(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】
(24)【登録日】2022-09-13
(45)【発行日】2022-09-22
(54)【発明の名称】弾性膜、基板保持装置、及び研磨装置
(51)【国際特許分類】
B24B 37/30 20120101AFI20220914BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20220914BHJP
【ＦＩ】
B24B37/30 C
B24B37/30 E
H01L21/304 622K
H01L21/304 622H
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2018042410
(22)【出願日】2018-03-08
(65)【公開番号】P2018176414
(43)【公開日】2018-11-15
【審査請求日】2020-11-24
(31)【優先権主張番号】P 2017078933
(32)【優先日】2017-04-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】100115808
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 真司
(74)【代理人】
【識別番号】100113549
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 守
(74)【代理人】
【識別番号】230121430
【弁護士】
【氏名又は名称】安井 友章
(72)【発明者】
【氏名】山木 暁
(72)【発明者】
【氏名】福島 誠
(72)【発明者】
【氏名】並木 計介
(72)【発明者】
【氏名】鍋谷 治
(72)【発明者】
【氏名】富樫 真吾
(72)【発明者】
【氏名】大和田 朋子
(72)【発明者】
【氏名】加藤 良和
【審査官】大光 太朗
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第２０５１４８０３９（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２００７－２６８６５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１１１６７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９３０７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２１１３７７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３７／３０
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板保持装置に用いられる弾性膜であって、基板に当接する当接部と、
前記当接部の外周端に立設された円環状の側壁と、
前記側壁から径方向内側に向かって断面視で直線状に延びる第１隔壁と、
前記当接部の上面に接続する基端部が屈曲して形成された基端接続部と、前記基端接続部から前記径方向内側の上方に向かって断面視で略全長にわたって直線状に傾斜して延びる第２隔壁と、
前記第２隔壁よりも内周側に位置しており、前記径方向内側の上方に向かって断面視で略全長にわたって直線状に傾斜して延びる第３隔壁と、
を備え、
前記第２隔壁の傾斜と前記第３隔壁の傾斜とは平行または略平行であって、
前記第１隔壁と前記第２隔壁と前記側壁とで前記基板のエッジを押圧するためのエッジ圧力室が構成される弾性膜。
【請求項2】
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隔は、前記当接部の径方向内側から径方向外側に向かって徐々に広くなる、請求項１に記載の弾性膜。
【請求項3】
前記基板保持装置は、前記弾性膜が取り付けられるヘッド本体を備え、前記第１隔壁は先端に前記ヘッド本体と係合する第１係合部を有し、
前記第２隔壁は先端に前記ヘッド本体と係合する第２係合部を有し、
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隔は、前記第１係合部及び前記第２係合部から前記側壁に向かって徐々に広くなる、請求項１に記載の弾性膜。
【請求項4】
前記第２隔壁は、前記側壁の内周面より０．５～１．５ｍｍ内側の位置から直線状に延びている、請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性膜。
【請求項5】
前記当接部の上面における前記第２隔壁の外周面と前記側壁の内周面との間の距離は、１．５～８ｍｍである、請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性膜。
【請求項6】
前記第２隔壁における前記基端接続部の長さは０．５～３．５ｍｍである、請求項５に記載の弾性膜。
【請求項7】
前記エッジ圧力室を構成する前記側壁の外周面は平坦である、請求項１ないし６のいずれかに記載の弾性膜。
【請求項8】
基板を保持する基板保持装置であって、請求項１ないし７のいずれかに記載の弾性膜と、
前記弾性膜が取り付けられるヘッド本体と、
を備えた、基板保持装置。
【請求項9】
基板を研磨する研磨装置であって、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
請求項８に記載の基板保持装置と、
を備え、前記基板保持装置で前記基板を保持しつつ、前記基板を前記研磨面に向けて所定の圧力で押圧するとともに、前記研磨テーブルと前記基板保持装置とを相対運動させることにより前記基板が前記研磨面に摺接させて、前記基板の表面を研磨する、研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェハ等の基板を研磨するための研磨装置、研磨装置において基板を保持するための基板保持装置、及び基板保持装置に用いられる弾性膜に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴って、回路の配線がますます微細化し、多層配線の総数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲して段差がより大きくなるので、配線総数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理をしなければならない。また、光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面に対して平坦化処理をする必要がある。
【0003】
したがって、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化がますます重要になってきている。この表面の平坦化において最も重要な技術の一つは、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）である。この化学機械研磨は、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつウェハを研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【0004】
ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置によりウェハを保持しつつ、このウェハを研磨パッドの研磨面に向けて所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。
【0005】
研磨中のウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウェハの全面に亘って均一でない場合には、ウェハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そこで、ウェハに対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に弾性膜で形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することで弾性膜を介して流体圧によりウェハを押圧することが行われる（例えば、特許文献１参照）。
【0006】
図２３は、特許文献１に記載された研磨装置の基板保持装置を示す断面図であり、図２４は、図２３の弾性膜のエッジ部分の拡大断面図である。図２３に示すように、従来の弾性膜１１０は、ヘッド本体１０２の下面に取り付けられ、ウェハの形状に合わせて円形に形成された当接部１１１と、当接部１１１から立設する側壁１１０ｈとを有する。この弾性膜１１０の当接部１１１の下面は、弾性膜１１０の底面となり、この当接部１１１の下面によってウェハを下方に押圧することで、ウェハを研磨パッドの研磨面に押圧する。
【0007】
図２３及び図２４に示すように、当接部１１１には、上方に延びる複数の同心円状の隔壁１２０ａ～１２０ｇが間隔を置いて設けられ、当接部１１１の外周端には上方に延びる側壁１１０ｈが形成される。各隔壁１２０ａ～１２０ｇの間には圧力室１１６ａ～１１６ｇが形成され、外周端部では最外の隔壁と側壁との間にエッジ圧力室１１６ｇが形成される。そして、ヘッド本体１０２から各圧力室１１６ａ～１１６ｇに個別に空気を送り込むことで各圧力室１１６ａ～１１６ｇの圧力が制御される。各圧力室１１６ａ～１１６ｇの圧力を制御することで、各圧力室１１６ａ～１１６ｇに対応する各底面部分の押圧力が制御される。
【0008】
上記のような従来の構成の弾性膜を有する研磨装置において、研磨パッドは弾性を有するため、研磨中のウェハのエッジ部（周縁部）に加わる押圧力が不均一になり、ウェハのエッジ部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、ウェハのエッジ部を押圧する弾性膜の外周端部ではより細かい範囲で押圧力を制御することが有利である。
【0009】
図２５は、特許文献１に記載された別の例の弾性膜のエッジ部分の拡大断面図である。この例において、隔壁１２０ｆは、図２４の例と比較して、当接部１１１の外周端により近い位置から延びており、エッジ圧力室１１６ｇは比較的狭い範囲でウェハのエッジ部分を押圧できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１５－１９３０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、特に基板のエッジ部分において研磨プロファイルを精密に調整できる研磨装置、そのような研磨装置に用いる基板保持装置、及びそのような基板保持装置に用いる弾性膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一態様は、基板保持装置に用いられる弾性膜であって、基板に当接する当接部と、前記当接部の外周端に立設された円環状の側壁と、前記側壁から径方向内側に向かって断面視で直線状に延びる第１隔壁と、前記当接部の上面に接続する基端部が屈曲して形成された基端接続部と、前記基端接続部から前記径方向内側の上方に向かって断面視で略全長にわたって直線状に傾斜して延びる第２隔壁と、前記第２隔壁よりも内周側に位置しており、前記径方向内側の上方に向かって断面視で略全長にわたって直線状に傾斜して延びる第３隔壁と、を備え、前記第２隔壁の傾斜と前記第３隔壁の傾斜とは平行または略平行であって、前記第１隔壁と前記第２隔壁と前記側壁とで前記基板のエッジを押圧するためのエッジ圧力室が構成される。
