JPH09306878A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度が高く、しかも量産性に優れた研磨を実
現する。 【解決手段】被研磨基板Ａの外縁を環状体６によって囲
んだうえで、被研磨基板Ａおよび環状体６を、流体の注
入により膨張させた袋体８によって研磨布３に押し付
け、この状態で被研磨基板Ａを環状体６とともに研磨布
３に対してその面方向に沿って相対的に移動させること
で研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリコン半
導体基板製造に際して行う化学機械研磨（ＣＭＰ）等の
平坦化工程等において用いられる研磨装置および研磨方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９９０年以降、シリコン半導体基板や
液晶基板などを研磨する際に用いる研磨装置において
は、被研磨基板の直径が１０ｃｍ以上と大型化してきて
いるうえに、このような研磨を多数枚同時に処理する傾
向にある。そのうえ、被研磨基板に形成されるパターン
が０．５μｍ以下と非常に微細化してきている。そのた
め、被研磨基板の研磨精度をさらに向上させることが要
求されつつある。

【０００３】このような要求に対応した研磨装置とし
て、従来から、例えば、『月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ Ｗｏｒｌｄ』１９９４年１月号の５８〜５９ペー
ジに記載されたものや、『Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ』Ｊｕｌｙ．１９９２／日本語版
３２〜３７ページに記載されたものがある。

【０００４】以下、図１０を参照しながら、上記従来の
研磨装置について説明する。

【０００５】この研磨装置１００は、平らな剛体よりな
る定盤１０１と、定盤１０１上に貼付された研磨布１０
２と、研磨布１０２上に研磨粒子を含む研磨液１０３を
供給する研磨液供給管１０４と、被研磨基板Ａを支持す
る基板支持ヘッド１０５とを備えて構成されており、定
盤１０１を回転させながら研磨液供給管１０４から研磨
布１０２上に研磨液１０３を滴下する。そして、この状
態で基板支持ヘッド１０５で支持した被研磨基板Ａを回
転させながら研磨布１０２に圧接させることにより、研
磨液１０３中の研磨粒子が、基板厚み方向に沿った圧力
を受けた状態で、基板面方向に沿って相対移動し、これ
によって被研磨基板Ａが研磨される。このとき、被研磨
基板Ａの表面に図１１に示すように、酸化膜等の凹凸
Ａ’があった場合には次のようにして平坦化される。す
なわち、基板支持ヘッド１０５の基板取付面にはその面
方向に均一な力が加えられるために、被研磨基板Ａの表
面にある凸部は研磨布１０２と強く接することになり研
磨速度が早くなる。一方、被研磨基板Ａの表面にある凹
部は研磨布１０２との接触圧力が低くなるため殆ど研磨
されることがない。このようにして凹凸Ａ’の研磨レー
トが調整されることにより、凹凸Ａ’が均され平坦化す
ることになる。

【０００６】しかしながら上記の研磨装置では次のよう
な不都合があった。すなわち 図１２（ａ）に示すよう
に、定盤１０１（研磨布１０２）表面の平面精度が低い
場合（例えば、研磨布１０２は弾性変形等によりその厚
さが不均一になることがある）では、それに応じて研磨
される被研磨基板Ａの平面精度も低くなってしまう。図
１２（ａ）の例では、凸状となった研磨布１０２によっ
て研磨される凹凸Ａ’の表面が凹状となる。

【０００７】図１２（ｂ）に示すように、被研磨基板Ａ
の厚さにばらつきがある場合等では、被研磨基板Ａに対
してその面方向に均一な圧力を加えたとしても、被研磨
基板Ａの凹凸Ａ’に対しては一定な加圧とはならずに加
圧力に大小が生じる。そのため、大きな圧力が係る部分
（基板厚みの厚い部分）では、被研磨基板Ａの研磨速度
が速く、小さな圧力が係る部分（基板厚みの薄い部分）
では、研磨速度が遅くなり、これによって、凹凸Ａ’の
表面は平面化されるものの、その厚みが均一化しなくな
る。

【０００８】このような不都合に対しては、従来から、
研磨布１０２の材質を軟らかくし、研磨布１０２が定盤
１０１の凹凸ばらつきや被研磨基板Ａの厚さばらつきに
追随して弾性変形させることで、これら凹凸ばらつきや
厚さばらつきを吸収し、これによって研磨精度を高める
ことが行われている。

【０００９】しかしながら、軟質の研磨布１０２を用い
た場合には、図１２（ｃ）に示すように、研磨布１０２
がその弾性変形によって凹凸Ａ’に追従するために、凹
凸Ａ’の凹部においても研磨を行い、研磨速度を調整す
ることが不可能となる結果、凹凸Ａ’の表面を均すこと
ができなくなるという新たな不都合を生じさせた。

【００１０】そこで、従来から、このような不都合を解
消すべく、図１３に示す研磨装置１１０が提案されてい
る。この研磨装置１１０は回転軸１１１の先端に研磨布
１０２に当接するキャリア１１２を設けている。キャリ
ア１１２はその内部に研磨布１０２に向かって開口する
基板収納凹部１１３を有している。基板収納凹部１１３
は被研磨基板Ａを覆う大きさを有しており、その内部に
はゴム等の弾性体からなる袋体１１４を有している。袋
体１１４には、キャリア１１２および回転軸１１１に設
けられたエア供給孔１１５を介して図示しない加圧エア
供給源から加圧エアが供給されるようになっており、加
圧エアを供給された袋体１１４は膨張するようになって
いる。

