JP7157521B2 - 基板研磨方法、トップリングおよび基板研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を研磨する基板研磨方法、基板を保持するトップリングおよびそのようなトップリングを備える基板研磨装置に関する。

一般的な基板研磨装置は、基板を保持するトップリングを用い、次のような手順で基板を研磨する。まず、トップリングが搬送装置から基板を受け取り、これを研磨パッド上に搬送する。次いで、基板を保持したトップリングが下降し、基板が研磨パッドに接触する。この状態でトップリングは基板を回転させ、研磨液を供給しながら基板を研磨する。研磨が終了すると、トップリングを上昇させることで、基板を研磨パッドの研磨面から引き離して持ち上げる、リフトオフと呼ばれる動作が行われる（例えば、特許文献１，２）。なお、トップリングは、その下面に設けられたメンブレンに基板を真空吸着することで、基板を保持したりリフトオフしたりする。

特許第５３９０８０７号公報 特開２００９－１７８８００号公報

特許文献１では、基板を研磨パッド上に搬送する際も、基板をリフトオフする際も、同程度に真空吸着させることとしている。しかしながら、真空吸着力が強すぎると、基板を研磨パッド上に搬送する際に基板にストレスが加わって基板を傷めてしまうおそれがある。逆に、真空吸着力が弱すぎると、基板をリフトオフする際に基板が割れたり取りこぼしたりするおそれがある。基板と研磨パッドとの間には研磨液が存在し、研磨後の基板と研磨パッドとの間には表面張力が生じるためである。

これに対し、特許文献２では、基板を研磨パッド上に搬送する時に比べ、リフトオフ時に真空度を高くすることが開示されている。しかしながら、メンブレン全体の真空度を高くするわけではないので、必ずしも確実にリフトオフできるとは限らない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、適切に基板を扱うことができる基板研磨方法および基板研磨装置、ならびに、そのような基板研磨装置用のトップリングを提供することである。

本発明の一態様によれば、基板を弾性膜の第１領域で吸着して研磨パッド上に搬送する搬送工程と、前記基板を前記研磨パッドと接触させて前記基板を研磨する研磨工程と、前記弾性膜の、前記第１領域より広い第２領域で前記基板を吸着して前記研磨パッドから前記基板をリフトオフするリフトオフ工程と、を備える基板研磨方法が提供される。
基板を研磨パッドに搬送する際には狭い領域で基板を吸着するため、基板に与えるストレスを軽減できる。また、基板をリフトオフする際には広い領域で基板を吸着するため、確実に基板をリフトオフできる。

本発明の別の態様によれば、トップリング本体と弾性膜との間に形成された圧力調整可能なエリアのうちの第１エリアを減圧することにより、基板を前記弾性膜の下面で吸着して研磨パッド上に搬送する搬送工程と、前記基板を前記研磨パッドと接触させて前記基板を研磨する研磨工程と、前記圧力調整可能なエリアのうちの、前記第１エリアより広い第２エリアを減圧することにより、前記基板を前記弾性膜の下面で吸着して前記研磨パッドからリフトオフするリフトオフ工程と、を備える基板研磨方法が提供される。
基板を研磨パッドに搬送する際には狭いエリアを減圧して基板を吸着するため、基板に与えるストレスを軽減できる。また、基板をリフトオフする際には広いエリアを減圧して吸着するため、確実に基板をリフトオフできる。

前記トップリング本体と、前記弾性膜との間に圧力調整可能な複数のエリアが形成されており、前記第１エリアは、前記複数のエリアのうちの所定数のエリアを含み、前記第２エリアは、前記複数のエリアのうちの前記所定数より多い数のエリアを含むようにしてもよい。
これにより、第２エリアを第１エリアより広くすることができる。

前記研磨工程では、前記圧力調整可能なエリアの少なくとも一部を加圧してもよい。
この場合、研磨前に減圧されているエリアは狭いため、研磨時に迅速に所望の圧力まで加圧できる。

前記圧力調整可能なエリア内には、前記弾性膜に向かって延びるサポート部が設けられるのが望ましい。
サポート部を設けることで、リフトオフ時に広いエリアで吸着しても弾性膜の形状変化が小さくなり、基板に与えるストレスを軽減できる。

本発明の一態様によれば、基板を保持するトップリングであって、トップリング本体と、前記トップリング本体の下方に設けられ、前記トップリング本体との間に圧力調整可能なエリアを形成する弾性膜と、前記エリア内に設けられ、前記弾性膜に向かって延びるサポート部と、を備えるトップリングが提供される。
サポート部を設けることで、リフトオフ時に広いエリアで吸着しても弾性膜の形状変化が小さくなり、基板に与えるストレスを軽減できる。

前記弾性膜を前記トップリングに保持する保持部材を備え、前記サポート部は前記保持部材から延びた突起であるのが望ましい。
サポート部を突起形状とすることで、弾性膜の伸びが阻害されない。

前記弾性膜の下面に基板が吸着され、前記サポート部は、前記吸着される基板のエッジに相当する部分に設けられるのが望ましい。
エッジに相当する部分にサポート部を設けることで、特に基板の変形を抑えることができる。

