JP2017064894A - 研磨ヘッド及び研磨処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲ等の向上を図ることができる研磨処理装置及びその構成装置を提供する。【解決手段】研磨ヘッド１３は、研磨処理の対象となるウェーハＷを、その被研磨面が研磨パッド１２に摺接するように保持するテンプレート１５、ウェーハＷを保持した状態の研磨ヘッド１３を水平に回転させる駆動機構を低位置に有する。また、駆動機構からの駆動力が伝達される回転駆動リング１３１、テンプレート１５と接続され、回転駆動リング１３１の外周を囲むように環状に形成されたトップリング１３２を有する。また、回転駆動リング１３１、トップリング１３２を連結して回転駆動リング１３１に伝達された駆動力をトップリング１３２に伝達するトルク伝達円板１３４を有する。トルク伝達円板１３４は、研磨面に近接する低位置で回転駆動リング１３１、トップリング１３２を連結する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハ又はガラス基板などの基板を研磨して平坦化するための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、ウェーハと称する場合もある）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（ＳｉＯ_２）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。

このような研磨処理装置では、基板の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。

基板表面の平坦度合の評価指標（フラットネス評価指標）として、ＧＢＩＲ（Global
Backsurface-referenced Ideal plane/Range）、ＳＦＱＲ（Site Frontsurface referenced least sQuares/Range）などがある。ＧＢＩＲは、裏面基準のグローバルフラットネス指標であり、周縁部を除いて画定される全ウェーハ表面に関する平坦性の評価に使用される。

ＧＢＩＲは、半導体ウェーハの裏面を基準面とした場合、この基準面に対する半導体ウェーハの表面の最大、最小の厚さ偏差の幅と定義される。ＳＦＱＲは、表面基準のサイトフラットネス指標であり、各サイト毎に評価される。ＳＦＱＲは、半導体ウェーハ表面上に任意の寸法（例えば２４［ｍｍ］×８［ｍｍ］）のセルを決め、このセル表面について最小２乗法により求めた面を基準面としたときの、この基準面からの正および負の偏差の範囲と定義される。また、ＳＦＱＲｍａｘの値は所与のウェーハ上の各サイト中のＳＦＱＲの最大値を表す。近年、これらのフラットネス評価指標で数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。

例えば、特許文献１に開示されたテンプレート押圧ウェーハ研磨方式では、テンプレートに形成された嵌合用凹部の内径を、圧力エア層におけるエアシールの内径よりも小径としたことで、これに嵌合したウェーハには、その全面に少なくとも圧力エア層からの押圧力が均一にかかって外周部を含むウェーハの全面を均一に加圧することができる。また、研磨時にはテンプレートの外側面の部分でリテーナの内周面に接触し、接触面積が拡大されていることで、リテーナの内周面に衝突するように接触する際のウェーハに発生する応力が小さくなって、上記ウェーハ全面の均一加圧とあいまって、研磨時におけるウェーハの変形、特に外周部の傾動変形を抑制することができる、というものである。

特開２０１１−２５５４６４７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたテンプレート押圧ウェーハ研磨方式では、被研磨面での特定部分におけるＧＢＩＲ、ＳＦＱＲ等の向上が十分に図れない、という課題が残る。以下、この点について説明する。

ここで、本発明者が従来の加工法でのウェーハ端面部のＲＲ（Removal Rate：研磨速度）プロファイルが３つの要素から構成されていることを解明した点について説明する。
図１２は、ウェーハ端部のＲＲプロファイルの構成要因を説明するための図である。図１２では縦軸をＲＲとし、横軸をウェーハ中心からの距離とする。また、図１２に示す実線曲線は、ＲＲプロファイルを表している。

図１２に示す曲線（１）は、研磨ヘッドの傾動現象を要因とするウェーハ端面の持ち上げによるＲＲの低下現象を表している。ここでは、ウェーハがリテーナに大きな力で押圧して持ち上げられるため有効研磨圧力がウェーハ中央部と比較して小さくなり、ＲＲが大きく減少する。詳細は後述する。
また、図１２に示す曲線（２）は、ウェーハに作用する水平擦過力によって当該ウェーハに座屈変形が生じることを表している。この場合、座屈変形の凸面部でＲＲの増大が生じている。また、図１２に示す曲線（３）は、ウェーハ最外周部の数ミリ範囲の領域においてヘルツ応力が生じることを表している。この場合、非常に大きなＲＲの増大が生じている。これらの曲線（１）＋（２）＋（３）を半径位置で合算したものがＲＲプロファイルを表す実線曲線となる。

図１３は、研磨ヘッドの傾動現象によるモーメント作用を説明するための図である。なお、図１３上側が概略縦断面図であり、下側が概略上面図である。この構成において、研磨テーブルの回転によりリテーナ右断面図の内径部には水平ベクトル：Ｆｗが作用し、リテーナ左断面図の外径部にはベクトル：Ｆｒが作用する。その結果、トップリングとテンプレートの一体リングである研磨ヘッドは、左右の回転モーメントの不均衡により図１３に示すように傾動状態になってしまう。

また、図１４は、図１３で説明した傾動現象をモデル化した説明図である。ＣｏＦ（ｂｗ）はバッキングとウェーハ間の摩擦係数 ＣｏＦ（ｗｐ）はウェーハとパッド（研磨パッド）間の摩擦係数を表している。ここでは、ウェーハ径：Ｄ＝φ３００、研磨圧力：ｐ=１０［ｋＰａ］、 ｗｐ＝０．６、ｂｗ＝０．５の場合、水平擦過力：Ｆｗ=７００［Ｎ］であるとする。
図１４に示すモデルでは、摩擦係数がＣｏＦ（ｗｐ）＞ＣｏＦ（ｂｗ）の関係になり、そのためウェーハ端部はリテーナの内壁にＦｗ=７００［Ｎ］の大きな力で強く当接する。この場合、図１４に示すように、研磨ヘッドの傾動に伴いウェーハの右端部はリテーナによって持ち上げられることになる。

また、図１５は、図１４の傾動現象モデルにおいてウェーハ半径：ｒ＝１５０［ｍｍ］、研磨圧力：Ｐ＝１０［ｋＰａ］、研磨パッド弾性率：Ｅ＝８．８［ＭＰａ］、 持ち上げ力：Ｆｈ＝７［Ｎ］の場合のＦＥＭ解析例を示す図である。
図１５に示すようにウェーハ半径：ｒ＝１２０［ｍｍ］より外周部にかけての変形が顕著であり、最大変形量：δ＝約８［μｍ］であることが見て取れる。この解析例は、ウェーハ上面部に均等面圧：Ｐが負荷されているが、下面部の端部では研磨圧力が減少し、ＲＲが低下する事が理解できる。

