JPH08339979A - 被研磨基板の保持装置及び基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定盤や研磨パッドに凹凸があったり基板の厚
さにばらつきがあっても基板の表面に対して均一な研磨
ができるようにすると共に、基板の着脱の機構及び作業
を簡易にする。 【解決手段】 回転可能な定盤１１の上面には弾性を有
する研磨パッド１２が貼着されている。定盤１１の上方
には、基板１３を保持する基板保持装置１５Ａが配置さ
れている。基板保持装置１５Ａは、回転軸１６Ａと、回
転軸１６Ａの下端に一体的に設けられた円盤状の基板保
持ヘッド１７Ａと、基板保持ヘッド１７Ａの下面におけ
る周縁部に固定された弾性体よりなるリング状のシール
部材１８Ａと、基板保持ヘッド１７Ａの下面におけるシ
ール部材１８Ａの外側に固定されたリング状のガイド部
材１９Ａとを備えている。一端から導入された加圧流体
は流体流通路２０Ａの他端から空間部２１Ａに供給さ
れ、基板１３を研磨パッド１２に押し付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンよりなる
半導体基板や液晶基板等よりなる基板の表面を平坦化処
理するための化学機械研磨（ＣＭＰ）を行なう基板の研
磨方法及び該基板の研磨方法に用いられる被研磨基板の
保持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１９９０年以降、前記の半導体基板や液
晶基板に対する化学機械研磨技術においては、基板の径
が１０ｃｍ以上と大型化し、研磨が枚葉処理化の傾向に
ある。特に半導体基板を研磨する場合には、半導体基板
に形成されるラインパターンのルールが０．５μｍ以下
と非常に微細化しているために、半導体基板の全面に亘
って均一な研磨が要求されるようになってきた。

【０００３】以下、図面を参照しながら、第１従来例に
係る基板の研磨方法及びその装置について説明する。

【０００４】図９は、第１従来例に係る基板の研磨装置
の概略構成を示しており、図９において、５１は平坦な
表面を持つ剛体よりなるパッド載置部５１ａと該パッド
載置部５１ａの下面から垂直下方に延びる回転軸５１ｂ
と該回転軸５１ｂを回転させる図示しない回転手段とを
有する定盤であって、該定盤５１のパッド載置部５１ａ
の上面には弾性を有する研磨パッド５２が貼着されてい
る。研磨パッド５２の上方には、基板５３を保持して回
転する基板保持ヘッド５４が設けられており、基板５３
は基板保持ヘッド５４により回転させられながら研磨パ
ッド５２に圧接される。また、５５は研磨剤であって、
該研磨剤５５は、研磨剤供給管５６から所定量づつ研磨
パッド５２上に滴下される。

【０００５】以上のように構成された基板の研磨装置に
おいては、定盤５１を回転して研磨剤５５が供給された
研磨パッド５２を回転させながら、基板保持ヘッド５４
に保持された基板５３を研磨パッド５２に押しつける
と、基板５３の研磨面は圧力及び相対速度を受けて研磨
される。

【０００６】このとき、基板５３の研磨面に凹凸部があ
ると、凸部においては研磨パッド５２との接触圧力が大
きいため相対研磨速度が高くなって研磨される一方、凹
部においては研磨パッド５２との接触圧力が小さいため
殆ど研磨されない。よって、基板５３の研磨面の凹凸が
緩和されて基板５３の研磨面が平坦になるというもので
ある。この研磨技術は、例えば、「１９９４年１月号
月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ」５８〜
５９ページや、「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ」Ｊｕｌｙ．１９９２／日本語版 ３２〜３
７ページなどに紹介されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
第１従来例においては、図１０及び図１１を参照しなが
ら説明する以下の問題を有している。

【０００８】図１０は第１従来例に係る基板の研磨装置
により行なう研磨方法を示す概略断面図、図１１は第１
従来例の問題点を説明する概略断面図であり、ここでは
シリコンよりなる基板５３上に形成され表面に凹凸を有
する酸化膜５７を研磨する際の問題点を例に取って説明
する。

【０００９】図１０に示すように、基板保持ヘッド５１
に保持された基板５３を研磨パッド５２に押し付ける
と、前述したように、酸化膜５７の凸部においては研磨
パッド５２との接触圧力が大きいため研磨される一方、
酸化膜５７の凹部においては研磨パッド５２との接触圧
力が小さいため殆ど研磨されず、酸化膜５７の表面の凹
凸が緩和されて酸化膜５７の表面が平坦になるというも
のである。

【００１０】この場合、基板保持ヘッド５１に保持され
た基板５３を研磨パッド５２に均一な押圧力で押し付け
ているが、図１１（ａ）の左図に示すように、定盤５１
のパッド載置部５１ａの表面が湾曲していたり、研磨パ
ッド５２が弾性変形していたりする場合、又は、図１１
（ｂ）の左図に示すように、基板５３の厚さがばらつい
ていたりする場合には、基板５３を研磨パッド５２に均
一な押圧力で押し付けても、酸化膜５７と研磨パッド５
２との接圧が均一にならず、接圧に高低ができてしま
う。このため、接圧の高い部分（酸化膜５７におけるパ
ッド載置部５１ａ若しくは研磨パッド５２の凸部に接す
る箇所及び酸化膜５７における基板５３の厚さが厚い箇
所）においては研磨レートが高くなる一方、接圧の低い
部分（酸化膜５７における基板載置部５１ａ若しくは研
磨パッド５２の凹部に接する箇所及び酸化膜５７におけ
る基板５３の厚さが薄い箇所）では研磨レートが低くな
るので、図１１（ａ），（ｂ）の右図に示すように、酸
化膜５７の研磨量が不均一になるという問題を有してい
た。

【００１１】これに対して、研磨パッド５２を軟らかく
して、図１１（ｃ）の左図に示すように、研磨パッド５
２が定盤５１のパッド載置部５１ａ若しくは研磨パッド
５２の凹凸又は基板５３の厚さのばらつきに応じて弾性
変形しやすくすることにより、パッド載置部５１ａ若し
くは研磨パッド５２の凹凸又は基板５３の厚さのばらつ
きに起因する接圧の差を緩和させて接圧の均一性を図る
ことは可能であるが、研磨パッド５２を軟らかくする
と、研磨パッド５２の弾性変形が酸化膜５７の凹凸に追
従するため、酸化膜５７の凹部までもが研磨パッド５２
に接して研磨が進むので、図１１（ｃ）の右図に示すよ
うに、酸化膜５７の表面の段差を緩和することができな
いという問題がある。

【００１２】そこで、図１２に示し、「１９９３年８月
号 日経マイクロデバイス」８１ページに記載されてい
るように、研磨パッド６２の弾性変形に対して基板６３
の変形を用いる手法が提案されている。

【００１３】図１２に示す第２従来例に係る基板の研磨
方法及びその装置は次の通りである。すなわち、定盤６
１の上には弾性を有する研磨パッド６２が貼着されてい
る。基板６３を保持する基板保持ヘッド６４の下部には
凹部６５が形成され、基板６３は凹部６５内に設けられ
た弾性変形可能な板状の弾性体６６に固持されている。
基板保持ヘッド６４、弾性体６６及び基板６３によって
密封空間６７が形成されており、該密封空間６７には気
体供給路６８から圧力が制御された加圧気体が導入され
る。このようにして、密封空間６７に導入される加圧気
体により弾性体６６に固持された基板６３を研磨パッド
６２に押し付けることにより、基板６３を裏面から加圧
して均一な研磨を得ようとするものである。

【００１４】しかしながら、第２従来例においては、板
状の弾性体６６により基板６３を固持する構造であるた
め、基板６３を着脱する機構が複雑であると共に基板６
３の着脱作業が煩雑であるという問題がある。

【００１５】前記に鑑みて、本発明は、定盤や研磨パッ
ドに凹凸があったり基板の厚さにばらつきがあっても基
板に対して均一な研磨ができるようにすると共に、基板
の着脱の機構及び作業を簡易にすることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、被研磨基板を基板保持ヘッドに吸引して
保持すると共に、基板保持ヘッドと被研磨基板との間に
空間部を形成し、該空間部に供給される加圧流体によっ
て被研磨基板を研磨パッドに押し付けるものである。

【００１７】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、被研磨基板を保持すると共に保持した被研磨基板を
研磨パッドに押し付ける被研磨基板の保持装置を対象と
し、前記研磨パッドに対して進退可能に設けられてお
り、被研磨基板を吸引する基板吸引手段と一端から供給
された加圧流体を他端から流出させる流体供給路とを有
する基板保持ヘッドと、前記基板保持ヘッドにおける前
記流体供給路の他端を囲む部位に固定されており、前記
基板保持ヘッド及び前記研磨パッド上に載置された被研
磨基板と共に空間部を形成する環状のシール部材とを備
え、前記研磨パッド上に載置された被研磨基板を前記流
体供給路の他端から前記空間部に供給される加圧流体の
圧力により前記研磨パッドに押し付ける構成とするもの
である。