【００１１】この研磨装置１１０は、研磨布１０２上に
載置した被研磨基板Ａを覆ってキャリア１１２を配置す
ることで、基板収納凹部１１３に被研磨基板Ａを嵌め入
れる。そして、図示しない加圧エア供給源から袋体１１
４に加圧エアを供給して袋体１１４を膨張させる。する
と、袋体１１４は上方をキャリア１１２によって覆われ
ているので下方に位置する被研磨基板Ａに当接して、被
研磨基板Ａを研磨布１０２に均等に押し付ける。この状
態で、回転軸１１１と定盤１０１とをそれぞれ個別に回
転させつつ、図示しない研磨液供給管から研磨布１０２
上に研磨液１０３を供給することによって被研磨基板Ａ
を研磨する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この研
磨装置１１０は、量産性において劣るうえに、精度の高
い研磨制御が困難であるという課題があった。以下、説
明する。

【００１３】この研磨装置１１０はキャリア１１２によ
って若干研磨布１０２を押圧しつつ、袋体１１４で被研
磨基板Ａを研磨布１０２に押さえ付けており、図１４
（ａ）に示すように、キャリア１１２が研磨布１０２を
押す圧力Ｐ１と袋体１１４が被研磨基板Ａを研磨布７２
に押さえ付ける圧力Ｐ２とを比較して、Ｐ１＞Ｐ２とな
った場合には、キャリア１１２によって研磨布１０２を
押し潰し、研磨布１０２の方向ｄへの移動により研磨布
１０２は突っ掛かって凹部１０２ａを形成する。この凹
部１０２ａの領域には被研磨基板Ａが十分接しない（接
したとしても、この領域における被研磨基板Ａが研磨布
１０２を押す圧力は他より小さい）ため、被研磨基板Ａ
を精度よく研磨できなかった。

【００１４】一方、図１４（ｂ）に示すように、前記圧
力Ｐ１と前記圧力Ｐ２とを比較して、Ｐ１＜Ｐ２となっ
た場合には、被研磨基板Ａが研磨布１０２を押し下げて
いる領域と、キャリア１１２が研磨布１０２を押し下げ
ている領域との間に段差ができてしまい、研磨中、その
段差に被研磨基板Ａが引っ掛かってしまってその部分の
研磨速度が増大してしまった。さらに、その引っ掛かり
の反動で凹部１０２ｂが形成され、その部分では逆に研
磨速度が低下してしまった。

【００１５】したがって、研磨装置１１０では、キャリ
ア１１２が研磨布１０２を押す圧力Ｐ１と、袋体１１４
が被研磨基板Ａを押す圧力Ｐ２とを等しくする必要があ
る。このことを式に表すと、次の式になる。

【００１６】ａ＝（Ｆ−ａ×Ｓ１）／Ｓ２ … ａ：袋体１１４が被研磨基板Ａを押す圧力 Ｆ：キャリア１１２が研磨布１０２に対して加える機械
的加重 Ｓ１：被研磨基板Ａの面積 Ｓ２：キャリア１１２の研磨布当接面積 この式を満たすようなａとＦを設定すれば、図１４
（ａ）及び（ｂ）に示したような不都合は生じることが
ない。

【００１７】しかしながら、上記圧力ａおよびＦを実際
に測定して、その測定結果に基づいて上記式を満たす
ように、圧力ａおよびＦを調整することは面倒な作業で
あって実用性がないうえに、袋体１１４内の加圧エア圧
力として測定する上記圧力ａは、袋体１１４の膨張によ
る収縮力を差し引く必要があり、そのため、実際には精
度のよい調整が困難であった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を備えている。すなわち、
研磨台と、流体の注入により膨張して被研磨基板を前記
研磨台の研磨面に押し付ける袋体と、被研磨基板の外縁
を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体との
間に位置する環状体とを有して研磨装置を構成した。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、研磨台と、流体の注入により膨張して被研磨基板を
前記研磨台の研磨面に押し付ける袋体と、被研磨基板の
外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨面と前記袋体
との間に位置する環状体とを有して研磨装置を構成して
おり、そのために次のような作用を有する。すなわち、
環状体を被研磨基板の外縁を囲んだうえで、被研磨基板
を研磨面側に押圧するので、被研磨基板や環状体の押し
付けによって平坦性が乏しくなる研磨面の領域には環状
体が当接することになり、環状体の面方向内側に位置す
る被研磨基板は常に平坦な研磨面の領域に当接するよう
になる。

【００２０】請求項２に記載の発明は、請求項１に係る
発明において、前記環状体は、少なくともその研磨台当
接面が被研磨基板より研磨速度が小さい材料で構成され
ており、そのために次のような作用を有する。すなわ
ち、環状体の摩耗を少なくすることができる。

