CN103659579B

CN103659579B - 弹性膜以及基板保持装置

Info

Publication number: CN103659579B
Application number: CN201310383365.2A
Authority: CN
Inventors: 福岛诚; 安田穗积; 锅谷治; 富樫真吾
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: TWI595970B; TW201412459A; US20140065934A1; US9884401B2; KR101969600B1; EP2703122A2; JP6158637B2; CN103659579A; JP2014061587A; KR20140029231A

Abstract

本发明提供一种能减小沿着基板的半径方向同心状扩展的加压区域内的研磨速度分布的范围，提高基板的研磨面的面内均匀性，提高成品率的弹性膜以及基板保持装置。弹性膜（10）具有区隔形成对基板（W）加压的多个加压区域（CA、EA、MA1～MA6）的、同心圆状配置的多个周壁（10a～10h），形成在位于中央的圆板状的中央加压区域（CA）与位于最外周的圆环状的边缘加压区域（EA）之间的多个中间加压区域（MA1～MA6）内的至少一个中间加压区域、例如中间加压区域（MA5、MA6）的半径方向区域宽度被设定为：即使改变区域宽度研磨速度响应宽度也不改变的范围内的区域宽度。

Description

弹性膜以及基板保持装置

技术领域

本发明涉及在将半导体晶片等基板研磨使其平坦的研磨装置中对该基板加以保持将其按压于研磨面上的基板保持装置所使用的弹性膜。又，本发明涉及具有该弹性膜的基板保持装置。

背景技术

近年来，随着半导体器件的高集成化、高密度化，电路的配线越来越微细化，多层配线的层数也在增加。想要一边谋求电路微细化一边实现多层配线时，沿袭下侧层的表面凹凸但梯级差变得更大，因此随着配线层数的增加，薄膜形成中的对阶梯形状的膜覆盖性（阶梯覆盖；Step coverage）变坏。从而，为了形成多层配线，必须改善上述阶梯覆盖，用适当的过程进行平坦化处理。又由于在影印微细化的同时焦点深度变小，有必要对半导体器件的表面实施平坦化处理，使半导体器件表面的凹凸阶梯差在焦点深度以下。

从而，在半导体器件的制造工序中半导体器件的表面平坦化技术越来越变得重要。该平坦化技术中最重要的技术是化学性机械研磨（CMP（Chemical MechanicalPolishing））。这种化学性机械研磨是使用研磨装置，向研磨垫等研磨面上提供含二氧化硅（SiO₂）等磨料的研磨液，同时使半导体晶片等基板与研磨面滑动接触进行研磨的方法。

这种研磨装置具备具有由研磨垫构成的研磨面的研磨台、以及保持半导体晶片等基板的基板保持装置。使用这样的研磨装置进行半导体晶片的研磨的情况下，一边利用基板保持装置保持半导体晶片一边使该半导体晶片以规定的压力按压研磨面。这时使研磨台与基板保持装置相对运动以使半导体晶片与研磨面滑动接触，将半导体晶片的表面研磨为平坦的镜面。

在这样的研磨装置中，在半导体晶片的整个面上半导体晶片的研磨速度不均等的情况下，基于半导体晶片的各部分的研磨速度，会产生研磨不足或研磨过度。因此已知有在基板保持装置的下部设置用弹性膜区隔形成的多个同心状的压力室，能够通过分别控制提供给该各压力室的加压流体的压力，对与各压力室对应的沿半导体晶片的半径方向的各加压区域以不同的压力将半导体晶片按压在研磨面上的研磨装置。

图1表示上述研磨装置的基板保持装置的一个例子。如图1所示，这种基板保持装置具备装置主体200、护圈（Retainer ring）202、以及设置于装置主体200的下表面的弹性膜204。在弹性膜204的上表面设置同心状配置的多个（图中表示出4个）周壁204a、204b、204c、204d，利用这些周壁204a～204d，在弹性膜204的上表面与主体装置200的下表面之间，分别形成位于半导体晶片W的中央的圆形的中央压力室206、位于最外周的环状的边缘压力室208、以及位于中央压力室206与边缘压力室208之间的两个环状的中间压力室210、212。

借助于此，半导体晶片W以被由与中央压力室206对应的圆形的中央加压区域CA、与边缘压力室208对应的环状的边缘加压区域EA、以及与中间压力室210、212对应的环状的两个中间加压区域MA1、MA2构成的弹性膜204上的4个加压区域区隔的状态被保持于基板保持装置。

在装置主体200内分别形成与中央压力室206连通的流路214、与边缘压力室208连通的流路216、以及分别与中间压力室210、212连通的流路218、220。而且各流路214、216、218、220分别通过流路222、224、226、228连接于流体供给源230。又，在流路222、224、226、228上分别设置有开闭阀V10、V11、V12、V13和压力调节器R10、R11、R12、R13。

压力调节器R10～R13分别具有调整从流体供给源230向各压力室206、208、210、212提供的加压流体的压力的压力调整功能。压力调节器R10～R13以及开闭阀V10～V13连接于控制装置232，它们的动作由控制装置232进行控制。

借助于此，在利用基板保持装置支持半导体晶片W的状态下分别对提供给各压力室206、208、210、212的加压流体的压力进行控制，这样能够以对沿半导体晶片W的半径方向的弹性膜204上的各加压区域CA、EA、MA1、MA2分别不同的压力将半导体晶片W按压在研磨面（未图示）上。