【００１８】請求項１の構成により、基板保持ヘッドは
被研磨基板を吸引する基板吸引手段を有しているので、
被研磨基板を吸着して保持することができると共に、吸
着して保持した被研磨基板を研磨パッド上に搬送するこ
とができる。

【００１９】また、基板保持ヘッド及び研磨パッド上に
載置された被研磨基板と共に空間部を形成する環状のシ
ール部材を備えていると共に、基板支持ヘッドは加圧流
体を流出させる流体供給路を有しているため、空間部に
加圧流体を供給することにより加圧流体の圧力によって
被研磨基板を研磨パッドに押し付けることができる。こ
の場合、研磨パッドや該研磨パッドが載置される定盤の
表面の凹凸部の高さは通常数百μｍ以内に制御すること
が容易であるため、非常に小さな加圧力によって被研磨
基板を研磨パッドの表面の凹凸形状に追従させることが
できるので、硬い研磨パッドを用いても被研磨基板と研
磨パッドとの接圧は均一になる。

【００２０】また、基板保持ヘッド及び環状のシール部
材は被研磨基板を固持していないため、空間部に供給さ
れる加圧流体の圧力が基板保持ヘッドに加えられる押圧
力よりも大きくなると、加圧流体はシール部材及び基板
保持ヘッドを押し上げてシール部材と被研磨基板との間
から外部に流出するため、被研磨基板に作用する加圧流
体の加圧力は基板保持ヘッドに加えられる押圧力と自己
整合的に略等しくなるので、被研磨基板は安定した加圧
力によって研磨パッドに押し付けられる。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の構成に、前
記基板保持ヘッドにおける前記シール部材の外側に設け
られ、前記研磨パッド上に載置された被研磨基板を所定
の位置に保持するガイド部材をさらに備えている構成を
付加するものである。

【００２２】具体的に請求項３の発明が講じた解決手段
は、被研磨基板を保持すると共に保持した被研磨基板を
研磨パッドに押し付ける被研磨基板の保持装置を対象と
し、前記研磨パッドに対して進退可能に設けられてお
り、被研磨基板を吸引する基板吸引手段と一端から供給
された加圧流体を他端から流出させる流体供給路とを有
する基板保持ヘッドと、前記基板保持ヘッドにおける前
記流体供給路の他端を囲む部位に対して接離可能に設け
られており、前記基板保持ヘッド及び前記研磨パッド上
に載置された被研磨基板と共に空間部を形成する環状の
シール部材とを備え、前記研磨パッド上に載置された被
研磨基板を前記流体供給路の他端から前記空間部に供給
される加圧流体の圧力により前記研磨パッドに押し付け
る構成とするものである。

【００２３】請求項３の構成により、請求項１の構成と
同様、被研磨基板を吸着して保持することができると共
に、吸着して保持した被研磨基板を研磨パッド上に搬送
することができる。また、空間部に加圧流体を供給する
ことにより加圧流体の圧力によって被研磨基板を研磨パ
ッドに押し付けることができる。

【００２４】請求項４の発明は、請求項３の構成に、前
記基板保持ヘッドにおける前記シール部材が位置する部
位よりも外側に設けられており、前記研磨パッド上に載
置された被研磨基板を所定の位置に保持するガイド部材
をさらに備えている構成を付加するものである。

【００２５】請求項５の発明は、請求項３の構成に、前
記シール部材は、研磨時に被研磨基板側に移動して被研
磨基板の周縁部を前記研磨パッドに押し付けるように設
けられている構成を付加するものである。

【００２６】請求項６の発明は、請求項５の構成に、前
記シール部材は、前記流体供給路の他端から前記空間部
に供給される加圧流体の圧力により押圧されて被研磨基
板の周縁部を前記研磨パッドに押し付けるように設けら
れている構成を付加するものである。

【００２７】請求項７の発明は、請求項１〜６の構成
に、前記空間部に供給された加圧流体を前記空間部の外
部に流出させる手段をさらに備えている構成を付加する
ものである。

【００２８】具体的に請求項８の発明が講じた解決手段
は、被研磨基板を保持すると共に保持した被研磨基板を
研磨パッドに押し付ける被研磨基板の保持装置を対象と
し、前記研磨パッドに対して進退可能に設けられてお
り、被研磨基板を吸引する基板吸引手段と一端から供給
された加圧流体を他端から流出させる流体供給路とを有
する基板保持ヘッドと、前記基板保持ヘッドにおける前
記流体供給路の他端を囲む部位に固定されており、前記
研磨パッド上に載置された被研磨基板を所定の位置に保
持するガイド部材とを備え、前記研磨パッド上に載置さ
れた被研磨基板を前記流体供給路の他端から前記基板保
持ヘッド、前記ガイド部材及び前記研磨パッド上に載置
された被研磨基板によって囲まれる領域に供給される加
圧流体の圧力により前記研磨パッドに押し付ける構成と
するものである。

【００２９】請求項８の構成により、請求項１の構成と
同様、被研磨基板を吸着して保持することができると共
に、吸着して保持した被研磨基板を研磨パッド上に搬送
することができる。

【００３０】また、基板支持ヘッド、ガイド部材及び研
磨パッド上に載置された被研磨基板によって囲まれる領
域に加圧流体を供給することにより、前記領域を流通す
る加圧流体の圧力によって被研磨基板を研磨パッドに押
し付けることができる。

【００３１】請求項９の発明は、請求項２、４又は８の
構成に、前記ガイド部材は、環状に形成されていると共
に環状の内側と外側とを連通させる連通路を有している
構成を付加するものである。

【００３２】請求項１０の発明は、請求項１〜９の構成
に、前記基板保持ヘッドにおける前記流体供給路の他端
が開口する部分は平坦面に形成されており、前記平坦面
と前記研磨パッドの上に載置された被研磨基板との間隔
を被研磨基板の径の１０００分の１以上に設定する手段
をさらに備えている構成を付加するものである。

【００３３】具体的に請求項１１の発明が講じた解決手
段は、被研磨基板を回転する研磨パッドに押し付けて研
磨する基板の研磨方法を対象とし、被研磨基板を基板保
持ヘッドにより下方から上方へ吸引して保持した後、保
持した被研磨基板を前記研磨パッドの上方に搬送する第
１の工程と、前記研磨パッドの上方に搬送された被研磨
基板を前記基板保持ヘッドから解放して前記研磨パッド
の上に載置する第２の工程と、前記研磨パッドの上に載
置された被研磨基板の上に加圧流体を供給し、供給され
た加圧流体により被研磨基板を前記研磨パッドに押し付
ける第３の工程とを備えている構成とするものである。

【００３４】請求項１１の構成により、被研磨基板を基
板保持ヘッドにより下方から上方へ吸引して保持した
後、保持した被研磨基板を研磨パッドの上方に搬送する
ため、被研磨基板の保持及び研磨パッド上への搬送が容
易である。

【００３５】また、研磨パッド上に載置された被研磨基
板の上に加圧流体を供給し、供給された加圧流体の加圧
力によって被研磨基板を研磨パッドに押し付けることが
できる。

【００３６】請求項１２の発明は、請求項１１の構成
に、前記第３の工程は、前記基板保持ヘッド、該基板保
持ヘッドに固定された環状のシール部材及び前記研磨パ
ッド上に載置された被研磨基板によって形成される空間
部に前記加圧流体を供給する工程を含む構成を付加する
ものである。

【００３７】請求項１３の発明は、請求項１１の構成
に、前記第３の工程は、前記基板保持ヘッド、該基板保
持ヘッドに対して接離可能に設けられた環状のシール部
材及び前記研磨パッドの上に載置された被研磨基板によ
って形成される空間部に前記加圧流体を供給する工程を
含む構成を付加するものである。

【００３８】請求項１４の発明は、請求項１２又は１３
の構成に、前記第３の工程は、前記基板保持ヘッドを前
記研磨パッドに対して所定の押圧力で押圧する工程を含
み、前記空間部に供給される加圧流体の単位面積当たり
の圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面
積で割って得られる圧力よりも大きいという構成を付加
するものである。

【００３９】請求項１５の発明は、請求項１４の構成
に、前記空間部に供給される加圧流体の単位面積当たり
の圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面
積で割って得られる圧力の１．１倍以上で且つ２．０倍
以下であるという構成を付加するものである。