本願発明者は、この解析によりウェーハ外周端部３０［ｍｍ］の領域においては、ウェーハの持ち上げ作用により、ウェーハ半径の２乗に比例してＲＲロスが生じていることを解明した。このような点から、特許文献１に開示されたテンプレート押圧ウェーハ研磨方式では、テンプレート内径の大径化によって傾動の影響力は小さくなっているが、上述（図１２中の曲線（２））のウェーハ座屈の防止策が不備であるため、被研磨面での特定部分におけるＧＢＩＲ、ＳＦＱＲ等の向上が十分に図れないことになる。

本発明は、基板表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲ等の向上を図ることができる研磨処理装置及びその構成装置を提供することを、主たる課題とする。

上記課題を解決する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、研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、前記駆動機構からの駆動力が伝達される第１の駆動部材と、前記保持機構と接続され、前記第１の駆動部材の外周を囲むように環状に形成された第２の駆動部材と、前記第１、第２の駆動部材を連結して当該第１の駆動部材に伝達された駆動力を当該第２の駆動部材に伝達する伝達部材と、を有し、前記伝達部材は、研磨面に近接する低位置で前記第１、第２の駆動部材を連結することを特徴とする。

また、本発明の研磨処理装置は、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、前記研磨ヘッド及び前記研磨テーブルを水平に回転させる駆動機構とを有し、前記研磨ヘッドは、
研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、前記駆動機構からの駆動力が伝達される第１の駆動部材と、前記保持機構と接続され、前記第１の駆動部材の外周を囲むように環状に形成された第２の駆動部材と、前記第１、第２の駆動部材を連結して当該第１の駆動部材に伝達された駆動力を当該第２の駆動部材に伝達する伝達部材と、を有し、前記伝達部材は、研磨面に近接する低位置で前記第１、第２の駆動部材を連結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、研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、前記保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から研磨面の方向に押圧する押圧機構と、前記押圧機構による押圧力に応じて、前記保持機構に保持された前記基板の背面側を吸引して当該保持機構と当該基板との間に生じる摩擦力を調整する調整手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の研磨処理装置は、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、前記研磨ヘッド及び前記研磨テーブルを水平に回転させる駆動機構とを有し、前記研磨ヘッドは、研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、前記保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から研磨面の方向に押圧する押圧機構と、前記押圧機構による押圧力に応じて、前記保持機構に保持された前記基板の背面側を吸引して当該保持機構と当該基板との間に生じる摩擦力を調整する調整手段と、を有することを特徴とする。

本発明の研磨ヘッドによれば、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ＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの更なる向上を図ることができる。

（ａ）、（ｂ）は、傾動補正の概念モデルの一例を示す図。 （ａ）〜（ｄ）は、バッキングの摩擦係数と研磨パッドの摩擦係数の大小関係がウェーハの座屈現象に及ぼす影響を説明するための図。 第１実施形態に係る研磨処理装置の概略構成図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、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。 第２の補正圧力に係る機構の構成の一例を説明するための図。 （ａ）、（ｂ）は、研磨ヘッド１３に用いるウェーハ保持の滑り止め材の形状の一例を説明するための図。 （ａ）〜（ｄ）は、研磨処理装置１による研磨処理で、サイト精度の歩留りが大きく向上することを説明するための図。 研磨処理方法を実行する際の制御部による主要な制御手順の説明図。 （ａ）、（ｂ）は、研磨処理装置による基板の厚み検出を説明するための図。 第２実施形態に係る研磨処理装置の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。 図１０に示すＤ領域を模式的に示した部分拡大図。 ウェーハ端部のＲＲプロファイルの構成要因を説明するための図。 研磨ヘッドの傾動現象におけるモーメント作用を説明するための概略縦断面図。 図１１で説明した傾動現象をモデル化した説明図。 図１４の傾動現象モデルにおけるＦＥＭ解析例を示す図。

［第１実施形態］
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）を研磨処理対象とする。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。

図１は、研磨ヘッドの傾動現象（傾動動作）に対処するための傾動補正の概念モデルの一例を示す図であり、研磨ヘッドのトップリングの外周部に円環を取り付け、ローラを介して荷重ＷでＣＷモーメントを付加している。図１（ａ）は、傾動挙動実験の実験装置の一例を示す図であり、図１（ｂ）は、ウェーハ径：Ｄ＝φ３００、研磨圧力：Ｐ＝６［ｋＰａ］、傾動補正荷重：Ｗ=０［Ｎ］及び１８［Ｎ］、プラテン及び研磨ヘッドの回転数：Ｎ＝４０［ｍｉｎ^−１］での実験において傾動補正の有無によるＧＢＩＲ曲線の違いを説明するための図である。

図１（ａ）に示す実験装置は、研磨パッド方向に向けて研磨ヘッドの右端部に荷重を付与してトップリングに作用する左右モーメントＣＷとＣＣＷを均等にし、傾動補正を行うローラ式押圧機構を有する。このローラ式押圧機構を制御して研磨ヘッドの傾動補正を行った場合のウェーハのＧＢＩＲ表面計測結果が図１（ｂ）に示す曲線Ｂである。図１（ｂ）に示す曲線Ｂでは、ウェーハの座屈変形のみが発生していることが見て取れる。なお、図１（ｂ）に示す曲線Ａは、傾動補正を行わなかった場合の計測結果であり、傾動ＲＲロスとウェーハ座屈変形が混在していることが見て取れる。この計測例では、本発明者による既出の特許出願によりヘルツ応力成分については対策済みである。座屈変形については次に説明する。
このように、本実施形態に係る研磨処理装置では、従来技術では対処することができなかった研磨ヘッドの傾動によるＲＲロスを抑制することを特徴の一つとする。

