａの伸縮性を高めることができると共に、周方向へのねじれが防止され、エッジメンブレン７に常に同じ挙動をさせることができる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施形態におけるエッジメンブレン７について図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図であり、図６（ｂ）は本発明の第３の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第２の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００７３】
図６（ａ）に示すように、押圧部材４５が接触する外当接部（当接部）８ａの上面には周方向に沿って肉厚部４８が形成されている。この肉厚部４８は略円弧状の断面形状を有している。また、外当接部８ａの強度を補強するための補強部材５０が外当接部８ａに埋設されている。押圧部材４５の下面には段差が設けられており、下方に位置する第１押圧面４５ａは外当接部８ａに接触し、上方に位置する第２押圧面４５ｂは肉厚部４８に接触するようになっている。第１押圧面４５ａ及び第２押圧面４５ｂには、径方向に延びる複数の溝４６ａ，４６ｂがそれぞれ形成されている。これらの溝４６ａ，４６ｂを設けたことによって、上述した第２の実施形態と同様に、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を押圧させた状態で加圧流体による外当接部（当接部）８ａの押圧を開始することができる。
【００７４】
本実施形態によれば、押圧部材４５が接触する外当接部８ａに肉厚部４８を形成し、さらに、外当接部８ａに補強部材５０を埋設したことにより、外当接部８ａの強度が高められ、これにより、押圧部材４５により外当接部８ａを半導体ウェハＷに対して押圧したときに外当接部８ａが周方向にねじれてしまうことを防止することができる。従って、エッジメンブレン７と半導体ウェハＷとの間の密着性を良好に維持することができ、加圧流体の漏洩を防止することができる。
【００７５】
また、肉厚部４８の断面形状を略円弧状としたことにより、圧力室２２に浸入した研磨液が肉厚部４８で固着しにくくなり、さらには、押圧部材４５の下面（第２押圧面４５ｂ）と肉厚部４８との密着性を弱めて押圧部材４５を肉厚部４８から離れやすくすることができる。なお、当接部８を補強する手段として、肉厚部４８又は補強部材５０のいずれか一方のみを用いてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、肉厚部４８の断面形状は、三角形状であってもよい。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置について図７を参照して説明する。図７は本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第３の実施形態と同様である。本実施形態に係る基板保持装置と第３の実施形態に係る基板保持装置との構成上の相違点は、押圧部材の下面に溝を設ける代わりに、加圧流体を当接部の上面に供給するための流体供給口をエッジリングに設けた点である。
【００７７】
図７に示すように、エッジリング４の内部には、流体路３３に連通される通孔１８０が形成されている。この通孔１８０は、３つの開口部、即ち、外当接部（当接部）８ａに向けて開口する第１開口部（流体供給口）１８０ａと、内周壁部９ｂの伸縮部４０ｂに向けて開口する第２開口部１８０ｂと、エッジリング４の外周面で開口する第３開口部１８０ｃとを有している。流体路３３を介して通孔１８０に導入された加圧流体は、エッジリング４の内部において３方向に分岐され、第１開口部１８０ａから外当接部８ａの上面に、第２開口部１８０ｂから内周壁部９ｂの伸縮部４０ｂに、そして、第３開口部１８０ｃから外周壁部９ａの裏面に供給される。
【００７８】
このような構成により、押圧部材４５により外当接部８ａが押圧された状態で、加圧流体が外当接部８ａの上面に供給される。従って、上述した第３の実施形態と同様に、押圧部材４５によりエッジメンブレン７を押圧させた状態で加圧流体による外当接部（当接部）８ａの押圧を開始することができる。
【００７９】
次に、本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンについて図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図８（ｂ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。
【００８０】
第１の実施形態におけるエッジメンブレンでは、周壁部の一部を周方向に沿って折り曲げることによって伸縮部が構成されているが、図８（ａ）に示すように、周壁部９を当接部８よりも軟質の材料で形成することによって伸縮部４０を構成してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、周壁部９を当接部８よりも薄肉に形成することによって伸縮部４０を構成してもよい。これらの構成例によっても、上述した実施形態の伸縮部と同様に、周壁部９を上下方向に、即ち、半導体ウェハに対して垂直方向に伸縮させることが可能となる。
【００８１】