【0013】
この構成により、エッジ圧力室の圧力を制御することで、外周端部における狭い範囲で当接部の押圧力を制御できる。また、第１隔壁と第２隔壁とがそれぞれ断面視で直線状に延びているので、第１隔壁と第２隔壁とが接触しにくくなり、よってエッジ圧力室の圧力制御を行いやすくできる。また、エッジ圧力室の圧力が高くなっても、側壁から第１隔壁が直線状に延びているので、側壁の外側への膨らみを抑えることができる。
【0014】
上記の弾性膜において、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隔は、前記当接部の径方向内側から径方向外側に向かって徐々に広くなっていてよい。
【0015】
この構成により、エッジ圧力室内の空間の全体にエアが行き渡りやすく、外周端部における狭い範囲で当接部の押圧力を制御できる。
【0016】
上記の弾性膜において、前記基板保持装置は、前記弾性膜が取り付けられるヘッド本体を備え、前記第１隔壁は先端に前記ヘッド本体と係合する第１係合部を有し、前記第２隔壁は先端に前記ヘッド本体と係合する第２係合部を有し、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隔は、前記第１係合部及び前記第２係合部から前記側壁に向かって徐々に広くなっていてよい。
【0017】
この構成によっても、エッジ圧力室内の空間の全体にエアが行き渡りやすく、外周端部における狭い範囲で当接部の押圧力を制御できる。
【0018】
上記の弾性膜において、前記第２隔壁は、前記側壁の内周面より０．５～１．５ｍｍ内側の位置から直線状に延びていてよい。
【0019】
この構成により、弾性膜の外周端から内側０．５ｍｍないし１．５ｍｍまで（エッジ押圧幅ｄ）の部分を外周端部として、外周端部における狭い範囲で底面の押圧力を制御できる。
【0020】
上記の弾性膜において、前記当接部の上面における前記第２隔壁の外周面と前記側壁の内周面との間の距離は、１．５～８ｍｍであってよい。
【0021】
この構成により、外周端部に膜が形成されていない基板についても、膜の外周端部における研磨プロファイルを精密に制御できる。
【0022】
上記の弾性膜において、前記第２隔壁における前記基端接続部の長さは０．５～３．５ｍｍであってよい。
【0023】
この構成により、第２隔壁と隣接する隔壁とが接触しないように互いの距離を確保できる。
【0024】
上記の弾性膜において、前記エッジ圧力室を構成する前記側壁の外周面は平坦であってよい。
【0025】
この構成により、側壁に段差がないので、ディフェクトの原因となるスラリが溜まりにくくなる。
【0026】
本発明の他の態様は、基板を保持する基板保持装置であって、上記の弾性膜と、前記弾性膜が取り付けられるヘッド本体とを備えた、基板保持装置である。
【0027】
この構成によっても、圧力室の圧力を制御することで、外周端部における狭い範囲で当接部の押圧力を制御できる。また、第１隔壁と第２隔壁とがそれぞれ直線状に延びているので、第１隔壁と第２隔壁とが接触しにくくなり、よって圧力室の圧力制御を行いやすくできる。圧力室の圧力が高くなっても、側壁から第１隔壁が直線状に延びているので、側壁の外側への膨らみを抑えることができる。
【0028】
本発明のさらに他の態様は、基板を研磨する研磨装置であって、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、上記の基板保持装置とを備え、前記基板保持装置で前記基板を保持しつつ、前記基板を前記研磨面に向けて所定の圧力で押圧するとともに、前記研磨テーブルと前記基板保持装置とを相対運動させることにより前記基板が前記研磨面に摺接させて、前記基板の表面を研磨する、研磨装置である。
【0029】
この構成によっても、圧力室の圧力を制御することで、外周端部における狭い範囲で当接部の押圧力を制御できる。また、第１隔壁と第２隔壁とがそれぞれ直線状に延びているので、第１隔壁と第２隔壁とが接触しにくくなり、よって圧力室の圧力制御を行いやすくできる。圧力室の圧力が高くなっても、側壁から第１隔壁が直線状に延びているので、側壁の外側への膨らみを抑えることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、圧力室の圧力を制御することで、外周端部における狭い範囲で当接部の押圧力を制御できる。また、第１隔壁と第２隔壁とがそれぞれ直線状に延びているので、第１隔壁と第２隔壁とが接触しにくくなり、よって圧力室の圧力制御を行いやすくできる。圧力室の圧力が高くなっても、側壁から第１隔壁が直線状に延びているので、側壁の外側への膨らみを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の実施の形態に係る研磨装置を示す図
【図5】本発明の実施の形態に係る弾性膜がヘッド本体のキャリアに連結されている状態を示す概略断面図
【図7A】本発明の実施の形態に係る第３連結リングの断面図
【図8】本発明の実施の形態に係る連結リングのリング傾斜部の内周面に押圧突起が形成された一例を示す拡大断面図
【図9A】本発明の実施の形態に係る固定具の上面図
【図14】本発明の実施の形態に係る固定具の配置の一例を示す模式図
【図15A】本発明の実施の形態に係る弾性膜の利点を説明するための模式図
【図15B】従来の弾性膜を示す模式図
【図15C】従来の弾性膜の問題を説明するための模式図
【図16A】本発明の実施の形態に係る弾性膜の利点を説明するための模式図
【図16B】従来の弾性膜を示す模式図
【図16C】従来の弾性膜の問題を説明するための模式図
【図17A】本発明の実施の形態に係る弾性膜の利点を説明するための模式図
【図17B】従来の弾性膜を示す模式図
【図17C】従来の弾性膜の問題を説明するための模式図
【図18A】本発明の実施の形態に係る弾性膜の利点を説明するための模式図
【図18B】従来の弾性膜を示す模式図
【図18C】従来の弾性膜の問題を説明するための模式図
【図19A】本発明の実施の形態に係る弾性膜の利点を説明するための模式図
【図19B】従来の弾性膜の問題を説明するための模式図
【図20A】本発明の実施の形態に係る弾性膜の利点を説明するための模式図
【図20B】従来の弾性膜の問題を説明するための模式図
【図21A】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る弾性膜の一部を示す拡大断面図
【図21B】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る弾性膜の一部を示す拡大断面図
【図22】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る弾性膜の一部を示す拡大断面図
【図23】従来の研磨装置の基板保持装置を示す断面図
【図24】従来の弾性膜の一部を示す拡大断面図
【図25】従来の別の例の弾性膜の一部を示す拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
【0033】
図１は、実施の形態に係る研磨装置を示す図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド１９を支持する研磨テーブル１８と、研磨対象物である基板の一例としてのウェハＷを保持して研磨テーブル１８上の研磨パッド１９に押圧する基板保持装置１を備えている。以下の説明では、基板保持装置１を研磨ヘッド１と称する。
【0034】
研磨テーブル１８は、テーブル軸１８ａを介してその下方に配置されているテーブルモータ２９に連結されており、そのテーブル軸１８ａ周りに回転可能になっている。研磨パット１９は研磨テーブル１８の上面に貼付されており、研磨パッド１９の表面１９ａがウェハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１８の上方には研磨液供給ノズル２５が設置されており、この研磨液供給ノズル２５によって研磨テーブル１８上の研磨パッド１９上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【0035】
研磨ヘッド１は、ウェハＷを研磨面１９ａに対して押圧するヘッド本体２と、ウェハＷを保持してウェハＷが研磨ヘッド１から滑り出ないようにするリテーナリング３とを備えている。研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト２７に接続されており、このヘッドシャフト２７は、上下動機構８１によりヘッドアーム６４に対して上下動する。ヘッドシャフト２７の上下動により、ヘッドアーム６４に対して研磨ヘッド１の全体が昇降して位置決めされる。ヘッドシャフト２７の上端にはロータリジョイント８２が取り付けられている。
【0036】
ヘッドシャフト２７及び研磨ヘッド１を上下動させる上下動機構８１は、軸受け８３を介してヘッドシャフト２７を回転可能に支持するブリッジ８４と、ブリッジ８４に取り付けられたボールねじ８８と、支柱８６により支持された支持台８７と、支持台８７上に設けられたサーボモータ９０とを備えている。サーボモータ９０を支持する支持台８７は、支柱８６を介してヘッドアーム６４に固定されている。
【0037】
ボールねじ８８は、サーボモータ９０に連結されたねじ軸８８ａと、このねじ軸８８ａが螺合するナット８８ｂとを備えている。ヘッドシャフト２７は、ブリッジ８４と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ９０を駆動すると、ボールねじ８８を介してブリッジ８４が上下動し、これによりヘッドシャフト２７及び研磨ヘッド１が上下動する。
【0038】
ヘッドシャフト２７はキー（図示せず）を介して回転筒６６に連結されている。この回転筒６６はその外周部にタイミングプーリ６７１を備えている。ヘッドアーム６４にはヘッドモータ６８が固定されており、上記タイミングプーリ６７１は、タイミングベルト６９を介してヘッドモータ６８に設けられたタイミングプーリ６７２に接続されている。したがって、ヘッドモータ６８を回転駆動することによってタイミングプーリ６７２、タイミングベルト６９、及びタイミングプーリ６７１を介して回転筒６６及びヘッドシャフト２７が一体に回転し、研磨ヘッド１が回転する。ヘッドアーム６４は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたアームシャフト８０によって支持されている。研磨装置は、ヘッドモータ６８、サーボモータ９０をはじめとする装置内の各機器を制御する制御装置４０を備えている。
【0039】