図２は、研磨ヘッドのバッキング（Backing film）の摩擦係数：ＣｏＦ（ｂｗ）と研磨パッドの摩擦係数：ＣｏＦ（ｗｐ）の大小関係がウェーハの座屈現象に及ぼす影響を説明するための図である。なお、ウェーハ径はＤ＝φ３００［ｍｍ］であるとして説明を進める。
図２（ａ）は、バッキングの摩擦係数：ＣｏＦ（ｂｗ）＞研磨パッドの摩擦係数：ＣｏＦ（ｗｐ）を満たすバッキングを用いた場合のウェーハ表面の応力状態を表した応力想定図である。なおこの例では、高い摩擦係数（摩擦係数：ＣｏＦ（ｂｗ）＞１．０）を有する強摩擦バッキング材（強摩擦滑り止め材）の一例としてスポンジ体のＤｅｒｓｂｏｎｄ（ダースボンド：登録商標）を用いている。なお、この場合の強摩擦滑り止め材の外径は、前述（図１２中の曲線（３））のヘルツ応力によるＲＲの増大化対策としてφ２９８［ｍｍ］を採用している。

図２（ａ）に示すように、ウェーハはプラテン（研磨テーブル）の右回転によって右方向へ移動しようとするが、ダースボンドとウェーハ間にスリップ（滑り）が生じない。そのため、ウェーハ中心より左部では、スポンジ体がウェーハを引っ張り、ウェーハ表面に引張応力（＋σ）が生じる。また、ウェーハ中心より右部ではウェーハがスポンジ体を引っ張り、ウェーハ表面に圧縮応力（−σ）が生じる。この表面圧縮応力（−σ）によって座屈変形が生じる。
従来、このように構成した場合には、リテーナ内径がウェーハ径よりも少しだけ大きいため、ウェーハがリテーナに接触せず、ウェーハの座屈変形が生じないと考えられていた。しかし、本願発明者はこのような表面応力の場合であってもウェーハ右部において座屈変形が生じることを観察した。この右部での座屈変形は、ウェーハが回転しているため、ＧＢＩＲ曲線では後に説明する図２（ｄ）に示すグラフのように軸対称形となる。

一般的に座屈強度は対象物が小径ほど大きくなるため、座屈変形を小さくするには荷重作用半径を小さくする方策が有効である。図２（ｂ）は、荷重作用範囲を約１／２（強摩擦滑り止め材の直径：φ１６０）にした場合の表面応力状態を表した応力想定図である。
本願発明者は、このように構成した場合にはウェーハ外端部における座屈変形を小さくすることができるが、ウェーハ中心に近い領域においては小さな「二次モードうねり（座屈）」が発生することを観察した。なお、図２（ａ）、（ｂ）それぞれのウェーハのＧＢＩＲの測定結果を比較したグラフＤ１、Ｄ２を図２（ｄ）に示す。詳細は後述する。

図２（ｃ）はウェーハとバッキングがスリップする従来タイプであり、バッキングの摩擦係数：ＣｏＦ（ｂｗ）＜研磨パッドの摩擦係数：ＣｏＦ（ｗｐ）でのウェーハ表面の応力状態を表した応力想定図である。図２（ｃ）では、ウェーハ右端部がリテーナに押しつけられて座屈変形する事を説明している。これは、ウェーハ中心より左部では、ウェーハ表面に図２（ａ）よりも小さな引張応力（＋σ）が生じ、ウェーハ中心より右部ではリテーナ反力がウェーハ外端部に作用するため、強い圧縮応力（−σ）で大きな座屈変形が生じる事を表している。

図２（ｄ）に示すグラフＤ１、Ｄ２は、研磨圧力：Ｐを一定として強摩擦バッキング材の外径：Ｄを変化させた場合のＧＢＩＲ実験結果である。なお、実験条件は以下に示す通りである。

（Ｄ１）Ｄ=φ２９８、Ｐ＝６０［ｇｆ／ｃｍ＾２］、傾動補正荷重：Ｒｗ=１８［Ｎ］
（Ｄ２）Ｄ=φ１６０、Ｐ＝６０〔ｇｆ／ｃｍ＾２〕、傾動補正荷重：Ｒｗ=２１［Ｎ］

この結果、グラフＤ１ではＧＢＩＲｍａｘ＝９５［ｎｍ］、グラフＤ２ではＧＢＩＲｍａｘ＝３０［ｎｍ］となり、傾動防止対策と強摩擦の小径バッキングを用いたグラフＤ２の条件において、ＧＢＩＲの改善目標を達成することができた。

図３は、本実施形態に係る研磨処理装置１の概略構成図である。研磨処理装置１は、研磨テーブル１１を有し、この研磨テーブル１１の表面部に研磨パッド１２が接着されている。研磨処理装置１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１２に押圧する研磨ヘッド１３、研磨液を研磨パッド１２に向けて供給するためのノズルＮ、研磨テーブル１１及び研磨ヘッド１３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１２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１２と研磨ヘッド１３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１２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１３は、ウェーハＷを、その被研磨面が研磨パッド１２に摺接するように保持する保持機構と、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１２の方向に押圧する押圧機構とを主として備えている。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１１に伝達される。これにより研磨テーブル１１が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
研磨ヘッド１３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１３が水平に回転し、あるいは回転を停止する。

研磨テーブル１１の回転方向と研磨ヘッド１３の回転方向は同方向であることが一般的である。これは、逆方向とすると不均一研磨となるおそれがあるためである。研磨テーブル１１の回転方向と研磨ヘッド１３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１１及び研磨ヘッド１３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１１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。

［研磨ヘッド及びその周辺構成］
次に、研磨処理装置１が備える研磨ヘッド１３及びその周辺構成について、詳しく説明する。図４は、研磨ヘッド１３及びその周辺構成の一例を説明するための図である。
なお、以下の説明においては、ウェーハ表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの更なる向上を図るために研磨処理装置１が制御する補正圧力のうち、研磨ヘッドの傾動角補正に係る補正圧力を第１の補正圧力と称し、ウェーハの変形補正に係る補正圧力を第２の補正圧力と称する場合がある。

図４（ａ）は、研磨ヘッド１３の一例を示す概略縦断面である。図４（ａ）に示す研磨ヘッド１３は、大別して、ウェーハＷに押圧力（加工圧力）を付与する押圧機構として機能するヘッドトップ１０、及び、トルク伝達機構と、当該ウェーハＷを保持する保持機構として機能するテンプレート１５とを有する。主たる構成の特徴としては、研磨ヘッド主軸からトップリングへの駆動には、ドライブプレート（後述するトルク伝達円板１３４）を使用しており、このドライブプレートは研磨ヘッドの傾動を低減するため低駆動位置に設置される。
また、ウェーハを保持するテンプレート１５は、高い摩擦係数（強摩擦係数）のシート（滑り止め材）とこれよりも低い摩擦係数（低摩擦係数）のシートを含んでおり、研磨処理時の研磨テーブル１１の回転水平力によるウェーハの外方への飛び出しを防ぐ。
また、図４（ｂ）は、後述する内側バネ円板１３７、外側バネ円板１３９の部分上面図である。図４（ｃ）は、後述する静圧荷重セル１４１を説明するための部分底面図である。以下、各構成について詳細に説明する。

