JP7164865B2 - リテーナリング、これを有する研磨ヘッド及び研磨加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ又はガラス基板などの基板の研磨加工に用いるリテーナリング、これを有する研磨ヘッド及び研磨加工装置に関する。

近年、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハやガラス基板のような基板（以下、ウェーハと称する）の高集積化に伴い、基板表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨加工装置（ポリッシング装置とも呼ばれる）を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ、基板を研磨面に摺接させて研磨加工を行うものである。

また、ウェーハを保持する研磨ヘッドには、研磨加工において回転による摺動摩擦力により付勢されたウェーハが外方に飛びださないようにするために当該ウェーハの外周を囲むようにリング状に形成されたリテーナリングが設けられている。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その内周面で受け止めることで、ウェーハの飛び出しを規制する。

また、リテーナリングの面圧はウェーハのエッジ部の面圧制御に大きく影響している。
例えば、リテーナリングが無い場合には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、材料力学的な挙動として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境界領域部で中央部と異なる圧縮応力が作用し、他の部位よりも研磨量が過少になる場合がある。

例えば、特許文献１、２に開示された研磨装置では、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によりウェーハ回転速度の増速が可能となる、というものである。
また、特許文献２に開示された研磨装置では、リテーナリングの内周面がウェーハの摩擦力を受けた時に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てウェーハの局所変形を抑制する、というものである。

特開２０１０－４０６０４号公報 特開２０１７－２０９７５７号公報

このような研磨加工装置では、ウェーハにおいて研磨加工の対象となる面（以下、「被研磨面」という）と研磨パッドとの間の相対的な速度及び押圧力が被研磨面の全面に亘って均一でないと、研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラが生じてしまう。以下、不足あるいは過ぎる場合を過・少と称する場合がある。
例えば、ウェーハ端部（エッジ）近傍の平坦度を評価する評価指標（フラットネス評価指標）として、ＲＯＡ（Roll Off Amount：ロールオフ量、エッジロールオフ量とも称す）、ＥＳＦＱＲ（Edge Site Flont least sQuare Range）といった指標が使用されている。なおＲＯＡ及びＥＳＦＱＲはウェーハの外周面精度を示すパラメータである。
また近年では、ウェーハの外周まで平らな形状が求められるようになり、これらのフラットネス評価指標で１０［ｎｍ］以下の平坦度の高い研磨加工が行える研磨加工装置が求められる。

しかしながら、特許文献１、２のような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方法では、被研磨面での特定部分におけるＳＦＱＲ等の向上が十分に図れない、という課題が残る。また、ウェーハ端部において単位時間当たりの研磨加工量が不均等になりＥＳＦＱＲを悪化させてしまう、という問題が残る。

本発明は、ウェーハ端部と他部の研磨加工量のばらつきを抑制するためのリテーナリングを提供することを、主たる課題とする。また、研磨加工装置及びその構成装置を提供する。

上記課題を解決する本発明は、研磨加工の対象となる基板を、その被研磨面が研磨パッドに摺接するように保持する研磨ヘッドが有する、当該研磨加工の際に当該基板の外方への飛び出しを規制するリテーナリングであって、前記リテーナリングは、前記研磨ヘッドの外周に配設される、上底面を有する二重筒状体と、略Σ形状に形成され、前記二重筒状体の内壁の外周に接する第１の部位と、当該第１の部位との接続箇所を支点にして前記研磨パッドの表面に接触する面が揺動可能に構成された第２の部位とを有する環状体と、前記環状体を前記研磨パッドの方向に押圧する第１の押圧手段と、逆Ｌ字形状に形成された環状部材である押しリングを介して前記第２の部位の外方側端部近傍を押圧する第２の押圧手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の研磨ヘッドは、水平に回転する研磨パッドを有する研磨加工装置に設けられる研磨ヘッドであって、研磨加工の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持手段と、前記基板を保持した状態の前記保持手段の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、前記保持手段を水平に回転させる駆動手段と、を有し、前記リテーナリングは、前記研磨ヘッドの外周に配設される、上底面を有する二重筒状体と、略Σ形状に形成され、前記二重筒状体の内壁の外周に接する第１の部位と、当該第１の部位との接続箇所を支点にして前記研磨パッドの表面に接触する面が揺動可能に構成された第２の部位とを有する環状体と、前記環状体を前記研磨パッドの方向に押圧する第１の押圧手段と、逆Ｌ字形状に形成された環状部材である押しリングを介して前記第２の部位の外方側端部近傍を押圧する第２の押圧手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の研磨加工装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨加工対象となる基板を保持してその被研磨面を当該研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨加工装置であって、前記研磨ヘッドは、研磨加工対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持手段と、前記基板を保持した状態の前記保持手段の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、前記保持手段を水平に回転させる駆動手段と、を有し、前記リテーナリングは、前記研磨ヘッドの外周に配設される、上底面を有する二重筒状体と、略Σ形状に形成され、前記二重筒状体の内壁の外周に接する第１の部位と、当該第１の部位との接続箇所を支点にして前記研磨パッドの表面に接触する面が揺動可能に構成された第２の部位とを有する環状体と、前記環状体を前記研磨パッドの方向に押圧する第１の押圧手段と、逆Ｌ字形状に形成された環状部材である押しリングを介して前記第２の部位の外方側端部近傍を押圧する第２の押圧手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ウェーハ端部と他部の研磨加工量のばらつきを抑制するためのリテーナリングを提供することができる。また、基板の被研磨面の部分的な研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぎ、基板表面のＥＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。

