JP2013157541A - Substrate holding device, polishing apparatus and polishing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate holding device which can prevent foreign objects such as abrasion powder from falling onto a polished surface and allows a retainer ring to evenly apply a desired pressing force to the polished surface.SOLUTION: A substrate holding device comprises: an inner retainer ring 20 which is vertically movable independently of a top ring body 10 and is arranged to surround a substrate; an inner pressing mechanism 60 which presses the inner retainer ring 20 against a polished surface; an outer retainer ring 30 which is vertically movable independently of the inner retainer ring and the top ring body 10; an outer pressing mechanism 80 which presses the outer retainer ring 30 against the polished surface; and a support mechanism 111 which receives lateral force applied from the substrate to the inner retainer ring 20 during polishing of the substrate.

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置に使用される基板保持装置に関し、特に基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置に関する。また、本発明は、そのような基板保持装置を用いた研磨装置および研磨方法に関する。   The present invention relates to a substrate holding device used in a polishing apparatus that polishes a substrate such as a wafer, and more particularly to a substrate holding device that holds a substrate and presses it against a polishing surface. The present invention also relates to a polishing apparatus and a polishing method using such a substrate holding apparatus.

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。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ながら段差がより大きくなるので、配線層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を平坦化処理する必要がある。   In recent years, with higher integration and higher density of semiconductor devices, circuit wiring has become increasingly finer and the number of layers of multilayer wiring has increased. When trying to realize multilayer wiring while miniaturizing the circuit, the step becomes larger while following the surface unevenness of the lower layer, so as the number of wiring layers increases, the film coverage to the step shape in thin film formation (Step coverage) deteriorates. Therefore, in order to carry out multilayer wiring, it is necessary to improve the step coverage and perform a flattening process in an appropriate process. Further, since the depth of focus becomes shallower as the optical lithography becomes finer, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor device so that the uneven steps on the surface of the semiconductor device are kept below the depth of focus.

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いる。この表面の平坦化において最も重要な技術は、化学機械研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))である。この化学機械研磨は、研磨装置を用いて、シリカ(SiO)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。 Therefore, in the semiconductor device manufacturing process, planarization of the surface of the semiconductor device has become increasingly important. The most important technique for planarizing the surface is chemical mechanical polishing (CMP). In this chemical mechanical polishing, a polishing apparatus is used to perform polishing by supplying a polishing liquid containing abrasive grains such as silica (SiO 2 ) onto the polishing surface of the polishing pad while sliding the wafer against the polishing surface. It is.

この種の研磨装置は、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対し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、ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。   This type of polishing apparatus includes a polishing table that supports a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or a polishing head for holding a wafer. When polishing a wafer using such a polishing apparatus, the wafer is pressed against the polishing surface of the polishing pad with a predetermined pressure while the wafer is held by the substrate holding apparatus. At this time, the wafer is brought into sliding contact with the polishing surface by moving the polishing table and the substrate holding device relative to each other, and the surface of the wafer is polished to a flat and mirror surface.

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から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ている。   If the relative pressing force between the wafer being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform over the entire surface of the wafer, insufficient polishing or overpolishing may occur depending on the pressing force applied to each part of the wafer. It will occur. Therefore, in order to make the pressing force on the wafer uniform, a pressure chamber formed of an elastic film is provided in the lower part of the substrate holding device, and fluid pressure such as air is supplied to the pressure chamber through the elastic film. The wafer is pressed by the above method.

この場合、上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中のウェハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、ウェハの外周縁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、ウェハの外周縁を保持するリテーナリングをトップリング本体(又はキャリアヘッド本体)に対して上下動可能に設け、ウェハの外周縁側に位置する研磨パッドの研磨面をリテーナリングで押圧するようにしている。   In this case, since the polishing pad has elasticity, the pressing force applied to the outer peripheral edge of the wafer being polished becomes non-uniform, and only the outer peripheral edge of the wafer is polished, so-called “edge fringing” is caused. May end up. In order to prevent such edge fringing, a retainer ring for holding the outer peripheral edge of the wafer is provided so as to be movable up and down with respect to the top ring main body (or carrier head main body), and the polishing surface of the polishing pad located on the outer peripheral edge side of the wafer Is pressed by a retainer ring.

研磨中、ウェハと研磨パッドとの間には摩擦力が発生する。この摩擦力はリテーナリングに横方向(水平方向)の力として作用する。特許文献1に開示される基板保持装置では、この横方向の力をリテーナリングの外周側に配置したリテーナリングガイドで支持するように構成されている。しかしながら、リテーナリングガイドがリテーナリングを支持する点は研磨面から離間しているために、ウェハから横方向の力を受けたリテーナリングがこの支持点を中心に傾くことになる。このため、リテーナリングが所望の押圧力を研磨面に均一に与えることができないという問題点がある。また、ウェハから受ける横方向の力により、リテーナリングが局所的に変形してしまうことがある。このように変形した部位は、リテーナリングが所望の押圧力を研磨面に与えることを妨げてしまう。   During polishing, a frictional force is generated between the wafer and the polishing pad. This frictional force acts as a lateral (horizontal) force on the retainer ring. The substrate holding device disclosed in Patent Document 1 is configured to support this lateral force by a retainer ring guide disposed on the outer peripheral side of the retainer ring. However, since the point at which the retainer ring guide supports the retainer ring is separated from the polishing surface, the retainer ring that has received a lateral force from the wafer is tilted around this support point. For this reason, there exists a problem that a retainer ring cannot give a desired pressing force uniformly to a grinding | polishing surface. Further, the retainer ring may be locally deformed by the lateral force received from the wafer. Such a deformed portion prevents the retainer ring from applying a desired pressing force to the polishing surface.

また、特許文献1に記載の基板保持装置では、リテーナリングの外側面とリテーナリングガイドの内側面とが摺接するために、この摺接部で摩耗粉が発生する。この摩耗粉が研磨面へ落下するとウェハの欠陥の原因となるため、摩耗粉の研磨面への落下を防ぐための弾性シートが設置されている。しかしながら、リテーナリングの支点(すなわちリテーナリングとリテーナリングガイドとの接触点)を下げてリテーナリングの傾きを抑制しようとすると、この弾性シートを設置することが出来なくなり、摩耗粉が研磨面に落下してしまう。   Further, in the substrate holding device described in Patent Document 1, since the outer surface of the retainer ring and the inner surface of the retainer ring guide are in sliding contact, wear powder is generated at the sliding contact portion. When the wear powder falls on the polishing surface, it causes a wafer defect. Therefore, an elastic sheet is installed to prevent the wear powder from dropping onto the polishing surface. However, if the retainer ring fulcrum (that is, the contact point between the retainer ring and the retainer ring guide) is lowered to suppress the inclination of the retainer ring, this elastic sheet cannot be installed, and the wear powder falls on the polished surface. Resulting in.

特許文献2に開示される基板保持装置では、特許文献1に見られるリテーナリングガイドをリテーナリングの外周側には設置せず、ウェハからリテーナリングへ加わる横方向の力はウェハ中心部の上方に設けられた球面軸受で支持するように構成されている。したがって、リテーナリングの外周側では摩耗粉は発生せず、摩耗粉が研磨面へ落下することはない。   In the substrate holding device disclosed in Patent Document 2, the retainer ring guide shown in Patent Document 1 is not installed on the outer peripheral side of the retainer ring, and the lateral force applied from the wafer to the retainer ring is above the center of the wafer. It is configured to be supported by a spherical bearing provided. Therefore, no wear powder is generated on the outer peripheral side of the retainer ring, and the wear powder does not fall onto the polishing surface.

しかしながら、この球面軸受は研磨面から離間した位置にあるために、ウェハから横方向の力を受けたリテーナリングがこの球面軸受を中心に傾き、その結果、リテーナリングが所望の押圧力を均一に研磨面に与えることができないという問題点がある。また、ウェハから受ける横方向の力によりリテーナリングが局所的に変形してしまい、リテーナリングが所望の押圧力を研磨面に与えることができないという問題点がある。   However, since the spherical bearing is located away from the polishing surface, the retainer ring that receives a lateral force from the wafer is tilted around the spherical bearing, and as a result, the retainer ring uniformly achieves the desired pressing force. There is a problem that it cannot be applied to the polished surface. Further, there is a problem that the retainer ring is locally deformed by a lateral force received from the wafer, and the retainer ring cannot apply a desired pressing force to the polishing surface.

特開2007−268654号公報JP 2007-268654 A 特開2009−190101号公報JP 2009-190101 A

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、摩耗粉などの異物の研磨面への落下を防ぎ、リテーナリングが所望の押圧力を均一に研磨面に与えることができる基板保持装置を提供することを目的とする。また、本発明は、かかる基板保持装置を用いた研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents a foreign substance such as abrasion powder from falling on the polishing surface, and the retainer ring can uniformly apply a desired pressing force to the polishing surface. An object is to provide a holding device. Another object of the present invention is to provide a polishing apparatus and a polishing method using such a substrate holding apparatus.

上述した目的を達成するために、本発明の第1の態様は、基板を研磨面に押圧するための弾性膜を保持するトップリング本体と、前記トップリング本体とは独立して上下動可能であって、前記基板を囲むように配置されたインナーリテーナリングと、前記インナーリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するインナー押圧機構と、前記インナーリテーナリングの半径方向外側に設けられ、前記インナーリテーナリングおよび前記トップリング本体とは独立して上下動可能なアウターリテーナリングと、前記アウターリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するアウター押圧機構と、前記基板の研磨中に基板から前記インナーリテーナリングに加わる横方向の力を受けるとともに、前記インナーリテーナリングから前記アウターリテーナリングへの前記横方向の力の伝達を許容しない支持機構とを備えたことを特徴とする基板保持装置である。   In order to achieve the above-described object, the first aspect of the present invention is a top ring body that holds an elastic film for pressing the substrate against the polishing surface, and the top ring body can be moved up and down independently. An inner retainer ring disposed so as to surround the substrate, an inner pressing mechanism that presses the inner retainer ring against the polishing surface, and a radially outer side of the inner retainer ring. An outer retainer ring that can move up and down independently of the ring and the top ring body, an outer pressing mechanism that presses the outer retainer ring against the polishing surface, and the inner retainer ring from the substrate during polishing of the substrate And receiving the lateral force applied to the outer retainer ring from the inner retainer ring. A substrate holding device characterized by comprising a support mechanism that does not allow the transfer of the transverse forces to the grayed.

本発明の第2の態様は、基板を研磨面に押圧するための弾性膜を保持するトップリング本体と、前記基板を囲むように配置され、前記研磨面に接触するリテーナリングと、前記リテーナリングを傾動可能に支持する球面軸受とを備え、前記リテーナリングの傾動の中心は、前記球面軸受の下方にあることを特徴とする基板保持装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a top ring body that holds an elastic film for pressing the substrate against the polishing surface, a retainer ring that is disposed so as to surround the substrate and is in contact with the polishing surface, and the retainer ring And a spherical bearing for supporting the tilting of the retainer ring, wherein the center of tilting of the retainer ring is below the spherical bearing.

本発明の第3の態様は、基板を研磨面に押圧するための弾性膜を保持するトップリング本体と、前記基板を囲むように配置され、前記研磨面に接触するインナーリテーナリングと、前記インナーリテーナリングの半径方向外側に設けられ、前記研磨面に接触するアウターリテーナリングと、前記インナーリテーナリングと前記アウターリテーナリングとの隙間を塞ぐバリアシールとを備えたことを特徴とする基板保持装置である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a top ring body that holds an elastic film for pressing the substrate against the polishing surface, an inner retainer ring that is disposed so as to surround the substrate and is in contact with the polishing surface, and the inner A substrate holding apparatus comprising: an outer retainer ring that is provided on a radially outer side of the retainer ring and that contacts the polishing surface; and a barrier seal that closes a gap between the inner retainer ring and the outer retainer ring. is there.

本発明の第4の態様は、上記基板保持装置と、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置である。
本発明の第5の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させ、前記研磨パッドの研磨面上に研磨液を供給し、上記基板保持装置で基板を前記研磨面に押圧することにより前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a polishing apparatus comprising the substrate holding apparatus and a polishing table that supports a polishing pad having a polishing surface.
According to a fifth aspect of the present invention, the polishing table supporting the polishing pad is rotated, the polishing liquid is supplied onto the polishing surface of the polishing pad, and the substrate is pressed against the polishing surface by the substrate holding device. A polishing method characterized by polishing a substrate.

上述した本発明の第1の態様によれば、基板から横方向の力を受けるインナーリテーナリングの外周側にアウターリテーナリングが別途配置される。インナーリテーナリングとアウターリテーナリングはそれぞれ独立に研磨面を押圧することができる。インナーリテーナリングに作用する横方向の力は支持機構によって受け止められ、基板の研磨中にインナーリテーナリングが基板から受ける横方向の力は、アウターリテーナリングには作用しない。したがって、アウターリテーナリングの研磨面に対する傾きや局所的な変形を抑制することができ、アウターリテーナリングは研磨面へ所望の押圧力を与えることができる。   According to the first aspect of the present invention described above, the outer retainer ring is separately disposed on the outer peripheral side of the inner retainer ring that receives a lateral force from the substrate. The inner retainer ring and the outer retainer ring can press the polishing surface independently of each other. The lateral force acting on the inner retainer ring is received by the support mechanism, and the lateral force that the inner retainer ring receives from the substrate during polishing of the substrate does not act on the outer retainer ring. Therefore, the inclination and local deformation of the outer retainer ring with respect to the polishing surface can be suppressed, and the outer retainer ring can give a desired pressing force to the polishing surface.

上述した本発明の第2の態様によれば、リテーナリングの傾動中心は、球面軸受の下方に位置する。したがって、リテーナリングの傾動の中心を低くして、研磨面上または研磨面に近接させることができる。これにより、リテーナリングに作用する力のモーメントが0または極めて小さくなる。したがって、リテーナリングの傾動を抑制することができ、リテーナリングは所望の押圧力を研磨面に対して均一に与えることができる。さらに、上記リテーナリングをインナーリテーナリングとして、該インナーリテーナリングの外周側にアウターリテーナリングを配置することも可能である。アウターリテーナリングは、基板と研磨面との摩擦力に起因する横方向の力を受けない構成となっているので、アウターリテーナリングの研磨面に対する傾きや局所的な変形は生じない。したがって、アウターリテーナリングは研磨面へ所望の押圧力を均一に与えることができる。   According to the second aspect of the present invention described above, the tilting center of the retainer ring is located below the spherical bearing. Accordingly, the center of tilting of the retainer ring can be lowered and brought close to the polishing surface or close to the polishing surface. As a result, the moment of force acting on the retainer ring is zero or extremely small. Therefore, tilting of the retainer ring can be suppressed, and the retainer ring can uniformly apply a desired pressing force to the polishing surface. Furthermore, the retainer ring can be used as an inner retainer ring, and an outer retainer ring can be disposed on the outer peripheral side of the inner retainer ring. Since the outer retainer ring is configured not to receive a lateral force due to the frictional force between the substrate and the polishing surface, the outer retainer ring is not tilted or locally deformed with respect to the polishing surface. Therefore, the outer retainer ring can uniformly apply a desired pressing force to the polishing surface.

