(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面のいずれか一方を低摩擦材料で構成し、
前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記リング部材と前記リテーナリングガイドの摺接面の他方に鏡面処理を施したことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料であることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】
前記リング部材に金属性リングを装着し、金属性リングの外周面に前記低摩擦材料を設けたことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項５】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面の少なくとも一方に鏡面処理を施したことを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
前記リテーナリングガイドから前記リング部材に前記トップリング本体の回転力を伝達する駆動ピンを設け、該駆動ピンと前記リング部材との接触面のいずれか一方を低摩擦材料で構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記駆動ピンと前記リング部材との接触面の他方に鏡面処理を施したことを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項８】
前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料であることを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項９】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の外周面に加圧流体を噴出して該リング部材との間に流体膜を形成する流体軸受とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項１０】
前記流体軸受は前記加圧流体を噴出するポーラス材を備えたことを特徴とする請求項９記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記加圧流体は空気もしくは窒素であることを特徴とする請求項９または１０記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記ポーラス材は金属、セラミック、またはプラスチックからなり、該ポーラス材は、内周側から外周側に連通する多数の空孔を有することを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨装置。
【請求項１３】
前記流体軸受は、前記ポーラス材を収容するハウジングを備えたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１４】
前記ハウジングは前記加圧流体を前記ポーラス材へ供給する流路を有していることを特徴とする請求項１３記載の研磨装置。
【請求項１５】
前記ポーラス材に固体潤滑剤が含浸されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１６】
前記加圧流体は温度調節装置により冷却されていることを特徴とする請求項１４または１５記載の研磨装置。
【請求項１７】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面に液体または半固体の潤滑剤を塗布し、
前記潤滑剤塗布面の下方の、前記リング部材の外周面と前記リテーナリングガイドとの間に渡って接続シートを設けたことを特徴とする研磨装置。
【請求項１８】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにし、
前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする研磨装置。
【請求項１９】
前記低摩擦材料の部材は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項１８記載の研磨装置。
【請求項２０】
前記低摩擦材料の部材は、前記リング部材の外周に嵌め込まれて装着されていることを特徴とする請求項１８または１９記載の研磨装置。
【請求項２１】
前記低摩擦材料の部材は可撓性部材からなり、前記低摩擦材料の部材を前記リング部材に装着する際に、円形状の前記リング部材の外周に倣わせるようにしたことを特徴とする請求項２０記載の研磨装置。
【請求項２２】
前記低摩擦材料の部材と前記リング部材の嵌め込み部に、前記低摩擦材料の部材が前記リング部材から抜け落ちることを防止するための抜け止め手段を設けたことを特徴とする請求項２０記載の研磨装置。
【請求項２３】
前記低摩擦材料の部材は、リング状の部材ではなく、両端を有する帯状またはブロック状の部材であることを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項２４】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにし、
前記低摩擦材料の部材は、リング状の部材ではなく、両端を有する帯状またはブロック状の部材であって、
複数個の前記帯状またはブロック状の低摩擦材料の部材を、隣接する部材間に隙間を形成して前記リング部材の外周に設けるようにし、
前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする研磨装置。
【請求項２５】
研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにし、
前記低摩擦材料の部材が前記リング部材に対して廻ることを防止するための廻り止め手段を設け、
前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置に係り、特に半導体ウエハなどの研磨対象物（基板）を研磨して平坦化する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
従って、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、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、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半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
この種の研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエ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半導体ウエハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウエハを保持しつつ、この半導体ウエハを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半導体ウエハが研磨面に摺接し、半導体ウエハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００５】
このような研磨装置において、研磨中の半導体ウエハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウエハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウエ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。半導体ウエ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半導体ウエハを押圧することが行われている。