本実施形態に係る研磨加工装置が有する研磨ヘッド及びその周辺構成の一例を説明するための概略縦断面図。 研磨ヘッドの構成の一例を説明するための図。 リテーナリング（リテーナ機構）の構成の一例を説明するための図。 （ａ）、（ｂ）は、従来のリテーナリングによる研磨パッド表面の押え込みを説明するための模式図。 （ａ）、（ｂ）は、研磨加工時においてウェーハの端部がリテーナリングの内壁に当接しないように構成した場合におけるリテーナリングによる研磨パッド表面の押え込みを説明するための模式図。 研磨加工を実行する際の制御部による主要な制御手順の一例を説明するためのフローチャート。

［実施形態例］
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を説明する。なお、本実施形態の研磨加工装置は、半導体ウェーハやガラス基板のような基板（以下、ウェーハと称する場合もある）を研磨対象とする。本明細書では、この基板の一方の表面を円形又は略円形の被研磨面と称す。また、研磨パッド上においてウェーハの被研磨面が接する面を研磨面と称す。

研磨加工装置は、研磨部材となる研磨パッドが接着され、この研磨パッドを水平に回転させるための研磨テーブルと、基板の被研磨面を研磨パッドに対向させて摺接させるための研磨ヘッドとを有している。
基板は、研磨ヘッドにより研磨パッドに押圧される。そして、研磨パッドに研磨液（スラリー）を供給しながら研磨テーブルと研磨ヘッドを回転させることにより、被研磨面の研磨加工を行う。

図１は、本実施形態に係る研磨加工装置１００の概略構成図である。
図１に示す研磨加工装置１００は、研磨テーブル１１を有し、この研磨テーブル１１の表面部に研磨パッド１２が接着されている。
研磨加工装置１００は、更に基板（ウェーハ）Ｗを保持してその被研磨面を研磨パッド１２に押圧する研磨ヘッド１３、研磨液を研磨パッド１２に向けて供給するためのノズルＮ、研磨テーブル１１及び研磨ヘッド１３をそれぞれ水平に回転させるためのモータ（図示省略）、ノズルＮと接続されている研磨液供給機構（図示省略）、及び、モータを含む各駆動部を制御するためのコンピュータを含む制御部２０を有する。

研磨パッド１２は円盤状のものであり、その半径は、ウェーハＷの被研磨面の最大径（直径）よりも大きいものである。この機構において研磨パッド１２と研磨ヘッド１３それぞれの回転数及び回転方向を変化させ、ウェーハＷ面内の相対研磨速度を調整できる機構となっている。また、研磨パッド１２は、それ自体で弾性を持つものであり、不織布からなるものや、発泡ウレタン製のものなど、市場で入手できる素材を用いることができる。

研磨ヘッド１３は、ウェーハＷを、その被研磨面が研磨パッド１２に摺接するように保持する保持機構、保持されたウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド１２の方向に向けて圧力を付与する押圧機構を有する。これらの機構の詳細については後述する。