为了能够将形成于弹性膜204上表面的压力室206、208、210、212的流体压力高效率地传递给半导体晶片W，直到半导体晶片W的端部都以均匀的压力按压半导体晶片，弹性膜204通常使用橡胶等柔软的材料。

以具有这样的结构的基板保持装置保持半导体晶片并将其按压于研磨面进行研磨的情况下，对相互相邻的压力室提供不同压力的加压流体时，在相互相邻的加压区域之间按压基板的按压压力（研磨压力）也发生阶梯状的级差，结果研磨形状（研磨轮廓）也发生阶梯状的级差。在这种情况下，提供给相互相邻的两个压力室的加压流体的压力差大时，在相互相邻的两个加压区域，研磨形状（研磨轮廓）的阶梯状级差也相应于按压基板的压力差变大。

因此，本申请的申请人在日本特开2009－131920号公报（专利文献1）中提出了以跨在相互相邻的两个压力室上的形态，在弹性膜上设置由比弹性膜刚性高（纵弹性系数大）的材料构成的膜片（Diaphragm）的方案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009—131920号公报

发明内容

发明所要解决的课题

图2是表示使用图1所示的基板保持装置保持半导体晶片，使提供给各压力室206、208、210、212的加压流体的压力均匀化对半导体晶片进行研磨时，半导体晶片的半径方向位置与研磨速度之间的关系的曲线图。在图2中，如实线A所示，存在越是往半导体晶片的半径方向外方，研磨速度逐渐变慢的情况。在图2的半导体晶片的半径方向位置上，沿半导体晶片的半径方向的区域CA、MA1、MA2分别对应于图1所示的弹性膜204上的加压区域CA、MA1、MA2。

在这样的情况下，如果想要提高对中间压力室210、212提供的加压流体的压力，提高与中间加压区域MA1、MA2对应的半导体晶片的区域的研磨速度，如图2中一点锁线B所示，与中间加压区域MA1、MA2对应的区域的研磨速度虽然总体上得到提高，但是中间加压区域MA1、MA2内的研磨速度的斜率与提高向中间压力室210、212提供的加压流体的压力之前的实线A所示的研磨速度的斜率大致相等。也就是说，中间加压区域MA1、MA2内的研磨速度在使其斜率大致保持一定的情况下以大致一定的比例平行上升。

因此，半导体晶片面内整个面的研磨速度分布范围（研磨速度的变动范围）虽然可以减小，但是各加压区域内、例如中间加压区域MA1内的沿半导体晶片的半径方向的研磨速度分布的范围（研磨速度的变动范围）即使是加压流体的压力提高也不变小，因此，由于加压区域MA1的半径方向区域宽度的大小的关系，半导体晶片的研磨面的面内均匀性的改善受到限制，成品率的改善效果是有限的。

本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供能够使与沿着基板的半径方向同心状扩展的加压区域对应的基板的区域的研磨速度分布的范围（研磨速度的变动范围）减小，提高基板的研磨面的面内均匀性，提高成品率的研磨装置的基板保持装置所使用的弹性膜。又，本发明的目的在于提供具备那样的弹性膜的基板保持装置。

用于解决课题的手段

为实现上述目的，本发明的弹性膜是使用于保持基板的基板保持装置的弹性膜，上述弹性膜具有区隔形成对基板加压的多个加压区域的、同心圆状配置的多个周壁，形成在位于中央的圆板状的中央加压区域与位于最外周的圆环状的边缘加压区域之间的多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的半径方向区域宽度被设定为：即使改变区域宽度研磨速度响应宽度也不改变的范围内的区域宽度。

以下将各加压区域的半径方向区域宽度称为合适的区域宽度。

上述研磨速度响应宽度是对于各中间加压区域得到的基板的半径方向的区域，计算出在各中间加压区域内以某一压力条件进行研磨的情况下的研磨速度与将上述压力条件改变一定压力进行研磨的情况下的研磨速度的变化量绝对值，并以各中间加压区域内的研磨速度变化量绝对值的最大值为基准，将研磨速度变化量绝对值为最大研磨速度变化量绝对值的20％以上且100％以下的基板的半径方向的区域作为上述研磨速度响应宽度。

作为上述某一压力条件的例子，可以举出例如分别进行调整以使得在各中间加压区域内研磨速度均匀的压力条件等，但不需要必须是以一定的条件调整的压力。

被设定为上述即使改变区域宽度研磨速度响应宽度也不改变的范围内的区域宽度的中间加压区域，是例如上述多个中间加压区域内相互相邻的至少两个中间加压区域。

通过这样将多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域、例如相互相邻的至少两个中间加压区域的区域宽度设定为：即使改变区域宽度研磨速度响应宽度也不改变的范围内的区域宽度，能够减小这样设定区域宽度的中间加压区域内的研磨速度分布的范围，提高基板的研磨面的面内均匀性，提高成品率。

上述弹性膜使用于保持直径300mm的半导体晶片的基板保持装置的情况下，最好是上述多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的区域宽度、或相互相邻的至少两个中间加压区域的各区域宽度被设定为2mm以上且15mm以下。

上述弹性膜在使用于保持直径300mm的半导体晶片的基板保持装置的情况下，上述多个中间加压区域内的位于外周侧的至少一个中间加压区域的区域宽度也可以被设定为2mm以上且15mm以下，位于区域宽度被设定为2mm以上且15mm以下的上述中间加压区域的半径方向内侧的中间加压区域的区域宽度也可以被设定为2mm以上且20mm以下。

