WO2022196631A1 - 研磨ヘッド及び研磨処理装置 - Google Patents

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WO2022196631A1
WO2022196631A1 PCT/JP2022/011298 JP2022011298W WO2022196631A1 WO 2022196631 A1 WO2022196631 A1 WO 2022196631A1 JP 2022011298 W JP2022011298 W JP 2022011298W WO 2022196631 A1 WO2022196631 A1 WO 2022196631A1
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pressure
polishing
elastic body
annular
polished
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PCT/JP2022/011298
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明夫 小村
貴史 桑野
肇 冨澤
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ミクロ技研株式会社
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Priority to JP2022538293A priority patent/JP7296173B2/ja
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a polishing head and a polishing processing apparatus used for polishing a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the polishing head holding the wafer is formed in a ring shape so as to surround the outer circumference of the wafer in order to prevent the wafer, which is biased by sliding friction force due to rotation during the polishing process, from popping out.
  • a retainer ring is provided. This retainer ring receives the wafer being polished on its inner peripheral surface, thereby restricting the wafer from jumping out.
  • a series of structures including a retainer ring can also be used as a template to facilitate attachment and detachment to and from the polishing head.
  • the CMP apparatus disclosed in Patent Document 1 prevents the backing film from pressing the peripheral edge of the wafer from excessively increasing pressure even when the template is worn and the thickness of the template gradually decreases. to do. Accordingly, even if the template thickness changes over time, it is possible to prevent the polishing rate at the peripheral edge of the wafer from significantly fluctuating compared to the polishing rate in other regions of the wafer.
  • Patent Document 2 corrects poor polishing of the corners of a square object by applying a uniform pressing force to the corners of the object to be polished when polishing a square object. It is meant to be effectively deterred.
  • a pressure corresponding to the amount of pressure fluid enclosed in a plurality of pressure chambers is applied from each pressure chamber to the back side of the substrate, and the entire surface to be processed of the substrate is applied.
  • a desired pressing force is applied without any discontinuity, and the outer diameter of the backing film is made smaller than the outer diameter of the wafer to prevent stress concentration at the edge of the wafer.
  • JP 2019-121650 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-034217 JP 2014-018933 A
  • the relative velocity and pressing force between the surface of the wafer to be polished (hereinafter referred to as the "surface to be polished") and the polishing pad are controlled over the entire surface to be polished. If it is not uniform, polishing unevenness such as insufficient polishing or excessive polishing will occur. In the following, insufficient or excessive may be referred to as insufficient or insufficient.
  • indices such as ROA (Roll Off Amount: also referred to as roll-off amount or edge roll-off amount) and ESFQR are used.
  • ROA and ESFQR are parameters indicating the accuracy of the outer peripheral surface of the wafer.
  • a polishing processing apparatus capable of performing polishing processing with a high degree of flatness of 10 [nm] or less in these flatness evaluation indices.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of a model of the polishing amount RR (Removal Rate) by a conventional template under certain processing pressure conditions, where the horizontal axis is the wafer radius r and the vertical axis is the polishing amount RR.
  • RR Removal Rate
  • FIG. 14A shows an ideal form, and the behavior effect (pressurized area diameter ⁇ wafer diameter) shown in FIG. 16, which will be described later, appears.
  • FIG. 14(b) agrees with the FEM analysis theory.
  • FIG. 14(c) the edge of the wafer is pressed by the vertical component force of the tension of the membrane, and the ESFQR is much worse than the theoretical tendency.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of a polishing amount RR model based on the “pressurized area diameter ⁇ wafer diameter” template according to Patent Documents 1 and 3.
  • the ESFQR is significantly improved from the state where the entire wafer surface is pressurized in FIG. 14(b). , and the ESFQR is slightly worse than that in FIG. 15(a).
  • the present invention can prevent the occurrence of polishing unevenness such as partial insufficient polishing or excessive polishing of the surface to be polished of the substrate, can further improve the ESFQR of the substrate surface, etc.
  • a main object of the present invention is to provide a polishing head and a polishing processing apparatus capable of performing the polishing processing of .
  • the present invention is a polishing processing apparatus comprising a polishing table having a polishing pad, and a polishing head that holds a substrate to be polished and brings the surface to be polished into sliding contact with the polishing pad, the polishing head comprising: a head housing having a first flange portion extending outward from a position above the peripheral surface of the cylindrical body and a second flange portion extending outward from a position below the peripheral surface; an annular body having a size surrounding the outer periphery of two collars and having a third collar positioned between the first and second collars at the upper end of the annular body; and a lower end side of the annular body.
  • An elastic body covering the opening and holding the substrate via a backing film adhered to the surface side thereof, a retainer ring formed in a shape surrounding the outer circumference of the substrate, the head housing and the annular member.
  • a driving means for horizontally rotating the body and the retainer ring integrally, wherein an annular elastic body is arranged on the back side of the elastic body, and the annular elastic body is provided inside the annular body;
  • a correction pressing ring is arranged to apply pressure to the upper surface of the head housing, the annular body, and the elastic body.
  • first pressure adjusting means for adjusting a processing pressure
  • second pressure adjusting means for adjusting the pressure applied to the polishing pad by the retainer ring with reference to the first flange; and the second flange.
  • a third pressure adjusting means for adjusting the processing pressure to be applied to the back-side peripheral edge of the surface to be polished by raising or lowering the annular body via the third brim with reference to the second brim; fourth pressure adjusting means for adjusting the compensating pressure applied to the vicinity of the periphery of the back surface side of the surface to be polished through the annular elastic body by the correction pressing ring, the driving means, the fourth and control means for controlling the operations of the first, second, third and fourth pressure adjusting means.
  • the polishing head of the present invention is a polishing head provided in a polishing processing apparatus having a polishing pad that rotates horizontally, the polishing head having a first flange portion extending outward from a position above the peripheral surface of a cylindrical body.
  • a head housing having a second flange portion extending outward from the lower position of the peripheral surface, and a size surrounding the outer circumference of the second flange portion. and a backing film covering the opening on the lower end side of the annular body and adhered to the surface side of the annular body to hold the substrate.
  • a retainer ring formed in a shape surrounding the outer periphery of the substrate; and driving means for integrally horizontally rotating the head housing, the annular body, and the retainer ring;
  • An annular elastic body is disposed on the back side of the elastic body, and a corrective pressure ring is disposed inside the annular body to apply pressure to the upper surface of the annular elastic body.
  • a first pressure adjusting means for adjusting the pressure in the space surrounded by the annular body and the elastic body to adjust the processing pressure applied to the back side of the surface to be polished;
  • second pressure adjusting means for adjusting the pressure applied to the polishing pad by the retainer ring;
  • third pressure adjusting means for adjusting a pressurized area applied to the peripheral edge of the back side of the surface to be polished;
  • fourth pressure adjusting means for adjusting the compensating pressure applied to the vicinity of the outer circumference on the back side of the surface; and control means for controlling the operations of the driving means and the first, second, third and fourth pressure adjusting means; , is characterized by having
  • a processing pressure is applied to the rear side of the surface to be polished by the first pressure adjusting means, and the second pressure is applied to the polishing pad by the pressure adjusting means, the annular body is lifted by the third pressure adjusting means, and the pressure of the surface to be polished is relatively increased compared with the processing pressure by the first pressure adjusting means.
  • a first step performed by reducing the processing pressure on the back side peripheral edge, stopping the application of the processing pressure by the first pressure adjusting means, and applying pressure to the polishing pad by the second pressure adjusting means;
  • the ring-shaped body is lowered by the third pressure adjusting means to cancel the reduction of the processing pressure on the back side peripheral edge of the surface to be polished, and the fourth pressure adjusting means applies the and a second step performed by applying a compensating pressure.
  • the present invention it is possible to prevent the occurrence of polishing unevenness such as partial insufficient polishing or excessive polishing of the surface to be polished of the substrate, further improve the ESFQR etc. of the substrate surface, and achieve high quality and stable polishing. It is possible to provide a polishing head and a polishing processing apparatus capable of performing multiple polishing processing.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a polishing head and its peripheral configuration that the polishing processing apparatus has;
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining an example of a polishing head of the polishing processing apparatus and its peripheral configuration.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of a cross-sectional shape of an annular elastic body (gel body ring);
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of a cross-sectional shape of a correction pressing ring;
  • FIG. 4 is a view for explaining “holding down of the pad” in which the retainer ring presses the surface of the polishing pad;
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the upward or downward movement of the membrane support ring;
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the operation of the correction pressing ring;
  • (a) is a graph for explaining a method of matching the contact pressure between the outermost portion and the central portion of a wafer;
  • (b) is a diagram showing an example of the relationship between a pressurized region and end stress attenuation.
  • (a), (b) is a figure for demonstrating an example of the compensating pressure pattern designed based on a soil pressure bulb principle.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a distribution curve (compensation pressure pattern) of compensating pressure in the vicinity of the periphery on the back side of the surface to be polished of the wafer W; 4 is a flowchart for explaining an example of a main control procedure by a control unit when performing polishing processing; 13A to 13D are schematic diagrams for explaining a first step and a second step in the process of step S108 shown in FIG. 12; FIG. (a), (b), and (c) are explanatory diagrams of a polishing amount RR model using a conventional template. 4A and 4B are explanatory diagrams of a polishing amount RR model based on a "pressurized area diameter ⁇ wafer diameter" template according to Patent Document 1; FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the basic concept of alleviating concentrated stress at the edge of a wafer;
  • FIG. 10 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining an example of a polishing head of a polishing processing apparatus according to a modification and an example of its peripheral configuration;
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the operation of the first and second correction pressing rings;
  • the basic concept according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • a uniform and radially stepped processing pressure is applied to the entire area of the wafer (from the center to the outer peripheral end face).
  • the pressurized state at the outer peripheral edge greatly affects the ESFQR.
  • the soft pad, uniform pressure on the entire surface of the wafer, and the Gap value (the distance from the inner periphery of the retainer ring 105 to the edge of the wafer W) are several millimeters in the FEM analysis, the maximum compressive stress at the edge is the pressure at the central part. 1.5 to 2 times less.
  • the stress influence range is about 15 [mm] from the edge. From this analysis result, it was found that the edge stress would be equivalent to that of the central part if the processing vacuum pressure is applied to the outer peripheral edge.
  • FIG. 16 shows the result of analyzing a wafer with a diameter of 300 [mm] with a 5 [mm] portion from the edge in a non-pressurized state (pressurized portion has a diameter of 290 [mm]).
  • the sedimentation displacement to the pads at the ends is about 1/2 of that at the center, and the working pressure is reduced pressure. It was found that the depressurization phenomenon occurs from around 30 [mm] from the end, and the behavior is about 6 times the non-pressurized width of 5 [mm]. Based on this principle, it is possible to search for the condition of ESFQR ⁇ 0 by adjusting parameters such as the diameter of the pressurized area, the pressure of the retainer ring, and the gap value.
  • the polishing processing apparatus of this embodiment is intended to polish a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate (hereinafter sometimes referred to as a wafer).
  • a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate (hereinafter sometimes referred to as a wafer).
  • one surface of this substrate is referred to as a circular or substantially circular surface to be polished.
  • the surface of the polishing pad with which the surface to be polished of the wafer is in contact is called the polishing surface.
  • the polishing processing apparatus includes a polishing table to which a polishing pad serving as a polishing member is adhered, for horizontally rotating the polishing pad, and a polishing head for causing the surface to be polished of the substrate to face and slide against the polishing pad. have.
  • the substrate is pressed against the polishing pad by the polishing head.
  • the surface to be polished is polished by rotating the polishing table and the polishing head while supplying polishing liquid (slurry) to the polishing pad.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polishing apparatus S according to this embodiment.
  • the polishing processing apparatus S shown in FIG. 1 has a polishing table 51 and a polishing pad 50 is adhered to the surface of the polishing table 51 .
  • the polishing processing apparatus S further includes a polishing head 100 that holds a substrate (wafer) W and presses the surface to be polished against the polishing pad 50 , a nozzle N for supplying polishing liquid toward the polishing pad 50 , and a polishing table 51 . and a motor (not shown) for horizontally rotating the polishing head 100, a polishing liquid supply mechanism (not shown) connected to the nozzle N, and a computer for controlling each drive unit including the motor. It has a control unit 20 .
  • the polishing pad 50 is disc-shaped and its radius is larger than the maximum diameter (diameter) of the surface of the wafer W to be polished. In this mechanism, the rotation speed and rotation direction of each of the polishing pad 50 and the polishing head 100 can be changed to adjust the relative polishing speed within the wafer W surface. Further, the polishing pad 50 itself has elasticity, and can be made of commercially available materials such as those made of non-woven fabric and those made of urethane foam.