制御部２０は、ノズルＮの位置決め、ノズルＮからの研磨液の供給開始又は停止制御、ノズルＮから噴出供給される研磨液の単位時間当たりの供給量制御、モータの始動開始や始動停止制御等を主として行う。制御部２０により制御されたモータの回転力は、図示しない駆動部を介して研磨テーブル１１に伝達される。これにより研磨テーブル１１が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
研磨ヘッド１３にも、図示しない駆動部（例えば自在継手）を介してモータの回転力（トルク）が伝達される。これにより研磨ヘッド１３が水平に回転し、あるいは回転を停止する。

研磨テーブル１１の回転方向と研磨ヘッド１３の回転方向は同方向であることが一般的である。これは、逆方向にするとウェーハ面内の研磨相対速度が不均一となり、均等量研磨が不可能となるおそれがあるためである。研磨テーブル１１の回転方向と研磨ヘッド１３の回転方向を同じ方向として、両者の回転速度を調整することで研磨精度を高めることができる。
なお、単一のモータの回転力を、それぞれ異なるギア比のギアを介して研磨テーブル１１及び研磨ヘッド１３に伝達するようにしても良く、それぞれ個別のモータを通じて回転力を伝達するようにしても良い。両者は任意に設計することができる。この制御部２０による制御手順については、後述する。

研磨液は、制御部２０の制御により研磨テーブル１１の回転速度が所定値に達した状態で、ノズルＮから所定時間、研磨パッド１２に向けて供給される。
次に、研磨加工装置１００が備える研磨ヘッド１３及びその周辺構成について、詳しく説明する。

［研磨ヘッド及びその周辺構成］
図２は、研磨加工装置１００が有する研磨ヘッド１３及びその周辺構成の一例を説明するための概略縦断面図である。 図２を用いて研磨ヘッド１３の構成の一例を説明する。
なお、以下の説明においては、ウェーハ表面のＧＢＩＲ等の更なる向上を図るために研磨加工装置１００が制御する圧力においてウェーハＷをその被研磨面が研磨パッド１２に摺接するように保持し、保持されたウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド１２の方向に向けて付与する圧力を圧力Ｐ１とする。
また、後述するエアバッグ５１により、本実施形態に係るリテーナリング（リテーナ機構）の構成に含まれる環状体４１へ付与する圧力を圧力Ｐ２とする。また、後述するエアバッグ５２により押しリング４２を介して環状体４１へ付与する圧力を圧力Ｐ３とする。

［研磨ヘッドの構成］
図２に示す研磨ヘッド１３は、大別して、研磨対象のウェーハＷに対して研磨圧力（加工圧力）を付与して当該ウェーハを研磨パッド１２に摺接させる保持機構、及び、研磨圧力（加工圧力）の付与や研磨パッド１２側に向けて環状体４１を押圧するための押圧機構を有する。なお本実施形態に係るリテーナリング（リテーナ機構）の構成に含まれる環状体４１は、研磨ヘッド１３及び研磨テーブル１１の回転力により付勢されたウェーハＷの外周方向への飛び出しを規制する。

研磨ヘッド１３が有する保持機構は保持手段として機能し、前述したように研磨対象のウェーハＷに対して研磨圧力（圧力Ｐ１）を付与して研磨パッド１２に摺接させる機構である。
研磨ヘッド１３が有する押圧機構は押圧手段として機能し、前述した圧力Ｐ１を調製する第１の圧力機構（Ｐ１ａ）、圧力Ｐ２を調製する第２の圧力機構（Ｐ２ａ）、圧力Ｐ３を調製する第３の圧力機構（Ｐ３ａ）を含んで構成される。

研磨ヘッド１３は、ヘッド駆動軸を有するヘッドカバー３０、リテーナリングカバー４０（ベッセル４０と称する場合もある）、ラバーメンブレン３１、メンブレンホルダーリング３２、バッキングフイルムＴを有する。
リテーナリングカバー４０は、上底面を有する二重筒状体（環状に形成された筐体）に形成される。また、リテーナリングカバー４０の内壁と外壁とにより形成される空間には、本実施形態に係るリテーナリングの各構成品が収容される。具体的には、図２に示すように、その空間内に環状体４１、押しリング４２、環状体４１を研磨パッド１２の方向に押圧するエアバッグ５２（第２の押圧手段）、押しリング４２を研磨パッド１２の方向に押圧して環状体４１の一部に圧力を付与するエアバッグ５１（第１の押圧手段）などが配設される。