【０００６】
この場合、上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中の半導体ウエハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウエ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、半導体ウエ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とすることによって半導体ウエハの外周縁側に位置する研磨パッドの研磨面を押圧するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５５８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の研磨装置においては、研磨中に、半導体ウエハと研磨パッドの研磨面との間の摩擦力によりリテーナリングに横方向（水平方向）の力がかかるが、この横方向（水平方向）の力はリテーナリングの外周側に設けたリテーナリングガイドにより受けることになる。そのため、リテーナリングが研磨パッドの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリング外周面とリテーナリングガイド内周面との間の摺動面に大きな摩擦力が発生し、リテーナリングの追従性が不足することになり、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができないという問題点がある。
【０００９】
また、リテーナリングにトップリング（又はキャリアヘッド）の回転力を付与するために、リテーナリングとリテーナリングガイドとの間には駆動ピンなどの回転駆動部が設けられているが、リテーナリングが上下動する際に回転駆動部にも大きな摩擦力が発生し、リテーナリングの追従性が不足することになり、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができないという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、基板を保持するトップリングの外周部に設けられ基板の外周縁を保持するリテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面のいずれか一方を低摩擦材料で構成し、前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの摺接面を低摩擦材料で構成したため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面（摺動面）の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料を云い、０．２５以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐磨耗性の高い摺動材料であることが望ましい。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、前記リング部材と前記リテーナリングガイドの摺接面の他方に鏡面処理を施したことを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摩擦力を更に低減することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料であることを特徴とする。低摩擦材料は、上記樹脂材料以外にも、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミドなどからなる樹脂材料がある。
【００１３】
本発明の好ましい態様によれば、前記リング部材に金属性リングを装着し、金属性リングの外周面に前記低摩擦材料を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、リング部材には、ＳＵＳ等の金属性リングが装着されているため、リング部材の剛性を高めることができ、リング部材が研磨面と摺接してリング部材の温度が上昇してもリング部材の熱変形を抑制することができる。したがって、リング部材および金属性リングと、リテーナリングガイドとのクリアランスを狭くすることができ、研磨中に、リング部材がクリアランス内を移動してリテーナリングガイドと衝接する際に生ずる異音や振動を抑制することができる。また、金属性リングの外周面に低摩擦材料が設けられているため、リング部材とリテーナリングガイドとの摺動性を改善することができる。したがって、リング部材の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面の少なくとも一方に鏡面処理を施したことを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの摺接面に鏡面処理が施されているため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面（摺動面）の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、鏡面処理とは、研磨加工、ラップ加工、バフ加工等の処理を云う。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、前記リテーナリングガイドから前記リング部材に前記トップリング本体の回転力を伝達する駆動ピンを設け、該駆動ピンと前記リング部材との接触面のいずれか一方を低摩擦材料で構成したことを特徴とする。
本発明によれば、駆動ピンとリング部材との間の摩擦力を低減して摺動性を向上させることができるため、リング部材の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料を云い、０．２５以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐摩耗性の高い摺動材料であることが望ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、前記駆動ピンと前記リング部材との接触面の他方に鏡面処理を施したことを特徴とする。
本発明によれば、駆動ピンとリング部材との摩擦力を更に低減することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の外周面に加圧流体を噴出して該リング部材との間に流体膜を形成する流体軸受とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、上下動するリテーナリングのリング部材を流体膜により非接触（無摺動）で支持することができるため、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、前記流体軸受は前記加圧流体を噴出するポーラス材を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、微細な孔構造により優れた通気性を有するポーラス材から加圧流体をリテーナリングのリング部材に噴出することができるため、高い負荷能力を有した流体膜を形成できる。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、前記加圧流体は空気もしくは窒素であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記ポーラス材は、金属、セラミック、またはプラスチックからなり、該ポーラス材は、内周側から外周側に連通する多数の空孔を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、前記流体軸受は、前記ポーラス材を収容するハウジングを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記ハウジングは前記加圧流体を前記ポーラス材へ供給する流路を有していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、前記ポーラス材に固体潤滑剤が含浸されていることを特徴とする。
