特許 6827663 基板の研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6827663

(24)【登録日】2021年1月22日

(45)【発行日】2021年2月10日

(54)【発明の名称】基板の研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/32 20120101AFI20210128BHJP

   B24B 37/30 20120101ALI20210128BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20210128BHJP

   B24B 37/015 20120101ALI20210128BHJP

   B24B 49/16 20060101ALI20210128BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20210128BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20210128BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/32 A

   B24B37/30 E

   B24B37/013

   B24B37/015

   B24B49/16

   B24B49/04 Z

   H01L21/304 622K

   H01L21/304 622G

   H01L21/304 622S

   H01L21/304 622R

【請求項の数】32

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2017-85051(P2017-85051)

(22)【出願日】2017年4月24日

(65)【公開番号】特開2018-183820(P2018-183820A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2019年9月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】戸川 哲二

(72)【発明者】

【氏名】曽布川 拓司

(72)【発明者】

【氏名】畠山 雅規

【審査官】 須中 栄治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０４８１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９７５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９１８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９６２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５５９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３０１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９３０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２７２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５５１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７９１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０８９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３９８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５３４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７９４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５９８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ３７／００−３７／３４

Ｂ２４Ｂ４１／００−５１／００

Ｈ０１Ｌ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

四辺形の基板を研磨するための研磨装置であって、
四辺形の基板を保持するための基板保持部を有し、前記基板保持部は、
基板を支持するための四辺形の基板支持面と、
前記基板支持面の少なくとも１つの角部の外側に配置されるリテーナ部材を取り付けるための、取付機構を有し、
前記基板支持面は複数の領域を有し、各領域は弾性膜を有し、各領域の前記弾性膜は独立して流体の圧力により変形可能であり、
前記基板支持面の前記複数の領域は、四辺形の基板の角部に対応する領域、四辺形の基板の中央部に対応する領域、および四辺形の基板の辺部に対応する領域、を含む、
研磨装置。

【請求項2】

請求項１に記載の研磨装置であって、前記基板支持面の少なくとも１つの角部に外側に配置されるリテーナ部材を有する、
研磨装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の研磨装置であって、前記基板保持部に取り付けられた前記リテーナ部材を、前記基板支持面に垂直な方向に移動させるための移動機構を有する、
研磨装置。

【請求項4】

四辺形の基板を研磨するための研磨装置であって、
四辺形の基板を保持するための基板保持部を有し、前記基板保持部は、
基板を支持するための四辺形の基板支持面と、
前記基板支持面を囲う円形または楕円形のリテーナ部材を取り付けるための、取付機構を有し、
前記基板支持面は複数の領域を有し、各領域は弾性膜を有し、各領域の前記弾性膜は独立して流体の圧力により変形可能であり、
前記基板支持面の前記複数の領域は、四辺形の基板の角部に対応する領域、四辺形の基板の中央部に対応する領域、および四辺形の基板の辺部に対応する領域、を含む、
研磨装置。

【請求項5】

請求項４に記載の研磨装置であって、
前記基板支持面を囲う円形または楕円形のリテーナ部材を有する、
研磨装置。

【請求項6】

請求項５に記載の研磨装置であって、
前記リテーナ部材は、基板が配置される内側から放射状に延びる複数の溝を有する、
研磨装置。

【請求項7】

請求項６に記載の研磨装置であって、
前記複数の溝の少なくとも１つは、前記溝の内側の開口部よりも外側の開口部が大きい、
研磨装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
基板を研磨するための研磨面を備える研磨盤と、
基板を保持して前記研磨面に基板を押し当てるための基板保持ヘッドと、を有し、
前記基板保持ヘッドが前記基板保持部を有する、
研磨装置。

【請求項9】

請求項８に記載の研磨装置であって、
前記基板保持ヘッドを、前記研磨盤の研磨面に平行に移動させるための移動機構と、
前記移動機構の動作を制御するための制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記基板保持ヘッドが基板を保持した状態で、基板の一部が前記研磨盤の研磨面からはみ出すように、前記移動機構の動作を制御する、
研磨装置。

【請求項10】

請求項８または９に記載の研磨装置であって、
前記研磨盤は、基板の研磨の終点を検知するためのセンサを有する、
研磨装置。

【請求項11】

請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記研磨盤の研磨面の温度を制御するための温度制御装置を有する、
研磨装置。

【請求項12】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
基板を保持して回転可能なテーブルと、
基板を研磨するための研磨面を備える研磨ヘッドと、を有し、
前記テーブルが前記基板保持部を有する、
研磨装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の研磨装置であって、
前記研磨面の面積は、基板の被研磨面の面積よりも小さい、
研磨装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の研磨装置であって、
基板を研磨するための研磨面を備える複数の研磨ヘッドを有する、
研磨装置。

【請求項15】

請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、基板研磨の終点を検知するためのセンサを有する、
研磨装置。

【請求項16】

請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、基板の表面に液体を供給するためのノズルを有する、
研磨装置。

【請求項17】

請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記テーブルは、水平度調整機構を有する、
研磨装置。

【請求項18】

請求項１５に記載の研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、揺動可能なヘッド固定部材に取り付けられており、
前記ヘッド固定部材の揺動トルクの変動を検知することにより基板研磨の終点を検知するように構成される、
研磨装置。

【請求項19】

四辺形の基板を研磨するための研磨装置であって、
四辺形の基板を保持するための基板保持部を有し、前記基板保持部は、
基板を支持するための四辺形の基板支持面と、
前記基板支持面の少なくとも１つの角部の外側に配置されるリテーナ部材を取り付けるための、取付機構を有し、
前記基板支持面の少なくとも１つの角部に外側に配置されるリテーナ部材を有し、
前記基板保持部に取り付けられた前記リテーナ部材を、前記基板支持面に垂直な方向に移動させるための移動機構を有し、
前記リテーナ部材のための前記移動機構は、基板が前記基板保持部に保持された状態において、前記リテーナ部材の表面が、前記基板の表面よりも突出した位置になるように制御される、
研磨装置。

【請求項20】

請求項１９に記載の研磨装置であって、
前記基板支持面は複数の領域を有し、各領域は弾性膜を有し、各領域の前記弾性膜は独立して流体の圧力により変形可能である、
研磨装置。

【請求項21】

請求項２０に記載の研磨装置であって、前記基板支持面の前記複数の領域は、四辺形の基板の角部に対応する領域と、四辺形の基板の中央部に対応する領域と、を有する、
研磨装置。

【請求項22】

請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
基板を研磨するための研磨面を備える研磨盤と、
基板を保持して前記研磨面に基板を押し当てるための基板保持ヘッドと、を有し、
前記基板保持ヘッドが前記基板保持部を有する、
研磨装置。

【請求項23】

請求項２２に記載の研磨装置であって、
前記基板保持ヘッドを、前記研磨盤の研磨面に平行に移動させるための移動機構と、
前記基板保持ヘッドのための移動機構の動作を制御するための制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記基板保持ヘッドが基板を保持した状態で、基板の一部が前記研磨盤の研磨面からはみ出すように、前記基板保持ヘッドのための移動機構の動作を制御する、
研磨装置。

【請求項24】

請求項２２または２３に記載の研磨装置であって、
前記研磨盤は、基板の研磨の終点を検知するためのセンサを有する、
研磨装置。

【請求項25】

請求項２２乃至２４のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記研磨盤の研磨面の温度を制御するための温度制御装置を有する、
研磨装置。

【請求項26】

請求項１９に記載の研磨装置であって、
基板を保持して回転可能なテーブルと、
基板を研磨するための研磨面を備える研磨ヘッドと、を有し、
前記テーブルが前記基板保持部を有する、
研磨装置。

【請求項27】

請求項２６に記載の研磨装置であって、
前記研磨面の面積は、基板の被研磨面の面積よりも小さい、
研磨装置。

【請求項28】

請求項２７に記載の研磨装置であって、
基板を研磨するための研磨面を備える複数の研磨ヘッドを有する、
研磨装置。

【請求項29】

請求項２６乃至２８のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、基板研磨の終点を検知するためのセンサを有する、
研磨装置。

【請求項30】

請求項２６乃至２９のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、基板の表面に液体を供給するためのノズルを有する、
研磨装置。

【請求項31】

請求項２６乃至３０のいずれか一項に記載の研磨装置であって、
前記テーブルは、水平度調整機構を有する、
研磨装置。

【請求項32】

請求項２９に記載の研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、揺動可能なヘッド固定部材に取り付けられており、
前記ヘッド固定部材の揺動トルクの変動を検知することにより基板研磨の終点を検知するように構成される、
研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板の研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造に、基板の表面を平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が使用されている。半導体デバイスの製造に使用される基板は、多くの場合、円板形状である。また、半導体デバイスに限らず、ＣＣＬ基板（Copper Clad Laminate基板）やＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板、フォトマスク基板、ディスプレイパネルなどの四辺形の基板の表面を平坦化する際の平坦度の要求も高まっている。また、ＰＣＢ基板などの電子デバイスが配置されたパッケージ基板の表面を平坦化することへの要求も高まっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−４８１４９号公報

【特許文献2】特開２００８−１１０４７１号公報

【特許文献3】特開２００５−２７１１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

四辺形の基板を平坦化するためのＣＭＰ研磨を行うと、基板の角部などの端部に過研磨が生じることがある。また、基板の角部などの端部やその他の部分に過研磨や研磨不足が発生することもある。基板に過研磨や研磨不足が生じると、研磨後の基板の表面が不均一になる。特に大型の基板の場合、基板の中心部と端部とで研磨量が異なる不均一性が発生しやすい。そこで、四辺形の基板を平坦化するためのＣＭＰ研磨装置を提供することを１つの目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

［形態１］形態１によれば、四辺形の基板を研磨するための研磨装置が提供され、かかる研磨装置は、四辺形の基板を保持するための基板保持部を有し、前記基板保持部は、 基板を支持するための四辺形の基板支持面と、前記基板支持面の少なくとも１つの角部の外側に配置されるリテーナ部材を取り付けるための、取付機構を有する。

【0006】

［形態２］形態２によれば、形態１による研磨装置において、前記基板支持面の少なくとも１つの角部に外側に配置されるリテーナ部材を有する。

【0007】

［形態３］形態３によれば、形態１または形態２による研磨装置において、前記基板保持部に取り付けられた前記リテーナ部材を、前記基板支持面に垂直な方向に移動させるための移動機構を有する。

【0008】

［形態４］形態４によれば、形態１から形態３のいずれか１つの形態による研磨装置において、前記基板支持面は複数の領域を有し、各領域は弾性膜を有し、各領域の前記弾性膜は独立して流体の圧力により変形可能である。

【0009】

［形態５］形態５によれば、形態４による研磨装置において、前記基板支持面の前記複数の領域は、四辺形の基板の角部に対応する領域と、四辺形の基板の中央部に対応する領域と、を有する。

【0010】

［形態６］形態６によれば、四辺形の基板を研磨するための研磨装置が提供され、かかる研磨装置は、四辺形の基板を保持するための基板保持部を有し、前記基板保持部は、 基板を支持するための四辺形の基板支持面と、前記基板支持面を囲う円形または楕円形のリテーナ部材を取り付けるための、取付機構を有する。