ラバーメンブレン３１は、リテーナリングカバー４０の内周面に嵌装できる内径サイズで略筒状（鍋型）に形成された弾性筒状体である。ラバーメンブレン３１は、また、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成される。
なお、ラバーメンブレン３１は、その外周面がリテーナリングカバー４０の内周面と密封機構を介して接着されており、これにより当該リテーナリングカバー４０に保持される。

バッキングフイルムＴは、ラバーメンブレン３１の外底面に張設されるフィルム状の薄膜である。例えば不織布などの多孔質材をその素材として用いることができる。バッキングフイルムＴは、ウェーハＷの被研磨面を研磨パッド１２に対向（当接）させ、摺接した状態で、このウェーハＷの中心軸と自身の回転軸とがほぼ一致するように保持する。

なお、本実施形態に係る研磨ヘッド１３では、研磨加工時においてウェーハＷの端部が対向する環状体４１の内壁に当接しないように、つまり非接触状態となるように構成される。具体的には、バッキングフイルムＴとウェーハＷ間を減圧吸引するなどして実現される。

例えば、研磨ヘッド１３では、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプ（不図示）を介してバッキングフイルムＴとウェーハＷとの間（接面）に介在する気体（例えば空気）等を吸引可能に構成される。つまり、所定の吸引力がウェーハＷの背面側に付与される。これにより、制御部２０を介してバッキングフイルムＴとウェーハＷ間、つまりウェーハＷの背面側に生じる摩擦力を調整することが可能になる。これにより、後述するＧａｐにおけるＧａｐ＝一定を実現することが可能になる。

研磨ヘッド１３では、図２に示すように、ヘッドカバー３０とリテーナリングカバー４０により形成された空間において、当該リテーナリングカバー４０の内周面にラバーメンブレン３１が装着される。これによりウェーハＷをその被研磨面の背面方向（背面側）から研磨パッド１２の方向に向けて圧力を付与する圧力室（密封状態の内部空間）が形成される。ヘッドカバー３０、リテーナリングカバー４０、ラバーメンブレン３１、バッキングフイルムＴは保持機構として機能する。

また、メンブレンホルダーリング３２はＳＵＳ材などを用いて形成されており、ラバーメンブレン３１の内周側に配備される。メンブレンホルダーリング３２は、リテーナリングカバー４０の内周面側に向けてラバーメンブレン３１の周面を押し付け密接させる。

研磨加工装置１００が有する研磨ヘッド１３では、図示しない流体供給機構に連接されたエアパイプを介して圧力室、エアバッグ５１、５２それぞれに向けて圧力流体（例えば圧縮空気）を供給し、あるいは、供給した圧力流体を回収可能に構成される。
研磨ヘッド１３は、圧力室を介して供給する圧力流体の量に応じてウェーハＷに対して付与する加工圧力等を発生させることができるように構成される。また、エアバッグ５１、５２に圧力流体が封入されて膨張することにより、封入された圧力流体の量に応じた圧力Ｐ２、Ｐ３で環状体４１が研磨パッド１２を押圧する。
また、各圧力Ｐ１～Ｐ３を生じさせるための圧力流体の供給、又は、供給した圧力流体の回収などの制御は流体供給機構を介して制御部２０により行われる。このようにして、研磨加工時における研磨圧力などが制御される。なお、エアバッグ５１、５２は押圧手段の一例であり、本発明に係る押圧手段はこの構成に限るものではない。

また、例えばこの内部空間の気体を吸引することにより当該内部空間が負圧化される。これに伴いラバーメンブレン３１が中凹形に変形するが、同時にウェーハＷも吸着変形する。なお、このように構成する場合には変形停止用のストッパーが必要となる。
また、前述した流体供給機構を介して圧力流体が供給された場合、ラバーメンブレン３１に凸型撓みが生じる。そして、撓みが生じたラバーメンブレン３１とウェーハＷの背面との間には隙間が生じるため、研磨ヘッド１３に保持されたウェーハＷの保持状態の解除をスムースに行うことができる。