  • the polishing head 100 has a holding mechanism that holds the wafer W so that the surface to be polished is in sliding contact with the polishing pad 50 , and the held wafer W is moved from the rear side of the surface to be polished (back side) toward the polishing pad 50 . It has a pressing mechanism that applies pressure toward the . Details of these mechanisms will be described later.
  • the control unit 20 controls the positioning of the nozzle N, control of starting or stopping supply of the polishing liquid from the nozzle N, control of the supply amount of the polishing liquid jetted from the nozzle N per unit time, control of starting and stopping of the motor, and the like. mainly performed.
  • the rotational force of the motor controlled by the control section 20 is transmitted to the polishing table 51 via a driving section (not shown). As a result, the polishing table 51 rotates horizontally or stops rotating.
  • the rotational force (torque) of the motor is also transmitted to the polishing head 100 via a drive unit (for example, a universal joint) (not shown). This causes the polishing head 100 to rotate horizontally or stop rotating.
  • the rotating direction of the polishing table 51 and the rotating direction of the polishing head 100 are generally the same. This is because if the direction is reversed, the relative speed of polishing within the wafer surface becomes non-uniform, making uniform polishing impossible. Polishing accuracy can be improved by adjusting the rotating speed of the polishing table 51 and the polishing head 100 so as to be the same.
  • the rotational force of a single motor may be transmitted to the polishing table 51 and the polishing head 100 via gears having different gear ratios, or the rotational force may be transmitted through individual motors. good. Both can be designed arbitrarily. A control procedure by the control unit 20 will be described later.
  • the polishing liquid is supplied from the nozzle N toward the polishing pad 12 for a predetermined time while the rotation speed of the polishing table 51 reaches a predetermined value under the control of the control unit 20 .
  • the polishing head 100 provided in the polishing processing apparatus S and its peripheral configuration will be described in detail.
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view for explaining an example of the polishing head 100 of the polishing apparatus S and its peripheral configuration. An example of the configuration of the polishing head 100 will be described with reference to FIG.
  • the surface to be polished of the wafer W is brought into sliding contact with the polishing pad 50 at a pressure controlled by the polishing apparatus S in order to further improve the GBIR (Global backside ideal range) of the wafer surface.
  • a pressure is applied to the held wafer W from the rear side (back side) of the surface to be polished toward the polishing pad 50 .
  • the polishing head 100 shown in FIG. 2 is roughly divided into a holding mechanism that causes the wafer W to be polished to be in sliding contact with the polishing pad 50 while a polishing pressure (processing pressure) is applied to the wafer W.
  • the polishing head 100 also has a pressing mechanism for applying polishing pressure (processing pressure) and pressing the retainer ring 6 toward the polishing pad 50 side.
  • polishing pressure polishing pressure
  • the retainer ring 6 restricts the protrusion of the wafer W in the outer peripheral direction, which is urged by the rotational force of the polishing head 100 and the polishing table 51 .
  • the contact pressure between the wafer edge and the polishing pad 50 is also involved.
  • the polishing head 100 has a head housing 2 , a membrane support ring 3 , a membrane 4 , a backing film 5 , a retainer ring 6 and a flexible plate 7 .
  • the polishing head 100 is configured such that driving force (for example, rotational force (torque) of a motor, which is a starting means) is transmitted via a flexible plate 7 connected to the head housing 2 .
  • driving force for example, rotational force (torque) of a motor, which is a starting means
  • the membrane support ring 3 is connected to a flexible plate 7 (connection portion not shown) connected to the head housing 2
  • the retainer ring 6 is connected to the membrane support ring 3 via drive pins 8.
  • the flexible plate 7 functions as driving means for horizontally rotating the membrane support ring 3 and retainer ring 6 integrally.
  • the control unit 20 controls the start and stop of rotation, the amount of rotation per unit time, etc., based on preset contents.
  • the head housing 2 has a first flange portion 21 extending outward from an upper position on the peripheral surface of the cylindrical body and a second flange portion 22 extending outward from a lower position on the peripheral surface.
  • FIG. 2 shows an example in which the head housing 2, the first flange portion 21, and the second flange portion 22 are combined, the configuration is not limited to this, and these are integrally formed. can be
  • the membrane support ring 3 is an annular body formed in a size that surrounds the outer periphery of the second collar portion 22 of the head housing 2 , and has an upper end portion between the first collar portion 21 and the second collar portion 22 .
  • a third collar portion 31 located at is formed.
  • the membrane support ring 3 is made of, for example, SUS material.
  • FIG. 2 shows an example in which the membrane support ring 3 and the third collar portion 31 are combined, the configuration is not limited to this, and they may be integrally formed.
  • the membrane 4 covers the opening on the lower end side of the membrane support ring 3 and holds the wafer W via a backing film 5 adhered to the front side thereof.
  • the membrane 4 is a cylindrical elastic body (cylindrical elastic body) formed in a substantially cylindrical shape (pan shape) with an inner diameter that can be fitted on the outer peripheral surface of the membrane support ring 3 .
  • the membrane 4 is also made of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM) or silicon rubber.
  • the backing film 5 is a film-like thin film stretched over the outer bottom surface (outer surface) of the membrane 4 .
  • a porous material such as nonwoven fabric can be used as the material.
  • the backing film 5 causes the surface of the wafer W to be polished to face (contact) the polishing pad 50 and hold the wafer W in a sliding contact state.
  • the membrane 4 and the backing film 5 function as a holding mechanism for holding the wafer W. As shown in FIG.
  • the retainer ring 6 is formed in a shape surrounding the outer periphery of the wafer W. As shown in FIG. The retainer ring 6 regulates the protrusion of the wafer W in the outer peripheral direction urged by the rotational force of the polishing head 100 and the polishing table 51, and is also involved in controlling the contact pressure between the wafer edge and the polishing pad 50. is.
  • the polishing head 100 is configured to have a gap between the edge of the wafer W and the inner wall of the retainer ring 6 on the inner peripheral side during polishing.
  • the retainer ring 6 can perform "holding down of the pad” that presses the surface of the polishing pad 50 functionally with high accuracy.
  • the retainer ring 6 functions as one of the pressing mechanisms for the polishing head 100 .
  • a gel ring 10 (hereinafter referred to as an annular elastic body 10) is disposed on the back side of the membrane 4 of the polishing head 100, and the annular elastic body 10 is disposed inside the membrane support ring 3 (annular body 3).
  • a corrective pressure ring 11 is provided for applying pressure to the upper surface of the. The details of the configuration of the annular elastic body 10 and the correction pressing ring 11 will be described below.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of the cross-sectional shape of the annular elastic body 10.
  • the annular elastic body 10 is a ring-shaped elastic body having a size relatively smaller than the size of the wafer W.
  • a rectangular cross-sectional shape (corresponding to FIG. 2) as shown in FIG. 3(a), or a substantially trapezoidal cross-sectional shape in which the width of the lower bottom surface is relatively wider than the width of the upper bottom surface as shown in FIG. 3(b)
  • FIG. 3(c) can be formed in a substantially semicircular cross section as shown in FIG. 3(c).
  • the annular elastic body 10 can be formed by using, for example, H0-100 ⁇ C (soft), H5-100 ⁇ C7 (normal), H15-100 ⁇ C15 (hard) manufactured by Exeal.
  • the hardness of the gel to be used, the width and height of the gel body ring, the shape of the indenter of the correction pressure ring 11, etc. are selected based on the earth pressure bulb principle, which will be described later.
  • the "compensation pressure pattern" of the compensation pressure to be applied to the adjacent area) is determined and these are set.
  • the shape of the indenter is the shape of the pressing surface of the correction pressing ring 11 that presses the upper surface of the annular elastic body 10 .
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of the cross-sectional shape of the correction pressure ring 11.
  • the correction pressure ring 11 has an upper surface portion 11b and a lower surface portion 11c formed in a ring shape, and a plurality of connection portions 11d formed in a cylindrical shape. The upper surface portion 11b and the lower surface portion 11c are connected via the connection portion 11d.
  • the correction pressure ring 11 is held via a flexible plate 7 connected to the membrane support ring 3 .
  • the correction pressing ring 11 is held in a state in which the connecting portion 11d is movably inserted into a hole (not shown) formed in the flexible plate 7. As shown in FIG.
  • the shape of the pressing surface of the correction pressing ring 11 is, for example, a flat pressing surface shape (corresponding to FIG. 2) as shown in FIG. and so on.
  • the shape of the pressing surface of the correction pressing ring 11 is designed based on the soil pressure bulb principle, which will be described later, together with the hardness of the gel to be used and the width and height of the gel body ring.
  • a “compensating pressure pattern” of compensating pressure to be applied to the vicinity of the outer circumference (area near the outer circumference) is determined and its shape is specified.
  • the space formed by the second flange portion 22 of the head housing 2, the membrane support ring 3 (annular body 3) and the membrane 4 holds the wafer W on its surface to be polished.
  • a pressure chamber (sealed air chamber) is formed to apply pressure from the back side (back side) toward the polishing pad 50 .
  • a pressure chamber formed in the polishing head 100 is a space corresponding to an area on the membrane 102 projected from the area of the backing film 5 mounted on the membrane 4 .
  • the second collar portion 22 of the head housing 2 and the membrane support ring 3 (annular body 3) are connected via the sealing partition wall 12. As shown in FIG. Moreover, the sealing partition 12 is formed using an elastic body such as rubber.
  • pressure fluid for example, compressed air
  • the polishing head 100 is configured to generate the processing pressure P1 to be applied to the wafer W by adjusting the amount of pressure fluid (broken line P1 shown in FIG. 2) supplied to the pressure chamber.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams for explaining "holding of the pad” in which the surface of the polishing pad 50 is pressed by the retainer ring 6.
  • FIG. 1 In the polishing head 100 of the polishing processing apparatus S, an air bag P2 is arranged between the first collar portion 21 of the head housing 2 and the retainer ring 6, as shown in FIG.
  • a pressurized fluid for example, compressed air
  • the supplied pressure fluid is configured to be recoverable. That is, the polishing head 100 is configured so as to adjust the amount of pressurized fluid (broken line P2 shown in FIG. 2) supplied to the airbag P2 to generate pressure P2 for pressing the surface of the polishing pad 50 by the retainer ring 6. be done.
  • the airbag P2 is formed in a ring shape, and is inflated by enclosing pressure fluid in the airbag P2. As a result, as shown in FIG. 5, the retainer ring 6 can press the polishing pad 50 with a pressure P2 corresponding to the amount of pressure fluid enclosed.
  • These configurations adjust the pressure P2 applied to the polishing pad 50 by the retainer ring 6 based on the first flange portion 21 by adjusting the amount of pressure fluid supplied to the airbag P2 via the control portion 20. It functions as a second pressure adjusting means.
  • the second pressure adjusting means is for optimizing the wafer edge stress.
  • FIG. 6 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the upward or downward movement of the membrane support ring 3.
  • an air bag P3 is arranged between the second flange 22 of the head housing 2 and the third flange 31 of the membrane support ring 3. is set.
  • a pressurized fluid for example, compressed air
  • the supplied pressure fluid is configured to be recoverable. That is, the polishing head 100 is configured so that the membrane support ring 3 can be raised or lowered by adjusting the amount of pressure fluid (broken line P3 shown in FIG. 2) supplied to the airbag P3.
  • the airbag P3 is formed in a ring shape, and is inflated by enclosing pressure fluid in the airbag P3.
  • the membrane support ring 3 is raised (FIG. 2) or lowered (FIG. 6) according to the amount of pressure fluid enclosed. That is, the membrane 4 and the backing film 5 are also raised or lowered according to the upward or downward movement of the membrane support ring 3 .
  • the area of the peripheral edge of the wafer W with which the backing film 5 abuts changes.
  • the processing surface pressure applied to the peripheral edge of the back side of the surface to be polished of the wafer W also changes (see FIGS. 2, 6, and 16).
  • a pressure circumferential zone the area where the processing surface pressure is applied to the outer peripheral portion of the wafer W
  • a non-pressure circumferential zone the area where it is not applied
  • the annular elastic body 10 is disposed so that the center of the bottom surface of the annular elastic body 10 is aligned with the boundary between the pressure circumferential zone and the non-pressure circumferential zone in the membrane 4 and the wafer W (see FIG. 11, etc.).
  • the polishing head 100 of the polishing apparatus S has a stopper 13 as a restricting means for restricting the upward movement of the membrane support ring 3 within a predetermined range.
  • the stopper 13 is configured by a screw.
  • FIG. 7A and 7B are schematic longitudinal sectional views for explaining the operation of the correction pressure ring 11.
  • the annular elastic body 10 is arranged on the rear surface side of the membrane 4 of the polishing head 100, and the corrective pressure ring 11 for applying pressure to the upper surface of the annular elastic body 10 is arranged. Further, as shown in FIG. 2, an airbag P4 is arranged between the third collar portion 31 of the membrane support ring 3 and the correction pressure ring 11. As shown in FIG.