上述した本発明の第3の態様によれば、基板から横方向の力を受けるインナーリテーナリングの外周側にアウターリテーナリングが配置される。インナーリテーナリングとアウターリテーナリングを備えた基板保持装置では、2つのリテーナリング上方には回転駆動力および押圧力の伝達のために様々な摺接部が存在する。これら摺接部からの摩耗粉などが2つのリテーナリングの隙間から研磨面に落下することがある。逆に研磨液(スラリー)が基板保持装置内に浸入し、基板保持装置の動作を妨げることもある。本発明の第3の態様によれば、インナーリテーナリングとアウターリテーナリングとの間にバリアシールが設けられる。このバリアシールにより、摩耗粉の研磨面への落下が防止されるとともに、研磨液の基板保持装置内への浸入が防止される。   According to the third aspect of the present invention described above, the outer retainer ring is disposed on the outer peripheral side of the inner retainer ring that receives a lateral force from the substrate. In the substrate holding apparatus provided with the inner retainer ring and the outer retainer ring, there are various sliding contact portions above the two retainer rings for transmitting the rotational driving force and the pressing force. Wear powder from these sliding contact portions may fall from the gap between the two retainer rings onto the polishing surface. Conversely, the polishing liquid (slurry) may enter the substrate holding device and hinder the operation of the substrate holding device. According to the third aspect of the present invention, the barrier seal is provided between the inner retainer ring and the outer retainer ring. This barrier seal prevents the wear powder from falling onto the polishing surface and prevents the polishing liquid from entering the substrate holding device.

本発明の一実施形態に係る基板保持装置(トップリング)を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole polisher composition provided with the substrate holding device (top ring) concerning one embodiment of the present invention. 図1に示されたトップリングの断面図である。It is sectional drawing of the top ring shown by FIG. トップリングの他の断面図である。It is other sectional drawing of a top ring. トップリングのさらに他の断面図である。FIG. 6 is still another cross-sectional view of the top ring. トップリングの平面図である。It is a top view of a top ring. 図2に示すVI−VI線断面図である。It is the VI-VI sectional view taken on the line shown in FIG. 図4に示すVII−VII線断面図である。It is the VII-VII sectional view taken on the line shown in FIG. 図1に示すトップリングの部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the top ring shown in FIG. 球面軸受の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a spherical bearing. 図10(a)は、軸部が球面軸受に対して上下動している様子を示す図であり、図10(b)および図10(c)は、軸部が中間輪と共に傾動している様子を示す図である。FIG. 10A is a diagram showing a state in which the shaft portion moves up and down with respect to the spherical bearing, and in FIG. 10B and FIG. 10C, the shaft portion tilts together with the intermediate wheel. It is a figure which shows a mode. 図11(a)は、インナーリテーナリングおよびアウターリテーナリングを下から見た図であり、図11(b)は図11(a)に示すXI−XI線断面図である。Fig.11 (a) is the figure which looked at the inner retainer ring and the outer retainer ring from the bottom, and FIG.11 (b) is the XI-XI sectional view taken on the line shown to Fig.11 (a). 図12(a)乃至図12(c)は、インナーリテーナリングとアウターリテーナリングの下面にそれぞれ設けられたラジアル溝の例を示す図である。FIG. 12A to FIG. 12C are diagrams showing examples of radial grooves provided on the lower surfaces of the inner retainer ring and the outer retainer ring, respectively. 図13(a)乃至図13(c)は、インナーリテーナリングとアウターリテーナリングの下面にそれぞれ設けられたラジアル溝の他の例を示す図である。FIGS. 13A to 13C are diagrams showing other examples of radial grooves provided on the lower surfaces of the inner retainer ring and the outer retainer ring, respectively. 図14(a)乃至図14(c)は、インナーリテーナリングとアウターリテーナリングの下面にそれぞれ設けられたラジアル溝のさらに他の例を示す図である。FIG. 14A to FIG. 14C are diagrams showing still other examples of radial grooves provided on the lower surfaces of the inner retainer ring and the outer retainer ring, respectively. アウターリテーナリングに貫通孔を形成した例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which formed the through-hole in the outer retainer ring.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨パッド2を支持する研磨テーブル3と、研磨対象物であるウェハWを保持して研磨パッド2に押圧する基板保持装置としてのトップリング1とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus provided with a substrate holding device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 3 that supports a polishing pad 2, and a top ring 1 as a substrate holding device that holds a wafer W that is an object to be polished and presses it against the polishing pad 2. ing.

研磨テーブル3は、テーブル軸3aを介してその下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸3aを中心に回転可能になっている。研磨パッド2は、研磨テーブル3の上面に貼付されており、研磨パッド2の上面2a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3の上方には研磨液供給機構5が設置されており、この研磨液供給機構5によって研磨パッド2上に研磨液が供給されるようになっている。   The polishing table 3 is connected to a motor (not shown) arranged below the table shaft 3a, and is rotatable around the table shaft 3a. The polishing pad 2 is affixed to the upper surface of the polishing table 3, and the upper surface 2 a of the polishing pad 2 constitutes a polishing surface for polishing the wafer W. A polishing liquid supply mechanism 5 is installed above the polishing table 3, and the polishing liquid is supplied onto the polishing pad 2 by the polishing liquid supply mechanism 5.

トップリング1は、トップリングシャフト7に接続されており、このトップリングシャフト7は、トップリングヘッド8内に設置された上下動機構(図示せず)により上下動するようになっている。このトップリングシャフト7の上下動により、トップリングヘッド8に対してトップリング1の全体を矢印で示すように昇降させ、位置決めするようになっている。さらに、トップリングシャフト7は、トップリングヘッド8内に設置された回転機構(図示せず)により回転するようになっている。したがって、トップリング1は、トップリングシャフト7の回転に伴って、矢印で示すように自身の軸心を中心に回転する。上述したトップリング1の上下動機構および回転機構には、公知の技術を用いることができる。   The top ring 1 is connected to a top ring shaft 7, and the top ring shaft 7 is moved up and down by a vertical movement mechanism (not shown) installed in the top ring head 8. By the vertical movement of the top ring shaft 7, the entire top ring 1 is moved up and down as shown by an arrow with respect to the top ring head 8 and positioned. Further, the top ring shaft 7 is rotated by a rotation mechanism (not shown) installed in the top ring head 8. Accordingly, the top ring 1 rotates around its own axis as indicated by the arrow as the top ring shaft 7 rotates. A well-known technique can be used for the vertical movement mechanism and rotation mechanism of the top ring 1 described above.

トップリング1および研磨テーブル3は矢印で示すように回転し、この状態でトップリング1は、ウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。研磨液供給機構5からは研磨液が研磨パッド2上に供給され、ウェハWは、研磨パッド2とウェハWとの間に研磨液が存在した状態で研磨パッド2との摺接により研磨される。   The top ring 1 and the polishing table 3 rotate as indicated by arrows, and in this state, the top ring 1 presses the wafer W against the polishing surface 2 a of the polishing pad 2. The polishing liquid is supplied onto the polishing pad 2 from the polishing liquid supply mechanism 5, and the wafer W is polished by sliding contact with the polishing pad 2 in a state where the polishing liquid exists between the polishing pad 2 and the wafer W. .

次に、基板保持装置を構成するトップリング1について説明する。図2乃至図4は、研磨対象物であるウェハWを保持して研磨テーブル3上の研磨パッド2の研磨面2aに押圧するトップリング1を示す図であり、複数の半径方向に沿って切断した断面図である。図5はトップリング1の平面図であり、図6は図2に示すVI−VI線断面図であり、図7は図4に示すVII−VII線断面図である。   Next, the top ring 1 constituting the substrate holding device will be described. FIGS. 2 to 4 are views showing the top ring 1 that holds the wafer W as an object to be polished and presses it against the polishing surface 2a of the polishing pad 2 on the polishing table 3, and is cut along a plurality of radial directions. FIG. 5 is a plan view of the top ring 1, FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI shown in FIG. 2, and FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII shown in FIG.

トップリング1は、ウェハWを研磨面2aに対して押圧するトップリング本体10と、ウェハWを囲むように配置されたインナーリテーナリング20と、このインナーリテーナリング20を囲むように配置されたアウターリテーナリング30とを備えている。トップリング本体10、インナーリテーナリング20、およびアウターリテーナリング30は、トップリングシャフト7の回転により一体に回転するように構成されている。インナーリテーナリング20はトップリング本体10の半径方向外側に位置し、アウターリテーナリング30はインナーリテーナリング20の半径方向外側に位置している。インナーリテーナリング20は、トップリング本体10およびアウターリテーナリング30とは独立して上下動可能に構成されている。さらに、アウターリテーナリング30は、トップリング本体10およびインナーリテーナリング20とは独立して上下動可能に構成されている。   The top ring 1 includes a top ring body 10 that presses the wafer W against the polishing surface 2 a, an inner retainer ring 20 that is disposed so as to surround the wafer W, and an outer that is disposed so as to surround the inner retainer ring 20. A retainer ring 30 is provided. The top ring body 10, the inner retainer ring 20, and the outer retainer ring 30 are configured to rotate integrally with the rotation of the top ring shaft 7. The inner retainer ring 20 is located on the radially outer side of the top ring body 10, and the outer retainer ring 30 is located on the radially outer side of the inner retainer ring 20. The inner retainer ring 20 is configured to be movable up and down independently of the top ring body 10 and the outer retainer ring 30. Further, the outer retainer ring 30 is configured to be movable up and down independently of the top ring body 10 and the inner retainer ring 20.

トップリング本体10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、図示しないボルトによりトップリングシャフト7に連結されている。図4に示すように、スペーサ42は、ボルト15によりフランジ41に固定されており、キャリア43はメンテナンスボルト16によりスペーサ42に固定されている。図4はメンテナンスボルト16がキャリア43から外れている状態を示している。フランジ41、スペーサ42、およびキャリア43から構成されるトップリング本体10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。   The top ring body 10 includes a circular flange 41, a spacer 42 attached to the lower surface of the flange 41, and a carrier 43 attached to the lower surface of the spacer 42. The flange 41 is connected to the top ring shaft 7 by a bolt (not shown). As shown in FIG. 4, the spacer 42 is fixed to the flange 41 by the bolt 15, and the carrier 43 is fixed to the spacer 42 by the maintenance bolt 16. FIG. 4 shows a state in which the maintenance bolt 16 is detached from the carrier 43. The top ring body 10 including the flange 41, the spacer 42, and the carrier 43 is formed of a resin such as engineering plastic (for example, PEEK). The flange 41 may be made of a metal such as SUS or aluminum.

キャリア43の下面には、ウェハWの裏面に当接する弾性膜45が取り付けられている。この弾性膜45は、環状のエッジホルダ50と、環状のリプルホルダ51,52とによってキャリア43の下面に取り付けられている。エッジホルダ50はキャリア43の外周部に配置されており、リプルホルダ51,52はエッジホルダ50の内側に配置されている。弾性膜45は、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および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。   An elastic film 45 that is in contact with the back surface of the wafer W is attached to the lower surface of the carrier 43. The elastic film 45 is attached to the lower surface of the carrier 43 by an annular edge holder 50 and annular ripple holders 51 and 52. The edge holder 50 is disposed on the outer periphery of the carrier 43, and the ripple holders 51 and 52 are disposed on the inner side of the edge holder 50. The elastic film 45 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber.

図8は、図2に示すインナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の拡大断面図である。図8に示すように、インナーリテーナリング20は、トップリング本体10の外周部に配置されている。このインナーリテーナリング20は、研磨パッド2の研磨面2a(図1参照)に接触するインナーリング部材21と、このインナーリング部材21の上部に固定されたインナードライブリング22とを有している。インナーリング部材21は、複数のボルト24によってインナードライブリング22に結合されている。インナーリング部材21は、ウェハWの外周縁を囲むように配置されており、ウェハWの研磨中にウェハWがトップリング1から飛び出さないようにウェハWを保持している。   FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the inner retainer ring 20 is disposed on the outer peripheral portion of the top ring body 10. The inner retainer ring 20 includes an inner ring member 21 that comes into contact with the polishing surface 2a (see FIG. 1) of the polishing pad 2, and an inner drive ring 22 fixed to the upper portion of the inner ring member 21. The inner ring member 21 is coupled to the inner drive ring 22 by a plurality of bolts 24. The inner ring member 21 is disposed so as to surround the outer peripheral edge of the wafer W, and holds the wafer W so that the wafer W does not jump out of the top ring 1 during polishing of the wafer W.

インナーリテーナリング20の上部は、インナー押圧機構60に連結されており、このインナー押圧機構60によりインナーリテーナリング20の下面(すなわち、インナーリング部材21の下面)が研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧されるようになっている。インナードライブリング22は、SUSなどの金属材料またはセラミックから構成され、インナーリング部材21は、PEEKやPPS等の樹脂材料から構成されている。   The upper part of the inner retainer ring 20 is connected to the inner pressing mechanism 60, and the inner pressing mechanism 60 causes the lower surface of the inner retainer ring 20 (that is, the lower surface of the inner ring member 21) to the polishing surface 2 a of the polishing pad 2. To be pressed. The inner drive ring 22 is made of a metal material such as SUS or ceramic, and the inner ring member 21 is made of a resin material such as PEEK or PPS.

インナー押圧機構60は、インナードライブリング22の上部に固定されたインナーピストン61と、インナーピストン61の上面に接続されたインナーローリングダイヤフラム62と、インナーローリングダイヤフラム62を収容するインナーシリンダ63とを備えている。インナーローリングダイヤフラム62の上端は保持部材64により保持され、この保持部材64はボルト65によりインナーシリンダ63の上部に固定されている。   The inner pressing mechanism 60 includes an inner piston 61 fixed to the upper part of the inner drive ring 22, an inner rolling diaphragm 62 connected to the upper surface of the inner piston 61, and an inner cylinder 63 that houses the inner rolling diaphragm 62. Yes. The upper end of the inner rolling diaphragm 62 is held by a holding member 64, and this holding member 64 is fixed to the upper portion of the inner cylinder 63 by a bolt 65.

インナーリテーナリング20は、インナー押圧機構60に着脱可能に連結されている。より具体的には、インナーピストン61は金属などの磁性材から形成されており、インナードライブリング22の上部には複数の磁石68が配置されている。これら磁石68がインナーピストン61を引き付けることにより、インナーリテーナリング20がインナーピストン61に磁力により固定される。インナーピストン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、インナードライブリング22を磁性材で形成し、インナーピストン61に磁石を配置してもよい。   The inner retainer ring 20 is detachably connected to the inner pressing mechanism 60. More specifically, the inner piston 61 is made of a magnetic material such as metal, and a plurality of magnets 68 are disposed on the inner drive ring 22. When these magnets 68 attract the inner piston 61, the inner retainer ring 20 is fixed to the inner piston 61 by a magnetic force. As the magnetic material of the inner piston 61, for example, corrosion-resistant magnetic stainless steel is used. The inner drive ring 22 may be formed of a magnetic material, and a magnet may be disposed on the inner piston 61.

