WO2023233681A1 - 研磨ヘッド及び研磨処理装置 - Google Patents

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WO2023233681A1
WO2023233681A1 PCT/JP2022/039473 JP2022039473W WO2023233681A1 WO 2023233681 A1 WO2023233681 A1 WO 2023233681A1 JP 2022039473 W JP2022039473 W JP 2022039473W WO 2023233681 A1 WO2023233681 A1 WO 2023233681A1
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WO
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polishing
annular
rib
retainer ring
membrane
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/039473
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English (en)
French (fr)
Inventor
明夫 小村
貴史 桑野
肇 冨澤
Original Assignee
ミクロ技研株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to a polishing head and a polishing processing apparatus used for polishing a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the CMP apparatus disclosed in Patent Document 1 suppresses the pressing force with which the backing film presses against the periphery of the wafer from becoming excessively high even when the template is worn and the template thickness gradually becomes thinner. That is to do. As a result, even if the template thickness changes over time, it is possible to suppress the polishing rate at the periphery of the wafer from fluctuating significantly compared to the polishing rate at other areas of the wafer.
  • a pressing force corresponding to the amount of pressure fluid sealed in a plurality of pressure chambers is applied from each pressure chamber to the back side of the substrate, and the entire surface of the substrate to be processed is coated.
  • the desired pressing force is applied over the entire wafer without discontinuities, and the outer diameter of the backing film is made smaller than the wafer outer diameter to prevent stress concentration at the wafer edge.
  • the relative speed and pressing force between the surface of the wafer to be polished (hereinafter referred to as the "surface to be polished") and the polishing pad are controlled over the entire surface of the polished surface. If the polishing is not uniform, uneven polishing such as insufficient polishing or overpolishing will occur.
  • the wrinkle phenomenon is a phenomenon as shown in FIG. 16, in which the membrane is deformed and wrinkled due to the rotational force during the polishing process.
  • the inventors of the present application analyzed the frictional motion that transmits rotational motion to the wafer through the membrane. As a result, we clarified the phenomenon in which multiple wrinkles in the form of an involute curve were generated from the center of the membrane (see FIG. 17). Note that FIG. 17 shows the wrinkle pattern generated in the membrane transferred to the involute curve. It was also revealed that the pattern of wrinkles can take on a pattern similar to a typhoon spiral or form a spiral, depending on the number of wrinkles.
  • the wrinkle phenomenon occurs when the swollen portion of the membrane separates from the wafer and the processing pressure changes (reduces) (see region B in FIG. 18).
  • the processing pressure changes changes (reduces) (see region B in FIG. 18).
  • a mechanism is required that can prevent shear deformation within the membrane surface.
  • FIGS. 20(a) and 20(b) are diagrams showing an example of ⁇ analysis.
  • the wafer receives rotational friction from the platen (pad)
  • the outer diameter portion of the wafer and the inner diameter portion of the retainer ring come into contact (see FIG. 20(a)).
  • the wafer moves to point A at the same rotational speed ⁇ r as the retainer ring due to a phenomenon caused by frictional force with the retainer ring (see FIG. 20(b)).
  • the present invention makes it possible to deal with the wrinkle phenomenon, star makku phenomenon, etc. that have not been elucidated so far, further improve the SFQR etc. of the substrate surface, and perform high-quality and stable polishing process for each large number of substrates.
  • the main objective is to provide a polishing head and a polishing processing apparatus that can perform the following steps.
  • the present invention provides a polishing processing apparatus having a polishing table having a polishing pad, and a polishing head that holds a substrate to be polished and slides the surface to be polished on the polishing pad, the polishing head is an annular body having an inner circumferential diameter of a size that surrounds the outer periphery of the substrate to be polished, and a backing film that covers the lower end opening of the annular body and is attached to the surface thereof.
  • An elastic body that holds a substrate, a retainer ring that includes the annular body and is formed in a shape that surrounds the outer periphery of the substrate, and a driving means that horizontally rotates the annular body and the retainer ring integrally.
  • the present invention is characterized in that a rib restraining member is disposed in a shape that is in contact with the side surface of the radial rib, the inner circumferential surface of the annular body, and the outer circumferential surface of the annular rib.
  • the present invention also provides a polishing head installed in a polishing apparatus having a polishing pad that rotates horizontally, which includes: an elastic body that covers the opening on the lower end side of the body and holds the substrate through a backing film attached to the front side thereof; and an elastic body formed in a shape that includes the annular body and surrounds the outer periphery of the substrate.
  • the elastic body has a retainer ring and a driving means for integrally rotating the annular body and the retainer ring horizontally
  • the back side of the elastic body has a plurality of radial ribs extending radially from near the center thereof , an annular rib formed with a size relatively smaller than the size of the elastic body, and the radial rib is formed radially outward from the annular rib, and the elastic body A shape that is in contact with the side surface of the radial rib, the inner circumferential surface of the annular body, and the outer circumferential surface of the annular rib in a region surrounded by adjacent radial ribs, the annular body, and the annular rib on the back side of the It is characterized in that a rib restraining member formed in is disposed.
  • a polishing head and a polishing processing apparatus that can perform polishing processing can be provided.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a polishing head and its peripheral configuration that the polishing processing apparatus has.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining an example of a polishing head and its peripheral configuration that the polishing processing apparatus has.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining an example of the configuration of a membrane and a membrane support ring.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the configuration of a membrane and a membrane support ring.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an example of the configuration of a rib restraining member.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a polishing head and its peripheral configuration that the polishing processing apparatus has.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining an example of a polishing head and its peripheral configuration that the polishing processing apparatus has.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining an example of the configuration of a membrane and a membrane support
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an example of a restraint regulation mechanism that connects a plurality of rib restraint members arranged on the back side of a membrane.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an example of a rib configuration.
  • FIG. 3 is a plan view for explaining an example of a state in which a plurality of rib restraint members and a restraint regulation mechanism are arranged on the back side of a membrane.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining another example of the structure of the membrane.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining another example of the structure of the membrane, which is different from FIG. 9 .
  • (a) is a vertical cross-sectional schematic diagram for explaining an example of a retainer ring adjustment mechanism.
  • FIG. (b) is a top schematic diagram for explaining an example of a retainer ring adjustment mechanism.
  • 12 is a schematic top view showing an example of a specific configuration of the retainer ring shown in FIG. 11.
  • FIG. (a) and (b) are schematic top views for explaining an example of a mechanism for adjusting the diameter size of the retainer ring 6.
  • FIG. (a), (b), (c), and (d) are diagrams showing an example of a specific configuration of the retainer ring shown in FIG. 14.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the wrinkle generation phenomenon. The figure which shows an example of an involute curve.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a membrane lifting phenomenon.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the phenomenon of star makook occurrence.
  • (a) and (b) are diagrams showing an example of ⁇ analysis. The figure which shows an example of an angular velocity line.
  • the polishing processing apparatus of this embodiment polishes a substrate (hereinafter sometimes referred to as a wafer) such as a semiconductor wafer or a glass substrate.
  • a substrate hereinafter sometimes referred to as a wafer
  • one surface of this substrate is referred to as a circular or approximately circular polished surface.
  • the surface on the polishing pad that is in contact with the surface to be polished of the wafer is referred to as the polishing surface.
  • the polishing processing apparatus includes a polishing pad to which a polishing member is bonded, a polishing table for horizontally rotating the polishing pad, and a polishing head for bringing the surface to be polished of a substrate into sliding contact with the polishing pad. have. A substrate is pressed against a polishing pad by a polishing head. Then, by rotating the polishing table and the polishing head while supplying polishing liquid (slurry) to the polishing pad, the surface to be polished is polished.
  • polishing liquid slurry
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polishing processing apparatus S according to this embodiment.
  • the polishing processing apparatus S shown in FIG. 1 has a polishing table 51, and a polishing pad 50 is bonded to the surface of the polishing table 51.