ヘッドカバー３０は、研磨ヘッド１３を回転駆動させるための図示しない駆動機構と連結される。ヘッドカバー３０に伝達された回転駆動力は、リテーナリングカバー４０を介して環状体４１、ラバーメンブレン３１、バッキングフイルムＴそれぞれに伝達される。このようにして研磨ヘッド１３が回転する。

［押圧機構］
研磨ヘッド１３の押圧機構は、前述したように環状体４１を研磨パッド１２側に向けて押圧する。
リテーナリングカバー４０は、ウェーハＷを保持した状態のラバーメンブレン３１等の外周を囲む内側の環状部と、その内壁と外壁とにより形成された環状体４１、押しリング４２などが配設される空間部とを含んで形成される。なお、ヘッドカバー３０を介してリテーナリングカバー４０に伝達された回転駆動力により環状体４１、押しリング４２などは一体的に回転する。

図３は、本実施形態に係るリテーナリングの構成の一例を説明するための図である。
なお、前述したように本実施形態に係るリテーナリング（リテーナ機構）は、環状体４１、押しリング４２、エアバッグ５１、５２を含む構成である。
環状体４１は、図３に示すように、略Σ形状に形成された環状体であり、リテーナリングカバー４０の内壁に接する第１の部位４１ａと、研磨パッド１２の表面に接する面（底面摺動部と称する場合もある）を有する第２の部位４１ｂとを含んで構成される。環状体４１の第２の部位４１ｂは、図３に示す一点鎖線の交点Ｏ（Ａ側）を略基準として大凡破線で示す位置まで揺動可能に構成される。
押しリング４２は、図３に示すように、逆Ｌ字形状に形成された環状部材であり、エアバッグ５２と接する部位と、第２の部位４１ｂの外方側端部近傍（Ｂ側）を押圧する部位とを含んで構成される。

環状体４１は、エアバッグ５１に封入された圧力流体の量に応じたパッド押圧力（圧力Ｐ２）が付与される。これにより環状体４１の上昇又は下降動作が可能となり、当該環状体４１の第２の部位４１ｂにより研磨パッド１２を押圧することができる。
また、押しリング４２は、エアバッグ５２に封入された圧力流体の量に応じたパッド押圧力（圧力Ｐ３）が付与される。これにより押しリング４２の上昇又は下降動作が可能となり、当該環状体４１の第２の部位４１ｂの外方側端部近傍（Ｂ側）が内包側近傍（Ａ側）に比べて相対的に高い圧力で研磨パッド１２を押圧することができる。

このように、環状体４１の第２の部位４１ｂによる研磨パッド１２の押圧において、当該第２の部位４１ｂの外方側端部近傍（Ｂ側）の圧力を内包側近傍（Ａ側）よりも高くする制御が可能になる。換言すれば押しリング４２は、環状体４１の第１の部位４１ａが第２の部位４１ｂを保持する個所から所定の距離離れた当該第２の部位４１ｂ上の所定の個所に圧力を付与するように構成されることになる。つまり研磨パッド１２に対する勾配圧力を形成することが可能になる。

なお、前述したように研磨ヘッド１３では、研磨加工時においてウェーハＷの端部が環状体４１の内周側内壁に当接しないように構成される。そのため、環状体４１への圧力付与をスムースに行うことや、環状体４１による研磨パッド１２表面を押圧する「パッドの抑え込み」を機能的に高い精度で行うことが可能になる。

このように、本実施形態に係る研磨加工装置１００の研磨ヘッド１３が有する押圧機構は、研磨対象のウェーハＷに対して研磨圧力を付与して当該ウェーハＷを研磨パッド１２に摺接させるとともに、環状体４１による研磨パッド１２表面の押圧を制御してウェーハＷ端部のＥＳＦＱＲ低減のための機構として機能する。

図４は従来のリテーナリングによる研磨パッド表面の押え込みを説明するための模式図である。また、図５は、研磨加工時においてウェーハＷの端部がリテーナリングの内壁に当接しないように構成した場合におけるリテーナリングによる研磨パッド表面の押え込みを説明するための模式図である。

