(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを用いて基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置であって、
前記基板の周縁を保持するように構成されたリテーナリングと、
前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、を備え、
前記ドライブリングの形状に起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、最内周以外の位置に凸部を持つ、基板保持装置。
【請求項２】
研磨パッドを用いて基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置であって、
前記基板の周縁を保持するように構成された内側リテーナリングと、前記内側リテーナリングの外側に設けられた外側リテーナリングと、を有するリテーナリングと、
前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、を有し、
前記ドライブリングの形状に起因して、前記内側リテーナリングおよび／または前記外側リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、凸部を持つ、基板保持装置。
【請求項３】
前記ドライブリングは、前記リテーナリングの前記研磨パッドとは反対側に固定され、
前記ドライブリングの前記リテーナリング側の面が最内周以外の位置に凸部を持つことに起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面が凸部を持つ、請求項１または２に記載の基板保持装置。
【請求項４】
研磨パッドを用いて基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置であって、
前記基板の周縁を保持するように構成されたリテーナリングと、
前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、
リング状の環状部材であって、略全周にわたって、一部が前記ドライブリングに接触し、他の一部が前記リテーナリングに接触する環状部材と、を備え、
前記環状部材の形状に起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、凸部を持つ、基板保持装置。
【請求項５】
前記リテーナリングは、前記基板の周縁を保持するように構成された内側リテーナリングと、前記内側リテーナリングの外側に設けられた外側リテーナリングと、を有し、
前記環状部材の形状に起因して、前記内側リテーナリングおよび／または前記外側リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、凸部を持つ、請求項４に記載の基板保持装置。
【請求項６】
前記環状部材の長さに起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面が凸部を持つ、請求項４または５に記載の基板保持装置。
【請求項７】
前記ドライブリングには、前記環状部材が挿入される第１被挿入部が設けられ、
前記リテーナリングには、前記環状部材が挿入される第２被挿入部が設けられ、
前記環状部材の長さが、前記第１被挿入部の長さと前記第２被挿入部の長さとの和より長いことに起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面が凸部を持つ、請求項６に記載の基板保持装置。
【請求項８】
略全周にわたって、前記ドライブリングと前記リテーナリングとを固定する固定部材を備える、請求項１乃至７に記載の基板保持装置。
【請求項９】
前記リテーナリングは、前記ドライブリングに固定されない状態では、前記研磨パッド側の面が凸部を持たない、請求項１乃至８のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１０】
前記リテーナリングは、前記ドライブリングに固定されることで変形し、前記研磨パッド側の面が凸部を持つ、請求項９に記載の基板保持装置。
【請求項１１】
前記ドライブリングは非消耗品であり、前記リテーナリングは消耗品である、請求項１乃至１０のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の基板保持装置と、
前記研磨パッドと、を備える基板研磨装置。
【請求項１３】
基板の周縁を保持するように構成された、消耗品であるリテーナリングと、
前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、を備え、
研磨パッドを用いて前記基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置の製造方法であって、
使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に応じて、前記ドライブリングの形状を定める、基板保持装置の製造方法。
【請求項１４】
前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に近くなるよう、前記ドライブリングの形状を定める、請求項１３に記載の基板保持装置の製造方法。
【請求項１５】
前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状と最も近くなるよう、予め用意された形状が異なる複数の前記ドライブリングのうちの１つを選択する、請求項１３に記載の基板保持装置の製造方法。