  • the polishing processing apparatus S further includes a polishing head 100 that holds a substrate (wafer) W and presses the surface to be polished against the polishing pad 50, a nozzle N for supplying polishing liquid toward the polishing pad 50, and a polishing table 51. and a motor (not shown) for horizontally rotating the polishing head 100, a polishing liquid supply mechanism (not shown) connected to the nozzle N, and a computer for controlling each drive unit including the motor. It has a control section 20.
  • the polishing pad 50 is disc-shaped, and its radius is larger than the maximum diameter (diameter) of the surface of the wafer W to be polished. In this mechanism, the relative polishing speed within the plane of the wafer W can be adjusted by changing the rotation speed and rotation direction of the polishing pad 50 and the polishing head 100, respectively.
  • the polishing pad 50 itself has elasticity, and may be made of commercially available materials such as nonwoven fabric or urethane foam.
  • the polishing head 100 has a holding mechanism that holds the wafer W so that the surface to be polished is in sliding contact with the polishing pad 50, and a holding mechanism that holds the wafer W so that the surface to be polished is in sliding contact with the polishing pad 50. It has a pressing mechanism that applies pressure towards. Details of these mechanisms will be described later.
  • the control unit 20 positions the nozzle N, controls the supply start or stop of the polishing liquid from the nozzle N, controls the supply amount per unit time of the polishing liquid sprayed and supplied from the nozzle N, controls the start and stop of the motor, etc. Mainly conducted.
  • the rotational force of the motor controlled by the control section 20 is transmitted to the polishing table 51 via a drive section (not shown).
  • the polishing table 51 rotates horizontally or stops rotating.
  • the rotational force (torque) of the motor is also transmitted to the polishing head 100 via a drive unit (for example, a universal joint) that is not shown.
  • a drive unit for example, a universal joint
  • the rotation direction of the polishing table 51 and the rotation direction of the polishing head 100 are the same direction. This is because if the polishing direction is reversed, the polishing relative speed within the wafer surface will become non-uniform, and there is a possibility that uniform polishing will not be possible. Polishing accuracy can be improved by setting the rotation direction of the polishing table 51 and the polishing head 100 in the same direction and adjusting the rotation speeds of both.
  • the rotational force of a single motor may be transmitted to the polishing table 51 and the polishing head 100 through gears with different gear ratios, or the rotational force may be transmitted through individual motors. good. Both can be designed arbitrarily.
  • the control procedure by the control unit 20 will be described later.
  • the polishing liquid is supplied from the nozzle N toward the polishing pad 12 for a predetermined period of time under the control of the control unit 20 when the rotational speed of the polishing table 51 reaches a predetermined value.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining an example of the polishing head 100 and its peripheral configuration that the polishing processing apparatus S has. An example of the configuration of the polishing head 100 will be described using FIG. 2.
  • the polishing head 100 polishes the wafer W so that the surface to be polished comes into sliding contact with the polishing pad 50 under a pressure controlled by the polishing processing apparatus S in order to further improve the GBIR (Global backside ideal range) etc. of the wafer surface.
  • a pressure is applied to the held wafer W in the direction of the polishing pad 50 from the back side of the surface to be polished (back side).
  • the polishing head 100 shown in FIG. 2 has a holding mechanism that slides the wafer W to be polished onto the polishing pad 50 while applying polishing pressure (processing pressure) to the wafer W to be polished.
  • the polishing head 100 also has a pressing mechanism for applying polishing pressure (processing pressure) (P1) and pressing the retainer ring 6 toward the polishing pad 50 (P2).
  • pressure fluid for example, compressed air
  • a fluid supply mechanism not shown
  • the polishing head 100 is configured to be able to generate processing pressure applied to the wafer W by adjusting the amount of pressure fluid supplied to the pressure chamber.
  • the retainer ring 6 prevents the wafer W urged by the rotational force of the polishing head 100 and the polishing table 51 from jumping out in the outer circumferential direction. Note that this also relates to the contact pressure between the wafer edge and the polishing pad 50.
  • the polishing head 100 includes a main head housing 1, a sub-head housing 2, a membrane support ring 3, a membrane 4, a backing film 5, a retainer ring 6 (four retainer members 6a), and a rotary frame 7.
  • the polishing head 100 is configured such that driving force (for example, rotational force (torque) of a motor serving as a starting means) is transmitted through each component connected to the head housing 1.
  • driving force for example, rotational force (torque) of a motor serving as a starting means
  • the retainer ring 6 is connected to the membrane support ring 3 via a drive pin 8.
  • the various components of the polishing head 100 can integrally rotate horizontally or stop rotating.
  • the control unit 20 controls the start of rotation, the stop thereof, the amount of rotation per unit time, etc. based on preset contents.
  • the membrane support ring 3 is an annular body formed in an annular shape using, for example, SUS material.
  • the membrane 4 covers the opening at the lower end of the membrane support ring 3 (annular body 3) and holds the wafer W via a backing film 5 attached to the front surface thereof.
  • the membrane 4 is a cylindrical elastic body (cylindrical elastic body) formed into a substantially cylindrical shape (pan-shaped) with an inner diameter that can be fitted onto the outer peripheral surface of the membrane support ring 3 .
  • the membrane 4 is also formed of a rubber material with excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM) or silicone rubber.
  • EPDM ethylene propylene rubber
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an example of the configuration of the membrane 4 and membrane support ring 3.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the configuration of the membrane 4 and membrane support ring 3.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view for explaining an example of the configuration of the rib restraining member 33.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining an example of a restraining regulation mechanism 31 (32) that connects a plurality of rib restraining members 33 arranged on the back side of the membrane 4.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view for explaining an example of a rib configuration.
  • FIGS. 3 to 8 is a plan view for explaining an example of a state in which a plurality of rib restraint members 33 and a restraint regulation mechanism 31 (32) are arranged on the back side of the membrane 4.
  • a restraint regulation mechanism 31 32
  • FIGS. 3 to 8 an example of the rib structure according to the present invention will be described in detail using FIGS. 3 to 8.
  • the polishing head 100 includes a membrane support ring 3 (annular body 3) having an inner peripheral diameter of a size that surrounds the outer periphery of a substrate W to be polished, and an opening on the lower end side of this annular body. It has a membrane 4 which is covered with a membrane and which holds a substrate W through a backing film attached to its front surface.
  • rib restraint members 33 are arranged in areas surrounded by the adjacent radial ribs 4a, membrane support ring 3 (annular body 3), and annular ribs 4b, respectively. .
  • the rib restraining member 33 is formed in a shape that is in contact with the side surface of the radial rib 4a, the inner circumferential surface of the membrane support ring 3 (annular body 3), and the outer circumferential surface of the annular rib 4b.
  • the number is not limited to this.
  • the number of radial ribs 4a corresponding to the number of rib restraining members 33 to be used (disposed) is formed on the back side of the membrane 4.
  • the number of rib restraining members 33 can also be determined depending on the number of radial ribs 4a formed on the back side of the membrane 4.
  • a plurality of radial ribs 4a are formed on the back side of the membrane 4, extending radially from near the center of the back side of the membrane 4 (see FIG. 7). Further, an annular rib 4b having a size relatively smaller than the size of the membrane 4 is formed. As shown in FIG. 7, the radial ribs 4a are formed radially outward from the annular ribs 4b.
  • the radial rib 4a and the annular rib 4b are integrally formed of the same material as the membrane 4, for example. Further, the height and width of the radial rib 4a and the annular rib 4b may be the same, or may be set arbitrarily.
  • the rib restraining member 33 is arranged between the side surface of the radial rib 4a and the annular rib 4b in a region surrounded by the adjacent radial rib 4a, membrane support ring 3 (annular body 3), and annular rib 4b. It is formed in a shape that is in contact with the inner circumferential surface of the membrane support ring 3 (annular body 3) and the outer circumferential surface of the annular rib 4b.
  • the rib restraining member 33 is a frame body formed into a substantially fan shape using, for example, a resin material. Further, the rib restraint member 33 has grooves 33a and 33b.
  • the grooves 33a and 33b are grooves in which a rod-shaped body 32 of a restraint regulating mechanism, which will be described later, is placed.