上述弹性膜，在使用于保持直径450mm的半导体晶片的基板保持装置的情况下，最好是上述多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的区域宽度、或相互相邻的至少两个中间加压区域的各区域宽度，被设定为2mm以上且26mm以下。

上述弹性膜，在使用于保持直径450mm的半导体晶片的基板保持装置的情况下，最好是上述中间加压区域内的位于外周侧的至少一个中间加压区域的区域宽度被设定为2mm以上且26mm以下，位于区域宽度被设定为2mm以上且26mm以下的上述中间加压区域的半径方向内侧的中间加压区域的区域宽度被设定为2mm以上且34mm以下。

上述弹性膜，在使用于保持厚度t（μｍ）、杨氏模量E（MPa）的半导体晶片的基板保持装置的情况下，最好是上述多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的区域宽度被设定为2mm以上且由下式定义的EWb mm以下，

EWb＝15×（t/775）³×（E/194000）。

本发明的基板保持装置，具有弹性膜和保持该弹性膜的装置主体，在上述弹性膜与上述装置主体的下表面之间形成由上述弹性膜的隔壁分隔的多个压力室，将基板保持于上述弹性膜的下表面，且对上述多个压力室提供加压流体，利用流体压力将基板按压于研磨面，该基板保持装置的特征在于，上述弹性膜具有区隔形成对基板加压的多个加压区域的、同心圆状配置的多个周壁，形成在位于中央的圆板状的中央加压区域与位于最外周的圆环状的边缘加压区域之间的多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的半径方向区域宽度被设定为：即使改变区域宽度研磨速度响应宽度也不改变的范围内的区域宽度。

本发明的基板保持装置，具有弹性膜和保持该弹性膜的装置主体，在上述弹性膜与上述装置主体的下表面之间形成由所述弹性膜的隔壁分隔的多个压力室，将厚度t（μｍ）、杨氏模量E（MPa）的半导体晶片保持于上述弹性膜的下表面，且对上述多个压力室提供加压流体，利用流体压力将半导体晶片按压于研磨面，该基板保持装置的特征在于，上述弹性膜具有区隔形成对半导体晶片加压的多个加压区域的、同心圆状配置的多个周壁，形成在位于中央的圆板状的中央加压区域与位于最外周的圆环状的边缘加压区域之间的多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的半径方向区域宽度被设定为：即使改变区域宽度研磨速度响应宽度也不改变的范围内的区域宽度，上述多个中间加压区域内的至少一个中间加压区域的区域宽度被设定为2mm以上且由下式定义的EWb mm以下，

EWb＝15×（t/775）³×（E/194000）。

发明的效果

如果采用本发明的弹性膜，通过将其使用于研磨基板表面的研磨装置的基板保持装置，能够减小用弹性膜区隔形成的多个加压区域间以及各加压区域内的研磨速度分布的范围（研磨速度变动范围），提高基板研磨面的面内均匀性，提高成品率。

附图说明

图1是已有的基板保持装置的概略图。

图2是参考性地表示用图1所示的基板保持装置保持半导体晶片进行研磨时的沿晶片的半径方向的位置与研磨速度的关系的曲线图。

图3是表示具备本发明的基板保持装置的研磨装置的总体结构的示意图。

图4是表示图3所示的研磨装置所具备的基板保持装置的概略图。

图5是表示使用图3所示的研磨装置对半导体晶片进行研磨时只使提供给一个压力室的加压流体的压力增加20hPa的前后的研磨速度（任意单位）与沿着半导体晶片的半径方向的位置的关系的曲线图。

图6是加压区域的研磨速度响应宽度的定义的说明所用的曲线图。

图7是表示加压区域的区域宽度与研磨速度响应宽度之间的关系的曲线图。

图8是表示区域宽度比较宽的三个中间加压区域相互相邻的情况下的，中间加压区域与对应于该中间加压区域的研磨速度响应宽度的关系的图。

图9是表示区域宽度比较小的三个中间加压区域相互相邻的情况下的，中间加压区域与对应于该中间加压区域的研磨速度响应宽度的关系的图。

图10是表示区域宽度比较宽的两个中间加压区域夹着区域宽度比较小的一个中间加压区域相互相邻的情况下的中间加压区域与对应于该中间加压区域的研磨速度响应宽度之间的关系的图。

图11是将加压区域的区域宽度与研磨速度响应宽度之间的关系模型化的曲线图。

图12是区域宽度20mm、研磨速度响应宽度30mm的中间加压区域相互相邻的情况下的研磨速度响应重叠率的说明所用的图。

图13是区域宽度为10mm、研磨速度响应宽度25mm的中间加压区域相互相邻的情况下的研磨速度响应重叠率的说明所用的图。

图14是表示加压区域的区域宽度与研磨速度响应重叠率之间的关系的曲线图。

图15是参考性地表示使用图3所示的研磨装置研磨直径300mm的半导体晶片时的半导体晶片的半径方向位置与研磨速度的关系的曲线图。

符号说明

1 基板保持装置

2 装置主体

3 护圈

10 弹性膜

12 中央压力室

14 边缘压力室

16a～16f 中间压力室

34 护圈室

CA 中央加压区域

EA 边缘加压区域

MA1～MA6 中间加压区域

Wa 研磨速度响应宽度

具体实施方式

下面参考图3～图15对本发明的实施形态进行说明。还有，在以下的例子中，基板采用直径300mm、厚度775±25μｍ的半导体晶片。这种半导体晶片的杨氏模量（MPa）为194000。