【００２１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２の係る発明において、前記環状体の対向内縁間寸法
を、被研磨基板の対向外縁間寸法に前記袋体の膜厚の４
倍寸法を加算した値より小さいしており、そのために次
のように作用を有する。すなわち、環状体と被研磨基板
との間の隙間に袋体が入り込んで、研磨面により研磨さ
れるといったことが起きなくなる。

【００２２】請求項４に記載の発明は、前記研磨面の基
板載置領域を囲んで前記研磨面の垂線方向に移動可能に
設けられ、研磨時に前記研磨面に当接する囲繞体をさら
に有し、この囲繞体に、前記環状体を取り付けており、
そのために次のような作用を有する。すなわち、環状体
は囲繞体に支持されているので、環状体を単独で位置決
めする操作する手間が省かれる。

【００２３】請求項５に記載の発明は、被研磨基板の外
縁を環状体によって囲んだうえで、被研磨基板および前
記環状体を、流体の注入により膨張させた袋体によって
研磨面に押し付け、この状態で被研磨基板を前記環状体
とともに前記研磨面に対してその面方向に沿って相対的
に移動させることで研磨しており、そのために次のよう
な作用を有する。すなわち、環状体を被研磨基板の外縁
を囲んだうえで、被研磨基板を研磨面側に押圧するの
で、被研磨基板や環状体の押し付けによって平坦性が乏
しくなる研磨面の領域には環状体が当接することにな
り、環状体より中央側に位置する被研磨基板は常に平坦
な研磨面の領域に当接するようになる。

【００２４】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
ながら詳細に説明する。

【００２５】第１の実施の形態 図１は、本発明の第１の実施の形態の研磨装置１の要部
を示す断面図である。

【００２６】この研磨装置１は半導体基板等の被研磨基
板Ａを研磨するものであって、剛体よりなり図示しない
駆動系により回転する定盤２と、定盤２上に貼付された
研磨布３と、研磨布３に対向して配置されたキャリア４
と、キャリア４を回転させる回転軸５と、環状体６とを
備えている。キャリア４の内部は研磨布３に向かって開
口する基板収納凹部７が形成されている。基板収納凹部
７は環状体６の外周を覆う大きさを有しており、その内
部にはゴム等の弾性体からなる袋体８を有している。袋
体８には、キャリア４および回転軸５に設けられたエア
供給孔９を介して図示しない加圧エア供給源から加圧エ
アが供給されるようになっており、加圧エアを供給され
た袋体８は膨張するようになっている。

【００２７】環状体６は被研磨基板Ａと同等の厚みを有
する環状の板材から構成されており、被研磨基板Ａの外
周形状と同等の円形状をした内孔６ａを有している。し
たがって、環状体６は内孔６ａに形状に応じた円環状を
しているが、環状体６は必ずしも円環状である必要はな
く、被研磨基板Ａが四角形であれば、その形状に追随す
る。すなわち、環状体６は任意の形状を取り得る。ただ
し、ここでは、円環状として説明を進める。内孔６ａの
大きさを詳細にいえば、次のようになる。すなわち、内
孔６ａの内径寸法（対向内縁間寸法）は、被研磨基板Ａ
の外径寸法（対向外縁間寸法）に袋体９の膜厚寸法を４
倍した寸法を加算した値より小さくなっている。

【００２８】環状体６は被研磨基板Ａより研磨速度が小
さく、かつ研磨によって被研磨基板Ａに対して都合の悪
い不純物を発生させない材料（例えば、テフロン）から
構成するのがよく、最適には、後述する研磨粒子（アル
ミナ、シリカ等）より硬い材料（セラミック、ダイヤモ
ンド（ダイヤモンドは少なくとも、研磨布３に当接する
面にコーティングすればよい）等から構成するのがよ
い。

【００２９】次に、研磨装置１を用いた被研磨基板Ａの
研磨を図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して説明する。

【００３０】図２（ａ）に示すように、研磨布３上に被
研磨基板Ａを載置したうえで、被研磨基板Ａを囲むよう
に環状体６を研磨布３上に載置する。そのうえで、さら
に、キャリア４を研磨布３に当接させて、基板収納凹部
７に環状体６および被研磨基板Ａを収納する。このと
き、袋体８は無膨張状態にしておく。またこのとき、無
膨張状態の袋体８は図２（ａ）に示すように被研磨基板
Ａに接しない状態としてもよいし、被研磨基板Ａに接し
た状態としてもよい。

【００３１】そして、エア供給孔９を介して袋体８に加
圧エア（または加圧窒素等）を送り込んで袋体８を膨張
させ、これによって被研磨基板Ａおよび環状体６を研磨
布６に圧接させる。また、図示しない研磨液供給源から
研磨布３上に研磨粒子を含んだ研磨液を流す。さらに
は、回転軸５を介してキャリア４に対して研磨布３に向
かう方向の力を加える。そして、この状態で、定盤２を
回転させる（このとき、回転軸５は回転させてもよい）
ことで、被研磨基板Ａおよび環状体６を研磨布３に対し
て相対移動させて被研磨基板Ａを研磨する。