前記弾性膜の下面に基板が吸着され、前記サポート部は、前記基板を吸着する際に、前記弾性膜の鉛直方向の形状変化を抑制するのが望ましい。
これにより基板に与えるストレスを軽減できる。

トップリングは、前記トップリング本体の下方、かつ、前記弾性膜の周囲に設けられたリテーナリングを備えてもよい。
そして、前記リテーナリングは、内側リングと、その外側に設けられた外側リングと、を有してもよい。

本発明の別の態様によれば、上記トップリングと、前記トップリングに保持された基板と接触して前記基板を研磨する研磨パッドと、前記圧力調整可能なエリアの圧力を制御する圧力制御手段と、を備える基板研磨装置が提供される。

前記圧力制御手段は、前記基板を研磨する前の搬送時には、前記圧力調整可能なエリアのうちの第１エリアを減圧し、前記基板を研磨した後に前記研磨パッドからリフトオフする際には、前記圧力調整可能なエリアのうちの、前記第１エリアより広い第２エリアを減圧するのが望ましい。

研磨前搬送時には狭いエリアを減圧して基板を吸着するため、基板に与えるストレスを軽減できる。また、基板をリフトオフする際には広いエリアを減圧して吸着するため、確実に基板をリフトオフできる。

適切に基板を扱うことができる。

基板処理装置の概略上面図。 基板研磨装置３００の概略斜視図。 基板研磨装置３００の概略断面図。 トップリング１の構造を模式的に示す断面図。 基板研磨装置３００による基板研磨工程を説明するフローチャート。 エリア１３１～１３５の圧力変化を模式的に示す図。 搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しを詳しく説明する図。 搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しを詳しく説明する図。 基板の吸着範囲を変えて研磨レートを測定した結果を示すグラフ。 基板Ｗの吸着範囲を変えてリフトオフした場合の、エリアの流量およびメンブレン１３の形状変化を模式的に示す図。 吸着範囲を広くした場合のリフトオフ時の基板の変形量を測定したグラフ。 メンブレン１３を示す断面図。 メンブレン１３の一部を示す拡大断面図。 サポート部の有無によるリフトオフ時の基板の変形量を測定したグラフ。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、基板処理装置の概略上面図である。本基板処理装置は、直径３００ｍｍあるいは４５０ｍｍの半導体ウエハ、フラットパネル、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などのイメージセンサ、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）における磁性膜の製造工程などにおいて、種
々の基板を処理するものである。

基板処理装置は、略矩形状のハウジング１００と、多数の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート２００と、１または複数（図１に示す態様では４つ）の基板研磨装置３００と、１または複数（図１に示す態様では２つ）の基板洗浄装置４００と、基板乾燥装置５００と、搬送機構６００ａ～６００ｄと、制御部７００とを備えている。

ロードポート２００は、ハウジング１００に隣接して配置されている。ロードポート２００には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）ポッド、又
はＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦポッド、
ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

基板を研磨する基板研磨装置３００、研磨後の基板を洗浄する基板洗浄装置４００、洗浄後の基板を乾燥させる基板乾燥装置５００は、ハウジング１００内に収容されている。基板研磨装置３００は、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、基板洗浄装置４００および基板乾燥装置５００も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。

ロードポート２００、ロードポート２００側に位置する基板研磨装置３００および基板乾燥装置５００に囲まれた領域には、搬送機構６００ａが配置されている。また、基板研磨装置３００ならびに基板洗浄装置４００および基板乾燥装置５００と平行に、搬送機構６００ｂが配置されている。

搬送機構６００ａは、研磨前の基板をロードポート２００から受け取って搬送機構６００ｂに受け渡したり、基板乾燥装置５００から取り出された乾燥後の基板を搬送機構６００ｂから受け取ったりする。

搬送機構６００ｂは、例えばリニアトランスポータであり、搬送機構６００ａから受け取った研磨前の基板を基板研磨装置３００に受け渡す。後述するように、基板研磨装置３００は真空吸着により基板を受け取る。搬送機構６００ｂは再び研磨後の基板を受け取り、基板洗浄装置４００に受け渡す。

さらに、２つの基板洗浄装置４００間に、これら基板洗浄装置４００間で基板の受け渡しを行う搬送機構６００ｃが配置されている。また、基板洗浄装置４００と基板乾燥装置５００との間に、これら基板洗浄装置４００と基板乾燥装置５００間で基板の受け渡しを行う搬送機構６００ｄが配置されている。

制御部７００は基板処理装置の各機器の動きを制御するものであり、ハウジング１００の内部に配置されてもよいし、ハウジング１００の外部に配置されてもよいし、基板研磨装置３００、基板洗浄装置４００および基板乾燥装置５００のそれぞれに設けられてもよい。

図２および図３は、それぞれ基板研磨装置３００の概略斜視図および概略断面図である。基板研磨装置３００は、トップリング１と、下部にトップリング１が連結されたトップリングシャフト２と、研磨パッド３ａを有する研磨テーブル３と、研磨液を研磨テーブル３上に供給するノズル４と、トップリングヘッド５と、支持軸６と、圧力制御手段７とを有する。