图3是表示具备本发明的基板保持装置的研磨装置的整体结构的示意图。如图3所示，研磨装置具备研磨台100、以及保持作为研磨对象的直径300mm的半导体晶片（基板）W并将其按压在研磨台100上的研磨面上的基板保持装置1。研磨台100通过研磨台轴100a与配置于其下方的马达（未图示）连结，能够围绕该研磨台轴100a旋转。在研磨台100的上表面粘贴着研磨垫101，研磨垫101的表面构成对半导体晶片W进行研磨的研磨面101a。在研磨台100上方设置研磨液供给喷嘴102，利用该研磨液供给喷嘴102向研磨台100上的研磨垫101的研磨面101a提供研磨液Q。

基板保持装置1连接于主轴111，该主轴111能够借助于上下移动机构124相对于研磨垫110上下移动。借助于该主轴111的上下移动，使整个基板保持装置1相对于研磨垫110升降并进行定位。还有，在主轴111上端安装着旋转接头125。

使主轴111及基板保持装置1上下移动的上下移动机构124具备通过轴承126可旋转地支承主轴111的桥128、安装在桥128上的滚珠螺杆132、由支柱130支承的支承台129、以及设置于支承台129的AC伺服马达138。支承伺服马达138的支承台129通过支柱130固定于研磨头110。

滚珠螺杆132具备连结于伺服马达138的螺旋轴132a、以及与该螺旋轴132螺合的螺帽132b。主轴111与桥128形成一体地上下移动。从而，一旦对伺服马达138进行驱动，通过滚珠螺杆132，能够使桥128上下移动，借助于此，主轴111和基板保持装置1能够上下移动。

又，主轴111通过键（未图示）与旋转筒112连结。该旋转筒112在其外周部具备同步带轮113。在研磨头110上固定有马达114，上述同步带轮113通过同步带115连结于设置在马达114上的同步带轮116。从而，借助于对马达114进行旋转驱动，通过同步带轮116、同步带115、以及同步带轮113，能够使旋转筒112和主轴111一体地旋转，从而基板保持装置1旋转。还有，研磨头110由可旋转地支承于框架（未图示）的头轴117支持。

在如图3所示构成的研磨装置中，基板保持装置1能够将半导体晶片（基板）W支持于其下表面。研磨头110可以头轴117为中心旋转地构成，在下表面保持半导体晶片W的基板保持装置1借助于研磨头110的旋转，从半导体晶片W的接受位置向研磨台100的上方移动。然后使基板保持装置1下降将半导体晶片W按压在研磨垫101的研磨面101a上。这时，分别使基板保持装置1及研磨台100转动，从设置于研磨台100上方的研磨液供给喷嘴102向研磨垫101的研磨面101a提供研磨液Q。这样，在存在研磨液Q的情况下使半导体晶片W与研磨垫101的研磨面101a滑动接触，对半导体晶片W的表面进行研磨。

下面参照图4对图3所示的研磨装置具备的、本发明的实施形态的基板保持装置1进行详细说明。

如图4所示，基板保持装置1基本上包括：将半导体晶片W按压在研磨面101a上的装置主体2、和直接按压研磨面101a的护圈3，在装置主体2的下表面设置覆盖该下表面的弹性膜10。弹性膜10具有同心状配置的向上竖起的多个（附图中为8个）周壁（第1～第8周壁）10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h，借助于这些周壁10a～10h，在弹性膜10的上表面与主体装置2的下表面之间，形成有位于中央的圆形的中央压力室12、位于最外周的环状的边缘压力室14、以及位于中央压力室12与边缘压力室14之间的在这个例子中为环状的6个中间压力室（第1～第6中间压力室）16a、16b、16c、16d、16e、16f。

借助于此，半导体晶片W以被弹性膜上的8个加工区域区隔的状态保持于基板保持装置1，该弹性膜上的8个加工区域是由与中央压力室10对应的中央加压区域CA、与边缘压力室14对应的边缘加压区域EA、以及分别与中间压力室16a、16b、16c、16d、16e、16f对应的6个环状的中间加压区域（第1～第6中间加压区域）MA1、MA2、MA3、MA4、MA5、MA6构成的。

在这个例子中，中央加压区域CA的半径也就是位于最内侧的第1周壁10a的半径被设定为30mm。还有，第1周壁10a的半径为弹性膜10的中心到第1周壁10a的竖立部的截面中心的距离。这对于以下各周壁10b～10h也相同。

位于弹性膜10的中心侧的第1中间加压区域MA1的区域宽度、也就是位于最内侧的第1周壁10a的半径与位于内侧起第2个的第2周壁10b的半径之差设定为30mm。位于弹性膜10的中心侧起第2个的位置上的第2中间加压区域MA2的区域宽度、也就是位于内侧起第2个的位置上的第2周壁10b的半径与位于内侧起第3个的位置上的第3周壁10c的半径之差设定为25mm。

同样，位于弹性膜10的中心侧起第3个的位置上的第3中间加压区域MA3的区域宽度设定为25mm；位于弹性膜10的中心侧起第4个的位置上的第4中间加压区域MA4的区域宽度设定为17mm；位于弹性膜10的中心侧起第5个的位置上的第5中间加压区域MA5的区域宽度设定为13.5mm；位于弹性膜10的中心侧起第6个的位置上的第6中间加压区域MA6的区域宽度设定为4.5mm。

