JP6630231B2 - リテーナリング、基板保持装置及び基板研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の基板を保持するための基板保持装置で用いられるリテーナリングに関する。また、本発明は、そのようなリテーナリングを備えた基板保持装置及び基板研磨装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、ウェーハの表面を研磨処理する研磨装置が広く使用されている。この種の研磨装置では、ウェーハはトップリング又は研磨ヘッドと称される基板保持装置により保持された状態で回転する。この状態で、研磨パッドとともに研磨テーブルを回転させながら、ウェーハの表面を研磨パッドの研磨面に押し付け、研磨液の存在下でウェーハの表面を研磨面に摺接させることで、ウェーハの表面が研磨される。

ウェーハの研磨中は、ウェーハには摩擦力が作用するのでウェーハを保持する必要がある。研磨中のウェーハが基板保持装置から外れないようにするために、基板保持装置には、リング状に形成されたリテーナリングが、基板保持装置に保持されたウェーハの外周を囲むように設けられている。このリテーナリングは、その下端面が研磨パッドに接触し、研磨中のウェーハを内周面で受け止めることで、ウェーハの飛び出しを防止する。

リテーナリングには、研磨パッドを押し付けてウェーハのエッジ部が研磨パッドに強く接触しないように制御する、リバウンド制御と呼ばれる役目もある。リテーナリングが無い場合、ウェーハを研磨パッドに押し付けると研磨パッドは弾性変形して圧縮される。このとき、ウェーハのエッジ部には、圧縮している部分と圧縮していない部分の変化領域が存在し、研磨パッドが圧縮される過程でエッジ部には大きな圧力が作用し、ウェーハの他のエリアよりも研磨量が大きくなる。そこで、リテーナリングの荷重を制御することで研磨パッドの圧縮量を調整し、ウェーハエッジ部の研磨量を制御することができる。

研磨パッドとウェーハとの間に生じる摩擦力によって、ウェーハはリテーナリング内周に押しつけられ、リテーナリングと接触するウェーハ端部が、パッドとウェーハの摩擦力をリテーナリングに伝達する。ここで、ウェーハの脱着をスムーズに行うために、ウェーハ外径よりもリテーナリング内径が大きく作られているので、ウェーハはリテーナリングに非常に狭い範囲で接触することになる。ウェーハに発生する摩擦力がこの狭い範囲に集中するため、ウェーハ端部はその圧縮力に負けて局所（座屈）変形する。局所変形したウェーハは研磨パッドに均一に接触することができず、この変形が研磨パッドから逃げる凹部分では研磨レートが低くなり、変形が研磨パッドに向かう凸部分では研磨レートが高くなってしまう。この変形によって生じる研磨レートの不均一性は従来の面圧分布制御では対応できない。

ウェーハ端部の局所変形を抑制するため、ウェーハとリテーナリングの接触範囲を増やすことが有効だが、単純にリテーナリングの内径を小さくすると研磨前のウェーハを研磨ヘッドに吸着（装着）する際にウェーハの位置決めが厳しくなってしまい、搬送の安定性を低下させてしまう。また、ウェーハ端部の全域に亘ってリテーナリング内周と近接すると、リテーナリング面圧によるパッドのリバウンドの影響を強く受けてしまい、パッドのリバウンドの不均一性によってウェーハ端部の研磨レートが不均一になってしまう弊害がある。

この点に関して、例えば特許文献１に係る研磨装置では、リテーナリングの少なくとも内周部をゴム等の弾性体で構成しているので、ウェーハとリテーナリングの接触範囲を増やすことが可能となる。

特開２０１０−４０６０４号公報

しかしながら、ゴム等の弾性体を用いた場合には、リテーナリングの強度が不足するため早期に破損・摩耗が進んでしまう問題がある。更に、リテーナリングの役目の一つである研磨パッドのリバウンド制御に対しても、ゴム等の弾性体では十分な役目を果たすことができない。