研磨ヘッド１は、その下面にウェハＷを保持できるように構成されている。ヘッドアーム６４はアームシャフト８０を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェハＷを保持した研磨ヘッド１は、ヘッドアーム６４の旋回によりウェハＷの受取位置と研磨テーブル１８の上方位置との間で移動される。
【0040】
ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド１及び研磨テーブル１８をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１８の上方に設けられた研磨液供給ノズル２５から研磨パッド１９上に研磨液Ｑを供給する。この状態で、研磨ヘッド１を所定の位置（所定の高さ）まで下降させ、この所定の位置でウェハＷを研磨パッド１９の研磨面１９ａに押圧する。ウェハＷは研磨パッド１９の研磨面１９ａに摺接され、これによりウェハＷの表面が研磨される。
【0041】
次に、研磨ヘッド１について説明する。図２は、研磨ヘッド（基板保持装置）１の概略断面図である。図２に示すように、研磨ヘッド１は、ウェハＷを研磨面１９ａに対して押圧するヘッド本体２と、ウェハＷを囲むように配置されたリテーナリング３とを備えている。ヘッド本体２及びリテーナリング３は、ヘッドシャフト２７の回転により一体に回転する。リテーナリング３は、ヘッド本体２とは独立して上下動可能に構成されている。
【0042】
ヘッド本体２は、円形のフランジ４１と、フランジ４１の下面に取り付けられたスペーサ４２と、スペーサ４２の下面に取り付けられたキャリア４３とを備えている。フランジ４１は、ヘッドシャフト２７に連結されている。キャリア４３は、スペーサ４２を介してフランジ４１に連結されており、フランジ４１、スペーサ４２、及びキャリア４３は、一体的に回転し、かつ一体的に上下動する。フランジ４１、スペーサ４２、及びキャリア４３を有するヘッド本体２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。なお、フランジ４１をＳＵＳ、アルミニウムなどの金属で形成してもよい。
【0043】
ヘッド本体２の下面には、ウェハＷの裏面に当接する弾性膜１０が連結されている。弾性膜１０をヘッド本体２に連結する方法については後述する。弾性膜１０の円形の当接部１１の下面はウェハＷに当接する当接面であり、基板保持面１０ａを構成する。当接部１１の外周端からは側壁１５が立設されている。弾性膜１０は複数の（図２では、６つの）環状の隔壁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆを有しており、これら隔壁１４ａ～１４ｆは、同心状に配置されている。隔壁１４ａ～１４ｅは当接部１１の上面から上方に延びており、隔壁１４ｆは、側壁１５から径方向内側に延びている。これらの隔壁１４ａ～１４ｆにより、弾性膜１０とヘッド本体２との間に７つの圧力室、即ち中央に位置する円形状の中央圧力室１６ａ、最外周に位置する環状のエッジ圧力室１６ｆ及び１６ｇ、及び中央圧力室１６ａとエッジ圧力室１６ｆとの間に位置する中間圧力室１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅが形成されている。エッジ圧力室１６ｇは、エッジ圧力室１６ｆの上方に形成されている。
【0044】
これらの圧力室１６ａ～１６ｇはロータリジョイント８２を経由して圧力調整装置６５に接続されており、圧力調整装置６５から各圧力室１６ａ～１６ｇにそれぞれ延びる流体ライン７３を通って流体（例えば、気体、より具体的には、空気又は窒素）が供給されるようになっている。圧力調整装置６５は、制御装置４０に接続されており、これら７つの圧力室１６ａ～１６ｇ内の圧力を独立に調整できるようになっている。さらに、圧力調整装置６５は、圧力室１６ａ～１６ｇ内に負圧を形成することも可能となっている。このように、研磨ヘッド１において、ヘッド本体２と弾性膜１０との間に形成される各圧力室１６ａ～１６ｇに供給する流体の圧力を調整することにより、ウェハＷに加えられる押圧力をウェハＷの領域毎に調整できる。
【0045】
弾性膜１０は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコー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ている。各圧力室１６ａ～１６ｇは大気開放機構（図示せず）にも接続されており、圧力室１６ａ～１６ｇを大気開放することも可能である。
【0046】
リテーナリング３の上部は、環状のリテーナリング押圧機構６０に連結されており、このリテーナリング押圧機構６０は、リテーナリング３の上面（より具体的には、ドライブリング３ｂの上面）の全体に均一な下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング３の下面（即ち、リング部材３ａの下面）を研磨パッド１９の研磨面１９ａに対して押圧する。
【0047】
リテーナリング押圧機構６０は、ドライブリング３ｂの上部に固定された環状のピストン６１と、ピストン６１の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム６２とを備えている。ローリングダイヤフラム６２の内部にはリテーナリング圧力室６３が形成されている。このリテーナリング圧力室６３は、ロータリジョイント８２を経由して圧力調整装置６５に接続されている。この圧力調整装置６５からリテーナリング圧力室６３に流体（例えば、空気）を供給すると、ローリングダイヤフラム６２がピストン６１を下方に押し下げ、さらに、ピストン６１はリテーナリング３の全体を下方に押し下げる。
【0048】
このようにして、リテーナリング押圧機構６０は、リテーナリング３の下面を研磨パッド１９の研磨面１９ａに対して押圧する。さらに、圧力調整装置６５によりリテーナリング圧力室６３内に負圧を形成することにより、リテーナリング３の全体を上昇させることができる。リテーナリング圧力室６３は大気開放機構（図示せず）にも接続されており、リテーナリング圧力室６３を大気開放することも可能である。
【0049】
リテーナリング３は、リテーナリング押圧機構６０に着脱可能に連結されている。より具体的には、ピストン６１は金属などの磁性材から形成されており、ドライブリング３ｂの上部には複数の磁石３２が配置されている。これら磁石３２がピストン６１を引き付けることにより、リテーナリング３がピストン６１の磁力により固定される。ピストン６１の磁性材としては、例えば、耐蝕性の磁性ステンレスが使用される。なお、ドライブリング３ｂを磁性材で形成し、ピストン６１に磁石を配置してもよい。
【0050】
リテーナリング３は、連結部材７５を介して球面軸受８５に連結されている。この球面軸受８５は、リテーナリング３の径方向内側に配置されている。図３は、リテーナリング３及び連結部材７５を示す平面図である。図３に示すように、連結部材７５は、ヘッド本体２の中心部に配置された軸部７６と、この軸部７６に固定されたハブ７７と、このハブ７７から放射状に延びる複数の（図示した例では６つの）スポーク７８とを備えている。
【0051】
スポーク７８の一方の端部は、ハブ７７に固定されており、スポーク７８の他方の端部は、リテーナリング３のドライブリング３ｂに固定されている。ハブ７７と、スポーク７８と、ドライブリング３ｂとは一体に形成されている。キャリア４３には、複数対の駆動ピン８０、８０が固定されている。各対の駆動ピン８０、８０は各スポーク７８の両側に配置されており、キャリア４３の回転は、駆動ピン８０、８０を介してリテーナリング３に伝達され、これによりヘッド本体２とリテーナリング３とは一体回転する。
【0052】
図２に示すように、軸部７６は球面軸受８５内を縦方向に延びている。図３に示すように、キャリア４３には、スポーク７８が収容される複数の放射状の溝４３ａが形成されており、各スポーク７８は各溝４３ａ内で縦方向に移動自在となっている。連結部材７５の軸部７６は、ヘッド本体２の中央部に配置された球面軸受８５に縦方向に移動自在に支持されている。このような構成により、連結部材７５及びこれに固定されたリテーナリング３は、ヘッド本体２に対して縦方向に移動可能となっている。さらに、リテーナリング３は、球面軸受８５により傾動可能に支持されている。
【0053】
以下、球面軸受８５についてより詳細に説明する。図４は、球面軸受８５及び連結部材７５の一部の拡大断面図である。図４に示すように、軸部７６は、複数のねじ７９によりハブ７７に固定されている。軸部７６には縦方向に延びる貫通孔８８が形成されている。この貫通孔８８は軸部７６が球面軸受８５に対して縦方向に移動する際の空気抜き孔として作用し、これによりリテーナリング３はヘッド本体２に対して縦方向にスムーズに移動可能となっている。
【0054】
球面軸受８５は、連結部材７５を介してリテーナリング３に連結された中間輪９１と、中間輪９１を上から摺動自在に支持する外輪９２と、中間輪９１を下から摺動自在に支持する内輪９３とを備えている。中間輪９１は、球殻の上半分よりも小さい部分球殻形状を有し、外輪９２と内輪９３との間に挟まれている。
【0055】
キャリア４３の中央部には凹部４３ｂが形成されており、外輪９２は凹部４３ｂ内に配置されている。外輪９２は、その外周部に鍔９２ａを有しており、この鍔９２ａを凹部４３ｂの段部にボルト（図示せず）により固定することにより、外輪９２がキャリア４３に固定されるとともに、中間輪９１及び内輪９３に圧力をかけることが可能となっている。内輪９３は凹部４３ｂの底面上に配置されており、中間輪９１の下面と凹部４３ｂの底面との間に隙間が形成されるように、中間輪９１を下から支えている。
【0056】
外輪９２の内面９２ｂ、中間輪９１の外面９１ａ及び内面９１ｂ、及び内輪９３の外面９３ａは、支点Ｏを中心とした略半球面から構成されている。中間輪９１の外面９１ａは、外輪９２の内面９２ｂに摺動自在に接触し、中間輪９１の内面９１ｂは、内輪９３の外面９３ａに摺動自在に接触している。外輪９２の内面９２ｂ（摺接面）、中間輪９１の外面９１ａ及び内面９１ｂ（摺接面）、及び内輪９３の外面９３ａ（摺接面）は、球面の上半分よりも小さい部分球面形状を有している。このような構成により、中間輪９１は、外輪９２及び内輪９３に対して全方向（３６０°）に傾動可能であり、かつ傾動中心である支点Ｏは球面軸受８５よりも下方に位置する。
【0057】
外輪９２、中間輪９１、及び内輪９３には、軸部７６が挿入される貫通孔９２ｃ、９１ｃ、９３ｂがそれぞれ形成されている。外輪９２の貫通孔９２ｃと軸部７６との間には隙間が形成されており、同様に、内輪９３の貫通孔９３ｂと軸部７６との間には隙間が形成されている。中間輪９１の貫通孔９１ｃは、外輪９２及び内輪９３の貫通孔９２ｃ、９３ｂよりも小さな直径を有しており、軸部７６は中間輪９１に対して縦方向にのみ移動可能となっている。したがって、軸部７６に連結されたリテーナリング３は、横方向に移動することは実質的に許容されず、リテーナリング３の横方向（水平方向）の位置は球面軸受８５によって固定されている。
【0058】