  • a pressurized fluid for example, compressed air
  • the supplied pressure fluid is configured to be recoverable.
  • the polishing head 100 is configured to be capable of raising or lowering the correction pressing ring 11 by adjusting the amount of pressurized fluid (broken line P4 shown in FIG. 2) supplied to the airbag P4.
  • the correcting pressure ring 11 is lifted by the biasing force of the spring 11a.
  • the airbag P4 is formed in a ring shape, and is inflated by enclosing pressure fluid in the airbag P4.
  • the correction pressure ring 11 is raised (FIG. 2) or lowered (FIG. 6) according to the amount of pressure fluid enclosed. That is, the pressure applied to the upper surface of the annular elastic body 10 also changes according to the upward or downward movement of the membrane support ring 3 .
  • the pressure applied to the upper surface of the annular elastic body 10 changes as the correction pressure ring 11 moves up or down.
  • the compensating pressure pattern of the compensating pressure P4 applied to the vicinity of the rear side outer periphery (periphery vicinity region) of the surface to be polished of the wafer W also changes (see FIGS. 2 and 7).
  • These configurations adjust the amount of pressurized fluid supplied to the airbag P4 out of the processing pressure applied to the rear side of the surface to be polished of the wafer W via the control unit 20, and the second flange 22 is used as a reference.
  • it functions as a fourth pressure adjusting means for adjusting the compensating pressure P4 to be applied to the vicinity of the outer periphery on the back side of the surface to be polished (periphery vicinity region).
  • polishing process performed by the polishing apparatus S according to this embodiment will be described.
  • operating conditions processing conditions
  • mass production polishing process
  • FIG. 8 is a graph showing RR curves of the edge of the wafer before and after polishing.
  • the airbag P3 is put into a pressureless state in which pressure fluid is not supplied.
  • the membrane support ring 3 is in a lowered state (see FIG. 6).
  • the air bag P4 is brought into a non-pressure state in which the pressurized fluid is not supplied.
  • the correction pressure ring 11 is in a state of not applying pressure to the upper surface of the annular elastic body 10 .
  • FIG. 9(a) is a graph for explaining a method of matching the contact pressure between the wafer edge and the center.
  • the vertical axis indicates a non-dimensional polishing amount RR (Removal Rate) [ ⁇ m/min], and the horizontal axis indicates a wafer diameter [mm]. From the graph of FIG. 9(a), it can be seen that the compensating curve of the black solid line is obtained by the total average behavior of the black dashed line (grinding RR) and the black dotted line (pressure decay).
  • FIG. 9B is a diagram showing an example of the relationship between the pressurized area and the edge stress attenuation. is a graph showing a curve of The vertical axis indicates a non-dimensional polishing amount RR (Removal Rate) [ ⁇ m/min], and the horizontal axis indicates a wafer diameter [mm].
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a compensating pressure pattern designed based on the soil pressure bulb principle.
  • FIG. 10(a) shows an example of a range in which a load (surface pressure width; B/unit area pressure: q) and stress act according to the soil pressure bulb principle.
  • FIG. 10(b) shows an example of a compensating pressure pattern based on the soil pressure bulb principle.
  • the compensating pressure P4 applied to the vicinity of the outer periphery (periphery vicinity region) of the surface to be polished on the back surface side of the wafer W by the corrective pressure ring 11 via the annular elastic body 10 is propagated by earth pressure bulb behavior.
  • a compensating pressure pattern is formed.
  • the compensation pressure pattern can be measured using, for example, Tekscan's I-SCAN 20-F02 (resolution pitch: 0.2 [mm]).
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the distribution curve (compensation pressure pattern) of the compensating pressure to the vicinity of the outer periphery on the back side of the surface to be polished of the wafer W (area near the outer periphery) (the black solid line shown in FIG. 9A). to compensate for the concave portion).
  • the vertical axis indicates the dimensionless amount of polishing RR (Removal Rate) [ ⁇ m/min], and the horizontal axis indicates the wafer diameter [mm].
  • the correction pressure ring 11 intervening the annular elastic body 10 is applied to the vicinity of the outer periphery of the back side of the surface to be polished of the wafer W (periphery vicinity region). Identify the compensating pressure pattern for pressure P4.
  • FIG. 12 is a flow chart for explaining an example of a main control procedure by the control section 20 when performing polishing processing.
  • the processing procedure described below is for continuously polishing wafers (mass production) based on the operating conditions described above.
  • the control unit 20 starts control upon receipt of a start instruction input by the operator of the polishing apparatus S (S100).
  • the compensating pressure pattern of the compensating pressure P4 to be applied to the vicinity of the outer circumference of the back side of the surface to be polished of the wafer W by the correcting pressure ring 11 through the annular elastic body 10 (region near the outer circumference) has already been acquired.
  • control unit 20 After the predetermined initial processing, the control unit 20 starts holding the wafer W by the holding mechanism of the polishing head 100 (S101).
  • the control unit 20 holds the wafer W from a wafer delivery table (not shown) and moves the polishing head 100 to the starting position of the polishing process (S102).
  • the control unit 20 supplies a predetermined amount of pressurized fluid to each of the pressure chambers, the airbags P2, and the airbags P3 to adjust the processing pressure P1, the pressurized area P1', and the pressure P2 (S103).
  • the control unit 20 After instructing the polishing table 11 and the polishing head 100 to start rotating, the control unit 20 instructs the positioning of the nozzle N and instructs the polishing liquid supply mechanism to start supplying the polishing liquid (S106). ). Thereby, the polishing liquid is supplied from the nozzle N toward the surface of the polishing pad 50 . Thus, the controller 20 starts polishing (S107).
  • the control unit 20 starts adjusting the machining pressure based on the operating conditions (S108).
  • pressure adjustment in the process of step S108 will be described.
  • the pressure adjustment in the process of step S108 is roughly classified into a first process and a second process.
  • the control unit 20 applies the processing pressure P1 to the rear side of the surface to be polished of the wafer W via the first pressure adjusting means described above, and A pressure P2 is applied to the polishing pad 50, and the membrane support ring 3 is lifted via the third pressure adjusting means to increase the pressure of the surface to be polished relatively compared with the processing pressure P1 by the first pressure adjusting means.
  • Each of them is adjusted to the state of the pressurized area P1' so that the processing pressure on the peripheral edge on the back side is reduced.
  • the control unit 20 controls the airbag P4 to be in a non-pressure state in which the pressurized fluid is not supplied.
  • the control unit 20 stops applying the processing pressure P1 via the first pressure adjusting means described above, and applies the pressure P2 to the polishing pad 50 via the second pressure adjusting means described above. Then, the membrane support ring 3 is lowered via the third pressure adjusting means described above to release the reduced state of the processing pressure on the peripheral edge of the back side of the surface to be polished (state of the pressurized area P1'). 4, control is performed so that a compensating pressure P4 is applied to the vicinity of the outer periphery of the back side of the surface to be polished of the wafer W (periphery vicinity region). Note that the first step and the second step are switched by an internal sequence while the rotation of the polishing table 11 and the polishing head 100 is maintained.
  • the control unit 20 determines whether or not the polishing has ended (S109). This determination is made based on the detection result of the sensor, for example, and when it is determined that the wafer W has been polished to a desired thickness, the polishing is terminated. Otherwise (S109: No), the process returns to step S108. If the control unit 20 determines that the polishing is completed (S109: Yes), it instructs the polishing liquid supply mechanism to stop supplying the polishing liquid (S110).
  • control unit 20 issues a stop instruction to the motor to stop the rotation of the polishing table 51 and the polishing head 100 (S111). After that, the polishing head 100 is moved to the table on which the polished wafer W is placed (S112). This completes the series of polishing processes.
  • determination of whether or not the holding has been released can be configured to detect, for example, using various sensors (not shown).
  • the supplied pressurized fluid may be recovered after the rotation of the polishing table 51 and the polishing head 100 is stopped. By controlling in this manner, it is possible to prevent the polished wafer W from unintentionally falling off during transportation.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the first step and the second step in the process of step S108 shown in FIG. 13(a) and 13(b) show the first step, and FIGS. 13(c) and 13(d) show the second step.
  • the first step and the second step proceed as a series of steps from (a) to (b), (b) to (c), and (c) to (d). .
  • a processing pressure P1 is applied to the rear side of the surface to be polished of the wafer W, a pressure P2 is applied to the polishing pad 50, and the membrane support ring 3 is raised to be relatively subjected to the processing pressure P1.
  • Processing is performed by adjusting the state of the pressurized area P1' so that the processing pressure on the back-side peripheral edge of the polishing surface is reduced.
  • the airbag P4 is in a non-pressure state in which pressure fluid is not supplied.
  • the application of the processing pressure P1 is stopped, the pressure P2 is applied to the polishing pad 50, and the membrane support ring 3 is lowered to reduce the processing pressure on the rear edge of the surface to be polished (pressurized area P1' state) is canceled, and the processing is performed by applying a compensating pressure P4 having a compensating pressure pattern corresponding to the operating conditions to the vicinity of the outer periphery of the back side of the surface to be polished of the wafer W (region near the outer periphery).
  • partial corrective pressurization is performed by the compensating pressure P4 of the compensating pressure pattern according to the operating conditions.
  • the pressure P2 on the polishing pad 50 is released (FIG. 13(d)), and the processing of the second step ends.
  • high-quality and stable polishing processing can be achieved by adjusting and controlling the processing pressure P1, the pressure area P1′, the pressure P2, and the compensation pressure P4. It can be performed. In addition, it is possible to prevent uneven polishing such as partial insufficient polishing or excessive polishing of the surface to be polished of the substrate, and to further improve the ESFQR of the substrate surface.
  • a non-pressurized area is set at the edge of the wafer to reduce the increase in the surface pressure at the edge when the entire area is pressurized. It is possible to provide a mechanism that can apply a compensating pressure to the unbalanced portion to balance the surface pressure at the edge of the wafer.
  • FIG. 17 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining an example of a polishing head 200 and its peripheral configuration included in a polishing apparatus S according to a modification.
  • An example of the configuration of the polishing head 200 will be described with reference to FIG.
  • the surface to be polished of the wafer W is brought into sliding contact with the polishing pad 50 at a pressure controlled by the polishing apparatus S in order to further improve the GBIR (Global backside ideal range) of the wafer surface.
  • a pressure is applied to the held wafer W from the rear side (back side) of the surface to be polished toward the polishing pad 50 .
  • the polishing head 200 shown in FIG. 17 is broadly classified as having a holding mechanism that brings the wafer W to be polished into sliding contact with the polishing pad 50 while a polishing pressure (processing pressure) is applied to the wafer W or the like.
  • the polishing head 200 also has a pressing mechanism for applying polishing pressure (processing pressure) and pressing the retainer ring 6 toward the polishing pad 50 side.
  • the polishing head 200 has a head housing 40 , a membrane support ring 3 , a membrane 4 , a backing film 5 , a retainer ring 6 and a flexible plate 7 .
  • the polishing head 200 is configured such that driving force (for example, rotational force (torque) of a motor as a starting means) is transmitted through the flexible plate 7 connected to the head housing 40 .
  • driving force for example, rotational force (torque) of a motor as a starting means
  • the membrane support ring 3 is connected to the flexible plate 7 (connection portion not shown) connected to the head housing 40
  • the retainer ring 6 is connected to the membrane support ring 3 via drive pins 8. be done.
  • the various components of the polishing head 100 can be integrally rotated horizontally or the rotation can be stopped.
  • the flexible plate 7 functions as driving means for horizontally rotating the membrane support ring 3 and retainer ring 6 integrally.
  • the control unit 20 controls the start and stop of rotation, the amount of rotation per unit time, etc., based on preset contents.
  • the membrane support ring 3 is an annular body having an inner diameter that surrounds the outer circumference of the substrate (wafer W) to be polished.
  • the membrane support ring 3 is connected with the head housing 40 .
  • the membrane support ring 3 is made of, for example, SUS material.
  • the membrane 4 covers the opening on the lower end side of the membrane support ring 3 and holds the wafer W via a backing film 5 adhered to the front side thereof.
  • the membrane 4 is a cylindrical elastic body (cylindrical elastic body) formed in a substantially cylindrical shape (pan shape) with an inner diameter that can be fitted on the outer peripheral surface of the membrane support ring 3 .
  • the membrane 4 is also made of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM) or silicon rubber.
  • EPDM ethylene propylene rubber
  • the backing film 5 is a film-like thin film stretched over the outer bottom surface (outer surface) of the membrane 4 .
  • a porous material such as nonwoven fabric can be used as the material.