【0011】

［形態７］形態７によれば、形態６による研磨装置において、前記基板支持面を囲う円形または楕円形のリテーナ部材を有する。

【0012】

［形態８］形態８によれば、形態７による研磨装置において、前記リテーナ部材は、基板が配置される内側から放射状に延びる複数の溝を有する。

【0013】

［形態９］形態９によれば、形態８による研磨装置において、前記複数の溝の少なくとも１つは、前記溝の内側の開口部よりも外側の開口部が大きい。

【0014】

［形態１０］形態１０によれば、形態１から形態９のいずれか１つの形態による研磨装置において、基板を研磨するための研磨面を備える研磨盤と、基板を保持して前記研磨面に基板を押し当てるための基板保持ヘッドと、を有し、前記基板保持ヘッドが前記基板保持部を有する。

【0015】

［形態１１］形態１１によれば、形態１０による研磨装置において、前記研磨ヘッドを、前記研磨盤の研磨面に平行に移動させるための移動機構を有と、前記移動機構の動作を制御するための制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記基板保持ヘッドが基板を保持した状態で、基板の一部が前記研磨盤の研磨面からはみ出すように、前記移動機構の動作を制御する。

【0016】

［形態１２］形態１２によれば、形態１０または形態１１による研磨装置において、前記研磨盤は、基板の研磨の終点を検知するためのセンサを有する。

【0017】

［形態１３］形態１３によれば、形態１０から形態１２のいずれか１つの形態による研磨装置において、前記研磨盤の研磨面の温度を制御するための温度制御装置を有する。

【0018】

［形態１４］形態１４によれば、形態１から形態９のいずれか１つの形態による研磨装置において、基板を保持して回転可能なテーブルと、基板を研磨するための研磨面を備える研磨ヘッドと、を有し、前記テーブルが前記基板保持部を有する。

【0019】

［形態１５］形態１５によれば、形態１４に記載の研磨装置において、前記研磨面の面積は、基板の被研磨面の面積よりも小さい。

【0020】

［形態１６］形態１６によれば、形態１５に記載の研磨装置において、基板を研磨するための研磨面を備える複数の研磨ヘッドを有する。

【0021】

［形態１７］形態１７によれば、形態１４から形態１６のいずれか１つの形態による研磨装置において、前記研磨ヘッドは、基板研磨の終点を検知するためのセンサを有する。

【0022】

［形態１８］形態１８によれば、形態１４から形態１７のいずれか１つの形態による研磨装置において、前記研磨ヘッドは、基板の表面に液体を供給するためのノズルを有する。

【0023】

［形態１９］形態１９によれば、形態１４から形態１８のいずれか１つの形態による研
磨装置において、前記テーブルは、水平度調整機構を有する。

【0024】

［形態２０］形態２０によれば、形態１７に記載の研磨装置において、前記研磨ヘッドは、揺動可能なヘッド固定部材に取り付けられており、前記ヘッド固定部材の揺動トルクの変動を検知することにより基板研磨の終点を検知するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】一実施形態による研磨装置１に用いる基板保持ヘッドを説明するための図である。

【図2A】図１Ａに示される基板保持ヘッドの底面図である。

【図2B】図２Ａに示される基板Ｗの角部付近の拡大図である。

【図3】基板保持ヘッドを用いた研磨装置の構成を示す概念図である。

【図4A】一実施形態による基板保持ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。

【図4B】図４Ａに示される基板保持ヘッドを下方からみた底面図である。

【図5A】一実施形態による基板保持ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。

【図5B】図５Ａに示される基板保持ヘッドを下方からみた底面図である。

【図6A】一実施形態による基板保持ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。

【図6B】図６Ａに示される基板保持ヘッドを下方からみた底面図である。

【図7A】一実施形態による基板保持ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。

【図7B】図７Ａに示される基板保持ヘッドを下方からみた底面図である。

【図8A】一実施形態による、基板保持ヘッドを模式的に示す底面図である。

【図8B】図８Ａに示される基板保持ヘッドの断面を模式的に示す図である。

【図9】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す側面図である。

【図10】一実施形態による、センサを備える研磨盤を概略的に示す断面図である。

【図11】一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。

【図12】一実施形態による温度制御部を備える研磨盤を概略的に示す断面図である。

【図13】一実施形態による研磨方法を示すフローチャートである。

【図14】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す側面図である。

【図15】図１４に示される研磨装置のテーブルを上方からみた上面図である。

【図16】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す側面図である。

【図17】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す側面図である。

【図18】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す側面図である。

【図19】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す側面図である。

【図20】一実施形態による、研磨装置を備える基板処理装置の全体構成を示す平面図である。

【図21A】一実施形態による基板保持ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。

【図21B】図２１Ａに示される基板保持ヘッドを下方からみた底面図である。

【図22A】一実施形態による基板保持ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。

【図22B】図２２Ａに示される基板保持ヘッドを下方からみた底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、本発明に係る研磨装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

【0027】

図１は、一実施形態による研磨装置１（図３参照）に用いる基板保持ヘッド２１を説明するための図である。図１Ａは、一実施形態による研磨装置１（図３参照）に用いる基板保持ヘッド２１の断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示されるフランジ部５６を単独で示
す平面図である。図１Ｃは、図１Ａに示される基板Ｗを保持する下面２９の外周部の付近を拡大して示す図である。図２Ａは、図１Ａに示される基板保持ヘッド２１の底面図である。図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ、図２Ｂを参照して、基板保持ヘッド２１の構成、その周辺部品の構成を説明する。基板保持ヘッド２１は、ヘッド本体２２、リテーナ部材２３、外周部材２５を備える。

【0028】

図１Ａに示されるように、ヘッド本体２２の下側外周部には、リテーナ部材２３が配置されている。図２Ａに示される実施形態においては、基板Ｗの４つの角部に対応する位置に４個のリテーナ部材２３ａが配置され、さらに基板Ｗの４つの辺部に対応する位置に４個のリテーナ部材２３ｂが配置されている。図１、２に示される基板保持ヘッド２１において、ヘッド本体２２の上部外周側面２６およびリテーナ部材２３のそれぞれの外周側面２７に接触して覆う環状の外周部材２５が配置されている。外周部材２５の外周形状は四辺形とすることができる。ヘッド本体２２およびリテーナ部材２３は、研磨対象物である四辺形の基板Ｗ（図１Ａ中、２点鎖線にて表示）を後述のように吸着して収納して保持することができる。この状態で、ヘッド本体２２の基板支持面としての下面２９が基板Ｗの裏面Ｗ１に直接対向し、リテーナ部材２３の内周側面２８が基板Ｗの側面Ｗ２に直接対向している。

【0029】

基板Ｗは、シリコン基板、ガラス基板、樹脂基板、多層配線層を含む基板、電子デバイスが配置されたパッケージ基板などとすることができる。リテーナ部材２３の材質は、研磨する基板Ｗに応じて変更することができる。たとえば、基板Ｗがシリコン基板であれば、リテーナ部材２３の材質は、一般に高分子材料やセラミック材料が用いられ、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の硬化プラスチックとすることができる。また、基板Ｗがガラス基板であれば、リテーナ部材２３の材質を基板に類似したガラスとすることができる。

【0030】

図３に示されるように、基板保持ヘッド２１の鉛直方向下側には、研磨盤３８が配置される。研磨盤３８の上面には研磨布３９（図３）が貼り付けられている。研磨布３９は、基板Ｗの被研磨面Ｗ３が接触するよう構成されている。研磨布３９は、基板Ｗの被研磨面Ｗ３と接触する面が、研磨面である。

【0031】

図２Ａに示されるように、各リテーナ部材２３の内周側面２８は、全体として四辺形の開口３０を形成している。開口３０の四辺形は、基板Ｗの外周四辺形より僅かに大きく形成されている。図２Ａは、リテーナ部材２３は、基板Ｗの角部に対応する位置に設けられるリテーナ部材２３ａ、および基板Ｗの辺部に対応する位置に設けられるリテーナ部材２３ｂを示している。角部のリテーナ部材２３ａは、基板Ｗを研磨するときに基板Ｗの角部に生じやすい過研磨を防止するためのものである。一実施形態として、基板Ｗの辺部に対応する位置に設けられるリテーナ部材２３ｂは無くてもよい。

【0032】

基板保持ヘッド２１において、各リテーナ部材２３は、リテーナ部材２３の上部に位置する上部部材３１により固定されている。リテーナ部材２３は、たとえばボルトなどの固定部材を使用して上部部材３１に取り外し可能に固定することができる。上部部材３１は、ヘッド本体２２の下部外周側面５３に形成された凹部３２に部分的に挿入されている。各リテーナ部材２３は、基板保持面である下面２９に対し相対的に上下動可能に凹部３２に挿入されている。上部部材３１の凹部３２に挿入した部分に、ヘッド本体２２を貫通して打ち込んだリテーナ部材２３の回り止め用のピン６０が係合している。ヘッド本体２２の中間下面３３には、円柱形状に凹んだ空間部３４が形成され、各空間部３４は、各リテーナ部材２３の上部部材３１の上側に位置している。また、各空間部３４は、上部部材３１の長手方向の中央部に位置している（図２Ａ参照）。

【0033】

各空間部３４は上部に各空気供給ノズル３５を有し、各空気供給ノズル３５は各空気供給ライン３６に接続されている。各空気供給ライン３６は、締め切り手段である各バルブＶ１（図３参照）、制御手段である各第１エアレギュレータＲ１（図３参照）を介して圧力流体としての圧縮空気を供給する圧縮空気源４２（図３参照）に接続されている。各空間部３４の圧力は、各第１エアレギュレータＲ１によって独立に制御され、独立に変更可能である。よって、各リテーナ部材２３を、それぞれ独立して、また基板Ｗとは独立して、研磨面に対して押圧可能である。

【0034】

空間部３４にはシール部材３７が挿入され、空間部３４をシールし空間部３４の圧力を維持することができる。シール部材３７は空間部３４内部で図１Ａ中、上下に移動が可能である。シール部材３７は空間部３４の圧力により図１Ａ中、下側に押されリテーナ部材２３の上部部材３１を押す。そのため、リテーナ部材２３は、研磨盤３８すなわち研磨布３９、研磨面に向けて押圧される。

【0035】

上述のように、リテーナ部材２３は、取り外し可能に上部部材３１に固定することができる。そのため、研磨する基板Ｗの材質や、過研磨が生じる領域の大きさに応じて、リテーナ部材２３の材質や寸法を変更することができる。図２Ｂは、図２Ａに示される基板Ｗの角部付近の拡大図である。図２Ｂにおいて、基板Ｗの角部にＬ１、Ｌ２、Ｌ３で囲まれる三角形で示される領域に過研磨が生じるとする。過研磨が生じる領域は、予め実験などで測定しておくことができる。基板Ｗの角部に配置されるＬ字形のリテーナ部材２３の各辺の長さ（Ｒ１、Ｒ２）は、過研磨領域のＬ１、Ｌ２に応じて選択してもよい。たとえば、Ｌ１とＲ１が同等のサイズであり、Ｌ２とＲ２が同等のサイズとなるリテーナ部材２３を選択することができる。また、基板Ｗに生じる過研磨の大きさに応じて、リテーナ部材２３の研磨面への押圧力を調整することもできる。