还有，第4中间加压区域的MA4的区域宽度在2mm以上且20mm以下的范围内任意设定，第5中间加压区域MA5以及第6中间加压区域MA6的区域宽度在2mm以上且15mm以下范围任意设定。也可以只将第5中间加压区域MA5和第6中间加压区域MA6的区域宽度之一在2mm以上且15mm以下范围任意设定。也可以将例如第5中间加压区域MA5的区域宽度在2mm以上且20mm以下范围任意设定，将第6中间加压区域MA6的区域宽度在2mm以上且15mm以下范围任意设定。

在装置主体2内分别形成有与中间压力室12连通的流路20、与边缘压力室14连通的流路22、以及分别与中间压力室16a、16b、16c、16d、16e、16f连通的流路24a、24b、24c、24d、24e、24f。而且各流路20、22、24a、24b、24c、24d、24e、24f分别通过流路26、28、30a、30b、30c、30d、30e、30f连接于流体供给源32。又在流路26、28、30a～30f上分别设置开闭阀V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8和压力调节器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8。

又，在护圈3的正上方也形成有护圈室（リテーナ室）34，护圈室34通过形成在装置主体2内的流路36以及设置有开闭阀9V和压力调节器R9的流路38连接于流体供给源32。压力调节器R1～R9具有分别调节从流体供给源32提供给压力室12、14、16a～16f以及护圈室34的加压流体的压力的压力调整功能。压力调节器R1～R9以及开闭阀V1～V9连接于控制装置40，它们的动作由控制装置40控制。

如果采用如图4所示构成的基板保持装置1，在用基板保持装置1保持半导体晶片W的状态下，对提供给各压力室12、14、16a～16f的加压流体的压力分别进行控制，能够以不同的压力分别对沿着半导体晶片W的半径方向的弹性膜10上的各加压区域CA、EA、MA1～MA6按压半导体晶片W。这样，在基板保持装置1中，通过调整对形成于装置主体2与弹性膜10之间的各压力室12、14、16a～16f提供的流体的压力，能够对与各加压区域CA、EA、MA1～MA6对应的半导体晶片W的每一区域调整将半导体晶片W按压于研磨垫101的按压力。同时通过对提供给护圈室34的加压流体的压力进行控制，能够调整护圈3按压研磨垫101的按压力。

装置主体2由例如工程塑料（例如PEEK）等树脂形成，弹性膜10由例如乙烯丙烯橡胶（EPDM）、聚氨酯橡胶、硅橡胶等强度和耐用性优异的橡胶材料形成。

在这种基板保持装置1中，将第4中间加压区域MA4的区域宽度设定为2mm以上且20mm以下，在这个例子中，设定为17.5mm；将第5中间加压区域MA5和第6中间加工区域MA6的区域宽度设定为2mm以上且15mm以下，在这个例子中，第5中间加压区域MA5的区域宽度设定为13.5mm，第6中间加压区域MA6的区域宽度设定为4.5mm，这样设定的理由在下面说明。

图5表示使用图3所示的研磨装置，对各压力室12、14、16a～16f提供规定压力的加压流体，对直径300mm的半导体晶片实际进行研磨时的研磨速度（任意单位）与沿半导体晶片的半径方向的位置之间的关系。在图5中，曲线C表示调整各压力室的压力使各区域中研磨速度大致相同的条件（中心条件）下的研磨速度（任意单位）与沿半导体晶片的半径方向的位置的关系，曲线D表示只使提供给与第1中间加压区域MA1对应的第1中间压力室16a的加压流体的压力比中心条件的压力增加20hPa时的研磨速度（任意单位）与沿半导体晶片的半径方向的位置的关系。

从图5可知，如果只将提供给与例如第1中间加压区域MA1对应的第1中间压力室16a的加压流体的压力增加20hPa，该影响会波及比第1中间加压区域MA1更大的研磨速度响应宽度Wa。

图6是将图5中曲线D表示的研磨速度减去曲线C表示的研磨速度的差值作为研磨速度变化量（任意单位）而表示的曲线图，将表示最大值的研磨速度变化量记为基准1.0。也就是说。图6中的研磨速度变化量表示在规定的加压区域内将中心条件的压力改变一定压力的情况下的研磨速度的变化量。

这样计算出在规定的加压区域内从某一压力起改变一定压力的情况下的研磨速度变化量，将研磨速度变化量为作为基准的最大的研磨速度变化量的20％以上且100％以下的半导体晶片的半径方向区域定义为研磨速度响应宽度。

在图5和图6中，根据使压力从中心条件起增加时的研磨结果决定研磨速度响应宽度，但是也可以根据使压力从中心条件起下降时的研磨结果决定研磨速度响应宽度。

在这里，以第1中间加压区域MA1内的最大研磨速度变化量为1，将其作为基准时研磨速度变化量为最大研磨速度变化量的20％以下的情况（在图6中为0.2以下的情况）下，认为该研磨速度变化量对研磨轮廓的影响被抑制在允许范围内，因此将研磨速度变化量为该第1中间加压区域MA1内的作为基准的最大研磨速度变化量1的20％以上且100％以下（在图6中为0.2以上且1.0以下）的半导体晶片的半径方向区域定义为研磨速度响应宽度。在图6的情况下，第1中间加压区域MA1的研磨速度响应宽度Wa为41mm。