トップリング１は基板Ｗを保持する。図３に示すように、トップリング１は、トップリング本体１１と、円環状のリテーナリング１２と、トップリング本体１１の下方かつリテーナリング１２の内側に設けられた可撓性のメンブレン１３（弾性膜）と、トップリング本体１１とリテーナリング１２との間に設けられたエアバッグ１４とから構成される。

エアバッグ１４が設けられることで、リテーナリング１２はトップリング本体１１に対して鉛直方向に相対移動できる。また、圧力制御手段７がトップリング本体１１とメンブレン１３と間の空間を減圧することで、基板Ｗの上面がトップリング１（より詳しくは、メンブレン１３の下面）に保持される。保持された基板Ｗの周縁はリテーナリング１２に囲まれることとなり、研磨中に基板Ｗがトップリング１から飛び出さないようになっている。

なお、リテーナリング１２は１つの部材であってもよいし、内側リングおよびその外側に設けられた外側リングからなる２重リング構成であってもよい。後者の場合、外側リングをトップリング本体１１に固定し、内側リングとトップリング本体１１との間にエアバッグ１４を設けてもよい。

トップリングシャフト２の下端はトップリング１の上面中央に連結されている。不図示の昇降機構がトップリングシャフト２を昇降させることで、トップリング１に保持された基板Ｗの下面が研磨パッド３ａに接触したり離れたりする。また、不図示のモータがトップリングシャフト２を回転させることでトップリング１が回転し、これによって保持された基板Ｗも回転する。

研磨テーブル３の上面には研磨パッド３ａが設けられる。研磨テーブル３の下面は回転軸に接続されており、研磨テーブル３は回転可能となっている。研磨液がノズル４から供給され、研磨パッド３ａに基板Ｗの下面が接触した状態で基板Ｗおよび研磨テーブル３が回転することで、基板Ｗが研磨される。

トップリングヘッド５は、一端にトップリングシャフト２が連結され、他端に支持軸６が連結される。不図示のモータが支持軸６を回転させることでトップリングヘッド５が揺動し、トップリング１が研磨パッド３ａ上と、基板受け渡し位置（不図示）との間を行き来する。

圧力制御手段７は、トップリング本体１１とメンブレン１３との間に流体を供給したり、真空引きしたり、大気解放したりして、トップリング本体１１とメンブレン１３との間に形成される空間の圧力を調整する。

図４は、トップリング１の構造を模式的に示す断面図である。メンブレン１３には、トップリング本体１１に向かって上方に延びる周壁１３ａ～１３ｈが形成されている。これら周壁１３ａ～１３ｈにより、メンブレン１３の上面とトップリング本体１１の下面との間に、周壁１３ａ～１３ｈによって区切られたエリア１３１～１３８が形成される。エリア１３１はトップリング１のほぼ中央に位置しており、円状である。エリア１３２はエリア１３１の外側に位置しており、円環状である。以下、エリア１３３～１３８も同様に円環状である。

トップリング本体１１を貫通してエリア１３１～１３８にそれぞれ連通する流路１４１～１４８が形成されている。また、リテーナリング１２の直上には弾性膜からなるエアバッグ１４が設けられており、エアバッグ１４に連通する流路１４９が同様に形成されている。流路１４１～１４９上に圧力センサや流量センサを設けてもよい。
流路１４１～１４９は圧力制御手段７に接続されており、エリア１３１～１３８およびエアバッグ１４内の圧力を調整可能となっている。以下、圧力制御手段７の構成例を説明する。

圧力制御手段７は、制御装置７１と、制御装置７１によって制御される開閉バルブＶ１～Ｖ９および圧力レギュレータＲ１～Ｒ９と、流体調整部７２とを有する。流路１４１は開閉バルブＶ１および圧力レギュレータＲ１を介して流体調整部７２に接続されている。流路１４２～１４９も同様である。流体調整部７２は流体を供給したり真空引きしたりする。

例えばエリア１３１の圧力を調整する場合、制御装置７１がバルブＶ１を開き、圧力レギュレータＲ１を調整する。これにより流体調整部７２から流体がエリア１３１に供給されてエリア１３１が加圧されたり、流体調整部７２がエリア１３１を真空引きして減圧されたりする。

図５は、基板研磨装置３００による基板研磨工程を説明するフローチャートである。また、図６は、エリア１３１～１３５の圧力変化を模式的に示す図であり、実線がエリア１３４の圧力変化であり、破線がエリア１３１～１３３，１３５の圧力変化である。

まず、トップリングヘッド５が揺動することでトップリング１が基板受け渡し位置に移動し、圧力制御手段７がエリア１３４を減圧することによって搬送機構６００ｂからトップリング１に基板Ｗが受け渡される。（ステップＳ１）。

図７および図８は、搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しを詳しく説明する図である。図７は搬送機構６００ｂおよびトップリング１を側方から見た図であり、図８はこれらを上方から見た図である。