【0036】

ヘッド本体２２の下面２９は基板支持面であり、形状が基板Ｗとほぼ同じ大きさの四辺形である。基板Ｗを保持する下面２９の外周部には環状の溝４０が形成されており、溝４０には弾性リングとしての環状のゴム材５０（図２Ａ中、２点鎖線にて表示、外周は基板Ｗの外周と一致するように示されている。）がはめ込まれている（図１Ｃ）。ゴム材５０が、溝４０にはめ込まれた状態で、下面２９からゴム材５０の凸部４４が突出し、凸部４４が研磨対象物である基板Ｗの裏面Ｗ１に接触する。下面２９、ゴム材５０の凸部４４、基板Ｗの裏面Ｗ１は、空間としての空間部４３を画成する。

【0037】

ヘッド本体２２には、空間部４３に連通する第２空気供給ノズル４１が形成され、第２空気供給ノズル４１は、供給ラインとしての第２空気供給ライン６２に接続されている。第２空気供給ライン６２は、第２バルブＶ２（図３参照）、第２エアレギュレータＲ２（図３参照）を介して圧縮空気源４２（図３参照）に接続され、バルブＶ０（図３参照）を介して真空排気源４９（図３参照）に接続されている。バルブＶ０を閉と第２バルブＶ２を開にした状態で空間部４３の圧力は、第２エアレギュレータＲ２によって所定の圧力に制御されるので、この圧力により基板Ｗは研磨盤３８に向かって押し付けられる。また、第２バルブＶ２を閉とした状態で、バルブＶ０を開とすることで、空間部４３が真空となり基板Ｗが、下面２９に吸着される。

【0038】

ゴム材５０は、シリコンゴム、フッ素ゴム等から形成され、先端に丸みが形成されたＶ字の断面形状の凸部４４を有する。凸部４４の断面形状を先端に丸みが形成されたＶ字型としたので、基板Ｗが研磨盤３８上で完全に水平でなくても、ゴム材５０と基板Ｗの裏面Ｗ１との接触面積を最小にし、かつ空間部４３を安定してシールし、空間部４３内の圧力を保持することができる。

【0039】

ヘッド本体２２には、純水供給ライン４６に接続された純水供給ノズル４５が形成され
、各リテーナ部材２３の上部部材３１、基板保持ヘッド本体２２の凹部３２に純水を供給し、リテーナ部材２３の周囲の隙間に入り込んだ砥液（スラリー）等を洗い流すことができる。純水供給ライン４６は、純水バルブＶ４（図３参照）、純水レギュレータＲ４（図３参照）を介して純水供給源４７（図３参照）に接続されている。純水レギュレータＲ４によって純水の供給圧力は、所定の圧力に制御され、または供給量が所定の量に制御される。

【0040】

基板保持ヘッド２１は、セラミックス製のベアリングボール３を介してヘッド軸２に接続されている。ヘッド軸２の下部には、外周部に切り欠き５４、外周部近傍に貫通孔５５を有するフランジ部５６が形成されている（図１Ｂ参照）。この切り欠き５４にヘッド本体２２に打ち込まれた第１ピン５７が係合し、切り欠き５４からこの係合する第１ピン５７にトルクの伝達が可能なように構成されている。そのため、ヘッド軸２から基板保持ヘッド２１にトルクが伝達される。貫通孔５５には、ヘッド本体２２にねじ込まれた鍔付きの第２ピン５８が挿入され、フランジ部５６と第２ピン５８の鍔の間に圧縮バネ５９が掛け渡されている。そのため、圧縮バネ５９のバランスによりヘッド軸２が鉛直に保たれている。

【0041】

なお、ヘッド本体２２の中間下面３３に凹んで形成された空間部３４は、円柱形状で形成され、リテーナ部材２３の上部部材３１の上側に位置している。また、図２に示される実施形態においては、空間部３４は、上部部材３１の長手方向の中央部に位置している。空間部３４は、リテーナ部材２３の数だけ設けることができ、図２に示される実施形態のように８個のリテーナ部材２３を設ける場合は、８個の空間部３４が設けられる。角部にだけリテーナ部材２３ａを設ける場合、空間部３４は４個となる。ただし、空間部３４の形状や位置、個数は任意とすることができる。たとえば、空間部３４を円柱形状ではなく直方体形状の空間とすることもでき、リテーナ部材２３につき複数、たとえば２個（たとえば、リテーナ部材２３の両端部）または３個（たとえば、リテーナ部材２３の両端部および中央部）の空間部３４を備えるようにしてもよい。

【0042】

図３は、基板保持ヘッド２１を用いた研磨装置１の構成を示す概念図である。図３を参照し、適宜図１、図２を参照して、研磨装置１の構成を説明する。研磨装置１は、基板保持ヘッド２１、ベアリングボール３、ヘッド軸２、研磨盤３８、研磨布３９、第１空気供給ライン３６、第２空気供給ライン６２、第１エアレギュレータＲ１、第２エアレギュレータＲ２、純水供給ライン４６、純水レギュレータＲ４を備える。研磨装置１は、さらにヘッド固定部材４、連結軸４８、エアシリンダ５、ピストン１４、第３空気供給ライン５１、第３エアレギュレータＲ３、回転筒６、タイミングプーリ７、タイミングベルト８、タイミングプーリ１０、モータ９、砥液供給ノズル１３等を備える。

【0043】

前述のように基板保持ヘッド２１は、ベアリングボール３を介してヘッド軸２に係合されている。ヘッド軸２は、ヘッド固定部材４に昇降及び回転自在に図示しない軸受を介して係合され、連結軸４８、連結棒６１を介してエアシリンダ５内のピストン１４に連結されている。エアシリンダ５は、第３空気供給ライン５１に接続されている。第３空気供給ライン５１は、第３バルブＶ３、第３エアレギュレータＲ３を介して圧縮空気源４２に接続される。エアシリンダ５の圧力は、第３エアレギュレータＲ３によって所定の圧力に制御される。

【0044】

エアシリンダ５の圧力によって、ピストン１４は上下動し、ピストン１４の上下動により、連結軸４８、基板保持ヘッド軸２は、連結棒６１を介し上下動し、基板保持ヘッド２１の下面に保持された基板Ｗを研磨盤３８から離し、あるいは研磨盤３８向かって押し付ける。また、基板保持ヘッド２１の上面とヘッド軸２の下端面は、ベアリングボール３を収容するボール軸受を形成しており、基板保持ヘッド２１はベアリングボール３を介して
研磨盤３８に対してまた研磨布３９に対してベアリングボール３を中心に傾動可能になっている。なお、ベアリングボール３はヘッド軸２の中心に位置する。

【0045】

また、ヘッド軸２には回転筒６が取り付けられており、回転筒６はその外周にタイミングプーリ７を備えている。そして、タイミングプーリ７は、タイミングベルト８を介して、ヘッド固定部材４（アームともいう）に固定されたモータ９に設けられたタイミングプーリ１０に接続されている。したがって、モータ９を回転駆動することによって、タイミングベルト８およびタイミングプーリ７を介して回転筒６およびヘッド軸２が一体に回転し、ヘッド軸２の回転により基板保持ヘッド２１が回転する。また、ヘッド固定部材４の一端は、揺動軸６４により支持され、揺動自在となっている。なお、連結軸４８へは、ヘッド軸２からの回転は伝達されない。

【0046】

研磨装置１は、制御装置９００を有し、研磨装置１に設けられる各種センサや動作機構は制御装置９００により制御されるように構成することができる。制御装置９００は、入出力装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。

【0047】

次に、図１、図２および図３を参照して、研磨装置１の作用を説明する。上記構成の研磨装置１において、基板保持ヘッド２１の下面２９に形成された開口３０に基板Ｗを収納し、バルブＶ０を開とし、空間部４３の圧力を真空とし、基板Ｗを下面２９に吸着させる。なお、具体的には、基板Ｗの裏面Ｗ１の外周のみがゴム材５０の凸部４４に接触する。

【0048】

最初の状態では、基板保持ヘッド２１は研磨盤３８を離れ研磨盤３８より上に位置している。次に、バルブＶ３を閉から開にし、第３エアレギュレータＲ３により圧縮空気源４２から第３空気供給ライン５１を通ってエアシリンダ５に供給される空気圧を制御して、所定の圧力とする。エアシリンダ５内の圧力が所定の値になると、ピストン１４が下に移動するので、連結軸４８を介してヘッド軸２、基板保持ヘッド２１が下に移動し、基板Ｗが研磨布３９の研磨面３９Ａ上に載置される。回転筒６は、基板保持ヘッド軸２に取り付けられ、軸方向に相対的に移動可能であるので、基板保持ヘッド軸２が上下動しても、回転筒６はヘッド固定部材４に対して静止している。

【0049】

基板Ｗが研磨布３９上に載置されたのち、バルブＶ３は、開の状態を保つのでエアシリンダ５内の圧力に起因するピストン１４を押す力により、基板保持ヘッド２１が、基板Ｗを研磨布３９に向かって押し付けている。なお、基板Ｗを研磨布３９に向かって押し付けるとは、基板Ｗを研磨盤３８に向かって押し付けることも意味している。

【0050】

次に、バルブＶ０を開から閉にし、さらにバルブＶ２を閉から開にし、第２エアレギュレータＲ２により圧縮空気源４２から第２空気供給ライン６２、第２空気供給ノズル４１を通って供給される空間部４３の空気圧を制御して、所定の圧力とする。空間部４３の空気圧を所定の圧力とすることにより基板Ｗは、研磨布３９に向かって押し付けられる。空間部４３を加圧することにより基板Ｗの中央部を均一な力で押圧することができ、研磨による基板Ｗの平坦度が向上する。また、空間部４３が構成されているので、基板Ｗの裏面Ｗ１に仮に砥液、研磨屑が回り込んでも、裏面Ｗ１に傷が形成されない。

【0051】

なお、基板Ｗの裏面Ｗ１の外周のみにゴム材５０の凸部４４が接触しているので、基板Ｗの裏面Ｗ１の形状の平面からのずれ、水平面からの傾きをより確実に吸収し、空間部４３をより安定してシールすることができ、安定した押し付け力を基板Ｗに付加することができ、研磨による基板Ｗの平坦度がさらに向上する。

【0052】

なお、ゴム材５０を備えない装置で基板を研磨する際には、基板の裏面全面を基板保持
ヘッドの下面と直接接触させて研磨することができる。

【0053】

次に、すべてのバルブＶ１を閉から開とし、圧縮空気源４２から第１空気供給ライン３６、第１空気供給ノズル３５を通って供給される空間部３４の空気圧を第１エアレギュレータＲ１によりそれぞれ独立に制御して、独立の所定の圧力とする。空間部３４の空気圧を所定の圧力とすることにより、シール部材３７がリテーナ部材２３の上部部材３１を所定の押圧力で押し、リテーナ部材２３は、研磨布３９（研磨盤３８）に向かってそれぞれの押圧力により押圧される。また、上述したように、リテーナ部材２３は、基板Ｗとは独立に研磨盤３８に向けて押圧され、基板Ｗとは独立に上下動するように構成されている。そのため、各リテーナ部材２３は、基板Ｗの周囲において研磨盤３８を独立して押圧することができ、研磨布３９の表面の凹凸に呼応してまたは基板Ｗの過研磨を予測して基板Ｗとは独立に上下動させることができる。各リテーナ部材２３により、基板Ｗの角部及び各辺近傍の過研磨や研磨不足を緩和することができ、基板Ｗの平坦度を向上させることができる。