次に、本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンについて図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図９（ｂ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンの伸縮性を説明するための参考図である。なお、本実施形態におけるエッジメンブレンの基本的構成は第２の実施形態におけるエッジメンブレンと同様である。
【００８２】
図９（ａ）に示すように、伸縮部４０の折り曲げ箇所７１、及び周壁部９と当接部８との結合箇所７２は、いずれも略円弧状の断面形状を有している。図９（ｂ）に示すように、部材同士の結合箇所が角型の断面形状の場合、一般に、これらの部材を上下に伸張させた後においても上記結合箇所に角型の断面形状が残留し、伸張性が阻害される。一方、部材同士の結合箇所が略円弧状の断面形状の場合、上記結合箇所が柔軟に変形し、良好な伸張性を得ることができる。従って、上述のような構成とすることで、伸縮部４０を含む周壁部９をスムーズに伸張させることができる。
【００８３】
次に、本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンについて図１０（ａ）乃至図１０（ｅ）を参照して説明する。図１０（ａ）は本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図１０（ｂ）乃至図１０（ｅ）は、それぞれ本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。なお、本実施形態におけるエッジメンブレンの基本的構成は第２の実施形態におけるエッジメンブレンと同様である。
【００８４】
一般に、研磨時においては、トップリングに保持された半導体ウェハと研磨面との間には摩擦力が生じるため、エッジメンブレンが周方向にねじれてしまい、エッジメンブレンと半導体ウェハとの密着性が損なわれるおそれがある。そこで、このようなエッジメンブレンのねじれを防止するために、図１０（ａ）乃至図１０（ｅ）に示すエッジメンブレン７では、いずれも、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位の強度が高められている。
【００８５】
より具体的には、図１０（ａ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位が当接部８よりも硬質の材料で形成されている。図１０（ｂ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位が当接部８よりも肉厚に形成されている。図１０（ｃ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位に、エッジメンブレン７よりも硬度が高い硬質部材９６が埋設されている。図１０（ｄ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位には、エッジメンブレン７よりも硬度が高い硬質部材９６が固着されている。図１０（ｅ）に示すエッジメンブレン７では、周壁部９の伸縮部４０よりも下方に位置する部位にエッジメンブレン７よりも硬質の材料９７がコーティングされている。なお、上記硬質部材９６としては、防錆性に優れたステンレスなどの金属や、樹脂などが好適に使用される。上述のように構成されたエッジメンブレン７によれば、研磨時におけるエッジメンブレン７の周方向へのねじれが防止され、エッジメンブレン７と半導体ウェハとの密着性を良好に維持することが可能になる。
【００８６】
次に、本発明の第８の実施形態に係る基板保持装置について図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は本発明の第８の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００８７】
図１１（ａ）に示すように、外周壁部９ａは、外当接部８ａに近接した位置で周方向に沿って径方向内側に折り曲げられており、これにより、伸縮部４０ａが構成されている。この伸縮部４０ａはエッジリング４の下方に設けられている。外周壁部（周壁部）９ａの径方向外側には、エッジメンブレン７とリテーナリング３との接触を防止するための保護部材１９０が設けられている。なお、この保護部材１９０は、チャッキングプレート６の外周縁部においてチャッキングプレート６と一体的に形成されているが、別部材として設けてもよい。このような構成により、エッジメンブレン７とチャッキングプレート６との接触が防止され、チャッキングプレート６の上下動作をスムーズにすることができる。
【００８８】
次に、本発明の第９の実施形態に係る基板保持装置について説明する。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００８９】
当接部８を構成する外当接部８ａ及び内当接部８ｂの上面には、複数の微小な凹凸（図示せず）が形成されている。このような凹凸を形成する加工法としては、例えばしぼ加工が好適である。ここで、しぼ加工とは、被加工物の表面に規則的あるいは不規則的な凹凸を形成して粗面加工を施す加工法である。このような凹凸を外当接部８ａ及び内当接部８ｂの上面に形成することによって、チャッキングプレート６と内当接部８ｂとの密着性を弱めることができる。これにより、チャッキングプレート６が上昇するときに、エッジメンブレン７の内当接部８ｂがチャッキングプレート６と共に上昇してしまうことが防止される。また、上述した第２の実施形態のように押圧部材４５を外当接部８ａに接触させる場合にも、押圧部材４５を外当接部８ａから容易に離すことができる。なお、当接部８を構成する外当接部８ａ及び内当接部８ｂの下面にも、複数の微小な凹凸が形成されている。これにより、研磨終了後に基板をエッジメンブレン７から容易にリリースすることができる。