  • the radial ribs 4a of the membrane 4 are sandwiched between a pair of adjacent rib restraining members 33 arranged on the back side of the membrane 4. Therefore, the rib restraining member 33 is formed in a size that is inscribed in the membrane support ring 3 (annular body 3), and that a space corresponding to the width size A of the radial rib 4a is formed as shown in FIG. .
  • each radial rib 4a By sandwiching each radial rib 4a between a pair of adjacent rib restraining members 33 in this manner, it is possible to prevent deformation of the radial rib 4a in the rotational direction caused by rotational force during the polishing process.
  • the rib restraining member 33 restrains the radial rib 4a to prevent its movement from being deformed by rotational force.
  • the rib restraint member 33 makes it possible to prevent deformation of the annular rib 4b in the rotational direction caused by rotational force during the polishing process. That is, the rib restraining member 33 restrains the annular rib 4b and restricts its movement so as to prevent deformation due to rotational force.
  • the rib restraining member 33 restrains the radial rib 4a and the annular rib 4b from moving due to the rotational force during the polishing process, thereby preventing the membrane 4 from deforming due to the rotational force during the polishing process.
  • This can prevent wrinkles from forming.
  • the radial ribs 4a which are elastic bodies, from being deformed in the rotational direction and preventing wrinkles from forming on the surface of the membrane 4 in the area between adjacent radial ribs 4a, the surface of the membrane 4 can be The overall wrinkle phenomenon can be effectively suppressed.
  • the polishing head 100 according to the present embodiment can effectively suppress the phenomenon in which the membrane 4 is deformed and wrinkled due to the rotational force during the polishing process.
  • polishing pressure processing pressure
  • the rotational phase of the outer peripheral portion of the membrane is synchronized with the membrane ring, but the rotational phase of the central portion is delayed, resulting in an inlute curve-like wrinkling phenomenon.
  • the rib restraining member 33 restrains the radial rib 4a in the direction of the rotation angle ⁇ and restrains the annular rib 4b in the direction of the radius r. Therefore, the outer circumferential portion and the center portion of the membrane 4 rotate synchronously, and shear deformation does not occur, so that the occurrence of wrinkles can be prevented.
  • FIG. 4 in the area surrounded by the radial rib 4a and membrane support ring 3 adjacent to the annular rib 4b, the outer circumferential surface of the annular rib 4b, the radial rib 4a, and the membrane support
  • a rib restraint member 33 formed in a shape that is in contact with the inner circumferential surface of the ring 3 is disposed, the configuration is not limited to this.
  • the rib restraining member 33 may be formed in a shape that contacts the directional rib 4a and the inner circumferential surface of the membrane support ring 3.
  • the polishing head 100 has a restraint regulation mechanism 31 (32) that connects the membrane support ring 3 and the rib restraint member 33.
  • the membrane support ring 3 has a plurality of grooves 3a formed on its inner peripheral surface
  • the restraint regulation mechanism 31 (32) is formed in a size that fits within the inner peripheral region of the annular rib 4b. It can be configured as a disc body 31 and a rod-shaped body 32 extending outward from the disc body 31 and having its ends engaged with the respective grooves 3a.
  • the disk body 31 and the rod-shaped body 32 function as a restraint regulating means that connects the membrane support ring 3 and the rib restraint member 33. Therefore, it becomes possible to deal with the wrinkle phenomenon by the membrane 4, the membrane support ring 3, and their surroundings, and it is possible to further improve the SFQR etc. of the substrate surface.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining another configuration example of the membrane 4 described above.
  • a plurality of annular ribs 40a each having a relatively smaller size than the size of the membrane 40 is formed on the back side of the membrane 40 shown in FIG.
  • an annular rib restraining member R1 (R1 to R8) is arranged to cover a part or all of the inner circumferential surface and outer circumferential surface of each annular rib 40a.
  • the annular rib restraining member R1 makes it possible to prevent deformation of the annular rib 40a caused by rotational force during the polishing process. That is, the annular rib restraining member R1 (R1 to R8) restrains the annular rib 40a and restricts its movement so as to prevent deformation due to rotational force.
  • the annular ribs 40a which are elastic bodies, from deforming due to rotational force and preventing wrinkles from forming on the surface of the membrane 4 in the area between adjacent annular ribs 40a, the occurrence of wrinkles on the entire surface of the membrane 4 is prevented. can be effectively suppressed.
  • the membrane 40 having such a configuration, it is possible to deal with the wrinkle phenomenon, and it is possible to further improve the SFQR etc. of the substrate surface.
  • the annular rib restraining member R1 R1 to R8
  • the annular rib 40a can move freely in the vertical direction, and polishing pressure (processing pressure) is also applied to the lower surface side of the annular rib 40a (P1). be able to.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining another configuration example of the membrane 40 described above.
  • a plurality of annular ribs 40a each having a relatively smaller size than the size of the membrane 40 is formed on the back side of the membrane 40 shown in FIG.
  • an annular rib restraining member R10 (R10 to R13) is formed to have the same size as the back side area of the membrane 40 sandwiched between the adjacent annular ribs 40a, and has a hole formed in its surface. It is placed on the back side area.
  • the annular rib restraining member R1 makes it possible to prevent deformation of the annular rib 40a caused by rotational force during the polishing process. That is, the annular rib restraining member R1 (R1 to R8) restrains the annular rib 40a and restricts its movement so as to prevent deformation due to rotational force.
  • the annular ribs 40a which are elastic bodies, from deforming due to rotational force and preventing wrinkles from forming on the surface of the membrane 4 in the area between adjacent annular ribs 40a, the occurrence of wrinkles on the entire surface of the membrane 4 is prevented. can be effectively suppressed.
  • the membrane 40 having such a configuration, it is possible to deal with the wrinkle phenomenon, and it is possible to further improve the SFQR etc. of the substrate surface.
  • the annular rib restraining member R10 R10 to R13
  • the annular rib 40a can freely move in the vertical direction, and polishing pressure (processing pressure) is also applied to the lower surface side of the annular rib 40a (P1). be able to.
  • polishing pressure processing pressure
  • holes are formed in the annular rib restraining member R10 (R10 to R13), it is easy to attach and detach the annular rib restraining member R10 to and from the membrane 40.
  • the backing film 5 shown in FIG. 2 is a film-like thin film stretched over the outer bottom surface (outer surface) of the membrane 4.
  • a porous material such as nonwoven fabric can be used as the material.
  • the backing film 5 holds the polished surface of the wafer W facing (in contact with) the polishing pad 50 in a sliding state. In this way, the membrane 4 and the backing film 5 function as a holding mechanism that holds the wafer W.
  • the inventors' analysis has revealed that the star mark phenomenon occurs when there is a gap between the substrate and the retainer ring. Therefore, as a countermeasure, it is necessary to reduce the gap.
  • the retainer ring needs to have an opening/closing function because it is difficult to attach and detach the board when the gap is small.
  • an adjustment mechanism that makes it possible to change the diameter size of the retainer ring will be described.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an example of a retainer ring adjustment mechanism.
  • FIG. 11(a) is a schematic diagram of a vertical cross section
  • FIG. 11(b) is a schematic diagram when viewed from the top.
  • FIG. 12 is a schematic top view for explaining an example of a specific configuration of the retainer ring shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a schematic top view for explaining an example of a mechanism for adjusting the diameter size of the retainer ring 6.
  • FIG. 13(a) shows the retainer ring in a closed state
  • FIG. 13(b) shows the retainer ring in an open state.
  • the state in which the retainer member 6a is moved outward to change the diameter size of the retainer ring 6 (FIG. 13(b)) is defined as an open state
  • the state in which the diameter size returns to the original size is defined as a closed state. state (FIG. 13(a)).
  • the retainer ring 6 is formed in a shape that surrounds the outer periphery of the wafer W.
  • the retainer ring 6 not only restricts the wafer W from flying out toward the outer circumference when urged by the rotational force of the polishing head 100 and the polishing table 51, but also participates in controlling the contact pressure between the wafer edge and the polishing pad 50. It is.