インナーローリングダイヤフラム62の内部にはインナー圧力室69が形成されている。このインナー圧力室69は、流路70(模式的に示す)を介して図示しない流体供給源に接続されている。この流体供給源からインナー圧力室69に加圧流体(例えば、加圧空気)を供給すると、インナーローリングダイヤフラム62がインナーピストン61を下方に押し下げ、さらに、インナーピストン61はインナーリテーナリング20を下方に押し下げる。このようにして、インナー押圧機構60は、インナーリテーナリング20の下面(すなわち、インナーリング部材21の下面)を研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧する。インナー圧力室69は、さらに真空ポンプ(図示せず)にも接続されており、この真空ポンプによりインナー圧力室69内に負圧を形成することにより、インナーリテーナリング20を上昇させることができる。また、インナー圧力室69は大気開放機構(図示せず)にも接続されており、インナー圧力室69を大気開放することも可能である。   An inner pressure chamber 69 is formed inside the inner rolling diaphragm 62. The inner pressure chamber 69 is connected to a fluid supply source (not shown) via a flow path 70 (shown schematically). When pressurized fluid (for example, pressurized air) is supplied from the fluid supply source to the inner pressure chamber 69, the inner rolling diaphragm 62 pushes the inner piston 61 downward, and the inner piston 61 lowers the inner retainer ring 20 downward. Press down. Thus, the inner pressing mechanism 60 presses the lower surface of the inner retainer ring 20 (that is, the lower surface of the inner ring member 21) against the polishing surface 2a of the polishing pad 2. The inner pressure chamber 69 is further connected to a vacuum pump (not shown), and the inner retainer ring 20 can be raised by forming a negative pressure in the inner pressure chamber 69 by this vacuum pump. The inner pressure chamber 69 is also connected to an atmosphere release mechanism (not shown), and the inner pressure chamber 69 can be opened to the atmosphere.

アウターリテーナリング30は、インナーリテーナリング20を囲むように配置されている。このアウターリテーナリング30は、研磨パッド2の研磨面2aに接触するアウターリング部材31と、このアウターリング部材31の上部に固定されたアウタードライブリング32とを有している。アウターリング部材31は、複数のボルト34(図3参照)によってアウタードライブリング32に結合されている。アウターリング部材31は、インナーリテーナリング20のインナーリング部材21を囲むように配置されている。インナーリング部材21とアウターリング部材31との間には隙間が形成されており、インナーリング部材21とアウターリング部材31とは常に非接触に保たれる。   The outer retainer ring 30 is disposed so as to surround the inner retainer ring 20. The outer retainer ring 30 includes an outer ring member 31 that contacts the polishing surface 2 a of the polishing pad 2, and an outer drive ring 32 that is fixed to the upper portion of the outer ring member 31. The outer ring member 31 is coupled to the outer drive ring 32 by a plurality of bolts 34 (see FIG. 3). The outer ring member 31 is disposed so as to surround the inner ring member 21 of the inner retainer ring 20. A gap is formed between the inner ring member 21 and the outer ring member 31, and the inner ring member 21 and the outer ring member 31 are always kept in non-contact.

アウターリテーナリング30の上部は、アウター押圧機構80に連結されており、このアウター押圧機構80によりアウターリテーナリング30の下面(すなわち、アウターリング部材31の下面)が研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧されるようになっている。アウタードライブリング32は、SUSなどの金属材料またはセラミックから構成され、アウターリング部材31は、PEEKやPPS等の樹脂材料から構成されている。   The upper part of the outer retainer ring 30 is connected to an outer pressing mechanism 80, and the outer pressing mechanism 80 allows the lower surface of the outer retainer ring 30 (that is, the lower surface of the outer ring member 31) to the polishing surface 2 a of the polishing pad 2. To be pressed. The outer drive ring 32 is made of a metal material such as SUS or ceramic, and the outer ring member 31 is made of a resin material such as PEEK or PPS.

アウター押圧機構80は、アウタードライブリング32の上部に固定されたアウターピストン81と、アウターピストン81の上面に接続されたアウターローリングダイヤフラム82と、アウターローリングダイヤフラム82を収容するアウターシリンダ83とを備えている。アウターローリングダイヤフラム82の上端は保持部材84により保持され、この保持部材84はボルト85によりアウターシリンダ83の上部に固定されている。本実施形態では、インナーシリンダ63とアウターシリンダ83は一体に形成されている。   The outer pressing mechanism 80 includes an outer piston 81 fixed to the upper portion of the outer drive ring 32, an outer rolling diaphragm 82 connected to the upper surface of the outer piston 81, and an outer cylinder 83 that houses the outer rolling diaphragm 82. Yes. The upper end of the outer rolling diaphragm 82 is held by a holding member 84, and this holding member 84 is fixed to the upper portion of the outer cylinder 83 by a bolt 85. In the present embodiment, the inner cylinder 63 and the outer cylinder 83 are integrally formed.

アウターリテーナリング30は、アウター押圧機構80に着脱可能に連結されている。より具体的には、アウターピストン81は金属などの磁性材から形成されており、アウタードライブリング32の上部には複数の磁石88が配置されている。これら磁石88がアウターピストン81を引き付けることにより、アウターリテーナリング30がアウターピストン81に磁力により固定される。なお、アウタードライブリング32を磁性材で形成し、アウターピストン81に磁石を配置してもよい。   The outer retainer ring 30 is detachably connected to the outer pressing mechanism 80. More specifically, the outer piston 81 is made of a magnetic material such as metal, and a plurality of magnets 88 are disposed on the upper part of the outer drive ring 32. When these magnets 88 attract the outer piston 81, the outer retainer ring 30 is fixed to the outer piston 81 by a magnetic force. The outer drive ring 32 may be formed of a magnetic material, and a magnet may be disposed on the outer piston 81.

アウターローリングダイヤフラム82の内部にはアウター圧力室89が形成されている。このアウター圧力室89は、流路90(模式的に示す)を介して上記流体供給源に接続されている。この流体供給源からアウター圧力室89に加圧流体(例えば、加圧空気)を供給すると、アウターローリングダイヤフラム82がアウターピストン81を下方に押し下げ、さらに、アウターピストン81はアウターリテーナリング30を下方に押し下げる。このようにして、アウター押圧機構80は、アウターリテーナリング30の下面(すなわち、アウターリング部材31の下面)を研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧する。アウター圧力室89は、さらに真空ポンプにも接続されており、この真空ポンプによりアウター圧力室89内に負圧を形成することにより、アウターリテーナリング30を上昇させることができる。また、アウター圧力室89は大気開放機構(図示せず)にも接続されており、アウター圧力室89を大気開放することも可能である。   An outer pressure chamber 89 is formed inside the outer rolling diaphragm 82. The outer pressure chamber 89 is connected to the fluid supply source via a flow path 90 (shown schematically). When pressurized fluid (for example, pressurized air) is supplied to the outer pressure chamber 89 from this fluid supply source, the outer rolling diaphragm 82 pushes the outer piston 81 downward, and the outer piston 81 moves the outer retainer ring 30 downward. Press down. Thus, the outer pressing mechanism 80 presses the lower surface of the outer retainer ring 30 (that is, the lower surface of the outer ring member 31) against the polishing surface 2a of the polishing pad 2. The outer pressure chamber 89 is further connected to a vacuum pump, and the outer retainer ring 30 can be raised by forming a negative pressure in the outer pressure chamber 89 by this vacuum pump. The outer pressure chamber 89 is also connected to an atmosphere release mechanism (not shown), and the outer pressure chamber 89 can be opened to the atmosphere.

ウェハの研磨中は、弾性膜45がウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧すると同時に、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30が研磨パッド2の研磨面2aを直接押圧する。インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30は、トップリング本体10に対して独立に上下動可能に構成され、それぞれインナー押圧機構60およびアウター押圧機構80に連結されている。したがって、インナー押圧機構60およびアウター押圧機構80は、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30をそれぞれ独立に研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧することができる。   During polishing of the wafer, the elastic film 45 presses the wafer W against the polishing surface 2 a of the polishing pad 2, and at the same time, the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 directly press the polishing surface 2 a of the polishing pad 2. The inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 are configured to be able to move up and down independently with respect to the top ring body 10 and are connected to the inner pressing mechanism 60 and the outer pressing mechanism 80, respectively. Therefore, the inner pressing mechanism 60 and the outer pressing mechanism 80 can press the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 against the polishing surface 2a of the polishing pad 2 independently of each other.

図2に示すように、インナーリテーナリング20は、連結部材100を介して球面軸受111に連結されている。この球面軸受111は、インナーリテーナリング20の半径方向内側に配置されている。連結部材100は、トップリング本体10の中心部に配置された縦方向に延びる軸部101と、この軸部101から放射状に延びる複数のスポーク102とを備えている。スポーク102の一方の端部は、複数のボルト103により軸部101に固定されており、スポーク102の他方の端部は、インナーリテーナリング20のインナードライブリング22に固定されている。この実施形態では、スポーク102とインナードライブリング22とは一体に形成されている。   As shown in FIG. 2, the inner retainer ring 20 is connected to the spherical bearing 111 via the connecting member 100. The spherical bearing 111 is disposed on the inner side in the radial direction of the inner retainer ring 20. The connecting member 100 includes a shaft portion 101 that is disposed in the center portion of the top ring body 10 and extends in the vertical direction, and a plurality of spokes 102 that extend radially from the shaft portion 101. One end portion of the spoke 102 is fixed to the shaft portion 101 by a plurality of bolts 103, and the other end portion of the spoke 102 is fixed to the inner drive ring 22 of the inner retainer ring 20. In this embodiment, the spoke 102 and the inner drive ring 22 are integrally formed.

連結部材100の軸部101は、トップリング本体10の中央部に配置された球面軸受111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100および連結部材100に固定されたインナーリテーナリング20は、トップリング本体10に対して縦方向に移動可能となっている。軸部101には縦方向に延びる貫通孔104が形成されている。この貫通孔104は軸部101が球面軸受111に対して縦方向に移動する際の空気抜き穴として作用し、これによりインナーリテーナリング20はトップリング本体10に対して縦方向にスムーズに移動可能となっている。   The shaft portion 101 of the connecting member 100 is supported by a spherical bearing 111 disposed at the center portion of the top ring body 10 so as to be movable in the vertical direction. With such a configuration, the connecting member 100 and the inner retainer ring 20 fixed to the connecting member 100 are movable in the vertical direction with respect to the top ring body 10. A through hole 104 extending in the vertical direction is formed in the shaft portion 101. The through-hole 104 acts as an air vent hole when the shaft portion 101 moves in the vertical direction with respect to the spherical bearing 111, so that the inner retainer ring 20 can move smoothly in the vertical direction with respect to the top ring body 10. It has become.

図9は、球面軸受111の拡大断面図である。図9に示すように、球面軸受111は、連結部材100を介してインナーリテーナリング20に連結された中間輪114と、中間輪114を上から摺動自在に支持する外輪113と、中間輪114を下から摺動自在に支持する内輪115とを備えている。中間輪114は、球殻の上半分よりも小さい部分球殻形状を有し、外輪113と内輪115との間に挟まれている。   FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the spherical bearing 111. As shown in FIG. 9, the spherical bearing 111 includes an intermediate wheel 114 connected to the inner retainer ring 20 via the connecting member 100, an outer wheel 113 that slidably supports the intermediate wheel 114 from above, and an intermediate wheel 114. The inner ring 115 is slidably supported from below. The intermediate ring 114 has a partial spherical shell shape smaller than the upper half of the spherical shell, and is sandwiched between the outer ring 113 and the inner ring 115.

キャリア43の中央部には凹部43aが形成されており、外輪113は凹部43a内に配置されている。外輪113は、その外周部につば113aを有しており、このつば113aを凹部43a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113がキャリア43に固定されるとともに、中間輪114および内輪115に圧力を掛けることが可能となっている。内輪115は凹部43aの底面上に配置されており、中間輪114の下面と凹部43aの底面との間に隙間が形成されるように、中間輪114を下から支えている。   A recess 43a is formed at the center of the carrier 43, and the outer ring 113 is disposed in the recess 43a. The outer ring 113 has a collar 113a on the outer periphery thereof, and the outer ring 113 is fixed to the carrier 43 by fixing the collar 113a to the stepped portion of the recess 43a with a bolt (not shown). It is possible to apply pressure to the ring 114 and the inner ring 115. The inner ring 115 is disposed on the bottom surface of the recess 43a, and supports the intermediate ring 114 from below so that a gap is formed between the lower surface of the intermediate ring 114 and the bottom surface of the recess 43a.

外輪113の内面113b、中間輪114の外面114aおよび内面114b、および内輪115の外面115a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114の外面114aは、外輪113の内面113bに摺動自在に接触し、中間輪114の内面114bは、内輪115の外面115aに摺動自在に接触している。外輪113の内面113b(摺接面)、中間輪114の外面114aおよび内面114b(摺接面)、および内輪115の外面115a(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114は、外輪113および内輪115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111よりも下方に位置する。   The inner surface 113b of the outer ring 113, the outer surface 114a and the inner surface 114b of the intermediate ring 114, and the outer surface 115a of the inner ring 115 are substantially hemispherical surfaces with the fulcrum O as the center. The outer surface 114 a of the intermediate wheel 114 is slidably in contact with the inner surface 113 b of the outer wheel 113, and the inner surface 114 b of the intermediate wheel 114 is slidably in contact with the outer surface 115 a of the inner wheel 115. The inner surface 113b (sliding contact surface) of the outer ring 113, the outer surface 114a and inner surface 114b (sliding contact surface) of the intermediate ring 114, and the outer surface 115a (sliding contact surface) of the inner ring 115 have partial spherical shapes smaller than the upper half of the spherical surface. Have. With such a configuration, the intermediate wheel 114 can tilt in all directions (360 °) with respect to the outer ring 113 and the inner ring 115, and the fulcrum O that is the center of tilting is located below the spherical bearing 111.