【００４０】請求項１６の発明は、請求項１３の構成
に、前記基板保持ヘッドにおける前記シール部材が位置
する部位よりも外側には前記研磨パッド上に載置された
被研磨基板を所定の位置に保持する環状のガイド部材が
設けられており、前記第３の工程は、前記基板保持ヘッ
ドを前記研磨パッドに対して所定の押圧力で押圧する工
程を含み、前記空間部に供給される加圧流体の単位面積
当たりの圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨
面の面積で割って得られる圧力よりも小さいという構成
を付加するものである。

【００４１】請求項１７の発明は、請求項１６の構成
に、前記空間部に供給される加圧流体の単位面積当たり
の圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面
積で割って得られる圧力の１．０倍未満であるという構
成を付加するものである。

【００４２】請求項１８の発明は、請求項１１又は１３
の構成に、前記基板保持ヘッドには前記研磨パッド上に
載置された被研磨基板を所定の位置に保持する環状のガ
イド部材が設けられており、前記第１の工程は、被研磨
基板を前記基板保持ヘッドに被研磨基板の研磨面が前記
ガイド部材の下面よりも上に位置するように保持する工
程を含み、前記第３の工程は、前記基板保持ヘッドを被
研磨基板の研磨面と前記ガイド部材の下面とが略同一平
面になる位置に移動する工程を含む構成を付加するもの
である。

【００４３】請求項１９の発明は、請求項１３の構成
に、前記第３の工程は、前記シール部材を前記空間部に
供給される加圧流体により押圧して被研磨基板の周縁部
を前記研磨パッドに押し付ける工程を含む構成を付加す
るものである。

【００４４】請求項２０の発明は、請求項１１〜１３の
構成に、前記基板保持ヘッドにおける被研磨基板を保持
する部分は平坦面に形成されており、前記第３の工程
は、前記平坦面と前記研磨パッドの上に載置された被研
磨基板との間隔を被研磨基板の径の１０００分の１以上
に維持する工程を含む構成を付加するものである。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
基板の研磨装置及び研磨方法について、図面を参照しな
がら説明する。

【００４６】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る被研磨基板の保持装置の概略断面図であっ
て、図１において、１１は平坦な表面を持つ剛体よりな
る回転可能な定盤であって、該定盤１１の上面には弾性
を有する研磨パッド１２が貼着されている。

【００４７】定盤１１の上方には、基板１３を保持する
基板保持装置１５Ａが配置されており、該基板保持装置
１５Ａは、図示しない回転駆動手段により回転する回転
軸１６Ａと、回転軸１６Ａの下端に一体的に設けられた
円盤状の基板保持ヘッド１７Ａと、基板保持ヘッド１７
Ａの下面における周縁部に固定されたシリコンゴム等の
弾性体よりなるリング状のシール部材１８Ａと、基板保
持ヘッド１７Ａの下面におけるシール部材１８Ａの外側
に固定されたリング状のガイド部材１９Ａと、一端（図
１における上側）から導入された加圧流体を他端（図１
における下側）から流出させる流体供給路としての流体
流通路２０Ａとを備えている。

【００４８】以下、第１実施形態に係る被研磨基板の保
持装置を用いて行なう基板の研磨方法について図２
（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。

【００４９】まず、搬送時の動作について説明する。基
板１３又は基板保持装置１５Ａを水平方向に移動して、
基板１３を基板保持ヘッド１７Ａの下方に位置させた
後、基板保持ヘッド１７Ａを降下させて基板保持ヘッド
１７Ａと基板１３とを接近させ、その後、基板保持ヘッ
ド１７Ａの下側の大気を流体流通路２０Ａから吸引する
と、図２（ａ）に示すように、基板１３はシール部材１
８Ａを介して基板保持ヘッド１７Ａに吸引されて保持さ
れる。この状態で基板保持ヘッド１７Ａを水平方向に搬
送して定盤１１上の研磨パッド１２の上方に移動させ
る。これにより、基板１３の保持及び搬送を簡易且つ確
実に行なうことができる。

【００５０】次に、研磨時の動作について説明しつつ、
第１実施形態に係る被研磨基板の保持装置の詳細な構造
について説明する。

【００５１】図２（ｂ）に示すように、流体流通路２０
Ａの内部を大気圧にして基板１３を解放して基板１３を
研磨パッド１２の上に載置した後、回転軸１６Ａに対し
て下向きの押圧力を加える。直径が８インチのシリコン
よりなる基板１３を５００ｇ／ｃｍ² の加圧力で研磨パ
ッド１２に押し付けて研磨する場合には、回転軸１６Ａ
に加える押圧力は１５７ｋｇとなる。この場合、基板保
持ヘッド１７Ａ、シール部材１８Ａ及び基板１３により
形成される空間部２１Ａに例えば８００ｇ／ｃｍ² の加
圧空気や加圧窒素等よりなる加圧流体を流体供給路２０
Ａから供給する。この状態で、砥粒を含んだ研磨剤２３
を研磨パッド１２上に滴下しながら、定盤１１と基板保
持ヘッド１７Ａとを相対回転させる。このようにする
と、基板１３の研磨面は研磨パッド１２と摺接するの
で、基板１３の研磨面の凹凸が緩和されて平坦化され
る。ガイド部材１９Ａは回転に伴う遠心力によって基板
１３が外側に飛び出る事態を防止して基板１３を所定の
位置に保持する。

【００５２】ここで、空間部２１Ａの高さｔ_A （図１を
参照）について検討する。

【００５３】流体流通路２０Ａから空間部２１Ａに供給
される加圧流体は基板１３を裏面から研磨パッド１２に
向かって押し付けるが、基板１３はシール部材１８Ａに
接着されていないので、研磨時の基板１３の回転状態や
基板１３の裏面の凹凸状態等により、図３に示すよう
に、加圧流体は基板１３とシール部材１８Ａとの間から
空間部２１Ａの外部に漏れ出る。空間部２１Ａの高さｔ
_A が小さい場合には、空間部２１Ａ内における加圧流体
の流れに抵抗が生じ、空間部２１Ａの内部において圧力
差が生じてしまい基板１３を均一に押圧することができ
ない。このため、空間部２１Ａの高さｔ_A を該空間部２
１Ａを流通する加圧流体に圧損が殆ど生じないような値
に設定する必要がある。空間部２１Ａの高さｔ_A はシー
ル部材１８Ａの厚さによって決まり、加圧流体として水
や空気（窒素）等の低い粘性のものを用いる場合には、
空間部２１Ａの高さｔ_A を基板１３の径（円板の場合の
直径又は方形板の場合の対角線）の長さの１／１０００
以上の値、好ましくは２／１０００以上の値に設定する
と、空間部２１Ａの内部において圧力差が殆ど生じな
い。具体的には、０．５ｍｍ厚さのシール部材１８Ａを
用いて、空間部２１Ａの高さｔ_A を０．５ｍｍとするこ
とが好ましい。

【００５４】前述したように、流体流通路２０Ａから空
間部２１Ａに供給される加圧流体の圧力の方が、回転軸
１６Ａに加えられる押圧力よりも大きいため、基板１３
とガイド部材１９Ａとの間隙を０．１ｍｍ程度に設定し
ておくと、加圧流体の圧力は基板保持ヘッド１７Ａを上
方へ押し上げる力として働き、シール部材１８Ａと基板
１３との間に隙間が生じ、図３において矢印で示すよう
に、加圧流体は基板１３とシール部材１８Ａとの間の隙
間を通ってガイド部材１９Ａの凹状溝１９ａから外部に
流出するので、空間部２１Ａの圧力は低下する。このよ
うにして、空間部２１Ａの加圧流体の圧力は自己整合的
に回転軸１６Ａに加えられた押圧力と一致し、基板１３
は安定した加圧力によって研磨パッド１２に押し付けら
れる。

【００５５】基板１３の厚さとシール部材１８Ａの厚さ
との合計厚さをガイド部材１９Ａの厚さよりも０．０１
〜０．１ｍｍ程度大きくして、基板１３の研磨面（下
面）をガイド部材１９Ａの下面よりも下方に０．０１〜
０．１ｍｍ程度突出させておくと、ガイド部材１９Ａと
研磨パッド１２とが接触しないため、基板１３とシール
部材１８Ａとの間から漏れ出た加圧流体はガイド部材１
９Ａの下側から外部に流出するはずである。しかしなが
ら、研磨パッド１２が弾性変形したり又はガイド部材１
９Ａと研磨パッド１２との間に研磨剤が流入したりする
と、漏れ出た加圧流体はガイド部材１９Ａの下側から外
部にスムーズに流出できなくなりガイド部材１９Ａの内
側に閉じ込められてしまうことがある。基板１３とシー
ル部材１８Ａとの間から空間部２１Ａの外部に漏れ出た
加圧流体がガイド部材１９Ａの内側に閉じ込められる
と、該加圧流体は基板１３と研磨パッド１２との間に浸
入して基板１３を上方に押し上げる力となり、基板１３
を研磨パッド１２に押し付ける力が低下する。そこで、
このような事態を回避するため、ガイド部材１９Ａの下
面には、ガイド部材１９Ａの内側と外側とを連通させ、
空間部２１Ａから漏れ出た加圧流体を外部に逃がすため
の凹状溝１９ａが適当な間隔で複数箇所設けられている
（図４（ａ），（ｂ）を参照）のである。