  • the polishing head 100 is configured to have a gap between the end of the wafer W and the inner wall of the retainer ring 6 during polishing. Furthermore, "pad suppression" in which the retainer ring 6 presses the surface of the polishing pad 50 can be performed with high functional accuracy. In this way, the retainer ring 6 functions as one of the pressing mechanisms of the polishing head 100.
  • the retainer ring 6 includes four fan-shaped retainer members 6a. Further, as one of the peripheral components of the retainer ring 6, there is an adjustment mechanism that moves each retainer member 6a outward based on the diameter center of the retainer ring 6 to change the diameter size of the retainer ring 6.
  • the adjustment mechanism includes a rotary frame 7, a rotating gear 10, an adjustment guide 12, an arcuate portion 61 formed on the retainer member 6a (see FIGS. 2 and 12), and a motor. It is composed of M.
  • the rotary frame 7 is configured to horizontally rotate integrally with the membrane support ring 3 and retainer ring 6. Further, as shown in FIG. 12, the circumferential surface of the rotary frame 7 has a gear configuration, and is configured to be rotatable within a predetermined range via a rotation gear 10 and a motor M.
  • the rotation gear 10 and the motor M function as rotation means for rotating the rotary frame 7.
  • Each of the retainer members 6a has a circular arc portion 61 formed with a curvature different from that of the retainer member 6a, with the center of the diameter of the retainer ring 6 as a reference.
  • the rotary frame 7 has an adjustment guide 12 that includes a pair of rollers (for example, bearings) that sandwich each arcuate portion 61 .
  • the adjustment guide 12 functions as a clamping means for clamping each of the arcuate portions 61.
  • the adjustment mechanism functions as an adjustment means for changing the diameter size of the retainer ring 6 by rotating the rotary frame 7 within a predetermined range by controlling the motor M to move the retainer member 6a outward. .
  • an airbag P2 is disposed between the head housing 2 and the retainer ring 6.
  • the polishing head 100 included in the polishing processing apparatus S can supply pressure fluid (for example, compressed air) to the airbag P2 through an air pipe connected to a fluid supply mechanism (not shown), or can recover the supplied pressure fluid. It is composed of That is, the polishing head 100 is configured to be able to generate a pressure P2 that presses the surface of the polishing pad 50 by the retainer ring 6 by adjusting the amount of pressure fluid supplied to the air bag P2.
  • the airbag P2 is formed into a ring shape, and is inflated by filling the airbag P2 with pressure fluid. Thereby, the retainer ring 6 can press the polishing pad 50 with a pressure P2 corresponding to the amount of the sealed pressure fluid.
  • These configurations function as a pressure adjustment means that adjusts the pressure P2 that the retainer ring 6 applies to the polishing pad 50 by adjusting the amount of pressure fluid supplied to the air bag P2 via the control unit 20.
  • the pressure adjustment means can be said to be for optimizing the stress at the wafer edge.
  • the polishing head 100 according to the present embodiment and the polishing processing apparatus S having the same can deal with wrinkle phenomena, star mark phenomena, etc., further improve the SFQR of the substrate surface, etc., and achieve high quality. It is possible to stably perform polishing processing in large numbers.
  • FIG. 14 is a schematic diagram for explaining an example of a retainer ring adjustment mechanism, which is different from FIG. 12.
  • FIG. 14(a) is a schematic perspective view
  • FIG. 14(b) is a schematic top view.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a specific configuration of the retainer ring shown in FIG. 14. Components that are the same as those already described are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.
  • FIGS. 15(a) and 15(c) show the retainer ring in a closed state
  • FIGS. 15(b) and (d) show the retainer ring in an open state.
  • the state in which the retainer member 6a is moved outward to change the diameter size of the retainer ring (FIGS. 15(b) and 15(d)) is brought to an open state, and the state in which the diameter size is returned to the original size is changed. is in the closed state (FIGS. 15(a) and 15(c)).
  • the retainer ring consists of four fan-shaped retainer members 6a. Further, as one of the peripheral components of the retainer ring, there is an adjustment mechanism that moves each retainer member 6a outward based on the diameter center of the retainer ring to change the diameter size of the retainer ring.
  • the adjustment mechanism includes a guide plate 22 formed in an annular shape, a guide hole 22a formed in the guide plate 22, a guide pin 21 formed in the retainer member 6a, and an annular frame 22. It is configured to include a rotating motor (not shown).