また、ウェーハとの接触範囲を増やす方法としては、研磨パッドとリテーナリングが接触する面から上方向に向かって細い縦方向溝を設け、この溝によって分断された内周側部分がウェーハから横力を受けて外周側に変形する、というものも考えられる。この場合、変形した内周部分は根本部分の位置が変わらないままウェーハと研磨パッドに接触する先端部分が外側に移動（変形）するので、内周面が傾きを持つことになる。この傾きによって、ウェーハ端部は研磨パッドに向かう方向にズレようとするため、ウェーハ端部の研磨面圧が高くなり、研磨レートが高くなってしまう。つまり、ウェーハとの接触範囲は広くできても、均一に研磨する目的は達成できない。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、ウェーハ端部における研磨プロファイルのばらつきを抑制するためのリテーナリング、基板保持装置及び基板研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、基板を研磨パッドに押しつけるための基板保持装置に用いられ、当該基板保持装置に保持される前記基板の外周を支持するためのリテーナリングであって、少なくとも内周面が弾性を有する材料で構成された略円環形状のリング本体であり、内周面から径方向に形成されたスリットと、前記研磨パッドと当接する底面に周方向に沿って形成された複数の窪みが形成されたリング本体を備えたことを特徴とする。この構成により、ウェーハの摩擦力を受けた時にリテーナリングの内周面が外周に向かって弾性変形することで、ウェーハ端部とリテーナリング内周の接触範囲を増やし、ウェーハの局所変形を抑制する。横方向の剛性を落とす一方で、縦方向のリテーナリング荷重が研磨パッドに伝達し、パッドのリバウンドを制御することが可能となる。

リテーナリングは、リング本体に形成されたスリットに入り込むスペーサを備えることが好ましい。また、リング本体に形成されたスリットは円環形状であることが好ましく、また、前記窪みと接続されていることが好ましい。リング本体に形成された複数の窪みは前記リング本体の周方向に延び、リテーナリングの内周側にも外周側にも貫通しない形状であることが好ましい。さらにリテーナリング全体で弾性変形を均一にするために、隣接する２つの窪みは部分的にオーバーラップする配置であることが好ましい。このオーバーラップとは、リテーナリングの中心側から見て重なっている状態のことを言い、窪み同士は干渉せずに独立した形状である。つまり、これらの窪みはリテーナリングの周方向に平行な形状ではなく、例えば内周から外周へ斜めに変化する形状となっている。

径方向に弾性変形をしやすくするため、リング本体に形成されたスリットの深さは、前記リング本体の前記研磨パッドと当接する底面の径方向の長さの１／２以上であることが好ましい。

本発明の一態様は、基板を保持して研磨パッドに押しつけるためのトップリングと、前記トップリングに保持された前記基板を囲むように配置される前記リテーナリングを備えた基板保持装置である。また、本発明の一態様は、当該基板保持装置と、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、前記研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記基板保持装置に保持された基板を研磨パッドに押しつけた状態で前記基板保持装置を回転させて、前記基板を研磨する駆動機構とを備えたことを特徴とする基板研磨装置である。

本発明によれば、リテーナリングを構成する略円環状のリング本体にスリット及び窪みを形成するようにしたから、研磨中のウェーハがリング本体の内周面を押圧する場合に、スリットで分断されたリング本体の内周面のうち、下側部分のみが弾性変形する。よって、リテーナリングよりウェーハ端部にかかる鉛直方向の荷重を低減することができ、ウェーハ端部の局所的な変形に伴う研磨プロファイルのばらつきを抑制することができる。

基板研磨装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１の基板研磨装置の構成を示す平面図である。 基板保持装置の内部構成を示す断面図である。 ドライブリング及び連結部材を示す平面図である。 球面軸受を示す要部断面図である。 リテーナリングの分解斜視図である。 リテーナリングを底面から見た外観斜視図である。 図７のリテーナリングの底面図である。 スペーサの配置を示す平面図である。 リテーナリングの一部を示す要部断面図であり、（ａ）はウェーハとリテーナリングが離れている様子を、（ｂ）はウェーハがリテーナリングを押圧する様子を示している。 別の実施形態に係るリテーナリングの底面図である。 さらに別の実施形態に係るリテーナリングの底面図である。

以下、本発明に係る基板保持装置を備えた基板処理装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、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基板処理装置を示す模式図であり、基板処理装置は、ウェーハ（基板）Ｗを保持して回転させるトップリング（基板保持装置）１１と、研磨パッド１２を指示する研磨テーブル１３と、研磨パッド１２にスラリー（研磨液）を供給する研磨液供給ノズル１５と、ウェーハＷの膜厚に応じて変化する信号を取得する膜厚センサ１７とを備えている。