【００３２】ここで、キャリア４が上昇してしまわない
ように回転軸５に下方向に加える力は、袋体８の膨張に
より被研磨基板Ａを研磨布３に押し付ける力より大きく
する必要があるが、その際、キャリア４が研磨布３を押
す圧力（Ｐ１）と、被研磨基板Ａが研磨布３を押す圧力
（Ｐ２）の大小によって研磨状態が異なってくる。その
ため、まず、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きい（Ｐ１＞Ｐ
２）場合を説明する。

【００３３】Ｐ１＞Ｐ２の状態で、定盤２を回転させる
と、キャリア４は研磨布３に対して相対移動していく
が、その際、研磨布３上にはキャリア４の圧接によって
凹み領域１０ａが、また、袋体８による力によって凹み
領域１０ｂがそれぞれ形成される。凹み領域１０ｂは、
袋体８による力が均等に被研磨基板Ａおよび環状体６の
一部に加わるため平坦となる。一方、凹み領域１０ａは
Ｐ１＞Ｐ２であることと、キャリア４の突っ掛かりによ
り、凹み領域１０ｂより深く形成される。

【００３４】定盤２の回転によりキャリア４が凹み領域
１０ａより移動して所定の時間を経過すると、凹み領域
１０ａは袋体８による力Ｐ２を受けて凹み領域１０ｂと
同等の深さ状態になる。そのため、凹み領域１０ａが凹
み領域１０ｂと同等な深さ状態になって安定するまでの
期間に、被研磨基板Ａが凹み領域１０ａ上を移動する
と、その研磨状態が安定しなくなる。しかしながら、こ
の研磨装置１では、被研磨基板Ａの周囲に環状体６を設
けているので、キャリア４が通り過ぎて圧力Ｐ１を受け
なくなった凹み領域１０ａに対しては、上記所定の時間
を経過する期間中は環状体６が当接し、被研磨基板Ａが
凹み領域１０ａに達した時には、この凹み領域１０ａは
凹み領域１０ｂと同等の深さ状態になっている。そのた
め、被研磨基板Ａに対しては凹み領域１０ａの形成に関
係なく安定した研磨を行うことができる。

【００３５】なお、このような作用を発揮するために、
環状体６は、次の式に示す幅（内外縁間の間隔）Ｗを
備えている。

【００３６】Ｗ≧ｖ₁・ｔ₁ … ｖ₁：キャリア４（＝環状体６）が研磨布２に対して相
対移動する速度 ｔ₁：凹み領域１０ａが凹み領域１０ｂの深さ状態で安
定するまでに要する時間 次に、Ｐ１＜Ｐ２の場合を説明する。

【００３７】この状態では、定盤２を回転させると、図
２（ｃ）に示すように、研磨布３上には凹み領域１０
ａ'と１０ｂ'とが形成される。凹み領域１０ｂ’は、袋
体８による圧力Ｐ２が均等に被研磨基板Ａおよび環状体
６に加わるため平坦となる。一方、凹み領域１０ａ’は
環状体６の突っ掛かりによって凹み領域１０ｂ’より深
く形成される。

【００３８】定盤２の回転によりキャリア４が凹み領域
１０ａより移動して所定の時間を経過すると、凹み領域
１０ａ’は袋体８による圧力Ｐ２を受けて凹み領域１０
ｂ’と同等の深さ状態になる。そのため、凹み領域１０
ａ’が凹み領域１０ｂ’と同等な深さ状態になるまでの
期間に凹み領域１０ａ’上を被研磨基板Ａが移動すると
その研磨状態が安定しなくなる。しかしながら、この研
磨装置１では、被研磨基板Ａの周囲に環状体６を設けて
いるので、キャリア４が凹み領域１０ａ’を通り過ぎて
上記所定の時間を経過する期間中は、凹み領域１０ａ’
に対して環状体６が当接することになる。そのため、被
研磨基板Ａが凹み領域１０ａ’に達した時には、凹み領
域１０ａ’は凹み領域１０ｂ’と同等の深さ状態になっ
て安定しており、被研磨基板Ａに対しては凹み領域１０
ａ’の形成に関係なく安定した研磨を行うことができ
る。

【００３９】なお、このような作用を発揮するために、
環状体６は、次の式に示す幅（内外縁間の間隔）Ｗ’
を備えている。

【００４０】Ｗ’≧ｖ₂・ｔ₂ … ｖ₂：キャリア４（＝環状体６）が研磨布２に対して相
対移動する速度 ｔ₂：凹み領域１０ａ'が凹み領域１０ｂ'の深さ状態で
安定するまでに要する時間 このように、環状体６は、上記式と式とを両方とも
満たす幅を有しておればよい。

【００４１】この研磨装置１においては、袋体８の弾性
率が十分高い場合には、環状体６の厚さと被研磨基板Ａ
の厚さが異なっていても、袋体８の膨張力は環状体６と
被研磨基板Ａとに対して均等に印加されることになる。
これは、袋体８の弾性率が十分高いので、環状体６と被
研磨基板Ａとの間に形成される段差部分に沿って袋体８
が追従するためである。ただし、このとき、環状体６と
被研磨基板Ａとの間に隙間があると、袋体８がこの隙間
に入り込み、研磨布２に接して削られてしまう。そのた
め、この隙間は極力小さくする必要がある。しかしなが
ら、この隙間が全く存在しないと、被研磨基板Ａが環状
体６内に収まらなくなる。このような条件を満たすた
め、環状体６の内径（対向内縁間寸法）は、被研磨基板
Ａの外径（対向外縁間寸法）に袋体８の膜厚の４倍寸法
を加算した値より小さく設定されている。