【００５６】尚、研磨時においては、基板１３はシール
部材１８Ａ及びガイド部材１９Ａとは接触していないた
め、基板保持ヘッド１７Ａが回転しても基板１３は基板
保持ヘッド１７Ａに追従して回転することはない。基板
１３が回転しなくても、定盤１１が回転すると、定盤１
１と基板１３とが相対回転するので、基板１３の研磨面
は研磨される。尚、基板１３を基板保持ヘッド１７Ａと
連動して回転させる必要がある場合には、図４（ａ）に
示すように、ガイド部材１９Ａの内面における基板１３
のオリエンテーションフラット（オリフラ）と対応する
部位を直線状にしたり、図４（ｂ）に示すように、基板
１３に凹部を設けると共にガイド部材１９Ａに凸部を設
けて、基板１３とガイド部材１９Ａとが相対回転しない
ようにしてもよい。このようにすると、基板１３の裏面
におけるガイド部材１９Ａと接する部分が研磨されて損
傷する事態を回避できる。

【００５７】以上説明したように、第１実施形態に係る
研磨基板の保持装置又は基板の研磨方法によると、空間
部２１Ａに供給される加圧流体の圧力によって基板１３
を研磨パッド１２に押し付けるので、研磨パッド１２の
研磨面に凹凸があって基板１３が変形しても、基板１３
を均一な加圧力で研磨パッド１２に押し付けることがで
きるので、基板１３を均一に研磨することができる。

【００５８】また、第１従来例のように、基板の裏面を
基板保持ヘッドにより直接押圧しないため、基板の裏面
にパーティクル等の異物が付着していても基板１３を均
一な加圧力で研磨パッド１２に押し付けることができ
る。

【００５９】さらに、流体流通路２０Ａから大気を吸引
するだけで基板１３を基板保持ヘッド１７Ａに保持でき
るので、基板１３の保持及び搬送が容易である。

【００６０】従って、第１実施形態に係る被研磨基板の
保持装置又は基板の研磨方法によると、定盤１１や研磨
パッド１２に凹凸があったり基板１３の厚さにばらつき
があっても基板１３に対して均一な研磨ができる共に、
基板１３の着脱及び搬送が容易になる。

【００６１】（第２実施形態）図５は本発明の第２実施
形態に係る被研磨基板の保持装置の概略断面図であっ
て、図５において、１０は平坦な表面を持つ剛体よりな
り回転可能な定盤であって、該定盤１０の上面には弾性
を有する研磨パッド１１が貼着されている。

【００６２】定盤１０の上方には、基板１３を保持する
基板保持装置１５Ｂが配置されており、該基板保持装置
１５Ｂは、回転軸１６Ｂと、回転軸１６Ｂの下端に一体
的に設けられ下面に凹部１７ａを有する円盤状の基板保
持ヘッド１７Ｂと、基板保持ヘッド１７Ｂの下面周縁部
に固定されたリング状のガイド部材１９Ｂと、流体流通
路２０Ｂとを備えている。

【００６３】第２実施形態が第１実施形態と異なるの
は、第１実施形態において設けられていたシール部材１
８Ａが設けられていない点と、基板保持ヘッド１７Ｂの
凹部１７ａに、流体流通路２０Ｂを流通してきた加圧流
体を分散孔２４ａにより分散して空間部２１Ｂに供給す
る流体分散板２４Ｂが基板保持ヘッド１７Ｂと一体的に
設けられている点とである。

【００６４】また、第１実施形態においては、空間部２
１Ａに供給される加圧流体の圧力を回転軸１６Ａに加え
られる押圧力に自己整合的に一致させる機構であった
が、第２実施形態においては、空間部２１Ｂに供給され
る加圧流体を常時外部に流出させると共に、空間部２１
Ｂを流通する加圧流体の圧力を回転軸１６Ｂに加えられ
る押圧力に自己整合的に一致させ、回転軸１６Ａに加え
られる押圧力と一致した流通する加圧流体の圧力によっ
て基板１３を研磨パッド１２に押し付ける機構である。

【００６５】以下、第２実施形態に係る基板の研磨装置
を用いて行なう研磨方法について図６（ａ），（ｂ）を
参照しながら説明する。

【００６６】まず、搬送時の動作について説明する。基
板１３又は基板保持装置１５Ｂを水平方向に移動して、
基板１３を基板保持ヘッド１７Ｂの下方に位置させた
後、基板保持ヘッド１７Ｂを降下させて基板保持ヘッド
１７Ｂと基板１３とを接近させ、その後、流体流通路２
０Ｂから基板保持ヘッド１７Ｂの凹部１７ａの空気を吸
引すると、流体分散板２４Ｂの下側空間が減圧されるた
め、図６（ａ）に示すように、基板１３は流体分散板２
４Ｂに吸着されて基板保持ヘッド１７Ｂに確実に保持さ
れる。この状態で基板保持ヘッド１７Ｂを水平方向に移
動して基板１３を定盤１１上の研磨パッド１２の上方に
搬送する。このようにすることにより、基板１３の保持
及び搬送を簡易且つ確実に行なうことができる。

【００６７】次に、研磨時の動作について説明しつつ、
第２実施形態に係る被研磨基板の保持装置の詳細な構造
について説明する。

【００６８】流体流通路２０Ｂの内部ひいては基板保持
ヘッド１７Ｂの凹部１７ａを大気圧に解放して、基板１
３を研磨パッド１２の上に載置した後、回転軸１６Ｂに
対して下向きの押圧力を加える。直径が８インチのシリ
コンよりなる基板１３を５００ｇ／ｃｍ² の加圧力で研
磨パッド１２に押し付けて研磨する場合には、回転軸１
６Ｂに加える押圧力は１５７ｋｇとなる。この場合、基
板保持ヘッド１７Ｂ、ガイド部材１９Ｂ及び基板１３に
よって形成される空間部２１Ｂに例えば６００ｇ／ｃｍ
² の加圧流体を供給する。この状態で、砥粒を含んだ研
磨剤を研磨パッド１２上に滴下しながら、定盤１１と基
板保持ヘッド１７Ｂとを相対回転させる。このようにす
ると、基板１３の研磨面は研磨パッド１２と摺接するの
で、研磨面の凹凸が緩和されて平坦化される。ガイド部
材１９Ｂは、第１実施形態と同様、回転に伴う遠心力に
よって基板１３が外側に飛び出る事態を防止すると共
に、第１実施形態と異なり、基板保持ヘッド１７Ｂ、流
体分散板２４Ｂ及び基板１３と共に空間部２１Ｂを形成
する。

【００６９】ここで、空間部２１Ｂの高さｔ_B について
検討する。

【００７０】流体流通路２０Ｂから空間部２１Ｂに供給
される加圧流体は、基板１３とガイド部材１９Ｂとの間
の隙間及びガイド部材１９Ｂの凹状溝１９ａを通って外
部に流出しつつ基板１３を裏面から研磨パッド１２に向
かって押圧するが、空間部２１Ｂの高さｔ_B が小さい場
合には、空間部２１Ｂ内における流体の流れに抵抗が生
じて空間部２１Ｂの内部において圧力差が生じてしまう
ので、基板１３を均一に押圧することができない。この
ため、空間部２１Ｂの高さｔ_B を該空間部２１Ｂを流通
する加圧流体に圧損が殆ど生じないような値に設定する
必要がある。空間部２１Ｂの高さｔ_B は、ガイド部材１
９Ｂの厚さと基板１３の厚さとの差によって決まり、加
圧流体として水や空気（窒素）等の低い粘性のものを用
いる場合には、基板１３の径の長さの１／１０００以上
の値、好ましくは２／１０００以上の値に設定すると、
空間部２１Ｂの内部において圧力差が殆ど生じない。具
体的には、空間部２１Ｂの高さｔ_B を０．５ｍｍとする
ことが好ましい。