トップリング１１は、その下面に真空吸着によりウェーハＷを保持できるように構成されている。トップリング１１と研磨テーブル１３は、矢印で示す方向に回転し、この状態でトップリング１１は、ウェーハＷを研磨パッド１２の上側の研磨面１２ａに押しつける。研磨液供給ノズル１５から研磨パッド１２上に供給される研磨液の存在下で、ウェーハＷは研磨パッド１２に摺接されて研磨される。

膜厚センサ１７は、例えば光学式センサや渦電流センサが用いられ、研磨テーブル１３の内部に設置されている。ウェーハＷの研磨中、膜厚センサ１７は研磨テーブル１３とともに回転し、ウェーハＷの表面を横切る際に膜厚に応じた膜厚信号を取得する。膜厚センサ１７からの膜厚信号は研磨制御部１９に送信され、膜厚制御部１９は膜厚信号で示されるウェーハＷの膜厚が設定値に達したときに、ウェーハＷの研磨を終了する。

図２において、トップリング１１は、ウェーハＷを研磨面１２ａに対して押圧するヘッド本体１８と、ウェーハＷの外周部を支持してウェーハＷがトップリング１１から飛び出すのを防止するリテーナリング１９とを備えている。トップリング１１は、トップリングシャフト２１に接続されており、トップリングシャフト２１の上端には、ロータリージョイント３５が取り付けられている。トップリングシャフト２１は、上下動機構３７によりヘッドアーム２６に対して上下動するように構成されており、ヘッドアーム２６に対してトップリング１１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。

トップリングシャフト２１およびトップリング１１を上下動させる上下動機構３７は、軸受３６を介してトップリングシャフト２１を回転可能に支持するブリッジ３８と、ブリッジ３８に取り付けられたボールねじ４２と、支柱４０により支持された支持台３９と、支持台３９上に設けられたサーボモータ４８とを備えている。サーボモータ４８を支持する支持台３９は、支柱４０を介してヘッドアーム２６に固定されている。

ボールねじ４２は、サーボモータ４８に連結されたねじ軸４２ａと、このねじ軸４２ａが螺合するナット４２ｂとを備えている。トップリングシャフト２１は、ブリッジ３８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ４８を駆動すると、ボールねじ４８を介してブリッジ３８が上下動し、これによりトップリングシャフト２１およびトップリング１１が上下動する。

トップリングシャフト２１はキー（図示せず）を介して回転筒２２に連結されている。この回転筒２２はその外周部にタイミングプーリ２４を備えている。ヘッドアーム２６にはヘッドモータ２８が固定されており、上記タイミングプーリ２４は、タイミングベルト２９を介してヘッドモータ２８に設けられたタイミングプーリ３０に接続されている。ヘッドモータ２８を回転駆動することによってタイミングプーリ３０、タイミングベルト２９、およびタイミングプーリ２４を介して回転筒２２およびトップリングシャフト２１が一体に回転し、トップリング１１が回転する。ヘッドアーム２６は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたアームシャフト３１によって支持されている。研磨装置は、ヘッドモータ２８、サーボモータ４８をはじめとする装置内の各機器を制御する制御装置を備えている。

ヘッドアーム２６はアームシャフト３１を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェーハＷを保持したトップリング１１は、ヘッドアーム２６の旋回によりウェーハＷの受取位置から研磨テーブル１２の上方の研磨位置に移動される。トップリング１１および研磨テーブル１２をそれぞれ回転させ、研磨液供給ノズル１５から研磨パッド１２上に研磨液を供給する。この状態で、トップリング１１を所定の位置（高さ）まで下降させ、この所定の位置でウェーハＷを研磨パッド１２の研磨面１２ａに押圧することで、ウェーハＷは研磨面１２ａに摺接されてその表面が研磨される。

図３は、基板保持装置としてのトップリング１１の断面図であり、トップリング１１を構成するトップリング本体１８およびリテーナリング１９は、トップリングシャフト２１の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング１９は、トップリング本体１８に対して相対的に上下動可能に構成されている。