【請求項１６】
基板の周縁を保持するように構成された、消耗品であるリテーナリングと、
前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、
リング状の環状部材であって、略全周にわたって、一部が前記ドライブリングに接触し、他の一部が前記リテーナリングに接触する環状部材と、を備え、
研磨パッドを用いて前記基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置の製造方法であって、
使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に応じて、前記環状部材の形状を定める、基板保持装置の製造方法。
【請求項１７】
前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に近くなるよう、前記環状部材の形状を定める、請求項１６に記載の基板保持装置の製造方法。
【請求項１８】
前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状と最も近くなるよう、予め用意された形状が異なる複数の前記環状部材のうちの１つを選択する、請求項１７に記載の基板保持装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を保持する基板保持装置、および、そのような基板保持装置を有する基板研磨装置、ならびに、そのような基板保持装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、ウエハ表面を研磨するための基板研磨装置が広く使用されている。基板研磨装置は、環状のリテーナリングでウエハの周縁を保持し、研磨パッドにウエハを押し付けて研磨を行う。
【０００３】
ウエハの研磨時にリテーナリングも摩耗するので、リテーナリングは消耗品であって定期的に新品に交換する必要がある。新品に交換した直後は研磨特性が安定しないため、ダミーウエハを研磨することでリテーナリングの初期化を行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１９９９号公報
【特許文献２】特開２００７−２７１６６号公報
【特許文献３】特開２００７−２９６６０３号公報
【特許文献４】特開２００７−５１１３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ダミーウエハを用いたリテーナリングの初期化は生産に寄与しない工程であり、可能な限り短縮するのが望ましく、なくすことができればより望ましい。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、初期から安定した研磨特性が得られる基板保持装置、そのような基板保持装置を有する基板研磨装置、ならびに、そのような基板保持装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、研磨パッドを用いて基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置であって、前記基板の周縁を保持するように構成されたリテーナリングと、前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、を備え、前記ドライブリングの形状に起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、最内周以外の位置に凸部を持つ、基板保持装置が提供される。
【０００８】
このような構成によれば、ドライブリングの形状によって、初めからリテーナリングの研磨パッド側の面を所望の形状とすることができる。そのため、初期のリテーナリングでも、基板の研磨特性を安定させることができる。なお、凸部の形状に特に制限はなく、矩形でもよいし、湾曲した形状でもよいし、リテーナリングの端が頂点となって傾斜した形状であってもよい。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、研磨パッドを用いて基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置であって、前記基板の周縁を保持するように構成された内側リテーナリングと、前記内側リテーナリングの外側に設けられた外側リテーナリングと、を有するリテーナリングと、前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、を有し、前記ドライブリングの形状に起因して、前記内側リテーナリングおよび／または前記外側リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、凸部を持つ、基板保持装置が提供される。
【００１０】
このような構成によれば、内側リテーナリングおよび外側リテーナリングを有するリテーナリングを用いる場合であっても、やはりドライブリングの形状によって、初めからリテーナリングの研磨パッド側の面を所望の形状とすることができる。
【００１１】