  • the backing film 5 causes the surface of the wafer W to be polished to face (contact) the polishing pad 50 and hold the wafer W in a sliding contact state.
  • the membrane 4 and the backing film 5 function as a holding mechanism for holding the wafer W. As shown in FIG.
  • the retainer ring 6 is formed in a shape surrounding the outer periphery of the wafer W.
  • the retainer ring 6 regulates the protrusion of the wafer W in the outer peripheral direction urged by the rotational force of the polishing head 100 and the polishing table 51, and is also involved in controlling the contact pressure between the wafer edge and the polishing pad 50. is.
  • a gel ring 30a (first annular elastic body 30a) and a gel ring 30b (second annular elastic body 30b) are provided on the back side of the membrane 4 of the polishing head 200.
  • a first corrective pressure ring 31a for applying pressure to the upper surface of the first annular elastic body 30a, and an upper surface of the second annular elastic body 30b.
  • a second corrective pressing ring 31b is provided to apply pressure.
  • pressure fluid for example, compressed air
  • the polishing head 200 is configured to be capable of moving up or down the first and second correction pressure rings by adjusting the amount of pressure fluid (broken line P4 shown in FIG. 17) supplied to the airbag P4.
  • the first and second correction pressing rings are configured to be raised or lowered via springs 31c. Details of the configurations of the gel ring and the corrective pressure ring will be described below.
  • FIG. 18 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of cross-sectional shapes of first and second annular elastic bodies
  • FIG. 19 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the operation of the first and second corrective pressing rings.
  • the annular elastic body of the polishing head 200 is divided into a first annular elastic body 30a on the inner peripheral side and a second annular elastic body 30b on the outer peripheral side, as shown in FIG. .
  • the correction pressure rings included in the polishing head 200 include a first correction pressure ring 31a that applies pressure to the first annular elastic body 30a, and a second correction pressure ring that applies pressure to the second annular elastic body 30b. It is configured as a pressure ring 31b.
  • the inner circumference side is applied by the first annular elastic body 30a
  • the outer circumference side is applied by the second elastic body 30a. is given by the annular elastic body 30b.
  • a deformation prevention ring 33 is provided to reduce the effect on the In the above-described embodiment (polishing head 100), the annular elastic body 10 is arranged at the boundary between the pressure circumferential zone and the non-pressure circumferential zone (see FIG. 11, etc.) of the membrane 4 and the wafer W. It has been explained that they are arranged to align the centers of the bottom surfaces of the In the polishing head 200 of this modified example, the deformation prevention ring 33 is installed at this boundary position. As a result, the principle mechanism of ESFQR ⁇ 0, which was impossible with the conventional polishing head, can be clarified, and at the same time, the GBIR can be dramatically improved.
  • the first annular elastic body 30a is formed in a trapezoidal shape with a slanted inner peripheral side surface.
  • the second annular elastic body 31b is formed in a trapezoidal shape with an inclined side surface on the outer peripheral side thereof. Also, the second annular elastic body 31b is formed in a size relatively smaller than the size of the wafer W. As shown in FIG. 18(a), the first annular elastic body 30a is formed in a trapezoidal shape with a slanted inner peripheral side surface.
  • the second annular elastic body 31b is formed in a trapezoidal shape with an inclined side surface on the outer peripheral side thereof. Also, the second annular elastic body 31b is formed in a size relatively smaller than the size of the wafer W.
  • the first corrective pressure ring 31a is configured to cover all or part of the slope (the side surface on the inner peripheral side) of the first annular elastic body 30a.
  • the second corrective pressure ring 31b is configured to cover all or part of the slope (side surface on the outer peripheral side) of the second annular elastic body 30b (FIG. 18(b)).
  • the first correction pressing ring 31a covers the upper surface of the first annular elastic body 30a and applies pressure from the fourth pressure adjusting means, and the head housing 40 and the pressure in the space surrounded by the first corrective pressure ring 31a and the elastic body (membrane 4) is adjusted, and the processing pressure P1 applied to the rear side of the surface to be polished is also applied to the upper surface of the first annular elastic body 30a. configured to be granted.
  • the first corrective pressing ring 31a covers the upper surface of the first annular elastic body 30a, and applies the processing pressure P1 to the back surface of the wafer W to be polished through the bottom surface of the first annular elastic body 30a. can be given on the side.
  • the first annular elastic body 30a and the second annular elastic body 30b make it possible to more easily adjust the compensating pressure in the vicinity of the deformation prevention ring 33 (see FIG. 19).
  • Reference Signs List 2 40 Head housing 3 Membrane support ring 4 Membrane 5 Backing film 6 Retainer ring 7 Flexible plate 20 Control unit 50 Polishing pad 51 Polishing table 100, 200...Polishing head, S...Polishing device, N...Nozzle, W...Wafer.

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Abstract

基板の被研磨面の部分的な研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、基板表面のＥＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる研磨ヘッド及び研磨処理装置を提供する。　前記研磨ヘッドは、筒状体の周面上方位置から外方に延出する第１の鍔部と当該周面下方位置から外方に延出する第２の鍔部とを有するヘッド筐体、第２の鍔部の外周を囲むサイズに形成され、その上端部に第１、第２の鍔部の間に位置する第３の鍔部が形成されたメンブレン支持リング、このメンブレン支持リングの下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介してウェーハを保持するメンブレン、記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリング、ヘッド筐体とメンブレン支持リングとリテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動機構を有する。

Description

研磨ヘッド及び研磨処理装置
　本発明は、半導体ウェーハ又はガラス基板などの基板の研磨処理に用いる研磨ヘッド及び研磨処理装置に関する。
　近年、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハやガラス基板のような基板（以下、ウェーハと称する）の高集積化に伴い、基板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、研磨処理装置（ポリッシング装置とも呼ばれる）を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）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、基板を研磨面に摺接させて研磨処理を行うものである。
　また、ウェーハを保持する研磨ヘッドには、研磨処理において回転による摺動摩擦力により付勢されたウェーハが外方に飛びださないようにするために当該ウェーハの外周を囲むようにリング状に形成されたリテーナリングが設けられている。このリテーナリングは、研磨中のウェーハをその内周面で受け止めることで、ウェーハの飛び出しを規制する。
　なお、研磨ヘッドへの着脱を容易にするためにリテーナリングを含む一連の構成をテンプレートとして利用することもできる。
　例えば、特許文献１に開示されたＣＭＰ装置は、テンプレートが摩耗してテンプレート厚が徐々に薄くなる場合であっても、バッキングフイルムがウェーハの周縁を押圧する押圧力が過度に高くなることを抑制する、というものである。これによりテンプレート厚が経時的に変化しても、ウェーハの周縁における研磨レートがウェーハの他の領域における研磨レートと比べて著しく変動することを抑制できる、としている。