本発明によれば、万が一、ポーラス材とリング部材とが接触することがあっても、固体潤滑剤によりリング部材とポーラス材とは良好な摺動性を維持できる。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、前記加圧流体は温度調節装置により冷却されていることを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材は、研磨面との摩擦熱により温度上昇するが、冷却された加圧流体がポーラス材からリング部材の外周面に噴きつけられるため、リング部材が冷却される。したがって、リテーナリングのリング部材の温度上昇を抑えることができ、リング部材の熱膨張を抑えることができる。これによって、ポーラス材とリング部材とのクリアランスを最小限とすることができ、ポーラス材とリング部材との間に形成される流体膜の圧力を高めることができ、エアベアリングの効果を高めることができる。したがって、リテーナリングのリング部材はポーラス材に対して無摺動（非接触）で上下動可能であり、リング部材の研磨面に対する追従性を更に高めることができる。
【００２３】
本発明の第４の態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面に液体または半固体の潤滑剤を塗布し、前記潤滑剤塗布面の下方の、前記リング部材の外周面と前記リテーナリングガイドとの間に渡って接続シートを設けたことを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの摺接面に潤滑剤が塗布されているため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面（摺動面）の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
また、本発明によれば、摺接面（潤滑剤塗布面）の下方の、リング部材の外周面とリテーナリングガイドとの間に接続シートを設けているため、前記摺接面の潤滑剤が研磨面へ落下するのを防ぐことができる。
また、前記潤滑剤は、シリコングリース、潤滑油などの液体もしくは半固体であることが好ましい。
【００２５】
本発明の第５の態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにし、前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設けたため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面（摺動面）の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料を云い、０．２５以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐磨耗性の高い摺動材料であることが望ましい。
【００２６】
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料の部材は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料で構成されていることを特徴とする。
低摩擦材料は、上記樹脂材料以外にも、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミドなどからなる樹脂材料がある。
【００２７】
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料の部材は、前記リング部材の外周に嵌め込まれて装着されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料の部材は可撓性部材からなり、前記低摩擦材料の部材を前記リング部材に装着する際に、円形状の前記リング部材の外周に倣わせるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料の部材と前記リング部材の嵌め込み部に、前記低摩擦材料の部材が前記リング部材から抜け落ちることを防止するための抜け止め手段を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、抜け止め手段により、低摩擦材料の部材がリテーナリングのリング部材から抜け落ちることがない。この抜け止め手段は、低摩擦材料の部材およびリング部材のいずれか一方に設けた凸部と、他方に設けた凹部とにより構成することができる。
【００２９】
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料の部材は、リング状の部材ではなく、両端を有する帯状またはブロック状の部材であることを特徴とする。
本発明によれば、低摩擦材料の部材をリング状の部材ではなく、分割された帯状またはブロック状の部材として構成し、この帯状またはブロック状の低摩擦材料の部材をリテーナリングのリング部材に複数個嵌め込むことにより、リテーナリングのリング部材の全周を、低摩擦材料の部材により覆うことができる。
【００３０】
本発明の好ましい態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにし、前記低摩擦材料の部材は、リング状の部材ではなく、両端を有する帯状またはブロック状の部材であって、複数個の前記帯状またはブロック状の低摩擦材料の部材を、隣接する部材間に隙間を形成して前記リング部材の外周に設けるようにし、前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする。
本発明によれば、低摩擦材料の部材をリング部材に嵌め込む際には、隣接する二つの低摩擦材料の部材間にわずかな隙間を設けておく。この隙間は、研磨の進行につれてリテーナリングの温度が上昇して低摩擦材料の部材が熱膨張しても、隣接する二つの低摩擦材料の部材が相互に当接しないようにするためのものである。この隙間の寸法は、低摩擦材料の部材の熱膨張係数を考慮して、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。
【００３１】
本発明の好ましい態様によれば、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにし、前記低摩擦材料の部材が前記リング部材に対して廻ることを防止するための廻り止め手段を設け、前記低摩擦材料は、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料であることを特徴とする。
本発明によれば、研磨中に、低摩擦材料の部材がリング部材に対して、円周方向に廻ることがない。この廻り止め手段は、リング部材および低摩擦材料の部材のいずれか一方に設けた凸部と、他方に設けた凹部とにより構成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングとリテーナリングガイドとの間の摺動面の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
また本発明によれば、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、上下動するリテーナリングを流体膜により非接触で支持することができるため、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図１乃至図１２を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１２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。
【００３４】
図１は、本発明に係る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、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧するトップリング１とを備えている。