  • the guide hole 22a is formed with a curvature different from the curvature of the retainer member 6a, with the center of the diameter of the retainer ring as a reference.
  • the retainer members 6a of the retainer ring are connected to each other via a spherical connecting member 20 on opposing sides. In this way, the adjustment mechanism functions as an adjustment means for changing the diameter size of the retainer ring 6.

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Abstract

リンクル、スターマクークなどの現象への対処を可能とし、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる研磨ヘッド及び研磨処理装置を提供する。　研磨ヘッド１００は、メンブレン支持リング３、メンブレン支持リング３の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルム５を介して基板Ｗを保持するメンブレン４、メンブレン支持リング３を内包し、基板Ｗの外周を囲む形状に形成されたリテーナリング６を有する。メンブレン４の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブ４ａ、弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブ４ｂが形成され、半径方向リブ４ａはこの円環リブ４ｂから外方に向けて放射状に形成される。弾性体の裏面側において隣り合う当該半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３と円環リブ４ｂとに囲まれる領域において、半径方向リブ４ａの側面とメンブレン支持リング３の内周面と円環リブ４ｂの外周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材３３が配される。

Description

研磨ヘッド及び研磨処理装置
　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処理に用いる研磨ヘッド及び研磨処理装置に関する。
　近年、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハやガラス基板のような基板（以下、ウェーハと称する）の高集積化に伴い、基板表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））である。この化学的機械的研磨は、研磨処理装置（ポリッシング装置とも呼ばれる）を用いて、シリカ（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処理を行うものである。
　例えば、特許文献１に開示されたＣＭＰ装置は、テンプレートが摩耗してテンプレート厚が徐々に薄くなる場合であっても、バッキングフイルムがウェーハの周縁を押圧する押圧力が過度に高くなることを抑制する、というものである。これによりテンプレート厚が経時的に変化しても、ウェーハの周縁における研磨レートがウェーハの他の領域における研磨レートと比べて著しく変動することを抑制できる、としている。
　また、特許文献２に開示された研磨ヘッドは、複数の圧力室に封入される圧力流体の量に応じた押圧力が各圧力室から基板の背面側に付与され基板の被処理面の全面に亘って所望の押圧力を不連続部の無い状態で与え、さらにバッキングフイルム外径をウェーハ外径よりも小さくして、ウェーハ端部の応力集中を防止するというものである。これにより押圧力の不均一によって、研磨ムラ、研磨不足、過研磨が生じてしまうことが防止され、ＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｌｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅ Ｒａｎｇｅ）の悪化現状を大幅に改善し、高品位の生産技術が実現できる、としている。
特開２０１９－１２１６５０号公報 特開２０１４－０１８９３３号公報
　このような研磨処理装置では、ウェーハにおいて研磨処理の対象となる面（以下、「被研磨面」という）と研磨パッドとの間の相対的な速度及び押圧力が被研磨面の全面に亘って均一でないと、研磨不足あるいは過研磨などの研磨ムラが生じてしまう。
　しかしながら、従来は静的圧力分布を対象としたＥＳＦＱＲの向上策が開発されてきたが、プラテンやヘッドの回転運動に起因するリンクル現象やスターマーク現象に対する研究が手薄状態であった。この動的な２現象の解明と対策が緊急課題とされている。
　リンクル現象とは、図１６に示すような現象であり、研磨処理時の回転力によりメンブレンが変形してしわが生じる現象である。
　本願発明者らはメンブレンを介してウェーハに回転運動を伝導する摩擦運動の解析をおこなった。その結果、メンブレン中央部よりインボリュート曲線状の複数本のしわの発生現象を解明した（図１７参照）。なお、図１７はインボリュート曲線に、メンブレンで生じたシワ模様を転写したものである。しわの紋様は、しわの発生本数によって、台風渦巻と同様のパターンになったり、渦巻状態になったりする事も解明できた。
　具体的にはリンクル現象は、メンブレンの膨らんだ部分がウェーハと離反して、加工圧力が変化（低下）することで生じる（図１８中Ｂ領域参照）。この現象を低減させるためにはメンブレンにしわが生じないようにする必要がある。つまりリンクル対策では、メンブレン面内でのせん断変形を防止できる機構が必要である。
　また、スターマーク現象とは、図１９に示すような現象であり、ウェーハ外経とリテーナ内径のギャップにより起因するものである。また、図２０（ａ）、（ｂ）は、Δθ解析の一例を示す図である。
　ウェーハがプラテン（パッド）から回転摩擦を受けるとウェーハ外径部とリテーナリング内径部は接触する（図２０（ａ）参照）。その接触点ではＢを支点としてＣＣＷ＝ＣＷ状態となる。ウェーハはリテーナリングとの摩擦力による現象によりリテーナリングと同じ回転数ωｒでＡ点まで移動する（図２０（ｂ）参照）。
　しかし、Ａ点ではＣＣＷがＣＷと摩擦静止力を上回り、相対自転でＢ点に戻る。このＢ点への復帰時にウェーハには相対自転ωｗｓが生じ、ウェーハ回転は、リテーナリング回転：ωｒ⇒基板相対自転：ωｗｓ⇒リテーナリング回転：ωｒが繰り返される（図２１参照）。
　この相対自転によってウェーハのＡＯＢ領域内では、同一半径の隣接領域よりもＲＲ（Ｒｅｍｏｖａｌ　Ｒａｔｅ）が大きくなる現象によって、外周方向に凹形が深くなる扇型の谷底形状が形成される。この相対回転運動の周期は、プラテン径（Ｐｄ）とウェーハ径（Ｓｄ）の比率によって変化する。汎用機ではＳｄ／Ｐｄは０．４前後であり、この条件でのリテーナリング１回転時の周期は約５となる。したがって５周期でのＲＲ等高線図では星形（５角形）の紋様が観察される（図１９参照）。
　このように、ウェーハ表面のＳＦＱＲ等の更なる向上と高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うためにはスターマーク現象への対処と合わせてリンクル現象への対処が併せて必要である。
　本発明は、これまで解明されていなかったリンクル現象、スターマクーク現象などへの対処を可能とし、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる研磨ヘッド及び研磨処理装置を提供することを、主たる課題とする。
　本発明は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持してその被研磨面を前記研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨処理装置であって、前記研磨ヘッドは、前記研磨処理対象となる基板の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体と、前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、前記環状体を内包し、前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、前記環状体と前記リテーナリングを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、前記弾性体の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブと、当該弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブとが形成され、当該半径方向リブはこの円環リブから外方に向けて放射状に形成されており、前記弾性体の裏面側において隣り合う半径方向リブと前記環状体と前記円環リブとに囲まれる領域において、当該半径方向リブの側面と当該環状体の内周面と当該円環リブの外周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材が配されることを特徴とする。
　また、本発明は、水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、前記研磨処理対象となる基板の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体と、前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、前記環状体を内包し、前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、前記環状体と前記リテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、前記弾性体の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブと、当該弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブとが形成され、当該半径方向リブはこの円環リブから外方に向けて放射状に形成されており、前記弾性体の裏面側において隣り合う半径方向リブと前記環状体と前記円環リブとに囲まれる領域において、当該半径方向リブの側面と当該環状体の内周面と当該円環リブの外周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材が配されることを特徴とする。
　本発明によれば、これまで解明されていなかったリンクル現象、スターマクーク現象などへの対処を可能とし、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる研磨ヘッド及び研磨処理装置を提供することができる。