　また、特許文献２に開示された研磨機は、四角形の被研磨材を研磨する場合に被研磨材の角部に均等な押付け力を作用させることで四角形被研磨材における角部の研磨不良を有効に抑止する、というものである。
　また、特許文献３に開示された研磨ヘッドは、複数の圧力室に封入される圧力流体の量に応じた押圧力が各圧力室から基板の背面側に付与され基板の被処理面の全面に亘って所望の押圧力を不連続部の無い状態で与え、さらにバッキングフイルム外径をウェーハ外径よりも小さくして、ウェーハ端部の応力集中を防止するというものである。これにより押圧力の不均一によって、研磨ムラ、研磨不足、過研磨が生じてしまうことが防止され、ＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｌｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅ Ｒａｎｇｅ）の悪化現状を大幅に改善し、高品位の生産技術が実現できる、としている。
特開２０１９－１２１６５０号公報 特開２００４－０３４２１７号公報 特開２０１４－０１８９３３号公報
　このような研磨処理装置では、ウェーハにおいて研磨処理の対象となる面（以下、「被研磨面」という）と研磨パッドとの間の相対的な速度及び押圧力が被研磨面の全面に亘って均一でないと、研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラが生じてしまう。以下、不足あるいは過ぎる場合を過・少と称する場合がある。
　例えば、ウェーハ端部（エッジ）近傍の平坦度を評価する評価指標（フラットネス評価指標）として、ＲＯＡ（Ｒｏｌｌ Ｏｆｆ Ａｍｏｕｎｔ：ロールオフ量、エッジロールオフ量とも称す）、ＥＳＦＱＲといった指標が使用されている。なおＲＯＡ及びＥＳＦＱＲはウェーハの外周面精度を示すパラメータである。
　また近年では、ウェーハの外周まで平らな形状が求められるようになり、これらのフラットネス評価指標で１０［ｎｍ］以下の平坦度の高い研磨処理が行える研磨処理装置が求められる。
　また、テンプレートのリテーナリングは生産枚数の増加に伴い摩耗しその厚みは薄くなる。ここで、テンプレート厚が徐々に薄くなること、具体的にはリテーナリングの摩耗による研磨精度への影響を説明する。
　図１４は、ある加工圧条件での従来型のテンプレートによる研磨量ＲＲ（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）のモデルの説明図で、横軸はウェーハ半径ｒ、縦軸は研磨量ＲＲである。（ａ）はウェーハ厚さＷｔ＝７７０［μｍ］、リテーナリング厚さＲＲｔ＝８２０［μｍ］、（ｂ）はＷｔ＝７７０［μｍ］、ＲＲｔ＝７７０［μｍ］、（ｃ）はＷｔ＝７７０［μｍ］、ＲＲｔ＝７２０［μｍ］である。
図１４（ａ）では理想形態となっており、後述する図１６の挙動効果（加圧面積径＜ウェーハ径）が現れている。図１４（ｂ）はＦＥＭ解析理論と合致している。しかし図１４（ｃ）ではウェーハ端部がメンブレンの張力の垂直分力で押し加圧されＥＳＦＱＲが理論傾向よりも大きく悪化している。
　図１５は、特許文献１・特許文献３に係る「加圧面積径＜ウェーハ径」テンプレートによる研磨量ＲＲモデルの説明図である。
　図１５（ａ）では、図１４（ｂ）のウェーハ全面加圧状態より大幅にＥＳＦＱＲが改善されているが、リテーナリングの減摩に伴う図１５（ｂ）では、ウェーハ端部がメンブレンの張力の垂直分力で押し加圧されＥＳＦＱＲが図１５（ａ）よりも少し悪化している。
　図１５に示すように、従来型のテンプレートでは、リテーナリングの摩耗に伴い研磨量ＲＲが大幅に変化することが見て取れる。そのため、現在の研磨処理における精度仕様に対応することが難しいという問題がある。
　また、図１５に示す特許文献１に係るテンプレートであっても、現在の研磨処理における精度仕様においては大量生産技術面での更なる研磨量ＲＲの安定化が要求されている。
　なお、特許文献３に開示された研磨ヘッドでは、研磨処理において、加工時間の増加に従いウェーハの平坦度（ＥＳＦＱＲ）のばらつき現象が見受けられた。
　本発明は、基板の被研磨面の部分的な研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、基板表面のＥＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる研磨ヘッド及び研磨処理装置を提供することを、主たる課題とする。
　本発明は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持してその被研磨面を前記研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨処理装置であって、　前記研磨ヘッドは、筒状体の周面上方位置から外方に延出する第１の鍔部と当該周面下方位置から外方に延出する第２の鍔部とを有するヘッド筐体と、前記第２の鍔部の外周を囲むサイズに形成され、その上端部に前記第１、第２の鍔部の間に位置する第３の鍔部が形成された環状体と、前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、前記ヘッド筐体と前記環状体と前記リテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、前記弾性体の裏面側には、環状弾性体が配設され、前記環状体の内部には当該環状弾性体の上面に圧力を付与する矯正押圧リングが配設されており、前記ヘッド筐体と前記環状体と前記弾性体により囲まれた空間の圧力を調整して前記被研磨面の背面側に付与する加工圧力を調整する第１の圧力調整手段と、前記第１の鍔部を基準に、前記リテーナリングが前記研磨パッドに付与する圧力を調整する第２の圧力調整手段と、前記第２の鍔部を基準に、前記第３の鍔部を介して前記環状体を上昇又は下降させて前記被研磨面の背面側周縁に付与する加工圧力を調整する第３の圧力調整手段と、前記第２の鍔部を基準に、前記矯正押圧リングによる前記環状弾性体を介して前記被研磨面の背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整する第４の圧力調整手段と、前記駆動手段、前記第１、第２、第３、第４の圧力調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
　また、本発明の研磨ヘッドは、水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、筒状体の周面上方位置から外方に延出する第１の鍔部と当該周面下方位置から外方に延出する第２の鍔部とを有するヘッド筐体と、前記第２の鍔部の外周を囲むサイズに形成され、その上端部に前記第１、第２の鍔部の間に位置する第３の鍔部が形成された環状体と、前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、前記ヘッド筐体と前記環状体と前記リテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、前記弾性体の裏面側には、環状弾性体が配設され、前記環状体の内部には当該環状弾性体の上面に圧力を付与する矯正押圧リングが配設されており、前記ヘッド筐体と前記環状体と前記弾性体により囲まれた空間の圧力を調整して前記被研磨面の背面側に付与する加工圧力を調整する第１の圧力調整手段と、前記第１の鍔部を基準に、前記リテーナリングが前記研磨パッドに付与する圧力を調整する第２の圧力調整手段と、前記第２の鍔部を基準に、前記第３の鍔部を介して前記環状体を上昇又は下降させて前記被研磨面の背面側周縁に付与する加圧面積を調整する第３の圧力調整手段と、前記第２の鍔部を基準に、前記矯正押圧リングによる前記環状弾性体を介して前記被研磨面の背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整する第４の圧力調整手段と、前記駆動手段、前記第１、第２、第３、第４の圧力調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
　また、水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドが行う研磨処理方法は、前記第１の圧力調整手段により前記被研磨面の背面側に加工圧力を付与し、前記第２の圧力調整手段により前記研磨パッドに圧力を付与し、前記第３の圧力調整手段により前記環状体を上昇させて当該第１の圧力調整手段による加工圧力と比べて相対的に当該被研磨面の背面側周縁の加工圧力を低減して行う第１の工程と、前記第１の圧力調整手段による加工圧力の付与を停止し、前記第２の圧力調整手段により前記研磨パッドに圧力を付与し、前記第３の圧力調整手段により前記環状体を下降させて前記被研磨面の背面側周縁の加工圧力の低減を解除し、前記第４の圧力調整手段による当該被研磨面の背面側外周近傍に補填圧力を付与して行う第２の工程と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、基板の被研磨面の部分的な研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、基板表面のＥＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる研磨ヘッド及び研磨処理装置を提供することができる。
研磨処理装置が有する研磨ヘッド及びその周辺構成の一例を説明するための図。 研磨処理装置が有する研磨ヘッド及びその周辺構成の一例を説明するための概略縦断面図。 環状弾性体（ゲル体リング）の断面形状の一例を示す概略縦断面図。 矯正押圧リングの断面形状の一例を示す概略縦断面図。 リテーナリングによる研磨パッド表面を押圧する「パッドの抑え込み」を説明するための図。 メンブレン支持リングの上昇又は下降の動作を説明するための概略縦断面図。 矯正押圧リングの動作を説明するための概略縦断面図。 研磨後のＲＲを示すグラフ（無次元表示）。 （ａ）は、ウェーハ最端部と中央部の面圧一致方法を説明するためのグラフ。（ｂ）は、加圧領域と端部応力減衰の関係の一例を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、土圧球根原理に基づいて設計する補填圧力パターンの一例を説明するための図。 ウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍への補填圧力の分布曲線（補填圧力パターン）の一例を示す図。 研磨処理を実行する際の制御部による主要な制御手順の一例を説明するためのフローチャート。 （ａ）～（ｄ）は、図１２に示すステップＳ１０８の処理における第１の工程、第２の工程を説明するための模式図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来型のテンプレートによる研磨量ＲＲモデルの説明図。 （ａ）、（ｂ）は、特許文献１に係る「加圧面積径＜ウェーハ径」テンプレートによる研磨量ＲＲモデルの説明図。 ウェーハ端部の集中応力を緩和できる基本概念を説明するための図。 変形例に係る研磨処理装置が有する研磨ヘッド及びその周辺構成の一例を説明するための概略縦断面図。 第１、第２の環状弾性体の断面形状の一例を示す概略縦断面図。 第１、第２の矯正押圧リングの動作を説明するための概略縦断面図。
　ここで、図１６を用いて本願発明に係る基本概念について説明する。
　従来の研磨ヘッド機構では、ウェーハの全面積部（中心から外周端面まで）に均等及び半径方向に段差状の加工圧を付加している。特に外周端部での加圧状態はＥＳＦＱＲに大きく影響する。例えば、ＦＥＭ解析での軟質パッド、ウェーハ全面均一加圧、Ｇａｐ値（リテーナリング部１０５内周からウェーハＷ端部までの距離）が数ミリの場合、端部の最大圧縮応力は中心部圧力の１．５～２倍弱となる。また、応力影響範囲は直径３００[ｍｍ]ウェーハの場合、端部より１５［ｍｍ］位となる。この解析結果より、外周端部に加工減圧力を与えれば、端部応力が中心部と等価となるのではとの知見を得た。
　図１６は直径３００［ｍｍ］のウェーハに端部より５［ｍｍ］部を無加圧（加圧部は直径２９０［ｍｍ］）の状態として解析した結果である。図面では変位を表しているが、端部のパッドへの沈降変位は中央部の約１／２であり、加工圧は減圧力となることを表示している。減圧現象は端部より３０［ｍｍ］近辺より生じており、無加圧幅５［ｍｍ］の約６倍となる挙動が判明した。この原理を基盤として、加圧部面積の径・リテーナリング圧力・Ｇａｐ値などのパラメータを調整する事によりＥＳＦＱＲ≒０の条件が探索可能となる。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を説明する。なお、本実施形態の研磨処理装置は、半導体ウェーハやガラス基板のような基板（以下、ウェーハと称する場合もある）を研磨対象とする。本明細書では、この基板の一方の表面を円形又は略円形の被研磨面と称す。また、研磨パッド上においてウェーハの被研磨面が接する面を研磨面と称す。
　研磨処理装置は、研磨部材となる研磨パッドが接着され、この研磨パッドを水平に回転させるための研磨テーブルと、基板の被研磨面を研磨パッドに対向させて摺接させるための研磨ヘッドとを有している。
　基板は、研磨ヘッドにより研磨パッドに押圧される。そして、研磨パッドに研磨液（スラリー）を供給しながら研磨テーブルと研磨ヘッドを回転させることにより、被研磨面の研磨処理を行う。
　［実施形態例］
　図１は、本実施形態に係る研磨処理装置Ｓの概略構成図である。
　図１に示す研磨処理装置Ｓは、研磨テーブル５１を有し、この研磨テーブル５１の表面部に研磨パッド５０が接着されている。
　研磨処理装置Ｓは、更に基板（ウェーハ）Ｗを保持してその被研磨面を研磨パッド５０に押圧する研磨ヘッド１００、研磨液を研磨パッド５０に向けて供給するためのノズルＮ、研磨テーブル５１及び研磨ヘッド１００をそれぞれ水平に回転させるためのモータ（図示省略）、ノズルＮと接続されている研磨液供給機構（図示省略）、及び、モータを含む各駆動部を制御するためのコンピュータを含む制御部２０を有する。
　研磨パッド５０は円盤状のものであり、その半径は、ウェーハＷの被研磨面の最大径（直径）よりも大きいものである。この機構において研磨パッド５０と研磨ヘッド１００それぞれの回転数及び回転方向を変化させ、ウェーハＷ面内の相対研磨速度を調整できる機構となっている。また、研磨パッド５０は、それ自体で弾性を持つものであり、不織布からなるものや、発泡ウレタン製のものなど、市場で入手できる素材を用いることができる。
　研磨ヘッド１００は、ウェーハＷを、その被研磨面が研磨パッド５０に摺接するように保持する保持機構、保持されたウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド５０の方向に向けて圧力を付与する押圧機構を有する。これらの機構の詳細については後述する。
　制御部２０は、ノズルＮの位置決め、ノズルＮからの研磨液の供給開始又は停止制御、ノズルＮから噴出供給される研磨液の単位時間当たりの供給量制御、モータの始動開始や始動停止制御等を主として行う。制御部２０により制御されたモータの回転力は、図示しない駆動部を介して研磨テーブル５１に伝達される。これにより研磨テーブル５１が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
　研磨ヘッド１００にも、図示しない駆動部（例えば自在継手）を介してモータの回転力（トルク）が伝達される。これにより研磨ヘッド１００が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
　研磨テーブル５１の回転方向と研磨ヘッド１００の回転方向は同方向であることが一般的である。これは、逆方向にするとウェーハ面内の研磨相対速度が不均一となり、均等量研磨が不可能となるおそれがあるためである。研磨テーブル５１の回転方向と研磨ヘッド１００の回転方向を同じ方向として、両者の回転速度を調整することで研磨精度を高めることができる。