ヘッドトップ１０は、回転駆動リング１３１、トップリング１３２、ゴムメンブレン１３３、トルク伝達円板１３４、バネ円板固定リング１３５、外側荷重リング１３６、内側バネ円板１３７、内側スポンジ円板１３８、外側バネ円板１３９、外側スポンジ円板１４０、静圧荷重セル１４１、リング形状に形成されたエアバッグ（圧力室、あるいは押圧体と称す）Ｐ´２、Ｐ´３を含んで構成される。
テンプレート１５は、リテーナリング１５１、バッキング１５２、強摩擦係数の円形シート１５３、強摩擦係数の円形シート１５３よりも低摩擦係数の中空円板シート１５４を含んで構成される。

また、研磨ヘッド１３は、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプＰ２を介してエアバッグＰ´２へ、エアパイプＰ３を介してエアバッグＰ´３へ向けそれぞれ個別に圧力流体（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。各エアバッグそれぞれに個別に圧力流体が封入されて膨張することにより、封入された圧力流体の量に応じて、後述する機構によりウェーハＷを修正押圧するための加工圧力等を発生させる。なお、圧力流体の供給又は供給した圧力流体の回収などの制御は流体供給機構を介して制御部２０により行われる。

流体供給機構は、また、静圧荷重セル１４１に対してもエアパイプＰ４を介して圧力流体を供給して静圧軸受が構成される。また、エアパイプＰ１を介して圧力流体を供給し、研磨圧力及びウェーハの着脱流体圧を発生させる。なお、供給した圧力流体を回収可能に構成される。詳細は後述する。

［押圧機構］
押圧機構は、ヘッドトップ１０を含んで構成される。回転駆動リング１３１は、円板状に形成され、図示しない駆動機構と連結される。回転駆動リング１３１は、第１の駆動部材として機能する。
トップリング１３２は、図４（ａ）に示すように、回転駆動リング１３１の外周を囲むサイズに形成されたリングである。トップリング１３２は、トルク伝達円板１３４、シールリング１４３を介して回転駆動リング１３１に連結される。トップリング１３２は、第２の駆動部材として機能する。なお、図４（ａ）に示すように、回転駆動リング１３１とトップリング１３２は、トルク伝達円板１３４により研磨面に近接する位置で連結される。

ゴムメンブレン１３３は、トップリング１３２の外周面に嵌装できる内径サイズで略筒状（鍋型）に形成された弾性筒状体である。ゴムメンブレン１３３は、また、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、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。なお、ゴムメンブレン１３３は、その内周面がトップリング１３２の外周面と接着されており、これにより当該トップリング１３２に保持される。

トルク伝達円板１３４は、ダイヤフラム挙動の円板状に形成されており、図４（ａ）に示すように回転駆動リング１３１、トップリング１３２を研磨面に近接する位置で連結する。トルク伝達円板１３４は、回転駆動リング１３１からの回転駆動力をトップリング１３２に伝達する。トルク伝達円板１３４は、第１、第２の駆動部材を連結して当該第１の駆動部材に伝達された駆動力を当該第２の駆動部材に伝達する伝達部材として機能する。また、研磨ヘッドの傾動現象の発生を抑制するためには研磨パッド面との距離を小さくする事が理想的であり、トルク伝達円板１３４は、図４（ａ）に示すように、その中心付近の部位が回転駆動リング１３１の中心近傍の底面側部位に接続されており、その外端部がトップリング１３２の内壁側に接続される。このようにトルク伝達円板１３４は、研磨面に近接する低位置で前記第１、第２の駆動部材を連結し、低傾動角駆動と軸方向の微小変位運動に対応可能なダイヤフラム挙動を実現するための機構として機能する。

バネ円板固定リング１３５は、内側バネ円板１３７、外側バネ円板１３９を保持する。具体的には、バネ円板固定リング１３５は、内側バネ円板１３７の外周部と外側バネ円板１３９の内周部と接続される。

内側バネ円板１３７は、その中心に孔部が形成された円形の板バネ（第１の弾性体）であり、図４（ｂ）に示すようなスリットが中心部に向かって放射状に形成されている。なお、エアパイプＰ１からの圧力流体は、この孔部を通過してゴムメンブレン１３３に供給される。
また、エアバッグＰ´２は、本機構においては図４（ｂ）に示すように、内側バネ円板１３７の内端部を押圧して板バネを変形させる。例えば、ＧＢＩＲパターンの中心部が凸型の場合、内側バネ円板１３７を介して図示の内側圧力パターンに応じた補正圧力（第２の補正圧力）をウェーハＷに作用させる。その際、内側スポンジ円板１３８は、内側バネ円板１３の変形に応じたスポンジの低弾性変形で補正圧力パターンを形成する。
このようして本機構による補正圧力（エアバッグＰ´２を介した第２の補正圧力）は、エアバッグＰ´２、内側バネ円板１３７、内側スポンジ円板１３８を介してウェーハ中心付近の背面側（背面側中心部位）に付与される。

外側バネ円板１３９は、環状に形成された板バネ（第２の弾性体）であり、図４（ｂ）に示すようなスリットが外端に向けて放射状に形成されている。また、エアバッグＰ´３は、本機構においては図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す外側荷重リング１３６を介して外側バネ円板１３９の外端部を押圧して板バネを変形させる。例えば、ＧＢＩＲパターンの外周部が凸型の場合、外側バネ円板１３９を介して図示の外側圧力パターンに応じた補正圧力（第２の補正圧力）をウェーハＷに作用させる。その際、外側スポンジ円板１４０は、外側バネ円板１３９の変形に応じたスポンジの低弾性変形で補正圧力パターンを形成する
このようして本機構による補正圧力（エアバッグＰ´３を介した第２の補正圧力）は、エアバッグＰ´３、外側荷重リング１３６、外側バネ円板１３９、外側スポンジ円板１４０を介してウェーハ外端付近の背面側（背面側外端部位）に付与される。