【００４２】上述したように、環状体６と被研磨基板Ａ
との間には所定の隙間を設ける必要があるが、以下に示
す構造を採用すれば、研磨時にこの隙間を無くすことで
がきる。すなわち、図３に示すように、環状体６の内縁
の上端全周に段部６ｂを形成し、この段部６ｂに、好ま
しくはゴム等からなる弾性体１２を設ける。このように
構成すれば、袋体８の加圧力を受けた弾性体１２が弾性
変形して、環状体６と被研磨基板Ａとの間の隙間を埋め
ることができ、この隙間を精度高く制御する必要がなく
なるうえ、被研磨基板Ａも位置ずれしなくなる。

【００４３】一方、袋体８の弾性率が低い場合、環状体
６の厚さと被研磨基板Ａの厚さが異なっていると、被研
磨基板Ａは全面にわたって均一に加圧されない。これ
は、環状体６と被研磨基板Ａとの間に厚さの違いによっ
て形成される段差部分まで袋体８が追従しなくなるため
である。具体的には、環状体６の厚さが被研磨基板Ａの
厚さより大きい場合、環状体６に接する被研磨基板Ａの
端縁には袋体８が接しなくなり、この部分に対する加圧
力は、被研磨基板Ａの他の部分に対する加圧力より小さ
くなって、これでは、被研磨基板Ａに対して均一な加圧
を行うことができない。反対に、被研磨基板Ａの厚さが
環状体６の厚さより大きい場合、環状体６の内縁には袋
体８が接しなくなる。そのため、環状体６に接する被研
磨基板Ａの端縁には、袋体８の加圧力が集中し、その加
圧力は、被研磨基板Ａの他の部分にかかる圧力より増大
し、やはり、被研磨基板Ａに対して均一な加圧を行うこ
とができない。したがって、袋体８の弾性率が低い場合
には、環状体６の厚さと被研磨基板Ａの厚さを同程度に
する必要がある。

【００４４】第２の実施の形態 図４は本発明の第２の実施の形態である研磨装置２０の
主要部分の概略断面図である。

【００４５】この研磨装置２０は、剛体よりなり図示し
ない駆動系により回転する定盤２１と、定盤２１上に貼
付された研磨布２２と、基板収納凹部２８を有して研磨
布２２に対向して配置されるキャリア２３と、キャリア
２３を回転させる回転軸２４と、キャリア２３と回転軸
２４とに設けられたエア供給孔２５と、袋体２６と、環
状体２７とを備えており、これらの構造は基本的には、
第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略
する。

【００４６】この研磨装置２０は、環状体２７の取付構
造に特徴がある。すなわち、基板収納凹部２８は被研磨
基板Ａより大きい底面積を有して構成されており、基板
収納凹部２８には、基板収納凹部２８の中央部を囲んで
囲繞体２９が設けられている。

【００４７】囲繞体２９は基板収納凹部２８の内壁に、
図中上下方向に移動可能に取り付けられている。囲繞体
２９は、環状に構成されてもよいし、環状体の下端を櫛
歯状に成形して構成してもよい。さらには、周方向に互
いに分離した複数の部材から囲繞体２９を構成してもよ
い。なお、以下の説明では、囲繞体２９を環状の部材と
して説明する。

【００４８】この囲繞体２９の底部２９ａには環状体２
７が取り付けられている。環状体２７は外側を囲繞体２
９によって囲まれた状態で、その外縁２７ａが囲繞体２
９の底部２９ａによって固定されており、囲繞体２９の
底面と環状体２７の底面とは面一になっている。ただ
し、環状体２７と囲繞体２９とは、別個のように説明し
ているが、囲繞体２９そのものに環状体２７の機構を含
ませてもよい。

【００４９】この研磨装置２０を用いた被研磨基板Ａの
研磨方法を図５（ａ）〜図５（ｃ）に参照して説明す
る。

【００５０】図５（ａ）に示すように、研磨布２２上に
被研磨基板Ａを載置したうえで、環状体２７によって被
研磨基板Ａを囲むようにキャリア２３を研磨布２２上に
載置する。このとき、キャリア２３と環状体２７とが一
体になっているので、環状体２７の載置作業とキャリア
２３の載置作業とを同時に行うことができ、その分、作
業が簡単になっている。

【００５１】キャリア２３を研磨布２２上に載置した際
には、袋体２６は無膨張状態にしておく。そして、エア
供給孔２５を介して袋体２６に加圧エア（または加圧窒
素等）を送り込んで袋体２６を膨張させ、これによって
被研磨基板Ａおよび環状体２７を研磨布２２に圧接させ
る。また、図示しない研磨液供給源から研磨布２２上に
研磨粒子を含んだ研磨液を流す。さらには、回転軸２４
を介してキャリア２３に対して研磨布２２に向かう方向
の力を加える。そして、この状態で、定盤２１を回転さ
せることで、被研磨基板Ａおよび環状体２７を研磨布２
２に対して相対移動させて被研磨基板Ａを研磨する。