研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａ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１００ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１００の上面には研磨パッド１０１が貼付されており、研磨パッド１０１の表面１０１ａが半導体ウエハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００３５】
トップリング１は、トップリングシャフト１１１に接続されており、このトップリングシャフト１１１は、上下動機構１２４によりトップリングヘッド１１０に対して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１１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト１１１の上端にはロータリージョイント１２５が取り付けられている。
【００３６】
トップリングシャフト１１１およびトップリング１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介してトップリングシャフト１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたＡＣサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。
【００３７】
ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１１は、ブリッジ１２８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１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１１およびトップリング１が上下動する。
【００３８】
また、トップリングシャフト１１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。したがって、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、およびタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２およびトップリングシャフト１１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００３９】
図１に示すように構成された研磨装置において、トップリング１は、その下面に半導体ウエハＷなどの基板を保持できるようになっている。トップリングヘッド１１０はトップリングシャフト１１７を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウエハＷを保持したトップリング１は、トップリングヘッド１１０の旋回により半導体ウエハＷの受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。そして、トップリング１を下降させて半導体ウエハＷを研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａに押圧する。このとき、トップリング１および研磨テーブル１００をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１上に研磨液を供給する。このように、半導体ウエハＷを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて半導体ウエハＷの表面を研磨する。
【００４０】
図２乃至図６は、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２から図６に示すように、トップリング１は、半導体ウエハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体２と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング本体２は、円盤状の上部材３００と、上部材３００の下面に取り付けられた中間部材３０４と、中間部材３０４の下面に取り付けられた下部材３０６とを備えている。リテーナリング３は、トップリング本体２の上部材３００の外周部に取り付けられている。上部材３００は、図３に示すように、ボルト３０８によりトップリングシャフト１１１に連結されている。また、中間部材３０４は、ボルト３０９を介して上部材３００に固定されており、下部材３０６はボルト３１０を介して上部材３００に固定されている。上部材３００、中間部材３０４、および下部材３０６から構成されるトップリング本体２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。
【００４１】
図２に示すように、下部材３０６の下面には、半導体ウエハの裏面に当接する弾性膜３１４が取り付けられている。この弾性膜３１４は、外周側に配置された環状のエッジホルダ３１６と、エッジホルダ３１６の内方に配置された環状のリプルホルダ３１８，３１９とによって下部材３０６の下面に取り付けられている。弾性膜３１４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。
【００４２】
エッジホルダ３１６はリプルホルダ３１８により保持され、リプルホルダ３１８は複数のストッパ３２０により下部材３０６の下面に取り付けられている。リプルホルダ３１９は、図３に示すように、複数のストッパ３２２により下部材３０６の下面に取り付けられている。ストッパ３２０およびストッパ３２２はトップリング１の円周方向に均等に設けられている。
【００４３】
図２に示すように、弾性膜３１４の中央部にはセンター室３６０が形成されている。リプルホルダ３１９には、このセンター室３６０に連通する流路３２４が形成されており、下部材３０６には、この流路３２４に連通する流路３２５が形成されている。リプルホルダ３１９の流路３２４および下部材３０６の流路３２５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３２５および流路３２４を通ってセンター室３６０に供給されるようになっている。
【００４４】
リプルホルダ３１８は、弾性膜３１４のリプル３１４ｂおよびエッジ３１４ｃをそれぞれ爪部３１８ｂ，３１８ｃで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっており、リプルホルダ３１９は、弾性膜３１４のリプル３１４ａを爪部３１９ａで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっている。
【００４５】
図４に示すように、弾性膜３１４のリプル３１４ａとリプル３１４ｂとの間には環状のリプル室３６１が形成されている。弾性膜３１４のリプルホルダ３１８とリプルホルダ３１９との間には隙間３１４ｆが形成されており、下部材３０６にはこの隙間３１４ｆに連通する流路３４２が形成されている。また、図２に示すように、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３４２に連通する流路３４４が形成されている。下部材３０６の流路３４２と中間部材３０４の流路３４４との接続部分には、環状溝３４７が形成されている。この下部材３０６の流路３４２は、環状溝３４７および中間部材３０４の流路３４４を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル室３６１に供給されるようになっている。また、この流路３４２は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜３１４の下面に半導体ウエハを吸着できるようになっている。
【００４６】