外輪113、中間輪114、および内輪115には、軸部101が挿入される貫通孔113c,114c,115bがそれぞれ形成されている。外輪113の貫通孔113cと軸部101との間には隙間が形成されており、同様に、内輪115の貫通孔115bと軸部101との間には隙間が形成されている。中間輪114の貫通孔114cは、外輪113および内輪115の貫通孔113c,115bよりも小さな直径を有しており、軸部101は中間輪114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101に連結されたインナーリテーナリング20は、横方向に移動することは実質的に許容されず、インナーリテーナリング20の横方向(水平方向)の位置は球面軸受111によって固定される。   The outer ring 113, the intermediate ring 114, and the inner ring 115 are formed with through holes 113c, 114c, and 115b into which the shaft portion 101 is inserted. A gap is formed between the through hole 113 c of the outer ring 113 and the shaft portion 101, and similarly, a gap is formed between the through hole 115 b of the inner ring 115 and the shaft portion 101. The through hole 114 c of the intermediate wheel 114 has a smaller diameter than the through holes 113 c and 115 b of the outer ring 113 and the inner ring 115, and the shaft portion 101 can move only in the vertical direction with respect to the intermediate wheel 114. . Accordingly, the inner retainer ring 20 connected to the shaft portion 101 is not substantially allowed to move in the lateral direction, and the position of the inner retainer ring 20 in the lateral direction (horizontal direction) is fixed by the spherical bearing 111. .

図10(a)は、軸部101が球面軸受111に対して上下動している様子を示し、図10(b)および図10(c)は、軸部101が中間輪114と共に傾動している様子を示している。図10(a)乃至図10(c)に示すように、軸部101に連結されたインナーリテーナリング20は、中間輪114と一体に支点Oを中心として傾動可能であり、かつ中間輪114に対して上下に移動可能となっている。   10A shows a state in which the shaft portion 101 moves up and down with respect to the spherical bearing 111. FIGS. 10B and 10C show that the shaft portion 101 tilts together with the intermediate wheel 114. FIG. It shows how it is. As shown in FIG. 10A to FIG. 10C, the inner retainer ring 20 connected to the shaft portion 101 can be tilted around the fulcrum O integrally with the intermediate wheel 114, and On the other hand, it can move up and down.

球面軸受111は、インナーリテーナリング20の上下移動および傾動を許容する一方で、インナーリテーナリング20の横方向の移動(水平方向の移動)を制限し、インナーリテーナリング20からアウターリテーナリング30への上記横方向の力の伝達を許容しない。したがって、球面軸受111は、ウェハの研磨中に、ウェハと研磨パッド2との摩擦に起因してインナーリテーナリング20がウェハから受ける横方向の力(ウェハの半径方向外側に向かう力)を受けつつ、インナーリテーナリング20の横方向の移動を制限する(すなわちインナーリテーナリング20の水平方向の位置を固定する)支持機構として機能する。   The spherical bearing 111 allows the inner retainer ring 20 to move up and down and tilt, while restricting the lateral movement (horizontal movement) of the inner retainer ring 20, so that the inner retainer ring 20 moves to the outer retainer ring 30. The transmission of the lateral force is not allowed. Accordingly, the spherical bearing 111 receives a lateral force (force directed outward in the radial direction of the wafer) that the inner retainer ring 20 receives from the wafer due to friction between the wafer and the polishing pad 2 during polishing of the wafer. It functions as a support mechanism that restricts the lateral movement of the inner retainer ring 20 (that is, fixes the horizontal position of the inner retainer ring 20).

インナーリテーナリング20は、支点Oを中心として傾動可能で、かつ支点Oを通る軸線上で上下動可能に球面軸受111により支持されている。この支点Oは、ウェハの研磨中の研磨パッド2の研磨面2a(すなわち、研磨パッド2とウェハとの接触面)にできるだけ近い位置にあることが好ましい。図9に示す実施形態では、支点Oはウェハの研磨中の研磨面2aよりもやや上方に位置している。ウェハ研磨中の支点Oの位置は、研磨面2aの上方−15mm〜15mmであることが好ましく、−5mm〜5mmであることがより好ましい。ここで、−15mmとは、支点Oが研磨面2aの下方15mmの位置にある場合を示す。支点Oは、ウェハ研磨中の研磨パッド2の研磨面2a上にあること、すなわち、支点Oと研磨面2aとの距離が0であることが最も好ましい。これは、支点Oが研磨面2a上にあるとき、ウェハと研磨面2aとの摩擦力がインナーリテーナリング20を傾ける力のモーメントとして実質的に作用しないからである。   The inner retainer ring 20 is supported by the spherical bearing 111 so that it can tilt around the fulcrum O and can move up and down on an axis passing through the fulcrum O. The fulcrum O is preferably located as close as possible to the polishing surface 2a of the polishing pad 2 during polishing of the wafer (that is, the contact surface between the polishing pad 2 and the wafer). In the embodiment shown in FIG. 9, the fulcrum O is located slightly above the polishing surface 2a during polishing of the wafer. The position of the fulcrum O during wafer polishing is preferably −15 mm to 15 mm above the polishing surface 2a, and more preferably −5 mm to 5 mm. Here, −15 mm indicates a case where the fulcrum O is at a position 15 mm below the polishing surface 2a. Most preferably, the fulcrum O is on the polishing surface 2a of the polishing pad 2 during wafer polishing, that is, the distance between the fulcrum O and the polishing surface 2a is zero. This is because when the fulcrum O is on the polishing surface 2a, the frictional force between the wafer and the polishing surface 2a does not substantially act as a moment of force for tilting the inner retainer ring 20.

上述した球面軸受111を採用することにより、インナーリテーナリング20を傾ける力のモーメントが0または非常に小さくなる。したがって、インナーリテーナリング20の傾きを小さく抑えることが可能となり、インナーリテーナリング20は研磨面2aに所望の押圧力を均一に与えることができる。   By employing the spherical bearing 111 described above, the moment of the force for tilting the inner retainer ring 20 is zero or very small. Therefore, the inclination of the inner retainer ring 20 can be kept small, and the inner retainer ring 20 can uniformly apply a desired pressing force to the polishing surface 2a.

上述のように構成されたインナーリテーナリング20およびインナーリテーナリング20を支持する球面軸受111によれば、ウェハの研磨中、インナーリテーナリング20は球面軸受111によって滑らかに傾動する。ウェハの研磨中は、ウェハと研磨パッド2との間の摩擦により、ウェハからインナーリテーナリング20に横方向(水平方向)の力がかかる。この横方向の力はウェハの中心部の上方に位置する球面軸受111で受けることができ、かつインナーリテーナリング20の横方向の動きは球面軸受111によって制限される。したがって、インナーリテーナリング20からアウターリテーナリング30には横方向の力は作用しなく、アウターリテーナリング30の研磨面に対する傾きが小さくなる。また、インナーリテーナリング20とは異なり、アウターリテーナリング30はウェハから力を受けないので、アウターリテーナリング30の局所的な変形を防止することができる。したがって、アウターリテーナリング30は研磨面2aに対して均一に所望の押圧力を与えることができる。   According to the inner retainer ring 20 configured as described above and the spherical bearing 111 that supports the inner retainer ring 20, the inner retainer ring 20 is smoothly tilted by the spherical bearing 111 during the polishing of the wafer. During polishing of the wafer, a lateral (horizontal) force is applied from the wafer to the inner retainer ring 20 due to friction between the wafer and the polishing pad 2. This lateral force can be received by the spherical bearing 111 located above the center of the wafer, and the lateral movement of the inner retainer ring 20 is limited by the spherical bearing 111. Accordingly, no lateral force acts on the inner retainer ring 20 to the outer retainer ring 30, and the inclination of the outer retainer ring 30 with respect to the polishing surface is reduced. Further, unlike the inner retainer ring 20, the outer retainer ring 30 does not receive a force from the wafer, so that local deformation of the outer retainer ring 30 can be prevented. Therefore, the outer retainer ring 30 can uniformly apply a desired pressing force to the polishing surface 2a.

アウターリテーナリング30自体が研磨面2aと摺接することによって生じる摩擦力は、アウターリテーナリング30と研磨面2aとの接触面積が小さいために、ウェハと研磨面2aとの間に生じる摩擦力に比べて相当小さい。このアウターリテーナリング30に作用する摩擦力は、アウターリテーナリング30とインナーリテーナリング20との間に設置されたストッパ119を介してインナーリテーナリング20に伝えられ、最終的にはインナーリテーナリング20の支持機構である球面軸受111で支持される。ストッパ119はリング形状を有しており、インナードライブリング22の外周面に取り付けられている。ストッパ119をアウタードライブリング32の内周面に取り付けてもよい。ストッパ119は摺動性に優れる樹脂材料から構成されることが好ましい。ストッパ119の摺接面の縦断面形状は直線でも良いし、曲線でも良い。   The frictional force generated when the outer retainer ring 30 itself is in sliding contact with the polishing surface 2a is smaller than the frictional force generated between the wafer and the polishing surface 2a because the contact area between the outer retainer ring 30 and the polishing surface 2a is small. Is quite small. The frictional force acting on the outer retainer ring 30 is transmitted to the inner retainer ring 20 via a stopper 119 installed between the outer retainer ring 30 and the inner retainer ring 20, and finally the inner retainer ring 20. It is supported by a spherical bearing 111 which is a support mechanism. The stopper 119 has a ring shape and is attached to the outer peripheral surface of the inner drive ring 22. The stopper 119 may be attached to the inner peripheral surface of the outer drive ring 32. The stopper 119 is preferably made of a resin material having excellent slidability. The longitudinal sectional shape of the sliding surface of the stopper 119 may be a straight line or a curved line.

球面軸受111の外輪113、中間輪114、内輪115、および連結部材100の軸部101のうち少なくとも1つには、SiCやジルコニアなどのセラミックを用いることが好ましい。この場合、摺接面のみをセラミックから形成してもよい。例えば、外輪113の摺接面をセラミックで形成し、その他の部分を金属で形成してもよい。セラミックを用いることにより、摺接面の耐摩耗性を高めるとともに、摺接面の表面粗さを小さくして摺接面の摩擦を低減させることができる。外輪113、中間輪114、内輪115、および軸部101の摺接面の摩擦を低減するために、自己潤滑性が高く摩擦係数が低く、耐摩耗性の優れたテフロン(登録商標)等を含有した被膜を摺接面に設けてもよい。さらに、外輪113、中間輪114、内輪115、および軸部101のうち少なくとも1つの摺接面に、PTFE(四フッ化エチレン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、またはPPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂材料からなる低摩擦材料を設けてもよい。あるいは、炭素繊維などの繊維および固体潤滑材を添加した樹脂材料を用いて摺接面を構成しても良い。   It is preferable to use ceramic such as SiC or zirconia for at least one of the outer ring 113, the intermediate ring 114, the inner ring 115, and the shaft portion 101 of the connecting member 100 of the spherical bearing 111. In this case, only the sliding contact surface may be formed from ceramic. For example, the sliding contact surface of the outer ring 113 may be formed of ceramic, and the other part may be formed of metal. By using ceramic, the wear resistance of the sliding contact surface can be increased, and the surface roughness of the sliding contact surface can be reduced to reduce the friction of the sliding contact surface. Contains Teflon (registered trademark) with high self-lubricating property, low friction coefficient, and excellent wear resistance to reduce friction on the sliding surface of outer ring 113, intermediate ring 114, inner ring 115, and shaft 101 The coated film may be provided on the sliding surface. Furthermore, PTFE (tetrafluoroethylene), PEEK (polyether ether ketone), PPS (polyphenylene sulfide), or the like is formed on at least one sliding contact surface of the outer ring 113, the intermediate ring 114, the inner ring 115, and the shaft portion 101. A low friction material made of a resin material may be provided. Or you may comprise a sliding contact surface using the resin material which added fibers, such as carbon fiber, and a solid lubricant.

外輪113、中間輪114、内輪115、および軸部101には、摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れた金属材料を使用することも可能である。しかしながら、ウェハに形成された金属膜を研磨する際には、研磨中の金属膜厚さを測定するために渦電流センサを使用する場合がある。この様な場合には、ウェハ近傍の球面軸受111に導電性材料である金属を使用すると渦電流センサの測定精度が低下してしまうことがある。このため、球面軸受111および軸部101には非導電性材料を使用することが好ましい。   For the outer ring 113, the intermediate ring 114, the inner ring 115, and the shaft portion 101, it is possible to use a metal material having a low friction coefficient and excellent wear resistance. However, when polishing a metal film formed on a wafer, an eddy current sensor may be used to measure the metal film thickness during polishing. In such a case, if a metal which is a conductive material is used for the spherical bearing 111 near the wafer, the measurement accuracy of the eddy current sensor may be lowered. For this reason, it is preferable to use a nonconductive material for the spherical bearing 111 and the shaft portion 101.

インナーリテーナリング20は、トップリング本体10およびアウターリテーナリング30に対して独立に傾動できる構造になっている。インナーリテーナリング20を傾動可能および上下動可能に支持する球面軸受111は、トップリング本体10の内部に設けられ、かつキャリア43の凹部43aに収容されているため、球面軸受111の摺接面からの摩耗粉は、トップリング本体10内に封じ込められ、研磨面2aへ落下することがない。   The inner retainer ring 20 has a structure that can be tilted independently with respect to the top ring body 10 and the outer retainer ring 30. The spherical bearing 111 that supports the inner retainer ring 20 so as to be tiltable and vertically movable is provided inside the top ring main body 10 and accommodated in the concave portion 43a of the carrier 43. The wear powder is contained in the top ring body 10 and does not fall onto the polishing surface 2a.

図8に示すように、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との間には、環状の弾性膜からなるバリアシール120が設けられている。バリアシール120は、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との隙間を塞ぐように、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30の全周に亘って配置されている。より具体的には、バリアシール120の内側縁部はインナードライブリング22の下端に接続され、バリアシール120の外側縁部はアウタードライブリング32の下端に接続されている。バリアシール120は、上方に屈曲した逆U字型の断面を有しており、変形しやすい材料から形成されている。例えば、バリアシール120は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度および耐久性に優れたゴム材によって形成することができる。   As shown in FIG. 8, a barrier seal 120 made of an annular elastic film is provided between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30. The barrier seal 120 is disposed over the entire circumference of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 so as to close the gap between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30. More specifically, the inner edge of the barrier seal 120 is connected to the lower end of the inner drive ring 22, and the outer edge of the barrier seal 120 is connected to the lower end of the outer drive ring 32. The barrier seal 120 has an inverted U-shaped cross section bent upward, and is formed of a material that is easily deformed. For example, the barrier seal 120 can be formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber.

バリアシール120は、インナーリング部材21およびアウターリング部材31の上方であって、ストッパ119の下方に配置されている。インナーリング部材21とアウターリング部材31とは常に非接触に保たれており、バリアシール120の下方ではインナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30とが接触することはない。したがって、バリアシール120の下方では摩耗粉が発生しない。バリアシール120は、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との相対移動を許容しつつ、トップリング本体10の内部で発生した異物が研磨面2aに落下することを防止するとともに、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との隙間からトップリング本体10への研磨液(スラリー)の浸入を防ぐことができる。   The barrier seal 120 is disposed above the inner ring member 21 and the outer ring member 31 and below the stopper 119. The inner ring member 21 and the outer ring member 31 are always kept in non-contact, and the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 do not contact below the barrier seal 120. Accordingly, no abrasion powder is generated below the barrier seal 120. The barrier seal 120 allows a relative movement between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 while preventing a foreign matter generated inside the top ring body 10 from dropping on the polishing surface 2a, and the inner retainer ring 20. It is possible to prevent the polishing liquid (slurry) from entering the top ring body 10 from the gap between the outer retainer ring 30 and the outer retainer ring 30.