【0054】

上述のように、各リテーナ部材２３は互いに独立に動作することができる。したがって、各リテーナ部材２３は、他のリテーナ部材２３の動作の影響を受けずに動作して基板Ｗの周囲を押すので、研磨による基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度を向上させることができる。

【0055】

各リテーナ部材２３を、それぞれ独立に制御された押圧力で押圧することができるので、基板Ｗの四辺形の各角部および各辺部に隣接した領域毎に独立した押圧力を付与することができる。したがって、たとえば、基板Ｗの研磨速度を大きくしたい箇所に隣接するリテーナ部材２３の押圧力を弱くし、研磨速度を小さくしたい箇所に隣接するリテーナ部材２３の押圧力を強くすることができる。また、基板Ｗのそり上がっている個所に隣接するリテーナ部材２３の押圧力を強くし、そりが生じていない個所に隣接するリテーナ部材２３の押圧力を弱くすることができる。このように押圧力を制御することにより、研磨による基板Ｗのうねりの解消度を向上させ、また研磨後の平坦度を向上させることができる。

【0056】

次に、バルブＶ４を閉から開とし、純水供給源４７から純水供給ライン４６、純水供給ノズル４５を通って基板保持ヘッド本体２２の凹部３２に純水が供給される。純水の供給圧力または供給量は純水レギュレータＲ４によって所定の圧力、所定の量に制御される。純水の供給によってリテーナ部材２３の周囲の隙間に入り込んだ砥液等を洗い流すことができる。

【0057】

次に砥液供給ノズル１３から研磨布３９上面に研磨液としての砥液Ｑを流し、モータ９によって回転させる。モータ９が回転すると、タイミングプーリ１０が回転し、タイミングベルト８を介してタイミングプーリ７が回転し、回転が基板保持ヘッド軸２に伝達される。基板保持ヘッド軸２が回転すると、基板保持ヘッド２１が回転し、基板保持ヘッド２１によって研磨布３９に押し付けられている基板Ｗが回転する。このときリテーナ部材２３は、基板Ｗに同期して回転する。一方、研磨盤３８も不図示の回転駆動装置によって、基板保持ヘッド２１の回転方向と同一の方向に回転するので基板Ｗと研磨布３９の研磨面３９Ａとの間に相対運動が生じ、基板Ｗの被研磨面Ｗ３の化学的、機械的研磨が行われる。砥液供給ノズル１３から研磨布３９上面に研磨液としての砥液Ｑを流しているので、研磨布３９に砥液Ｑが保持され、基板Ｗはその被研磨面Ｗ３と研磨布３９の間に砥液Ｑが残存した状態で研磨される。

【0058】

図４Ａは、一実施形態による基板保持ヘッド２１の構造を模式的に示す断面図である。図４Ａは、後述の図４Ｂ中の矢印Ａの方向から見た断面図に相当する。基板保持ヘッド２１は、ヘッド軸２の下端にベアリングボール３を介して連結されている。ベアリングボー
ル３は、基板保持ヘッド２１とヘッド軸２との互いの傾動を許容しつつ、ヘッド軸２の回転を基板保持ヘッド２１に伝達するボールジョイントである。基板保持ヘッド２１は、略円盤状のヘッド本体２２と、ヘッド本体２２の下部に配置されたリテーナ部材２３と、を備えている。ヘッド本体２２は金属やセラミックス等の強度および剛性が高い材料から形成することができる。また、リテーナ部材２３は、剛性の高い樹脂材またはセラミックス等から形成することができる。

【0059】

ヘッド本体２２およびリテーナ部材２３の内側に形成された空間内には、基板Ｗに当接する弾性パッド７０が収容されている。弾性パッド７０とヘッド本体２２との間には、複数の圧力室（エアバッグ）Ｐ１，Ｐ２が設けられている。圧力室Ｐ１，Ｐ２は弾性パッド７０とヘッド本体２２とによって形成されている。圧力室Ｐ１，Ｐ２にはそれぞれ流体路８１，８３を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。中央の圧力室Ｐ１は基板Ｗの過研磨が生じにくい領域（たとえば図２Ａに示される基板Ｗの中央の領域）に対応する形状、圧力室Ｐ２は基板Ｗの過研磨が生じやすい領域（たとえば図２Ａに示される基板Ｗの角部の領域）に対応する形状とすることができる。図４Ｂは、図４Ａに示される基板保持ヘッド２１を下方からみた底面図である。ただし、図４Ｂは、基板Ｗの部分のみを示しており、その他の部分は省略している。図４Ｂは、基板Ｗが基板保持ヘッド２１に保持されたときの圧力室Ｐ１、Ｐ２の配置を示している。上述のように、圧力室Ｐ２は、基板Ｗの過研磨が生じやすい領域であり、図４Ｂに示されるように、四辺形の基板Ｗの四隅の三角形で示される位置に対応する領域に配置されている。圧力室Ｐ１は、圧力室Ｐ２以外の領域である。なお、一実施形態として、圧力室Ｐ１、Ｐ２以外にも、他の圧力室およびそこに流体を供給するための流体路を設けてもよい。他の圧力室を真空引きすることにより基板Ｗを基板保持ヘッド２１の弾性パッド７０に保持させるように、また、他の圧力室に窒素ガス、乾燥空気、圧縮空気等を供給することにより、基板Ｗが基板保持ヘッド２１からリリースされるようにしてもよい。さらに、基板Ｗを基板保持ヘッド２１の弾性パッド７０に真空吸着させるために、任意の圧力室の基板側の一部に穴を形成しておいてもよい。

【0060】

圧力室Ｐ１，Ｐ２の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、基板Ｗの中央部および４つの角部に対する押圧力を独立に調整することができる。さらに、図示の実施形態のように圧力室Ｐ２が複数ある場合、圧力室のそれぞれは互いに独立して内部圧力を制御することができる。図４に示される実施形態において、弾性パッド７０は、連続的な１つの弾性部材から圧力室Ｐ１，Ｐ２を形成するように形成されている。

【0061】

基板Ｗの周端部はリテーナ部材２３に囲まれており、研磨中に基板Ｗが基板保持ヘッド２１から飛び出さないようになっている。リテーナ部材２３とヘッド本体２２との間には弾性バッグ７３が配置されており、その弾性バッグ７３の内部には圧力室Ｐｒが形成されている。リテーナ部材２３は、弾性バッグ７３の膨張／収縮によりヘッド本体２２に対して相対的に上下動可能となっている。圧力室Ｐｒには流体路８６が連通しており、加圧空気等の加圧流体が流体路８６を通じて圧力室Ｐｒに供給されるようになっている。圧力室Ｐｒの内部圧力は調整可能となっている。したがって、基板Ｗの研磨布３９に対する押圧力とは独立してリテーナ部材２３の研磨布３９に対する押圧力を調整することができる。図４に示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、図２に示されるように複数のリテーナ部材２３を備えるように構成し、各リテーナ部材２３を各弾性バッグ７３により、それぞれ独立して各リテーナ部材２３の研磨布３９に対する押圧力を調整することができる。また、図４、および以下で説明する図５〜７に示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、リテーナ部材２３およびその取付機構、移動機構として、図１、２とともに説明した構造を採用してもよい。

【0062】

図５Ａは、一実施形態による基板保持ヘッド２１の構造を模式的に示す断面図である。図５Ａは、後述の図５Ｂ中の矢印Ａの方向から見た断面図に相当する。図５Ａに示される基板保持ヘッド２１は、圧力室Ｐ１、Ｐ２を形成する弾性パッド７０の構造以外は、図４Ａで説明した基板保持ヘッド２１と同様の構成とすることができる。図５Ａに示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、圧力室Ｐ１は、図４Ａと同様に単一の弾性パッド７０により形成されている。図５Ａに示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、圧力室Ｐ２は、圧力室Ｐ１を形成する弾性パッド７０とは別体の弾性パッド７０−２により形成されており、また、圧力室Ｐ１の空間内に形成される。圧力室Ｐ２は、二重構造ともいえる。図５Ａの実施形態においても図４Ａの実施形態と同様に、中央の圧力室Ｐ１は基板Ｗの過研磨が生じにくい領域（たとえば図２Ａに示される基板の中央の領域）に対応する形状、圧力室Ｐ２は基板Ｗの過研磨が生じやすい領域（たとえば図２Ａに示される基板Ｗの角部の領域）に対応する形状とすることができる。図５Ｂは、図５Ａに示される基板保持ヘッド２１を下方からみた底面図である。ただし、図５Ｂは、基板Ｗの部分のみを示しており、その他の部分は省略している。図５Ｂは、基板Ｗが基板保持ヘッド２１に保持されたときの圧力室Ｐ１、Ｐ２の配置を示している。上述のように、圧力室Ｐ２は、基板Ｗの過研磨が生じやすい領域であり、図５Ｂに示されるように、四辺形の基板Ｗの四隅の三角形で示される位置に対応する領域に配置されている。圧力室Ｐ１は、圧力室Ｐ２以外の領域である。なお、一実施形態として、上述したように、圧力室Ｐ１、Ｐ２以外にも、他の圧力室およびそこに流体を供給するための流体路を設けてもよい。圧力室Ｐ１を形成する弾性パッド７０と、圧力室Ｐ２を形成する弾性パッド７０−２は、材料は同一でもよく、また、異なる材料を使用してもよい。

【0063】

図６Ａは、一実施形態による基板保持ヘッド２１の構造を模式的に示す断面図である。図６Ａは、後述の図６Ｂ中の矢印Ａの方向から見た断面図に相当する。図６に示される基板保持ヘッド２１は、圧力室Ｐ１、Ｐ２を形成する弾性パッド７０の構造以外は、図４で説明した基板保持ヘッド２１と同様の構成とすることができる。図６Ａに示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、圧力室Ｐ１は、図４Ａと同様に単一の弾性パッド７０により形成されている。図６Ａに示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、圧力室Ｐ２は、圧力室Ｐ１を形成する弾性パッド７０とは別体の弾性パッド７０−２により形成されており、また、圧力室Ｐ２は圧力室Ｐ１に隣接して形成される。図６Ａの実施形態においても図４の実施形態と同様に、中央の圧力室Ｐ１は基板Ｗの過研磨が生じにくい領域（たとえば図２Ａに示される基板Ｗの中央の領域）に対応する形状、圧力室Ｐ２は基板Ｗの過研磨が生じやすい領域（たとえば図２Ａに示される基板Ｗの角部の領域）に対応する形状とすることができる。図６Ｂは、図６Ａに示される基板保持ヘッド２１を下方からみた底面図である。ただし、図６Ｂは、基板Ｗの部分のみを示しており、その他の部分は省略している。図６Ｂは、基板Ｗが基板保持ヘッド２１に保持されたときの圧力室Ｐ１、Ｐ２の配置を示している。上述のように、圧力室Ｐ２は、基板Ｗの過研磨が生じやすい領域であり、図６Ｂに示されるように、四辺形の基板Ｗの四隅の三角形で示される位置に対応する領域に配置されている。圧力室Ｐ１は、圧力室Ｐ２以外の領域である。なお、一実施形態として、上述したように、圧力室Ｐ１、Ｐ２以外にも、他の圧力室およびそこに流体を供給するための流体路を設けてもよい。圧力室Ｐ１を形成する弾性パッド７０と、圧力室Ｐ２を形成する弾性パッド７０−２は、材料は同一でもよく、また、異なる材料を使用してもよい。