【００７１】流体分散板２４Ｂに形成される分散孔２４
ａの径、数及び配置については、分散孔２４ａから空間
部２１Ｂに供給される加圧流体によって基板１３を均一
に加圧できるように適宜設定することが好ましく、分散
孔２４ａの配置については同心円状且つ放射状であるこ
とが好ましい。また、流体分散板２４Ｂとしては多孔質
板を用いてもよい。

【００７２】前述したように、流体流通路２０Ｂから空
間部２１Ｂに供給される加圧流体の圧力の方が、回転軸
１６Ｂに加えられる押圧力よりも大きいため、基板１３
とガイド部材１９Ｂとの間隙を０．１ｍｍ程度に設定し
ておくと、図６（ｂ）において矢印で示すように、加圧
流体は基板１３とガイド部材１９Ｂとの間の隙間を通っ
てガイド部材１９Ｂの凹状溝１９ａから外部に流出し、
これにより、空間部２１Ｂの圧力は低下するので、空間
部２１Ｂを流通する加圧流体の圧力は自己整合的に回転
軸１６Ｂに加えられた押圧力と一致し、基板１３は安定
した加圧力によって研磨パッド１２に押し付けられる。

【００７３】また、流体流通路２０Ｂから空間部２１Ｂ
に供給される加圧流体の圧力の方が、回転軸１６Ｂに加
えられる押圧力よりも大きいため、加圧流体の圧力は基
板保持ヘッド１７を上方へ押し上げる力として働くの
で、基板保持ヘッド１７と研磨パッド１２との間に隙間
ができ、この隙間を通って加圧流体は外部に流出する。
しかしながら、研磨パッド１２が弾性変形したり又はガ
イド部材１９Ｂと研磨パッド１２との間に研磨剤が流入
したりすると、加圧流体はガイド部材１９Ｂの下側から
外部にスムーズに流出できなくなりガイド部材１９Ｂの
内側に閉じ込められてしまうことがある。このようにな
ると、前述したように、加圧流体が基板１３と研磨パッ
ド１２との間に浸入して基板１３を上方に押し上げ、基
板１３を研磨パッド１２に押し付ける力が低下すること
になる。そこで、このような事態を回避するため、ガイ
ド部材１９Ｂの下面には第１実施形態と同様の凹状溝１
９ａが適当な間隔で複数箇所設けられている。

【００７４】以上説明したように、第２実施形態に係る
被研磨基板の保持装置又は基板の研磨方法によると、流
体分散板２４Ｂの分散孔２４ａから空間部２１Ｂに供給
されガイド部材１９の凹状溝１９ａから流出する加圧流
体の圧力によって基板１３を研磨パッド１２に押し付け
るので、研磨パッド１２の研磨面に凹凸があり基板１３
が変形しても、基板１３を均一な加圧力で研磨パッド１
２に押し付けることができるので、基板１３を均一に研
磨できる。

【００７５】また、基板の裏面にパーティクル等の異物
が付着していても基板１３を均一な加圧力で研磨パッド
１２に押し付けることができる。

【００７６】さらに、流体分散板２４Ｂの分散孔２４ａ
から基板１３を吸引するだけで基板１３を基板保持ヘッ
ド１７Ｂに吸着できるので、基板１３の保持及び搬送が
容易である。

【００７７】従って、第２実施形態に係る被研磨基板の
保持装置又は基板の研磨方法によると、定盤１１や研磨
パッド１２に凹凸があったり基板１３の厚さにばらつき
があっても基板１３に対して均一な研磨ができる共に、
基板１３の着脱及び搬送が容易になる。

【００７８】（第３実施形態）図５は本発明の第３実施
形態に係る被研磨基板の保持装置の概略断面図であっ
て、図７において、１０は平坦な表面を持つ剛体よりな
り回転可能な定盤であって、該定盤１０の上面には弾性
を有する研磨パッド１１が貼着されている。

【００７９】定盤１０の上方には、基板１３を保持する
基板保持装置１５Ｃが配置されており、該基板保持装置
１５Ｃは、回転軸１６Ｃと、回転軸１６Ｃの下端に一体
的に設けられた下面に凹部１７ａを有する円盤状の基板
保持ヘッド１７Ｃと、基板保持ヘッド１７Ｂの凹部１７
ａに該基板保持ヘッド１７Ｂと一体的に設けられた分散
孔２４ａを有する流体分散板２４Ｃと、基板保持ヘッド
１７Ｃの下面周縁部に固定されたリング状のガイド部材
１９Ｃと、ガイド部材１９Ｃの内側に上下動可能に設け
られた弾性材よりなるリング状のシール部材１８Ｃと、
流体流通路２０Ｃとを備えている。

【００８０】第３実施形態が第２実施形態と異なるの
は、ガイド部材１９Ｃの内側に上下動可能にシール部材
１８Ｃが設けられていることである。この場合、基板保
持ヘッド１７Ｂの凹部１７ａの高さはシール部材１８Ｃ
の高さよりも大きく設定されている。

【００８１】また、第１及び第２の実施形態において
は、空間部２１Ａ，２１Ｂに供給される加圧流体の圧力
を自己整合的に基板保持ヘッド１７Ａ，１７Ｂに加えら
れる押圧力と一致させ、基板保持ヘッド１７Ａ，１７Ｂ
に加えられる押圧力と一致した加圧流体の圧力によって
基板１３を研磨パッド１２に押し付ける機構であった
が、第３実施形態においては、空間部２１Ｃに供給され
る加圧流体の圧力を基板保持ヘッド１７Ｃに加えられる
押圧力と等しくして、空間部２１Ｃに供給される加圧流
体の圧力によって基板１３を研磨パッド１２に押し付け
る機構である。

【００８２】以下、第３実施形態に係る被研磨基板の保
持装置を用いて行なう基板の研磨方法について図８
（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。

【００８３】まず、搬送時の動作について説明する。基
板１３又は基板保持装置１５Ｃを水平方向に移動して、
基板１３を基板保持ヘッド１７Ｃの下方に位置させた
後、基板保持ヘッド１７Ｃを降下させて基板保持ヘッド
１７Ｃと基板１３とを接近させ、その後、流体流通路２
０Ｃから基板保持ヘッド１７Ｃの凹部１７ａの空気を吸
引すると、流体分散板２４Ｃの下側空間が減圧されるた
め、図６（ａ）に示すように、基板１３は流体分散板２
４Ｃに吸着されて基板保持ヘッド１７Ｃに確実に保持さ
れる。この場合、基板保持ヘッド１７Ｃの凹部１７ａの
減圧に伴い、シール部材１８Ｃは基板１３から離れて上
方に移動する。この状態で基板保持ヘッド１７Ｃを水平
方向に移動して基板１３を研磨パッド１２の上方に搬送
する。これにより、基板１３の保持及び搬送を簡易且つ
確実に行なうことができる。

【００８４】次に、研磨時の動作について説明しつつ、
第３実施形態に係る被研磨基板の保持装置の詳細な構造
について説明を行なう。

【００８５】流体流通路２０Ｃからの吸引を解放して基
板保持ヘッド１７Ｃの凹部１７ａひいては空間部２１Ｃ
の圧力を大気圧にした後、回転軸１６Ｃに対して下向き
の押圧力を加える。直径が８インチのシリコンよりなる
基板１３を５００ｇ／ｃｍ²の加圧力で研磨パッド１２
に押し付けて研磨する場合には、回転軸１６Ｃに加える
押圧力は１５７ｋｇとなるから回転軸１６Ｃには１６０
ｋｇの力を加える。この場合、空間部２１Ｃに例えば５
００ｇ／ｃｍ² の加圧流体を供給する。この状態で、砥
粒を含んだ研磨剤を研磨パッド１２上に滴下しながら、
定盤１１と基板保持ヘッド１７Ｃとを相対回転させる。
このようにすると、図８（ｂ）に示すように、基板１３
は研磨パッド１２と摺接するので、基板１３の研磨面の
凹凸が緩和されて平坦化される。シール部材１８Ｃは流
体分散板２４Ｃ及び基板１３と共に空間部２１Ｃを形成
し、ガイド部材１９Ｂは、回転に伴う遠心力によって基
板１３が外側に飛び出る事態を防止する機能を有する。

【００８６】ここで、回転軸１６Ｃに加える押圧力と空
間部２１Ｃに供給される加圧流体の圧力との関係につい
て検討する。回転軸８に加えられる押圧力が（空間部２
１Ｃに供給される加圧流体の圧力）×（基板１３の面
積）よりも大きく、ガイド部材１８が研磨パッド１２を
押圧することにより、研磨パッド１２を予め弾性変形さ
せておくことができ、基板１３の周辺部での研磨レート
の上昇を抑えることができるという効果をもたらすた
め、空間部２１Ｃに供給する加圧流体の圧力は（回転軸
１６Ｃに加える押圧力）÷（基板１３の面積）の１．０
倍未満が好ましく、ガイド部材１８に加えられる押圧力
が加圧流体の圧力と同程度であることがより好ましい。