トップリング1の外周部には、トップリング本体10とアウターリテーナリング30とを接続するシールシート123が設けられている。シールシート123は環状の弾性膜であり、トップリング本体10とアウターリテーナリング30との隙間を塞ぐように、トップリング本体10とアウターリテーナリング30の全周に亘って配置されている。より具体的には、シールシート123の上端はトップリング本体10の外周面の下端に接続され、シールシート123の下端はアウターリテーナリング30の外周面に接続されている。シールシート123は、上下方向に変形しやすいようにベローズ形状を有している。バリアシール120と同様に、シールシート123は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。   A seal sheet 123 that connects the top ring main body 10 and the outer retainer ring 30 is provided on the outer periphery of the top ring 1. The seal sheet 123 is an annular elastic film, and is disposed over the entire circumference of the top ring body 10 and the outer retainer ring 30 so as to close a gap between the top ring body 10 and the outer retainer ring 30. More specifically, the upper end of the seal sheet 123 is connected to the lower end of the outer peripheral surface of the top ring body 10, and the lower end of the seal sheet 123 is connected to the outer peripheral surface of the outer retainer ring 30. The seal sheet 123 has a bellows shape so as to be easily deformed in the vertical direction. Similar to the barrier seal 120, the seal sheet 123 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber.

シールシート123は、トップリング本体10に対するアウターリテーナリング30の上下動を許容しつつ、トップリング本体10の内部で発生した異物が研磨面2aに落下することを防止するとともに、トップリング本体10とアウターリテーナリング30との隙間からトップリング本体10への研磨液(スラリー)の浸入を防ぐことができる。   The seal sheet 123 allows the outer retainer ring 30 to move up and down relative to the top ring body 10 while preventing foreign matter generated inside the top ring body 10 from falling on the polishing surface 2a. It is possible to prevent the polishing liquid (slurry) from entering the top ring body 10 from the gap with the outer retainer ring 30.

通常、ウェハの研磨後には、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30は、超純水または薬液などの洗浄液で洗浄される。そこで、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との隙間に洗浄液を効率よく導入するために、インナーリテーナリング20の外周面および/またはアウターリテーナリング30の内周面に、複数の縦溝を形成することが好ましい。   Normally, after the wafer is polished, the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 are cleaned with a cleaning solution such as ultrapure water or a chemical solution. Therefore, in order to efficiently introduce the cleaning liquid into the gap between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30, a plurality of vertical grooves are formed on the outer peripheral surface of the inner retainer ring 20 and / or the inner peripheral surface of the outer retainer ring 30. It is preferable to do.

図11(a)は、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30を下から見た図であり、図11(b)は図11(a)に示すXI−XI線断面図である。インナーリング部材21の内周面には複数の縦溝20aが形成され、インナーリング部材21の外周面には複数の縦溝20bが形成されている。さらに、インナーリング部材21の下面には、半径方向に延びるラジアル溝20cが形成されている。縦溝20a,20bは、インナーリテーナリング20の下面(すなわち、インナーリング部材21の下面)から上方に延び、ラジアル溝20cよりも高く上方に延びている。縦溝20a,20bおよびラジアル溝20cは、インナーリテーナリング20の周方向において等間隔に設けられている。ラジアル溝20cは、インナーリテーナリング20をその半径方向に貫通しているが、縦溝20a,20bは、インナーリテーナリング20を貫通していない。縦溝20a,20bは、インナーリテーナリング20の周方向においてラジアル溝20cと同じ位置に配置されており、縦溝20a,20bはラジアル溝20cに連通している。縦溝20a,20bはラジアル溝20cと同じ幅を有しているが、ラジアル溝20cの幅よりも狭くても広くてもよい。   Fig.11 (a) is the figure which looked at the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 from the bottom, and FIG.11 (b) is the XI-XI sectional view taken on the line shown to Fig.11 (a). A plurality of vertical grooves 20 a are formed on the inner peripheral surface of the inner ring member 21, and a plurality of vertical grooves 20 b are formed on the outer peripheral surface of the inner ring member 21. Further, a radial groove 20 c extending in the radial direction is formed on the lower surface of the inner ring member 21. The vertical grooves 20a and 20b extend upward from the lower surface of the inner retainer ring 20 (that is, the lower surface of the inner ring member 21), and extend higher than the radial groove 20c. The vertical grooves 20 a and 20 b and the radial groove 20 c are provided at equal intervals in the circumferential direction of the inner retainer ring 20. The radial groove 20 c penetrates the inner retainer ring 20 in the radial direction, but the longitudinal grooves 20 a and 20 b do not penetrate the inner retainer ring 20. The vertical grooves 20a and 20b are disposed at the same position as the radial groove 20c in the circumferential direction of the inner retainer ring 20, and the vertical grooves 20a and 20b communicate with the radial groove 20c. The vertical grooves 20a and 20b have the same width as the radial groove 20c, but may be narrower or wider than the radial groove 20c.

同様に、アウターリング部材31の内周面には複数の縦溝30aが形成されており、アウターリング部材31の下面には、半径方向に延びるラジアル溝30bが形成されている。縦溝30aは、アウターリテーナリング30の下面(すなわち、アウターリング部材31の下面)から上方に延び、ラジアル溝30bよりも高く上方に延びている。縦溝30aおよびラジアル溝30bは、アウターリテーナリング30の周方向において等間隔に設けられている。ラジアル溝30bは、アウターリテーナリング30をその半径方向に貫通しているが、縦溝30aは、アウターリテーナリング30を貫通していない。縦溝30aは、アウターリテーナリング30の周方向においてラジアル溝30bと同じ位置に配置されており、縦溝30aはラジアル溝30bに連通している。縦溝30aはラジアル溝30bと同じ幅を有しているが、ラジアル溝30aの幅よりも狭くても広くてもよい。縦溝20a,20bおよび縦溝30aは、バリアシール120よりも下方に位置している。   Similarly, a plurality of vertical grooves 30 a are formed on the inner peripheral surface of the outer ring member 31, and radial grooves 30 b extending in the radial direction are formed on the lower surface of the outer ring member 31. The vertical groove 30a extends upward from the lower surface of the outer retainer ring 30 (that is, the lower surface of the outer ring member 31), and extends upward higher than the radial groove 30b. The longitudinal grooves 30 a and the radial grooves 30 b are provided at equal intervals in the circumferential direction of the outer retainer ring 30. The radial groove 30 b penetrates the outer retainer ring 30 in the radial direction, but the vertical groove 30 a does not penetrate the outer retainer ring 30. The vertical groove 30a is disposed at the same position as the radial groove 30b in the circumferential direction of the outer retainer ring 30, and the vertical groove 30a communicates with the radial groove 30b. The vertical groove 30a has the same width as the radial groove 30b, but may be narrower or wider than the radial groove 30a. The vertical grooves 20 a and 20 b and the vertical groove 30 a are located below the barrier seal 120.

インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の下面に供給された洗浄液は、縦溝20bおよび縦溝30aを通ってインナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との隙間に導入され、この隙間に存在する研磨液を洗い流す。さらに、洗浄液は、縦溝20aを通ってインナーリテーナリング20と弾性膜45との隙間に導入され、この隙間に存在する研磨液を洗い流す。したがって、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30はそのスムーズな動きを保つことができる。   The cleaning liquid supplied to the lower surfaces of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 is introduced into the gap between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 through the vertical groove 20b and the vertical groove 30a, and polishing existing in this gap. Wash off the liquid. Further, the cleaning liquid is introduced into the gap between the inner retainer ring 20 and the elastic film 45 through the vertical groove 20a, and the polishing liquid existing in the gap is washed away. Therefore, the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 can maintain their smooth movement.

ウェハの研磨中は、研磨パッド2の研磨面2a上に研磨液が供給される。したがって、ウェハは、ウェハと研磨パッド2との間に研磨液が存在した状態で、研磨パッド2の研磨面2aとの摺接により研磨される。研磨液がウェハと研磨パッド2との間に流入することを促進するため、または研磨作用を終えた研磨液がウェハと研磨パッド2との間から流出することを促進するために、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30の下面にそれぞれ複数のラジアル溝20c,30bが設けられている。ラジアル溝20c,30bの断面形状や本数は、そのラジアル溝を設ける目的に従って適宜選択される。   During polishing of the wafer, a polishing liquid is supplied onto the polishing surface 2a of the polishing pad 2. Therefore, the wafer is polished by sliding contact with the polishing surface 2 a of the polishing pad 2 in a state where the polishing liquid is present between the wafer and the polishing pad 2. Inner retainer ring for facilitating the inflow of the polishing liquid between the wafer and the polishing pad 2 or for facilitating the outflow of the polishing liquid having finished the polishing action between the wafer and the polishing pad 2 A plurality of radial grooves 20 c and 30 b are provided on the lower surfaces of the outer retainer ring 30 and the outer ring 20, respectively. The cross-sectional shape and the number of the radial grooves 20c and 30b are appropriately selected according to the purpose of providing the radial grooves.

図12(a)乃至図12(c)は、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30の下面にそれぞれ設けられたラジアル溝20c,30bの例を示す図である。この例では、ラジアル溝20c,30bは、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の半径方向に延びている。図12(a)は、ラジアル溝30bの本数がラジアル溝20cの本数と同じ例を示し、図12(b)は、ラジアル溝30bの本数がラジアル溝20cの本数よりも少ない例を示し、図12(c)は、ラジアル溝20cの本数がラジアル溝30bの本数よりも少ない例を示している。研磨液の流入および流出を効果的に行うためには、ラジアル溝20c,30bの周方向の位置が一致していることが好ましい。   12A to 12C are views showing examples of radial grooves 20c and 30b provided on the lower surfaces of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30, respectively. In this example, the radial grooves 20 c and 30 b extend in the radial direction of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30. FIG. 12A shows an example in which the number of radial grooves 30b is the same as the number of radial grooves 20c, and FIG. 12B shows an example in which the number of radial grooves 30b is less than the number of radial grooves 20c. 12 (c) shows an example in which the number of radial grooves 20c is smaller than the number of radial grooves 30b. In order to effectively inflow and outflow of the polishing liquid, it is preferable that the circumferential positions of the radial grooves 20c and 30b coincide with each other.

図13(a)乃至図13(c)は、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30の下面にそれぞれ設けられたラジアル溝20c,30bの他の例を示す図である。図13(a)は、ラジアル溝30bの本数がラジアル溝20cの本数と同じ例を示し、図13(b)は、ラジアル溝30bの本数がラジアル溝20cの本数よりも少ない例を示し、図13(c)は、ラジアル溝20cの本数がラジアル溝30bの本数よりも少ない例を示している。この例では、ラジアル溝20c,30bは、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の半径方向に対して傾斜している。より具体的には、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30が回転するに従って研磨液がアウターリテーナリング30およびインナーリテーナリング20の外側から内側に流入するように、ラジアル溝20c,30bは、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の回転方向(矢印で示す)に対して前方に傾斜している。   FIGS. 13A to 13C are diagrams showing other examples of the radial grooves 20c and 30b provided on the lower surfaces of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30, respectively. 13A shows an example in which the number of radial grooves 30b is the same as the number of radial grooves 20c, and FIG. 13B shows an example in which the number of radial grooves 30b is smaller than the number of radial grooves 20c. 13 (c) shows an example in which the number of radial grooves 20c is smaller than the number of radial grooves 30b. In this example, the radial grooves 20 c and 30 b are inclined with respect to the radial direction of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30. More specifically, the radial grooves 20c and 30b are formed in the inner retainer so that the polishing liquid flows from the outside to the inside of the outer retainer ring 30 and the inner retainer ring 20 as the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 rotate. The ring 20 and the outer retainer ring 30 are inclined forward with respect to the rotational direction (indicated by arrows).

図14(a)乃至図14(c)は、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30の下面に設けられたそれぞれラジアル溝20c,30bのさらに他の例を示す図である。図14(a)は、ラジアル溝30bの本数がラジアル溝20cの本数と同じ例を示し、図14(b)は、ラジアル溝30bの本数がラジアル溝20cの本数よりも少ない例を示し、図14(c)は、ラジアル溝20cの本数がラジアル溝30bの本数よりも少ない例を示している。この例においても、ラジアル溝20c,30bは、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の半径方向に対して傾斜しているが、傾斜の方向が図12(b)に示す例と反対となっている。すなわち、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30が回転するに従って研磨液がアウターリテーナリング30およびインナーリテーナリング20の内側から外側に流出するように、ラジアル溝20c,30bは、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30の回転方向(矢印で示す)に対して後方に傾斜している。   14 (a) to 14 (c) are diagrams showing still other examples of the radial grooves 20c and 30b provided on the lower surfaces of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30, respectively. 14A shows an example in which the number of radial grooves 30b is the same as the number of radial grooves 20c, and FIG. 14B shows an example in which the number of radial grooves 30b is smaller than the number of radial grooves 20c. 14 (c) shows an example in which the number of radial grooves 20c is smaller than the number of radial grooves 30b. Also in this example, the radial grooves 20c and 30b are inclined with respect to the radial direction of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30, but the inclination direction is opposite to the example shown in FIG. Yes. That is, the radial grooves 20c and 30b are formed in the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 20 so that the polishing liquid flows out from the inside to the outside of the outer retainer ring 30 and the inner retainer ring 20 as the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 rotate. The retainer ring 30 is inclined backward with respect to the rotation direction (indicated by an arrow).

インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30とでラジアル溝20c,30bの断面形状、幅、本数が異なっていてもよく、または同じであってもよい。ラジアル溝20c,30bの深さは、インナーリテーナリング20、アウターリテーナリング30が減耗した際でも研磨液流入出に寄与できるような深さが選択される。   The inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 may have different or the same cross-sectional shapes, widths, and numbers of the radial grooves 20c and 30b. The depth of the radial grooves 20c and 30b is selected so as to contribute to the inflow and out of the polishing liquid even when the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 are worn.