具体的には、前記ドライブリングは、前記リテーナリングの前記研磨パッドとは反対側に固定され、前記ドライブリングの前記リテーナリング側の面が最内周以外の位置に凸部を持つことに起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面が最内周以外の位置に凸部を持つようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明の別の態様によれば、研磨パッドを用いて基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置であって、前記基板の周縁を保持するように構成されたリテーナリングと、前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、リング状の環状部材であって、略全周にわたって、一部が前記ドライブリングに接触し、他の一部が前記リテーナリングに接触する環状部材と、を備え、前記環状部材の形状に起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、凸部を持つ、基板保持装置が提供される。
【００１３】
このような構成によれば、環状部材の形状によって、初めからリテーナリングの研磨パッド側の面を所望の形状とすることができる。そのため、初期のリテーナリングでも、基板の研磨特性を安定させることができる。しかも、略全周にわたってリテーナリングとドライブリングとを固定するため、リテーナリングの研磨パッド側の面を均一化できる。
【００１４】
前記リテーナリングは、前記基板の周縁を保持するように構成された内側リテーナリングと、前記内側リテーナリングの外側に設けられた外側リテーナリングと、を有し、前記環状部材の形状に起因して、前記内側リテーナリングおよび／または前記外側リテーナリングの前記研磨パッド側の面は、凸部を持つようにしてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、内側リテーナリングおよび外側リテーナリングを有するリテーナリングを用いる場合であっても、やはりドライブリングの形状によって、初めからリテーナリングの研磨パッド側の面を所望の形状とすることができる。
【００１６】
具体的には、前記環状部材の長さに起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面が凸部を持つようにしてもよい。
【００１７】
より具体的には、前記ドライブリングには、前記環状部材が挿入される第１被挿入部が設けられ、前記リテーナリングには、前記環状部材が挿入される第２被挿入部が設けられ、前記環状部材の長さが、前記第１被挿入部の長さと前記第２被挿入部の長さとの和より長いことに起因して、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面が凸部を持つようにしてもよい。
これにより、固定部材の長さに応じて、リテーナリングの研磨パッド側の面に形成される凸部を調整できる。
【００１８】
略全周にわたって、前記ドライブリングと前記リテーナリングとを固定する固定部材を備えるのが望ましい。
略全周にわたって固定することで、リテーナリングの下面を均一にできる。
【００１９】
望ましくは、前記リテーナリングは、前記ドライブリングに固定されない状態では、前記研磨パッド側の面が凸部を持たない。
さらに望ましくは、前記リテーナリングは、前記ドライブリングに固定されることで変形し、前記研磨パッド側の面が凸部を持つ。
これにより、消耗品であるリテーナリングとして汎用品を用いることができる。
【００２０】
前記ドライブリングは非消耗品であり、前記リテーナリングは消耗品であるのが望ましい。
この場合でも、非消耗品であるドライブリングあるいは固定部材の形状によってリテーナリングの研磨パッド側の面に凸部を形成することで、消耗品であるリテーナリングとして汎用品を用いることができる。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、上記基板保持装置と、前記研磨パッドと、を備える基板研磨装置が提供される。
【００２２】
本発明のまた別の態様によれば、基板の周縁を保持するように構成された、消耗品であるリテーナリングと、前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、を備え、研磨パッドを用いて前記基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置の製造方法であって、使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に応じて、前記ドライブリングの形状を定める、基板保持装置の製造方法が提供される。
【００２３】
このような製造方法によれば、新品のリテーナリングをドライブリングに固定した際に、リテーナリングの研磨パッド側の面を、使用済みのリテーナリングの研磨パッド側の面の形状に近づけることができ、初期のリテーナリングでも基板の研磨特性を安定させることができる。
【００２４】
前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に近くなるよう、前記ドライブリングの形状を定めてもよい。
【００２５】
また、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状と最も近くなるよう、予め用意された形状が異なる複数の前記ドライブリングのうちの１つを選択してもよい。
【００２６】
本発明のまた別の態様によれば、基板の周縁を保持するように構成された、消耗品であるリテーナリングと、前記リテーナリングに固定され、前記リテーナリングとともに回転するドライブリングと、リング状の環状部材であって、略全周にわたって、一部が前記ドライブリングに接触し、他の一部が前記リテーナリングに接触する環状部材と、を備え、研磨パッドを用いて前記基板を研磨する基板研磨装置用の基板保持装置の製造方法であって、使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に応じて、前記環状部材の形状を定める、基板保持装置の製造方法が提供される。