【００８７】次に、空間部２１Ｃの高さｔ_C について検
討する。

【００８８】基板保持ヘッド１７Ｃの凹部１７ａと空間
部２１Ｃとは流体分散板２４Ｃの分散孔２４ａによって
連通しているため、凹部１７ａの圧力と空間部２１Ｃの
圧力とは等しいが、シール部材１８Ｃは基板保持ヘッド
１７Ｃに固定されていないため、研磨時の基板１３の回
転状態や基板１３の裏面の凹凸状態等により、空間部２
１Ｃに供給された加圧流体は、シール部材１８Ｃと基板
１３との隙間から外部に漏れ出る。空間部２１Ｃの高さ
ｔ_C が小さい場合には、空間部２１Ｃ内における流体の
流れに抵抗が生じ、空間部２１Ｃの内部において圧力差
が生じてしまい基板１３を均一に押圧することができな
い。このため、空間部２１Ｃの高さｔ_Cを該空間部２１
Ｃを流通する加圧流体に圧損が殆ど生じないような値に
設定する必要がある。空間部２１Ｃの高さｔ_C は、ガイ
ド部材１９Ｃの厚さと基板１３の厚さとの差によって決
まり、加圧流体として水や空気（窒素）等の低い粘性の
ものを用いる場合には、基板１３の径の長さの１／１０
００以上の値、好ましくは２／１０００以上の値に設定
すると、空間部２１Ｃの内部において圧力差が殆ど生じ
ない。具体的には、空間部２１Ｃの高さｔ_C を０．５ｍ
ｍとすることが好ましい。

【００８９】流体分散板２４Ｃに形成される分散孔２４
ａの径、数及び配置については、分散孔２４ａから空間
部２１Ｃに供給される加圧流体によって基板１３を均一
に加圧できるように適宜設定することが好ましく、分散
孔２４ａの配置については同心円状且つ放射状であるこ
とが好ましい。また、流体分散板２４Ｃとしては多孔質
板を用いてもよい。

【００９０】前述したように、ガイド部材１９Ｃの下面
と基板１３の裏面とは同じ高さ位置であり、また、シー
ル部材１８Ｃは空間部２１Ｃに供給される加圧流体によ
り下方に加圧されているため、シール部材１８Ｃの下面
は基板１３の研磨面と接している。このため、シール部
材１８の重量を無視すると、シール部材１８の上面の面
積と下面の面積とが等しい場合には、基板１３の周縁部
は基板１３の中央部と同等の加圧力によって研磨パッド
１２に押し付けられることになる。

【００９１】シール部材１８は空間部２１Ｃに供給され
る加圧流体により上方に加圧されているため、シール部
材１８と基板１３との接触面から加圧流体が漏れ易いの
で、シール部材１８の上面の面積を下面の面積よりも大
きくしておくことが好ましい。もっとも、実際には、基
板１３の周縁部は中央部よりもシール部材１８の重量分
だけ大きな力で押し付けられているため、シール部材１
８の上面の面積を下面の面積よりも大きくする程度は僅
かでよい。

【００９２】基板１３とシール部材１８Ｃとは接してい
るだけであるため、空間部２１Ｃの加圧流体は基板１３
とシール部材１８Ｃとの間から漏れ出る。この場合、第
１及び第２実施形態と異なり、回転軸１６Ｃに加えられ
る押圧力が空間部２１Ｃに供給される加圧流体の圧力よ
りも若干大きいため、空間部２１Ｃから漏れ出た加圧流
体によって基板保持ヘッド１７Ｃ及びガイド部材１９Ｃ
が上方に押し上げられることがなく、漏れ出た加圧流体
がガイド部材１９Ｃと研磨パッド１２との間の隙間から
流出しない。漏れ出た加圧流体がガイド部材１９Ｃによ
って閉じ込められると、加圧流体が基板１３と研磨パッ
ド１２との間に浸入して基板１３を上方に押し上げ、基
板１３を研磨パッド１２に押し付ける力が低下するの
で、この事態を回避するため、基板１３とシール部材１
８Ｃとの間隙を０．１ｍｍ程度に設定しておくと共に、
ガイド部材１９Ｃの下面に第１実施形態と同様の凹状溝
１９ａを適当な間隔で複数箇所設けておくことが好まし
い。

【００９３】以上説明したように、第３実施形態に係る
被研磨基板の研磨装置又は基板の研磨方法によると、流
体分散板２４Ｃの分散孔２４ａから空間部２１Ｃに供給
される加圧流体の圧力によって基板１３を研磨パッド１
２に押し付けるので、研磨パッド１２の研磨面に凹凸が
あり基板１３が変形しても、基板１３を均一な加圧力で
研磨パッド１２に押し付けることができるので、基板１
３を均一に研磨することができる。

【００９４】また、基板１３の裏面にパーティクル等の
異物が付着していても半導体基板１３を均一な加圧力で
研磨パッド１２に押し付けることができる。

【００９５】さらに、流体分散板２４Ｃの分散孔２４ａ
から基板１３を吸引するだけで基板１３を基板保持ヘッ
ド１７Ｃに吸着できるので、基板１３の保持及び搬送が
容易である。

【００９６】従って、第３実施形態に係る被研磨基板の
保持装置又は基板の研磨方法によると、定盤１１や研磨
パッド１２に凹凸があったり基板１３の厚さにばらつき
があっても基板１３に対して均一な研磨ができる共に、
基板１３の着脱及び搬送が容易になる。

【００９７】

【発明の効果】請求項１又は３の発明に係る被研磨基板
の保持装置によると、被研磨基板を吸着して保持できる
と共に保持した被研磨基板を研磨パッド上に搬送するこ
とができるため、簡易な構造によって被研磨基板の着脱
及び搬送を容易且つ確実に行なうことができる。また、
基板支持ヘッド、環状のシール部材及び研磨パッド上に
載置された被研磨基板によって形成される空間部に供給
される加圧流体の加圧力によって被研磨基板を研磨パッ
ドに押し付けることができるため、研磨パッドに凹凸が
あったり被研磨基板が変形していたりしても、また被研
磨基板の裏面にパーティクル等の異物が付着していて
も、安定した且つ均一な加圧力で被研磨基板を研磨パッ
ドに押し付けることができるので、被研磨基板を均一に
研磨することができる。

【００９８】請求項２又は４の発明に係る被研磨基板の
保持装置によると、基板保持ヘッドにおけるシール部材
の外側に設けられたガイド部材を備えているため、研磨
パッド上に載置された被研磨基板を所定の位置に確実に
保持することができる。

【００９９】請求項５の発明に係る被研磨基板の保持装
置によると、シール部材は、研磨時に被研磨基板側に移
動して被研磨基板の周縁部を研磨パッドに押し付けるた
め、研磨時に被研磨基板の周縁部が浮き上がる事態を回
避することができる。

【０１００】請求項６の発明に係る被研磨基板の保持装
置によると、シール部材は、空間部に供給される加圧流
体の圧力により押圧されて被研磨基板の周縁部を研磨パ
ッドに押し付けるため、被研磨基板の周縁部を他の部分
と同様の加圧力によって研磨パッドに押し付けることが
できるため、被研磨基板を一層均一に研磨することがで
きる。

【０１０１】請求項７の発明に係る被研磨基板の保持装
置によると、空間部に供給された加圧流体を空間部の外
部に流出させる手段を備えているため、空間部に供給さ
れる加圧流体の圧力が基板保持ヘッドに加えられる押圧
力よりも大きくなった場合において、研磨パッドが弾性
変形したり又はガイド部材と研磨パッドとの間に研磨剤
が流入したりしていても、加圧流体はスムーズに外部に
流出するので、加圧流体が被研磨基板と研磨パッドとの
間に浸入して被研磨基板を上方に押し上げる事態を回避
することができる。

【０１０２】請求項８の発明に係る被研磨基板の保持装
置によると、被研磨基板を吸着して保持できると共に保
持した被研磨基板を研磨パッド上に搬送することができ
るため、簡易な構造によって被研磨基板の着脱及び搬送
を容易且つ確実に行なうことができる。また、基板支持
ヘッド、環状のシール部材及び研磨パッド上に載置され
た被研磨基板によって形成される領域に供給され該領域
を流通する加圧流体の加圧力によって被研磨基板を研磨
パッドに押し付けることができるため、研磨パッドに凹
凸があったり被研磨基板が変形していたりしても、また
被研磨基板の裏面にパーティクル等の異物が付着してい
ても、安定した且つ均一な加圧力で被研磨基板を研磨パ
ッドに押し付けることができるので、被研磨基板を均一
に研磨することができる。