【００９０】
上述の実施形態では、流体路３２，３３，３４，３５，３６をそれぞれ別個に設けたが、これらの流体路を統合したり、各圧力室同士を連通させたりするなど、半導体ウェハＷに加えるべき押圧力の大きさや加える位置により自由に改変することが可能である。また、上述した実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００９１】
上述した実施形態においては、研磨パッドにより研磨面が形成されることとしたが、これに限られるものではない。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されたものである。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以下の酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、バインダにはエポキシ樹脂を用いる。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。その他の硬質の研磨面としては、上述したＩＣ−１０００がある。
【００９２】
次に、本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置について図１２（ａ）乃至図１４を参照して説明する。図１２（ａ）は本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置の一部を示す断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ線矢視図である。図１３は図１２（ａ）のＢ線矢視図であり、図１４は本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置が備える中間エアバッグの斜視図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００９３】
中間エアバッグ２００を構成する中間メンブレン２０１（弾性部材、第１の実施形態における弾性膜９１に相当）は、半導体ウェハＷに当接する中間当接部２０２を備えている。この中間当接部２０２は、外中間当接部２０２ａと内中間当接部２０２ｂとを備えており、外中間当接部２０２ａは内中間当接部２０２ｂの半径方向外側に配置されている。外中間当接部２０２ａ及び内中間当接部２０２ｂ（以下、総称するときは単に中間当接部２０２という）は、圧力室２３から外側に張り出したノーズ２０５ａ，２０５ｂ（第１の実施形態におけるつば９１ａに相当）と圧力室２３の内側に配置される基部２０６ａ，２０６ｂとをそれぞれ備えている。
【００９４】
また、中間メンブレン２０１は、ノーズ２０５ａ，２０５ｂに接続され、中間当接部２０２と略平行に延びる延出部２０３ａ，２０３ｂと、延出部２０３ａ，２０３ｂの端部から上方に延びて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２０４ａ，２０４ｂとを更に有している。圧力室２３は、中間メンブレン２０１、エアバッグホルダー９２、及び半導体ウェハＷによって画成されている。
【００９５】
図１３及び図１４に示すように、それぞれのノーズ２０５ａ，２０５ｂは、複数の円弧状の切欠き（剥離促進部）２１０を有しており、これらの切欠き２１０はノーズ２０５ａ，２０５ｂの周縁部において周方向に沿って等間隔に形成されている。図１３に示すように、切欠き２１０が形成されている中間当接部２０２の部位２０２ｃは、中間当接部２０２の他の部位よりも半導体ウェハＷとの密着性が低い材料から形成されている。また、この部位２０２ｃの表面（半導体ウェハＷに当接する面）にはしぼ加工（梨地加工，ブラスト加工）が施されている。なお、しぼ加工を中間当接部２０２の表面全体に施してもよい。ここで、しぼ加工とは、部材の表面に微小な凹凸を形成することを意味する。
【００９６】
ノーズ２０５ａ，２０５ｂの周縁部には、上方に窪んだ窪み部（剥離促進部）２２５が形成されている。図１２（ｂ）に示すように、窪み部２２５と半導体ウェハＷとの間には隙間２２６が形成されている。圧力室２３，２４，２５（図２参照）に加圧流体を供給したときには、窪み部２２５は半導体ウェハＷの上面に密着し、これにより圧力室２３の気密性が得られる。このとき、隙間２２６は形成されない。一方、圧力室２３，２４，２５内を、例えば大気圧にまで減圧させたときには、窪み部２２５は半導体ウェハＷの上面から離間する。窪み部２２５が形成される位置は、チャッキングプレート６が下降したときに、チャッキングプレート６の下部が窪み部２２５に当接する位置であることが好ましい。このような位置では、チャッキングプレート６により窪み部２２５が下方に押圧され、圧力室２３内をシールすることができる。なお、本実施形態では、窪み部２２５はそれぞれの切欠き部２１０に形成されているが、窪み部２２５の形成箇所は切欠き部２１０の位置に限定されるものではない。
【００９７】