図12乃至図14では、ラジアル溝30bを有するアウターリテーナリング30の例を示したが、研磨液の流入や流出を抑制したい場合には、ラジアル溝を有しないアウターリテーナリング30を使用することが好ましい。アウターリテーナリング30にラジアル溝を設けない場合には、図15に示すように、アウターリテーナリング30の内周面から外周面に延びる複数の貫通孔35を設けることが好ましい。これら貫通孔35は、アウターリテーナリング30をその半径方向に貫通しており、アウターリテーナ30の全周に亘って形成されている。これらの貫通孔30によりインナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30のスムーズな上下動が可能となる。貫通孔35は、バリアシール120およびシールシート123の下方に配置することが好ましい。これは、バリアシール120やシールシート123で囲われた領域へ研磨液が侵入してしまうことを避けるため、および囲われた領域から異物が研磨面2aへ落下してしまうことを防止するためである。   12 to 14 show an example of the outer retainer ring 30 having the radial groove 30b. However, when it is desired to suppress the inflow and outflow of the polishing liquid, the outer retainer ring 30 having no radial groove may be used. preferable. When the outer retainer ring 30 is not provided with a radial groove, it is preferable to provide a plurality of through holes 35 extending from the inner peripheral surface of the outer retainer ring 30 to the outer peripheral surface as shown in FIG. These through holes 35 penetrate the outer retainer ring 30 in the radial direction, and are formed over the entire circumference of the outer retainer 30. These through holes 30 enable the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 to move smoothly up and down. The through hole 35 is preferably arranged below the barrier seal 120 and the seal sheet 123. This is to prevent the polishing liquid from entering the area surrounded by the barrier seal 120 and the seal sheet 123 and to prevent foreign matter from falling onto the polishing surface 2a from the enclosed area. is there.

アウターリテーナリング30は、ウェハの研磨中に研磨パッド2の研磨面2aを均一に押圧することができる。このようなアウターリテーナリング30を設けることの効果としては、ウェハのエッジ部の研磨プロファイルの制御性の改善が挙げられる。ここで、ウェハのエッジ部とは、ウェハの最外周端に位置する幅約3mmの領域である。ウェハの研磨中に、インナーリテーナリング20の外側で研磨パッド2をアウターリテーナリング30で押圧することにより、ウェハのエッジ部の研磨プロファイルを制御することができる。このようなアウターリテーナリング30による研磨パッドリバウンドの効果を制御するために、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との間隔を変更してもよい。インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30との間隔(より具体的には、インナーリテーナリング20の下面とアウターリテーナリング30の下面との間隔)は、好ましくは0.1mm〜3mmである。   The outer retainer ring 30 can uniformly press the polishing surface 2a of the polishing pad 2 during wafer polishing. An effect of providing such an outer retainer ring 30 is an improvement in the controllability of the polishing profile of the edge portion of the wafer. Here, the edge portion of the wafer is a region having a width of about 3 mm located at the outermost peripheral edge of the wafer. During polishing of the wafer, the polishing profile of the edge portion of the wafer can be controlled by pressing the polishing pad 2 with the outer retainer ring 30 outside the inner retainer ring 20. In order to control the effect of such a polishing pad rebound by the outer retainer ring 30, the distance between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 may be changed. The distance between the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 (more specifically, the distance between the lower surface of the inner retainer ring 20 and the lower surface of the outer retainer ring 30) is preferably 0.1 mm to 3 mm.

図3に示すように、インナーリテーナリング20には複数の補強ピン(補強部材)125が埋設されている。これら補強ピン125は、インナーリテーナリング20の周方向に等間隔で配置されている。各補強ピン125は縦に延びており、ボルト126によりインナードライブリング22に固定されている。補強ピン125の下端は、インナーリング部材21の下端近傍に位置しており、補強ピン125の上端は、インナードライブリング22内に位置している。補強ピン125の材料としては、ステンレス鋼などの金属材料またはセラミックが挙げられる。インナーリテーナリング20に埋設された補強ピン125は、インナーリテーナリング20の剛性を向上させることができる。したがって、ウェハの研磨中にウェハから横方向の力を受けたときのインナーリテーナリング20の変形を小さくすることができ、その結果、インナーリテーナリング20は、研磨パッド2をより均一に押圧することができる。   As shown in FIG. 3, a plurality of reinforcing pins (reinforcing members) 125 are embedded in the inner retainer ring 20. These reinforcing pins 125 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the inner retainer ring 20. Each reinforcing pin 125 extends vertically and is fixed to the inner drive ring 22 by a bolt 126. The lower end of the reinforcing pin 125 is located in the vicinity of the lower end of the inner ring member 21, and the upper end of the reinforcing pin 125 is located in the inner drive ring 22. Examples of the material of the reinforcing pin 125 include metal materials such as stainless steel or ceramics. The reinforcing pin 125 embedded in the inner retainer ring 20 can improve the rigidity of the inner retainer ring 20. Therefore, the deformation of the inner retainer ring 20 when receiving a lateral force from the wafer during polishing of the wafer can be reduced, and as a result, the inner retainer ring 20 presses the polishing pad 2 more uniformly. Can do.

補強ピン125をインナードライブリング22にボルト126により取り外し可能に固定することの利点は以下のようなものがある。インナーリテーナリング20の剛性を向上させるためには、補強ピン125の外径と、補強ピン125が嵌合するインナーリング部材21の穴の径との差は出来る限り小さくすることが望ましい。さらに複数の補強ピン125とインナーリング部材21の穴との位置合わせが非常に重要となる。補強ピン125とインナーリング部材21の穴との位置がわずかにずれた状態でインナーリング部材21を取り付けた場合には、インナーリング部材21にひずみが生じ、研磨パッド2の均一な押圧を妨げることとなる。したがってインナーリング部材21をインナードライブリング22に取り付ける際には以下の手順で行う。初めに補強ピン125を固定するボルト126は仮留めの状態とし、補強ピン125が水平方向にわずかに動ける状態としておく。次にインナーリング部材21の穴に補強ピン125を嵌め込む。こうすることにより補強ピン125とインナーリング部材21の穴とのアライメントのずれが吸収できる。その後、ボルト126を締め込んで補強ピン125を固定し、最後に、図2に示すように、ボルト24によりインナーリング部材21をインナードライブリング22に固定する。   Advantages of removably fixing the reinforcing pin 125 to the inner drive ring 22 with the bolt 126 include the following. In order to improve the rigidity of the inner retainer ring 20, it is desirable to make the difference between the outer diameter of the reinforcing pin 125 and the diameter of the hole of the inner ring member 21 into which the reinforcing pin 125 fits as small as possible. Furthermore, the alignment of the plurality of reinforcing pins 125 and the holes of the inner ring member 21 is very important. When the inner ring member 21 is attached in a state where the positions of the reinforcing pins 125 and the holes of the inner ring member 21 are slightly shifted, the inner ring member 21 is distorted, and the uniform pressing of the polishing pad 2 is prevented. It becomes. Therefore, when the inner ring member 21 is attached to the inner drive ring 22, the following procedure is performed. First, the bolt 126 for fixing the reinforcing pin 125 is temporarily fixed, and the reinforcing pin 125 is allowed to move slightly in the horizontal direction. Next, the reinforcing pin 125 is fitted into the hole of the inner ring member 21. By doing so, misalignment between the reinforcing pin 125 and the hole of the inner ring member 21 can be absorbed. Thereafter, the bolt 126 is tightened to fix the reinforcing pin 125, and finally the inner ring member 21 is fixed to the inner drive ring 22 with the bolt 24 as shown in FIG.

以下、トップリング1の詳細な構成についてさらに説明する。図3に示すように、エッジホルダ50はリプルホルダ51により保持されている。リプルホルダ51は複数のストッパ54によりキャリア43の下部に取り付けられている。図4および図6に示すように、リプルホルダ52は、複数のストッパ55によりキャリア43の下部に取り付けられている。ストッパ54およびストッパ55はトップリング1の円周方向に等間隔に設けられている。   Hereinafter, the detailed configuration of the top ring 1 will be further described. As shown in FIG. 3, the edge holder 50 is held by a ripple holder 51. The ripple holder 51 is attached to the lower portion of the carrier 43 by a plurality of stoppers 54. As shown in FIGS. 4 and 6, the ripple holder 52 is attached to the lower portion of the carrier 43 by a plurality of stoppers 55. The stopper 54 and the stopper 55 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the top ring 1.

図3に示すように、弾性膜45の中央部にはセンター室130が形成されている。リプルホルダ52には、センター室130に連通する流路140が形成されており、キャリア43には、この流路140に連通する流路141が形成されている。この流路141は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体(例えば、加圧空気)が流路141および流路140を通ってセンター室130に供給されるようになっている。   As shown in FIG. 3, a center chamber 130 is formed in the central portion of the elastic film 45. The ripple holder 52 is formed with a channel 140 communicating with the center chamber 130, and the carrier 43 is formed with a channel 141 communicating with the channel 140. The flow path 141 is connected to a fluid supply source (not shown), and pressurized fluid (for example, pressurized air) is supplied to the center chamber 130 through the flow path 141 and the flow path 140. ing.

リプルホルダ51は、弾性膜45のリプル45bを爪部51aでキャリア43の下部に押さえつけるようになっており、リプルホルダ52は、弾性膜45のリプル45aを爪部52aでキャリア43の下部に押さえつけるようになっている。弾性膜45のエッジ45cは爪部51bでエッジホルダ50に押さえつけられている。   The ripple holder 51 is configured to press the ripple 45b of the elastic film 45 against the lower part of the carrier 43 with the claw part 51a, and the ripple holder 52 is configured to press the ripple 45a of the elastic film 45 against the lower part of the carrier 43 with the claw part 52a. It has become. The edge 45c of the elastic film 45 is pressed against the edge holder 50 by the claw portion 51b.

図2に示すように、弾性膜45のリプル45aとリプル45bとの間には環状のリプル室131が形成されている。弾性膜45のリプルホルダ51とリプルホルダ52との間には隙間45fが形成されており、キャリア43には隙間45fおよびリプル室131に連通する流路142が形成されている。この流路142は図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体が流路142を通ってリプル室131に供給されるようになっている。また、この流路142は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されている。真空ポンプの作動により弾性膜45の下面にウェハを吸着できるようになっている。   As shown in FIG. 2, an annular ripple chamber 131 is formed between the ripple 45 a and the ripple 45 b of the elastic film 45. A gap 45 f is formed between the ripple holder 51 and the ripple holder 52 of the elastic film 45, and a flow path 142 communicating with the gap 45 f and the ripple chamber 131 is formed in the carrier 43. The flow path 142 is connected to a fluid supply source (not shown), and pressurized fluid is supplied to the ripple chamber 131 through the flow path 142. The flow path 142 is also connected to a vacuum pump (not shown) so as to be switchable. The wafer can be attracted to the lower surface of the elastic film 45 by the operation of the vacuum pump.

リプルホルダ51には、弾性膜45のリプル45bおよびエッジ45cによって形成される環状のアウター室132に連通する流路(図示せず)が形成されている。このリプルホルダ51の流路は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がアウター室132に供給されるようになっている。   The ripple holder 51 is formed with a flow path (not shown) communicating with the annular outer chamber 132 formed by the ripple 45 b and the edge 45 c of the elastic film 45. The flow path of the ripple holder 51 is connected to a fluid supply source (not shown) so that pressurized fluid is supplied to the outer chamber 132.

図4および図8に示すように、エッジホルダ50は、弾性膜45のエッジ45dを押さえてキャリア43の下部に保持するようになっている。このエッジホルダ50には、弾性膜45のエッジ45cおよびエッジ45dによって形成される環状のエッジ室133に連通する流路143が形成されている。このエッジホルダ50の流路143は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がエッジ室133に供給されるようになっている。   As shown in FIGS. 4 and 8, the edge holder 50 is configured to hold the edge 45 d of the elastic film 45 and hold it under the carrier 43. In the edge holder 50, a flow path 143 communicating with an annular edge chamber 133 formed by the edges 45c and 45d of the elastic film 45 is formed. The flow path 143 of the edge holder 50 is connected to a fluid supply source (not shown) so that pressurized fluid is supplied to the edge chamber 133.

このように、本実施形態におけるトップリング1においては、弾性膜45とトップリング本体10のキャリア43との間に形成される圧力室、すなわち、センター室130、リプル室131、アウター室132、およびエッジ室133に供給する流体の圧力を調整することにより、ウェハを研磨パッド2に押圧する押圧力をウェハの部分ごとに調整できるようになっている。   As described above, in the top ring 1 according to the present embodiment, the pressure chamber formed between the elastic film 45 and the carrier 43 of the top ring body 10, that is, the center chamber 130, the ripple chamber 131, the outer chamber 132, and By adjusting the pressure of the fluid supplied to the edge chamber 133, the pressing force for pressing the wafer against the polishing pad 2 can be adjusted for each portion of the wafer.

インナー押圧機構60に使用されるローリングダイヤフラム62(図8参照)は、屈曲した部分をもつ弾性膜からなるもので、ローリングダイヤフラム62で仕切る室69の内部圧力の変化等により、その屈曲部が転動することにより室69の空間を広げることができる。室69が広がる際にローリングダイヤフラム62がインナーシリンダ63と摺動せず、ほとんど伸縮しないため、摺動摩擦が極めて少ない。したがって、ローリングダイヤフラム62を長寿命化することができ、インナーリテーナリング20が研磨パッド2に与える押圧力を精度よく調整することができるという利点がある。また、インナーリテーナリング20のインナーリング部材21が摩耗しても、インナーリテーナリング20の押圧力を一定に維持することが可能である。アウター押圧機構80に使用されるローリングダイヤフラム82も、インナー押圧機構60のローリングダイヤフラム62と同様の構成を有しており、同様の利点がある。   A rolling diaphragm 62 (see FIG. 8) used for the inner pressing mechanism 60 is made of an elastic film having a bent portion. The bent portion rolls due to a change in the internal pressure of the chamber 69 partitioned by the rolling diaphragm 62. By moving, the space of the chamber 69 can be expanded. When the chamber 69 expands, the rolling diaphragm 62 does not slide with the inner cylinder 63 and hardly expands or contracts, so that sliding friction is extremely small. Therefore, there is an advantage that the rolling diaphragm 62 can have a long life, and the pressing force applied to the polishing pad 2 by the inner retainer ring 20 can be adjusted with high accuracy. Further, even if the inner ring member 21 of the inner retainer ring 20 is worn, the pressing force of the inner retainer ring 20 can be kept constant. The rolling diaphragm 82 used for the outer pressing mechanism 80 has the same configuration as the rolling diaphragm 62 of the inner pressing mechanism 60, and has the same advantages.

図6に示すように、インナードライブリング22と球面軸受111とを連結する連結部材100は、放射状に延びる8本のスポーク102を有している。これらスポーク102は、キャリア43の上面に形成された放射状に延びる8本の凹溝43g内にそれぞれ収容されている。キャリア43には、複数対のインナーリング駆動カラー150,150が設けられており、各対のインナーリング駆動カラー150,150は各スポーク102の両側に配置されている。図6に示す例では、4対のインナーリング駆動カラー150,150が設けられており、8本のスポーク102のうちの4本に4対のインナーリング駆動カラー150,150がそれぞれ配置されている。   As shown in FIG. 6, the connecting member 100 that connects the inner drive ring 22 and the spherical bearing 111 has eight spokes 102 that extend radially. These spokes 102 are respectively housed in eight concave grooves 43 g formed radially on the upper surface of the carrier 43. The carrier 43 is provided with a plurality of pairs of inner ring driving collars 150, 150, and each pair of inner ring driving collars 150, 150 is disposed on both sides of each spoke 102. In the example shown in FIG. 6, four pairs of inner ring driving collars 150 and 150 are provided, and four pairs of inner ring driving collars 150 and 150 are arranged on four of the eight spokes 102, respectively. .