図５に示すように、リプルホルダ３１８には、弾性膜３１４のリプル３１４ｂおよびエッジ３１４ｃによって形成される環状のアウター室３６２に連通する流路３２６が形成されている。また、下部材３０６には、リプルホルダ３１８の流路３２６にコネクタ３２７を介して連通する流路３２８が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３２８に連通する流路３２９がそれぞれ形成されている。このリプルホルダ３１８の流路３２６は、下部材３０６の流路３２８および中間部材３０４の流路３２９を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウター室３６２に供給されるようになっている。
【００４７】
図６に示すように、エッジホルダ３１６は、弾性膜３１４のエッジ３１４ｄを押さえて下部材３０６の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ３１６には、弾性膜３１４のエッジ３１４ｃおよびエッジ３１４ｄによって形成される環状のエッジ室３６３に連通する流路３３４が形成されている。また、下部材３０６には、エッジホルダ３１６の流路３３４に連通する流路３３６が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３３６に連通する流路３３８がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ３１６の流路３３４は、下部材３０６の流路３３６および中間部材３０４の流路３３８を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ室３６３に供給されるようになっている。
【００４８】
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３１４と下部材３０６との間に形成される圧力室、すなわち、センター室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、およびエッジ室３６３に供給する流体の圧力を調整することにより、半導体ウエハを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウエハの部分ごとに調整できるようになっている。
【００４９】
図７は、図４に示すリテーナリングのＡ部拡大図である。リテーナリング３は半導体ウエハの外周縁を保持するものであり、図７に示すように、上部が閉塞された円筒状のシリンダ４００と、シリンダ４００の上部に取り付けられた保持部材４０２と、保持部材４０２によりシリンダ４００内に保持される弾性膜４０４と、弾性膜４０４の下端部に接続されたピストン４０６と、ピストン４０６により下方に押圧されるリング部材４０８とを備えている。
【００５０】
リング部材４０８は、ピストン４０６に連結される上リング部材４０８ａと、研磨面１０１に接触する下リング部材４０８ｂとから構成されており、上リング部材４０８ａと下リング部材４０８ｂとは、複数のボルト４０９によって結合されている。上リング部材４０８ａはＳＵＳなどの金属材料やセラミックス等の材料からなり、下リング部材４０８ｂはＰＥＥＫやＰＰＳ等の樹脂材料からなる。
【００５１】
図７に示すように、保持部材４０２には、弾性膜４０４によって形成される室４１３に連通する流路４１２が形成されている。また、上部材３００には、保持部材４０２の流路４１２に連通する流路４１４が形成されている。この保持部材４０２の流路４１２は、上部材３００の流路４１４を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通って室４１３に供給されるようになっている。したがって、室４１３に供給する流体の圧力を調整することにより、弾性膜４０４を伸縮させてピストン４０６を上下動させ、リテーナリング３のリング部材４０８を所望の圧力で研磨パッド１０１に押圧することができる。
【００５２】
図示した例では、弾性膜４０４としてローリングダイヤフラムを用いている。ローリングダイヤフラムは、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で仕切る室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の空間を広げることができるものである。室が広がる際にダイヤフラムが外側の部材と摺動せず、ほとんど伸縮しないため、摺動摩擦が極めて少なくてすみ、ダイヤフラムを長寿命化することができ、また、リテーナリング３が研磨パッド１０１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。
【００５３】
このような構成により、リテーナリング３のリング部材４０８だけを下降させることができる。したがって、リテーナリング３のリング部材４０８が摩耗しても、下部材３０６と研磨パッド１０１との距離を一定に維持することが可能となる。また、研磨パッド１０１に接触するリング部材４０８とシリンダ４００とは変形自在な弾性膜４０４で接続されているため、荷重点のオフセットによる曲げモーメントが発生しない。このため、リテーナリング３による面圧を均一にすることができ、研磨パッド１０１に対する追従性も向上する。
【００５４】
また、図７に示すように、リテーナリング３は、リング部材４０８の上下動を案内するためのリング状のリテーナリングガイド４１０を備えている。リング状のリテーナリングガイド４１０は、リング部材４０８の上部側全周を囲むようにリング部材４０８の外周側に位置する外周側部４１０ａと、リング部材４０８の内周側に位置する内周側部４１０ｂと、外周側部４１０ａと内周側部４１０ｂとを接続している中間部４１０ｃとから構成されている。リテーナリングガイド４１０の内周側部４１０ｂは、ボルト４１１により、下部材３０６に固定されている。外周側部４１０ａと内周側部４１０ｂとを接続する中間部４１０ｃには、円周方向に所定間隔毎に複数の開口４１０ｈが形成されている。
【００５５】
図８は、リテーナリングガイド４１０とリング部材４０８との関係を示す図である。図８に示すように、中間部４１０ｃは、円周方向に全周つながっているが、前述したように中間部４１０ｃには、円周方向に所定間隔毎に複数の円弧状開口４１０ｈが形成されている。円弧状開口４１０ｈは、図８では、破線で示している。
一方、リング部材４０８の上リング部材４０８ａは、円周方向にリング状に全周つながっている下部リング状部４０８ａ１と、下部リング状部４０８ａ１から円周方向に所定間隔毎に上方に突出した複数の上部円弧状部４０８ａ２とから構成されている。そして、各上部円弧状部４０８ａ２が各円弧状開口４１０ｈを貫通してピストン４０６に連結されている（図７参照）。
【００５６】
図８に示すように、下リング部材４０８ｂには、ＳＵＳ等からなる薄肉の金属性リング４３０が嵌合されている。そして、金属性リング４３０の外周面には、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）やＰＴＦＥなどの充填剤を充填したＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの樹脂材料をコーティングしたコーティング層４３０ｃが形成されている。ＰＴＦＥやＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの樹脂材料は、摩擦係数が低い低摩擦材料であるため、摺動性に優れている。ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料を云い、０．２５以下であることが望ましい。
一方、リテーナリングガイド４１０における外周側部４１０ａの内周面は前記コーティング層４３０ｃに摺接するガイド面４１０ｇを構成しており、このガイド面４１０ｇは鏡面処理により面粗度が向上するようにしている。ここで、鏡面処理とは、例えば、研磨加工、ラップ加工、バフ加工等の処理を云う。
【００５７】