次に、上述のように構成されたトップリング（基板保持装置）の半導体ウェハをリリースするときの動作について図２を参照して説明する。研磨工程が終了した後、圧力室２２，２３，２４，２５への加圧流体の供給を止め、各圧力室２２，２３，２４，２５を大気圧に開放する。次いで、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、当接部８（図４参照）及び中間当接部２０２（図１２（ａ）参照）を半導体ウェハＷの上面に均一に密着させる。この状態で、圧力室２３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。
【００９８】
次に、トップリング１を移動させて研磨テーブル１００（図１参照）からオーバーハングさせ、その位置で圧力室２１に負圧を形成してチャッキングプレート６を上昇させる。なお、トップリング１を移動させる（オーバーハングさせる）ときに圧力室２１に負圧を形成するようにしてもよい。その後、トップリング１を上昇させ、移送位置に配置された図示しないプッシャー（基板昇降装置）の上に移動させ、圧力室２３又は圧力室２４による真空吸着を解除する。
【００９９】
そして、流体路３５もしくは流体路３４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）を噴射する。なお、半導体ウェハＷの直径が３００ｍｍの場合には流体路３５から流体を噴射し、半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合には流体路３４から流体を噴射する。そして、流体が半導体ウェハＷに噴射されると、中間当接部２０２は、切欠き２１０及び窪み部２２５を起点として半導体ウェハＷから剥がれ始め、これにより圧力室２３内に周囲雰囲気の気体が入り込む。従って、中間当接部２０２によって形成された圧力室２３内のシール状態が破壊され、半導体ウェハＷが中間エアバッグ２００から速やかにリリースされる。このように、中間当接部２０２に切欠き（半径方向において幅の短い部位）２１０を設けることによって半導体Ｗから中間当接部２０２、特にノーズ２０５ａ，２０５ｂを容易に剥離させることができ、中間エアバッグ２００から半導体ウェハＷを速やかにリリースすることができる。
【０１００】
また、中間当接部２０２の一部を密着性の低い材料から形成し、さらに、中間当接部２０２の一部にしぼ加工を施したことにより、中間エアバッグ２００から半導体ウェハＷを良好にリリースすることができる。なお、流体路３５から流体を噴射すると同時に、半導体ウェハＷと中間当接部２０２との間に純水などの流体を供給することが好ましい。これにより、半導体ウェハＷを中間エアバッグ２００から更に良好にリリースことができる。
【０１０１】
次に本発明の第１１の実施形態に係る基板保持装置について図１５を参照して説明する。図１５は本発明の第１１の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材を示す裏面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１及び第１０の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【０１０２】
図１５に示すように、弾性部材は、最外周側に配置されるエッジメンブレン７と、エッジメンブレン７の半径方向内側に配置される中間メンブレン２０１とを備えている。エッジメンブレン７を構成する内当接部８ｂの内周縁部、外中間当接部２０２ａのノーズ２０５ａ、及び内中間当接部２０２ｂのノーズ２０５ｂには、それぞれ切欠き２１０が形成されている。このような構成により、流体路３５もしくは流体路３４（図２参照）からの流体の供給に伴ってエッジメンブレン７及び中間メンブレン２０１を半導体ウェハＷから速やかに剥がすことができる。なお、半導体ウェハＷの直径が３００ｍｍの場合には流体路３５から流体を噴射し、半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合には流体路３４から流体を噴射する。この場合において、流体路３５もしくは流体路３４から流体を噴射すると同時に、半導体ウェハＷと当接部８及び中間当接部２０２との間に純水などの流体を供給することが好ましい。
【０１０３】
次に、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置について図１６乃至図１９を参照して説明する。図１６は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第１例を示す裏面図である。図１７は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第２例を示す裏面図である。図１８は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第３例を示す裏面図である。図１９は、本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第４例を示す裏面図である。なお、特に説明しない構成及び動作については上述した第１及び第１０の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【０１０４】