同样，在测定其他各中间加压区域MA2～MA6的研磨速度响应宽度时，只使向与第2中间加压区域MA2对应的第2中间压力室16b提供的加压流体的压力比中心条件增加20hPa的情况下的研磨速度响应宽度为35mm；只使向与第3中间加压区域MA3对应的第3中间压力室16c提供的加压流体的压力比中心条件增加20hPa的情况下的研磨速度响应宽度为37mm；只使向与第4中间加压区域MA4对应的第4中间压力室16d提供的加压流体的压力比中心条件增加20hPa的情况下的研磨速度响应宽度为26mm；只使向与第5中间加压区域MA5对应的第5中间压力室16e提供的加压流体的压力比中心条件增加20hPa的情况下的研磨速度响应宽度为27mm；只使向与第6中间加压区域MA6对应的第6中间压力室16f提供的加压流体的压力比中心条件增加20hPa的情况下的研磨速度响应宽度为25mm。

如上所述求得的各中间加压区域MA1～M6的各区宽度与研磨速度响应宽度之间的关系示于表1。

表1

区域宽度（mm）	30	25	25	17	13.5	4.5
							研磨速度响应宽度（mm）	41	35	37	26	27	25

图7表示根据该表1作出的中间加压区域的区域宽度与研磨速度响应宽度之间的关系。从该图7可知，加压区域的区域宽度为25mm以上的情况（组G1）下，是分别对区域宽度加约10mm的范围的研磨速度响应宽度，即使是加压区域的区域宽度比25mm小的情况（组G2）下，研磨速度响应宽度的最小值约为25mm。在组G2中，中间加压区域的区域宽度即使改变（减小）为17mm、13.5mm、4.5mm，研磨速度响应宽度也分别为26mm、27mm、25mm，几乎没有变化。根据这种情况，可以认为即使是使中间加压区域的区域宽度为15mm以下，研磨速度响应宽度也不改变。

图8表示区域宽度比较宽的3个中间加压区域MAa、MAb、MAc相互相邻的情况下的、中间加压区域MAa、MAb、MAc与对应于该中间加压区域MAa、MAb、MAc的研磨速度响应宽度Ra、Rb、Rc的关系。在图8中，位于水平线上方的3条山形的实线表示使各区域的压力相比中心条件增加的情况下的研磨速度，位于水平线下方的3条谷形的实线表示使各区域的压力相比中心条件减小的情况下的研磨速度。在这种情况下，位于中间的中间加压区域MAb的中心附近，存在不受与其他中间加压区域MAa、MAc对应的研磨速度响应宽度Ra、Rc的影响的区域Sb，与该区域Sb对应的半导体晶片的区域的研磨速度的斜率，即使是改变中间加压区域MAa、MAb的压力也不能够修正。

图9表示区域宽度比较窄的3个中间加压区域MAa、MAb、MAc相互相邻的情况下的、中间加压区域MAa、MAb、MAc与对应于该中间加压区域MAa、MAb、MAc的研磨速度响应宽度Ra、Rb、Rc的关系。在图9中，位于水平线上方的3条山形实线表示使各区域的压力相比中心条件增加的情况下的研磨速度，位于水平线下方的3条谷形的实线表示使各区域的压力相比中心条件减小的情况下的研磨速度。在这种情况下，位于中间的中间加压区域MAb受与其他两个中间加压区域MAa、MAc对应的研磨速度响应宽度Ra、Rc的影响，与该中间加压区域MAb对应的半导体晶片的区域的研磨速度的斜率可以通过改变中间加压区域MAa、MAc的压力进行修正。特别是在半导体晶片的边缘附近，最好将中间加压区域分割得较细。

图10表示区域宽度比较大的两个中间加压区域MAa、MAc夹着区域宽度比较窄的一个中间加压区域MAb相互邻接的情况下的，中间加压区域MAa、MAb、MAc与对应于该中间加压区域MAa、MAb、MAc的研磨速度响应宽度Ra、Rb、Rc的关系。在图10中，位于水平线上方的3条山形实线表示使各区域的压力比中心条件增加的情况下的研磨速度，位于水平线下方的3条谷形的实线表示使各区域的压力比中心条件减小的情况下的研磨速度。在这种情况下，位于中间的区域宽度比较窄的中间加压区域MAb受到与另外两个中间加压区域MAa、MAc对应的研磨速度响应宽度Ra、Rc的影响，与该中间加压区域MAb对应的半导体晶片的区域的研磨速度的斜率可以通过改变中间加压区域MAa、MAc的压力进行修正。通过这样将区域宽度比较窄的中间加压区域MAb配置于区域宽度比较宽的中间加压区域MAa、MAc之间，能够实现研磨轮廓的微妙调整。

图11表示将图7模型化了的、中间加压区域的区域宽度与研磨速度响应宽度之间的关系。在该图11中，区域宽度20mm的中间加压区域的研磨速度响应宽度为30mm。以该区域宽度20mm，研磨速度响应宽度30mm的中间加压区域相互相邻的情况下，如图12所示，研磨速度响应宽度相互重叠的比例（研磨速度响应重叠率）为约33（＝10/30）（％）。在图12中，位于水平线上方的2条山形实线表示使各区域的压力相比中心条件增加的情况下的研磨速度，位于水平线下方的2条谷形的实线表示使各区域的压力相比中心条件减小的情况下的研磨速度。