図７（ａ）に示すように、搬送機構６００ｂのハンド６０１上に基板Ｗが載置されている。また、基板Ｗの受け渡しには、リテーナリングステーション８００が用いられる。リテーナリングステーション８００は、トップリング１のリテーナリング１２を押し上げる押し上げピン８０１を有する。

図８に示すように、ハンド６０１は基板Ｗの下面の外周側の一部を支持する。そして、押し上げピン８０１とハンド６０１とが互いに接触しないように配置されている。

図７（ａ）に示す状態で、トップリング１が下降するとともに、搬送機構６００ｂが上昇する。トップリング１の下降により、押し上げピン８０１がリテーナリング１２を押し上げ、基板Ｗがメンブレン１３に接近する。さらに搬送機構６００ｂが上昇すると、基板Ｗの上面がメンブレン１３の下面に接触する（図７（ｂ））。

この状態で、トップリング１のメンブレン１３が基板Ｗを吸着する。具体的には、本実施形態における圧力制御手段７は、エリア１３１～１３８のうちのエリア１３４を減圧（例えば、－５０ｋＰａ、図６の時刻ｔ０～ｔ１）し、これによって基板Ｗはメンブレン１３に吸着する。このとき、圧力制御手段７は他のエリア１３１～１３３，１３５～１３８を減圧しない。したがって、基板Ｗは、メンブレン１３の下面におけるエリア１３４下方の狭い領域（すなわち、円環状の領域）によって吸着、保持されるが、その他の位置には吸着されない。つまり、基板Ｗの吸着範囲が狭い。

このようにして基板Ｗがメンブレン１３に吸着した後、搬送機構６００ｂは下降する（図７（ｃ））。

図５に戻り、エリア１３４が減圧された状態で、基板Ｗを保持したトップリングヘッド５が揺動することでトップリング１が研磨パッド３ａ上に移動する。これにより、基板Ｗが研磨パッド３ａの上方に搬送される（図５のステップＳ２、図６の時刻ｔ１～ｔ２）。基板Ｗの吸着範囲が狭いため、すなわち、基板Ｗがメンブレン１３の狭い領域で吸着されているため、研磨前搬送時に基板Ｗに加わるトレスを軽減できる。

さらに、トップリングシャフト２が下降することで研磨パッド３ａ上面に基板Ｗの下面が接触する。この状態で、基板Ｗの下面が研磨パッド３ａに押し付けられるよう、圧力制御手段７はエリア１３１～１３８を加圧する（図５のステップＳ３、図６の時刻ｔ２～ｔ３）。このとき、予め減圧されているのはエリア１３４のみであるため、メンブレン１３が研磨前搬送用の形状から研磨用の形状に変化するのに要する時間が短くてすみ、圧力制御手段７は迅速にエリア１３１～１３８を所望の圧力にまで加圧できる。

その後、ノズル４から研磨パッド３ａ上に研磨液を供給しながらトップリング１および研磨テーブル３が回転することで、基板Ｗが研磨される（図５のステップＳ４、図６の時刻ｔ３～ｔ４）。

研磨が完了すると、トップリング１のメンブレン１３の下面に基板Ｗを吸着する。具体的には、本実施形態における圧力制御手段７は、エリア１３１～１３８のうちのエリア１３４のみならず、エリア１３１～１３３，１３５も減圧し（例えば、－５０ｋＰａ、図５のステップＳ５、図６の時刻ｔ４～ｔ５）、これによって基板Ｗはメンブレン１３に吸着する。したがって、基板Ｗはメンブレン１３におけるエリア１３１～１３５下方の広い領域によって吸着される。つまり、基板Ｗの吸着範囲が広い。
このように、トップリング１は、搬送時には搬送機構６００ｂ上の基板Ｗを円環状の（相対的に狭い）エリア１３４で吸着するのに対し、研磨後には研磨パッド３ａ上の基板Ｗを同心円状により広いエリア１３１～１３５で吸着する。より詳しくは、トップリング１は、搬送時の円環状のエリア１３４に加え、研磨後にはエリア１３１の内側のエリア１３１～１３３および外側のエリア１３５で吸着する。
エリア１３１～１３５が減圧された状態でトップリングシャフト２が上昇することで、基板Ｗが研磨パッド３ａからリフトオフされる（図５のステップＳ６）。

基板Ｗと研磨パッド３ａとの間には研磨液などの液体が存在しており、基板Ｗと研磨パッド３ａとの間に吸着力が生じている。トップリング１が基板Ｗを吸着する力が弱いと、基板Ｗをリフトオフできずにとりこぼしてしまうことがある。これに対し、本実施形態では、基板Ｗの吸着範囲が広いため、すなわち、基板Ｗがメンブレン１３の広い領域で吸着されているため、基板Ｗと研磨パッド３ａとの間の吸着力より、基板Ｗとメンブレン１３との吸着力の方が強い。そのため、トップリング１は確実に基板Ｗをリフトオフできる。