　なお、単一のモータの回転力を、それぞれ異なるギア比のギアを介して研磨テーブル５１及び研磨ヘッド１００に伝達するようにしても良く、それぞれ個別のモータを通じて回転力を伝達するようにしても良い。両者は任意に設計することができる。この制御部２０による制御手順については、後述する。
　研磨液は、制御部２０の制御により研磨テーブル５１の回転速度が所定値に達した状態で、ノズルＮから所定時間、研磨パッド１２に向けて供給される。
　次に、研磨処理装置Ｓが備える研磨ヘッド１００及びその周辺構成について、詳しく説明する。
　［研磨ヘッド及びその周辺構成］
　図２は、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００及びその周辺構成の一例を説明するための概略縦断面図である。図２を用いて研磨ヘッド１００の構成の一例を説明する。
　なお、以下の説明においては、ウェーハ表面のＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｉｄｅａｌ ｒａｎｇｅ）等の更なる向上を図るために研磨処理装置Ｓが制御する圧力においてウェーハＷをその被研磨面が研磨パッド５０に摺接するように保持し、保持されたウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド５０の方向に向けて圧力を付与する。
　［研磨ヘッドの構成］
　図２に示す研磨ヘッド１００は、大別して、研磨対象のウェーハＷに対して研磨圧力（加工圧力）を付与された状態などで当該ウェーハＷを研磨パッド５０に摺接させる保持機構を有する。研磨ヘッド１００は、また、研磨圧力（加工圧力）の付与や研磨パッド５０側に向けてリテーナリング６を押圧するための押圧機構を有する。
　なお本実施形態に係るリテーナリング６は、研磨ヘッド１００及び研磨テーブル５１の回転力により付勢されたウェーハＷの外周方向への飛び出しを規制する。なお、ウェーハ端部と研磨パッド５０の接触圧力にも関与するものである。
　研磨ヘッド１００は、ヘッド筐体２、メンブレン支持リング３、メンブレン４、バッキングフイルム５、リテーナリング６、フレキシブル板７を有する。
　ここで、研磨ヘッド１００は、ヘッド筐体２と接続されたフレキシブル板７を介して駆動力（例えば起動手段であるモータの回転力（トルク））が伝達されるように構成される。具体的には、メンブレン支持リング３は、ヘッド筐体２に接続されたフレキシブル板７（接続部不図示）と接続され、リテーナリング６は、当該メンブレン支持リング３とドライブピン８を介して接続される。
　これにより研磨ヘッド１００が有する各種構成が一体的に水平に回転し、あるいは回転を停止することができる。このようにフレキシブル板７は、メンブレン支持リング３とリテーナリング６とを一体的に水平に回転させる駆動手段として機能する。
　なお、回転の開始、その停止、単位時間当たりの回転量などは予め設定された内容に基づいて制御部２０が制御する。
　ヘッド筐体２は、筒状体の周面上方位置から外方に延出する第１の鍔部２１と当該周面下方位置から外方に延出する第２の鍔部２２とを有する。なお、図２においてはヘッド筐体２、第１の鍔部２１、第２の鍔部２２を組み合わせて構成する一例を示しているが、これに限るものではなく、これらを一体的に形成しても良い。
　メンブレン支持リング３は、ヘッド筐体２の第２の鍔部２２の外周を囲むサイズに形成された環状体であり、その上端部に第１の鍔部２１、第２の鍔部２２の間に位置する第３の鍔部３１が形成される。メンブレン支持リング３は、例えばＳＵＳ材などを用いて形成される。なお、図２においてはメンブレン支持リング３、第３の鍔部３１を組み合わせて構成する一例を示しているが、これに限るものではなく、これらを一体的に形成しても良い。
　メンブレン４は、メンブレン支持リング３の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルム５を介してウェーハＷを保持する。メンブレン４は、メンブレン支持リング３の外周面に嵌装できる内径で略筒状（鍋型）に形成された筒状の弾性体（筒状弾性体）である。メンブレン４は、また、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、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る。
　バッキングフイルム５は、メンブレン４の外底面（外表面）に張設されるフイルム状の薄膜である。例えば不織布などの多孔質材をその素材として用いることができる。バッキングフイルム５は、ウェーハＷの被研磨面を研磨パッド５０に対向（当接）させ、摺接した状態で保持する。このようにメンブレン４、バッキングフイルム５は、ウェーハＷを保持する保持機構として機能する。
　リテーナリング６は、ウェーハＷの外周を囲む形状に形成される。リテーナリング６は、研磨ヘッド１００及び研磨テーブル５１の回転力により付勢されたウェーハＷの外周方向への飛び出しを規制する他に、ウェーハ端部と研磨パッド５０の接触圧力制御にも関与するものである。
　研磨ヘッド１００では、研磨加工時においてウェーハＷの端部とリテーナリング６の内周側内壁にスキマを持って構成される。また、リテーナリング６による研磨パッド５０表面を押圧する「パッドの抑え込み」を機能的に高い精度で行うことができる。このようにリテーナリング６は研磨ヘッド１００の押圧機構の一つとして機能する。
　研磨ヘッド１００が有するメンブレン４の裏面側には、ゲル体リング１０（以下、環状弾性体１０と称す）が配設され、メンブレン支持リング３（環状体３）の内部には当該環状弾性体１０の上面に圧力を付与する矯正押圧リング１１が配設される。以下、環状弾性体１０、矯正押圧リング１１の構成の詳細について説明する。
　図３は、環状弾性体１０の断面形状の一例を示す概略縦断面図である。
　環状弾性体１０は、ウェーハＷのサイズと比べて相対的に小さいサイズでリング形状に形成された弾性体である。例えば、図３(ａ)に示すような断面矩形形状（図２に対応）、図３（ｂ）に示すような下底面の幅が上底面の幅と比べて相対的に広い断面略台形形状、図３（ｃ）に示すような断面略半円形状などに形成することができる。
　環状弾性体１０は、例えばエクシール社製のＨ０－１００・ Ｃ (やわらかめ）、 Ｈ５－１００・ Ｃ７ (ふつう）、Ｈ１５－１００・ Ｃ１５ (かため)などを用いて形成することができる。
　また、用いるゲルの硬度やゲル体リングの幅、高さ、矯正押圧リング１１の圧子形状などは後述する土圧球根原理に基づいて選定し、ウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力の「補填圧力パターン 」を決定してこれらを設定する。なお、圧子形状は環状弾性体１０の上面を押圧する矯正押圧リング１１の押圧面形状である。
　図４は、矯正押圧リング１１の断面形状の一例を示す概略縦断面図である。
　矯正押圧リング１１は、リング形状に形成された上面部１１ｂと下面部１１ｃ、円柱形状に形成された複数の接続部１１ｄを有する。接続部１１ｄを介して上面部１１ｂと下面部１１ｃは接続される。また、矯正押圧リング１１は、メンブレン支持リング３に接続されたフレキシブル板７を介して保持される。具体的には、フレキシブル板７に形成された孔部（不図示）に接続部１１ｄが移動自在に挿入された状態で矯正押圧リング１１が保持されている。
　矯正押圧リング１１の押圧面形状は、例えば図４(ａ)に示すようなフラットな押圧面形状（図２に対応）、図４（ｂ）に示すような断面略半円形状な押圧面形状などに形成することができる。
　なお、矯正押圧リング１１の押圧面形状は、用いるゲルの硬度やゲル体リングの幅、高さなどと合わせて後述する土圧球根原理に基づいて設計し、ウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力の「補填圧力パターン」を決定してその形状を特定する。
　［押圧機構］
　研磨ヘッド１００では、図２に示すように、ヘッド筐体２の第２の鍔部２２、メンブレン支持リング３（環状体３）とメンブレン４により形成された空間がウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド５０の方向に向けて圧力を付与する圧力室（密封状態の気室）が形成される。研磨ヘッド１００に形成された圧力室は、バッキングフイルム５をメンブレン４に装着した状態のバッキングフイルム５の領域を投影した当該メンブレン１０２上の領域に対応する空間である。
　なお、ヘッド筐体２の第２の鍔部２２とメンブレン支持リング３（環状体３）は封止隔壁１２を介して接続される。また、封止隔壁１２は例えばゴム等の弾性体を用いて形成される。
　研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプを介して圧力室に向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を回収可能に構成される。つまり研磨ヘッド１００は、圧力室に供給する圧力流体（図２に示す破線Ｐ１）の量を調整してウェーハＷに対して付与する加工圧力Ｐ１を発生させることができるように構成される。
　これら構成は、制御部２０を介して、ヘッド筐体２（第２の鍔部２２）とメンブレン支持リング３とメンブレン４により囲まれた空間（圧力室）の圧力を調整してウェーハＷの被研磨面の背面側に付与する加工圧力Ｐ１を調整する第１の圧力調整手段として機能する。
　図５は、リテーナリング６による研磨パッド５０表面を押圧する「パッドの抑え込み」を説明するための図である。
　研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図２に示すように、ヘッド筐体２の第１の鍔部２１とリテーナリング６の間にエアバッグＰ２が配設される。
　また、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図２に示すように、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプを介してエアバッグＰ２に向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を回収可能に構成される。つまり研磨ヘッド１００は、エアバッグＰ２に供給する圧力流体（図２に示す破線Ｐ２）の量を調整してリテーナリング６による研磨パッド５０表面を押圧する圧力Ｐ２を発生させることができるように構成される。
　エアバッグＰ２は、リング形状に形成されており、エアバッグＰ２に圧力流体が封入されて膨張する。これにより、図５に示すように、封入された圧力流体の量に応じた圧力Ｐ２でリテーナリング６が研磨パッド５０を押圧することができる。
　これら構成は、制御部２０を介して、エアバッグＰ２に供給する圧力流体の量を調整して第１の鍔部２１を基準に、リテーナリング６が研磨パッド５０に付与する圧力Ｐ２を調整する第２の圧力調整手段として機能する。換言すると、第２の圧力調整手段はウェーハ端部応力の最適化を図るためのものとも言える。
　図６は、メンブレン支持リング３の上昇又は下降の動作を説明するための概略縦断面図である。
　研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図２に示すように、ヘッド筐体２の第２の鍔部２２とメンブレン支持リング３の第３の鍔部３１との間にエアバッグＰ３が配設される。
　また、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図２に示すように、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプを介してエアバッグＰ３に向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を回収可能に構成される。つまり研磨ヘッド１００は、エアバッグＰ３に供給する圧力流体（図２に示す破線Ｐ３）の量を調整してメンブレン支持リング３の上昇又は下降の動作が可能に構成される。
　エアバッグＰ３は、リング形状に形成されており、エアバッグＰ３に圧力流体が封入されて膨張する。これより、図６に示すように、封入された圧力流体の量に応じてメンブレン支持リング３が上昇したり（図２）、下降したり（図６）する。つまり、メンブレン支持リング３の上昇又は下降の動作に応じて、メンブレン４、バッキングフイルム５も上昇又は下降することになる。
　メンブレン支持リング３の上昇又は下降の動作に伴うメンブレン４、バッキングフイルム５の上昇又は下降により、ウェーハＷの周縁領域においてバッキングフイルム５が当接する領域が変化する。この変化に応じてウェーハＷの被研磨面の背面側周縁に付与される加工面圧も変化することになる（図２、図６、図１６参照）。
　なお、エアバッグＰ３にてメンブレン４の外周部を持ち上げることで、ウェーハＷの外周部に加工面圧が付与される領域（圧力円周帯と称す）と付与されない領域（非圧力円周帯と称す）が創成される。環状弾性体１０は、メンブレン４とウェーハＷにおける圧力円周帯と非圧力円周帯の境界（図１１等参照）に環状弾性体１０の底面の中心を合わせて配設される。このように環状弾性体１０を配置することにより、従来の研磨ヘッドでは不可能であったＥＳＦＱＲ≒０の原理機構が究明でき、同時にＧＢＩＲも飛躍的に向上させることができる。
　これら構成は、制御部２０を介して、ウェーハＷの被研磨面の背面側に付与される加工圧力のうちエアバッグＰ３に供給する圧力流体の量を調整して、第２の鍔部２２を基準に第３の鍔部３１を介して、被研磨面の背面側周縁に付与する加圧面積Ｐ１´を調整する第３の圧力調整手段として機能する。
　なお、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、メンブレン支持リング３の上昇を所定の範囲に規制する規制手段としてストッパ１３を有する。例えばストッパ１３はネジにて構成される。
　図７は、矯正押圧リング１１の動作を説明するための概略縦断面図である。
　前述したように研磨ヘッド１００が有するメンブレン４の裏面側には、環状弾性体１０が配設され、当該環状弾性体１０の上面に圧力を付与する矯正押圧リング１１が配設される。また、図２に示すように、メンブレン支持リング３の第３の鍔部３１と矯正押圧リング１１の間にエアバッグＰ４が配設される。
　また、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図２に示すように、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプを介してエアバッグＰ４に向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を回収可能に構成される。つまり研磨ヘッド１００は、エアバッグＰ４に供給する圧力流体（図２に示す破線Ｐ４）の量を調整して矯正押圧リング１１の上昇又は下降の動作が可能に構成される。
　なお、本実施形態では、矯正押圧リング１１の上昇動作はバネ１１ａの付勢力を受けて上昇するように構成している。
　エアバッグＰ４は、リング形状に形成されており、エアバッグＰ４に圧力流体が封入されて膨張する。これより、図７に示すように、封入された圧力流体の量に応じて矯正押圧リング１１が上昇したり（図２）、下降したり（図６）する。つまり、メンブレン支持リング３の上昇又は下降の動作に応じて環状弾性体１０の上面に付与される圧力も変化することになる。
　矯正押圧リング１１の上昇又は下降の動作に伴う環状弾性体１０の上面に付与される圧力が変化する。この変化に応じてウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与される補填圧力Ｐ４の補填圧力パターンも変化することになる（図２、図７参照）。
　これら構成は、制御部２０を介して、ウェーハＷの被研磨面の背面側に付与される加工圧力のうちエアバッグＰ４に供給する圧力流体の量を調整して第２の鍔部２２を基準に、被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力Ｐ４を調整する第４の圧力調整手段として機能する。