研磨処理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図。 研磨処理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。 メンブレン及びメンブレン支持リングの構成の一例を説明するための概略斜視図。 メンブレン及びメンブレン支持リングの構成の一例を説明するための概略断面図。 リブ拘束部材の構成の一例を説明するための概略斜視図。 メンブレンの裏面側に配設された複数のリブ拘束部材を連接する拘束規制機構の一例を説明するための概略斜視図。 リブ構成の一例を説明するための概略斜視図。 メンブレンの裏面側に複数のリブ拘束部材、及び、拘束規制機構を配設した状態の一例を説明するための平面図。 メンブレンの別構成例を説明するための図。 図９とは異なる、メンブレンの別構成例を説明するための図。 （ａ）は、リテーナリングの調整機構の一例を説明するための縦断面模式図。（ｂ）はリテーナリングの調整機構の一例を説明するための上面模式図。 図１１に示すリテーナリングの具体的な構成の一例を示す概略上面図。 （ａ）、（ｂ）は、リテーナリング６の直径サイズの調整機構の一例を説明するための概略上面図。 （ａ）は、図１２とは異なる、リテーナリングの調整機構の一例を説明するための斜視模式図。（ｂ）は、図１２とは異なる、リテーナリングの調整機構の一例を説明するための上面模式図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図１４に示すリテーナリングの具体的な構成の一例を示す図。 リンクルの発生現象を説明するための図。 インボリュート曲線の一例を示す図。 メンブレン浮き上がり現象の一例を示す図。 スターマクークの発生現象を説明するための図。 （ａ）、（ｂ）は、Δθ解析の一例を示す図。 角速度線の一例を示す図。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を説明する。なお、本実施形態の研磨処理装置は、半導体ウェーハやガラス基板のような基板（以下、ウェーハと称する場合もある）を研磨対象とする。本明細書では、この基板の一方の表面を円形又は略円形の被研磨面と称す。また、研磨パッド上においてウェーハの被研磨面が接する面を研磨面と称す。
　研磨処理装置は、研磨部材となる研磨パッドが接着され、この研磨パッドを水平に回転させるための研磨テーブルと、基板の被研磨面を研磨パッドに対向させて摺接させるための研磨ヘッドとを有している。
　基板は、研磨ヘッドにより研磨パッドに押圧される。そして、研磨パッドに研磨液（スラリー）を供給しながら研磨テーブルと研磨ヘッドを回転させることにより、被研磨面の研磨処理を行う。
　［実施形態例］
　図１は、本実施形態に係る研磨処理装置Ｓの概略構成図である。
　図１に示す研磨処理装置Ｓは、研磨テーブル５１を有し、この研磨テーブル５１の表面部に研磨パッド５０が接着されている。
　研磨処理装置Ｓ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５０に押圧する研磨ヘッド１００、研磨液を研磨パッド５０に向けて供給するためのノズルＮ、研磨テーブル５１及び研磨ヘッド１００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５０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５０と研磨ヘッド１００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５０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１００は、ウェーハＷを、その被研磨面が研磨パッド５０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５０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５１に伝達される。これにより研磨テーブル５１が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
　研磨ヘッド１００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１００が水平に回転し、あるいは回転を停止する。
　研磨テーブル５１の回転方向と研磨ヘッド１００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５１の回転方向と研磨ヘッド１００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５１及び研磨ヘッド１００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５１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、研磨処理装置Ｓが備える研磨ヘッド１００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、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００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１００の構成の一例を説明する。
　なお、研磨ヘッド１００は、ウェーハ表面のＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｉｄｅａｌ ｒａｎｇｅ）等の更なる向上を図るために研磨処理装置Ｓ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５０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５０の方向に向けて圧力を付与する。
　［研磨ヘッドの構成］
　図２に示す研磨ヘッド１００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）を付与された状態などで当該ウェーハＷを研磨パッド５０に摺接させる保持機構を有する。研磨ヘッド１００は、また、研磨圧力（加工圧力）の付与（Ｐ１）や研磨パッド５０側に向けてリテーナリング６を押圧（Ｐ２）するための押圧機構を有する。
　このように研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００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。つまり研磨ヘッド１００は、圧力室に供給する圧力流体の量を調整してウェーハＷに対して付与する加工圧力を発生させることができるように構成される。
　なお本実施形態に係るリテーナリング６は、研磨ヘッド１００及び研磨テーブル５１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。なお、ウェーハ端部と研磨パッド５０の接触圧力にも関与するものである。
　研磨ヘッド１００は、メインのヘッド筐体１、サブのヘッド筐体２、メンブレン支持リング３、メンブレン４、バッキングフイルム５、リテーナリング６（４つのリテーナ部材６ａ）、ロータリーフレーム７を有する。
　ここで、研磨ヘッド１００は、ヘッド筐体１と接続された各構成を介して駆動力（例えば起動手段であるモータの回転力（トルク））が伝達されるように構成される。具体的には、リテーナリング６は、メンブレン支持リング３とドライブピン８を介して接続される。
　これにより研磨ヘッド１００が有する各種構成が一体的に水平に回転し、あるいは回転を停止することができる。
　なお、回転の開始、その停止、単位時間当たりの回転量などは予め設定された内容に基づいて制御部２０が制御する。
　メンブレン支持リング３は、例えばＳＵＳ材などを用いて環状形状に形成される環状体である。
　メンブレン４は、メンブレン支持リング３（環状体３）の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルム５を介してウェーハＷを保持する。
　メンブレン４は、メンブレン支持リング３の外周面に嵌装できる内径で略筒状（鍋型）に形成された筒状の弾性体（筒状弾性体）である。メンブレン４は、また、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、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。
　ここでウェーハＷを保持する保持機構として機能するメンブレン４及びメンブレン支持リング３の構成の一例、及びその周辺構成の詳細について説明する。
　図３は、メンブレン４及びメンブレン支持リング３の構成の一例を説明するための概略斜視図である。
　図４は、メンブレン４及びメンブレン支持リング３の構成の一例を説明するための概略断面図である。
　図５は、リブ拘束部材３３の構成の一例を説明するための概略斜視図である。
　図６は、メンブレン４の裏面側に配設された複数のリブ拘束部材３３を連接する拘束規制機構３１（３２）の一例を説明するための概略斜視図である。
　図７は、リブ構成の一例を説明するための概略斜視図である。
　図８は、メンブレン４の裏面側に複数のリブ拘束部材３３、及び、拘束規制機構３１（３２）を配設した状態の一例を説明するための平面図である。
　以下、図３から図８を用いて本発明に係るリブ構成の一例について詳細に説明する。
　図３、図４に示すように研磨ヘッド１００は、研磨処理対象となる基板Ｗの外周を囲むサイズの内周径を有するメンブレン支持リング３（環状体３）、この環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して基板Ｗを保持するメンブレン４を有する。
　また、図７に示すように、メンブレン４の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブ４ａ、メンブレン４のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブ４ｂが形成される。半径方向リブ４ａは、この円環リブ４ｂから外方に向けて放射状に形成される。
　また、図５及び図４、図８に示すように、隣り合う半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３（環状体３）と円環リブ４ｂに囲まれる領域にリブ拘束部材３３がそれぞれ配される。リブ拘束部材３３は、半径方向リブ４ａの側面とメンブレン支持リング３（環状体３）の内周面と円環リブ４ｂの外周面に接する形状に形成される。
　なお、図３においては５つのリブ拘束部材３３が配されているがこの数に限るものではない。例えば、４つのリブ拘束部材３３を配する場合や６つのリブ拘束部材３３を配する場合もある。この場合、使用する（配設する）リブ拘束部材３３の数に応じた数の半径方向リブ４ａをメンブレン４の裏面側に形成する。また、メンブレン４の裏面側に形成する半径方向リブ４ａの数に応じてリブ拘束部材３３の数を決定することもできる。