その後、エリア１３１～１３５が減圧された状態で、基板Ｗは基板受け渡し位置においてトップリング１から搬送機構６００ｂに受け渡される（ステップＳ７）。

以上説明したように、本実施形態では、研磨前搬送時に、基板Ｗの吸着範囲を狭くする。これにより、基板Ｗに対するストレスを軽減できるとともに、研磨時の研磨レートを安定化させることができる。

図９は、基板の吸着範囲を変えて研磨レートを測定した結果を示すグラフである。四角印が本実施形態で説明したように研磨前搬送時（図５のステップＳ２）における吸着範囲を狭くした（エリア１３４のみ）場合の結果であり、丸印が比較例として研磨前搬送時の吸着範囲を広くした（エリア１３１～１３５）場合の結果である。１０枚ずつの基板を研磨して研磨レートを測定し、基板のそれぞれを横軸としている。また、縦軸はエリア１３３下方における基板の研磨レートの測定結果（単位は任意）である。同図の比較例では、吸着範囲を広くすると一部の基板の研磨レートが他の基板より大幅に高くなっており研磨レートは安定していない。これに対し、本実施形態では、吸着範囲を狭くすることで基板の研磨レートが安定している。

また、本実施形態では、リフトオフ時に、基板Ｗの吸着範囲を広くする。これにより、トップリング１の保持力が高くなって基板Ｗを確実にリフトオフできるとともに、メンブレン１３の形状変化を抑えることができる。

図１０は、基板Ｗの吸着範囲を変えてリフトオフした場合の、エリアの流量およびメンブレン１３の形状変化を模式的に示す図である。同図上段はリフトオフ時の吸着範囲を狭くした（エリア１３４のみ）場合の比較例であり、同図下段はリフトオフ時の吸着範囲を広くした（エリア１３１～１３５）場合の本実施形態である。

比較例において、エリア１３４は吸着されているが、他のエリア１３１～１３３，１３５～１３８は吸着されておらず、フリー状態である。時刻ｔ１においてトップリング１が上昇を開始した時点では、基板Ｗが研磨パッド３ａに引っ張られ、メンブレン１３が伸びてエリア１３１～１３８の容積が大きくなる。その結果、エリア１３１～１３８にガスが流れ込み、流量が正となる。

その後さらにトップリング１が上昇した時刻ｔ２において、メンブレン１３の張力によって基板Ｗが研磨パッド３ａから離れ、メンブレン１３はもとの状態に戻ってエリア１３１～１３８の容積が小さくなる。そのため、一時的に流量が負となり、その後、流量は安定して０になる。

このように、リフトオフ時の吸着範囲が狭い場合、メンブレン１３の形状変化があり、エリア１３１～１３８の流量が不安定である。

一方、本実施形態において、エリア１３１～１３５が吸着されている。時刻ｔ１においてトップリング１が上昇を開始した時点で、吸着範囲が広いため、基板Ｗが研磨パッド３ａに引っ張られる影響は小さく、すぐに基板Ｗは研磨パッド３ａから離れる。そのため、メンブレンの形状変化はほとんどなく、エリア１３１～１３８の流量は安定して０である。

このように、第１の実施形態では、研磨前搬送時は基板Ｗの吸着範囲を狭くし、研磨後搬送時は基板Ｗの吸着範囲を広くする。これにより、基板Ｗに与えるストレスを軽減でき、研磨レートが安定し、かつ、確実にリフトオフできる。よって、基板Ｗを受け取ってからリフトオフに至るまで、基板を適切に扱うことができ、基板割れなどの不良、基板落下・取りこぼしなどの搬送エラーを抑制でき、歩留まりや生産性が向上する。

なお、本実施形態では、研磨前搬送時にはエリア１３４のみを減圧し、研磨後搬送時にはエリア１３１～１３５を減圧することとしたが、これに限られるわけではなく、研磨前搬送時より研磨後搬送時の吸着範囲を広くすればよい。例えば、研磨前搬送時には、円環状の領域ではなく、円状のエリアのみを減圧して基板Ｗを吸着してもよい。具体的には、研磨前搬送時に、エリア１３１のみを減圧してもよいし、エリア１３１，１３２を減圧してもよいし、エリア１３１～１３３を減圧してもよい。そして、研磨後搬送時には、研磨前搬送時より広い範囲の領域、例えば研磨前搬送時に減圧したエリアと、その内側および／または外側のエリアとを減圧すればよい。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、リフトオフ時に吸着範囲を広くするものであった。しかしながら、場合によっては、吸着範囲を広くすることで基板が変形し、基板にストレスを与えてしまうこともあり得る。

図１１は、吸着範囲を広くした場合のリフトオフ時の基板の変形量を測定したグラフである。同図は３００ｍｍ基板を測定したものであり、横軸は基板上の位置、縦軸は変形量である（ただし、研磨パッド３ａ側つまり下向きを正としている）。図示のように、基板の外周で大きく変形している。また、基板の中心から約１００ｍｍの位置から外側で変形が生じており、この位置にストレスがかかっている。

そこで、以下に説明する第２の実施形態では、トップリング本体１１とメンブレン１３との間にサポート部を設け、メンブレン１３の変形を抑えることによって、基板の変形を抑えるものである。