図８に示すように、下リング部材４０８ｂには、ＳＵＳ等の金属性リング４３０が嵌合されているため、下リング部材４０８ｂの剛性を高めることができ、リング部材４０８が研磨面１０１ａと摺接してリング部材４０８の温度が上昇しても下リング部材４０８ｂの熱変形を抑制することができる。したがって、下リング部材４０８ｂおよび金属性リング４３０の外周面と、リテーナリングガイド４１０の外周側部４１０ａの内周面とのクリアランスを狭くすることができ、研磨中に、リング部材４０８がクリアランス内を移動してリテーナリングガイド４１０と衝接する際に生ずる異音や振動を抑制することができる。また、金属性リング４３０の外周面のコーティング層４３０ｃが低摩擦材料から構成されており、リテーナリングガイド４１０のガイド面４１０ｇは鏡面処理により面粗度を向上させているため、下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との摺動性を改善することができる。したがって、リング部材４０８の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
【００５８】
図８に示す実施形態においては、ＰＴＦＥやＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの低摩擦材料を金属性リング４３０にコーティングしたが、金属性リングを設けないで、下リング部材４０８ｂの外周面に直接にＰＴＦＥやＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの低摩擦材料をコーティングや接着剤により設けてもよい。また、下リング部材４０８ｂの外周面に、両面テープにより、リング状の低摩擦材料を接着してもよい。さらに、リテーナリングガイド４１０に低摩擦材料を設け、下リング部材４０８ｂに鏡面処理を施すようにしてもよい。
【００５９】
また、リテーナリングガイド４１０および下リング部材４０８ｂの摺接面のいずれにも鏡面処理を施すことにより、下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との摺動性を向上させるようにしてもよい。このように、リテーナリングガイド４１０および下リング部材４０８ｂの摺接面の両方に鏡面処理を施すことにより、リング部材４０８の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
【００６０】
さらに、リテーナリングの下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との摺接面に液体または半固体の潤滑剤を塗布することにより、リテーナリングの下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との摺動性を向上させるようにしてもよい。
このように、リテーナリングの下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との摺接面に潤滑剤が塗布されているため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングの下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との間の摺接面（摺動面）の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
また、本発明によれば、摺接面（潤滑剤塗布面）の下方の、下リング部材４０８ｂの外周面とリテーナリングガイド４１０との間に接続シート４２０を設けているため、前記摺接面の潤滑剤が研磨面へ落下するのを防ぐことができる。前記潤滑剤は、シリコングリース、潤滑油などの液体もしくは半固体であることが好ましい。
【００６１】
図９は、図４に示すリテーナリングのＢ部拡大図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線矢視図である。
図９および図１０に示すように、リテーナリング３のリング部材４０８の上リング部材４０８ａの外周面には縦方向に延びる概略長円形状溝４１８が形成されている。長円形状溝４１８は上リング部材４０８ａの外周面に所定間隔毎に複数個形成されている。また、リテーナリングガイド４１０の外周側部４１０ａには、半径方向内方に突出する複数の駆動ピン３４９が設けられており、この駆動ピン３４９がリング部材４０８の長円形状溝４１８に係合するようになっている。長円形状溝４１８内でリング部材４０８と駆動ピン３４９が相対的に上下方向にスライド可能になっているとともに、この駆動ピン３４９により上部材３００およびリテーナリングガイド４１０を介してトップリング本体２００の回転がリテーナリング３に伝達され、トップリング本体２００とリテーナリング３は一体となって回転する。駆動ピン３４９の外周面には、ゴムクッション３５０が設けられ、ゴムクッション３５０の外側にＰＴＦＥやＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの低摩擦材料からなるカラー３５１が設けられている。一方、前記長円形状溝４１８の内面には鏡面処理が施され、低摩擦材料のカラー３５１が接触する長円形状溝４１８の内面の面粗度を向上させるようにしている。
【００６２】
このように、本実施形態においては、駆動ピン３４９には低摩擦材料からなるカラー３５１を設け、カラー３５１が摺接する長円形状溝４１８の内面には鏡面処理を施すことにより、駆動ピン３４９とリング部材４０８との摺動性を改善することができる。したがって、リング部材４０８の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。なお、駆動ピン３４９に鏡面処理を施し、駆動ピン３４９が係合するリング部材４０８の長円形状溝４１８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。
【００６３】
図２乃至図９に示すように、リング部材４０８の外周面とリテーナリングガイド４１０の下端との間には上下方向に伸縮自在な接続シート４２０が設けられている。この接続シート４２０は、リング部材４０８とリテーナリングガイド４１０との間の隙間を埋めることで研磨液（スラリー）の浸入を防止する役割を持っている。また、シリンダ４００の外周面とリテーナリングガイド４１０の外周面には、帯状の可撓性部材からなるバンド４２１が設けられている。このバンド４２１は、シリンダ４００とリテーナリングガイド４１０との間をカバーすることで研磨液（スラリー）の浸入を防止する役割を持っている。
【００６４】
弾性膜３１４のエッジ（外周縁）３１４ｄには、弾性膜３１４とリテーナリング３とを接続する、上方に屈曲した形状のシール部材４２２が形成されている。このシール部材４２２は弾性膜３１４とリング部材４０８との隙間を埋める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４２２は、トップリング本体２００とリテーナリング３との相対移動を許容しつつ、弾性膜３１４とリテーナリング３との隙間に研磨液が浸入してしまうことを防止するために設けられている。本実施形態では、シール部材４２２は弾性膜３１４のエッジ３１４ｄに一体的に形成されており、断面Ｕ字型の形状を有している。
【００６５】
ここで、接続シート４２０、バンド４２１およびシール部材４２２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２００やリテーナリング３の正常な動作を阻害してしまう。本実施形態によれば、接続シート４２０、バンド４２１およびシール部材４２２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４０４、接続シート４２０、およびシール部材４２２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。
【００６６】
本実施形態のトップリング１においては、弾性膜３１４のセンター室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、およびエッジ室３６３に供給する圧力により半導体ウエハに対する押圧力を制御するので、研磨中には下部材３０６は研磨パッド１０１から上方に離れた位置にする必要がある。しかしながら、リテーナリング３が摩耗すると、半導体ウエハと下部材３０６との間の距離が変化し、弾性膜３１４の変形の仕方も変わるため、半導体ウエハに対する面圧分布も変化することになる。このような面圧分布の変化は、プロファイルが不安定になる要因となっていた。