【００５２】ここで、回転軸２４に下方向に加える力
は、袋体２６の膨張により被研磨基板Ａを研磨布２２に
押し付ける力Ｐ２より大きくする必要があるが、その
際、キャリア２３が研磨布２２を押す圧力（Ｐ１）と被
研磨基板Ａが研磨布２２を押す圧力（Ｐ２）との大小に
よって研磨状態が異なってくる。Ｐ１がＰ２より大きい
（Ｐ１＞Ｐ２）場合では、図５（ｂ）に示すように、研
磨布２２上にはキャリア２３の圧接によって凹み領域３
０ａが、また、袋体２６による力によって凹み領域３０
ｂがそれぞれ形成される。これら凹み領域３０ａ，３０
ｂは、Ｐ１＞Ｐ２であることとキャリア２３の突っ掛か
りとにより、凹み領域３０ａが凹み領域１０ｂより深く
形成されるが、第１の実施の形態で説明したのと同様の
理由により、被研磨基板Ａに対しては凹み領域３０ａ，
３０ｂの形成に関係なく安定した研磨を行うことができ
る。

【００５３】Ｐ１がＰ２より小さい（Ｐ１＜Ｐ２）場合
では、図５（ｃ）に示すように、研磨布２２上には環状
体２７の突っ掛かりにより凹み領域３０ａ’が、また、
袋体２６による力によって凹み領域３０ｂ’がそれぞれ
形成される。これら凹み領域３０ａ’,３０ｂ’では、
凹み領域３０ａ’が凹み領域３０ｂ’より深く形成され
るが、第１の実施の形態で説明したのと同様の理由によ
り、被研磨基板Ａに対しては凹み領域３０ａ’,３０
ｂ’の形成に関係なく安定した研磨を行うことができ
る。

【００５４】この研磨装置２０では、囲繞体２９の可動
範囲は次のように設定する必要がある。すなわち、キャ
リア２３の押圧によりキャリア２３の底面が研磨布２２
に凹み領域３０ａ，３０ａ’を形成しても、キャリア２
３の押圧力が囲繞体２９を介して環状体２７に伝わらな
い程度の上下可動範囲を囲繞体２９に与えておく。

【００５５】第３の実施の形態 図６は本発明の第３の実施の形態の研磨装置４０の主要
部分である基板支持ヘッド部分付近の概略断面図であ
る。

【００５６】この研磨装置４０は、剛体よりなり図示し
ない駆動系により回転する定盤４１と、定盤４１上に貼
付された研磨布４２と、基板収納凹部４８を有して研磨
布４２に対向配置されるキャリア４３と、キャリア４３
を回転させる回転軸４４と、キャリア４３と回転軸４４
とに設けられたエア供給孔４５と、袋体４６と、環状体
４７と、基板収納凹部４８の内壁に上下方向に微動可能
に取り付けられた囲繞体４９とを有しており、これらの
構造は基本的には、第２の実施の形態と同様であるの
で、詳細な説明は省略する。この研磨装置４０は、キャ
リア４３の構造に特徴がある。すなわち、キャリア４３
はその高さ寸法が短く設定されており、囲繞体４９が研
磨布４２に当接する際には、キャリア４３の底面４３ａ
は研磨布４２に当接しないようになっている。

【００５７】次に、上記のように構成された研磨装置４
０を用いた研磨方法を図７（ａ），図７（ｂ）を参照し
て説明する。

【００５８】図７（ａ）に示すように、研磨布４２上に
被研磨基板Ａを載置したうえで、環状体４７によって被
研磨基板Ａを囲むようにキャリア４３を研磨布４２上に
載置する。このとき、キャリア４３と環状体２７が一体
になっているので、環状体２７の載置作業とキャリア２
３の載置作業とを同時に行うことができ、その分、作業
が簡単になっている。

【００５９】キャリア４３を研磨布４２上に載置した際
には、袋体４６は無膨張状態にしておく。そして、図７
（ｂ）に示すように、エア供給孔４５を介して袋体４６
に加圧エア（または加圧窒素等）を送り込んで袋体４６
を膨張させ、これによって被研磨基板Ａおよび環状体４
７を研磨布４２に圧接させる。また、図示しない研磨液
供給源から研磨布４２上に研磨粒子を含んだ研磨液を流
す。そして、この状態で、定盤４１を回転させること
で、被研磨基板Ａおよび環状体４７を研磨布４２に対し
て相対移動させて被研磨基板Ａを研磨する。

【００６０】この研磨装置４０では、研磨中にキャリア
４３の底面４３ａが研磨布４２に当接しないので、回転
軸４４に対して下方向に加える加圧力を微妙に調整する
必要がなく、単に、キャリア底面４３ａと研磨布４２と
の間の離間間隔が一定になるように、キャリア４３の位
置を制御すればよい。