図１２は、メンブレン１３を示す断面図である。メンブレン１３は、基板Ｗに接触する円形の当接部１３０と、当接部１３０に直接または間接に接続される８つの周壁１３ａ～１３ｈを有している。当接部１３０は基板Ｗの裏面、すなわち研磨すべき表面とは反対側の面に接触して保持する。また、当接部１３０は、研磨時には基板Ｗを研磨パッド３ａに対して押し付ける。周壁１３ａ～１３ｈは、同心状に配置された環状の周壁である。

周壁１３ａ～１３ｈの上端は保持リング２２，２４，２６，２７とトップリング本体１１の下面との間に挟持され、トップリング本体１１に取り付けられている。これら保持リング２２，２４，２６，２７は保持手段（図示せず）によってトップリング本体１１に着脱可能に固定されている。したがって、保持手段を解除すると、保持リング２２，２４，２６，２７がトップリング本体１１から離れ、これによってメンブレン１３をトップリング本体１１から取り外すことができる。保持手段としてはねじなどを用いることが出来る。

周壁１３ｈは、最も外側の周壁であり、周壁１３ｇは周壁１３ｈの径方向内側に配置されている。さらに、周壁１３ｆは周壁１３ｇの径方向内側に配置されている。以下、周壁１３ｈを第１エッジ周壁、周壁１３ｇを第２エッジ周壁、周壁１３ｆを第３エッジ周壁と呼ぶ。

図１３は、メンブレン１３の一部を示す拡大断面図である。基板Ｗのエッジ部の狭い範囲での研磨レートを調整可能とするために、メンブレン１３は図１３に示されるような形状を採用している。以下、メンブレン１３について詳細に説明する。第１エッジ周壁１３ｈは、当接部１３０の周端部から上方に延び、第２エッジ周壁１３ｇは第１エッジ周壁１３ｈに接続されている。

第２エッジ周壁１３ｇは第１エッジ周壁１３ｈの内周面１０１０に接続された外側水平部１１１０を有している。第１エッジ周壁１３ｈの内周面１０１０は、当接部１３０に対して垂直に延びる上側内周面１０１０ａおよび下側内周面１０１０ｂを有している。上側内周面１０１０ａは第２エッジ周壁１３ｇの水平部１１１０から上方に延び、下側内周面１０１０ｂは第２エッジ周壁１３ｇの水平部１１１０から下方に延びている。言い換えれば、当接部１３０に対して垂直に延びる内周面１０１０を分割する位置に第２エッジ周壁１３ｇの外側水平部１１１０が接続されている。下側内周面１０１０ｂは当接部１３０の終端部に接続されている。下側内周面１０１０ｂの外側に位置する外周面１０２０も、当接部１３０に対して垂直に延びている。上側内周面１０１０ａおよび下側内周面１０１０ｂは、同一面内にある。この「同一面」とは、当接部１３０に垂直な想像面である。つまり、上側内周面１０１０ａの径方向位置と下側内周面１０１０ｂの径方向位置は同じである。

第１エッジ周壁１３ｈは、当接部１３０の上下動を許容する折り曲げ部１０３０を有している。この折り曲げ部１０３０は、上側内周面１０１０ａに接続されている。折り曲げ部１０３０は、当接部１３０と垂直な方向（すなわち、鉛直方向）に伸縮自在に構成されたベローズ構造を有している。したがって、トップリング本体１１と研磨パッド３ａとの距離が変化しても、当接部１３０の周端部と基板Ｗとの接触を維持することができる。第１エッジ周壁１３ｈは、折り曲げ部１０３０の上端から径方向内側に延びるリム部１０４０を有している。リム部１０４０は、図１２に示す保持リング２７によってトップリング本体１１の下面に固定される。

第２エッジ周壁１３ｇは、第１エッジ周壁１３ｈの内周面１０１０から水平に延びる外側水平部１１１０を有している。さらに、第２エッジ周壁１３ｇは、外側水平部１１１０に接続された傾斜部１１２０と、傾斜部１１２０に接続された内側水平部１１３０と、内側水平部１１３０に接続された鉛直部１１４０と、鉛直部１１４０に接続されたリム部１１５０とを有している。傾斜部１１２０は、外側水平部１１１０から径方向内側に延びつつ上方に傾斜している。リム部１１５０は、鉛直部１１４０から径方向外側に延びており、図１２に示す保持リング２７によってトップリング本体１１の下面に固定される。第１エッジ周壁１３ｈおよび第２エッジ周壁１３ｇが保持リング２７によってトップリング本体１１の下面に取り付けられると、第１エッジ周壁１３ｈと第２エッジ周壁１３ｇとの間にエリア１３８が形成される。