球面軸受８５は、リテーナリング３の上下移動及び傾動を許容する一方で、リテーナリング３の横方向の移動（水平方向の移動）を制限する。ウェハＷの研磨中は、リテーナリング３はウェハＷと研磨パッド１９との摩擦に起因した横方向の力（ウェハＷの径方向外側に向かう力）をウェハＷから受ける。この横方向の力は球面軸受８５によって受けられる。このようにして、球面軸受８５は、ウェハＷの研磨中に、ウェハＷと研磨パッド１９との摩擦に起因してリテーナリング３がウェハＷから受ける横方向の力（ウェハＷの径方向外側に向かう力）を受けつつ、リテーナリング３の横方向の移動を制限する（即ち、リテーナリング３の水平方向の位置を固定する）支持機構として機能する。
【0059】
図５は、弾性膜１０がヘッド本体２に連結されている状態を示す概略断面図であり、図６は、図５に示す弾性膜１０の一部を示す拡大断面図である。弾性膜１０は、ウェハＷに当接する当接面としての円形の当接部１１と、当接部１１の外周端に垂直に立設された円環状の側壁１５と、当接部１１の上面に接続される複数の（図５では、５つの）隔壁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅと、側壁１５の内面に接続される隔壁１４ｆとを有している。隔壁１４ａ～１４ｆは、同心状に配置された環状の隔壁である。
【0060】
上述したように、これら６つの隔壁１４ａ～１４ｆによって、７つの圧力室（即ち、中央圧力室１６ａ、中間圧力室１６ｂ～１６ｅ、及びエッジ圧力室１６ｆ及び１６ｇ）が形成される。当接部１１はウェハＷの裏面、即ち研磨すべき表面とは反対側の面に接触し、ウェハＷを研磨パッド１９に対して押し付ける。
【0061】
エッジ圧力室１４ｇとエッジ圧力室１４ｆとは、概ね水平に延びる隔壁１４ｆによって仕切られている。隔壁１４ｆは側壁１５に接続されているので、エッジ圧力室１４ｇとエッジ圧力室１４ｆとの差圧は側壁１５を鉛直方向に押し下げる下向きの力を発生させる。つまり、エッジ圧力室１４ｇ内の圧力がエッジ圧力室１４ｆ内の圧力よりも大きいとき、エッジ圧力室１４ｇ，１４ｆ間の差圧によって下向きの力が側壁１５に発生し、側壁１５は当接部１１の周縁部を鉛直方向にウェハＷの裏面に押し付ける。結果として、当接部１１の周縁部がウェハエッジ部を研磨パッド１９に対して押し付ける。このように、側壁１５自体に下向きの力が鉛直方向に作用するので、当接部１１の周縁部はウェハＷのエッジ部の狭い領域を研磨パッド１９に対して押し付けることができる。したがって、ウェハＷのエッジ部のプロファイルを精密に制御することが可能となる。
【0062】
以下の説明では、隔壁１４ａ～１４ｆを区別する必要がない場合、及び隔壁１４ａ～１４ｆを総称する場合には、隔壁１４と表記する。また、圧力室１６ａ～１６ｇについても、これらを区別する必要がない場合、及びこれらを総称する場合には、圧力室１６と表記する。
【0063】
当接部１１の上面から延びる隔壁１４ａ～１４ｅにおいて、隔壁１４ｅは当接部１１の外周端部に接続され、隔壁１４ｄは隔壁１４ｅよりも径方向内側に配置され、隔壁１４ｃは隔壁１４ｄよりも径方向内側に配置され、隔壁１４ｂは隔壁１４ｃよりも径方向内側に配置され、隔壁１４ａは隔壁１４ｂよりも径方向内側に配置される。以下の説明では、隔壁１４ｆを第１隔壁１４ｆと称し、隔壁１４ｅを第２隔壁１４ｅと称し、隔壁１４ｄを第３隔壁１４ｄと称し、隔壁１４ｃを第４隔壁１４ｃと称し、隔壁１４ｂを第５隔壁１４ｂと称し、隔壁１４ａを第６隔壁１４ａと称する。当接部１１の上面から延びる隔壁１４ａ～１４ｅは、当接部１１の上面から上方に延びている。
【0064】
当接部１１には、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃとの間に形成された圧力室１６ｃに連通する複数の通孔１７が周方向に所定のピッチで形成されている。図５及び図６では、１つの通孔１７のみを示す。当接部１１にウェハＷが接触した状態で、複数の通孔１７が形成された中間圧力室１６ｃが減圧されると、ウェハＷが当接部１１の下面に保持される。すなわち、ウェハＷは真空吸引によって研磨ヘッド１に保持される。さらに、ウェハＷが研磨パッド１９から離れた状態で、複数の通孔１７が形成された中間圧力室１６ｃに流体を供給すると、ウェハＷが研磨ヘッド１からリリースされる。通孔１７は中間圧力室１６ｃの代わりに他の圧力室に形成してもよい。その際には、ウェハＷの真空吸引やリリースは通孔１７を形成した圧力室の圧力を制御することにより行う。
【0065】
本実施の形態では、当接部１１の上面から延びる隔壁１４ａ～１４ｅは、径方向内側に傾斜した傾斜隔壁として構成されており、いずれも直線状の形状（ストレート形状）を有する。以下では、傾斜隔壁である隔壁１４ａ～１４ｅの代表として、最も外側に位置する隔壁１４ｅの構成を説明する。
【0066】
傾斜隔壁である第２隔壁１４ｅは、当接部１１の外周端部から径方向内側の上方に向かって断面視で直線状に延びている。第２隔壁１４ｅは、当接部１１の上面から径方向内側かつ上方に直線状に延びる隔壁本体５５と、該隔壁本体５５の先端に形成された環状のシール突起５４とから構成される。本実施の形態では、シール突起５４は、円状の断面形状を有しており、隔壁本体５５は、シール突起５４の接線方向に延びている。
【0067】
第２隔壁１４ｅは、その下端部（基端部）から上端部までの全体において、径方向内側に所定の角度θで傾斜しつつ、上方に延びている。第２隔壁１４ｅの下端部は、当接部１１に接続され、第２隔壁１４ｅの上端部（即ち、シール突起５４）は、後述するヘッド本体２の連結リング２３ｄに接続される。
【0068】
底面に対する隔壁１４ｅの傾斜角度θは、好ましくは、２０°～７０°の範囲に設定される。傾斜角度θが２０°よりも小さいと、隣接する圧力室１６に供給される流体の圧力差が大きい場合に、隣接する隔壁１４どうしが接触するおそれがある。傾斜角度θが７０°よりも大きいと、隔壁１４によって、鉛直方向における弾性膜１０の伸縮（即ち、弾性膜１０の変形）が阻害されるおそれがある。この場合、弾性膜１０が圧力室１６に供給される流体の圧力に応じて適切に伸縮できないので、ウェハＷに加えられる押圧力をウェハＷの領域毎に調整することが困難になるおそれがある。
【0069】
図６に示すように、傾斜隔壁として構成された隔壁１４ａ～１４ｅは、互いに同一の形状を有しているので、隔壁１４ａ～１４ｅは互いに平行に延びている。より具体的には、隔壁１４ａ～１４ｅの隔壁本体５５は互いに平行である。図５に示すように、第６隔壁１４ａと第５隔壁１４ｂとの間に圧力室１６ｂが形成され、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃとの間に圧力室１６ｃが形成され、第４隔壁１４ｃと第３隔壁１４ｄとの間に圧力室１６ｄが形成され、第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅとの間に圧力室１６ｅが形成され、第２隔壁１４ｅと第１隔壁１４ｆとの間にエッジ圧力室１６ｆが形成される。
【0070】
さらに、図５及び図６に示す弾性膜１０において、傾斜隔壁として構成された隔壁１４ａ～１４ｅは互いに平行に延びている。すなわち、隔壁１４ａ～１４ｅの隔壁本体５５の傾斜角度θは同一である。この場合、隣接する隔壁１４を極めて狭い間隔で配置することができるので、圧力室１６の径方向の幅を極めて狭くすることができる。
【0071】
傾斜隔壁として構成された隔壁１４ａ～１４ｅが互いに接触しなければ、隔壁１４ａ～１４ｅは互いに略平行に延びてもよい。より具体的には、傾斜隔壁として構成された隔壁１４ａ～１４ｅの隔壁本体５５の傾斜角度θは互いにある程度異なっていてもよい。本明細書において、「略平行」との表現は、傾斜隔壁として構成された隔壁１４のうちの１つの隔壁１４の傾斜角度（説明の便宜上、この傾斜角度を基準傾斜角度θｓと称する）を基準としたときに、傾斜隔壁として構成された他の隔壁１４の傾斜角度θが基準傾斜角度θｓに対して±１０°の範囲内にあることを意味する（即ち、θｓ－１０≦θ≦θｓ＋１０）。例えば、隔壁１４ａの傾斜角度が４５°であり、かつ隔壁１４ａの傾斜角度を基準傾斜角度θｓとした場合に、隔壁１４ｂ～１４ｅの傾斜角度θは、隔壁１４ａの基準傾斜角度θ’（＝４５°）に対して±１０°の範囲（即ち、３５°～５５°）の範囲）にある。
【0072】
本実施の形態では、側壁１５は、当接部１１の外周端から垂直に延びる垂直部２２と、上端に形成された水平部２８と、垂直部２２の上端と水平部２８の外側端部との間に形成され、径方向内側に凸に屈曲する屈曲部２４とから構成されている。また、水平部２８の先端（内側端）にも隔壁１４ａ～１４ｆと同様に、シール突起５４が形成されている。
【0073】
第１隔壁１４ｆは、側壁１５の垂直部２２の上端部から径方向内側に向けて水平に延びている。隔壁１４ｆも、隔壁１４ａ～１４ｅと同様に、全体としてストレート形状を有し、直線状に延びる隔壁本体５５と、該隔壁本体５５の先端に形成された環状のシール突起５４とから構成される。ただし、隔壁１４ｆの隔壁本体５５は、側壁１５の内面から径方向内側に向けて水平に延びている。
【0074】
ここで、第１隔壁１４ｆと、側壁１５の垂直部２２と、第２隔壁１４ｅとで構成されるエッジ圧力室１６ｆについて、さらに説明する。第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅは、いずれも断面視で直線状の形状（ストレート形状）であり、隔壁本体５５にはその端部を除き屈曲している箇所や湾曲している箇所がない。また、側壁１５の垂直部２２も断面視で直線状の形状（ストレート形状）であって、垂直部２２には屈曲している箇所や湾曲している箇所がない。よって、第１隔壁１４ｆの延長線と、側壁１５の垂直部２２と、第２隔壁１４ｅの延長線とで断面視で三角形Ｔが構成される。この三角形Ｔの１つの頂点Ｃ１の径方向の位置は、弾性膜１０の当接部１１の外周端となっている。
【0075】
エッジ圧力室１６ｆにおいて、第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅとの間隔は、当接部１１の径方向内側から外側に向けて、徐々に広がっている。また、側壁１５の垂直部２２、即ち、少なくともエッジ圧力室１６ｆを構成する部分において、外周面には段差がなく平坦である。
【0076】
当接部１１の上面に形成されている隔壁１４ａ～１４ｅのうちの最も外側の隔壁である第２隔壁１４ｅは、当接部１１の外周端部に接続されている。本明細書において、「外周端部」の用語は、当接部１１の外周端を含み、そこから若干内側の部分も含む範囲を意味する。具体的には、図６のような断面視で、第２隔壁１４ｅの上面と当接部１１の上面とが交わる点と、側壁１５の内面と当接部１１の上面とが交わる点との間の距離（エッジ押圧幅）ｄが０～８ｍｍである場合に、第２隔壁１４ｅが当接部１１の外周端部に接続されている、ないし当接部１１の外周端部から延びているというものとする。なお、本実施の形態では、エッジ押圧幅ｄは、０．５～１．５ｍｍに設定する。
【0077】
なお、弾性膜１０は、その弾性によって、自律的に図５や図６に示す形状を維持できるわけではないが、本明細書において、弾性膜１０の形状を説明する場合には、ヘッド本体２に取り付けられて研磨に用いられる状態にあるときの形状をいうものとする。
【0078】
隔壁１４ａ～１４ｆ、側壁１５、及び当接部１１を有する弾性膜１０は、金型などを用いて一体的に成型することができる。
【0079】