【００６１】第４の実施の形態 図８は本発明の第４の実施の形態の研磨装置５０の主要
部分である基板支持ヘッド部分付近の概略断面図であ
る。

【００６２】この研磨装置５０は、剛体よりなり図示し
ない駆動系により回転する定盤５１と、定盤５１上に貼
付された研磨布５２と、基板収納凹部５８を有するとと
もに研磨布５２に対向配置されるキャリア５３と、キャ
リア５３を回転させる回転軸５４と、袋体５６と、環状
体５７と、基板収納凹部５８の内壁に上下方向に微動可
能に取り付けられた囲繞体５９とを有しており、これら
の構造は基本的には、第２の実施の形態と同様であるの
で、詳細な説明は省略する。

【００６３】この研磨装置５０は、キャリア５３および
回転軸５４にエア供給機構５５を設けたことに特徴があ
る。すなわち、エア供給機構５５は、基板収納凹部５８
の天井部の中央に連通し、基板収納凹部５８に加圧エア
を供給するとともに、基板収納凹部５８を真空引きする
第１配管孔６０と、基板収納凹部５８の天井部の端部に
連通し、基板収納凹部５８に加圧エアを供給するととも
に、基板収納凹部５８を真空引きする第２配管孔６１
と、チャック体６３とを有している。

【００６４】第１配管孔６０は基板収納凹部５８内にお
いて袋体５６の内部に連通する位置に開口しており、袋
体５６は第１配管孔６０によるエア加圧と真空引きによ
り膨張収縮するようになっている。第２配管孔６１は、
基板収納凹部５８において袋体５６の内部とは連通しな
い位置に開口している。第２配管孔６１の基板収納凹部
５８側端部には、第２配管孔６１本体の内径より大径と
なった取付凹部６２が形成されており、この取付凹部６
２にチャック体６３が収納されている。チャック体６３
は取付凹部６２との間に隙間なく配置されている。チャ
ック体６３は、被研磨基板Ａの収納領域を囲んで複数設
けられており、互いに被研磨基板Ａの直径より若干狭い
離間間隔を隔てて対向配置されている。具体的には、チ
ャック体６３は環状体５７の内縁の内側に沿ってその上
方に配置されている。

【００６５】チャック体６３の内部にはエア流通路６４
が形成されている。エア流通路６４はチャック体６３の
上下にわたって形成されており、その下端はチャック体
６３の底面に開口している。また、エア流通路６４の上
端は基板収納凹部５８の中央側に向けてほぼ９０度屈曲
されてチャック体６３の側面に開口している。

【００６６】一方、基板収納凹部５８の天井間近に位置
する第１配管孔６０からは、取付凹部６２それぞれに向
けて支流路６５が分岐しており、この支流路６５は各取
付凹部６２に開口している。支流路６５は、取付凹部６
２の開口部の間近に連通している。

【００６７】次に、上記のように構成された研磨装置５
０を用いた研磨方法を図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照し
て説明する。

【００６８】まず、キャリア５３を被研磨基板Ａの収納
位置まで搬送し、さらにキャリア５３を基板収納凹部５
８が被研磨基板Ａを覆う位置に配置する。

【００６９】この状態で、第２配管孔６１を介して取付
凹部６２に加圧エアーを供給することで、この取付凹部
６２内に隙間なく配置されているチャック体６３を、チ
ャック体底面が被研磨基板Ａに当接し、エア流通路６４
の上端が支流路６５に連通する位置まで下降させる。そ
して、加圧エアの供給を停止する。このとき、加圧エア
の空気圧は維持しておき、チャック体６３をその位置に
保持する。

【００７０】次に、第１の配管孔６０を介して基板収納
凹部５８の内部を真空引きすることで、袋体５６を収縮
させる。このとき、同時に、支流路６５を介してエア流
通路６４が真空引きされるので、チャック体６３の底面
に当接している被研磨基板Ａはチャック体６３に吸着す
る。

【００７１】そして、図９（ａ）に示すように、被研磨
基板Ａを吸引した状態で、キャリア５３を研磨布５２ま
で搬送し、キャリア５３の底面を研磨布５２に当接させ
る。このとき、囲繞体５９はキャリア５３内において相
対的に上昇移動し、キャリア５３の底面と環状体５７の
底面とは面一となって研磨布５２に当接する。また、被
研磨基板Ａは環状体５７に囲まれた領域に載置される。
なお、図９（ａ）は、研磨布５２への搬送途中の状態を
示しており、囲繞体５９は自重によって可動範囲の最下
位に位置している。

【００７２】被研磨基板Ａを研磨布５２上に搬送した
後、図９（ｂ）に示すように、第１配管孔６０による真
空引き動作を停止して、チャック体６３による被研磨基
板Ａの吸引動作を停止する。チャック体６３による被研
磨基板Ａの吸引動作の停止と同時に、第２配管孔６１に
よる取付凹部６２への加圧エア供給を停止して、反対
に、第２配管孔６１を真空引きする。これにより、チャ
ック体６３は取付凹部６２内で上昇して、被研磨基板Ａ
から離間する。

【００７３】さらに、今度は、第１配管孔６０に加圧エ
アを供給して、袋体５６を膨張させる。このとき、基板
収納凹部５８内において袋体５６の外側に位置する領域
に、支流路６５を介して加圧エアが供給されると、袋体
５６の膨張の妨げとなる。しかしながらこのとき、チャ
ック体６３は上昇しているので、支流路６５の開口は、
チャック体６３の側面によって閉塞されており、支流路
６５を介して袋体５６の外側に加圧エアが供給されるこ
とはない。