図４（ａ）は、リテーナリングには圧力が付与されていない場合の研磨パッドの表面状態の一例を示している。図４（ａ）に示すように、研磨加工時においてウェーハＷに付与される研磨圧力は圧力Ｐ１、パッド変位量（弾性変位量）はδ１である。この場合、ウェーハを研磨パッドに押し付けると研磨パッドはパッド変位量δ１だけ圧縮される（図中Ｙ１参照）。このとき、研磨パッドが圧縮される過程でウェーハのエッジ部には大きな圧縮応力が生じ（Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ‘ｓ Ｓｔｒｅｓｓ）、他の部位よりも研磨量が大きくなる事象が学会誌などで報告されている。

図４（ｂ）は、研磨加工時においてウェーハＷに付与される研磨圧力は圧力Ｐ１、パッド変位量δ１であり、リテーナリングに付与される研磨圧力は圧力Ｐ２、パッド変位量δ２であり、ウェーハ端部がリテーナリングの内壁面に当たっている場合の研磨パッドの表面状態の一例を示している。
ウェーハはプラテンの回転により当該プラテン半径の接線方向に水平擦過力を受けることになり、研磨加工時ではウェーハ端部とリテーナ内壁の接触部ではスキマ（ＧＡＰ）が０（ゼロ）となる。

この場合、ウェーハ端部の応力は圧力Ｐ１、Ｇａｐ、圧力Ｐ２の各値を用いて解析することができ、Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ‘ｓ Ｓｔｒｅｓｓと称されている。一般的に、Ｇａｐ＝０の状態下でのウェーハ端部の研磨量を中心部と比較すると、Ｐ２＞Ｐ１では中心部よりも小さくなり、Ｐ２＜Ｐ１ では大きくなる傾向になる。
なお、ウェーハ端部の応力は「Ｐ１、Ｇａｐ、Ｐ２」の各値により解析することが可能でありＥｄｇｅ Ｓｔｒｅｓｓ（ヘルツ応力相当）と言われている。一般的にはＧａｐ＝０の状態下でのウェーハ端部の研磨量を中心部と比較すると、Ｐ２＞Ｐ１では中心部よりも小さくなり、Ｐ２＜Ｐ１では大きくなる傾向になる。

図５（ａ）は、研磨加工時においてウェーハＷに付与される研磨圧力は圧力Ｐ１であり、リテーナリングに付与される研磨圧力は圧力Ｐ２であり、ウェーハ端部とリテーナとの間に約１［ｍｍ］のスキマ（ＧＡＰ）を開けた場合の研磨パッドの表面状態の一例を示している（Ｇａｐ＝０の個所を基準にした１８０度対面部）。
このようにウェーハをセットした場合、ウェーハはプラテンの回転により当該プラテン半径の接線方向に水平擦過力を受けることになり、研磨加工時ではウェーハ端部の任意点におけるリテーナとウェーハ端部とのスキマは１回転中で例えば０～最大ＧＡＰ値の範囲で連続的に変化してしまうこともある。このように同一のＰ２状態でＧａｐが変化すると、ウェーハ端部おける応力分布は１回転中で複雑な挙動を示し、加工精度にバラツキが生じる主要因となる。

図５（ｂ）は、本実施形態に係る環状体４１の構成を模式的に示したものである。図４（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）に示す汎用研磨機のリテーナリングに対して、図５（ｂ）に示すように構成した場合、圧力Ｐ２、Ｐ３それぞれを調整することにより環状体４１の第２の部位４１ｂにおける底面摺動部に傾斜角度θ［度］を生じさせることができる。そのため、ウェーハ端部おける研磨パッドの表面変形を従来と異なる手法で制御することができ、同時端面部の研磨圧力分布も制御できるため、研磨パッドがウェーハに対して相対的に圧縮されない区間Ｌを安定的に形成することが可能になる（図中Ｙ４参照）。

このように、図５（ａ）のように区間Ｌが無い場合、ウェーハ端部に過・少研磨の生じない「Ｐ１、Ｇａｐ、Ｐ２」は狭いある特定範囲での限定値となり、相対的にＧａｐ変動に弱いと言える。
また、図５（ｂ）のように区間Ｌがある場合、パッド変位量δ２と傾斜角度θによってＬ区間が形成されるとウェーハ端部に過・少研磨の生じない「Ｐ１、Ｇａｐ、Ｐ２」の特定範囲が拡大され、相対的にＧａｐ変動に強いと言える。