トップリング本体１８は、円形のフランジ５１と、このフランジ５１の下面に取り付けられたスペーサ５２と、スペーサ５２の下面に取り付けられたキャリア５３とを備えており、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。フランジ５１は、トップリングシャフト２１に連結されている。キャリア５３は、スペーサ５２を介してフランジ５１に連結されており、これらは一体に回転し、かつ上下動する。なお、フランジ５１をＳＵＳ、アルミニウムなどの金属で形成してもよい。

キャリア５３の下面には、ウェーハＷの裏面に当接する弾性膜５５が取り付けられており、弾性膜５５の下面が基板保持面５５ａを構成する。弾性膜５５は環状の複数の隔壁５５ｂを有しており、これらの隔壁５５ｂにより、弾性膜５５とトップリング本体１８との間に、本実施形態では４つの圧力室６０〜６３が形成されている。

これら圧力室６０〜６３はロータリージョイント３５を経由して圧力調整装置７５に接続されており、圧力調整装置７５から加圧流体が供給されるようになっている。圧力調整装置７５は、これら４つの圧力室６０〜６３内の圧力を独立に調整できるように構成されており、圧力室６０〜６３内に負圧を形成することも可能となっている。また、これら圧力室６０〜６３は大気開放機構（図示せず）に接続されており、圧力室６０〜６３を大気開放することも可能である。

弾性膜５５は、内側の圧力室６１または圧力室６２に対応する位置に通孔（図示せず）を有しており、この通孔に負圧を形成することにより、トップリング１１はその基板保持面５５ａ上にウェーハＷを保持できるようになっている。弾性膜５５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。

リテーナリング１９は、トップリング本体１８のキャリア５３および弾性膜５５を囲むように配置されている。このリテーナリング１９は、研磨パッド１２の研磨面１２ａに接触するリング状の部材であり、トップリング本体１８に保持されるウェーハＷの外周縁を囲むように配置されており、研磨中のウェーハＷがトップリング１１から飛び出さないようにウェーハＷの外周縁を支持している。

リテーナリング１９の上面はドライブリング９１に固定されている。ドライブリング９１の上部は、環状のリテーナリング押圧機構７０に連結されており、このリテーナリング押圧機構７０は、ドライブリング９１を介してリテーナリング１９の上面の全体に均一な下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング１９の下面を研磨パッド１２の研磨面１２ａに対して押圧する。

リテーナリング押圧機構７０は、ドライブリング９１の上部に固定された環状のピストン７１と、ピストン７１の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム７２とを備えている。ローリングダイヤフラム７２の内部にはリテーナリング圧力室７３が形成されている。このリテーナリング圧力室７３はロータリージョイント３５を経由して圧力調整装置７５に接続されている。

圧力調整装置７５からリテーナリング圧力室７３に加圧流体（例えば、加圧空気）を供給すると、ローリングダイヤフラム７２がピストン７１を下方に押し下げ、さらに、ピストン７１はドライブリング９１を介してリテーナリング１９の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧機構７０は、リテーナリング１９の下面を研磨パッド１２の研磨面１２ａに対して押圧する。さらに、圧力調整装置７５によりリテーナリング圧力室７３内に負圧を形成することにより、リテーナリング１９の全体を上昇させることができる。また、リテーナリング圧力室７３は大気開放機構（図示せず）にも接続されており、リテーナリング圧力室７３を大気開放することもできる。

ドライブリング９１は、リテーナリング押圧機構７０に着脱可能に連結されている。より具体的には、ピストン７１は金属などの磁性材から形成されており、ドライブリング９１の上部には複数の磁石７０が配置されている。これら磁石８０がピストン７１を引き付けることにより、ドライブリング９１がピストン７１に磁力により固定される。ピストン７１の磁性材としては、例えば、耐蝕性の磁性ステンレスが使用される。なお、ドライブリング９１を磁性材で形成し、ピストン７１に磁石を配置してもよい。また、着脱可能とする構成としては磁石ではなく、ネジ留め等の機械的な連結でもよい。

リテーナリング１９は、ドライブリング９１および連結部材８５を介して球面軸受９５に連結されている。この球面軸受９５は、リテーナリング１９の半径方向内側に配置されている。図４は、ドライブリング９１および連結部材８５を示す平面図であり、連結部材７５は、トップリング本体１８の中心部に配置された軸部８６と、この軸部８６に固定されたハブ８７と、このハブ８７と一体に形成され放射状に延びる複数のスポーク８８とを備えている。本実施形態では、ハブ８７、スポーク８８及びドライブリング９１は一体に形成されている。