図１６乃至図１９に示すように、弾性部材は、最外周側に配置されるエッジメンブレン７と、エッジメンブレン７の半径方向内側に配置される中間メンブレン２０１とを備えている。図１６に示す本実施形態に係る第１例では、エッジメンブレン７の当接部８と中間メンブレン２０１の中間当接部２０２とは、複数の連結部（剥離促進部）２２０を介して互いに連結されている。すなわち、当接部８の内当接部８ｂと外中間当接部２０２ａのノーズ２０５ａとは、連結部２２０を介して互いに連結されている。連結部２２０はノーズ２０５ａの周縁部から半径方向に延び、周方向に沿って等間隔に配置されている。
【０１０５】
図１７に示す本実施形態に係る第２例では、内当接部８ｂと外中間当接部２０２ａとは、環状の連結部２２０を介して一体的に連結されており、これにより内当接部８ｂ、外中間当接部２０２ａ、及び連結部２２０は環状の一体部材として形成されている。
【０１０６】
図１８に示す本実施形態に係る第３例では、内当接部８ｂとノーズ２０５ａとは、半径方向に延びる複数の連結部２２０を介して互いに連結されている。連結部２２０と内当接部８ｂとの接合部、及び連結部２２０とノーズ２０５ａとの接合部には、この部位での応力集中を防止するためのフィレット（隅肉部）２３０が形成されている。
【０１０７】
図１９に示す本実施形態に係る第４例では、内当接部８ｂとノーズ２０５ａとは、半径方向に対して斜めに延びる複数の連結部２２０を介して互いに連結されている。
【０１０８】
図１６乃至図１９に示す構成において、ノーズ２０５ａの伸びが連結部２２０によって規制されるため、ノーズ２０５ａが半導体ウェハＷの下方への動きに伴って伸びてしまうことが防止される。従って、流体路３５若しくは流体路３４から流体を噴射することによって半導体ウェハＷを弾性部材（エッジメンブレン７及び中間メンブレン２０１）から速やかにリリースさせることができる。この場合において、半導体ウェハＷの直径が３００ｍｍの場合には流体路３５から流体を噴射し、半導体ウェハＷの直径が２００ｍｍの場合には流体路３４から流体を噴射する。この時、半導体ウェハＷと当接部８及び中間当接部２０２との間に純水などの流体を供給することが好ましい。なお、本実施形態において内当接部８ｂとノーズ２０５ａの周縁部とを連結部２２０によって連結した理由は、外中間当接部２０２ａのノーズ２０５ａが半導体ウェハＷから最も剥がれにくいことが実験的に判明しているからである。
【０１０９】
これまで本発明の一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。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下動部材（チャッキングプレート）の上昇に追従して伸縮部が下方に伸張するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。従って、弾性部材と基板との接触範囲を一定に保つことが可能になり、基板の全面に亘って均一な押圧力を得ることが可能となる。
【０１１１】
また、リテーナリングが磨耗して上下動部材と基板との距離が変化した場合でも、距離の変化に追従して伸縮部が収縮するため、基板に当接している当接部の形状を保持することができる。これにより、基板の中心から外周部に至るまで均一な圧力で基板を押圧することができ、基板の全域に亘って均一な研磨レート、即ち、研磨プロファイルを実現することが可能となる。さらに、リテーナリングの磨耗に追従して伸縮部が収縮するため、磨耗が進んだリテーナリングを交換することなく、そのまま使用することが可能となる。
【０１１２】
さらに本発明によれば、流体を基板の上面に噴射させることによって、剥離促進部を起点として当接部を基板から速やかに剥がすことが可能となる。従って、基板を流体圧などで損傷させることなくプッシャーなど基板昇降装置に受け渡すことができる。また、基板の種類、特に、基板の裏面（上面）に形成される膜の種類に影響を受けることなく、基板を弾性部材から良好にリリースすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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）乃至図３（ｃ）は、図２の中間エアバッグを示す拡大断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１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４（ｂ）及び図４（ｃ）は図２に示す基板保持装置の部分断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図であり、図６（ｂ）は本発明の第３の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図８（ｂ）は本発明の第５の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図９（ｂ）は本発明の第６の実施形態におけるエッジメンブレンの伸縮性を説明するための参考図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンを示す断面図であり、図１０（ｂ）乃至図１０（ｅ）は、それぞれ本発明の第７の実施形態におけるエッジメンブレンの他の構成例を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は本発明の第８の実施形態に係る基板保持装置を示す部分断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置の一部を示す断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ線矢視図である。