このように、ウェーハ端部で発生する過・少応力を緩和させるためにリテーナがパッドを押し下げるパッド押圧力（リテーナ圧力）を制御する。これにより、過・少応力を最小限にすることが可能となり、研磨加工における均一研磨性を向上させることができる。

［研磨加工の制御手順］
次に、本実施形態の研磨加工装置１００による研磨加工手順について説明する。図６は、研磨加工を実行する際の制御部２０による主要な制御手順の一例を説明するためのフローチャートである。
制御部２０は、研磨加工装置１００のオペレータによる開始指示の入力受付を契機に制御を開始する（Ｓ１００）。所定の初期加工後、研磨ヘッド１３の保持機構によるウェーハＷの保持を開始する（Ｓ１０１）。

制御部２０は、ウェーハＷをウェーハ受け渡しテーブル（不図示）からウェーハＷを保持し、研磨ヘッド１３を研磨加工の開始位置へ移動させる（Ｓ１０２）。
制御部２０は、所定量の圧力流体を供給し、圧力Ｐ１、Ｐ３を発生させる（Ｓ１０３）。これにより、ラバーメンブレン３１を介してウェーハＷへ、また、環状体４１を介して研磨パッド１２表面それぞれに向けて所定の圧力が付与される。

制御部２０は、また、図示しないセンサ部を通じてウェーハＷ等に適切な圧力が与えられているか否かを確認する。制御部２０は、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が適切であることを確認した場合は（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、研磨テーブル１１、並びに、研磨ヘッド１３の回転を開始するように、図示しないモータへ指示を出す（Ｓ１０５）。これにより、研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３が、水平に回転を開始する。

研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３の回転開始を指示した後、制御部２０は、ノズルＮの位置決めを指示するとともに、研磨液供給機構に対して研磨液の供給を開始させるように指示を出す（Ｓ１０６）。これにより、研磨液がノズルＮから研磨パッド１２の表面に向けて供給される。このようにして制御部２０は、研磨を開始する（Ｓ１０７）

制御部２０は、圧力Ｐ２、Ｐ３それぞれの調整を開始する（Ｓ１０８）。例えば、図示しないセンサを介した直近の同一加工時間におけるウェーハ厚みの測定結果と、今回の同一加工時間におけるウェーハ厚みの測定結果とを比較することによって、１サイクルの検出における時間当たりの研磨量に基づいた補正値（Ｐ２、Ｐ３、傾斜角度θ）を決定する。
なお、この圧力Ｐ２、Ｐ３それぞれの調整は、例えば一の研磨加工が終了したウェーハ厚みの測定結果に基づいて補正値を決定し、次回の研磨加工において反映させるように構成してもよい。

制御部２０は、研磨が終了したか否かを判別する（Ｓ１０９）。この判別は、例えばセンサの検出結果に基づき、ウェーハＷが所望の厚みに研磨されたと判断した場合に研磨を終了する。また、そうでない場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理へ戻る。
制御部２０は、研磨が終了したと判別した場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、研磨液供給機構に対して研磨液の供給停止を指示する（Ｓ１１０）。

その後、制御部２０は、研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３の回転を止めるように、モータへ停止指示を出す（Ｓ１１１）。その後、研磨後のウェーハＷを載置するテーブルまで研磨ヘッド１３を移動させる（Ｓ１１２）。これにより、一連の研磨加工の処理が終了する。

なお、保持が解除されたか否かの判別は、例えば図示しない各種センサを用いて検知するように構成することもできる。なお、研磨テーブル１１と研磨ヘッド１３の回転停止後に、供給した圧力流体を回収しても良い。このように制御することにより、研磨後のウェーハＷが搬送途中において意図せず脱落してしまうことを防ぐことができる。

本実施形態に係るリテーナリング（リテーナ機構）、これを有する研磨ヘッド１３、研磨加工装置１００では、押圧機構により研磨パッド１２のパッド表面の押え込みの制御が可能に構成されており、ウェーハ端部おける応力集中の範囲を小さくすることができる。これにより、ウェーハの被研磨面の部分的な研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラの発生を防ぐことができる。また、ウェーハ表面のＧＢＩＲ、ＳＦＱＲ、ＥＳＦＱＲの更なる向上を図ることができる。