トップリング本体10は、トップリングシャフト7に接続されており、トップリング本体10はトップリングシャフト7によって回転させられる。トップリング本体10の回転は、キャリア43から複数対のインナーリング駆動カラー150,150を介してスポーク102に伝達され、トップリング本体10とインナーリテーナリング20は一体となって回転する。インナーリング駆動カラー150は、PTFE、PEEK、PPSなどの低摩擦材料から構成されている。インナーリング駆動カラー150が接触するスポーク102の両側面には鏡面処理が施されており、スポーク102の両側面の面粗度を向上させている。なお、インナーリング駆動カラー150に鏡面処理を施し、スポーク102の両側面にコーティング等により低摩擦材料を設けることもできる。   The top ring body 10 is connected to the top ring shaft 7, and the top ring body 10 is rotated by the top ring shaft 7. The rotation of the top ring body 10 is transmitted from the carrier 43 to the spoke 102 via a plurality of pairs of inner ring driving collars 150 and 150, and the top ring body 10 and the inner retainer ring 20 rotate together. The inner ring driving collar 150 is made of a low friction material such as PTFE, PEEK, or PPS. Both side surfaces of the spoke 102 with which the inner ring driving collar 150 contacts are mirror-finished to improve the surface roughness of both side surfaces of the spoke 102. The inner ring driving collar 150 may be mirror-finished, and a low friction material may be provided on both sides of the spoke 102 by coating or the like.

このような構成により、インナーリング駆動カラー150とスポーク102との摺動性を向上させることができる。したがって、インナーリテーナリング20は滑らかに傾動することができ、所望の押圧力を研磨面2aに均一に与えることができる。また、トップリング本体10からインナーリテーナリング20に回転を伝達する回転駆動部(インナーリング駆動カラー150およびスポーク102)をトップリング本体10内に設けたため、回転駆動部で発生する摩耗粉をトップリング本体10内に封じ込めることができる。したがって、摩耗粉が研磨面2aへ落下することがなく、摩耗粉に起因するスクラッチ等のウェハの欠陥を飛躍的に減少させることができる。   With such a configuration, the slidability between the inner ring driving collar 150 and the spoke 102 can be improved. Therefore, the inner retainer ring 20 can be tilted smoothly and a desired pressing force can be uniformly applied to the polishing surface 2a. In addition, since a rotation drive unit (inner ring drive collar 150 and spoke 102) that transmits rotation from the top ring body 10 to the inner retainer ring 20 is provided in the top ring body 10, wear powder generated in the rotation drive unit is removed from the top ring. It can be contained in the main body 10. Therefore, the wear powder does not fall to the polishing surface 2a, and the wafer defects such as scratches caused by the wear powder can be drastically reduced.

図7に示すように、インナーリテーナリング20の外周面には複数の凹部20dが形成されており、この複数の凹部20dにはアウターリテーナリング30に設けられたアウターリング駆動ピン152が配置されている。アウターリング駆動ピン152の外周面には、円筒形のアウターリング駆動カラー153が取り付けられている。図7では、アウターリング駆動カラー153の水平断面が示されている。このアウターリング駆動カラー153は、PTFE、PEEK、PPSなどの低摩擦材料から形成されている。各凹部20dは、鉛直方向に延びる両側面を有しており、インナーリテーナリング20が回転するとアウターリング駆動カラー153が凹部20dの一方の側面に接触するようになっている。インナーリテーナリング20の回転は、アウターリング駆動ピン152を介してアウターリテーナリング30に伝達され、インナーリテーナリング20とアウターリテーナリング30とは一体となって回転する。凹部20dの両側面には鏡面処理が施されており、低摩擦材料のアウターリング駆動カラー153が接触する凹部20dの面粗度を向上させている。   As shown in FIG. 7, a plurality of recesses 20d are formed on the outer peripheral surface of the inner retainer ring 20, and outer ring drive pins 152 provided on the outer retainer ring 30 are disposed in the plurality of recesses 20d. Yes. A cylindrical outer ring driving collar 153 is attached to the outer peripheral surface of the outer ring driving pin 152. In FIG. 7, a horizontal section of the outer ring drive collar 153 is shown. The outer ring drive collar 153 is made of a low friction material such as PTFE, PEEK, PPS. Each recess 20d has both side surfaces extending in the vertical direction, and the outer ring driving collar 153 comes into contact with one side surface of the recess 20d when the inner retainer ring 20 rotates. The rotation of the inner retainer ring 20 is transmitted to the outer retainer ring 30 via the outer ring drive pin 152, and the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 rotate together. Both side surfaces of the recess 20d are mirror-finished to improve the surface roughness of the recess 20d with which the outer ring driving collar 153 made of a low friction material contacts.

このような構成により、アウターリング駆動カラー153と凹部20dとの摺動性を向上させることができる。したがって、インナーリテーナリング20は滑らかに傾動することができるとともに、所望の押圧力を研磨面2aに均一に与えることができる。さらに、アウターリテーナリング30は、インナーリテーナリング20の傾動の影響を受けることなく、所望の押圧力を研磨面2aに均一に与えることができる。なお、本実施例ではインナーリテーナリング20に凹部20dを、アウターリテーナリング30にアウターリング駆動ピン152を配置したが、逆にインナーリテーナリング20にアウターリング駆動ピンを、アウターリテーナリング30に凹部を設けることも可能である。アウターリング駆動ピン152とアウターリング駆動カラー153との間にゴムクッションが設けられても良い。   With such a configuration, the slidability between the outer ring drive collar 153 and the recess 20d can be improved. Therefore, the inner retainer ring 20 can be tilted smoothly and a desired pressing force can be uniformly applied to the polishing surface 2a. Further, the outer retainer ring 30 can uniformly apply a desired pressing force to the polishing surface 2a without being affected by the tilt of the inner retainer ring 20. In this embodiment, the recess 20d is disposed in the inner retainer ring 20, and the outer ring drive pin 152 is disposed in the outer retainer ring 30. Conversely, the outer ring drive pin is disposed in the inner retainer ring 20, and the recess is disposed in the outer retainer ring 30. It is also possible to provide it. A rubber cushion may be provided between the outer ring drive pin 152 and the outer ring drive collar 153.

図4および図7に示すように、インナーリテーナリング20には、半径方向内方に突出する複数のストッパピン155が固定されている。これらストッパピン155は、トップリング本体10のキャリア43に形成された縦方向に延びる複数の凹部43hにそれぞれ緩やかに係合している。これら凹部43hはキャリア43の外周面に等間隔で形成されている。ストッパピン155は、凹部43hの上端と下端との間で縦方向に移動可能となっている。言い換えれば、インナーリテーナリング20のトップリング本体10に対する上下移動は、ストッパピン155および凹部43hによって制限される。すなわち、ストッパピン155が凹部43hの上端に接触したときには、インナーリテーナリング20はトップリング本体10に対して最上方の位置となり、ストッパピン155がキャリア43の凹部43hの下端に接触したときには、インナーリテーナリング20はトップリング本体10に対して最下方の位置になる。このような構成により、インナーリテーナリング20がトップリング本体10から落下してしまうことが防止される。   As shown in FIGS. 4 and 7, a plurality of stopper pins 155 protruding inward in the radial direction are fixed to the inner retainer ring 20. These stopper pins 155 are gently engaged with a plurality of recesses 43 h formed in the carrier 43 of the top ring body 10 and extending in the longitudinal direction. These recesses 43 h are formed at equal intervals on the outer peripheral surface of the carrier 43. The stopper pin 155 is movable in the vertical direction between the upper end and the lower end of the recess 43h. In other words, the vertical movement of the inner retainer ring 20 with respect to the top ring body 10 is limited by the stopper pin 155 and the recess 43h. That is, when the stopper pin 155 contacts the upper end of the recess 43h, the inner retainer ring 20 is in the uppermost position with respect to the top ring body 10, and when the stopper pin 155 contacts the lower end of the recess 43h of the carrier 43, the inner retainer ring 20 The retainer ring 20 is in the lowest position with respect to the top ring body 10. With such a configuration, the inner retainer ring 20 is prevented from dropping from the top ring body 10.

図4に示すように、アウターリング駆動カラー153は、インナーリテーナリング20に形成された凹部20dの上端と下端との間で縦方向に移動可能となっている。言い換えれば、アウターリテーナリング30のインナーリテーナリング20に対する上下移動は、アウターリング駆動カラー153および凹部20dによって制限される。すなわち、アウターリング駆動カラー153が凹部20dの上端に接触したときには、アウターリテーナリング30はインナーリテーナリング20に対して最上方の位置となり、アウターリング駆動カラー153が凹部20dの下端に接触したときには、アウターリテーナリング30はインナーリテーナリング20に対して最下方の位置になる。このような構成により、アウターリテーナリング30がインナーリテーナリング20、すなわちトップリング本体10から落下してしまうことを防止している。   As shown in FIG. 4, the outer ring driving collar 153 is movable in the vertical direction between the upper end and the lower end of the recess 20 d formed in the inner retainer ring 20. In other words, the vertical movement of the outer retainer ring 30 relative to the inner retainer ring 20 is limited by the outer ring drive collar 153 and the recess 20d. That is, when the outer ring drive collar 153 contacts the upper end of the recess 20d, the outer retainer ring 30 is in the uppermost position with respect to the inner retainer ring 20, and when the outer ring drive collar 153 contacts the lower end of the recess 20d, The outer retainer ring 30 is at the lowest position with respect to the inner retainer ring 20. With such a configuration, the outer retainer ring 30 is prevented from dropping from the inner retainer ring 20, that is, the top ring body 10.

インナーピストン61とインナーリテーナリング20とは、上述したように、磁力により固定されている。このような構成により、インナーリテーナリング20が研磨中に振動を受けた場合においてもインナーピストン61とインナーリテーナリング20とが離れることなく、振動による突発的なインナーリテーナリング20の上昇を防止することができる。したがって、インナーリテーナリング20の押圧力を安定させることができ、ウェハがトップリング1から外れてしまう(スリップアウトする)可能性を低減することができる。さらに、頻繁なメンテナンスを必要とするインナーリテーナリング20を、メンテナンスの必要が少ないインナーピストン61から簡単に切り離すことができる。アウターピストン81とアウターリテーナリング30も同様に磁力により固定されているので、同様の利点が得られる。   As described above, the inner piston 61 and the inner retainer ring 20 are fixed by magnetic force. With such a configuration, even when the inner retainer ring 20 receives vibration during polishing, the inner piston 61 and the inner retainer ring 20 are not separated from each other, and sudden rise of the inner retainer ring 20 due to vibration is prevented. Can do. Therefore, the pressing force of the inner retainer ring 20 can be stabilized, and the possibility that the wafer will come off (slip out) from the top ring 1 can be reduced. Furthermore, the inner retainer ring 20 that requires frequent maintenance can be easily separated from the inner piston 61 that requires less maintenance. Since the outer piston 81 and the outer retainer ring 30 are similarly fixed by magnetic force, the same advantage can be obtained.

図4に示すようにメンテナンスボルト16を取り外すと、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30とともに、弾性膜45を保持したキャリア43がスペーサ42から分離される。このように、インナーリテーナリング20、アウターリテーナリング30、およびキャリア43をトップリング1から分離することができるので、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30のメンテナンスや弾性膜45のメンテナンスを容易に行うことができる。図6に示すように、インナードライブリング22の上面およびアウタードライブリング32の上面には、それぞれ切り欠き22a,32aが設けられている。アウターリテーナリング30のメンテナンスの際には、切り欠き32aに例えば薄い板状の部材を外周側から挿入することにより、アウターリテーナリング30とアウターピストン81との磁力を低減させ、これらを容易に分離することができる。インナーリテーナリング20とインナーピストン61も、切り欠き22aに板状の部材を挿入することにより同様に分離することができる。   When the maintenance bolt 16 is removed as shown in FIG. 4, the carrier 43 holding the elastic film 45 together with the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 is separated from the spacer 42. Thus, since the inner retainer ring 20, the outer retainer ring 30, and the carrier 43 can be separated from the top ring 1, the maintenance of the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 and the maintenance of the elastic film 45 are easily performed. be able to. As shown in FIG. 6, notches 22 a and 32 a are provided on the upper surface of the inner drive ring 22 and the upper surface of the outer drive ring 32, respectively. During maintenance of the outer retainer ring 30, for example, a thin plate-like member is inserted into the notch 32 a from the outer peripheral side, thereby reducing the magnetic force between the outer retainer ring 30 and the outer piston 81 and easily separating them. can do. The inner retainer ring 20 and the inner piston 61 can be similarly separated by inserting a plate-like member into the notch 22a.

図8に示すように、弾性膜45のエッジ(外周縁)45dには、弾性膜45とインナーリテーナリング20とを接続する、上方に屈曲した形状のシール部材158が形成されている。このシール部材158はトップリング本体10とインナードライブリング22との隙間を塞ぐように配置されており、変形しやすい材料から形成されている。シール部材158は、トップリング本体10とインナーリテーナリング20との相対移動を許容しつつ、トップリング1内から研磨面2aへ異物が落下することを防ぎ、さらにトップリング本体10とインナーリテーナリング20との隙間からトップリング1内へ研磨液が浸入してしまうことを防止することができる。本実施形態では、シール部材158は弾性膜45のエッジ45dに一体的に形成されており、逆U字型の断面形状を有している。   As shown in FIG. 8, the edge (outer peripheral edge) 45 d of the elastic film 45 is formed with a seal member 158 that is bent upward and connects the elastic film 45 and the inner retainer ring 20. The seal member 158 is disposed so as to close the gap between the top ring body 10 and the inner drive ring 22 and is formed of a material that is easily deformed. The seal member 158 prevents the foreign matter from falling from the top ring 1 to the polishing surface 2a while allowing the relative movement between the top ring body 10 and the inner retainer ring 20, and further, the top ring body 10 and the inner retainer ring 20 It is possible to prevent the polishing liquid from entering the top ring 1 through the gap. In the present embodiment, the seal member 158 is formed integrally with the edge 45d of the elastic film 45 and has an inverted U-shaped cross-sectional shape.