キャリア５３には、スポーク８８が収容される複数の放射状の溝５３ａが形成されており、スポーク８８は各溝５３ａの内側で図３の上下方向（図４の紙面に垂直な方向）に移動自在となっている。スポーク８８の両側には、一対の駆動ピン９０が配置されており、これら駆動ピン９０はキャリア５３に固定されている。キャリア５３の回転は、駆動ピン９０を介してドライブリング９１およびリテーナリング１９に伝達され、これによりトップリング本体１８とリテーナリング１９とは一体に回転する。

連結部材８５の軸部８６は、トップリング本体１８の中央部に配置された球面軸受９５に図３の上下方向に移動自在に支持されている。これにより、連結部材８５およびこれに連結されたドライブリング９１およびリテーナリング１９は、トップリング本体１８に対して上下方向に移動可能となっている。さらに、ドライブリング９１およびリテーナリング１９は、球面軸受９５により傾動可能に支持されている。

図５に示すように、連結部材８５の軸部８６は、複数のねじ８９によりハブ８７に固定されている。軸部８６には縦方向に延びる貫通穴９８が形成されており、この貫通穴９８は、軸部８６が球面軸受９５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、これによりリテーナリング１９はトップリング本体１８に対して上下方向にスムーズに移動可能となっている。

球面軸受９５は、環状の内輪１０１と、内輪１０１の外周面を摺動自在に支持する外輪１０２とを備えている。内輪１０１は、連結部材８５を介してドライブリング９１およびリテーナリング１９に連結されている。外輪１０２は支持部材１０３に固定されており、この支持部材１０３はキャリア５３の内側で固定されている。外輪１０２の内周面は、内輪１０１の外周面に沿った凹面から構成されており、外輪１０２は内輪１０１を摺動自在に支持している。

軸部８６は、内輪１０１に形成された貫通孔を挿通するように配置されており、内輪１０１に対して縦方向にのみ移動可能となっており、軸部８６に連結されたリテーナリング１９の横方向（水平方向）の位置は球面軸受９５によって固定される。これにより、球面軸受９５は、研磨中のウェーハＷと研磨パッド１２との摩擦に起因してリテーナリング１９がウェーハＷから受ける横方向の力（ウェハの径方向外側に向かう力）を受けつつ、リテーナリング１９の横方向の移動を制限する（すなわちリテーナリング１９の水平方向の位置を固定する）支持機構として動作する。

図６は、リテーナリング１９の構成を示す斜視図であり、リテーナリング１９は、略円環形状のリング本体１１０と、このリング本体１１０の内周面１１０ａに形成されたスリット１１０ｂに入り込むようにして配置される複数のスペーサ１１１とを備えている。複数のピン１１２が、リング本体１１０に形成される位置決め穴１１０ｃと、スペーサ１１１に形成される位置決め穴１１１ａを挿通し、これによりリング本体１１０がスペーサ１１１に固定される。リング本体１１０は、少なくともウェーハＷが当接する部分が弾性を有する材料（例えばＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＴなどのエンジニアリングプラスチック）から構成され、後述するウェーハＷの外縁部からの押圧を受けてその内周面１１０ａが変形する。

図７は、リテーナリング１９を底面（研磨パッド１２と接触する面）から見たときの斜視図であり、図８はリテーナリング１９の底面図である。リテーナリング１９の研磨パッド１２と接触する底面には、リテーナリング１９の周方向に沿って延びた複数の長穴１１０ｄが形成されている。リテーナリング１９の長穴１１０ｄが形成される周方向の部分では、長穴１１０ｄが形成されていない部分に比べて、ウェーハＷの押圧による弾性変形量が大きくなる。また、長穴１１０ｄの幅が大きくなるほど、ウェーハＷの押圧による弾性変形量が大きくなる。長穴１１０ｄの数や長さは、適宜変更することができる。

この長穴１１０ｄの深さは、リテーナリング１９の内周面１１０ａに形成されたスリット１１０ｂに達する程度であり、長穴１１０ｄとスリット１１０ｂとが接続されている。なお、リテーナリング１９のスリット１１０ｂの底面からの高さは、リテーナリング１９の摩耗代よりも大きくされており、例えばリテーナリング１９の摩耗代が３ｍｍ程度である場合には、スリット１１０ｂの高さ（底面からの高さ）を５ｍｍ程度とすることが好ましい。