静圧荷重セル１４１は、回転駆動リング１３１に接続されており、エアパイプＰ４から圧力流体の供給を受けて、これにより生じる補正圧力（第１の補正圧力）をトップリング１３２の上面に付与する静圧軸受である。このように本実施形態に係る研磨ヘッド１３では、静圧軸受方式の荷重により傾動モーメントの左右バランスを調整し、傾動補正を行う。なお、ＣＭＰは非線形・非定常挙動を示すため、補正圧力は前回作業でのＧＢＩＲパターンを参考値とする逐次制御方式を採用する。このように、静圧荷重セル１４１は、研磨ヘッドの傾動角補正機構として機能する。

研磨ヘッド１３には、図４（ａ）に示すように、回転駆動リング１３１、トップリング１３２、ゴムメンブレン１３３、シールリング１４３を介して囲まれた密封状態の内部空間が形成される。例えば、この内部空間の気体をエアパイプＰ１を介して吸引することにより当該内部空間が負圧化される。これに伴いゴムメンブレン１３３が中凹形に変形するが、同時にウェーハＷも吸着変形する。また、前述した流体供給機構に連接されたエアパイプを介して圧力流体（例えば、圧縮空気）が供給された場合、ゴムメンブレン１３３に凸型撓みが生じる。そして、撓みが生じたゴムメンブレン１３３とウェーハＷの背面との間には隙間が生じるため、研磨ヘッド１３に保持されたウェーハＷの保持状態の解除をスムーズに行うことができる。

なお、図４では傾動補正のための押圧機構として圧力流体を用いた機構（エア荷重）を例に挙げて説明したが、これ以外にも例えば、押圧機構として図２で示した押圧ローラを用いた構成を採用することもできる。

［保持機構］
保持機構として機能するテンプレート１５は、研磨テーブル１１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機能を有する。テンプレート１５は、ウェーハＷの被研磨面を研磨パッド１２に対向（当接）させ、摺接した状態で、このウェーハＷの中心軸と自身の回転軸とがほぼ一致するように保持する。
なお、本実施形態に係る研磨ヘッド１３では、研磨処理時においてウェーハＷの端部がテンプレート１５の内壁に当接することなきよう、後述するシート材である強摩擦円形シート１５３、低摩擦中空円板シート１５４を含んで構成するものである。

バッキング１５２は、ゴムメンブレン１３３の外底面に張設されるフィルム状の薄膜である。強摩擦円形シート１５３、低摩擦中空円板シート１５４は、バッキング１５２の外底面に張設されるシートである。
従来、テンプレートのバッキング材は水張りでウェーハ自重を保持できる基材を選定している。これらの基材の多くは研磨パッド基材（例えば、摩擦係数：ｗｐ=０．６）よりも水平方向摩擦係数が小さい（例えば、摩擦係数：ｂｗ=０．５）傾向がある。このため摩擦係数の差でウェーハがリテーナに衝突し、ウェーハ外端部からの外力でウェーハの外周に大きな座屈変形が生じている。座屈強度は対象物が小径の方が大きくなる傾向にある。

強摩擦円形シート１５３は、水平摩擦係数が研磨パッド基材よりも数段高い物を選定する（例えば、ＣｏＦ（ｂｗ）＞１）。また、強摩擦円形シート１５３は、その外径を処理対象の基板のサイズ（ウェーハ外径）よりも小さくする。これにより、小さな座屈変形をウェーハ中心部で形成させることができる。なお、強摩擦円形シート１５３として、研磨パッド１２の摩擦係数よりも高い摩擦係数を有する滑り止め材（例えば、ダースボンド（登録商標））を用いることができる。このように、強摩擦円形シート１５３は、ウェーハＷの座屈変形を低減するための機構として機能する。
低摩擦中空円板シート１５４は、強摩擦円形シート１５３よりも摩擦係数が小さいシートである（例えば、ＣｏＦ（ｂｗ）=０．５）。

図５は、第２の補正圧力に係る機構の構成の一例を説明するための図である。
トルク伝達円板１３４には、図５に示すように後述するブッシング部貫通用の穴（孔部）が形成される。
バネ円板固定リング１３５は、トルク伝達円板１３４の上面側に存在する回転駆動リング１３１との接続部位と、トルク伝達円板１３４の底面側に存在する内側バネ円板１３７及び外側バネ円板１３９との接続部位との間に円柱形に形成されたブッシング部１３５ａを有する（図４、図５参照）。

また、外側荷重リング１３６は、エアバッグＰ´３に当接するトルク伝達円板１３４の上面側に存在する部位と、外側バネ円板１３９に当接するトルク伝達円板１３４の底面側に存在する部位との間に円柱形に形成されたブッシング部１３６ａを有する（図４、図５参照）。これらブッシング部は、トルク伝達円板１３４に形成された孔部の径よりも相対的に小さい径に形成される。このように構成することで、図５に示すように、内側バネ円板１３７、外側バネ円板１３９それぞれの変形動作は、トルク伝達円板１３４により制限されない。
なお、内側バネ円板１３７と外側バネ円板１３９は、バネ円板固定リング１３５のトルク伝達円板１３４の底面側に存在する接続部位においてビス締結される。

図６は、研磨ヘッド１３に用いるウェーハ保持の滑り止め材（強摩擦円形シート１５３、低摩擦中空円板シート１５４）の形状の一例を説明するための図である。なお、図６は、図４（ａ）に示すウェーハＷの研磨面側からテンプレート１５を見た場合の図である。
図６（ａ）は、強摩擦円形シート１５３を円形（図中斜線部）に形成した例であり、図６（ｂ）は、中空円形（図中斜線部）に形成した例である。共にテンプレート１５の表面面積、つまりウェーハＷの表面積よりも小さい面積となるようなサイズに形成されている。
なお、図６（ｂ）に示す中空円形に形成する場合、その中空部には低摩擦中空円板シート１５４を配備する。また、強摩擦円形シート１５３の形状は外径が小さい方がウェーハ座屈を最小化する上では有利に作用する。また、強摩擦円形シート１５３の形状は円形、中空円形など任意の形状・サイズに設定可能である。