【０１０３】請求項９の発明に係る被研磨基板の保持装
置によると、ガイド部材が環状に形成されていると共に
環状の内側と外側とを連通させる連通路を有しているた
め、基板保持ヘッド、ガイド部材及び被研磨基板によっ
て空間部を形成することができ、該空間部に供給される
加圧流体によって被研磨基板を均一に押圧することがで
きると共に、該空間部内の加圧流体の圧力が大きくなり
過ぎる場合には、加圧流体は連通路を通ってガイド部材
の外部に流出することができる。

【０１０４】請求項１０の発明に係る被研磨基板の保持
装置によると、基板保持ヘッドにおける流体供給路の他
端が開口する部分は平坦面であり、該平坦面と研磨パッ
ドの上に載置された被研磨基板との間隔は被研磨基板の
径の１０００分の１以上に設定されているため、加圧流
体が被研磨基板と基板保持ヘッドとの間を流通する際の
流体の流れに抵抗が生じて被研磨基板を加圧する流体に
圧力差が生じる事態を回避できるので、被研磨基板を一
層均一に研磨することができる。

【０１０５】請求項１１の発明に係る基板の研磨方法に
よると、被研磨基板を基板保持ヘッドにより下方から上
方へ吸引して保持した後、保持した被研磨基板を研磨パ
ッドの上方に搬送するため、被研磨基板の保持及び研磨
パッド上への搬送が容易である。また、研磨パッド上に
載置された被研磨基板の上に加圧流体を供給し、供給さ
れた加圧流体により被研磨基板を研磨パッドに押し付け
るため、研磨パッドに凹凸があったり被研磨基板が変形
していたりしても、被研磨基板の裏面にパーティクル等
の異物が付着していても、被研磨基板を均一な加圧力で
研磨パッドに押し付けることができるので、被研磨基板
を均一に研磨することができる。

【０１０６】請求項１２の発明に係る基板の研磨方法に
よると、第３の工程が、基板保持ヘッド、基板保持ヘッ
ドに固定された環状のシール部材及び研磨パッド上に載
置された被研磨基板によって形成される空間部に加圧流
体を供給する工程を含むため、被研磨基板を前記空間部
に供給される加圧流体によって研磨パッドに押し付ける
ことができるので、被研磨基板を一層均一に研磨するこ
とができる。

【０１０７】請求項１３の発明に係る基板の研磨方法に
よると、第３の工程が、基板保持ヘッド、基板保持ヘッ
ドに対して接離可能に設けられた環状のシール部材及び
研磨パッド上に載置された被研磨基板によって形成され
る空間部に加圧流体を供給する工程を含むため、被研磨
基板を前記空間部に供給される加圧流体によって研磨パ
ッドに押し付けることができるので、被研磨基板を一層
均一に研磨することができる。

【０１０８】請求項１４の発明に係る基板の研磨方法に
よると、第３の工程において、空間部に供給される加圧
流体の単位面積当たりの圧力は、基板保持ヘッドに加え
られる所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面積で割っ
て得られる圧力よりも大きいため、加圧流体は空間部か
ら外部に流出しつつ被研磨基板を加圧し、これにより、
被研磨基板に作用する加圧流体の圧力差がなくなるの
で、被研磨基板を一層均一に研磨することができる。

【０１０９】請求項１５の発明に係る基板の研磨方法に
よると、空間部に供給される加圧流体の単位面積当たり
の圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面
積で割って得られる圧力の１．１倍以上で且つ２．０倍
以下であるため、加圧流体が空間部から殆ど流出しない
ために流速が小さくなり過ぎたり、逆に加圧流体が空間
部から流出し過ぎて流速が大きくなり過ぎたりしないの
で、被研磨基板に作用する加圧流体の圧力差が一層なく
なるので、被研磨基板をより一層均一に研磨することが
できる。

【０１１０】請求項１６の発明に係る基板の研磨方法に
よると、基板保持ヘッドにおけるシール部材が位置する
部位よりも外側に環状のガイド部材が設けられているた
め、研磨時に被研磨基板は研磨パッド上の所定位置に確
実に保持されると共に、空間部に供給される加圧流体の
単位面積当たりの圧力が、基板保持ヘッドに対して加え
られる所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面積で割っ
て得られる圧力よりも小さいため、加圧流体が被研磨基
板と研磨ヘッドとの間に浸入して基板保持ヘッドに対し
て接離可能に設けられているシール部材及び被研磨基板
を押し上げる事態を回避できる。

【０１１１】請求項１７の発明に係る基板の研磨方法に
よると、空間部に供給される加圧流体の単位面積当たり
の圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面
積で割って得られる圧力の０．８倍以上で且つ１．０倍
未満であるため、空間部に供給される加圧流体の加圧力
が大きくなってシール部材及び被研磨基板が押し上げら
れる事態を回避できると共に、加圧流体の加圧力に比べ
て基板保持ヘッドに加えられる押圧力が大きくなり過ぎ
てガイド部材が研磨パッドに強く押し付けられる事態を
回避することができる。

【０１１２】請求項１８の発明に係る基板の研磨方法に
よると、基板保持ヘッドにおけるシール部材が位置する
部位よりも外側に環状のガイド部材が設けられているた
め、研磨時に被研磨基板は研磨パッド上の所定位置に確
実に保持されると共に、第３の工程が、基板保持ヘッド
を被研磨基板の研磨面とガイド部材の下面とが略同一平
面になる位置に移動する工程を含むため、空間部に供給
される加圧流体により被研磨基板に加えられる加圧力と
ガイド部材に加えられる押圧力とが略等しくなるので、
空間部に供給される加圧流体は空間部から殆ど流出する
ことなく被研磨基板を研磨パッドに押し付けることがで
きる。

【０１１３】請求項１９の発明に係る基板の研磨方法に
よると、第３の工程が、空間部に供給される加圧流体に
よりシール部材を押圧して被研磨基板の周縁部を研磨パ
ッドに押し付ける工程を含むため、研磨時に被研磨基板
の周縁部が浮き上がる事態を回避することができる。

【０１１４】請求項２０の発明に係る基板の研磨方法に
よると、基板保持ヘッドにおける被研磨基板を保持する
部分は平坦面に形成され、第３の工程が、前記平坦面と
研磨パッドの上に載置された被研磨基板との間隔を被研
磨基板の径の１０００分の１以上に維持する工程を含む
ため、加圧流体が被研磨基板と基板保持ヘッドとの間を
流通する際の流体の流れに抵抗が生じて被研磨基板を加
圧する流体に圧力差が生じる事態を回避できるので、被
研磨基板を一層均一に研磨できる。

【０１１５】以上説明したように、請求項１〜２０の発
明によると、安定した加圧力によって被研磨基板を研磨
パッドに押し付け、安定した研磨を行なうことができる
と共に、研磨パッドや該研磨パッドが載置される定盤に
凹凸があったり、被研磨基板の厚さにばらつきがあった
りしても、被研磨基板に対して均一な研磨ができ、ま
た、簡易な構造によって被研磨基板の着脱及び搬送を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る被研磨基板の保
持装置の概略断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は前記第１の実施形態に係る被
研磨基板の保持装置を用いる研磨方法の各工程を示す概
略断面図である。

【図３】前記第１の実施形態に係る被研磨基板の保持装
置を用いる研磨方法における研磨工程の動作を説明する
概略断面図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は前記第１の実施形態に係る被
研磨基板の保持装置におけるガイド部材の底面図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る被研磨基板の保
持装置の概略断面図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は前記第２の実施形態に係る被
研磨基板の保持装置を用いる研磨方法の各工程を示す概
略断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る被研磨基板の保
持装置の概略断面図である。

【図８】（ａ），（ｂ）は前記第３の実施形態に係る被
研磨基板の保持装置を用いる研磨方法の各工程を示す概
略断面図である。

【図９】第１従来例に係る基板の研磨装置の概略斜視図
である。

【図１０】前記第１従来例に係る基板の研磨装置により
行なう研磨方法の概略断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は前記第１従来例に係る基板
の研磨装置により行なう研磨方法の問題点を説明する概
略断面図である。

【図１２】第２従来例に係る基板の研磨装置の概略断面
図である。

【符号の説明】

１１ 定盤 １２ 研磨パッド １３ 基板 １５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 基板保持装置 １６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 回転軸 １７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 基板保持ヘッド １８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ シール部材 １９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ ガイド部材 １９ａ 凹状溝 ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 流体流通路 ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 空間部 ２３ 研磨剤 ２４Ｂ，２４Ｃ 流体分散板 ２４ａ 分散孔