なお、環状体４１の第２の部位４１ｂに連通孔（例えば、放射状に形成されるスリット）を形成してもよい。この場合、押しリング４２による第２の部位４１ｂへの押圧制御をより細やかに行うことが可能になる。

上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。

１１・・・研磨テーブル、１２・・・研磨パッド、１３・・・研磨ヘッド、２０・・・制御部、３０・・・ヘッドカバー、３１・・・ラバーメンブレン、３２・・・メンブレンホルダーリング、４１・・・環状体、４２・・・押しリング５１、５２・・・エアバッグ、１００・・・研磨加工装置、Ｎ・・・ノズル、Ｔ・・・バッキングフイルム、Ｗ・・・ウェーハ。

Claims (6)

1. 研磨加工の対象となる基板を、その被研磨面が研磨パッドに摺接するように保持する研磨ヘッドが有する、当該研磨加工の際に当該基板の外方への飛び出しを規制するリテーナリングであって、
   前記リテーナリングは、
   前記研磨ヘッドの外周に配設される、上底面を有する二重筒状体と、
   略Σ形状に形成され、前記二重筒状体の内壁の外周に接す る第１の部位と、当該第１の部位との接続箇所を支点にして前記研磨パッドの表面に接触する面が揺動可能に構成された第２の部位とを有する環状体と、
   前記環状体を前記研磨パッドの方向に押圧する第１の押圧手段と、
   逆Ｌ字形状に形成された環状部材である押しリングを介して前記第２の部位の外方側端部近傍を押圧する第２の押圧手段と、 を有することを特徴とする、
   リテーナリング。
2. 前記第１の押圧手段により付与する圧力を制御して前記研磨パッドの表面を基準にしたときの前記第２の部位の傾斜角度を所定の角度となるように制御する制御手段を有す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. 前記制御手段は、前記第２の押圧手段により付与する圧力を制御することを特徴とする、
   請求項２に記載のリテーナリング。
4. 水平に回転する研磨パッドを有する研磨加工装置に設けられる研磨ヘッドであって、
   研磨加工の対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持手段と、
   前記基板を保持した状態の前記保持手段の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、
   前記保持手段を水平に回転させる駆動手段と、を有し、
   前記リテーナリングは、
   前記研磨ヘッドの外周に配設される、上底面を有する二重筒状体と、
   略Σ形状に形成され、前記二重筒状体の内壁の外周に接す る第１の部位と、当該第１の部位との接続箇所を支点にして前記研磨パッドの表面に接触する面が揺動可能に構成された第２の部位とを有する環状体と、
   前記環状体を前記研磨パッドの方向に押圧する第１の押圧手段と、
   逆Ｌ字形状に形成された環状部材である押しリングを介して前記第２の部位の外方側端部近傍を押圧する第２の押圧手段と、 を有することを特徴とする、
   研磨ヘッド。
5. 前記リテーナリングは、前記保持手段に保持された基板の端部と当該リテーナリングの内周とが非接触状態となるサイズに形成されることを特徴とする、
   請求項４に記載の研磨ヘッド。
6. 研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨加工対象となる基板を保持してその被研磨面を当該研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨加工装置であって、
   前記研磨ヘッドは、
   研磨加工対象となる基板を、その被研磨面が前記研磨パッドに摺接するように保持する保持手段と、
   前記基板を保持した状態の前記保持手段の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、
   前記保持手段を水平に回転させる駆動手段と、を有し、
   前記リテーナリングは、
   前記研磨ヘッドの外周に配設される、上底面を有する二重筒状体と、
   略Σ形状に形成され、前記二重筒状体の内壁の外周に接す る第１の部位と、当該第１の部位との接続箇所を支点にして前記研磨パッドの表面に接触する面が揺動可能に構成された第２の部位とを有する環状体と、
   前記環状体を前記研磨パッドの方向に押圧する第１の押圧手段と 、
   逆Ｌ字形状に形成された環状部材である押しリングを介して前記第２の部位の外方側端部近傍を押圧する第２の押圧手段と、 を有することを特徴とする、
   研磨加工装置。

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