図７は、研磨処理装置１による研磨処理ではサイト精度の歩留りが大きく向上することを説明するための図である。
図７（ａ）は、本実施形態に係る研磨処理装置１による研磨処理後のウェーハから所定サイズのチップの切り出しパターン、サイトゾーン（横軸、図中１〜６）と関連サイト個数の関係（１／４面積パターン）の一例を示している。図中ではウェーハ径：Ｄ＝φ３００でチップ形状２４×８［ｍｍ］を対象としている。図中の破線枠は切出し有効チップの外枠である。

ＣＭＰ後のＧＢＩＲ断面形状が理想的な軸対称形だと仮定した場合について説明する。
図中での各ゾーンは円形で示している。円と接触しているサイトが各ゾーンの影響サイトと位置付けしている。各ゾーンでのＧＢＩＲの良否が各サイトのＳＱＲＴ精度に影響を及ぼすチップ個数は、ウェーハの１／４面積で評価すると、サイトゾーン（ＳＺ）：１で３個、ＳＺ：２で１１個、ＳＺ：３で２０個、ＳＺ：４で２９個、ＳＤ：５で３４個、ＳＤ：６で３５個となる。
これらの個数は複数のゾーンに重複する場合があるため、チップ総数８４個を上回っている。

図７（ｂ）は、これらの影響チップ個数をウェーハ全面積での個数で評価したグラフである。この結果、影響個数はウェーハ中心部が最小で外周部が最大である事が理解できる。
したがって、ウェーハでの座屈変形は外径部よりも中心部に集約させる方がＳＱＲＴ精度の歩留りに関して有利である事が判明した。

図７（ｃ）は、ＧＢＩＲパターンの補正方法を説明するための図である。
ＧＢＩＲパターンの補正方法は、ウェーハのＧＢＩＲパターンが例えばグラフＡに示すＧＢＩＲパターン（３０［ｎｍ］）である場合、グラフＢに示すような修正圧力パターンを補正圧力としてウェーハに付与する。その結果、修正後のＧＢＩＲパターンは、グラフＣに示すような修正後パターンモデル（１５［ｎｍ］）になる。
なお、ＧＢＩＲパターンの補正では、補正圧力は図４（ａ）に示す内側圧力パターン、外側圧力パターンなどのＧＢＩＲパターンに応じて押圧力（加工圧力）が調整される。

図７（ｄ）は、サイトゾーン とＳＦＱＲの関係の一例を示すグラフであり、図７（ｃ）グラフＡの拡大図である。図７（ｄ）では、ＧＢＩＲ＜３０［ｎｍ］（現状：ＧＢＩＲ＜１００［ｎｍ］）、サイトゾーン１、３において他ゾーンよりもＳＦＱＲが悪化（＞１５［ｎｍ］）していることが見て取れる。
従来では、図１（ｂ）のようにサイトゾーン５、６におけるＳＦＱＲの悪化傾向があり、対称個数は１３６個と１４０個であり、合計２７６個である。これに対し、本実施形態に係る研磨処理装置１の場合では、サイトゾーン１、３での悪化傾向があるが、対称個数は１２個と８０個で合計９２個であり、歩留りが大きく向上していることが見て取れる。

［研磨処理のための制御手順］
次に、本実施形態の研磨処理装置１による研磨処理手順について説明する。図８は、研磨処理方法を実行する際の制御部２０による主要な制御手順の説明図である。
制御部２０は、研磨処理装置１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）。所定の初期処理後、研磨ヘッド１３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からウェーハＷを保持し、研磨ヘッド１３を研磨処理の開始位置へ移動させる（Ｓ１０２）。
制御部２０は、各エアバッグ毎に所定量の圧力流体を供給し、押圧力（加工圧力）を発生させる（Ｓ１０３）。これにより、ウェーハＷに向けて所定の加工圧力が付与される。

制御部２０は、また、図示しないセンサ部を通じてウェーハＷに適切な加工圧力が与えられているかを確認する。押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１３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１１と研磨ヘッド１３が、水平に回転を開始する。

研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３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１２の表面に向けて供給される。このようにして制御部２０は、研摩を開始する（Ｓ１０７）

制御部２０は、第１、第２の補正圧力それぞれの付与を開始する（Ｓ１０８）。例えば、図示しないセンサを介した直近の１回転目の位置におけるウェーハ厚みの測定結果と、今回の１回転目の位置におけるウェーハ厚みの測定結果とを比較することによって、１サイクルの検出における時間当たりの研磨量（μｍ／ｓ）に基づき補正値（ΔＲＲ）を決定する。以下、この点について図９を用いて具体的に説明する。

図９は、研磨処理装置１による基板の厚み検出を説明するための図である。
例えば、研磨処理装置１は、図９（ａ）に示すように、研磨テーブル１１に形成された孔部１６１を介して処理対象のウェーハＷの厚み（基板厚さ）を測定するセンサ１５０を有するものとする。孔部１６１のピッチ径はウェーハＷの中心と合致する。センサ１５０は、例えば図示しない駆動機構に接続される。
また、研磨テーブル１１が１回転する毎に異なる検出位置（ポジション）で実施されるセンサ１５０による５回の測定では、図９（ｂ）に示す点線上の異なる５か所におけるウェーハＷの厚みを検出することが可能になる。つまり、研磨処理を行っている際のウェーハＷの中心部からその外周端付近までの範囲において、その中心から任意の距離だけ離れた位置のウェーハＷの厚みを検出することができる。このようにして、ウェーハＷの厚さの分布状況を把握することができる。

制御部２０は、ウェーハＷの厚みを検出可能なセンサ１５０による厚み検出を開始する。制御部２０は、規定回数の測定が終了したか否かを判別する。規定回数の測定は、例えば図９（ａ）に示すような５か所の位置においてセンサ１５０による検出を１サイクルの検出とする。なお、ここで説明した図９（ａ）に示すような５か所の位置は、あくまでも一例である。例えば異なる１０か所の位置において検出可能に構成することなどもできる。また、センサ１５０が孔部１６１の動きに追尾しつつ所定のタイミングでウェーハＷの厚さを検出させたり、各回毎のセンサ１５０による検出位置は固定化し、その位置にセンサ１５０を待機させて所定のタイミングでウェーハＷの厚さを検出させるように構成することなどもできる。

また、直近の１サイクル目の測定結果と、今回のサイクルとの測定結果とをウェーハの５点の半径位置で比較することによって、各点の時間当たりの研磨量（μｍ／ｓ）を測定し、補正値（ΔＲＲ）を決定する。この補正プロファイルを基準にして、加工圧力の分布（研磨圧力分布）が算出され、各エアバッグ毎に供給する圧力流体の量が調整される。