第３エッジ周壁１３ｆは、第２エッジ周壁１３ｇの径方向内側に配置されている。第３エッジ周壁１３ｆは、当接部１３０の上面に接続された傾斜部１２１０と、傾斜部１２１０に接続された水平部１２２０と、水平部１２２０に接続された鉛直部１２３０と、鉛直部１２３０に接続されたリム部１２４０とを有している。傾斜部１２１０は、当接部１３０の上面から径方向内側に延びつつ上方に傾斜している。リム部１２４０は、鉛直部１２３０から径方向内側に延びており、図１２に示す保持リング２６によってトップリング本体１１の下面に固定される。第２エッジ周壁１３ｇおよび第３エッジ周壁１３ｆが保持リング２７，２６によってそれぞれトップリング本体１１の下面に取り付けられると、第２エッジ周壁１３ｇと第３エッジ周壁１３ｆとの間にエリア１３７が形成される。

周壁１３ｅは、第３エッジ周壁１３ｆの径方向内側に配置されている。周壁１３ｅは、当接部１３０の上面に接続された傾斜部１３１０と、傾斜部１３１０に接続された水平部１３２０と、水平部１３２０に接続された鉛直部１３３０と、鉛直部１３３０に接続されたリム部１３４０とを有している。傾斜部１３１０は、当接部１３０の上面から径方向内側に延びつつ上方に傾斜している。リム部１３４０は、鉛直部１３３０から径方向外側に延びており、図１２に示す保持リング２６によってトップリング本体１１の下面に固定される。周壁１３ｅおよび第３エッジ周壁１３ｆが保持リング２６によってトップリング本体１１の下面に取り付けられると、周壁１３ｅと第３エッジ周壁１３ｆとの間にエリア１３６が形成される。

図１２に示す周壁１３ｂ，１３ｄは、図１２に示す第３エッジ周壁１３ｆと実質的に同じ構成を有しており、図１２に示す周壁１３ａ，１３ｃは、図１２に示す周壁１３ｅと実質的に同じ構成を有しているので、それらの説明を省略する。図１２に示すように、周壁１３ａ，１３ｂのリム部は保持リング２２によってトップリング本体１１の下面に固定され、周壁１３ｃ，１３ｄのリム部は保持リング２４によってトップリング本体１１の下面に固定される。なお、エリア１３１，１３３，１３５には、トップリング本体１１から突出したリング２１，２３，２５がそれぞれ形成されている。
そして、保持リング２６の下方に形成されるエリア１３６は、保持リング２２，２４の下方にそれぞれ形成されるエリア１３２，１３４およびリング２１，２３，２５下方の各エリア１３１，１３３，１３５より狭い。

本実施形態におけるトップリング１は、エリア１３６内にあって、メンブレン１３に向かって延びるサポート部１６１を有する。具体的には、サポート部１６１は、メンブレン１３における周壁１３ｅと周壁１３ｆとの間を通って下方に延びており、より具体的には周壁１３ｅの傾斜部１３１０（図１３）とほぼ平行に傾斜しているが、周壁１３ｆの水平部１２２０の下方までは延びていない。また、サポート部１６１の下面はメンブレン１３とほぼ平行である。サポート部１６１は保持リング２６と一体の部材であって、保持リング２６から延びた同心のリング状の突起であってもよい。

また、トップリング１は、エリア１３４内にあって、メンブレン１３とほぼ平行に延びるサポート部１５１を有してもよい。サポート部１５１は保持リング２４と一体の部材であって、保持リング２４から延びた同心のリング状の突起であってもよい。

このように、保持リング２２の下面と、保持リング２４およびサポート部１５１の下面と、サポート部１６１の下面（さらにエリア１３１，１３３，１３５のトップリング本体１１と一体となったそれぞれのリング２１，２３，２５の下面）とができるだけ同一平面上にあるようにするのが望ましい。

サポート部１６１，１５１が突起状であることでメンブレン１３の鉛直方向および径方向の伸びを阻害しないが、エリアを減圧して基板を保持する際に、メンブレン１３の鉛直方向の形状変化が抑えられる。これにより、研磨後搬送において基板を広い領域（例えば上述したエリア１３１～１３５）で吸着する場合でも、基板の変形を極力抑えて平坦かつ均一に基板を保持でき、基板に対するストレスを抑制できる。

メンブレン１３で基板を吸着する際、エリア１３６は基板のエッジ（基板の周縁から約２０ｍｍ以内）が当接する部分に相当する。また、エリア１３６は内側のエリア１３１～１３５より狭い。通常、研磨プロファイルのエッジ制御性向上のため、このようなエリア１３６にサポート部を設けることは考えづらい。しかしながら、本実施形態では、あえて基板のエッジに相当するエリア１３６にサポート部を設けることで、基板の変形を抑えることができる。

図１４は、サポート部の有無によるリフトオフ時の基板の変形量を測定したグラフである。同図の実線はサポート部がある場合である。同図の破線はサポート部がない場合であり、図１１と同様である。図示のように、サポート部を設けないと基板の外周部において大きく変形するが、サポート部を設けることで基板Ｗの形状変化を半分未満に抑えることができている。

このように、第２の実施形態では、エリア内にサポート部を設ける。そのため、広い範囲で基板を吸着する場合にもメンブレン１３の形状変化が抑えられ、基板に対するストレスを軽減できる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ トップリング
１１ トップリング本体
１２ リテーナリング
１３ メンブレン
１３１～１３８ エリア
２２，２４，２６，２７ 保持リング
１５１，１６１ サポート部
３ａ 研磨パッド
７ 圧力制御手段
３００ 基板研磨装置