【図１３】図１３は図１２（ａ）のＢ線矢視図である。
【図１４】本発明の第１０の実施形態に係る基板保持装置が備える中間エアバッグの斜視図である。
【図１５】本発明の第１１の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材を示す裏面図である。
【図１６】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第１例を示す裏面図である。
【図１７】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第２例を示す裏面図である。
【図１８】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第３例を示す裏面図である。
【図１９】本発明の第１２の実施形態に係る基板保持装置が備える弾性部材の第４例を示す裏面図である。
【図２０】図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は従来の基板保持装置を示す部分断面図である。
【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
２ｃ シール部
２ｄ 球面状凹部
３ リテーナリング
４ エッジリング
４ａ 収容溝
５ ホルダーリング
６ チャッキングプレート（上下動部材）
６ｃ 突起
７ エッジメンブレン（弾性部材）
８ 当接部
８ａ 外当接部
８ｂ 内当接部
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
１１ａ 球面状凹部
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 圧力室
３０，３２，３３，３４，３５，３６ 流体路
４０，４０ａ，４０ｂ 伸縮部
４５ 押圧部材
４６，４６ａ，４６ｂ 溝
４８ 肉厚部
５０ 補強部材
５１ 洗浄液路
５３ 連通孔
７１ 折り曲げ箇所
７２ 結合箇所
８０，９１ 弾性膜
９１ａ つば
９１ｂ 中間当接部
９１ｃ 基部
９１ｄ 延出部
９１ｅ 接続部
９１ｆ 開口
９２ エアバッグホルダー
９３ 凹部
９６ 硬質部材
９７ 硬質の材料
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 圧力調整部
１８０ 通孔
１８０ａ 第１開口部（流体供給口）
１８０ｂ 第２開口部
１８０ｃ 第３開口部
１９０ 保護部材
２００ 中間エアバッグ
２０１ 中間メンブレン（弾性部材）
２０２ 中間当接部
２０２ａ 外中間当接部
２０２ｂ 内中間当接部
２０３ａ，２０３ｂ 延出部
２０４ａ，２０４ｂ 接続部
２０５ａ，２０５ｂ ノーズ
２０６ａ，２０６ｂ 基部
２１０ 切欠き（剥離促進部）
２２０ 連結部（剥離促進部）
２２５ 窪み部（剥離促進部）
２２６ 隙間
２３０ フィレット
Ｇ 間隙
Ｑ 研磨液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ レギュレータ
Ｗ 半導体ウェハ

Claims (28)

1. 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であって、
   上下方向に移動可能な上下動部材と、
   前記基板に当接する弾性部材とを備え、
   前記弾性部材は、前記基板の外周縁部に当接する当接部と、該当接部から上方に延びて前記上下動部材に接続される周壁部とを備え、
   前記周壁部は、上下方向に伸縮自在な伸縮部を有することを特徴とする基板保持装置。
2. 前記周壁部は、外周壁部と、該外周壁部よりも径方向内側に配置された内周壁部とから構成され、前記伸縮部は、前記外周壁部及び前記内周壁部のうち少なくとも一方に設けられ、前記当接部は、前記外周壁部と前記内周壁部との間において分断されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記伸縮部は、前記周壁部の所定の部位を周方向に沿って折り曲げることにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
4. 前記伸縮部の折り曲げ箇所は、略円弧状の断面形状を有することを特徴とする請求項３に記載の基板保持装置。
5. 前記伸縮部は、前記当接部よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
6. 前記伸縮部は、前記周壁部の所定の部位を前記当接部よりも薄肉に形成することにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
7. 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であって、
   上下方向に移動可能な上下動部材と、
   前記基板に当接する弾性部材とを備え、
   前記弾性部材は、前記基板の外周縁部に当接する当接部と、該当接部から上方に延びて前記上下動部材に接続される周壁部とを備え、
   前記周壁部は、外周壁部と、該外周壁部よりも径方向内側に配置された内周壁部とから構成され、前記当接部は、前記外周壁部と前記内周壁部との間において分断されていることを特徴とする基板保持装置。