このように制御部２０は、規定回数の測定が終了した場合、測定結果に基づき各エアバッグ毎に供給されている圧力流体の量を増加又は減少して調整し、加工圧力の調整を行う。また、そうでない場合、ウェーハＷの厚み検出を継続する。

図８の説明に戻り、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１５０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１１と研磨ヘッド１３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１３を移動させる（Ｓ１１２）。これにより、一連の研磨処理が終了する。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１１と研磨ヘッド１３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。

このように、本実施形態に係る研磨処理装置１は、低傾動角駆動を実現する機構、研磨ヘッドの傾動を補正する機構、ウェーハＷの座屈変形を低減する機構、ウェーハＷの変形補正する機構を有する。このように構成された研磨処置装置１は、被研磨面の研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、ウェーハ表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの更なる向上を図ることができる。

［第２実施形態］
本実施形態では、ウェーハの座屈現象に及ぼす影響を最小限にするための構成の一例について説明する。
一般的に、対象円板の端部荷重による座屈強度は径の二乗に反比例する。したがって、座屈変形を小さくするためには、第１実施形態のように荷重ポイントを小径側に作用させる事が考えられる。以下、ウェーハＷの被研磨面側に生じる摩擦力と、その背面側に生じる摩擦力とが同じ値になるように調整でき、端部力の生じない研磨処理方法について説明する。
なお、第１実施形態において既に説明した機能構成と同じものは、同一の符号を付すとともにその説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る研磨処理装置の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である。図１０に示す研磨ヘッド２３と、図４（ａ）に示す研磨ヘッド１３との構成の主たる差異は、研磨ヘッド２３がエアパイプＰ５を有し、強摩擦円形シート１５３、低摩擦中空円板シート１５４を含まない点である。

バッキング１５２は、ゴムメンブレン１３３の外底面に張設されるフィ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。
研磨ヘッド２３は、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプＰ５を介してバッキング１５２とウェーハＷとの間（接面）に介在する気体（例えば空気）等を吸引可能に構成される。つまり、所定の吸引力がウェーハＷの背面側に付与される。これにより、制御部２０を介してバッキング１５２とウェーハＷ間、つまりウェーハＷの背面側に生じる摩擦力を調整することが可能になる。詳細は、後述する。

また、研磨ヘッド２３では、エアパイプＰ５を介してバッキング１５２とウェーハＷとの間（接面）に圧力流体（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。これにより、研磨ヘッド２３によるウェーハＷの保持、及び、研磨ヘッド２３に保持されたウェーハＷの保持状態の解除をスムーズに行うことができる。

図１１は、図１０に示すＤ領域を模式的に示した部分拡大図である。
図中に示す吸引圧力Ｐｖは、エアパイプＰ５を介した吸引により生じる圧力［ｋＰａ］である。また、研磨圧力Ｐ１は、研磨処理の際にウェーハＷに付与される圧力［ｋＰａ］である。摩擦係数μｂは、バッキング１５２の水平方向摩擦係数を表しており、摩擦係数μｐは、研磨パッド１２の水平方向摩擦係数を表している。
摩擦力Ｆｂは、バッキング１５２とウェーハＷ間（ウェーハＷの背面側）に生じる摩擦力［Ｎ］を表しており、摩擦力Ｆｐは、研磨パッド１２とウェーハＷ間（ウェーハＷの被研磨面側）に生じる摩擦力［Ｎ］を表している。

例えば、摩擦力Ｆｂ＝摩擦力Ｆｐの関係が満たされた場合、ウェーハ端部に作用する座屈荷重は０（ゼロ）となり、表面荷重のみの影響でウェーハＷの座屈変形が軽減される。
しかしながら、従来、テンプレートのバッキング材は水張りでウェーハ自重を保持できる基材を選定している。これらの基材の多くは研磨パッド基材（例えば、摩擦係数：ｗｐ=０．６）よりも水平方向摩擦係数が小さい（例えば、摩擦係数：ｂｗ=０．５）傾向があることは既に説明した通りである。また、パッドの摩擦係数μｐは非線形的に使用時間で変化する。そのため、バッキング材と研磨パッド基材の各摩擦係数（水平方向摩擦係数）を同じ値に保持することは困難である。

そこで、本願発明者は、ウェーハＷの被研磨面側に生じる摩擦力と、その背面側に生じる摩擦力とに着目して各摩擦力が同じ値になるように調整する手法を開発した。具体的には、バッキング１５２とウェーハＷ間を吸引減圧して当該バッキング１５２とウェーハＷ間の接面圧力を「研磨圧力Ｐ１＋吸引圧力Ｐｖ」の接面圧力にする。つまり、下記に示す式１を満たすように吸引圧力Ｐｖを調整する手法である。なお、式１中の「Ａ」は、ウェーハＷの面積（表面積［ｃｍ＾２］）を表している。

Ｐ１×Ａ×μｐ＝（Ｐ１＋Ｐｖ）×Ａ×μｂ ・・・式（１）

上記式１が満たされる場合には摩擦力Ｆｂ＝摩擦力Ｆｐの関係になる。以下、具体例を挙げて説明する。なお、ウェーハＷはφ３００を対象として、表面積ＡはＡ＝７０７［ｃｍ＾２］、研磨圧力Ｐ１＝１０［ｋＰａ］であるとして説明を進める。

ケース１：摩擦係数μｂ=０．５、摩擦係数μｐ＝０．６、吸引圧力Ｐｖ＝０である場合
この場合、摩擦力Ｆｂ＝３５４［Ｎ］、摩擦力Ｆｐ＝４２４［Ｎ］となり、その差分ΔＦ＝７０［Ｎ］によってリテーナリング１５１とウェーハＷが接触し、端部外力の作用によって当該ウェーハＷに座屈変形が生じる。

ケース２：摩擦係数μｂ=１．０、摩擦係数μｐ＝０．６、吸引圧力Ｐｖ＝０である場合
この場合、摩擦力Ｆｐ＝４２４［Ｎ］がウェーハ表面に生じるがウェーハ端部からの外力はゼロである。