上述したように、各圧力室１６ａ～１６ｆには、圧力調整装置６５からロータリジョイント８２を介して延びる流体ライン７３（図１及び図２参照）を通って流体がそれぞれ供給される。図５には、圧力調整装置６５から圧力室１６ｄに流体を供給するための流体ライン７３の一部のみが示されている。
【0080】
図５に示す流体ライン７３の一部は、スペーサ４２に形成された貫通孔７３ａと、キャリア４３に形成され、貫通孔７３ａと連通する貫通孔７３ｂと、後述する連結リング２３に形成され、貫通孔７３ｂに連通する貫通孔７３ｃとによって構成される。これら貫通孔７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、同一の直径を有している。連結リング２３に形成された貫通孔７３ｃの上端には、環状の凹部が形成されており、この凹部に、連結リング２３とキャリア４３との間の隙間をシールするシール部材（例えば、Ｏ－リング）７４が配置される。このシール部材７４によって、貫通孔７３ｂ、７３ｃを流れる流体が連結リング２３とキャリア４３との間の隙間から漏洩することが防止される。
【0081】
同様に、キャリア４３に形成された貫通孔７３ｂの上端には、環状の凹部が形成されており、この凹部に、キャリア４３とスペーサ４２との間の隙間をシールするシール部材（例えば、Ｏ－リング）４４が配置される。このシール部材４４によって、貫通孔７３ａ、７３ｂを流れる流体がスペーサ４２とキャリア４３との間の隙間から漏洩することが防止される。
【0082】
ヘッド本体２は、さらに、隔壁１４ａ～１４ｆ及び側壁１５が接続される複数の連結リング２３ａ～２３ｆを有する。連結リング２３ａは、第６隔壁１４ａと第５隔壁１４ｂとの間に配置され、以下の説明では第６連結リング２３ａと称する。連結リング２３ｂは、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃとの間に配置され、以下の説明では第５連結リング２３ｂと称する。連結リング２３ｃは、第４隔壁１４ｃと第３隔壁１４ｄとの間に配置され、以下の説明では第４連結リング２３ｃと称する。連結リング２３ｄは、第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅとの間に配置され、以下の説明では第３連結リング２３ｄと称する。
【0083】
連結リング２３ｅは、第２隔壁１４ｅと第１隔壁１４ｆとの間に配置され、以下の説明では第２連結リング２３ｅと称する。連結リング２３ｆは、第１隔壁１４ｆと側壁１５の屈曲部２４及び水平部２８との間に配置され、以下の説明では第１連結リング２３ｆと称する。このように、各連結リング２３ａ～２３ｅは、隣接する隔壁１４の間に配置される。
【0084】
本実施の形態では、第６隔壁１４ａも傾斜隔壁として構成されているので、ヘッド本体２は、該隔壁１４ａが連結される連結リング２３ｇを有している。以下の説明では、連結リング２３ｇを追加連結リング２３ｇと称する。
【0085】
第６連結リング２３ａ、第５連結リング２３ｂ、第４連結リング２３ｃ、第３連結リング２３ｄ、及び第２連結リング２３ｅ、及び第１連結リング２３ｆは、同様の構成をしている。以下では、第４連結リング２３ｃを代表例として詳細な構造を説明する。
【0086】
図７Ａは、第４連結リング２３ｃの断面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＡ線矢視図である。図７Ａでは、上記シール部材７４が仮想線（点線）で描かれている。第４連結リング２３ｃは、ヘッド本体２のキャリア４３に対して垂直に延びるリング垂直部５０と、該リング垂直部５０と、該リング垂直部５０から径方向外側に延びつつ下方に傾斜するリング傾斜部５１とを有する。弾性膜１０の当接部１１と平行である水平面Ｐに対するリング傾斜部５１の内周面５１ａの傾斜角度θ’は、傾斜隔壁として構成された第４隔壁１４ｃの傾斜角度θ（図６参照）よりも小さく、水平面Ｐに対するリング傾斜部５１の外周面５１ｂの傾斜角度θ’’は、傾斜隔壁として構成された第２隔壁１４ｅの傾斜角度θよりも大きい。
【0087】
リング傾斜部５１の外周面５１ｂは、リング傾斜部５１の内周面５１ａとリング傾斜部５１の先端５１ｃで接続される。したがって、リング傾斜部５１は、リング傾斜部５１の先端５１ｃに向かって徐々に細くなる断面形状を有している。内周面５１ａと外周面５１ｂとが接続されるリング傾斜部５１の先端５１ｃは、曲面からなる断面形状（例えば、半円状の断面形状）を有している。さらに、第４連結リング２３ｃは、第４連結リング２３ｃのリング傾斜部５１の内周面５１ａから外周面５１ｂまで伸びる貫通孔５１ｄを有している。さらに、リング傾斜部５１の外周面５１ｂには、該外周面５１ｂの全周にわたって延びる環状のシール溝５１ｅが形成されている。
【0088】
図７Ｂに示すように、第４連結リング２３ｃのリング傾斜部５１の内周面５１ａには、該内周面５１ａの周方向に延びる複数の横溝６３と、隣接する横溝６３を互いに連通させる複数の縦溝６４とが形成されている。本実施の形態では、流体ライン７３の貫通孔７３ｃは、リング傾斜部５１の内周面５１ａに形成された横溝６３に開口しており、貫通孔５１ｄは、流体ライン７３が開口する横溝６３とは異なる横溝６３に開口している。
【0089】
流体ライン７３の貫通孔７３ｃ及び貫通孔５１ｄは、リング傾斜部５１の内周面５１ａに形成された縦溝６４にそれぞれ開口してもよい。図示はしないが、第４連結リング２３ｃのリング傾斜部５１の外周面５１ｂには、該外周面５１ｂの周方向に延びる複数の横溝と、隣接する横溝を互いに連通させる複数の縦溝とが形成されている。貫通孔５１ｄは、リング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成された横溝又は縦溝に開口するのが好ましい。
【0090】
図６に示す隔壁１４のシール突起５４は、リング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成されたシール溝５１ｅに嵌め込まれる。弾性膜１０をヘッド本体２に連結するときに、シール突起５４は、該シール突起５４の径方向外側に位置する連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａによってシール溝５１ｅの底面に押圧される。例えば、第５隔壁１４ｂの先端に形成されたシール突起５４は、第６連結リング２３ａのリング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成されたシール溝５１ｅに嵌め込まれ、第５連結リング２３ｂのリング傾斜部５１の内周面５１ａによって、第６連結リング２３ａのシール溝５１ｅの底面に押圧される。
【0091】
これにより、第５隔壁１４ｂと、第６連結リング２３ａのリング傾斜部５１との間の隙間、及び第５隔壁１４ｂと、第５連結リング２３ｂのリング傾斜部５１の外周面５１ｂとの間の隙間がシールされる。このような構成で、各圧力室１６ａ～１６ｅに供給された流体が各圧力室１６ａ～１６ｅから漏洩することが防止される。このように、隔壁１４におけるシール突起５４は、ヘッド本体２と係合して隔壁１４をヘッド本体２に固定することにより、弾性膜１０をヘッド本体２に支持させるものであり、本発明の係合部に相当し、特に、第１隔壁ｆのシール突起５４は本発明の第１係合部に相当し、第２隔壁１４ｅのシール突起５４は本発明の第２係合部に相当する。
【0092】
図８に示すように、連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａに、シール溝５１ｅに嵌め込まれたシール突起５４に対向する環状の押圧突起５１ｆを形成してもよい。押圧突起５１ｆは、リング傾斜部５１の内周面５１ａの全周にわたって延びる。押圧突起５１ｆによって、シール突起５４をシール溝５１ｅの底面により強い押圧力で押圧することができる。その結果、各圧力室１６ａ～１６ｅに供給された流体が各圧力室１６ａ～１６ｅから漏洩することをより効果的に防止できる。
【0093】
図５に示すように、隔壁１４ａ～１４ｆは、それぞれ連結リング２３ａ～２３ｆとシール突起５４のみで接触する。すなわち、先端５１ｃに向かって徐々に細くなる断面形状を有するリング傾斜部５１と、シール突起５４以外の隔壁１４との間には隙間が形成される。この隙間によって、各圧力室１６ａ～１６ｆに加圧された流体を供給したときに、隔壁１４ａ～１４ｆが径方向に移動する（即ち、シール突起５４を支点として回動する）ことが許容される。その結果、各圧力室１６ａ～１６ｆに供給される流体の圧力に応じて、弾性膜１０を円滑に膨らませることができるので、研磨プロファイルを精密に調整できる。
【0094】
上述したように、各圧力室１６ａ～１６ｆに加圧された流体を供給すると、弾性膜１０が膨らみ、隔壁１４ａ～１４ｅと当接部１１との接続部分も径方向に移動する。しかしながら、隔壁１４ａ～１４ｅのシール突起５４以外の部分では、隔壁１４ａ～１４ｅと連結リング２３ａ～２３ｅとの間には上記隙間が形成されているので、隔壁１４ａ～１４ｅの径方向におけるある程度の移動は連結リング２３ａ～２３ｆによって妨害されない。したがって、各圧力室１６ａ～１６ｆに供給される流体の圧力に応じて、弾性膜１０を膨らませることができる。
【0095】
隣接する圧力室１６にそれぞれ供給される流体の圧力差がある場合は、これら圧力室１６を区画する隔壁が径方向に変形しようとする。しかしながら、連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａ又は外周面５１ｂによって、隔壁１４の径方向の変形が制限されるので、隔壁１４が当接部１１の上面と接触することが効果的に防止され、同時に、隣接する隔壁１４どうしが互いに接触することが効果的に防止される。本実施の形態では、連結リング２３のリング傾斜部５１の先端５１ｃは曲面からなる断面形状を有している。したがって、隔壁１４がリング傾斜部５１の先端５１ｃに接触したときにも、隔壁１４の損傷を防止できる。
【0096】
上述したように、連結リング２３は、リング傾斜部５１の内周面５１ａ及び外周面５１ｂに形成された横溝６３と縦溝６４と、内周面５１ａから外周面５１ｂまで延び、かつ横溝６３（又は縦溝６４）に開口する貫通孔５１ｄとを有している。さらに、各圧力室１６ａ～１６ｆに供給される流体が流れる流体ライン７３の貫通孔７３ｃ（図５参照）は、横溝６３に開口している。
【0097】
したがって、隣接する圧力室１６にそれぞれ供給される流体の圧力差によって、隔壁１４が連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａ及び／又は外周面５１ｂに接触しても、流体ライン７３を流れる流体をリング傾斜部５１に形成された横溝６３と縦溝６４、及び貫通孔５１ｄを介して圧力室１６に素早くかつ円滑に供給することができる。その結果、隔壁１４が連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａ及び／又は外周面５１ｂに接触している状態でも、流体ライン７３から供給される流体の圧力を当接部１１に速やかに作用させることができる。
【0098】
図５に示すように、リング傾斜部５１の先端５１ｃは、傾斜隔壁として構成された隔壁１４ａ～１４ｅの中間点ＣＰよりも下方に位置しているのが好ましい。図６に示すように、中間点ＣＰは、所定の傾斜角度θで上方に延びる隔壁１４ａ～１４ｅの中央に位置している。すなわち、隔壁１４ａ～１４ｅの中間点ＣＰと当接部１１の上面との間の距離Ｌ１は、中間点ＣＰと隔壁１４ａ～１４ｅの先端との間の距離Ｌ２と等しい。