　先述したようにメンブレン４の裏面側には、メンブレン４の裏面側の中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブ４ａが形成される（図７参照）。また、メンブレン４のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブ４ｂが形成される。半径方向リブ４ａは、図７に示すように、この円環リブ４ｂから外方に向けて放射状に形成される。半径方向リブ４ａ、円環リブ４ｂは例えばメンブレン４と同素材にて一体的に形成される。また、半径方向リブ４ａ、円環リブ４ｂの高さや幅などは同じであっても良いし、それぞれ任意に設定しても良い。
　図５に示すように、リブ拘束部材３３は、隣り合う半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３（環状体３）と円環リブ４ｂとに囲まれる領域において、当該半径方向リブ４ａの側面と当該メンブレン支持リング３（環状体３）の内周面と円環リブ４ｂの外周面に接する形状に形成される。リブ拘束部材３３は、例えば樹脂材などを用いて略扇形状に形成される枠体である。
　また、リブ拘束部材３３は、溝部３３ａ、３３ｂを有する。溝部３３ａ、３３ｂは後述する拘束規制機構の棒状体３２を載置する溝である。
　図５、図８に示すように、メンブレン４の半径方向リブ４ａは、メンブレン４の裏面側に配置された隣り合う一対のリブ拘束部材３３により挟まれるものである。そのため、リブ拘束部材３３はメンブレン支持リング３（環状体３）に内接するサイズで、且つ、図５に示すように半径方向リブ４ａの幅サイズＡに対応するスペースが形成されるサイズで形成する。
　このように隣り合う一対のリブ拘束部材３３によりそれぞれの半径方向リブ４ａが挟まれることで、研磨処理時の回転力により生じる半径方向リブ４ａの回転方向における変形を防ぐことが可能になる。つまり回転力による変形を防ぐようにリブ拘束部材３３が半径方向リブ４ａを拘束してその動きが規制される。
　また、リブ拘束部材３３により、研磨処理時の回転力により生じる円環リブ４ｂの回転方向における変形を防ぐことが可能になる。つまり、回転力による変形を防ぐようにリブ拘束部材３３が円環リブ４ｂを拘束してその動きを規制する。
　このようにリブ拘束部材３３が半径方向リブ４ａ、円環リブ４ｂの研磨処理時の回転力による「動き」が生じないように拘束することにより、研磨処理時の回転力によりメンブレン４が変形してしわが生じることを防ぐことができる。つまり、弾性体である半径方向リブ４ａが回転方向に向けて変形してしまうことを防ぎ隣り合う半径方向リブ４ａ間の領域のメンブレン４の表面にしわが生じることを防ぐことで、メンブレン４の表面全体のしわ現象発生を効果的に抑制することができる。
　本実施形態に係る研磨ヘッド１００では、このようにして研磨処理時の回転力によりメンブレン４が変形してしわが生じる現象を効果的に抑制することができる。
　さらに、このようにリブ拘束部材３３を配した場合であっても半径方向リブ４ａ、円環リブ４ｂは垂直方向では拘束されずに自由運動できることになる。そのため、半径方向リブ４ａ、円環リブ４ｂそれぞれの下面側においても研磨圧力（加工圧力）を付与（Ｐ１）することができる。
　従来機構では、メンブレン外周部の回転位相はメンブレンリングと同期するが、中心部の回転位相が遅れるためにインリュート曲線状のシワ現象が生じていた。
　これに対して本実施形態に係る研磨ヘッド１００では、リブ拘束部材３３が半径方向リブ４ａを回転角θ方向に、円環リブ４ｂを半径ｒ方向に拘束している。そのため、メンブレン４の外周部と中心部は同期回転し、せん断変形も生じないためしわ発生現象を防止することができる。
　なお、図３、図４等においては、円環リブ４ｂと隣り合う半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３とに囲まれる領域において、円環リブ４ｂの外周面と、半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３の内周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材３３が配されている場合の一例を示しているが、このような構成に限るものではない。
　例えば、メンブレン４の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブ４ａを形成する場合には、隣り合う当該半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３に囲まれる領域において、当該半径方向リブ４ａとメンブレン支持リング３の内周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材３３としても良い。
　また、図６及び図３、図４に示すように、研磨ヘッド１００はメンブレン支持リング３とリブ拘束部材３３を連設する拘束規制機構３１（３２）を有する。具体的には、例えばメンブレン支持リング３は、その内周面に複数の溝部３ａが形成されており、拘束規制機構３１（３２）は、円環リブ４ｂの内周領域に収まるサイズで形成された円盤体３１、この円盤体３１から外方に延出して溝部３ａのそれぞれに端部が係合するように形成された棒状体３２として構成することができる。
　このように、円盤体３１、棒状体３２は、メンブレン支持リング３とリブ拘束部材３３を連設する拘束規制手段として機能する。そのため、メンブレン４及びメンブレン支持リング３及びその周辺によりリンクル現象への対処が可能となり、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。
　図９は、上記説明したメンブレン４の別構成例を説明するための図である。
　図９に示すメンブレン４０の裏面側には、当該メンブレン４０のサイズよりも相対的に小さいサイズでそれぞれ形成された複数の環状リブ４０ａが形成される。また、それぞれの環状リブ４０ａの内周面と外周面それぞれの一部又は全部を覆う環状リブ拘束部材Ｒ１（Ｒ１からＲ８）が配されている。
　環状リブ拘束部材Ｒ１（Ｒ１からＲ８）により、研磨処理時の回転力により生じる環状リブ４０ａの変形を防ぐことが可能になる。つまり、回転力による変形を防ぐように環状リブ拘束部材Ｒ１（Ｒ１からＲ８）が環状リブ４０ａを拘束し動きを規制する。
　弾性体である環状リブ４０ａが回転力により変形してしまうことを防ぎ隣り合う環状リブ４０ａ間の領域のメンブレン４の表面にしわが生じることを防ぐことで、メンブレン４の表面全体のしわ現象発生を効果的に抑制することができる。
　このような構成のメンブレン４０であっても、リンクル現象への対処が可能となり、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。
　なお、環状リブ拘束部材Ｒ１（Ｒ１からＲ８）を配した場合でも環状リブ４０ａは垂直方向では自由運動できることになり、環状リブ４０ａの下面側においても研磨圧力（加工圧力）を付与（Ｐ１）することができる。
　図１０は、上記説明したメンブレン４０の別構成例を説明するための図である。
　図１０に示すメンブレン４０の裏面側には、当該メンブレン４０のサイズよりも相対的に小さいサイズでそれぞれ形成された複数の環状リブ４０ａが形成される。また、隣接するそれぞれの環状リブ４０ａに挟まれたメンブレン４０の裏面側領域と同じサイズで形成され、且つ、その表面に孔が形成された環状リブ拘束部材Ｒ１０（Ｒ１０からＲ１３）がそれぞれの当該裏面側領域に配されている。
　環状リブ拘束部材Ｒ１（Ｒ１からＲ８）により、研磨処理時の回転力により生じる環状リブ４０ａの変形を防ぐことが可能になる。つまり、回転力による変形を防ぐように環状リブ拘束部材Ｒ１（Ｒ１からＲ８）が環状リブ４０ａを拘束し動きを規制する。
　弾性体である環状リブ４０ａが回転力により変形してしまうことを防ぎ隣り合う環状リブ４０ａ間の領域のメンブレン４の表面にしわが生じることを防ぐことで、メンブレン４の表面全体のしわ現象発生を効果的に抑制することができる。
　このような構成のメンブレン４０であっても、リンクル現象への対処が可能となり、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。
　なお、環状リブ拘束部材Ｒ１０（Ｒ１０からＲ１３）を配した場合でも環状リブ４０ａは垂直方向では自由運動できることになり、環状リブ４０ａの下面側においても研磨圧力（加工圧力）を付与（Ｐ１）することができる。また、環状リブ拘束部材Ｒ１０（Ｒ１０からＲ１３）には孔が形成されているためメンブレン４０への着脱も容易である。
　なお、図２に示すバッキングフイルム５は、メンブレン４の外底面（外表面）に張設されるフイ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５は、ウェーハＷの被研磨面を研磨パッド５０に対向（当接）させ、摺接した状態で保持する。このようにメンブレン４、バッキングフイルム５は、ウェーハＷを保持する保持機構として機能する。
　ここで、スターマーク現象は基板とリテーナリング間にギャップがある状態下で生じる事が本願発明者らの解析で解明された。したがって、その対策としギャップを小さくする必要がある。しかしながら、ギャップの小さな状態では基板の装着や離反が困難となるため、リテーナリングに開閉機能が必要となる事が判明した。
　以下、リテーナリングに開閉機能の一例として、リテーナリングの直径サイズを変化させることを可能にする調整機構につて説明する。
　図１１は、リテーナリングの調整機構の一例を説明するための模式図である。図１１（ａ）は、縦断面の模式図であり、図１１（ｂ）は、上面からみたときの模式図である。
　図１２は、図１１に示すリテーナリングの具体的な構成の一例を説明するための概略上面図である。
　図１３は、リテーナリング６の直径サイズの調整機構の一例を説明するための概略上面図である。図１３（ａ）はリテーナリングの閉状態を示し、図１３（ｂ）は、リテーナリングの開状態を示している。具体的には、リテーナ部材６ａを外方に向けて移動させ当該リテーナリング６の直径サイズを変化させた状態（図１３（ｂ））を開状態とし、元の直径サイズに戻った状態を閉状態（図１３（ａ））としている。
　なお、リテーナリング６は、ウェーハＷの外周を囲む形状に形成される。リテーナリング６は、研磨ヘッド１００及び研磨テーブル５１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他に、ウェーハ端部と研磨パッド５０の接触圧力制御にも関与するものである。
　具体的には研磨ヘッド１００では、研磨加工時においてウェーハＷの端部とリテーナリング６の内周側内壁にスキマを持って構成される。また、リテーナリング６による研磨パッド５０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できる。このようにリテーナリング６は研磨ヘッド１００の押圧機構の一つとして機能する。
　図１１、図１２、図１３に示すように、リテーナリング６は、扇形状に形成された４つのリテーナ部材６ａからなる。また、リテーナリング６の周辺構成の一つとして、リテーナリング６の直径中心を基準にそれぞれのリテーナ部材６ａを外方に向けて移動させ当該リテーナリング６の直径サイズを変化させる調整機構を有する。