［研磨処理］
　ここで、本実施形態に係る研磨処理装置Ｓが実行する研磨処理について説明する。
　本実施形態に係る研磨処理装置Ｓが実行する研磨処理は、初めに、あるロットのウェーハ群の特性や研磨処理装置の状態に応じて特定される運転条件（処理条件）を特定する。その上で、この運転条件に基づいて連続してウェーハの研磨処理（量産）を実施する。
　以下、運転条件（処理条件）を特定するステップについて説明する。
［圧力Ｐ２の確定］
　図８は、研磨前後でのウェーハ端部のＲＲ曲線を示すグラフである。縦軸は研磨量ＲＲ（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）［μｍ／ｍｉｎ］を無次元化で示し、横軸はウェーハの径［ｍｍ］を示す。なお本例では、ΔＲＲ＝０．２を観察している。
　第１のステップとして、エアバッグＰ３は圧力流体が供給されない無圧力状態にする。この場合、メンブレン支持リング３は下降している状態（図６参照）である。また、エアバッグＰ４は圧力流体が供給されない無圧力状態にする。この場合、矯正押圧リング１１は環状弾性体１０の上面に押圧力を付与していない状態である。
　そして、ウェーハＷに対して加工圧力Ｐ１を付与しつつ、リテーナリング６による研磨パッド５０表面を押圧する圧力Ｐ２調整することによりＲＲ＝１．２を満たすように調整を行う（Ｐｒ＝１．７５＊Ｐ１）。本例では、ΔＲＲ＝０．２を観察している。
　なお、図８に示すΔＲＲ はＧａｐによって大きく変動する。また、Ｇａｐはウェーハの回転座標軸において一回転中で０～１［ｍｍ］間で変動するため、ΔＲＲ は静的な面圧シートなどによる測定ではなく、実運転データでの平均的挙動を得るほうがより正確なものとなる。
［補填曲線］
　図９（ａ）は、ウェーハ最端部と中央部の面圧一致方法を説明するためのグラフである。縦軸は研磨量ＲＲ（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）［μｍ／ｍｉｎ］を無次元化で示し、横軸はウェーハの径［ｍｍ］を示す。
　図９（ａ）のグラフからは、黒破線（研磨ＲＲ）と黒点線（圧力減衰）の合算平均挙動で黒実線の補填曲線が得られることが見て取れる。
　また、図９（ｂ）は、加圧領域と端部応力減衰の関係の一例を示す図であり、メンブレンとウェーハの裏面接地面積、すなわち負荷面圧径の半径（ＰＡＲ）と端部応力減衰の曲線を示すグラフである。縦軸は研磨量ＲＲ（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）［μｍ／ｍｉｎ］を無次元化で示し、横軸はウェーハの径［ｍｍ］を示す。
［メンブレン支持リング３の上昇動作の位置調整（Ｈ）］
　第２のステップとして、エアバッグＰ３に圧力流体を供給する。この場合、メンブレン支持リング３は上昇する（図２参照）。メンブレン支持リング３の上昇を所定の範囲に規制するストッパ１３（位置調整：高さＨ）を用いてエッジポイントにおけるＲＲ＝１．０を満たすように調整を行う。なお、エアバッグＰ４は圧力流体が供給されない無圧力状態のままである。
　この調整は面圧シートを使用してＨ ｖｓ ＲＲ（ＤＬ）を測定することにより行うことができる。Ｈの測定は、例えばＯｐｔｅｘ社製ＬＳ－１００ＣＮなどを用いることができる。
　図１０は、土圧球根原理に基づいて設計する補填圧力パターンの一例を説明するための図である。図１０（ａ）は、土圧球根原理による荷重（面圧幅；Ｂ・単位面積圧力：ｑ）と応力が作用する範囲の一例を示している。図１０（ｂ）は、土圧球根原理に基づく補填圧力パターンの一例を示している。
　図１０に示すように、環状弾性体１０を介した矯正押圧リング１１によるウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力Ｐ４は土圧球根挙動にて伝播され、補填圧力パターンが形成される。
　なお、補填圧力パターンの測定は、例えばＴｅｋｓｃａｎ社製Ｉ－ＳＣＡＮ・２０－Ｆ０２（分解能ピッチ：０．２［ｍｍ］）を用いて行うことができる。
　図１１は、ウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）への補填圧力の分布曲線（補填圧力パターン）の一例を示す図である（図９（ａ）に示す黒実線の凹面部を補填）。縦軸は研磨量ＲＲ（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）［μｍ／ｍｉｎ］の無次元を示し、横軸はウェーハの径［ｍｍ］を示す。
　第１のステップ、第２のステップにより、図１１に示すように、環状弾性体１０を介した矯正押圧リング１１によるウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力Ｐ４の補填圧力パターンを特定する。
　［研磨処理の制御手順］
　次に、本実施形態の研磨処理装置Ｓによる処理手順について説明する。図１２は、研磨処理を実行する際の制御部２０による主要な制御手順の一例を説明するためのフローチャートである。以下説明する処理手順は、前述した運転条件に基づいて連続してウェーハの研磨処理（量産）を実施するものである。
　制御部２０は、研磨処理装置Ｓのオペレータによる開始指示の入力受付を契機に制御を開始する（Ｓ１００）。なお、運転条件として、環状弾性体１０を介した矯正押圧リング１１によるウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力Ｐ４の補填圧力パターンは取得済みであるものとする。
　制御部２０は、所定の初期加工後、研磨ヘッド１００の保持機構によるウェーハＷの保持を開始する（Ｓ１０１）。
　制御部２０は、ウェーハＷをウェーハ受け渡しテーブル（不図示）からウェーハＷを保持し、研磨ヘッド１００を研磨処理の開始位置へ移動させる（Ｓ１０２）。
　制御部２０は、圧力室、エアバッグＰ２、エアバッグＰ３それぞれに所定量の圧力流体を供給して加工圧力Ｐ１、加圧面積Ｐ１´、圧力Ｐ２を整える（Ｓ１０３）。
　制御部２０は、圧力流体の供給量に応じた各圧力が適切であることを確認した場合は（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、研磨テーブル１１、並びに、研磨ヘッド１００の回転を開始するように、図示しないモータへ指示を出す（Ｓ１０５）。これにより、研磨テーブル５１と研磨ヘッド１００が、水平に回転を開始する。
　研磨テーブル１１と研磨ヘッド１００の回転開始を指示した後、制御部２０は、ノズルＮの位置決めを指示するとともに、研磨液供給機構に対して研磨液の供給を開始させるように指示を出す（Ｓ１０６）。これにより、研磨液がノズルＮから研磨パッド５０の表面に向けて供給される。このようにして制御部２０は、研磨を開始する（Ｓ１０７）
　制御部２０は、運転条件に基づいて加工圧力の圧力調整を開始する（Ｓ１０８）。ここでステップＳ１０８の処理における圧力調整について説明する。ステップＳ１０８の処理における圧力調整は大別して第１の工程、第２の工程を有する。
　第１の工程では、制御部２０は、前述した第１の圧力調整手段を介してウェーハＷの被研磨面の背面側に加工圧力Ｐ１を付与し、前述した第２の圧力調整手段を介して研磨パッド５０に圧力Ｐ２を付与し、前述した第３の圧力調整手段を介してメンブレン支持リング３を上昇させて当該第１の圧力調整手段による加工圧力Ｐ１と比べて相対的に被研磨面の背面側周縁の加工圧力が低減されるように加圧面積Ｐ１´の状態にそれぞれを調整する。このとき、制御部２０は、エアバッグＰ４は圧力流体が供給されない無圧力状態になるように制御する。
　第２の工程では、制御部２０は、前述した第１の圧力調整手段を介して加工圧力Ｐ１の付与を停止し、前述した第２の圧力調整手段を介して研磨パッド５０に圧力Ｐ２を付与し、前述した第３の圧力調整手段を介してメンブレン支持リング３を下降させて被研磨面の背面側周縁の加工圧力の低減状態（加圧面積Ｐ１´の状態）を解除し、前述した第４の圧力調整手段を介してウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に補填圧力Ｐ４を付与するように制御する。
　なお、第１の工程、第２の工程は、研磨テーブル１１と研磨ヘッド１００の回転が維持された状態で内部シーケンスにより切り替えられる。
　その後制御部２０は、研磨が終了したか否かを判別する（Ｓ１０９）。この判別は、例えばセンサの検出結果に基づき、ウェーハＷが所望の厚みに研磨されたと判断した場合に研磨を終了する。また、そうでない場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理へ戻る。
　制御部２０は、研磨が終了したと判別した場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、研磨液供給機構に対して研磨液の供給停止を指示する（Ｓ１１０）。
　その後、制御部２０は、研磨テーブル５１と研磨ヘッド１００の回転を止めるように、モータへ停止指示を出す（Ｓ１１１）。その後、研磨後のウェーハＷを載置するテーブルまで研磨ヘッド１００を移動させる（Ｓ１１２）。これにより、一連の研磨処理の処理が終了する。
　なお、保持が解除されたか否かの判別は、例えば図示しない各種センサを用いて検知するように構成することもできる。なお、研磨テーブル５１と研磨ヘッド１００の回転停止後に、供給した圧力流体を回収しても良い。このように制御することにより、研磨後のウェーハＷが搬送途中において意図せず脱落してしまうことを防ぐことができる。
　図１３は、図１２に示すステップＳ１０８の処理における第１の工程、第２の工程を説明するための模式図である。
　図１３（ａ）、（ｂ）は第１の工程を示しており、図１３（ｃ）、（ｄ）は第２の工程を示している。図中矢印で示しているように第１の工程、第２の工程は（ａ）から（ｂ）、（ｂ）から（ｃ）、（ｃ）から（ｄ）の一連の工程として進んでいく。
　第１の工程では、ウェーハＷの被研磨面の背面側に加工圧力Ｐ１が付与され、研磨パッド５０に圧力Ｐ２が付与され、メンブレン支持リング３を上昇させ加工圧力Ｐ１と比べて相対的に被研磨面の背面側周縁の加工圧力が低減されるように加圧面積Ｐ１´の状態に調整して処理が行われる。なお、エアバッグＰ４は圧力流体が供給されない無圧力状態である。
　第１の工程の処理において、図１３（ａ）のように加圧面積の減少化に伴い図１３（ｂ）に示す端部凸面現象が発生する。
　第２の工程では、加工圧力Ｐ１の付与を停止し、研磨パッド５０に圧力Ｐ２を付与し、メンブレン支持リング３を下降させて被研磨面の背面側周縁の加工圧力の低減状態（加圧面積Ｐ１´の状態）を解除し、ウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に運転条件に応じた補填圧力パターンの補填圧力Ｐ４を付与して処理が行われる。
　第２の工程の処理において、図１３（ｃ）のように運転条件に応じた補填圧力パターンの補填圧力Ｐ４により部分的矯正加圧が行われる。その後、研磨パッド５０への圧力Ｐ２を解除して（図１３（ｄ））第２の工程の処理は終了する。
　本実施形態に係る研磨ヘッド１００及びこれを有する研磨処理装置Ｓでは、加工圧力Ｐ１、加圧面積Ｐ１´、圧力Ｐ２、補填圧力Ｐ４の調整・制御をすることで高品質で安定的な研磨処理を行うことができる。また、基板の被研磨面の部分的な研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、基板表面のＥＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。
　また、本実施形態に係る研磨ヘッド１００及びこれを有する研磨処理装置Ｓにより、ウェーハ端部に無加圧領域を設定して全面積加圧時での端部面圧上昇を低減させ、面圧不均衡部に補填圧力を付与してウェーハ端部での面圧均衡ができる機構を提供することができる。
　［変形例］
　以下、研磨ヘッドの変形例について説明する。なお、実施形態例において説明した研磨ヘッド１００及びこれを有する研磨処理装置Ｓにおいて既に説明した構成と同じものは、同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
　図１７は、変形例に係る研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド２００及びその周辺構成の一例を説明するための概略縦断面図である。図２を用いて研磨ヘッド２００の構成の一例を説明する。
　なお、以下の説明においては、ウェーハ表面のＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｉｄｅａｌ ｒａｎｇｅ）等の更なる向上を図るために研磨処理装置Ｓが制御する圧力においてウェーハＷをその被研磨面が研磨パッド５０に摺接するように保持し、保持されたウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド５０の方向に向けて圧力を付与する。
　［研磨ヘッドの構成］
　図１７に示す研磨ヘッド２００は、大別して、研磨対象のウェーハＷに対して研磨圧力（加工圧力）を付与された状態などで当該ウェーハＷを研磨パッド５０に摺接させる保持機構を有する。研磨ヘッド２００は、また、研磨圧力（加工圧力）の付与や研磨パッド５０側に向けてリテーナリング６を押圧するための押圧機構を有する。
　研磨ヘッド２００は、ヘッド筐体４０、メンブレン支持リング３、メンブレン４、バッキングフイルム５、リテーナリング６、フレキシブル板７を有する。
　ここで、研磨ヘッド２００は、ヘッド筐体４０と接続されたフレキシブル板７を介して駆動力（例えば起動手段であるモータの回転力（トルク））が伝達されるように構成される。具体的には、メンブレン支持リング３は、ヘッド筐体４０に接続されたフレキシブル板７（接続部不図示）と接続され、リテーナリング６は、当該メンブレン支持リング３とドライブピン８を介して接続される。
　これにより研磨ヘッド１００が有する各種構成が一体的に水平に回転し、あるいは回転を停止することができる。このようにフレキシブル板７は、メンブレン支持リング３とリテーナリング６とを一体的に水平に回転させる駆動手段として機能する。
　なお、回転の開始、その停止、単位時間当たりの回転量などは予め設定された内容に基づいて制御部２０が制御する。
　メンブレン支持リング３は、研磨処理対象となる基板（ウェーハＷ）の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体である。メンブレン支持リング３は、ヘッド筐体４０と接続される。メンブレン支持リング３は、例えばＳＵＳ材などを用いて形成される。
　メンブレン４は、メンブレン支持リング３の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルム５を介してウェーハＷを保持する。
　メンブレン４は、メンブレン支持リング３の外周面に嵌装できる内径で略筒状（鍋型）に形成された筒状の弾性体（筒状弾性体）である。メンブレン４は、また、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、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る。
　バッキングフイルム５は、メンブレン４の外底面（外表面）に張設されるフイルム状の薄膜である。例えば不織布などの多孔質材をその素材として用いることができる。バッキングフイルム５は、ウェーハＷの被研磨面を研磨パッド５０に対向（当接）させ、摺接した状態で保持する。このようにメンブレン４、バッキングフイルム５は、ウェーハＷを保持する保持機構として機能する。
　リテーナリング６は、ウェーハＷの外周を囲む形状に形成される。リテーナリング６は、研磨ヘッド１００及び研磨テーブル５１の回転力により付勢されたウェーハＷの外周方向への飛び出しを規制する他に、ウェーハ端部と研磨パッド５０の接触圧力制御にも関与するものである。