【0064】

図７Ａは、一実施形態による基板保持ヘッド２１の構造を模式的に示す断面図である。図７Ａは、後述の図７Ｂ中の矢印Ａの方向から見た断面図に相当する。図７Ａに示される基板保持ヘッド２１は、図４〜図６の実施形態の基板保持ヘッド２１と同様であるが、さらに追加的な圧力室Ｐ３を備える。圧力室Ｐ３は、圧力室Ｐ１の内部空間に別体の弾性パッド７０−４により形成されている。圧力室Ｐ３は、二重構造であるともいえる。圧力室Ｐ３には、流体路８４を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがさ
れるようになっている。図７Ａに示される実施形態において、圧力室Ｐ３は、基本的には過研磨が生じにくい領域（たとえば図２Ａに示される基板の中央の領域）の一部に配置される。圧力室Ｐ３は、研磨対象である基板に特定のパターン（デバイス構造など）が形成されている位置に対応するように設けることができる。そのため、基板上においてパターンがある領域とパターンが無い領域に対する押し付け圧力をそれぞれ制御することができ、それぞれの領域の研磨量を制御することができる。図７Ｂは、図７Ａに示される基板保持ヘッド２１を下方からみた底面図である。ただし、図７Ｂは、基板Ｗの部分のみを示しており、その他の部分は省略している。図７Ｂは、基板Ｗが基板保持ヘッド２１に保持されたときの圧力室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の配置を示している。上述のように、圧力室Ｐ２は、基板Ｗの過研磨が生じやすい領域であり、図７Ｂに示されるように、四辺形の基板Ｗの四隅の三角形で示される位置に対応する領域に配置されている。圧力室３は、上述のように、研磨対象である基板に特定のパターン（デバイス構造など）が形成されている位置に対応するように設けることができ、一例として図７Ｂでは、基板Ｗの中央付近に４つの四辺形の領域として圧力室Ｐ３が設けられている。圧力室Ｐ１は、圧力室Ｐ２、Ｐ３以外の領域である。なお、一実施形態として、上述したように、圧力室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３以外にも、他の圧力室およびそこに流体を供給するための流体路を設けてもよい。

【0065】

図２１Ａは、一実施形態による基板保持ヘッド２１の構造を模式的に示す断面図である。図２１Ａは、後述の図２１Ｂ中の矢印Ａの方向から見た断面図に相当する。図２１に示される基板保持ヘッド２１は、圧力室Ｐ１〜Ｐ５を形成する弾性パッド７０の構造以外は、図４で説明した基板保持ヘッド２１と同様の構成とすることができる。図２１に示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５が中心部から外側に向かって同心円状に形成されている。圧力室Ｐ１〜Ｐ５は、図４に示される実施形態と同様に単一の弾性パッド７０により形成することができる。あるいは、各圧力室Ｐ１〜Ｐ５の全てまたは一部を異なる弾性パッドにより形成してもよい。また、圧力室Ｐ１〜Ｐ５の一部は、図７に示されるように二重構造になるように形成してもよい。図２１Ａに示されるように、圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５にはそれぞれ、流体路８１、８４、８５、８７が連通しており、流体路８１、８４、８５、８７に空気等の流体を供給することで、圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の圧力をそれぞれ独立に制御することができる。図２１Ｂは、図２１Ａに示される基板保持ヘッド２１を下方からみた底面図である。ただし、図２１Ｂは、基板Ｗの部分のみを示しており、その他の部分は省略している。図２１Ｂは、基板Ｗが基板保持ヘッド２１に保持されたときの圧力室Ｐ１〜Ｐ５の配置を示している。上述のように、圧力室Ｐ２は、基板Ｗの過研磨が生じやすい領域であり、図２１Ｂに示されるように、四辺形の基板Ｗの四隅の三角形で示される位置に対応する領域に配置されている。圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、上述のように中心部から外側に向かって同心円状に形成されている。このような圧力室の配置は、特に大型の基板を研磨する場合に有効である。大型の基板の場合、基板の中心部、中間部、端部において研磨量の差異が生じることがある。そこで、本実施形態のように、基板の各領域における、研磨布３９への押圧力を制御することで、基板の研磨の面内均一性を向上させることができる。なお、図２１の実施形態においては、同心円状の圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、４個に分割されているが、同心円状の圧力室の数は任意であり、４以上または以下の分割構成にしてもよい。

【0066】

図２２Ａは、一実施形態による基板保持ヘッド２１の構造を模式的に示す断面図である。図２２Ａは、後述の図２２Ｂ中の矢印Ａの方向から見た断面図に相当する。図２２に示される基板保持ヘッド２１は、圧力室Ｐ１〜Ｐ７を形成する弾性パッド７０の構造以外は、図４で説明した基板保持ヘッド２１と同様の構成とすることができる。図２２に示される実施形態による基板保持ヘッド２１において、圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は、図２１の実施形態と同様に中心部から外側に向かって同心円状に形成されている。図２２に示される実施形態においては、基板Ｗの辺部に対応する位置にも圧力室Ｐ７が設けら
れている。図２２の実施形態においては、辺部の圧力室Ｐ７は、４か所である。これらの圧力室Ｐ１〜Ｐ７は、図４に示される実施形態と同様に単一の弾性パッド７０により形成することができる。あるいは、各圧力室Ｐ１〜Ｐ0の全てまたは一部を異なる弾性パッドにより形成してもよい。また、圧力室Ｐ１〜Ｐ７の一部は、図７に示されるように二重構造になるように形成してもよい。図２２Ａに示されるように、圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７にはそれぞれ、流体路８１、８４、８５、８７、８８、８９が連通しており、流体路８１、８４、８５、８７、８８、８９に空気等の流体を供給することで、圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７の圧力をそれぞれ独立に制御することができる。なお、図２２に示される実施形態において、圧力室Ｐ７は４個設けられている。これらの圧力室Ｐ７は、互いに独立して制御できるように構成してもよい。図２２Ｂは、図２２Ａに示される基板保持ヘッド２１を下方からみた底面図である。ただし、図２２Ｂは、基板Ｗの部分のみを示しており、その他の部分は省略している。図２２Ｂは、基板Ｗが基板保持ヘッド２１に保持されたときの圧力室Ｐ１〜Ｐ７の配置を示している。上述のように、圧力室Ｐ２は、基板Ｗの過研磨が生じやすい領域であり、図２２Ｂに示されるように、四辺形の基板Ｗの四隅の三角形で示される位置に対応する領域に配置されている。圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は、上述のように中心部から外側に向かって同心円状に形成されており、圧力室Ｐ７は、基板Ｗの辺部に対応する位置に形成されている。このような圧力室の配置は、特に大型の基板を研磨する場合に有効である。大型の基板の場合、基板の中心部、中間部、端部において研磨量の差異が生じることがある。そこで、本実施形態のように、基板の各領域における、研磨布３９への押圧力を制御することで、基板の研磨の面内均一性を向上させることができる。特に、図２２に示される実施形態においては、基板Ｗの角部だけでなく辺部の研磨量を制御することができ、基板の研磨の面内均一性を向上させることができる。なお、図２２の実施形態においては、同心円状の圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は、５個に分割されているが、同心円状の圧力室の数は任意であり、５以上または以下の分割構成にしてもよい。

【0067】

図２１に示される実施形態においては、（１）角部における圧力室Ｐ２、および（２）楕円形状の複数の圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４を組み合わせている。図２２に示される実施形態においては、（１）角部における圧力室Ｐ２、（３）略長方形状の複数の圧力室Ｐ１、Ｐ３〜Ｐ５、および（４）辺部の圧力室Ｐ７を組み合わせている。これらの圧力室の形状および配置の特徴（１）〜（４）は任意に組み合わせることができる。また、各圧力室の数は任意とすることができる。（２）における楕円形状の複数の圧力室Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、および（３）における略長方形状の複数の圧力室Ｐ１、Ｐ３〜Ｐ５の中心は一致していてもよく、一致していなくてもよい。四辺形の基板の研磨の均一性を向上するために適切な圧力室の構造を採用することができる。

【0068】

図４〜図７および図２１、２２で示される実施形態においては、基板Ｗと研磨布３９との接触圧力を、圧力室Ｐ１〜Ｐ７により領域ごとに制御することができる。また、圧力室Ｐ１〜Ｐ７がそれぞれ複数設けられている場合、それぞれの圧力室Ｐ１〜Ｐ７の圧力を独立して制御することができる。そのため、基板Ｗの部分的な過研磨および研磨不足が生じないようにすることができ、研磨後の基板の平坦度を向上させることができる。

【0069】

図８Ａは、一実施形態による、基板保持ヘッド２１を模式的に示す底面図である。図８Ａは、基板保持ヘッド２１のリテーナ部材２３と基板Ｗだけを示しており、他の構造は省略している。図８Ａの実施形態においては、基板Ｗは四辺形である。図８Ａの基板保持ヘッド２１は、外形が円形または楕円形であるリテーナ部材２３を備える。あるいは、リテーナ部材２３は、角部が湾曲する形状を備える外形が概ね四辺形のものでもよい。図８Ａに示されるリテーナ部材２３の形状は、とがった角部が無いのでリテーナ部材２３の回転に対して、リテーナ部材２３による押圧分布の急激な変化部がない。そのため、四辺形の基板Ｗを内部に設置しても押圧分布が角部で急激な変化をすることなく均一な研磨が可能
となる。

【0070】

図８Ａに示される実施形態においては、リテーナ部材２３の研磨布３９の方を向く面には、複数の溝９０が形成されている。図８Ａに示されるように、溝９０は、概ね放射状に形成されている。そのため、基板保持ヘッド２１を回転させながら基板Ｗを研磨する時に、リテーナ部材２３の内側に配置される基板Ｗの表面にスラリーを効率的に取り込むことができ、スラリーのリフレッシュを行うことが可能になる。また、溝９０のいくつかは基板側から外側に向かって溝の幅が大きくなるように形成することができる。図８Ａに示されるリテーナ部材２３の溝９０は、基板側から外側に向かって溝の幅が大きくなっている。また、一実施形態として、リテーナ部材２３のいくつかの溝９０は、外側から基板側に向かって溝９０の幅が大きくなるように形成してもよく、さらに、基板側から外側に向かって幅が大きくなる溝と、外側から基板側に向かって幅が大きくなる溝が混在するようにしてもよい。リテーナ部材２３の溝９０の形状と基板保持ヘッド２１の回転方向により、基板Ｗの表面へのスラリーの取り込み、および基板Ｗの表面からのスラリーの排出がより効率的になされる。たとえば、図８Ａに示されるリテーナ部材２３の溝９０は、放射状に形成され、リテーナ部材２３の外側に向かって溝９０の幅が大きくなっている。そのため、基板保持ヘッド２１を図８Ａの紙面の上方からみて時計回りに回転させる場合、研磨時に基板Ｗの表面にスラリーを取り込みやすく、逆に反時計回りに基板保持ヘッド２１を回転させる場合、研磨時に基板Ｗの表面からスラリーを排出しやすい。一実施形態において、研磨時に基板Ｗの表面にスラリーを取り込みやすい溝９０と、研磨時に基板Ｗの表面からスラリーを排出しやすい溝９０とを両方形成して、基板Ｗ表面へのスラリーの循環を効率的に行えるようにしてもよい。