Claims (8)

1. トップリング本体と、前記トップリング本体の下方に設けられ、前記トップリング本体との間に圧力調整可能な複数の領域を形成するように設けられた弾性膜と、を有するトップリングと、
   前記圧力調整可能な複数の領域のそれぞれに連通する流路を介して前記複数の領域のそれぞれの圧力を独立して制御する圧力制御手段と、を有する基板研磨装置を用いた基板研磨方法であって、
   前記弾性膜の第１領域を、前記圧力制御手段が前記第１領域に連通する流路を介して真空引きすることによって減圧することにより、前記基板を前記第１領域で吸着して、基板研磨装置において前記吸着された基板の下方に位置するように設けられた研磨パッド上に搬送する搬送工程と、
   前記基板を前記研磨パッドと接触させて前記基板を研磨する研磨工程であって、前記基板を研磨する時、前記弾性膜は加圧されて前記基板を前記研磨パッドに押し付けている、研磨工程と、
   前記研磨工程の後に、前記弾性膜の、前記第１領域より広い第２領域で前記基板を吸着して前記研磨パッドから前記基板をリフトオフするリフトオフ工程と、を備える基板研磨方法。
2. トップリング本体と、前記トップリング本体の下方に設けられ、前記トップリング本体との間に圧力調整可能な複数のエリアを形成するように設けられた弾性膜と、を有するトップリングと、
   前記圧力調整可能な複数のエリアのそれぞれに連通する流路を介して前記複数のエリアのそれぞれの圧力を独立して制御する圧力制御手段と、を有する基板研磨装置を用いた基板研磨方法であって、
   前記複数のエリアのうちの第１エリアを、前記圧力制御手段が前記第１エリアに連通する流路を介して真空引きすることによって減圧することにより、基板を前記弾性膜の下面で吸着して、基板研磨装置において前記吸着された基板の下方に位置するように設けられた研磨パッド上に搬送する搬送工程と、
   前記基板を前記研磨パッドと接触させて前記基板を研磨する研磨工程であって、前記基板を研磨する時、前記弾性膜は加圧されて前記基板を前記研磨パッドに押し付けている、研磨工程と、
   前記研磨工程の後に、前記圧力調整可能なエリアのうちの、前記第１エリアより広い第２エリアを減圧することにより、前記基板を前記弾性膜の下面で吸着して前記研磨パッドからリフトオフするリフトオフ工程と、を備える基板研磨方法。
3. 前記トップリング本体と、前記弾性膜との間に圧力調整可能な複数のエリアが形成されており、
   前記第１エリアは、前記複数のエリアのうちの所定数のエリアを含み、
   前記第２エリアは、前記複数のエリアのうちの前記所定数より多い数のエリアを含む、請求項２に記載の基板研磨方法。
4. 前記第２エリアは、前記第１エリアより、同心円状により広い、請求項３に記載の基板研磨方法。
5. 前記第１エリアは、円状または円環状のエリアである、請求項３に記載の基板研磨方法。
6. 前記研磨工程では、前記圧力調整可能なエリアの少なくとも一部を加圧する、請求項２乃至５のいずれかに記載の基板研磨方法。
7. 前記圧力調整可能なエリア内には、前記弾性膜を前記トップリング本体に保持する保持部材から前記弾性膜に向かって延びるサポート部が設けられ、
   前記サポート部は、前記弾性膜が前記基板を保持する際に、前記弾性膜の鉛直方向の形状変化を抑える、請求項２乃至６のいずれかに記載の基板研磨方法。
8. 基板を保持するトップリングであって、
   トップリング本体と、
   前記トップリング本体の下方に設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する弾性膜であって、前記複数のエリアのそれぞれの圧力を独立して調整可能である、弾性膜と、
   前記弾性膜を前記トップリング本体に保持する保持部材と、
   前記エリア内に設けられ、前記保持部材から前記弾性膜に向かって延びるサポート部であって、前記弾性膜が前記基板を保持する際に、前記弾性膜の鉛直方向の形状変化を抑えるサポート部と、を備えるトップリングと、
   前記トップリングに保持された基板と接触して前記基板を研磨する研磨パッドと、
   前記複数のエリアのそれぞれの圧力を独立して制御する圧力制御手段と、を備え、
   前記圧力制御手段は、
   前記基板を研磨する前の搬送時には、前記複数のエリアのうちの第１エリアを減圧して前記基板を前記弾性膜に吸着し、
   前記基板を研磨した後に前記研磨パッドからリフトオフする際には、前記複数のエリアのうちの、前記第１エリアより広い第２エリアを減圧して前記基板を前記弾性膜に吸着し、
   前記基板の研磨時には、
   前記弾性膜は、前記基板の研磨すべき面とは反対側の面に接触して保持し、
   前記基板は、前記研磨パッドに押し付けられ、
   前記弾性膜は加圧される、
   基板研磨装置。

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