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被研磨基板を保持すると共に保持した被
   研磨基板を研磨パッドに押し付ける被研磨基板の保持装
   置であって、 前記研磨パッドに対して進退可能に設けられており、被
   研磨基板を吸引する基板吸引手段と一端から供給された
   加圧流体を他端から流出させる流体供給路とを有する基
   板保持ヘッドと、 前記基板保持ヘッドにおける前記流体供給路の他端を囲
   む部位に固定されており、前記基板保持ヘッド及び前記
   研磨パッド上に載置された被研磨基板と共に空間部を形
   成する環状のシール部材とを備え、 前記研磨パッド上に載置された被研磨基板を前記流体供
   給路の他端から前記空間部に供給される加圧流体の圧力
   により前記研磨パッドに押し付けることを特徴とする被
   研磨基板の保持装置。
2. 【請求項２】 前記基板保持ヘッドにおける前記シール
   部材の外側に設けられており、前記研磨パッド上に載置
   された被研磨基板を所定の位置に保持するガイド部材を
   さらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の被
   研磨基板の保持装置。
3. 【請求項３】 被研磨基板を保持すると共に保持した被
   研磨基板を研磨パッドに押し付ける被研磨基板の保持装
   置であって、 前記研磨パッドに対して進退可能に設けられており、被
   研磨基板を吸引する基板吸引手段と一端から供給された
   加圧流体を他端から流出させる流体供給路とを有する基
   板保持ヘッドと、 前記基板保持ヘッドにおける前記流体供給路の他端を囲
   む部位に対して接離可能に設けられており、前記基板保
   持ヘッド及び前記研磨パッド上に載置された被研磨基板
   と共に空間部を形成する環状のシール部材とを備え、 前記研磨パッド上に載置された被研磨基板を前記流体供
   給路の他端から前記空間部に供給される加圧流体の圧力
   により前記研磨パッドに押し付けることを特徴とする被
   研磨基板の保持装置。
4. 【請求項４】 前記基板保持ヘッドにおける前記シール
   部材が位置する部位よりも外側に設けられており、前記
   研磨パッド上に載置された被研磨基板を所定の位置に保
   持するガイド部材をさらに備えていることを特徴とする
   請求項３に記載の被研磨基板の保持装置。
5. 【請求項５】 前記シール部材は、研磨時に被研磨基板
   側に移動して被研磨基板の周縁部を前記研磨パッドに押
   し付けるように設けられていることを特徴とする請求項
   ３に記載の被研磨基板の保持装置。
6. 【請求項６】 前記シール部材は、前記流体供給路の他
   端から前記空間部に供給される加圧流体の圧力により押
   圧されて被研磨基板の周縁部を前記研磨パッドに押し付
   けるように設けられていることを特徴とする請求項５に
   記載の被研磨基板の保持装置。
7. 【請求項７】 前記空間部に供給された加圧流体を前記
   空間部の外部に流出させる手段をさらに備えていること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の被研
   磨基板の保持装置。
8. 【請求項８】 被研磨基板を保持すると共に保持した被
   研磨基板を研磨パッドに押し付ける被研磨基板の保持装
   置であって、 前記研磨パッドに対して進退可能に設けられており、被
   研磨基板を吸引する基板吸引手段と一端から供給された
   加圧流体を他端から流出させる流体供給路とを有する基
   板保持ヘッドと、 前記基板保持ヘッドにおける前記流体供給路の他端を囲
   む部位に固定されており、前記研磨パッド上に載置され
   た被研磨基板を所定の位置に保持するガイド部材とを備
   え、 前記研磨パッド上に載置された被研磨基板を前記流体供
   給路の他端から前記基板保持ヘッド、前記ガイド部材及
   び前記研磨パッド上に載置された被研磨基板によって囲
   まれる領域に供給される加圧流体の圧力により前記研磨
   パッドに押し付けることを特徴とする被研磨基板の保持
   装置。
9. 【請求項９】 前記ガイド部材は、環状に形成されてい
   ると共に環状の内側と外側とを連通させる連通路を有し
   ていることを特徴とする請求項２、４又は８に記載の被
   研磨基板の保持装置。
10. 【請求項１０】 前記基板保持ヘッドにおける前記流体
    供給路の他端が開口する部分は平坦面に形成されてお
    り、前記平坦面と前記研磨パッドの上に載置された被研
    磨基板との間隔を被研磨基板の径の１０００分の１以上
    に設定する手段をさらに備えていることを特徴とする請
    求項１〜９のいずれか１項に記載の被研磨基板の保持装
    置。
11. 【請求項１１】 被研磨基板を研磨パッドに押し付けて
    研磨する基板の研磨方法であって、 被研磨基板を基板保持ヘッドにより下方から上方へ吸引
    して保持した後、保持した被研磨基板を前記研磨パッド
    の上方に搬送する第１の工程と、 前記研磨パッドの上方に搬送された被研磨基板を前記基
    板保持ヘッドから解放して前記研磨パッドの上に載置す
    る第２の工程と、 前記研磨パッドの上に載置された被研磨基板の上に加圧
    流体を供給し、供給された加圧流体により被研磨基板を
    前記研磨パッドに押し付ける第３の工程とを備えている
    ことを特徴とする基板の研磨方法。
12. 【請求項１２】 前記第３の工程は、前記基板保持ヘッ
    ド、該基板保持ヘッドに固定された環状のシール部材及
    び前記研磨パッドの上に載置された被研磨基板によって
    形成される空間部に加圧流体を供給する工程を含むこと
    を特徴とする請求項１１に記載の基板の研磨方法。
13. 【請求項１３】 前記第３の工程は、前記基板保持ヘッ
    ド、該基板保持ヘッドに対して接離可能に設けられた環
    状のシール部材及び前記研磨パッドの上に載置された被
    研磨基板によって形成される空間部に前記加圧流体を供
    給する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の
    基板の研磨方法。
14. 【請求項１４】 前記第３の工程は、前記基板保持ヘッ
    ドを前記研磨パッドに対して所定の押圧力で押圧する工
    程を含み、 前記空間部に供給される加圧流体の単位面積当たりの圧
    力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面積で
    割って得られる圧力よりも大きいことを特徴とする請求
    項１２又は１３に記載の基板の研磨方法。
15. 【請求項１５】 前記空間部に供給される加圧流体の単
    位面積当たりの圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板
    の研磨面の面積で割って得られる圧力の１．１倍以上で
    且つ２．０倍以下であることを特徴とする請求項１４に
    記載の基板の研磨方法。
16. 【請求項１６】 前記基板保持ヘッドにおける前記シー
    ル部材が位置する部位よりも外側には前記研磨パッド上
    に載置された被研磨基板を所定の位置に保持する環状の
    ガイド部材が設けられており、 前記第３の工程は、前記基板保持ヘッドを前記研磨パッ
    ドに対して所定の押圧力で押圧する工程を含み、 前記空間部に供給される加圧流体の単位面積当たりの圧
    力は、前記所定の押圧力を被研磨基板の研磨面の面積で
    割って得られる圧力よりも小さいことを特徴とする請求
    項１３に記載の基板の研磨方法。
17. 【請求項１７】 前記空間部に供給される加圧流体の単
    位面積当たりの圧力は、前記所定の押圧力を被研磨基板
    の研磨面の面積で割って得られる圧力の１．０倍未満で
    あることを特徴とする請求項１６に記載の基板の研磨方
    法。
18. 【請求項１８】 前記基板保持ヘッドには前記研磨パッ
    ド上に載置された被研磨基板を所定の位置に保持する環
    状のガイド部材が設けられており、 前記第１の工程は、被研磨基板を前記基板保持ヘッドに
    被研磨基板の研磨面が前記ガイド部材の下面よりも上に
    位置するように保持する工程を含み、 前記第３の工程は、前記基板保持ヘッドを被研磨基板の
    研磨面と前記ガイド部材の下面とが略同一平面になる位
    置に移動する工程を含むことを特徴とする請求項１１又
    は１３に記載の基板の研磨方法。
19. 【請求項１９】 前記第３の工程は、前記シール部材を
    前記空間部に供給される加圧流体により押圧して被研磨
    基板の周縁部を前記研磨パッドに押し付ける工程を含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の基板の研磨方法。
20. 【請求項２０】 前記基板保持ヘッドにおける被研磨基
    板を保持する部分は平坦面に形成されており、 前記第３の工程は、前記平坦面と前記研磨パッドの上に
    載置された被研磨基板との間隔を被研磨基板の径の１０
    ００分の１以上に維持する工程を含むことを特徴とする
    請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の基板の研磨方
    法。