【0071】

図８Ｂは、図８Ａに示される基板保持ヘッド２１の断面を模式的に示す図である。図８Ｂにおいては、図示の明瞭化のために、リテーナ部材２３、基板Ｗ、研磨盤３８、および研磨布３９だけを示している。基板保持ヘッド２１へのリテーナ部材２３の取付構造、移動機構、基板Ｗの保持構造などは、任意の構造を採用することができ、たとえば、図１、４で説明した構造を採用することができる。

【0072】

図９は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図９の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持する基板保持ヘッド２１を備える。基板保持ヘッド２１の詳細構造は任意とすることができ、たとえば、本明細書で開示される任意の構造を備える基板保持ヘッド２１とすることができる。図９の研磨装置１は、回転可能な研磨盤３８および研磨盤３８の上面に配置される研磨布３９を備える。また、図９の研磨装置１は、研磨布３９の表面へスラリーを供給するための砥液供給ノズル１３を備える。基板保持ヘッド２１に保持された基板Ｗを研磨するときは、基板保持ヘッド２１を研磨布３９へ押し当て、砥液供給ノズル１３により研磨布３９にスラリーを供給しながら、研磨盤３８および基板保持ヘッド２１をそれぞれ回転させる。図９の研磨装置１は、基板Ｗの研磨中に基板保持ヘッド２１を研磨布３９の表面に平行な方向（たとえば円形の研磨盤３８の半径方向）に移動させる移動機構を備える。この移動機構による基板保持ヘッド２１の移動量は、図９に示されるように、四辺形の基板Ｗを研磨しているときに、基板Ｗの一部が研磨布３９からはみ出すように決定することができる。図９に示されるように、研磨盤３８の回転軸と、基板保持ヘッド２１の回転軸との間の最大距離（「揺動範囲」ともいう）をＲ、研磨布３９の半径をｒ１、基板保持ヘッド２１の半径（四辺形の基板Ｗに外接する円の半径）をｒ２とするとき、Ｒ＞（ｒ１−ｒ２）となるように基板保持ヘッド２１の移動範囲を制御すれば、四辺形の基板の一部が研磨布３９からはみ出すことになる。上述したように、四辺形の基板Ｗを研磨すると、基板Ｗの角部に過研磨が生じやすい。図９の研磨装置１のように、四辺形の基板Ｗの一部が研磨布３９からはみ出るように基板保持ヘッド２１を移動させながら基板Ｗを研磨することで、研磨中に、基板Ｗの角部が研磨布３９に接触していない時間が生じ、基板Ｗの角部の研磨量を低減することができ、角部の過研磨を抑制す
ることが可能になる。基板保持ヘッド２１の揺動範囲Ｒは、研磨量のシミュレーションや実験によって決定することができる。

【0073】

なお、図９の実施形態による研磨装置１においては、基板保持ヘッド２１の揺動範囲Ｒを大きくして、研磨中に四辺形の基板Ｗの一部が研磨布３９からはみ出すようにしているが、他の実施形態として揺動範囲Ｒが小さくなるように制御してもよい。基板保持ヘッド２１の揺動範囲Ｒを小さくすることで、研磨盤３８および研磨布３９を小さくすることができ、小型の研磨装置を実現することができる。揺動範囲Ｒを小さくする場合、揺動範囲Ｒは、たとえば０．１ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。

【0074】

図９に示される研磨装置１において、研磨盤３８は、基板Ｗの研磨の終点を検知するためのセンサ１００を備えることができる。図１０は、一実施形態による、センサ１００を備える研磨盤３８を概略的に示す断面図である。図１０は、研磨盤３８のセンサ１００が設けられる部分を示している。図１０に示されるように、センサ１００は、研磨盤３８に配置される。センサ１００は、渦電流センサ、光学式センサ、ファイバーセンサ等を使用することができる。センサ１００は、有線または無線により制御装置９００（図３）と連絡可能に構成される。センサ１００として光学式センサを使用する場合、研磨布３９の一部に切欠き１０２を設ける。切欠き１０２の位置にビューポート１０４を配置する。ビューポート１０４を介して、光学式のセンサにより光照射と反射光の検知を行うことができる。研磨中の基板Ｗの反射率の変化などから、基板Ｗの研磨の終点を検知することができる。センサ１００としてファイバーセンサを用いる場合、ビューポート１０４は無くてもよい。その場合、ファイバーセンサの周囲から純水を供給しながら検出を行うことができる。センサ１００は、研磨盤３８に複数配置してもよい。たとえば、研磨盤３８の中心部と周辺部に配置し、両方のセンサ１００からの信号を監視して、基板Ｗの研磨の終点を決定してもよい。また、複数のセンサ１００を用いることで、基板Ｗの複数の領域の研磨面の膜厚を監視することができる。基板Ｗの複数の領域の研磨の終点が同時期になるように、複数のセンサ１００からの信号に基づき研磨条件を制御することができる。たとえば、上述したリテーナ部材２３の押圧力や、図４〜図７の実施形態においては、圧力室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の圧力などを変更することができる。

【0075】

スラリーのリフレッシュ化を行う形態として次の形態が可能である。たとえば、図３に示される実施形態において、揺動軸６４にヘッド固定部材４が取り付けられ、ヘッド固定部材４の先に基板保持ヘッド２１が取り付けられている。基板保持ヘッド２１と研磨布３９が取り付けられた研磨盤３８とが共に回転して、基板保持ヘッド２１に取り付けられた基板Ｗの研磨が行われる。この時、処理液供給ノズル１３からスラリー等の処理液を研磨布３９上に供給するが、一実施形態として、ヘッド固定部材４を揺動軸６４により旋回させて定期的にヘッド固定部材４が研磨盤３８上から退避するようにし、研磨布３９上に残留しているスラリーを洗い流すようにすることができる。また、一実施形態として、ヘッド固定部材４を揺動軸６４により旋回させてヘッド固定部材４を研磨盤３８上から退避させるようにするのではなく、基板保持ヘッド２１を上方向に移動させて、研磨布３９から基板Ｗおよびリテーナ部材２３が離れたときに研磨布３９上に残留しているスラリーを洗い流して、新しいスラリーを供給するようにしてもよい。これらの、スラリーのリフレッシュ方式は、特に長辺が３００ｍｍを超えるような大型の基板について有利である。基板が大型となると基板の中心部に入ったスラリーのリフレッシュが難しくなるからである。

【0076】

図１１は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図１１の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持する基板保持ヘッド２１を備える。基板保持ヘッド２１の詳細構造は任意とすることができ、たとえば、本明細書で開示される任意の構造を備える基板保持ヘッド２１とすることができる。図１１の研磨装置１は、回転可能な研磨盤３８および研磨盤３８の上面に配置される研磨布３９を備える。また、図１１の研磨装置１
は、研磨布３９の表面へスラリーを供給するための砥液供給ノズル１３を備える。基板保持ヘッド２１に保持された基板Ｗを研磨するときは、基板保持ヘッド２１を研磨布３９へ押し当て、砥液供給ノズル１３により研磨布３９にスラリーを供給しながら、研磨盤３８および基板保持ヘッド２１をそれぞれ回転させる。図１１に示される研磨装置１は、温度制御部１５０を備える。温度制御部１５０は、研磨布３９の温度を制御するためのものである。図１１に示される実施形態による研磨装置１は、研磨布３９に接触可能に構成される温度制御部材１５２を備える。温度制御部材１５２は、たとえば、ヒータ内蔵型のセラミック部材や、温度調整された液体が通る流体流路を備えるセラミック部材などから構成することができる。基板Ｗの研磨中に、温度制御された温度制御部材１５２を研磨布３９に接触させることで、研磨布３９の温度を制御することができる。なお、温度制御部材１５２には、基板Ｗの表面に平行な方向、および基板の表面に垂直な方向に温度制御部材１５２を移動させるための移動機構（図示せず）が連結される。かかる移動機構により、研磨中に温度制御部材１５２を適宜移動させて、基板Ｗの研磨中に基板保持ヘッド２１と温度制御部材１５２とが干渉しないようにすることができる。

【0077】

図１２は、一実施形態による温度制御部１５０を備える研磨盤３８を概略的に示す断面図である。図１２に示される研磨盤３８は、研磨布３９の下に温度制御部材１５２を備える。一実施形態において、図１２の温度制御部材１５２は、電熱線などから形成されるヒータ１５４を備える。また、一実施形態として、図１２の温度制御部材１５２は、温度調整された液体または気体が通る流体通路１５６を備える。温度制御部材１５２は、これらのヒータ１５４または流体通路１５６を備えるセラミック部材とすることができる。図１２に示される研磨盤３８は、温度調整された温度制御部材１５２により研磨布３９の温度を制御することができる。

【0078】

図１３は、一実施形態による研磨方法を示すフローチャートである。図１３のフローチャートは基板の両方の面を研磨する方法の一例を示している。本方法の研磨を実現するのに、研磨装置は任意のものを使用することができ、本明細書で開示する特徴を備える研磨装置１を用いてもよく、また、それ以外の研磨装置を用いてもよい。まず、基準面を形成するために、研磨対象である基板Ｗの第１面を研磨する。このとき第１面はハードバックの研磨を行う。ハードバックの研磨を行うために、セラミックなどの硬質のプレートを備える基板保持ヘッド２１に基板Ｗを保持させる。このとき硬質のバッキング材を使用してもよく、また、樹脂製の吸着フィルムを用いて基板Ｗを基板保持ヘッド２１に取り付けてもよい。基板Ｗの第１面に基準面を形成することができたら、次に基板Ｗの第１面の反対側の第２面を研磨する。本方法を行う研磨装置１において、研磨装置１内で基板を搬送するための搬送機構は、基板Ｗを反転させる反転機構を備える。かかる反転機構により基板Ｗを反転させて、基板Ｗの第２面が研磨布３９の方を向くように基板Ｗを基板保持ヘッド２１に保持させる。基板Ｗの第２面を研磨するときはソフトバッグの研磨を行う。第２面を研磨したら、基板Ｗをもう一度反転させて、第１面に対してソフトバッグの研磨を行う。なお、本方法を実行する研磨装置１において、基準面を形成するときに第１面をハードバックで研磨するときに、ハードバック用の基板保持ヘッドと、ソフトバッグ用の基板保持ヘッドとの両方のヘッドを備えるように構成してもよい。また、基準面を形成するときにソフトバッグの研磨を行ってもよい。また、基板Ｗの両方の面を研磨せずに片面だけを研磨してもよい。たとえば、基準面を形成するために第１面を研磨し、その後に基板を反転させて第２面を研磨するものとしてもよい。基板を研磨するときに、本明細書で開示するリテーナ部材２３や、弾性パッド７０を利用することで、基板Ｗの研磨布３９に対する押圧力を制御し、研磨の均一性を高めることができる。ハードバックの研磨の場合、リテーナ部材２３を使用せずに、基板Ｗの周囲の溝構造が研磨布３９の高さ方向（基板Ｗの面に垂直な方法）のクリアランスを±１０μｍ〜１０００μｍの範囲で調整しておくようにしてもよい。