【００６７】
本実施形態では、リテーナリング３を下部材３０６とは独立して上下動させることができるので、リテーナリング３のリング部材４０８が摩耗しても、半導体ウエハと下部材３０６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、研磨後の半導体ウエハのプロファイルを安定化させることができる。
【００６８】
なお、上述した例では、半導体ウエハの略全面に弾性膜３１４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３１４は半導体ウエハの少なくとも一部に当接するものであればよい。
【００６９】
次に、本発明のトップリングの他の実施形態を図１１および図１２を参照して説明する。
図１１は、本発明のトップリングの他の実施形態を示す模式的断面図であり、図１２は図１１の要部拡大図である。図１１に示すように、本実施形態のトップリング１においては、リテーナリング３のリング部材４０８は、上リング部材４０８ａと下リング部材４０８ｂとからなり、エアベアリング等と称される流体軸受５００により支持されている。すなわち、リテーナリング３のリング部材４０８の外周側には、トップリング本体２００に固定された流体軸受５００が設けられている。流体軸受５００は、トップリング本体２００に固定された環状のハウジング５０１と、ハウジング５０１内に装着されたリング状のポーラス材５０２とを備えている。ポーラス材５０２は、ハウジング５０１に対し、接着や焼結等によって取り付けられている。
【００７０】
ハウジング５０１には、加圧流体を供給するための流路５０３が形成されており、この流路５０３はトップリング本体２００に形成された流路５１０を介して図示しない流体供給源に接続されている。したがって、空気や窒素ガス等の加圧流体は、流路５１０および流路５０３を介してポーラス材５０２に供給される。ポーラス材５０２は銅等の金属、セラミック、またはプラスチックからなり、ポーラス材５０２には多数の空孔（気孔）が形成されており、加圧流体はこれら空孔を通ってポーラス材５０２の外周側から内周側に供給される。したがって、リング部材４０８とポーラス材５０２との間には、高負荷能力を有した空気膜や窒素ガス膜などの流体膜が形成され、この流体膜によりリング部材４０８に加わる横方向の力を支持することができる。
【００７１】
すなわち、半導体ウエハと研磨面との間の摩擦力により、リテーナリング３のリング部材４０８には横方向の力がかかるが、この力は流体膜により支持され、ポーラス材５０２とリング部材４０８とは数μｍのクリアランスを保つことができる。したがって、リング部材４０８はポーラス材５０２に対して無摺動（非接触）で上下動可能であり、リング部材４０８の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができる。なお、ポーラス材５０２にはテフロン（登録商標）等の固体潤滑剤が含浸されており、万が一、ポーラス材５０２とリング部材４０８とが接触することがあっても、リング部材４０８は良好な摺動性を維持できる。
【００７２】
また、流路５１０と流体供給源とを接続する流路の途中に、冷却器等の温度調節装置を設け、流体供給源から供給される加圧流体を冷却するようにしてもよい。リング部材４０８は、研磨面との摩擦熱により温度上昇するが、冷却された加圧流体がポーラス材５０２からリング部材４０８の外周面に噴きつけられるため、リング部材４０８が冷却される。したがって、リング部材４０８の温度上昇を抑えることができ、リング部材４０８の熱膨張を抑えることができる。これによって、ポーラス材５０２とリング部材４０８とのクリアランスを最小限とすることができ、ポーラス材５０２とリング部材４０８との間に形成される流体膜の圧力を高めることができ、エアベアリングの効果を高めることができる。したがって、リング部材４０８はポーラス材５０２に対して無摺動（非接触）で上下動可能であり、リング部材４０８の研磨面に対する追従性を更に高めることができる。
【００７３】
次に、本発明のリテーナリングの他の実施形態を図１３および図１４を参照して説明する。
図１３は、本発明のリテーナリングの他の実施形態を示す断面図であり、図８に対応した図である。図８に示す実施形態においては、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂに、ＳＵＳ等からなる薄肉の金属性リング４３０を嵌合し、ＰＴＦＥやＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの低摩擦材料を金属性リング４３０にコーティングした例を説明したが、図１３に示す実施形態では、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂの外周に、直接に低摩擦材料の部材を設けている。
すなわち、図１３に示すように、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂの外周には、全周に亘って、略矩形状の断面を有する溝６０１が形成されており、この溝６０１に略矩形状の断面を有する低摩擦材料の部材６０２が嵌め込まれている。この低摩擦材料の部材６０２は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）又はＰＥＥＫ・ＰＰＳからなる樹脂材料で構成されている。ＰＴＦＥやＰＥＥＫ・ＰＰＳなどの樹脂材料は、摩擦係数が低い低摩擦材料であるため、摺動性に優れている。ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が０．３５以下である低い摩擦係数の材料を云い、０．２５以下であることが望ましい。
【００７４】
図１４は、図１３の要部拡大図であり、低摩擦材料の部材６０２と下リング部材４０８ｂの溝６０１の嵌め込み部の拡大図である。なお、図１４においては、接続シート４２０を下リング部材４０８ｂから取り外して図示している。図１４に示すように、下リング部材４０８ｂにおける矩形断面の溝６０１の上下内側面には、上下方向に凹んだ凹部６０１ａ，６０１ａが形成されており、低摩擦材料の部材６０２の上下外側面には、上下方向に膨らんだ凸部６０２ａ，６０２ａが形成されている。そして、低摩擦材料の部材６０２の凸部６０２ａ，６０２ａは、下リング部材４０８ｂの凹部６０１ａ，６０１ａに隙間なく嵌め込まれている。これにより、低摩擦材料の部材６０２が下リング部材４０８ｂから抜け落ちることを防止している。すなわち、低摩擦材料の部材６０２の凸部６０２ａ，６０２ａと下リング部材４０８ｂの凹部６０１ａ，６０１ａは、低摩擦材料の部材６０２が下リング部材４０８ｂから抜け落ちることを防止するための抜け止め手段を構成している。この抜け止め手段は、低摩擦材料の部材６０２に形成した凹部と下リング部材４０８ｂに形成した凸部により構成してもよい。なお、低摩擦材料の部材６０２を下リング部材４０８ｂの溝６０１に装着する際には、低摩擦材料の部材６０２が樹脂材料からなるため、凸部６０２ａ，６０２ａは変形可能であり、凸部６０２ａ，６０２ａは変形した後に凹部６０１ａ，６０１ａに嵌り込む。これら凸部６０２ａ，６０２ａの形状は、両端部がテーパ形状で全体が山形状になっていてもよく、両端部が曲面形状で全体が円弧形状（Ｒ形状）になっていてもよい。
【００７５】
また、図１４に示すように、下リング部材４０８ｂの溝６０１の底面には、ピン６０３が植え込まれており、低摩擦材料の部材６０２の内側面には、孔６０２ｈが形成されている。そして、低摩擦材料の部材６０２の孔６０２ｈにピン６０３の先端部が嵌合されている。これにより、低摩擦材料の部材６０２が下リング部材４０８ｂに対して、円周方向に廻らないようになっている。すなわち、下リング部材４０８ｂの溝６０１に植え込まれたピン６０３と、低摩擦材料の部材６０２に形成された孔６０２ｈとは、低摩擦材料の部材６０２が下リング部材４０８ｂに対して廻ることを防止するための廻り止め手段を構成している。この廻り止め手段は、下リング部材４０８ｂの溝６０１および低摩擦材料の部材６０２の内側面のいずれか一方に設けられた凸部と、他方に設けられた凹部とにより構成することができる。