【0099】
ウェハＷを弾性膜１０の基板保持面１０ａ（当接部１１の下面）に吸着させるために、圧力室（例えば、中間圧力室１６ｃ）に真空を形成すると、弾性膜１０はヘッド本体２に向かって変形する。弾性膜１０の変形量が大きいと、ウェハＷに発生する応力が増加して、ウェハＷ上に形成された電子回路が損傷したり、ウェハＷの割れが生じたりすることがある。本実施の形態では、リング傾斜部５１の先端５１ｃが隔壁１４ａ～１４ｅの中間点ＣＰよりも下方に位置しているので、当接部１１の上面とリング傾斜部５１の先端５１ｃとの間の距離が短い。
【0100】
したがって、ウェハＷを弾性膜１０の基板保持面１０ａ（図２参照）に吸着するときに、リング傾斜部５１の先端５１ｃに弾性膜１０が接触して、弾性膜１０の変形量を低減できる。その結果、ウェハＷに発生する応力を低減できる。さらに、リング傾斜部５１の先端５１ｃは、曲面からなる断面形状を有しているため、リング傾斜部５１の先端５１ｃに弾性膜１０が接触したときに、弾性膜１０の損傷を防止できる。
【0101】
本実施の形態によれば、隔壁１４ａ～１４ｅは、従来の隔壁に形成されていた水平部を有さないストレート形状の隔壁として形成される。さらに、これら隔壁１４ａ～１４ｅは、同一形状を有し、かつ互いに平行（又は略平行）に延びている。したがって、隣接する圧力室にそれぞれ供給される流体の圧力差が大きい場合でも、隔壁１４ａ～１４ｅは、当接部１１の上面に接触しない。
【0102】
さらに、隣接する隔壁が互いに接触することを防止できる。特に、隣接する隔壁１４の間には、隔壁１４が径方向内側又は外側に移動することを制限するリング傾斜部５１を備えた連結リング２３が設けられているので、隔壁１４と当接部１１の上面との接触及び隣接する隔壁１４どうしの接触を効果的に防止できる。その結果、研磨ヘッド（基板保持装置）１に保持されているウェハＷの研磨プロファイルを精密に調整できる。
【0103】
さらに、本実施の形態によれば、傾斜隔壁として構成されている隔壁１４ａ～１４ｅが互いに平行に延びているので、隣接する隔壁１４ａ～１４ｅの間の間隔を小さくできる。その結果、各圧力室１６ａ～１６ｅの径方向における幅を小さくすることができるので、研磨ヘッド（基板保持装置）１に保持されるウェハＷの研磨プロファイルを精密に調整できる。
【0104】
隔壁１４ａ～１４ｅを傾斜隔壁として構成すると、隣接する隔壁１４の間の間隔及び隔壁１４ｅと側壁１５の垂直部２２との間の間隔、各圧力室の径方向の幅は、ウェハＷの研磨プロファイルに応じて任意に設定できる。すなわち、隣接する隔壁１４の間隔を所望の間隔（例えば、極めて狭い間隔）に設定できる。複数の隔壁１４ａ～１４ｅのうちの隣接する少なくとも２つの隔壁を傾斜隔壁として構成してもよい。例えば、隔壁１４ｃ、隔壁１４ｄ、隔壁１４ｅを傾斜隔壁として構成してもよいし、側壁１５に隣接して配置されている２つの隔壁１４ｄ、１４ｅを傾斜隔壁として構成してもよい。
【0105】
連結リング２３は、複数の固定具によってキャリア４３に固定される。連結リング２３を固定釘によってキャリア４３に固定することにより、弾性膜１０がヘッド本体２に連結される。傾斜隔壁として構成された隣接する隔壁１４の間の間隔が小さい弾性膜１０をヘッド本体２に連結する場合には、ヘッド本体２の連結リング２３の径方向における幅も小さくなる。その結果、連結リング２３をキャリア４３に固定するための固定具を狭いスペースに配置しなければならない。さらに、連結リング２３をキャリア４３に固定するための固定具の数が多いと、メンテナンス時に、弾性膜１０をキャリア４３から着脱する作業量が増加してしまう。
【0106】
さらに、連結リング２３をヘッド本体２のキャリア４３に固定するための固定具を設置するスペースには制限がある。より具体的には、ヘッド本体２のキャリア４３には、流体を各圧力室１６ａ～１６ｆに供給する複数の流体ライン７３（図２参照）が貫通しており、固定具はこれら流体ライン７３に干渉しないように配置する必要がある。さらに、ヘッド本体２のキャリア４３には、スポーク７８が収容される複数の放射状の溝４３ａ（図３参照）が形成されており、固定具をこれら溝４３ａが形成されている位置に配置することができない。
【0107】
そこで、本実施の形態では、研磨ヘッド１は、傾斜隔壁として形成された隣接する２つの隔壁１４を３つないし４つの連結リング２３を介してヘッド本体２に同時に固定するための固定具７０を有する。以下、この固定具７０と、固定具７０を用いて弾性膜１０が接続された連結リング２３をヘッド本体２に固定する方法について説明する。
【0108】
図９Ａは、固定具７０の上面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＢ－Ｂ線断面図である。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、固定具７０は、円柱状の固定具本体７１と、固定具本体７１の外周面から外側に突出し、楕円形状を有する鍔７２とを備える。鍔７２は、２つの傾斜面７２ａ、７２ｂを有しており、これら傾斜面７２ａ、７２ｂは、それぞれ鍔７２の外周面まで延びている。傾斜面７２ａ、７２ｂを除いた鍔７２の鉛直方向の厚みは、連結リング２３のリング垂直部５０に形成された係合溝（後述する）と同一である。固定具本体７１の上面７１ａには、図示しない冶具（例えば、マイナスドライバ）の先端が係合可能な溝７１ｂが形成されている。溝７１ｂに冶具の先端を係合させ、さらに冶具を回転させることにより、固定具７０を回転させることができる。
【0109】
次に、図９Ａ及び図９Ｂに示す固定具７０を用いて、３つないし４つの連結リング２３を同時にヘッド本体２のキャリア４３に固定する方法について説明する。３つの連結リング２３をキャリア４３に固定すると、２つの隣接する隔壁１４が同時にヘッド本体２に連結される。以下の説明では、３つの連結リング２３のうちの径方向内側に位置する連結リング２３を内側連結リング２３と称することがあり、３つの連結リング２３のうちの径方向外側にあるリング２３を外側連結リング２３と称することがあり、内側連結リング２３と外側連結リング２３との間に位置する連結リング２３を中間連結リングと称することがある。また、傾斜隔壁として構成された隣接する２つの隔壁１４のうちの径方向内側に位置する隔壁１４を内側隔壁１４と称することがあり、傾斜隔壁として構成された隣接する２つの隔壁１４のうちの径方向外側に位置する隔壁１４を外側隔壁１４と称することがある。
【0110】
【0111】
図５に示す弾性膜１０では、第５隔壁１４ｂが内側隔壁１４であり、第４隔壁１４ｃが外側隔壁１４である。第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃに対して、第６連結リング２３ａは内側連結リング２３であり、第５連結リング２３ｂは中間連結リング２３であり、第４連結リング２３ｃは外側連結リング２３である。固定具７０によって連結リング２３ａ～２３ｃをキャリア４３に固定することにより、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃとがヘッド本体２に連結される。
【0112】
同様に、第３隔壁１４ｄは内側隔壁１４であり、第２隔壁１４ｅは外側隔壁１４である。第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅに対して、第４連結リング２３ｃは内側連結リング２３であり、第３連結リング２３ｄは中間連結リング２３であり、第２連結リング２３ｅは外側連結リング２３である。固定具７０によって連結リング２３ｃ～２３ｅをキャリア４３に固定することにより、第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅとがヘッド本体２に連結される。このように、第４連結リング２３ｃは、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃに対しては外側連結リング２３であり、第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅに対しては、内側連結リング２３である。
【0113】
図１０に示すように、ヘッド本体２のキャリア４３の上面４３ｃには、複数の固定具７０がそれぞれ挿入される複数の第１凹部４５が形成されている。各第１凹部４５は、キャリア４３の上面４３ｃからキャリア４３の下面４３ｄに向かって延びている。第１凹部４５は、該第１凹部４５に挿入される固定具７０の鍔７２が接触しないように、楕円形状の断面を有する。
【0114】
さらに、キャリア４３の下面４３ｄには、中間連結リング２３のリング垂直部５０が挿入される環状の第３凹部４７と、外側連結リング２３のリング垂直部５０が挿入される第２凹部４６及び第４凹部４８と、第１連結リング２３ｆ及び第２連結リング２３ｅの垂直部５０が挿入される第５凹部４９とが形成されている。第２凹部４６、第３凹部４７、第４凹部４８、及び第５凹部４９は、キャリア４３の全周に亘って延びており、かつキャリア４３の下面４３ｄから上面４３ｃに向かって延びている。
【0115】
第１凹部４５の径方向内側の内面には、内側開口９６が形成されており、第１凹部４５の径方向外側の内面には外側開口９７が形成されている。第１凹部４５は、内側開口９６を介して第２凹部４６と連通しており、かつ外側開口９７を介して第４凹部４８と連通している。第１凹部４５に挿入された固定具７０を回転させると、固定具７０の鍔７２が内側開口９６及び外側開口９７を通って、第２凹部４６及び第４凹部４８の内部に突出する。
【0116】
中間連結リング２３は、内側連結リング２３と外側連結リング２３に挟まれることで、該内側連結リング２３と外側連結リング２３に保持される。例えば、中間連結リング２３である第５連結リング２３ｂは、内側連結リング２３である第６連結リング２３ａと外側連結リング２３である第４連結リング２３ｃとに保持される。同様に、中間連結リング２３である第３連結リング２３ｄは、内側連結リング２３である第４連結リング２３ｃと外側連結リング２３であるである第２連結リング２３ｅとに保持される。
【0117】
本実施の形態では、中間連結リング２３は、その内周面から内側に突出する環状の突出部３０を有し、内側連結リング２３は、突出部３０が載置される環状の段差部３１を有する。さらに、外側連結リング２３は、その内周面から内側に突出する環状の突出部３３を有し、中間連結リング２３は、突出部３３が載置される環状の段差部３４を有する。第４連結リング２３ｃは、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃに対しては外側連結リング２３として機能し、第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅに対しては内側連結リング２３として機能するので、第４連結リング２３ｃは、環状の突出部３３と、環状の段差部３１とを有している。
【0118】