【0079】

本明細書で開示される研磨装置１で基板を研磨する際、任意の研磨条件で研磨を行うことができる。たとえば以下の研磨条件で研磨を行うことができる。基板Ｗに生じている大きなうねりを取る場合は、固定砥粒を用いることができる。たとえば、上述の基準面を形成する場合に用いることができ、固定砥粒を備える研磨布３９を使用することができる。固定砥粒としては、たとえば、下記のものがある。酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３等が用いられる。絶縁膜を研磨する場合には、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、Ａｌ_２Ｏ_３が金属膜を研磨する場合には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等が好適である。これらの砥粒として微細な砥粒を使用すればスクラッチの無い研磨を実現できることが分かっており、微細な砥粒を少しの力で分散可能な造粒粉に加工し、固定砥粒に用い、スクラッチの無い研磨を実現することができる。砥粒は、たとえば、平均粒径１．０μｍ以下、平均粒径１０μｍ以下とすることができる。たとえば、基板の粗削り研磨の時に平均粒径が数μｍの固定砥粒を用い、さらに仕上げ研磨の時に平均粒径が数百ｎｍの固定砥粒を用いることができる。これらの砥粒を硬質又は軟質バインダを用いて研磨パッドなどに固定する。また、基板の研磨に不織布研磨材を用いることもできる。不織布研磨材としては、例えばスコッチブライト（登録商標）に代表されるように、合成繊維の１本１本に研磨砥粒を接着剤でつなぎ止めたものを使用することができる。不織布研磨材はその繊維構造によって、研磨のために加えられた力が繊維のスプリング効果（弾力性）によって分散される為、削りすぎや深いスクラッチが入ることを防止することができる。また、基板Ｗを研磨するときにＣＭＰに使用されるスラリーを使用することもできる。スラリーとしては、たとえば、２−キノリンカルボン酸、酸化剤、ポリシロキサン被膜などの界面活性剤で表面が覆われた硬質無機化合物粒子（材質：アルミナや酸化セリウムもしくは、Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｔｉ，Ｃ，Ｆｅ のうちの少なくとも１種類の元素を主成分とする酸化物、炭化物、又は窒化物、あるいはこれら各化合物の混合物または混晶物）からなる研磨砥粒および水とを含有する。酸化剤としては、例えば過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）等を用いることができる。スラリー中の研磨砥粒の含有量は、０．１〜５０重量％にすることが好ましい。また、基板の粗削り研磨に固定砥粒を用い、仕上げ研磨の時にスラリーを用いたＣＭＰ研磨を用いることもできる。

【0080】

図１４は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図１４の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持するテーブル２３８を備える。テーブル２３８は、たとえばモータなどにより回転可能に構成される。また、テーブル２３８は、上面にたとえば真空吸着などにより四辺形の基板Ｗを固定することができるように構成される。基板Ｗは、被研磨面が上方になるようにテーブル２３８に固定される。さらに、テーブル２３８には、四辺形の基板Ｗを囲う位置にリテーナ部材２２３を備える。なお、図１４および後述の図１５〜図１９に示される実施形態において、図４〜図７で説明した圧力室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を形成する弾性パッド７０、７０−２、７０−４等を使用して基板Ｗと後述する研磨パッド２３９との接触圧力を領域ごとに制御できるようにしてもよい。その場合、圧力室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を形成する弾性パッド７０、７０−２、７０−４および流体路８１、８３、８４は、テーブル２３８に設けられる。また、一実施形態として、基板Ｗをテーブル２３８に保持するのに、上述したハードバックの方式を使用してもよい。

【0081】

図１５は、図１４に示される研磨装置１のテーブル２３８を上方からみた上面図である。図１４に示される実施形態においては、テーブル２３８は、四辺形の基板Ｗを囲うように８個のリテーナ部材２２３を備えている。なお、図１５において、基板Ｗの角部に隣接して配置されるリテーナ部材を符号２２３ａで示し、基板Ｗの辺部に隣接して配置されるリテーナ部材を符号２２３ｂで示している。各リテーナ部材２３は、図１、２とともに説明した基板保持ヘッド２１へのリテーナ部材２３の取付構造と類似の構造を使用して、テーブル２３８に取り外し可能に固定することができる。また、図１、２の実施形態において、リテーナ部材２３が、基板Ｗの面に垂直な方向に移動可能であったのと同様に、図１
４の実施形態においても各リテーナ部材２２３は、テーブル２３８の基板支持面に垂直な方向の高さを変更可能に構成することができる。典型的には、リテーナ部材２２３は、基板Ｗがテーブル２３８に固定された状態において、リテーナ部材２２３の表面がわずかに基板Ｗの表面よりも高い位置になるように設定する。このようにリテーナ部材２２３の高さを設定することで、基板Ｗを研磨するときに、基板Ｗの縁部、特に角部での過研磨を防止することができる。

【0082】

図１４、１５に示されるテーブル２３８は回転可能であるが、他の実施形態として、テーブル２３８は、代替的にまたは追加的に、テーブル２３８を基板Ｗの平面に平行な方向に移動させる移動機構、および／またはテーブル２３８を基板の平面に垂直な方向に移動させる移動機構を備えるものとしてもよい。

【0083】

図１４に示される研磨装置１は、さらに、モータなどにより回転可能な研磨ヘッド２２１を備える。研磨ヘッド２２１には、研磨パッド２３９が取り付けられる。一実施形態として、研磨ヘッド２２１を基板Ｗの平面に平行な方向に移動させる移動機構、および研磨ヘッド２２１を基板の平面に垂直な方向に移動させる移動機構を備える。また、一実施形態として、研磨パッド２３９の面積は、基板Ｗの面積よりも小さい。

【0084】

図１４に示される研磨装置１は、さらに、テーブル２３８に保持された基板Ｗ上にスラリーおよび／または水などの液体を供給するためのノズル２１３を備える。テーブル２３８に保持された基板Ｗを研磨するときは、研磨ヘッド２２１を基板Ｗの方へ移動させて、研磨ヘッド２２１を回転させながら研磨パッド２３９を基板Ｗに押当て基板Ｗを研磨する。研磨中に研磨ヘッド２２１を基板Ｗ上で移動させることで、また、テーブル２３８を回転させることで、基板Ｗの全体を研磨することができる。

【0085】

図１６は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図１６の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持するテーブル２３８、回転可能な研磨ヘッド２２１、テーブル２３８に保持された基板Ｗ上にスラリーおよび／または水などの液体を供給するためのノズル２１３を備える。図１６に示される研磨装置１は、研磨ヘッド２２１が２個備えられていることを除いて、図１４、１５で説明した実施形態と同様とすることができる。また、研磨ヘッド２２１は、２個でなくとも任意の数の研磨ヘッド２２１を採用してもよい。図１６の実施形態による研磨装置１は、複数の研磨ヘッド２２１を備えているので、様々な研磨が可能になる。たとえは、基板Ｗの全体に対して粗研磨を行う場合、複数の研磨ヘッド２２１で同時に研磨を実行し、仕上げ研磨の際は１つの研磨ヘッド２２１で基板の研磨を行うようにしてもよい。また、複数の研磨ヘッド２２１をそれぞれ独立に制御することができる。また、一実施形態として、複数の研磨ヘッド２２１を備える研磨装置１において、少なくとも１つの研磨ヘッド２２１が研削ブレード（砥石）であり、少なくとも１つの研磨ヘッド２２１が研磨パッド２３９とすることができる。かかる実施形態において、複数のノズル２１３を設けてもよい。複数のノズル２１３は、たとえば、スラリー供給ノズル、研削液供給ノズル、純水供給ノズルなどとすることができる。これらの複数のノズル２１３は、研削する時、ＣＭＰ研磨する時、残留スラリーや砥粒などを洗い流すときに切り替えて使用することができる。一実施形態として、粗研磨は研削を用い、仕上げ研磨にＣＭＰを用いることができる。この実施形態の長所は以下の通りである。パッケージ基板の研磨を行う場合、樹脂がモールドされた状態からの研磨または金属が成膜された状態からの研磨を想定した場合においても、半導体の微細加工プロセスに比べて大きな凹凸がある表面状態となっている。ＣＭＰは小さなマイクロメートルオーダーの凹凸をナノメートルオーダーの平坦度に仕上げる研磨に優れている。一方、研削は比較的大きな凹凸、たとえばマイクロメートルオーダーからミリメートルオーダーの凹凸をアイクロメートルオーダーの平坦度にする研磨に優れている。よって、パッケージ基板の成膜後の粗研磨は研削で行い、マイクロメートルオーダーの凹凸または終点までの研磨量が数十マイ
クロメートル以下になったら、ＣＭＰで仕上げ研磨を行うと効率が良く精度のよい研磨が達成できる。

【0086】

図１７は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図１７の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持するテーブル２３８、回転可能な研磨ヘッド２２１、テーブル２３８に保持された基板Ｗ上にスラリーおよび／または水などの液体を供給するためのノズル２１３を備える。図１７に示される研磨装置１において、研磨ヘッド２２１以外は、図１４、１５に示される研磨装置１と同様の構成とすることができる。図１７に示される実施形態において、研磨ヘッド２２１は、研磨の終点を検知するためのセンサ１００を備える。センサ１００は、図９で説明した研磨盤３８に設けられるセンサ１００と同様に、渦電流センサ、光学式センサ、ファイバーセンサ等を使用することができる。センサ１００は、有線または無線により制御装置９００（図３参照）と連絡可能に構成される。一実施形態として、図１７に示されるように、センサ１００のための配線は、研磨ヘッド２２１のヘッド軸２０２の中を通すことができる。図示のように、センサ１００は、研磨ヘッド２２１内で、基板Ｗに近い場所に設けられる。センサ１００が光学式のセンサの場合、センサ１００が配置される場所において、研磨パッド２３９に切欠き２１２が設けられ、切欠き２１２の部分に透明なガラスなどからなるビューポート２０４を配置する。そのため、ビューポート２０４を介して光学センサのレーザーの基板Ｗへの照射や基板Ｗからの反射光の測定を行うことができる。また、一実施形態としてビューポート２０４は無くてもよい。その場合、センサ１００の周囲から純水を供給しながら検出を行うことができる。なお、センサ１００は、図１６に示されるように複数の研磨ヘッド２２１を備える研磨装置１に適用することもできる。その場合、センサ１００は、複数の研磨ヘッド２２１の１つにだけ設けるようにしてもよく、また、複数の研磨ヘッド２２１にそれぞれ設けるようにしてもよい。

【0087】

図１７に示される実施形態において、基板Ｗ上にスラリーおよび／または水などの液体を供給するためのノズル２１３は、研磨ヘッド２２１内に設けられる。図１７に示されるように、ノズル２１３は、ビューポート２０４に配置される。ノズル２１３は、研磨ヘッド２２１のヘッド軸２０２の内部を通る配管により、スラリー、純水、および／または洗浄液等の液体供給源に連結されている。そのため、図１７に示される研磨装置１においては、研磨ヘッド２２１から、基板Ｗの研磨している箇所に直接的にスラリー等を効率的に供給することができる。なお、図１７においては、センサ１００およびノズル２１３の両方が研磨ヘッド２２１に組み込まれているが、一実施形態として、いずれか一方だけが研磨ヘッド２２１に組み込まれるようにしてもよい。たとえば、センサ１００だけが研磨ヘッド２２１に設置されている場合、ノズル２１３は、たとえば図１４に示されるように、研磨ヘッド２２１の外部に配置することができる。また、センサ１００を備えずに、ノズル２１３が研磨ヘッド２２１に設置されるようにしてもよい。その場合、図１７に示される研磨パッド２３９の切欠き２１２やビューポート２０４は不要になる。