【００７６】
低摩擦材料の部材６０２は、リング状の部材ではなく、円弧状をなす帯状の部材からなっている。なお、低摩擦材料の部材６０２は可撓性があるため、直線状に形成し、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂの溝６０１に嵌め込む際に、リテーナリング３の円弧に倣わせるようにしてもよい。
【００７７】
低摩擦材料の部材６０２は、略矩形状の断面を有しており、上下外側面には、上下方向に膨らんだ凸部６０２ａ，６０２ａが形成されている。これら凸部６０２ａ，６０２ａは、前述したように、下リング部材４０８ｂの凹部６０１ａ，６０１ａに嵌り込むように設定されている。また、低摩擦材料の部材６０２の中央部に孔６０２ｈが形成されている。この孔６０２ｈには、前述したように、下リング部材４０８ｂの溝６０１に植え込まれたピン６０３が嵌合されるように設定されている。なお、ピン６０３が嵌合される孔６０２ｈは、複数個あってもよい。
また、孔の代わりにキーとキー溝を組み合わせて廻り止めを構成してもよい。
【００７８】
低摩擦材料の部材６０２をリング状の部材ではなく、分割された帯状の部材として構成し、この帯状の低摩擦材料の部材６０２をリテーナリング３の下リング部材４０８ｂの溝６０１に、例えば、低摩擦材料の部材６０２の両端部がなす中心角（θ）を、略４５°に設定した部材６０２を８個嵌め込むことにより、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂの全周は、低摩擦材料の部材６０２により覆われる。これらの低摩擦材料の部材６０２を下リング部材４０８ｂの溝６０１に嵌め込む際には、隣接する二つの低摩擦材料の部材６０２，６０２間にわずかな隙間を設けておく。この隙間は、研磨の進行につれてリテーナリング３の温度が上昇して低摩擦材料の部材６０２が熱膨張しても、隣接する二つの低摩擦材料の部材６０２，６０２の端部が相互に当接しないようにするためのものである。この隙間の寸法は、低摩擦材料の部材６０２の熱膨張係数を考慮して、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。
低摩擦材料の部材６０２をリング状の部材とした場合には、熱膨張を繰り返すことにより、低摩擦材料の部材と下リング部材との間に半径方向に隙間ができ、低摩擦材料の部材が固定されなくなるが、低摩擦材料の部材６０２をリング状の部材ではなく、分割された帯状の部材として構成するとともに隣接する部材間に隙間を設けることにより、低摩擦材料の部材６０２と下リング部材４０８ｂとの間に半径方向に隙間ができることはない。
【００７９】
帯状の部材からなる低摩擦材料の部材６０２の両端部がなす中心角（θ）を、略４５°に設定したが、この中心角（θ）は、４５°よりも大きくてもよく、また小さくてもよい。前記中心角（θ）を大きくした場合には、低摩擦材料の部材６０２の個数を減らし、逆に、中心角（θ）を小さくした場合には、低摩擦材料の部材６０２の個数を増やすようにして、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂの全周を、低摩擦材料の部材６０２により覆うようにすればよい。前記中心角（θ）を小さくした場合には、低摩擦材料の部材６０２は、帯状ではなく、直方体状又はブロック状になる。なお、低摩擦材料の部材６０２の個数（分割の個数）は、二つ以上であればよく、また等分割されていることが好ましい。
尚、低摩擦材料の部材６０２は分割せず、リング状の部材としてもよい。
【００８０】
一方、リテーナリングガイド４１０における外周側部４１０ａの内周面は低摩擦材料の部材６０２に摺接するガイド面４１０ｇを構成しており、このガイド面４１０ｇは鏡面処理により面粗度が向上するようにしている。ここで、鏡面処理とは、例えば、研磨加工、ラップ加工、バフ加工等の処理を云う。
【００８１】
以上のように、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂには、全周または略全周に亘って低摩擦材料の部材６０２が嵌め込まれており、またリテーナリングガイド４１０のガイド面４１０ｇは鏡面処理により面粗度を向上させているため、リテーナリング３の下リング部材４０８ｂとリテーナリングガイド４１０との摺動性を改善することができる。したがって、リング部材４０８の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
【００８２】
これまで本発明の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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すトップリングの構成例を示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示すトップリングの構成例を示す断面図である。
【図４】図４は、図１に示すトップリングの構成例を示す断面図である。
【図５】図５は、図１に示すトップリングの構成例を示す断面図である。
【図６】図６は、図１に示すトップリングの構成例を示す断面図である。
【図７】図７は、図４に示すリテーナリングのＡ部拡大図である。
【図８】図８は、リテーナリングガイドとリング部材との関係を示す図である。
【図９】図９は、図４に示すリテーナリングのＢ部拡大図である。
【図１０】図１０は、図９のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図１１】図１１は、本発明のトップリングの他の実施形態を示す模式的断面図である。
【図１２】図１２は図１１の要部拡大図である。
【図１３】図１３は、本発明のリテーナリングの他の実施形態を示す断面図であり、図８に対応した図である。
【図１４】図１４は、図１３の要部拡大図であり、低摩擦材料の部材と下リング部材の溝の嵌め込み部の拡大図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  トップリング
２  トップリング本体
３  リテーナリング
１０１ａ  研磨面
１１１  トップリングシャフト
３００  上部材
３０４  中間部材
３０６  下部材
３０８  ボルト
３１４  弾性膜
３１４ａ，３１４ｂ  リプル
３１４ｃ  エッジ
３１４ｄ  エッジ（外周縁）
３１４ｆ  隙間
３１６  エッジホルダ
３１８，３１９  リプルホルダ
３１８ｂ，３１８ｃ  爪部
３２０，３２２  ストッパ
３２４，３２５，３２６，３２８，３３４，３３６，３３８  流路
３２７  コネクタ
３４２，３４４  流路
３４７  環状溝
３４９  駆動ピン
３５０  ゴムクッション
３５１  カラー
３６０  センター室
３６１  リプル室
３６２  アウター室
３６３  エッジ室
４００  シリンダ
４０２  保持部材
４０４  弾性膜
４０６  ピストン
４０８  リング部材
４０８ａ  上リング部材
４０８ｂ  下リング部材
４０８ａ１  下部リング状部
４０８ａ２  上部円弧状部
４０９  ボルト
４１０  リテーナリングガイド
４１０ａ  外周側部
４１０ｂ  内周側部
４１０ｃ  中間部
４１０ｈ  複数の開口
４１０ｇ  ガイド面
４１１  ボルト
４１２，４１４  流路
４１３  室
４１８  長円形状溝
４２０  接続シート
４２１  バンド
４２２  シール部材
４３０  金属性リング
４３０ｃ  コーティング層
５００  流体軸受
５０１  ハウジング
５０２  ポーラス材
５０３  流路
５１０  流路
６０１  溝
６０１ａ  凹部
６０２  低摩擦材料の部材
６０２ａ  凸部
６０２ｈ  孔
６０３  ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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