【００７４】このようにして、袋体５６を膨張させるこ
とで、被研磨基板Ａを研磨布５２に密着させる。そし
て、この状態で被研磨基板Ａを研磨するのであるが、そ
の研磨動作は上述した第２の実施の形態の研磨装置２０
と同様であるのでその説明は省略する。

【００７５】研磨が終了した後、図９（ｃ）に示すよう
に、第１配管孔６０への加圧エアの供給を停止して反対
に真空引きすることで袋体５６を収縮させる。ある程
度、袋体５６を収縮させたのち、第２配管孔６１の真空
引きを停止して反対に加圧エアを供給することで、チャ
ック体６３を下降させる。チャック体６３が下降して、
被研磨基板Ａに当接すると、エア流通路６４の上端が支
流路６５に連通する。すると、支流路６５を介してエア
流通路６４が真空引きされるので、チャック体６３が被
研磨基板Ａを吸引して保持する。

【００７６】チャック体６３が被研磨基板Ａを保持した
のち、キャリア５３を研磨処理済基板の収納位置等の他
の場所まで搬送する。

【００７７】研磨装置５０では、第１配管孔６０が、袋
体５６を膨張収縮させるエア通路と、被研磨基板Ａを吸
引するエア通路とを兼務しているので、回転軸５４の構
造およびエア供給機構５５の構造が簡単になる。

【００７８】なお、上述した各実施の形態では、袋体
８，２６，５６に気体を注入して膨張させていたが、袋
体８，２６，５６に液体を注入して膨張させてもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果が得られる。

【００８０】請求項１，５の効果 被研磨基板や環状体の押し付けによって平坦性が乏しく
なる研磨面の領域には環状体が当接し、環状体の面方向
内側に位置する被研磨基板は常に平坦な研磨面の領域に
当接するようになった。そのため、精度の高い研磨を行
うことができるうえに、面倒な研磨圧力の調整作業を行
う必要がないので、量産性も向上した。

【００８１】請求項２の効果 環状体の摩耗を少なくすることができるので、環状体の
耐久性を高めることができるうえ、被研磨基板に有害な
不純物が環状体の摩耗により生じにくくなる。

【００８２】請求項３の効果 環状体と被研磨基板との間の隙間に袋体が入り込んで、
研磨面により研磨されるといったことがなくなり、摩耗
による袋体の破裂で研磨作業が中断するといった不都合
が起きなくなった。また、隙間に袋体が入り込むことに
起因する加圧力のばらつきが起きなくなり、研磨精度が
さらに向上する。

【００８３】請求項４の効果 環状体は囲繞体に支持されているので、環状体を単独で
位置決めする手間を省くとができ、その分、研磨作業が
簡略化できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である研磨装置の概
略断面図である。

【図２】第１の実施の形態の研磨工程をそれぞれ示す概
略断面図である。

【図３】第１の実施の形態の変形例を示す要部拡大断面
図である。

【図４】第２の実施の形態である研磨装置の概略断面図
である。

【図５】第２の実施の形態の研磨工程をそれぞれ示す概
略断面図である。

【図６】第３の実施の形態である研磨装置の概略断面図
である。

【図７】第３の実施の形態の研磨工程をそれぞれ示す概
略断面図である。

【図８】第４の実施の形態である研磨装置の概略断面図
である。

【図９】第４の実施の形態の研磨工程及び搬送工程をそ
れぞれ示す概略断面図である。

【図１０】第１の従来例の概略斜視図である。

【図１１】第１の従来例の研磨時における概略断面図で
ある。

【図１２】従来の研磨装置の研磨時における概略断面図
である。

【図１３】第２の従来例の概略断面図である。

【図１４】第２の従来例の研磨時における概略断面図で
ある。

【符号の説明】

３ 研磨布 ６ 環状体 ８ 袋体 Ａ 被研磨基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨台と、 流体の注入により膨張して被研磨基板を前記研磨台の研
   磨面に押し付ける袋体と、 被研磨基板の外縁を囲み、前記袋体の膨張時に前記研磨
   面と前記袋体との間に位置する環状体とを有することを
   特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 前記環状体は、少なくともその研磨台当
   接面が被研磨基板より研磨速度が小さい材料で構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 前記環状体の対向内縁間寸法は、被研磨
   基板の対向外縁間寸法に前記袋体の膜厚の４倍寸法を加
   算した値より小さいことを特徴とする請求項１または２
   記載の研磨装置。
4. 【請求項４】 前記研磨面の基板載置領域を囲んで前記
   研磨面の垂線方向に移動可能に設けられ、研磨時に前記
   研磨面に当接する囲繞体をさらに有し、この囲繞体に、
   前記環状体を取り付けたことを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれかに記載の研磨装置。
5. 【請求項５】 被研磨基板の外縁を環状体によって囲ん
   だうえで、被研磨基板および前記環状体を、流体の注入
   により膨張させた袋体によって研磨面に押し付け、この
   状態で被研磨基板を前記環状体とともに前記研磨面に対
   してその面方向に沿って相対的に移動させることで研磨
   することを特徴とする研磨方法。