又，在图11中，区域宽度10mm的中间加压区域的研磨速度响应宽度为25mm。以该区域宽度10mm，研磨速度响应宽度25mm的中间加压区域相互相邻的情况下，如图13所示，研磨速度响应宽度相互重叠的比例（研磨速度响应重叠率）为60（＝15/25）（％）。在图13中，位于水平线上方的2条山形实线表示使各区域的压力相比中心条件增加的情况下的研磨速度，位于水平线下方的2条谷形的实线表示使各区域的压力相比中心条件减小的情况下的研磨速度。

图14表示基于图11的、中间加压区域的区域宽度与研磨速度响应重叠率之间的关系。根据该图14可知，在区域宽度为15以下的中间加压区域的情况下，由于研磨速度响应宽度小于25mm，研磨速度响应宽度的相互重叠的比例（研磨速度响应重叠率）变大，借助于此，可以实现对研磨轮廓的微妙调整。又可知，即使是区域宽度为20mm以下的中间加压区域，研磨速度响应宽度相互重叠的比例（研磨速度响应重叠率）也为约33％以上的比较大的数值，可以实现研磨轮廓的微妙调整。从图14可知，区域宽度为15mm以下的情况下，研磨速度响应宽度相互重叠的比例（研磨速度响应重叠率）有很大的变化，因此将15mm以下作为区域宽度设定基准之一。又，即使是与15mm以下区域宽度有差距的20mm以下的区域宽度，研磨速度响应宽度相互重叠的比例（研磨速度响应重叠率）也比较大，因此将20mm以下的区域宽度也作为区域宽度设定基准之一。

因此，在这个例子中，考虑周壁的厚度（约1mm），将位于半导体晶片等基板的边缘附近、最需要实施研磨轮廓的微妙调整的第5中间加压区域MA5以及第6中间加压区域MA6的区域宽度设定为2mm以上且15mm以下；特别是将第5中间加压区域MA5的区域宽度设定为13.5mm；将第6中间加压区域MA6的区域宽度设定为4.5mm。而且将第5中间加压区域MA5和第6中间加压区域MA6之后需要微妙调整的第4中间加压区域MA4的区域宽度设定为2mm以上且20mm以下，特别是设定为17.5mm。将区域厚度设定为2mm以上，是考虑周壁的厚度（约1mm）和加压流体的流路（下限约1mm）。

图15是参考性地表示使用图3所示的研磨装置对直径300mm的半导体晶片进行研磨时的半导体晶片的半径方向位置与研磨速度的关系的图。在图15中，实线E表示使提供给各压力室12、14、16a～16f的加压流体的压力均匀化地进行研磨的情况，一点锁线F表示调整向中间压力室16a～16f提供的加压流体的压力进行研磨的情况。在图15的半导体晶片的半径方向位置上，沿着半导体晶片的半径方向的区域CA、MA1～MA6、EA分别与图4所示的加压区域CA、MA1～MA6、ME对应。

从该图15可知，通过使用图3所示的研磨装置，对提供给各压力室12、14、16a～16f的加压流体的压力进行调整，使用对按压半导体晶片的各加压区域的半径方向区域宽度进行调整的弹性膜，能够将多个加压区域以及各加压区域内的研磨速度分布的范围（研磨速度的变动范围）RV减小，提高半导体晶片的研磨面的面内均匀性，提高成品率。

下面对研磨直径450mm的半导体晶片的情况进行说明。直径450mm的半导体晶片的标准厚度为925±25μｍ。

在这里，圆板的弯曲刚性D用下式表示。

D＝E h³/12（1－ν²）

这里，E为杨氏模量，h为板厚，ν为泊松比，圆板的弯曲刚性D与板厚h的三次方成正比。

在直径300mm的半导体晶片中，即使是将中间加压区域的区域宽度减小，研磨速度响应宽度也不会在一定值以下（25mm以下），这是因为半导体晶片的刚性的缘故。直径450mm的半导体晶片的刚性，与直径300mm的半导体晶片相比，刚性为其（925/775）的3次方倍，即约1.7倍。

从而，直径300mm的半导体晶片，采用20mm、15mm的区域宽度，在直径450mm的半导体晶片的情况下，分别相当于20×1.7＝34mm、15×1.7＝26mm。

因此，使用图3所示的研磨装置对直径450mm的半导体晶片进行研磨的情况下，与第4中间加压室16d对应的中间加压区域MA4的区域宽度在2mm以上且34mm以下范围任意设定，与第5中间加压室16e和第6中间加压室16f对应的第5中间加压区域MA5和第6中间加压区域MA6的区域宽度在2mm以上且26mm以下范围任意设定。

更一般地说，厚度t（微米）、杨氏模量E（MPa）的半导体晶片的情况下的中间区域的区域宽度EWb，在直径300mm的半导体晶片的情况下的中间区域的区域宽度记为EWa时，EWb＝EWa×（t/775）³×（E/194000）。

到目前为止，对本发明的理想的实施形态进行了说明，但是本发明不限于上述实施形态，在该技术思想的范围内当然可以用各种不同的形态实施。

Claims

1.一种基板保持装置，所述基板保持装置用于保持要研磨的基板，并将所述基板按压在研磨面上，其特征在于，所述基板保持装置包括：

弹性膜；

用于保持所述弹性膜的装置主体，

多个环状压力室，所述多个环状压力室在所述弹性膜与所述装置主体的下表面之间，通过所述弹性膜的多个同心状的周壁被同心地布置和分隔，所述基板被所述弹性膜的下表面所保持，且通过对所述多个压力室提供加压流体，利用流体压力将所述基板按压于所述研磨面上，