8. 前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位は、前記当接部よりも硬質の材料で形成されてい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。
9. 前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位は、前記当接部よりも肉厚に形成されてい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。
10. 前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位には、前記弾性部材よりも硬度が高い硬質部材が埋設されてい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。
11. 前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位の表面には、前記弾性部材よりも硬度が高い硬質部材が固着されてい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。
12. 前記周壁部の前記伸縮部よりも下方に位置する部位の表面には、前記弾性部材よりも硬質の材料がコーティングされてい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。
13. 前記当接部の上面に接触して前記当接部を前記基板に対して押圧する押圧部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の基板保持装置。
14. 前記押圧部材の下面に、径方向に延びる複数の溝を形成したことを特徴とする請求項１３に記載の基板保持装置。
15. 前記当接部の上面に流体を供給する流体供給口を前記押圧部材の下面に形成したことを特徴とする請求項１３に記載の基板保持装置。
16. 前記押圧部材と接触する前記当接部の上面に、周方向に延びる肉厚部を設けたことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の基板保持装置。
17. 前記肉厚部は、略三角形状又は略円弧状の断面形状を有することを特徴とする請求項１６に記載の基板保持装置。
18. 前記当接部に補強部材を埋設したことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の基板保持装置。
19. 前記当接部の上面に複数の凹凸を形成したことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の基板保持装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の基板保持装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置。
21. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の基板保持装置に研磨対象物である基板を保持させ、
    研磨面を有する研磨テーブルに前記基板を載置し、
    前記上下動部材を下降させ、
    前記当接部を前記基板に押圧しながら、前記上下動部材、前記弾性部材、及び前記基板とにより画成される圧力室に加圧流体を供給し、
    前記基板を前記研磨面に摺接させて前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
22. 基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置であって、前記基板とチャッキングプレートとの間に圧力室を形成するための弾性部材を備え、
    前記弾性部材の前記基板と接する当接部は、前記弾性部材の前記基板からの剥離を促進させる剥離促進部を有することを特徴とする基板保持装置。
23. 前記剥離促進部は、前記当接部の周縁部に形成された切欠きであることを特徴とする請求項２２に記載の基板保持装置。
24. 前記当接部の一部は、前記弾性部材を形成する材料よりも前記基板との密着性が弱い材料から形成されていることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の基板保持装置。
25. 前記当接部の全面又は一部には、しぼ加工が施されていることを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の基板保持装置。
26. 前記剥離促進部は、前記当接部の周縁部と、他の圧力室を形成する前記弾性部材とを連結する連結部であることを特徴とする請求項２２に記載の基板保持装置。
27. 前記剥離促進部は、前記当接部の一部が上方に窪んだ窪み部であり、前記圧力室に加圧流体を供給したときに前記窪み部は前記基板に密着することを特徴とする請求項２２に記載の基板保持装置。
28. 請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載の基板保持装置と、研磨面を有する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置。

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