【0088】

図１８は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図１８の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持するテーブル２３８、回転可能な研磨ヘッド２２１、テーブル２３８に保持された基板Ｗ上に、スラリーおよび／または水などの液体を供給するためのノズル２１３を備える。図１８に示される研磨装置１において、テーブル２３８以外は、任意の構成とすることができ、たとえば図１４〜図１７とともに説明した研磨装置１と同様の構成とすることができる。図１８に示される実施形態において、テーブル２３８は、水平度調整機構２５０を備える。水平度調整機構２５０は、テーブル２３８の上面に設置された平坦なベース２５２と、ベース２５２の下部に設けられる複数の高さ調整機構２５４と、を有する。複数の高さ調整機構２５４の高さを調整することで、ベース２５２の傾きを調整することができる。大型の基板Ｗを研磨する場合、基板Ｗの設置面が水平でないと、基板Ｗの端部ではｚ方向（基板の面に垂直な方向）の位置の差異が大きくなり
、研磨の終点検知の誤差が大きくなる。ベース２５２の下に配置される高さ調整機構２５４は、たとえばピエゾ素子、マイクロアクチュエータ、可動ステージなどとすることができる。高さ調整機構２５４の調整精度は０．１μｍから１μｍ程度とすることが好ましい。

【0089】

図１９は、一実施形態による、研磨装置１を概略的に示す側面図である。図１９の研磨装置１は、四辺形の基板Ｗを保持するテーブル２３８、回転可能な研磨ヘッド２２１、テーブル２３８に保持された基板Ｗ上にスラリーおよび／または水などの液体を供給するためのノズル２１３を備える。テーブル２３８、研磨ヘッド２２１、ノズル２１３は、図１４〜図１８で説明した実施形態と同様の構成とすることができる。図１９に示される研磨装置１において、研磨ヘッド２２１は、ヘッド軸２０２に取り付けられている。ヘッド軸２０２は、ヘッド固定部材２１４（アームともいう）に回転自在に図示しない軸受を介して係合されている。また、ヘッド固定部材２１４の一端は、揺動軸２６４により支持され、揺動モータ２６６によりヘッド固定部材２１４を揺動させることができる。ヘッド固定部材２１４を揺動させることで、研磨ヘッド２２１を基板Ｗの面内方向に移動させることができ、基板Ｗの全面を研磨することができる。また、揺動軸２６４は、基板Ｗの面に垂直な方向に移動可能であり、それにより研磨パッド２３９の基板への押圧力を制御することができる。なお、研磨装置１の駆動機構は、図３で説明したものと同様の構成とすることもできる。図１９の実施形態による研磨装置１において、研磨の終点を検知するために、ヘッド固定部材２１４に設けられる、研磨パッド２３９の基板Ｗへの押圧力を測定するためのロードセルによるトルク変動を測定すること、および／または揺動モータ２６６のモータ電流変動値によるトルク変動を測定することで研磨の終点検知を行うことが可能である。研磨パッド２３９により基板Ｗを研磨しているとき、基板Ｗ上の研磨する層の研磨が終了し、下の層が現れるときに研磨パッド２３９と基板Ｗの表面との間の摺動抵抗が変化する。かかる変化をトルク変動として検知することで基板Ｗの研磨の終点検知を行うことができる。図１９の実施形態における終点研磨においては、トルク変動を測定するときにヘッド固定部材２１４が介在するために、研磨パッド２３９と基板Ｗとの間の力変動を効率よく電流変動として測定することができる。そのため、従来の終点検知である、研磨ヘッド２２１や回転テーブル２３８のトルク変動を測定する場合に比べて、本実施形態による終点検知は高い感度で終点検知を行うことができる。なお、図１９に示される研磨装置１において、図１９とともに説明した構成以外は、任意の構成とすることができ、たとえば本明細書で説明した他の実施形態の構成を使用することができる。

【0090】

図２０は、一実施形態による、研磨装置１を備える基板処理装置１０００の全体構成を示す平面図である。

【0091】

＜基板処理装置＞
図２０は、基板処理装置１０００の平面図である。図２０に示すように、基板処理装置１０００は、ロード／アンロードユニット２００と、研磨ユニット３００と、洗浄ユニット４００と、を備える。また、基板処理装置１０００は、ロード／アンロードユニット２００、研磨ユニット３００、及び、洗浄ユニット４００、の各種動作を制御するための制御ユニット５００を備える。以下、ロード／アンロードユニット２００、研磨ユニット３００、及び、洗浄ユニット４００、について説明する。

【0092】

＜ロード／アンロードユニット＞
ロード／アンロードユニット２００は、研磨及び洗浄などの処理が行われる前の基板Ｗを研磨ユニット３００へ渡すとともに、研磨及び洗浄などの処理が行われた後の基板Ｗを洗浄ユニット４００から受け取るためのユニットである。ロード／アンロードユニット２００は、複数（本実施形態では４台）のフロントロード部２２０を備える。フロントロード部２２０にはそれぞれ、基板をストックするためのカセット２２２が搭載される。

【0093】

ロード／アンロードユニット２００は、筐体１００２の内部に設置されたレール２３０と、レール２３０上に配置された複数（本実施形態では２台）の搬送ロボット２４０と、を備える。搬送ロボット２４０は、研磨及び洗浄などの処理が行われる前の基板Ｗをカセット２２２から取り出して研磨ユニット３００へ渡す。また、搬送ロボット２４０は、研磨及び洗浄などの処理が行われた後の基板Ｗを洗浄ユニット４００から受け取ってカセット２２２へ戻す。

【0094】

＜研磨ユニット＞
研磨ユニット３００は、基板Ｗの研磨を行うためのユニットである。研磨ユニット３００は、第１研磨ユニット３００Ａ、第２研磨ユニット３００Ｂ、第３研磨ユニット３００Ｃ、及び、第４研磨ユニット３００Ｄ、を備える。第１研磨ユニット３００Ａ、第２研磨ユニット３００Ｂ、第３研磨ユニット３００Ｃ、及び、第４研磨ユニット３００Ｄ、は同一の構成としてもよく、また異なる構成としてもよい。また、第１研磨ユニット３００Ａ、第２研磨ユニット３００Ｂ、第３研磨ユニット３００Ｃ、及び、第４研磨ユニット３００Ｄの少なくとも１つは、本明細書で開示される任意の特徴を備える研磨装置１を備えることができる。一例として、第１研磨ユニット３００Ａは、上述した任意の研磨盤３８と、上述した任意の基板保持ヘッド２１と、を備えるものとすることができる。第１研磨ユニット３００Ａは、研磨布３９に研磨液又はドレッシング液を供給するための処理液供給ノズル１３を備える。研磨液は、例えば、スラリーである。ドレッシング液は、例えば、純水である。また、第１研磨ユニット３００Ａは、研磨布３９のコンディショニングを行うためのドレッサ３５０Ａを備える。また、第１研磨ユニット３００Ａは、液体、又は、液体と気体との混合流体、を研磨布３９に向けて噴射するためのアトマイザ３６０Ａを備える。液体は、例えば、純水である。気体は、例えば、窒素ガスである。

【0095】

次に、基板Ｗを搬送するための搬送機構について説明する。搬送機構は、リフタ３７０と、第１リニアトランスポータ３７２と、スイングトランスポータ３７４と、第２リニアトランスポータ３７６と、仮置き台３７８と、を備える。

【0096】

リフタ３７０は、搬送ロボット２４０から基板Ｗを受け取る。第１リニアトランスポータ３７２は、リフタ３７０から受け取った基板Ｗを、第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、及び、第４搬送位置ＴＰ４、の間で搬送する。第１研磨ユニット３００Ａ及び第２研磨ユニット３００Ｂは、第１リニアトランスポータ３７２から基板Ｗを受け取って研磨する。第１研磨ユニット３００Ａ及び第２研磨ユニット３００Ｂは、研磨した基板Ｗを第１リニアトランスポータ３７２へ渡す。

【0097】

スイングトランスポータ３７４は、第１リニアトランスポータ３７２と第２リニアトランスポータ３７６との間で基板Ｗの受け渡しを行う。第２リニアトランスポータ３７６は、スイングトランスポータ３７４から受け取った基板Ｗを、第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、及び、第７搬送位置ＴＰ７、の間で搬送する。第３研磨ユニット３００Ｃ及び第４研磨ユニット３００Ｄは、第２リニアトランスポータ３７２から基板Ｗを受け取って研磨する。第３研磨ユニット３００Ｃ及び第４研磨ユニット３００Ｄは、研磨した基板Ｗを第２リニアトランスポータ３７２へ渡す。研磨ユニット３００によって研磨処理が行われた基板Ｗは、スイングトランスポータ３７４によって仮置き台３７８へ置かれる。

【0098】

＜洗浄ユニット＞
洗浄ユニット４００は、研磨ユニット３００によって研磨処理が行われた基板Ｗの洗浄処理及び乾燥処理を行うためのユニットである。洗浄ユニット４００は、第１洗浄室４１０と、第１搬送室４２０と、第２洗浄室４３０と、第２搬送室４４０と、乾燥室４５０と、を備える。

【0099】

仮置き台３７８へ置かれた基板Ｗは、第１搬送室４２０を介して第１洗浄室４１０又は第２洗浄室４３０へ搬送される。基板Ｗは、第１洗浄室４１０又は第２洗浄室４３０において洗浄処理される。第１洗浄室４１０又は第２洗浄室４３０において洗浄処理された基板Ｗは、第２搬送室４４０を介して乾燥室４５０へ搬送される。基板Ｗは、乾燥室４５０において乾燥処理される。乾燥処理された基板Ｗは、搬送ロボット２４０によって乾燥室４５０から取り出されてカセット２２２へ戻される。一実施形態として、第１洗浄室４１０および第２洗浄室４３０は、ロールスポンジ型の洗浄機４１５を備えることができる。ロールスポンジ型の洗浄機４１５は、洗浄液（たとえば薬液および／または純水）を基板Ｗに供給しながら、回転するロールスポンジを基板Ｗに接触させて、基板Ｗを洗浄する洗浄機である。乾燥室４５０は、任意の公知の乾燥器を備えることができる。

【0100】

制御ユニット５００は、基板処理装置１０００の全体の動作を制御する。制御ユニット５００は、入出力装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。また、制御ユニット５００は、前述の研磨装置１の動作を制御するための制御装置９００（図３）を含むことができる。

【0101】

上述の研磨装置および研磨方法は、四辺形の基板に対する研磨の均一性を向上させることができる。これらの研磨装置および研磨方法は、電子デバイスが配置されたパッケージ基板の研磨にも適用することができる。たとえば、インターポーザを有するパッケージ基板や再配線チップ埋め込み型のパッケージ基板を研磨するのに適用することができる。

【0102】

以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【符号の説明】

【0103】

１…研磨装置
４…ヘッド固定部材
１３…砥液供給ノズル
２１…基板保持ヘッド
２３…リテーナ部材
３８…研磨盤
３９…研磨布
６４…揺動軸
７０…弾性パッド
７３…弾性バッグ
９０…溝
１００…センサ
１５２…温度制御部材
２１４…ヘッド固定部材
２２１…研磨ヘッド
２２３…リテーナ部材
２３８…テーブル
２３９…研磨パッド
２５０…水平度調整機構
２５２…ベース
２５４…調整機構
２６４…揺動軸
２６６…揺動モータ
９００…制御装置
Ｗ…基板

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】