シールシート123、シール部材158、およびバリアシール120を設けない場合は、研磨液がトップリング1内に浸入してしまい、トップリング1を構成するトップリング本体10、インナーリテーナリング20、およびアウターリテーナリング30の正常な動作を阻害してしまう。本実施形態によれば、シールシート123、シール部材158、およびバリアシール120によって研磨液のトップリング1への浸入を防止することができ、これにより、トップリング1を正常に動作させることができる。なお、弾性膜45、シールシート123、シール部材158、およびバリアシール120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および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。   When the seal sheet 123, the seal member 158, and the barrier seal 120 are not provided, the polishing liquid enters the top ring 1, and the top ring body 10, the inner retainer ring 20, and the outer retainer constituting the top ring 1. The normal operation of the ring 30 will be hindered. According to this embodiment, the sealing sheet 123, the sealing member 158, and the barrier seal 120 can prevent the polishing liquid from entering the top ring 1, and thus the top ring 1 can be operated normally. . The elastic film 45, the seal sheet 123, the seal member 158, and the barrier seal 120 are formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicone rubber.

本実施形態のトップリング1においては、弾性膜45のセンター室130、リプル室131、アウター室132、およびエッジ室133に供給する圧力によりウェハに対する押圧力を制御するので、研磨中にはキャリア43は研磨パッド2から上方に離れた位置にする必要がある。インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30は、トップリング本体10とは独立して上下動することができるので、インナーリテーナリング20およびアウターリテーナリング30が摩耗しても、研磨中のウェハとトップリング本体10との間の距離を一定に維持することができる。したがって、ウェハの研磨プロファイルを安定化させることができる。   In the top ring 1 of the present embodiment, the pressure applied to the wafer is controlled by the pressure supplied to the center chamber 130, the ripple chamber 131, the outer chamber 132, and the edge chamber 133 of the elastic film 45. Needs to be positioned away from the polishing pad 2 upward. Since the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 can move up and down independently of the top ring main body 10, even if the inner retainer ring 20 and the outer retainer ring 30 are worn, the wafer and the top ring being polished are removed. The distance between the main body 10 can be kept constant. Therefore, the polishing profile of the wafer can be stabilized.

なお、上述した例では、ウェハの略全面に弾性膜45が配置されているが、これに限られるものではなく、弾性膜45はウェハの少なくとも一部に当接するものであればよい。また、上述した例では、弾性膜45にセンター室130、リプル室131、アウター室132、およびエッジ室133の4つの室が配置されているが、これに限られるものではなく、弾性膜45に4つよりも少ない室を配置しても良いし、4つよりも多い室を配置しても良い。特に4つより多い室を配置することによりウェハの半径方向のより狭い範囲の研磨プロファイルを制御することも可能となる。   In the above-described example, the elastic film 45 is disposed on substantially the entire surface of the wafer. However, the present invention is not limited to this, and the elastic film 45 only needs to be in contact with at least a part of the wafer. In the example described above, the elastic film 45 includes the four chambers of the center chamber 130, the ripple chamber 131, the outer chamber 132, and the edge chamber 133, but the present invention is not limited thereto. Fewer than four chambers may be arranged, and more than four chambers may be arranged. In particular, by arranging more than four chambers, it is possible to control a polishing profile in a narrower range in the radial direction of the wafer.

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。   Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

1 トップリング
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨テーブル
5 研磨液供給機構
7 トップリングシャフト
8 トップリングヘッド
10 トップリング本体
16 メンテナンスボルト
20 インナーリテーナリング
21 インナーリング部材
22 インナードライブリング
30 アウターリテーナリング
31 アウターリング部材
32 アウタードライブリング
41 フランジ
42 スペーサ
43 キャリア
45 弾性膜
50 エッジホルダ
51,52 リップホルダ
54,55 ストッパ
60 インナー押圧機構
61 インナーピストン
62 インナーローリングダイヤフラム
63 インナーシリンダ
64 保持部材
65 ボルト
68 磁石
69 インナー圧力室
70 流路
80 アウター押圧機構
81 アウターピストン
82 アウターローリングダイヤフラム
83 アウターシリンダ
84 保持部材
85 ボルト
88 磁石
89 アウター圧力室
90 流路
100 連結部材
101 軸部
102 スポーク
111 球面軸受
113 外輪
114 中間輪
115 内輪
119 ストッパ
120 バリアシール
123 シールシート
125 補強ピン
130 センター室
131 リプル室
132 アウター室
133 エッジ室
140,141,142,143 流路
150 インナーリング駆動カラー
152 アウターリング駆動ピン
153 アウターリング駆動カラー
155 ストッパピン
158 シール部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top ring 2 Polishing pad 2a Polishing surface 3 Polishing table 5 Polishing liquid supply mechanism 7 Top ring shaft 8 Top ring head 10 Top ring main body 16 Maintenance bolt 20 Inner retainer ring 21 Inner ring member 22 Inner drive ring 30 Outer retainer ring 31 Outer Ring member 32 Outer drive ring 41 Flange 42 Spacer 43 Carrier 45 Elastic film 50 Edge holder 51, 52 Lip holder 54, 55 Stopper 60 Inner pressing mechanism 61 Inner piston 62 Inner rolling diaphragm 63 Inner cylinder 64 Holding member 65 Bolt 68 Magnet 69 Inner Pressure chamber 70 Channel 80 Outer pressing mechanism 81 Outer piston 82 Outer rolling diaphragm 83 Outer casing Sander 84 Holding member 85 Bolt 88 Magnet 89 Outer pressure chamber 90 Flow path 100 Connecting member 101 Shaft part 102 Spoke 111 Spherical bearing 113 Outer ring 114 Intermediate ring 115 Inner ring 119 Stopper 120 Barrier seal 123 Seal sheet 125 Reinforcement pin 130 Center chamber 131 Ripple chamber 132 Outer chamber 133 Edge chamber 140, 141, 142, 143 Flow path 150 Inner ring drive collar 152 Outer ring drive pin 153 Outer ring drive collar 155 Stopper pin 158 Seal member

Claims (23)

基板を研磨面に押圧するための弾性膜を保持するトップリング本体と、
前記トップリング本体とは独立して上下動可能であって、前記基板を囲むように配置されたインナーリテーナリングと、
前記インナーリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するインナー押圧機構と、
前記インナーリテーナリングの半径方向外側に設けられ、前記インナーリテーナリングおよび前記トップリング本体とは独立して上下動可能なアウターリテーナリングと、
前記アウターリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するアウター押圧機構と、
前記基板の研磨中に基板から前記インナーリテーナリングに加わる横方向の力を受けるとともに、前記インナーリテーナリングから前記アウターリテーナリングへの前記横方向の力の伝達を許容しない支持機構とを備えたことを特徴とする基板保持装置。
A top ring body that holds an elastic film for pressing the substrate against the polishing surface;
An inner retainer ring that can move up and down independently of the top ring body and is arranged to surround the substrate;
An inner pressing mechanism for pressing the inner retainer ring against the polishing surface;
An outer retainer ring that is provided on the radially outer side of the inner retainer ring and is movable up and down independently of the inner retainer ring and the top ring body;
An outer pressing mechanism for pressing the outer retainer ring against the polishing surface;
A support mechanism that receives a lateral force applied to the inner retainer ring from the substrate during polishing of the substrate and does not allow transmission of the lateral force from the inner retainer ring to the outer retainer ring. A substrate holding device.
前記支持機構は、前記トップリング本体内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the support mechanism is disposed in the top ring body. 前記インナー押圧機構および前記アウター押圧機構は、前記インナーリテーナリングおよび前記アウターリテーナリングをそれぞれ独立に前記研磨面に押圧できることを特徴とする請求項1または2に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the inner pressing mechanism and the outer pressing mechanism are capable of independently pressing the inner retainer ring and the outer retainer ring against the polishing surface. 前記インナーリテーナリングは、傾動可能に前記支持機構により支持されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板保持装置。   4. The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the inner retainer ring is supported by the support mechanism so as to be tiltable. 5. 前記インナーリテーナリングの傾動の中心は、前記支持機構の下方にあることを特徴とする請求項4に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 4, wherein a center of tilting of the inner retainer ring is located below the support mechanism. 前記インナーリテーナリングの傾動の中心は、前記研磨面上または前記研磨面の近傍にあることを特徴とする請求項5に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 5, wherein the center of tilting of the inner retainer ring is on the polishing surface or in the vicinity of the polishing surface. 前記インナーリテーナリングは、前記支持機構により上下動可能に支持されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the inner retainer ring is supported by the support mechanism so as to be movable up and down. 基板を研磨面に押圧するための弾性膜を保持するトップリング本体と、
前記基板を囲むように配置され、前記研磨面に接触するリテーナリングと、
前記リテーナリングを傾動可能に支持する球面軸受とを備え、
前記リテーナリングの傾動の中心は、前記球面軸受の下方にあることを特徴とする基板保持装置。
A top ring body that holds an elastic film for pressing the substrate against the polishing surface;
A retainer ring disposed to surround the substrate and in contact with the polishing surface;
A spherical bearing for tiltably supporting the retainer ring;
The center of the retainer ring is tilted below the spherical bearing.
前記リテーナリングを前記研磨面に対して押圧する押圧機構をさらに備え、
前記リテーナリングは、前記トップリング本体とは独立して上下動可能に構成されていることを特徴とする請求項8に記載の基板保持装置。
A pressing mechanism for pressing the retainer ring against the polishing surface;
The substrate holding apparatus according to claim 8, wherein the retainer ring is configured to be movable up and down independently of the top ring main body.
前記リテーナリングは、前記球面軸受により上下動可能に支持されていることを特徴とする請求項9に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 9, wherein the retainer ring is supported by the spherical bearing so as to be movable up and down. 前記球面軸受は、前記リテーナリングに連結された、部分球殻形状を有する中間輪と、前記中間輪を上から摺動自在に支持する外輪と、前記中間輪を下から摺動自在に支持する内輪とを備え、
前記外輪、前記中間輪、および前記内輪の摺接面は、球面の上半分よりも小さい部分球面形状を有することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の基板保持装置。
The spherical bearing is connected to the retainer ring, and has an intermediate ring having a partial spherical shell shape, an outer ring that supports the intermediate ring in a slidable manner from above, and a slidable support from the bottom. With an inner ring,
11. The substrate holding apparatus according to claim 8, wherein sliding surfaces of the outer ring, the intermediate ring, and the inner ring have a partial spherical shape that is smaller than an upper half of a spherical surface.
前記外輪、前記中間輪、および前記内輪のうち少なくとも1つの前記摺接面は、セラミックで形成されていることを特徴とする請求項11に記載の基板保持装置。   The substrate holding device according to claim 11, wherein at least one of the sliding surfaces of the outer ring, the intermediate ring, and the inner ring is formed of ceramic. 前記リテーナリングの傾動の中心は、前記研磨面上または前記研磨面の近傍にあることを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の基板保持装置。   The substrate holding apparatus according to claim 8, wherein the center of tilting of the retainer ring is on the polishing surface or in the vicinity of the polishing surface. 前記リテーナリングはインナーリテーナリングであり、
前記インナーリテーナリングの半径方向外側に設けられ、前記研磨面に接触するアウターリテーナリングをさらに備えたことを特徴とする請求項8乃至13のいずれか一項に記載の基板保持装置。
The retainer ring is an inner retainer ring;
The substrate holding apparatus according to claim 8, further comprising an outer retainer ring that is provided on an outer side in the radial direction of the inner retainer ring and contacts the polishing surface.
前記アウターリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するアウター押圧機構をさらに備え、
前記アウターリテーナリングは、前記インナーリテーナリングおよび前記トップリング本体とは独立して上下動可能に構成されていることを特徴とする請求項14に記載の基板保持装置。
An outer pressing mechanism for pressing the outer retainer ring against the polishing surface;
15. The substrate holding apparatus according to claim 14, wherein the outer retainer ring is configured to move up and down independently of the inner retainer ring and the top ring main body.
基板を研磨面に押圧するための弾性膜を保持するトップリング本体と、
前記基板を囲むように配置され、前記研磨面に接触するインナーリテーナリングと、
前記インナーリテーナリングの半径方向外側に設けられ、前記研磨面に接触するアウターリテーナリングと、
前記インナーリテーナリングと前記アウターリテーナリングとの隙間を塞ぐバリアシールとを備えたことを特徴とする基板保持装置。
A top ring body that holds an elastic film for pressing the substrate against the polishing surface;
An inner retainer ring arranged to surround the substrate and in contact with the polishing surface;
An outer retainer ring provided on the radially outer side of the inner retainer ring and in contact with the polishing surface;
A substrate holding apparatus comprising: a barrier seal that closes a gap between the inner retainer ring and the outer retainer ring.
前記インナーリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するインナー押圧機構をさらに備え、
前記インナーリテーナリングは、前記トップリング本体とは独立して上下動可能に構成されていることを特徴とする請求項16に記載の基板保持装置。
An inner pressing mechanism for pressing the inner retainer ring against the polishing surface;
The substrate holding apparatus according to claim 16, wherein the inner retainer ring is configured to be movable up and down independently of the top ring main body.
前記アウターリテーナリングを前記研磨面に対して押圧するアウター押圧機構をさらに備え、
前記アウターリテーナリングは、前記インナーリテーナリングおよび前記トップリング本体とは独立して上下動可能に構成されていることを特徴とする請求項16または17に記載の基板保持装置。
An outer pressing mechanism for pressing the outer retainer ring against the polishing surface;
18. The substrate holding apparatus according to claim 16, wherein the outer retainer ring is configured to be vertically movable independently of the inner retainer ring and the top ring main body.
前記インナーリテーナリングと前記アウターリテーナリングは、前記バリアシールの下方では互いに接触しないことを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一項に記載の基板保持装置。   The substrate holding device according to claim 16, wherein the inner retainer ring and the outer retainer ring do not contact each other below the barrier seal. 前記基板の研磨中に基板から前記インナーリテーナリングに加わる横方向の力を受けるとともに、前記インナーリテーナリングから前記アウターリテーナリングへの前記横方向の力の伝達を許容しない支持機構をさらに備えたことを特徴とする請求項16乃至19のいずれか一項に記載の基板保持装置。   A support mechanism that receives a lateral force applied from the substrate to the inner retainer ring during polishing of the substrate and does not allow transmission of the lateral force from the inner retainer ring to the outer retainer ring is further provided. The substrate holding device according to claim 16, wherein 前記支持機構は、前記トップリング本体内に配置されていることを特徴とする請求項20に記載の基板保持装置。   21. The substrate holding apparatus according to claim 20, wherein the support mechanism is disposed in the top ring body. 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の基板保持装置と、
研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置。
A substrate holding device according to any one of claims 1 to 21,
A polishing apparatus comprising: a polishing table that supports a polishing pad having a polishing surface.
研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させ、
前記研磨パッドの研磨面上に研磨液を供給し、
請求項1乃至21のいずれか一項に記載の基板保持装置で基板を前記研磨面に押圧することにより前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
Rotate the polishing table that supports the polishing pad,
Supplying a polishing liquid onto the polishing surface of the polishing pad;
A polishing method comprising polishing the substrate by pressing the substrate against the polishing surface with the substrate holding device according to any one of claims 1 to 21.
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