　調整機構は例えば、図２、図１２などに示すように、ロータリーフレーム７、回動動作ギア１０、調整ガイド１２、リテーナ部材６ａに形成された円弧部６１（図２、図１２参照）、モータＭを含んで構成される。
　ロータリーフレーム７は、メンブレン支持リング３とリテーナリング６と一体的に水平回転するように構成される。また、図１２に示すように、ロータリーフレーム７の周面はギア構成となっており、回動動作ギア１０、モータＭを介して所定の範囲で回動可能に構成される。回動動作ギア１０、モータＭは、ロータリーフレーム７を回動させる回動手段として機能する。
　リテーナ部材６ａそれぞれは、リテーナリング６の直径中心を基準に、リテーナ部材６ａの曲率とは異なる曲率で形成された円弧部６１を有する。ロータリーフレーム７は、円弧部６１それぞれを挟持する一対のローラ（例えば、ベアリング）で構成される調整ガイド１２を有する。このように調整ガイド１２は円弧部６１それぞれを挟持する挟持手段として機能する。
　調整機構は、モータＭを制御することによりロータリーフレーム７を所定の範囲で回動させることでリテーナ部材６ａを外方に向けて移動させ、リテーナリング６の直径サイズを変化させる調整手段として機能する。
　これにより、研磨加工時においてウェーハＷの端部とリテーナリング６の内周側内壁に生じる「スキマ」の調整を行うことができる。このようにリテーナリング６及びその周辺によりスターマーク発生の現象への対処が可能となり、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。
　なお、研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００では、図２に示すように、ヘッド筐体２とリテーナリング６の間にエアバッグＰ２が配設される。
　研磨処理装置Ｓが有する研磨ヘッド１００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エアバッグＰ２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。つまり研磨ヘッド１００は、エアバッグＰ２に供給する圧力流体の量を調整してリテーナリング６による研磨パッド５０表面を押圧する圧力Ｐ２を発生させることができるように構成される。
　エアバッグＰ２は、リング形状に形成されており、エアバッグＰ２に圧力流体が封入されて膨張する。これにより、封入された圧力流体の量に応じた圧力Ｐ２でリテーナリング６が研磨パッド５０を押圧することができる。
　これら構成は、制御部２０を介して、エアバッグＰ２に供給する圧力流体の量を調整して、リテーナリング６が研磨パッド５０に付与する圧力Ｐ２を調整する圧力調整手段として機能する。換言すると、圧力調整手段はウェーハ端部応力の最適化を図るためのものとも言える。
　本実施形態に係る研磨ヘッド１００及びこれを有する研磨処理装置Ｓでは、リンクル現象ル、スターマクーク現象などへの対処が可能となり、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができ、高品質で安定的に多数毎の研磨処理を行うことができる。
　［変形例］
　図１４は、図１２とは異なる、リテーナリングの調整機構の一例を説明するための模式図である。図１４（ａ）は、斜視模式図であり、図１４（ｂ）は、上面模式図である。図１５は、図１４に示すテーナリングの具体的な構成の一例を示す図である。
　なお、既に説明した構成と同じものは同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
　図１５（ａ）、（ｃ）はリテーナリングの閉状態を示し、図１５（ｂ）、（ｄ）は、リテーナリングの開状態を示している。具体的には、リテーナ部材６ａを外方に向けて移動させリテーナリングの直径サイズを変化させた状態（図１５（ｂ）、（ｄ））を開状態とし、元の直径サイズに戻った状態を閉状態（図１５（ａ）、（ｃ））としている。
　図１４、図１５に示すように、リテーナリングは扇形状に形成された４つのリテーナ部材６ａからなる。また、リテーナリングの周辺構成の一つとして、リテーナリングの直径中心を基準にそれぞれのリテーナ部材６ａを外方に向けて移動させ当該リテーナリングの直径サイズを変化させる調整機構を有する。
　調整機構は例えば、図１４、図１５に示すように、環状に形成されたガイドプレート２２、ガイドプレート２２に形成されたガイド孔２２ａ、リテーナ部材６ａに形成されたガイドピン２１、環状フレーム２２を回動させるモータ（不図示）を含んで構成される。
　なお、ガイド孔２２ａは、リテーナリングの直径中心を基準に、リテーナ部材６ａの曲率とは異なる曲率で形成される。また、リテーナリングのリテーナ部材６ａは、それぞれが対向する側面で球体状の接続部材２０を介して接続される。
　このように調整機構は、リテーナリング６の直径サイズを変化させる調整手段として機能する。
　これにより、研磨加工時においてウェーハＷの端部とリテーナリングの内周側内壁に生じる「スキマ」の調整を行うことができる。このようにリテーナリング及びその周辺によりスターマーク発生の現象への対処が可能となり、基板表面のＳＦＱＲ等の更なる向上を図ることができる。
　上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。
　１（２）…ヘッド筐体、３…メンブレン支持リング（環状体）、３ａ…溝部、４…メンブレン（弾性体）、４ａ…半径方向リブ、４ｂ…円環リブ、５…バッキングフイルム、６…リテーナリング、６ａ…リテーナ部材、７…ロータリーフレーム、１０…回動動作ギア、１２…調整ガイド、２０…制御部、３１…円盤体、３２…棒状体、３３…リブ拘束部材、４０ａ…環状リブ、５０…研磨パッド、５１…研磨テーブル、６１…円弧部、１００…研磨ヘッド、Ｓ…研磨処理装置、Ｎ…ノズル、Ｒ１～Ｒ１３…環状リブ拘束部材、Ｗ…ウェーハ。
 

Claims (9)

  1. 　研磨パッドを有する研磨テーブルと、研磨処理対象となる基板を保持してその被研磨面を前記研磨パッドに摺接させる研磨ヘッドと、を有する研磨処理装置であって、
    　前記研磨ヘッドは、
    　前記研磨処理対象となる基板の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体と、
    　前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、
    　前記環状体を内包し、前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、
    　前記環状体と前記リテーナリングを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、
    　前記弾性体の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブと、当該弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブとが形成され、当該半径方向リブはこの円環リブから外方に向けて放射状に形成されており、
    　前記弾性体の裏面側において隣り合う半径方向リブと前記環状体と前記円環リブとに囲まれる領域において、当該半径方向リブの側面と当該環状体の内周面と当該円環リブの外周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材が配されることを特徴とする、
    　研磨処理装置。
  2. 　前記環状体と前記リブ拘束部材を連設する拘束規制手段を有することを特徴とする、
    　請求項１に記載の研磨処理装置。
  3. 　前記環状体は、その内周面に複数の溝部が形成されており、
    　前記拘束規制手段は、前記円盤の内周領域に収まるサイズで形成された円盤体と、この円盤体から外方に延出し、前記溝部のそれぞれに端部が係合するように形成された棒状体からなることを特徴とする、
    　請求項２に記載の研磨処理装置。
  4. 　前記弾性体の裏面側には、当該弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズでそれぞれ形成された複数の環状リブが形成され、
    　それぞれの前記環状リブの内周面と外周面それぞれの一部又は全部を覆う環状リブ拘束部材が配されていることを特徴とする、
    　請求項１に記載の研磨処理装置。
  5. 　前記弾性体の裏面側には、当該弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズでそれぞれ形成された複数の環状リブが形成され、
    　隣接するそれぞれの前記環状リブに挟まれた前記弾性体の裏面側領域と同じサイズで形成され、且つ、その表面に孔が形成された環状リブ拘束部材がそれぞれの当該裏面側領域に配されていることを特徴とする、
    　請求項１に記載の研磨処理装置。
  6. 　前記リテーナリングは、扇形状に形成された複数のリテーナ部材からなり、当該リテーナリングの直径中心を基準にそれぞれのリテーナ部材を外方に向けて移動させ当該リテーナリングの直径サイズを変化させる調整手段を有することを特徴とする、
    　請求項１乃至５いずれか一項に記載の研磨処理装置。
  7. 　前記環状体と前記リテーナリングと一体的に水平回転するロータリーフレームを有し、
    　前記リテーナ部材それぞれは、前記リテーナリングの直径中心を基準に、前記リテーナ部材の曲率とは異なる曲率で形成された円弧部を有しており、
    　前記ロータリーフレームは、前記円弧部それぞれを挟持する挟持手段を有し、
    　前記調整手段は、前記ロータリーフレームを所定の範囲で回動させる回動手段を制御することにより、前記リテーナ部材を外方に向けて移動させて当該リテーナリングの直径サイズを変化させることを特徴とする、
    　請求項６に記載の研磨処理装置。
  8. 　前記リテーナ部材はそれぞれ、前記環状体とドライブピンを介して接続されることを特徴とする、
    　請求項６に記載の研磨処理装置。
  9. 　水平に回転する研磨パッドを有する研磨処理装置に設けられる研磨ヘッドであって、
    　前記研磨処理対象となる基板の外周を囲むサイズの内周径を有する環状体と、
    　前記環状体の下端側開口部に被覆され、その表面側に貼着されたバッキングフイルムを介して前記基板を保持する弾性体と、
    　前記環状体を内包し、前記基板の外周を囲む形状に形成されたリテーナリングと、
    　前記環状体と前記リテーナリングとを一体的に水平に回転させる駆動手段と、を有し、
    　前記弾性体の裏面側には、その中心近傍から放射状に延びる複数の半径方向リブと、当該弾性体のサイズよりも相対的に小さいサイズで形成された円環リブとが形成され、当該半径方向リブはこの円環リブから外方に向けて放射状に形成されており、
    　前記弾性体の裏面側において隣り合う半径方向リブと前記環状体と前記円環リブとに囲まれる領域において、当該半径方向リブの側面と当該環状体の内周面と当該円環リブの外周面に接する形状に形成されたリブ拘束部材が配されることを特徴とする、
    　研磨ヘッド。
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