リテーナリング１９のスリット１１０ｂは、研磨中のウェーハＷから受ける荷重によりリテーナリング１９の内周面１１０ａを変形しやすくすることが目的である。スリット１１０ｂの底面からの位置が高くなると、内周面１１０ａの剛性が上がるために変形量が小さくなり、位置を低くすると変形量が大きくなる。また、スリット１１０ｂの径方向の深さは、リング本体１１０の研磨パットと接触する底面の径方向の長さの１／２以上であることが好ましい。スリット１１０ｂの深さが大きいほど、ウェーハＷと当接する内周面１１０ａの剛性が下がるために変形量が大きくなる。

スリット１１０ｂが開いている状態では、リテーナリング１９の荷重がスリットが形成されていない外側部分に集中してしまい、リテーナリング１９の荷重が均等に研磨パッド１２に伝達することができない。このため、図６で示すとおり、スリット１１０ｂの内部にスペーサ１１１が入り込んでおり、リテーナリング１９の内周側においても、リテーナリング１９の荷重をスペーサ１１１を介して研磨パッド１２に伝達できるようにしている。なお、スペーサ１１１の厚さは、スリット１１０ｂの高さとほぼ同じとされている。

図９は、スペーサ１１１の構成を示す平面図であり、スペーサ１１１をリング本体１１０の内周面１１０ａからスリット１１０ｂに差し込むことができるように、円環状のリングを６つに分割した形状とされている。スリットの枚数は適宜変更することができる。また、スペーサ１１１の周方向の端部１１１ｂは、径方向に対して角度がつけられており、これによりスペーサ１１１をスリット１１０ｂに差し込み易くするとともに、スリット１１０ｂの全面にわたり隙間無くスペーサ１１１を収容することができる。

図６において、スペーサ１１１は、ピン１１２によりリング本体１１０に固定されている。スペーサ１１１とピン１１２の材質は、剛性や耐久性の観点からＳＵＳ３０４等の金属であることが好ましいが、ウェーハＷに積層された金属膜の厚みを測定するセンサの測定精度に影響を及ぼす場合には、ＰＥＥＫやＰＰＳ等といったエンジニアリングプラスチックを用いることができる。

図１０は、リテーナリング１９とウェーハＷとの位置関係を示したものであり、図１０（ａ）は、ウェーハＷがトップリング１８により保持されているが研磨（トップリングの回転）は行われていない状態を示したものである。このとき、ウェーハＷはリテーナリング１９のリング本体１１０の内周面１１０ａから離れた位置に支持されている。

この状態で、研磨テーブル１２が回転すると、ウェーハＷは研磨テーブル１２との摩擦力を受けて、図１０（ｂ）で矢印で示した方向に移動し、ウェーハＷの外周縁がリング本体１１０の内周面１１０ａを押圧する。このとき、スリット１１０ｂにより内周面１１０ａが上下に分断されているため、当該内周面１１０ａのうち、スリット１１０ｂの下側部分のみが径方向（図中矢印の方向）に弾性変形する。

このように、リテーナリング１９が弾性変形することにより、ウェーハＷの縁とリテーナリング１９とが接触する領域が大きくなってウェーハＷのエッジ部に生じる局所変形が抑制される。さらに、リテーナリング１９のスリット１１０ｂにスペーサ１１１が収容されているため、リテーナリング１９の荷重を研磨パッド１２に対して均等にかけることができる。

上記実施形態では、リテーナリング１９に形成された長穴は、リテーナリングの周方向に略平行とされているが、本発明はこれに限られることはない。例えば、図１１に示すように、リング本体１２０の円周の接線に対して角度を持つ（斜め方向の）長穴１２０ａとしてもよく、また、図１２に示すように、リング本体１３０の長穴１３０ａをＳ字形状としてもよい。これら図１１，１２のような形状とすることで、リテーナリングの周方向において、長穴が部分的にオーバーラップするため、リテーナリングの周方向において長穴が形成されていない領域がなくなる。これにより、リテーナリングの全周にわたって均一な弾性変形を実現することができる。