ケース３：摩擦係数μｂ=０．５、摩擦係数μｐ＝０．６、吸引圧力Ｐｖ＝２［ｋＰａ］である場合
この場合、摩擦力Ｆｂ＝６００［Ｎ］、摩擦力Ｆｐ＝６００［Ｎ］となり、摩擦力Ｆｂ＝摩擦力Ｆｐの関係になる。つまり、座屈表面力はウェーハの表裏で同じとなりウェーハＷの座屈変形が小さくなる。

このように、本実施形態に係る研磨処理装置では、ウェーハＷの被研磨面側に生じる摩擦力と、その背面側に生じる摩擦力とが同じ値になるように調整することにより、ウェーハＷの座屈変形を小さくすることができる。これにより、被研磨面の研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、ウェーハ表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの更なる向上を図ることができる。

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。

１・・・研磨処理装置、１０・・・ヘッドトップ、１１・・・研磨テーブル、１２・・・研磨パッド、１３・・・研磨ヘッド、１５・・・テンプレート、２０・・・制御部、１３１・・・回転駆動リング、１３２・・・トップリング、１３３・・・ゴムメンブレン、１３４・・・トルク伝達円板、１３５・・・バネ円板固定リング、１３５ａ、１３６ａ・・・ブッシング部、１３６・・・外側荷重リング、１３７・・・内側バネ円板、１３８・・・内側スポンジ円板、１３９・・・外側バネ円板、１４０・・・外側スポンジ円板、１４１・・・静圧荷重セル、１５１・・・リテーナリング、１５２・・・バッキング、１５３・・・強摩擦円形シート、１５４・・・低摩擦中空円板シート、Ｐ１〜Ｐ５・・・エアパイプ、Ｐ´２、Ｐ´３・・・エアバッグ（圧力室）、Ｎ・・・ノズル、Ｗ・・・基板（ウェーハ）。

Claims (11)

1. 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、
   研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、
   前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、
   前記駆動機構からの駆動力が伝達される第１の駆動部材と、
   前記保持機構と接続され、前記第１の駆動部材の外周を囲むように環状に形成された第２の駆動部材と、
   前記第１、第２の駆動部材を連結して当該第１の駆動部材に伝達された駆動力を当該第２の駆動部材に伝達する伝達部材と、を有し、
   前記伝達部材は、研磨面に近接する低位置で前記第１、第２の駆動部材を連結することを特徴とする、
   研磨ヘッド。
2. 前記駆動機構により駆動された研磨ヘッドの傾動動作を補正する傾動補正手段をさらに有し、
   前記傾動補正手段は、前記第２の駆動部材に対して第１の補正圧力を付与して前記研磨ヘッドの傾動角補正を行うことを特徴とする、
   請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記保持機構は、前記研磨パッドの摩擦係数よりも相対的に高い摩擦係数を有するシート材を前記基板の背面側に当接させて当該基板を保持し、
   前記シート材は、前記基板の背面側に当接する面のサイズが、当該基板のサイズよりも小さいサイズであることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の研磨ヘッド。
4. 前記保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から前記研磨面の方向に押圧する押圧機構をさらに有し、
   前記押圧機構は、前記保持機構に保持された基板の背面側中心部位、及び、背面側外端部位の少なくとも一方に向けて第２の補正圧力を付与することを特徴とする、
   請求項１、２又は３に記載の研磨ヘッド。
5. 前記押圧機構は、圧力流体が封入されることにより前記基板の背面方向に向けて当該圧力流体の量に応じた第２の補正圧力が生じるように形成された複数の押圧体と、この押圧体に前記圧力流体を供給する流体供給機構とを含み、
   前記基板の背面側中心部位に付与する第２の補正圧力を調整する第１の弾性体と、
   前記基板の背面側外端部位に付与する第２の補正圧力を調整する第２の弾性体と、を有し、
   前記圧力流体の封入により生じた前記第２の補正圧力は、前記第１、第２の弾性体を通じて前記保持機構に保持された前記基板の背面側に付与されるように構成されることを特徴とする、
   請求項４に記載の研磨ヘッド。
6. 前記基板の厚みを検出するセンサを有し、
   前記流体供給機構は、前記センサの検出結果に応じて前記押圧体それぞれに供給する圧力流体の量を増加又は減少させることを特徴とする、
   請求項５に記載の研磨ヘッド。
7. 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、前記研磨ヘッド及び前記研磨テーブルを水平に回転させる駆動機構とを有し、
   前記研磨ヘッドは、
   研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、
   前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、
   前記駆動機構からの駆動力が伝達される第１の駆動部材と、
   前記保持機構と接続され、前記第１の駆動部材の外周を囲むように環状に形成された第２の駆動部材と、
   前記第１、第２の駆動部材を連結して当該第１の駆動部材に伝達された駆動力を当該第２の駆動部材に伝達する伝達部材と、を有し、
   前記伝達部材は、研磨面に近接する低位置で前記第１、第２の駆動部材を連結することを特徴とする、
   研磨処理装置。
8. 前記駆動機構により駆動された研磨ヘッドの傾動動作を補正する傾動補正手段をさらに有し、
   前記傾動補正手段は、前記第２の駆動部材に対して第１の補正圧力を付与して前記研磨ヘッドの傾動角補正を行うことを特徴とする、
   請求項７に記載の研磨処理装置。
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であって、
   研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、
   前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、
   前記保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から研磨面の方向に押圧する押圧機構と、
   前記押圧機構による押圧力に応じて、前記保持機構に保持された前記基板の背面側を吸引して当該保持機構と当該基板との間に生じる摩擦力を調整する調整手段と、を有することを特徴とする、
   研磨ヘッド。
10. 前記調整手段は、前記基板の被研磨面側に生じる摩擦力と、当該基板の背面側に生じる摩擦力が同じ値となるように吸引力を調整することを特徴とする、
    請求項９に記載の研磨ヘッド。
11. 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、前記研磨ヘッド及び前記研磨テーブルを水平に回転させる駆動機構とを有し、
    前記研磨ヘッドは、
    研磨処理の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持機構と、
    前記保持機構が前記基板を保持した状態の研磨ヘッドを水平に回転させる駆動機構と、
    前記保持機構に保持された基板を前記被研磨面の背面側から研磨面の方向に押圧する押圧機構と、
    前記押圧機構による押圧力に応じて、前記保持機構に保持された前記基板の背面側を吸引して当該保持機構と当該基板との間に生じる摩擦力を調整する調整手段と、を有することを特徴とする、
    研磨処理装置。