第一压力调节器，所述第一压力调节器被配置为调节第一压力的所述加压流体，所述第一压力的所述加压流体被提供给所述多个环状压力室中的第一压力室；

第二压力调节器被配置为调节第二压力的所述加压流体，所述第二压力的所述加压流体被提供给与所述第一压力室相邻的第二压力室；并且

与所述第一压力调节器和第二压力调节器连接的控制器，所述控制器被配置为基于以下的至少一部分来控制所述第一压力调节器和第二压力调节器：

所述弹性膜的半径方向的区域中的第一研磨速度响应宽度被预先获得，其中，所述加压流体以相较于邻近的压力室的不同压力被提供给所述第一压力室以将基板按压在所述研磨面上；以及

所述弹性膜的半径方向的区域中的第二研磨速度响应宽度被预先获得，其中，所述加压流体以相较于邻近压力室的不同压力被提供给所述第二压力室以将所述基板按压在所述研磨面上；

其中，所述控制器使得所述第一压力调节器和第二压力调节器调节与所述第一压力室对应的所述基板的区域中的研磨速度分布的变化范围，所述调节至少部分基于所述第一压力的所述加压流体、所述第二压力的所述加压流体、以及确定的重叠率，所述重叠率基于所述第一和第二压力室以及所述第一研磨速度响应宽度和所述第二研磨速度响应宽度彼此重叠的比例被确定。

2.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，还包括第三压力调节器，所述第三压力调节器被配置为调节第三压力的所述加压流体，所述第三压力的所述加压流体被提供给第三压力室，所述第三压力室与所述第一压力室相邻，位于所述第二压力室的另一侧；

所述控制器进一步被配置为至少部分基于在所述加压流体被提供给所述第三压力室时预先获得的所述基板的半径方向的区域中的第三研磨速度响应宽度来控制所述第三压力调节器，已将所述基板按压在所述研磨面上，

所述控制器进一步使得所述第三压力调节器调节与所述第一压力室对应的所述基板的所述区域中的所述研磨速度分布的所述变化范围，所述调节进一步至少部分基于所述第三压力的所述加压流体、以及所述第一研磨速度响应宽度和所述第三研磨速度响应宽度彼此重叠的重叠率。

3.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，所述多个同心状的周壁被配置为限定用于按压所述基板的多个加压区域，所述多个加压区域包括位于所述弹性膜的中央的中央加压区域、位于所述弹性膜最外周的圆环状的边缘加压区域、和位于所述中央加压区域和所述圆环状的边缘加压区域之间的多个中间加压区域，

至少一个所述中间加压区域的区域宽度被设置在即使改变所述区域宽度时也允许研磨速度响应宽度不改变的范围内。

4.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，所述第一研磨速度响应宽度和所述第二研磨速度响应宽度彼此重叠的所述重叠率是33％或更高。

5.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，所述第一压力室是与径向最外面的压力室相邻的压力室。

6.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，所述第一压力室是与所述基板的边缘的附近相对应的压力室。

7.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，与所述第一压力室相对应的所述基板的所述区域中的所述研磨速度分布是所述基板的半径方向上的研磨速度分布。

8.如权利要求3所述的基板保持装置，其特征在于，所述研磨速度响应宽度对应于在所述多个中间加压区域中的每个中间加压区域中确定的所述基板的半径区域；并且

计算在每个所述中间加压区域内以某一压力条件研磨所述基板的研磨速度与将所述某一压力条件改变预定压力的压力条件下研磨所述基板的研磨速度之间的变化量的绝对值，并以每个所述中间加压区域内的所述研磨速度变化量的最大绝对值为基准，将研磨速度变化量绝对值的所述最大绝对值的20％以上且100％以下的所述基板的半径区域作为所述研磨速度响应宽度。

9.如权利要求3所述的基板保持装置，其特征在于，所述多个中间加压区域中其区域宽度被设置在即使当所述区域宽度改变时也允许所述研磨速度响应宽度不改变的范围内的至少一个中间加压区域包括所述多个中间加压区域中彼此相邻的至少两个中间加压区域。

10.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，通过被提供给包括所述第一压力室和所述第二压力室的所述多个压力室的多个压力的所述加压流体，以及两个研磨速度响应宽度彼此重叠的所述重叠率，来调节与所述多个压力室相对应的所述基板的所述区域中的所述研磨速度分布的所述变化范围，从而调节所述基板的被研磨的面的均匀性。

11.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，所述基板包括半导体晶片，所述半导体晶片具有厚度t(μm)，杨氏模量E(MPa)，

其中，所述多个同心状的周壁被配置为限定用于按压所述半导体晶片的多个加压区域，所述多个加压区域包括位于所述弹性膜的中央的中央加压区域、位于所述弹性膜最外周的圆环状的边缘加压区域、和位于所述中央加压区域和所述圆环状的边缘加压区域之间的多个中间加压区域；并且

至少一个所述中间加压区域的区域宽度被设置在即使改变所述区域宽度时也允许研磨速度响应宽度不改变的范围内；

并且所述多个中间加压区域中的所述至少一个中间加压区域的所述区域宽度被设定为2mm以上、且由下式定义的EWb mm以下，

EWb＝15×(t/775)³×(E/194000)。

12.如权利要求2所述的基板保持装置，其特征在于，所述第一研磨速度响应宽度和所述第三研磨速度响应宽度彼此重叠的所述重叠率是33％或更高。