上記実施形態では、リテーナリング１９の底面に周方向に沿った長穴を形成しているが、底面に形成する穴（窪み）の形状は長穴に限られることはなく、円形や四角形、三角形など、適宜の形状とすることができる。また、上記実施形態では、リテーナリングの底面に形成される長穴はスリットに貫通し、径方向の両側に段差を有する凹形状とされているが、本発明はこれに限られることはなく、径方向に関して階段状に深さが変化する窪み（スリットに貫通しない）であっても良い。

上記実施形態では、リテーナリングに形成された長穴は空洞とされているが、長穴には研磨液（スラリー）が入り込むことから、基板研磨装置の長時間の使用若しくは使用条件によっては、研磨液が長穴の内部に固着する場合がある。固着凝集した研磨砥粒が研磨中に長穴から脱落すると、ウェーハＷの表面に成される酸化膜などを傷つけるおそれがあることから、リテーナリングよりも変形量の大きなシリコンゴムのような材料で長穴を塞ぐようにしても良い。

上記実施形態では、リテーナリングの底面には長穴のみを形成しているが、リテーナリングの底面に、研磨液をリテーナリングの内側に導くためのガイド溝を、径方向に沿って形成してもよい。

上記実施形態では、トップリングが旋回するタイプの基板研磨装置を例にして説明しているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば基板を保持する複数のキャリアヘッドと、当該キャリアヘッドを保持するカルーセルがチャンバ内に備えられ、カルーセルを回転させることで基板を移動させるタイプの基板研磨装置に対しても、等しく適用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１１ トップリング
１２ 研磨パッド
１３ 研磨テーブル
１５ 研磨液供給ノズル
１８ トップリング本体
１９ リテーナリング
１１０、１２０、１３０ リング本体
１１０ａ 内周面
１１０ｂ スリット
１１０ｄ、１２０ａ、１３０ａ 長穴
１１１ スペーサ
１１２ ピン

Claims (12)

1. 基板を研磨パッドに押しつけるための基板保持装置に用いられ、当該基板保持装置に保持される前記基板の外周を支持するためのリテーナリングであって、
   前記リテーナリングは、
   少なくとも内周面が弾性を有する材料で構成された略円環形状のリング本体と、
   前記リング本体の内周面から径方向に形成されたスリットと、
   前記スリットに収容されるスペーサと、
   を備え、
   前記リング本体には、前記研磨パッドと当接する底面に周方向に沿って複数の窪みが形成され、
   前記スリットは、前記リング本体の内周面から前記研磨パッドと当接する底面に平行に、かつ、前記リング本体の内周面の全域に形成されていることを特徴とするリテーナリング。
2. 前記リング本体に形成されたスリットは円環形状であることを特徴とする、請求項１に記載のリテーナリング。
3. 前記リング本体の前記スリットは前記窪みと接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のリテーナリング。
4. 前記複数の窪みは、前記リング本体の周方向に延びる長穴であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のリテーナリング。
5. 隣接する２つの前記窪みの一部が、前記リング本体の周方向に関してオーバーラップすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のリテーナリング。
6. 前記複数の窪みには、前記リング本体の内周面よりも変形量の大きな弾性材料が埋め込まれていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のリテーナリング。
7. 前記リング本体に形成されたスリットの深さは、前記リング本体の前記研磨パッドと当接する底面の径方向の長さの１／２以上であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のリテーナリング。
8. 前記リング本体に形成された窪みは、前記リング本体の前記研磨パッドと当接する底面の径方向の縁まで延びていないことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のリテーナリング。
9. 前記スペーサは、前記スリットの高さとほぼ等しい厚みを有することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のリテーナリング。
10. 前記スペーサは、複数のスペーサ部材から構成され、リング部材の周方向における端部は径方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のリテーナリング。
11. 基板を保持して研磨パッドに押しつけるためのトップリング本体と、
    前記トップリングに保持された前記基板を囲むように配置される請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のリテーナリングと、
    を備えたことを特徴とする基板保持装置。
12. 請求項１１に記載の基板保持装置と、
    研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
    前記研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
    前記基板保持装置に保持された基板を研磨パッドに押しつけた状態で前記基板保持装置を回転させて、前記基板を研磨する駆動機構と、
    を備えたことを特徴とする基板研磨装置。

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