　研磨ヘッド２００が有するメンブレン４の裏面側には、ゲル体リング３０ａ（第１の環状弾性体３０ａ）、及び、ゲル体リング３０ｂ（第２の環状弾性体３０ｂ）が配設される。
　また、メンブレン支持リング３（環状体３）の内部には、第１の環状弾性体３０ａの上面に圧力を付与する第１の矯正押圧リング３１ａ、及び、第２の環状弾性体３０ｂの上面に圧力を付与する第２の矯正押圧リング３１ｂが配設される。
　研磨ヘッド２００では、図１７に示すように、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプを介してエアバッグＰ４に向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を回収可能に構成される。つまり研磨ヘッド２００は、エアバッグＰ４に供給する圧力流体（図１７に示す破線Ｐ４）の量を調整して第１、第２の矯正押圧リングの上昇又は下降の動作が可能に構成される。
　なお、図１７に示す研磨ヘッド２００では、一例として第１、第２の矯正押圧リングの上昇又は下降動作はバネ３１ｃを介して行うように構成している。以下、ゲル体リング、矯正押圧リングの構成の詳細について説明する。
　図１８は、第１、第２の環状弾性体の断面形状の一例を示す概略縦断面図。
　図１９は、第１、第２の矯正押圧リングの動作を説明するための概略縦断面図である。
　前述したように研磨ヘッド２００が有する環状弾性体は、図１７に示すように、内周側の第１の環状弾性体３０ａと外周側の第２の環状弾性体３０ｂに分割されて構成される。
　また、研磨ヘッド２００が有する矯正押圧リングは、第１の環状弾性体３０ａに圧力を付与する第１の矯正押圧リング３１ａ、及び、第２の環状弾性体３０ｂに圧力を付与する第２の矯正押圧リング３１ｂとして構成される。
　これにより、図１９に示すように、被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与する補填圧力のうち内周側は第１の環状弾性体３０ａにより付与され、外周側は第２の環状弾性体３０ｂにより付与される。
　また、第１の環状弾性体３０ａと第２の環状弾性体３０ｂの間には、補填圧力を付与する際の第１の環状弾性体３０ａの変形と第２の環状弾性体３０ｂの変形が相互に与える影響を低減さるための変形防止リング３３が配設される。
　なお、先述の実施形態例（研磨ヘッド１００）においては、環状弾性体１０は、メンブレン４とウェーハＷにおける圧力円周帯と非圧力円周帯の境界（図１１等参照）に環状弾性体１０の底面の中心を合わせて配設されることを説明した。本変形例における研磨ヘッド２００では、変形防止リング３３をこの境界位置に設置する。これにより、従来の研磨ヘッドでは不可能であったＥＳＦＱＲ≒０の原理機構が究明でき、同時にＧＢＩＲも飛躍的に向上させることができる。
　図１８（ａ）に示すように、第１の環状弾性体３０ａは、その内周側の側面が斜面となる台形形状に形成される。
　第２の環状弾性体３１ｂは、その外周側の側面が斜面となる台形形状に形成される。また、第２の環状弾性体３１ｂは、ウェーハＷのサイズと比べて相対的に小さいサイズに形成される。
　また、第１の矯正押圧リング３１ａは、図１８（ａ）に示すように、第１の環状弾性体３０ａの斜面（内周側の側面）の全部又は一部を覆うように構成される。
　第２の矯正押圧リング３１ｂは、第２の環状弾性体３０ｂの斜面（外周側の側面）の全部又は一部を覆うように構成される（図１８（ｂ））。これにより、補填圧力を付与する際の第１の環状弾性体３０ａの変形、及び、第２の環状弾性体３０ｂの変形による補填圧力の遺漏を低減させることができる。つまり、第４の圧力調整手段の圧力付与による補填圧力の調整を容易にするとともに、より適切にウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に付与することが可能になる。
　また、第１の矯正押圧リング３１ａは、図１８（ａ）に示すように、第１の環状弾性体３０ａの上面を覆い第４の圧力調整手段からの圧力を付与すると共に、ヘッド筐体４０と第１の矯正押圧リング３１ａと弾性体（メンブレン４）により囲まれた空間の圧力を調整し被研磨面の背面側に付与する加工圧力Ｐ１が、第１の環状弾性体３０ａの上面にも付与されるように構成される。このように第１の矯正押圧リング３１ａは、第１の環状弾性体３０ａの上面を覆うことで、第１の環状弾性体３０ａの底面を介して加工圧力Ｐ１をウェーハＷの被研磨面の背面側に付与することができる。
　ウェーハＷの被研磨面の背面側外周近傍（外周近傍領域）に運転条件に応じた補填圧力パターンの補填圧力Ｐ４を付与する圧力調整処理（ステップ：Ｓ１０８）処理において、第１の環状弾性体３０ａと第２の環状弾性体３０ｂにより、変形防止リング３３の近傍領域における補填圧力の調整をより容易に行うことが可能になる（図１９参照）。
　上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。
　２、４０…ヘッド筐体、３…メンブレン支持リング、４…メンブレン、５…バッキングフイルム、６…リテーナリング、７…フレキシブル板、２０…制御部、５０…研磨パッド、５１…研磨テーブル、１００、２００…研磨ヘッド、Ｓ…研磨処理装置、Ｎ…ノズル、Ｗ…ウェーハ。

Claims (16)

  1. 　研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持してその被研磨面を前記研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨処理装置であって、
    　前記研磨ヘッドは、
    　筒状体の周面上方位置から外方に延出する第１の鍔部と当該周面下方位置から外方に延出する第２の鍔部とを有するヘッド筐体と、
    　前記第２の鍔部の外周を囲むサイズに形成され、その上端部に前記第１、第２の鍔部の間に位置する第３の鍔部が形成された環状体と、
    　前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、
    　前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、
    　前記ヘッド筐体と前記環状体と前記リテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、
    　前記弾性体の裏面側には、環状弾性体が配設され、前記環状体の内部には当該環状弾性体の上面に圧力を付与する矯正押圧リングが配設されており、
    　前記ヘッド筐体と前記環状体と前記弾性体により囲まれた空間の圧力を調整して前記被研磨面の背面側に付与する加工圧力を調整する第１の圧力調整手段と、
    　前記第１の鍔部を基準に、前記リテーナリングが前記研磨パッドに付与する圧力を調整する第２の圧力調整手段と、
    　前記第２の鍔部を基準に、前記第３の鍔部を介して前記環状体を上昇又は下降させて前記被研磨面の背面側周縁に付与する加工圧力を調整する第３の圧力調整手段と、
    　前記第２の鍔部を基準に、前記矯正押圧リングによる前記環状弾性体を介して前記被研磨面の背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整する第４の圧力調整手段と、
    　前記駆動手段、前記第１、第２、第３、第４の圧力調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする、
    　研磨処理装置。
  2. 　前記第２の圧力調整手段は、前記制御手段を介して、前記第１の鍔部と前記リテーナリングの間に配設されたエアバッグに流入させる圧力流体を調整して当該リテーナリングが前記研磨パッドに付与する圧力を調整することを特徴とする、
    　請求項１に記載の研磨処理装置。
  3. 　前記第３の圧力調整手段は、前記制御手段を介して、前記第２の鍔部と前記第３の鍔部の間に配設されたエアバッグに流入させる圧力流体を調整して前記環状体を上昇又は下降させて前記被研磨面の背面側周縁に付与する加圧面積を調整することを特徴とする、
    　請求項１又は２に記載の研磨処理装置。
  4. 　前記第４の圧力調整手段は、前記制御手段を介して、前記第３の鍔部と前記矯正押圧リングの間に配設されたエアバッグに流入させる圧力流体を調整して前記環状弾性体からの前記被研磨面の背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整することを特徴とする、
    　請求項１、２又は３に記載の研磨処理装置。
  5. 　前記第３の圧力調整手段による前記環状体の上昇を所定の範囲に規制する規制手段を有することを特徴とする、
    　請求項１乃至４いずれか一項に記載の研磨処理装置。
  6. 　前記環状弾性体は、前記基板のサイズと比べて相対的に小さいサイズに形成されることを特徴とする、
    　請求項１乃至５いずれか一項に記載の研磨処理装置。
  7. 　前記環状体は、前記ヘッド筐体に接続されたフレキシブル板と接続され、前記リテーナリングは、当該環状体とドライブピンを介して接続されることを特徴とする、
    　請求項１乃至６いずれか一項に記載の研磨処理装置。
  8. 　水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、
    　筒状体の周面上方位置から外方に延出する第１の鍔部と当該周面下方位置から外方に延出する第２の鍔部とを有するヘッド筐体と、
    　前記第２の鍔部の外周を囲むサイズに形成され、その上端部に前記第１、第２の鍔部の間に位置する第３の鍔部が形成された環状体と、
    　前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、
    　前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、
    　前記ヘッド筐体と前記環状体と前記リテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、
    　前記弾性体の裏面側には、環状弾性体が配設され、前記環状体の内部には当該環状弾性体の上面に圧力を付与する矯正押圧リングが配設されており、
    　前記ヘッド筐体と前記環状体と前記弾性体により囲まれた空間の圧力を調整して前記被研磨面の背面側に付与する加工圧力を調整する第１の圧力調整手段と、
    　前記第１の鍔部を基準に、前記リテーナリングが前記研磨パッドに付与する圧力を調整する第２の圧力調整手段と、
    　前記第２の鍔部を基準に、前記第３の鍔部を介して前記環状体を上昇又は下降させて前記被研磨面の背面側周縁に付与する加圧面積を調整する第３の圧力調整手段と、
    　前記第２の鍔部を基準に、前記矯正押圧リングによる前記環状弾性体を介して前記被研磨面の背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整する第４の圧力調整手段と、
    　前記駆動手段、前記第１、第２、第３、第４の圧力調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする、
    　研磨ヘッド。
  9. 　水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドが行う研磨処理方法は、
    　前記第１の圧力調整手段により前記被研磨面の背面側に加工圧力を付与し、前記第２の圧力調整手段により前記研磨パッドに圧力を付与し、前記第３の圧力調整手段により前記環状体を上昇させて当該第１の圧力調整手段による加工圧力と比べて相対的に当該被研磨面の背面側周縁の加工圧力を低減して行う第１の工程と、
    　前記第１の圧力調整手段による加工圧力の付与を停止し、前記第２の圧力調整手段により前記研磨パッドに圧力を付与し、前記第３の圧力調整手段により前記環状体を下降させて前記被研磨面の背面側周縁の加工圧力の低減を解除し、前記第４の圧力調整手段による当該被研磨面の背面側外周近傍に補填圧力を付与して行う第２の工程と、を有することを特徴とする、
    　研磨処理方法。
  10. 　研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持してその被研磨面を前記研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨処理装置であって、
    　前記研磨ヘッドは、
    　前記研磨処理対象となる基板の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体と、
    　前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、
    　前記弾性体の裏面側に配設され、前記被研磨面の背面側外周近傍に補填圧力を付与する環状弾性体と、
    　前記環状弾性体が前記背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整する第４の圧力調整手段と、を有することを特徴とする、
    　研磨処理装置。
  11. 　前記第４の圧力調整手段は、前記環状体の内部に配設された矯正押圧リングを介して前記環状弾性体に圧力を付与するように構成されることを特徴とする、
    　請求項１０に記載の研磨処理装置。
  12. 　前記環状弾性体は、内周側の第１の環状弾性体と外周側の第２の環状弾性体に分割されて構成されており、
    　前記矯正押圧リングは、前記第１の環状弾性体に圧力を付与する第１の矯正押圧リング、及び、前記第２の環状弾性体に圧力を付与する第２の矯正押圧リングとして構成されており、前記被研磨面の背面側外周近傍に付与する補填圧力のうち内周側は前記第１の環状弾性体により付与され、外周側は前記第２の環状弾性体により付与されることを特徴とする、
    　請求項１１に記載の研磨処理装置。
  13. 　前記第１の環状弾性体と前記第２の環状弾性体の間に変形防止リングを配設することを特徴とする、
    　請求項１２に記載の研磨処理装置。
  14. 　前記第１の環状弾性体は、その内周側が斜面となる台形形状に形成されており、
    　前記第２の環状弾性体は、その外周側が斜面となる台形形状に形成されており、
    　前記第１の矯正押圧リングは、前記第１の環状弾性体の内周側の斜面の少なくとも一部を覆うように構成されており、
    　前記第２の矯正押圧リングは、前記第２の環状弾性体の外周側の斜面の少なくとも一部を覆うように構成されることを特徴とする、
    　請求項１２に記載の研磨処理装置。
  15. 　前記第１の矯正押圧リングは、前記第１の環状弾性体の上面を覆い前記第４の圧力調整手段からの圧力を付与すると共に、ヘッド筐体と当該第１の矯正押圧リングと前記弾性体により囲まれた空間の圧力を調整し前記被研磨面の背面側に付与する加工圧力が、前記第１の環状弾性体の上面にも付与されるように当該第１の環状弾性体の上面を覆うように構成されることを特徴とする、
    　請求項１４に記載の研磨処理装置。
  16. 　水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、
    　研磨処理対象となる基板の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体と、
    　前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、
    　前記弾性体の裏面側に配設され、前記被研磨面の背面側外周近傍に補填圧力を付与する環状弾性体と、
    　前記環状弾性体が前記背面側外周近傍に付与する補填圧力を調整する第４の圧力調整手段と、を有することを特徴とする、
    　研磨ヘッド。
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