さらに、内側連結リング２３のリング垂直部５０には、固定具７０の鍔７２が係合可能な内側係合溝３６が形成されており、外側連結リング２３のリング垂直部５０には、固定具７０の鍔７２が係合可能な外側係合溝３７が形成されている。第４連結リング２３ｃは、第５隔壁１４ｂと第４隔壁１４ｃに対しては、外側連結リング２３として機能し、第３隔壁１４ｄと第２隔壁１４ｅに対しては内側連結リング２３として機能するので、第４連結リング２３ｃは、内側係合溝３６と外側係合溝３７とを有している。
【0119】
内側連結リング２３（例えば、第６連結リング２３ａ）のリング傾斜部５１の外周面に形成されたシール溝５１ｅに内側隔壁１４（例えば、第５隔壁１４ｂ）の先端に形成されたシール突起５４が嵌め込まれる。中間連結リング２３（例えば、第５連結リング２３ｂ）のリング傾斜部５１の外周面に形成されたシール溝５１ｅに外側隔壁１４（例えば、第４隔壁１４ｃ）の先端に形成されたシール突起５４が嵌め込まれる。さらに、中間連結リング２３の突出部３３を中間連結リング２３の段差部３４に載置させる。この状態が図１０に示されている。
【0120】
また、図１０に示すように、弾性膜１０の第６隔壁１４ａも傾斜隔壁として構成されている。第６隔壁１４ａは、追加連結リング２３ｇに接続され、該追加連結リング２３ｇをキャリア４３に固定することによりヘッド本体２に連結される。より具体的には、追加連結リング２３ｇは傾斜面５３を有しており、傾斜面５３には第６隔壁１４ａの先端に形成されたシール突起５４が嵌め込まれるシール溝５３ａが形成されている。第６隔壁１４ａは、該第６隔壁１４ａのシール突起５４が追加連結リング２３ｇのシール溝５３ａに嵌め込まれた状態で、第６連結リング２３ａと追加連結リング２３ｇとに挟まれ、これにより、第６隔壁１４ａが第６連結リング２３ａと追加連結リング２３ｇとに保持される。
【0121】
さらに、図１０に示すように、連結リング２３ｆは、その内周面から内側に突出する環状の突出部３５を有し、連結リング２３ｅは、突出部３５が載置される環状の段差部３８を有する。弾性膜１０の側壁１５は、水平部２８を有している。この水平部２８の先端には、シール突起５４が形成されており、第１連結リング２３ｆの外周面には、このシール突起５４が嵌め込まれるシール溝５１ｅが形成されている。弾性膜１０をヘッド本体２のキャリア４３に連結する際は、弾性膜１０の隔壁１４ｂ～１４ｅ及び側壁を連結リング２３ａ～２３ｆにあらかじめ保持させ、かつ隔壁１４ａを追加連結リング２３ｇにあらかじめ保持させる。
【0122】
次いで、図１１に示すように、弾性膜１０、連結リング２３ａ～２３ｆ及び追加連結リング２３ｇをキャリア４３に向かって移動させ、各連結リング２３ａ～２３ｆをキャリア４３の下面４３ｂに形成された凹部４６、４７、４８、４９（図１０参照）に挿入する。図１０に示すように、第４連結リング２３ｃが挿入される凹部は、第５隔壁１４ｂ及び第４隔壁１４ｃに対しては第４凹部４８である一方で、第３隔壁１４ｄ及び第２隔壁１４ｅに対しては第２凹部４６である。
【0123】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、固定具７０の鍔７２には、２つの傾斜面７２ａ、７２ｂが形成されている。傾斜面７２ａ、７２ｂは、それぞれ鍔７２の外周面まで延びている。この傾斜面７２ａ、７２ｂによって、鍔７２はスムーズに係合溝３６、３７に進入することができる。
【0124】
傾斜面７１ａ、７１ｂを除いた鍔７２の厚みは係合溝３６、３７の厚みと同一であるため、スムーズに係合溝３６、３７に進入した鍔７２は、係合溝３６、３７と強固に係合する。その結果、内側連結リング（例えば、第６連結リング２３ａ）、外側連結リング（例えば、第４連結リング２３ｃ）がキャリア４３に強固に固定される。このとき、内側連結リング２３と外側連結リング２３とに保持される中間連結リング２３（例えば第５連結リング２３ｂ）も内側連結リング２３と外側連結リング２３とに強固に連結される。
【0125】
同時に、内側隔壁（例えば、第５隔壁１４ｂ）のシール突起５４が内側連結リング２３のリング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成されたシール溝５１ｅに、中間連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａによって押し付けられ、外側隔壁（例えば、隔壁１４ｃ）のシール突起５４が中間連結リング２３のリング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成されたシール溝５１ｅに、外側連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａによって押し付けられる。
【0126】
これにより、内側隔壁１４と内側連結リング２３との間の隙間、及び内側隔壁１４と中間連結リング２３との間の隙間がシールされ、外側隔壁１４と中間連結リング２３との間の隙間、及び外側隔壁１４と外側連結リング２３との間の隙間がシールされる。図８を参照して説明されたように、連結リング２３のリング傾斜部５１の内周面５１ａに、シール突起５４をシール溝５１ｅに押圧する押圧突起５１ｆを形成してもよい。
【0127】
側壁１５のシール突起５４は、キャリア４３の下面４３ｄ（図１０参照）によって第１連結リング２３ｆのリング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成されたシール溝５１ｅに押し付けられ、これにより、側壁１５と第１連結リング２３ｆとの間の隙間、及び側壁１５とキャリア４３との間の隙間がシールされる。
【0128】
キャリア４３の下面４３ｄに、図８を参照して説明された環状の押圧突起５１ｆを配置してもよい。弾性膜１０をヘッド本体２に連結するときに、下面４３ｄに設けられた押圧突起５１ｆによって、側壁１５のシール突起５４が第１連結リング２３ｆのリング傾斜部５１の外周面５１ｂに形成されたシール溝５１ｅに強い押圧力で押圧される。
【0129】
本実施の形態では、追加連結リング２３ｇは、複数のねじ９４によってキャリア４３に固定される。キャリア４３には、ねじ９４が挿入される貫通孔４３ｆ（図１０参照）が形成されており、追加連結リング２３ｇには、その上面から下面に向かって延びるねじ孔５６が形成されている。ねじ９４を貫通孔４３ｆに挿入して、ねじ９４をねじ孔５６に螺合させることにより、追加連結リング２３ｇが強固にキャリア４３に固定される。
【0130】
このとき、第６隔壁１４ａのシール突起５４が追加連結リング２３ｇの傾斜面５３に形成されたシール溝５３ａに、第６連結リング２３ａのリング傾斜部５１の内周面５１ａによって押圧される。これにより、第６隔壁１４ａと追加連結リング２３ｇとの間の隙間、及び第６隔壁１４ａと第６連結リング２３ａとの間の隙間、及び第６隔壁１４ａと第６連結リング２３ａとの間の隙間がシールされる。
【0131】
図１４は、固定具７０の配置の一例を示した模式図である。図１４に示すように、第６連結リング２３ａ、第５連結リング２３ｂ、及び第４連結リング２３ｃは、第５連結リング２３ｂの周方向に沿って配置される複数の固定具７０によってキャリア４３に固定される。第４連結リング２３ｃ、第２連結リング２３ｄ、及び第２連結リング２３ｅは、第３連結リング２３ｄの周方向に沿って配置される複数の固定具７０によってキャリア４３に固定される。
【0132】
このように、上述した固定具７０を用いて３つないし４つの連結リング２３を同時にキャリア４３に固定すると、圧力室１６ａ～１６ｆの径方向における幅が小さい場合でも、弾性膜１０をヘッド本体２に連結することができる。さらに、固定具７０の数を減らすことができるので、弾性膜１０を着脱するときの作業量を減少できる。
【0133】
図１４に示すように、キャリア４３は、各圧力室１６ａ～１６ｆに流体を供給する流体ライン７３のための複数の貫通孔７３ａ、７３ｂを流れる流体が漏洩することを防止するシール部材４４（図５参照）が配置される。さらに、図３を参照して説明されたように、キャリア４３は、スポーク７８が収容される複数の放射状の溝４３が形成されている。
【0134】
本実施の形態のように、隣接する２つの隔壁１４をヘッド本体２に連結するために、固定具７０によって３つの連結リング２３をヘッド本体２のキャリア４３に固定すると、貫通孔７３ｂ及び溝４３ａとは異なる位置に、固定具７０を容易に配置させることができる。さらに、固定具７０の数を減らすことができるので、弾性膜１０の着脱が容易になる。
【0135】
上述した実施形態において、複数の隔壁１４のうちの少なくとも２つの隣接する隔壁が径方向内側に傾斜した傾斜隔壁として構成される。傾斜隔壁として構成された隔壁１４以外の隔壁１４の形状は任意である。例えば、隔壁１４ｄ、１４ｅを傾斜隔壁として構成し、隔壁１４ｄ、１４ｅ以外の隔壁１４ａ～１４ｃを、当接部１１から径方向内側に傾斜する傾斜部と、該傾斜部から水平に延びる水平部とを有する隔壁として構成してもよい。
【0136】
本実施の形態では、上述のように、弾性膜１０とヘッド本体２との間に形成される複数の圧力室のうちの最も外側にあるエッジ圧力室１６ｆについて、当該エッジ圧力室１６ｆを構成する隔壁である第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅとをストレート形状とし、かつ、当接部１１の径方向内側から外側に向けて、第１側壁１４ｆと第２側壁１４ｅとの間隔が徐々に広がるように構成した。エッジ圧力室１６ｆのこのような構成によって、種々の効果が得られる。
【0137】
図１５～２０は、エッジ圧力室１６ｆの上記構成による効果を説明するための模式図である。図１５Ｂに示す従来例のように、圧力室２１６ｆを構成する隔壁２１４ｆと２１４ｅとが平行して延びており、かつ、それらの間隔が狭いと、エッジ圧力室２１６ｅの圧力が圧力室２１６ｆの圧力より大きくなり、その差圧が大きいと、図１５Ｃに示すように、圧力室２１６ｅが膨らんで、隔壁２１４ｅが変形し、隔壁２１４ｅと隔壁２１４ｆとが接触してしまうおそれがある。
【0138】
図１５Ｃのように、隔壁２１４ｅと隔壁２１４ｆとが接触すると、接触部分より外側の圧力室２１６ｆの圧力を正確に制御することができず、よって、弾性膜１０によるウェハＷのエッジ部分への押圧力を正確に制御できなくなる。
【0139】
これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅとをストレート形状とし、かつ、当接部１１の径方向内側から外側に向けて、第１側壁１４ｆと第２側壁１４ｅとの間隔が徐々に広がるように構成されているので、図１５Ａに示すように、エッジ圧力室１６ｆの圧力が圧力室１６ｅの圧力より小さくなり、かつその差圧が大きくなっても、第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅとが接触しにくい。よって、エッジ圧力室１６ｆの圧力を精密に調整でき、ウェハＷのエッジ部分に対する押圧力も精密に調整できる。
【0140】
また、図１６Ｂに示す従来例のように、第２隔壁１１４ｅと当接部１１１の上面との接続箇所と当接部１１１の外周端との間の距離（エッジ押圧幅）が大きいと、図１６Ｃに示すように、弾性膜１０のエッジ部分において細かい範囲で押圧力を制御することができず、縁だれ等の問題が生じ得る。
【0141】
これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、図１６Ａに示すように、エッジ圧力室１６ｆを構成する下側の隔壁である隔壁１４ｅと当接部１１との接続箇所が当接部１１の外周端に近い箇所にあり、隔壁１４ｅが当接部１１の外周端部から延びているので、エッジ押圧幅は小さくなり、弾性膜１０のエッジ部分において細かい範囲で押圧力を制御できる。
【0142】
また、図１７Ｂに示す従来例のように、エッジ圧力室１１６ｆを構成する側壁１１５の部分が長いと、エッジ圧力室１１６ｆの圧力を上げたときに、図１７Ｃに示すように、エッジ圧力室１１６ｆにおいて側壁１１５が径方向外側に膨らんで、リテーナリング３に接触して、エッジ部分の押圧力が不安定となって、ウェハＷのエッジ部分における研磨レートが不安定になるおそれがある。
【0143】
これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、図１７Ａに示すように、ストレート形状の隔壁１４ｆが側壁１５に接続されているので、エッジ圧力室１６ｆの圧力が高くなっても、隔壁１４ｆが側壁１５の膨らみを抑えるので、側壁１５がリテーナリング３に接触しにくくなる。よって、本実施の形態の弾性膜１０では、エッジ部分の押圧力が安定し、ウェハＷのエッジ部分における研磨レートが安定する。
【0144】
なお、図２３や図２４に示す従来例でも本実施の形態の弾性膜１０の隔壁１４ｆに相当する隔壁１２０ｇが側壁１１０ｈに接続されているが、この隔壁１２０ｇは、ストレート形状ではなく屈曲しており、かつ、隔壁１２０ｆも屈曲しているので、エッジ圧力室１１６ｇの圧力が高くなることで、これらの屈曲部が伸びて平らになることで、側壁１１０ｈが径方向外側に膨らみ得る。
【0145】
これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、図１７Ａに示すように、側壁１５に接続される隔壁１４ｆがストレート形状であるので、この隔壁１４ｆは径方向外側に延びる余地は極めて小さく、側壁１５の膨らみを有効に抑制できる。
【0146】
また、図１８Ｂに示す従来例のように、当接部１１１の端部の断面が四角になっている場合には、図１８Ｃに示すように、エッジ圧力室１１６ｆの圧力による押圧力は、この四角の幅でウェハＷに与えられることになる。そうすると、エッジ部分において狭い範囲でウェハＷを押圧することができず、エッジ部分で押圧力の精密な調整ができない。
【0147】
これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、図１８Ａに示すように、隔壁１４ｅが当接部１１の外周端部に接続されているので、エッジ圧力室１６ｆによるエッジ押圧幅を小さくでき、エッジ部分で押圧力を精密に調整できる。
【0148】
また、図１９Ｂに示す従来例のように、側壁１１５に段差がある場合には、その段差にスラリＳが溜まりやすくなり、ディフェクトの原因となり得る。これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、図１９Ａに示すように、側壁１５の外周面が平坦であるので、スラリが溜まることはない。
【0149】
また、図２０Ｂに示す従来例のように、エッジ圧力室１１６ｆを構成する隔壁１１４ｅが屈曲しており、これによって、エッジ圧力室１１６ｆが屈曲していると、この曲がり角で圧力損失が生じ、このエッジ圧力室１１６ｆの端、即ち、当接部１１１の外周端部まで圧力が行き渡らず、エッジ部分における押圧力を精密に調整することが困難になる。
【0150】
これに対して、本実施の形態の弾性膜１０では、図２０Ａに示すように、エッジ圧力室１６ｆにとっての流体源である流体ライン７３がある径方向内側から、下流側である径方向外側に向けて、第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅとの間隔が徐々に広くなり、エッジ圧力室１６ｆが広くなっている。よって、流体の通り道を遮るものがなく、流体がエッジ圧力室１６ｆの全体に行き渡りやすく、エッジ部分で押圧力を精密に調整できる。
【0151】
次に、本実施の形態の弾性膜１０の変形例を説明する。図２１Ａは、第１の変形例に係る弾性膜の一部を示す拡大断面図である。上記の実施の形態では、エッジ圧力室１６ｆを構成する上側の隔壁１４ｆが側壁１５から水平に延びていたが、本変形例の弾性膜１０’では、隔壁１４ｆ’は、径方向外側から内側に向けて若干上向きに傾斜している。
【0152】
この変形例の構成によっても、第１隔壁１４ｆは、側壁１５から径方向内側に向かって延びるストレート形状とされ、第２隔壁１４ｅは、当接部１１の外周端部から径方向内側の上方に向かって延びるストレート形状とされ、第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅと側壁１５とでエッジ圧力室１６ｆが構成されるので、上記と同様の効果を得ることができる。なお、隔壁１４ｆは、隔壁１４ｅと平行ないしそれ以上になるまで、径方向内側にかけて上方に傾いていてもよい。
【0153】
図２１Ｂは、第２の変形例に係る弾性膜の一部を示す拡大断面図である。本変形例の弾性膜１０では、図２１Ａの構成に加えて、側壁１５’の内側に、側壁１５’の径方向外側への膨らみを抑制するためのブロック１５１が形成されている。側壁１５’の内側では、ブロック１５１が周方向に連続することで円環形状をなしていてもよいし、複数のブロック１５１が周方向に間隔を置いて設けられていてもよい。
【0154】
この変形例の構成によっても、第１隔壁１４ｆは、側壁１５から径方向内側に向かって延びるストレート形状とされ、第２隔壁１４ｅは、当接部１１の外周端部から径方向内側の上方に向かって延びるストレート形状とされ、第１隔壁１４ｆと第２隔壁１４ｅと側壁１５とでエッジ圧力室１６ｆが構成されるので、上記と同様の効果を得ることができる。
【0155】
なお、図２１Ａ及び図２１Ｂに示した弾性膜の第２隔壁１４ｅは、その基端部において垂直方向に屈曲して基端接続部１４１ｅが形成され、この基端接続部１４１ｅが当接部１１の上面に接続されている。この基端接続部１４１ｅの外周面と側壁１５の内周面との間の距離（上記のエッジ押圧幅ｄに相当する）は、１．５～８ｍｍ（好ましくは３～６ｍｍ）であってよい。
【0156】
このように第２隔壁１４ｅが当接部１１の外周端より距離ｄだけ内側の位置から形成されている場合も、そのような第２隔壁１４ｅは当接部１１の外周端部から延びる隔壁に該当する。また、基端接続部１４１ｅの長さＬは０．５～３．５ｍｍ（好ましくは、１～２．５ｍｍ程度）であってよい。このような基端接続部１４１ｅが形成された第２隔壁１４ｅであっても、隔壁本体５５の大部分は直線状に形成されており、直線状に延びる隔壁に該当する。
【0157】
図２２は、より明確な距離ｄ及び長さＬを有する例を第３の変形例として示す図である。図２２に示す変形例では、基端接続部１４１ｅの外周面と側壁１５の内周面との間の距離ｄは５ｍｍであり、基端接続部１４１ｅの長さＬは３ｍｍである。すなわち、この例では、当接部１１の外周端部のごくわずかな（５ｍｍ幅の）部分もエッジ圧力室１６ｆを構成している。
【0158】
ウェハＷに銅やタングステン等のメタル膜が形成されている場合には、膜付けされている範囲がウェハＷの外周から内側に入っており、ウェハＷの外周端部に膜が形成されていないことがある。このような場合には、ウェハＷの外周端よりも若干内側の部分、即ち膜の外周端部の研磨プロファイルを精密に制御する必要がある。
【0159】
上記のような変形例によれば、距離ｄをある程度確保することでウェハＷに形成された膜の外周端部の研磨プロセスを精密に制御できることになる。また、基端接続部１４１ｅを形成することで、第２隔壁１４ｅの基端接続部１４１ｅ以外の部分の位置及び姿勢を図６に示した上記の実施の形態の第２隔壁１４ｅと同様にすることができる。
【0160】
すなわち、図６の第２隔壁１４ｅをそのまま内側に平行移動させると、第２隔壁１４ｅと第３隔壁１４ｄとの間の距離が狭くなってしまうところ、第２隔壁１４ｅの基端部を屈曲させて基端接続部１４１ｅを形成することで、第２隔壁１４ｅと第３隔壁１４ｄとの間の距離を上記の実施の形態と同様に保ちつつ、エッジ押圧幅ｄを確保できる。なお、エッジ押圧幅ｄが８ｍｍ以下であり、かつ長さＬが３．５ｍｍ以下であれば、上記の実施の形態で説明した作用効果を十分に享受できる。
【0161】
上述した実施の形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施の形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になし得ることであり、本発明の技術的思想は他の実施の形態にも適用し得る。したがって、本発明は、記載された実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従って最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【0162】
１ 基板保持装置（研磨ヘッド）
２ ヘッド本体
３ リテーナリング
１０ 弾性膜（メンブレン）
１１ 当接部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 隔壁
１５ 側壁
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ 圧力室
１７ 通孔
１８ 研磨テーブル
１９ 研磨パッド
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ 連結リング
２５ 研磨液供給ノズル
２７ ヘッドシャフト
３２ 磁石
３４ 段差部
３６、３７ 係合溝
４０ 制御装置
４５ 第１凹部
４６ 第２凹部
４７ 第３凹部
４８ 第４凹部
４９ 第５凹部
５０ リング垂直部
５１ｅ シール溝
５４ シール突起
６０ リテーナリング押圧機構
６７１ タイミングプーリ
７０ 固定具
７１ 固定具本体
７２ 鍔
８１ 上下動機構
８２ ロータリジョイント
８５ 球面軸受
９４ ねじ
２ ヘッド本体
３ リテーナリング
１０ 弾性膜（メンブレン）
１１ 当接部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 隔壁
１５ 側壁
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ 圧力室
１７ 通孔
１８ 研磨テーブル
１９ 研磨パッド
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ 連結リング
２５ 研磨液供給ノズル
２７ ヘッドシャフト
３２ 磁石
３４ 段差部
３６、３７ 係合溝
４０ 制御装置
４５ 第１凹部
４６ 第２凹部
４７ 第３凹部
４８ 第４凹部
４９ 第５凹部
５０ リング垂直部
５１ｅ シール溝
５４ シール突起
６０ リテーナリング押圧機構
６７１ タイミングプーリ
７０ 固定具
７１ 固定具本体
７２ 鍔
８１ 上下動機構
８２ ロータリジョイント
８５ 球面軸受
９４ ねじ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】