【００２７】
このような製造方法によっても、新品のリテーナリングをドライブリングに固定した際に、リテーナリングの研磨パッド側の面を、使用済みのリテーナリングの研磨パッド側の面の形状に近づけることができ、初期のリテーナリングでも基板の研磨特性を安定させることができる。
【００２８】
前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状に近くなるよう、前記環状部材の形状を定めてもよい。
【００２９】
また、前記リテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状が、前記使用済みのリテーナリングの前記研磨パッド側の面の形状と最も近くなるよう、予め用意された形状が異なる複数の前記環状部材のうちの１つを選択してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
初期のリテーナリングでも、安定した基板の研磨特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】基板研磨装置におけるトップリング１００（基板保持装置）および研磨パッド２の断面を模式的に示す図
【図２】第１の実施形態に係るトップリング１の断面を示す模式図
【図３】基板研磨装置を示す模式図
【図４】基板研磨装置の詳細な構成を示す図
【図５】トップリング１の断面図
【図６】ドライブリング４６および連結部材７５を示す平面図
【図７】第２の実施形態に係るトップリング１’の断面を示す模式図
【図８】第３の実施形態に係るトップリング１’’の断面を示す模式図
【図９】第４の実施形態に係るトップリング１’’’の断面を示す模式図
【図１０】第４の実施形態に係るトップリング１’’’の断面を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
まずは、一般的なトップリングにおいて、リテーナリングを交換した直後に基板の研磨特性が安定しない理由を説明する。
【００３３】
図１は、基板研磨装置におけるトップリング１００（基板保持装置）および研磨パッド２の断面を模式的に示す図である。トップリング１００は、基板Ｗの周縁を保持するように構成された環状のリテーナリング４０と、リテーナリング４０を回転駆動する環状のドライブリング４６とを有する。ドライブリング４６は、円周方向にほぼ等間隔に設けられた複数のねじ９０によってリテーナリング４０の上側に固定される。よって、ドライブリング４６の下面は、リテーナリング４０の上面に接触している。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、一般的なトップリング１００においては、ドライブリング４６もリテーナリング４０も、下面（リテーナリング４０側の面）がほぼ水平（研磨パッド２と平行）である。
【００３５】
このようなトップリング１００が基板Ｗを保持して研磨パッド２に押し付け、研磨液を供給しながらトップリング１００および研磨パッド２が回転することで、基板Ｗが研磨される。
【００３６】
基板Ｗの研磨を行うと、基板Ｗのみならずリテーナリング４０の下面も摩耗する。例えば、リテーナリング４０の内周側が徐々に擦り減り、図１（ｂ１）に示すようにある程度傾斜した形状となって、以降はあまり擦り減らなくなる。研磨パッド２や研磨時に用いる研磨液の種類などの研磨条件によっては、図１（ｂ２）に示すように、外周側が擦り減って図１（ｂ１）とは逆方向に傾斜した形状となることもある。あるいは、図１（ｂ３）に示すように、リテーナリング４０の内周側および外周側が大きく擦り減って下に凸になる場合もある。
【００３７】
このように、新品のリテーナリング４０は、図１（ａ）から図１（ｂ１）〜（ｂ３）のように、形状（特に下面の形状）が変化する。基板Ｗの研磨特性はリテーナリング４０の形状に依存するため、リテーナリング４０の形状変化に伴って基板Ｗの研磨特性も変化する。よって、リテーナリング４０の形状が変化している間の研磨特性は安定しない。そして、リテーナリング４０が図１（ｂ１）〜（ｂ３）の状態となって形状があまり変化しなくなると、基板Ｗの研磨特性も安定する。
【００３８】
すなわち、リテーナリング４０の下面形状が変化することが、リテーナリング４０の交換直後に基板Ｗの研磨特性が安定しない主要因である。そのため、リテーナリング４０の下面形状が初めから図１（ｂ１）〜（ｂ３）のようであればよい。
【００３９】
そこで、初めから下面が図１（ｂ１）〜（ｂ３）に示す形状である多種多様のリテーナリング４０を作製することも考えられる。しかしながら、リテーナリング４０は消耗品であるため、リテーナリング４０の種類が多いと誤使用のリスクや管理コストが増大してしまう。
【００４０】
そこで、本実施形態では、消耗品であるリテーナリング４０は、図１（ａ）に示すように、下面が水平である一般的な形状としておき、消耗品でないドライブリング４６などの形状を工夫する。これにより、リテーナリング４０の下面を図１（ｂ１）〜（ｂ３）のような所望の形状として、基板Ｗの研磨特性を安定化させることを図る。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、ドライブリング４６の形状によってリテーナリング４０の下面を所望の形状にするものである。
【００４２】
図２は、第１の実施形態に係るトップリング１の断面を示す模式図である。以下、図１との相違点を中心に説明する。ここで、ドライブリング４６は、例えば金属製であり硬い。一方、リテーナリング４０はＰＰＳやＰＥＥＫといったエンジニアリングプラスティック製であり、ドライブリング４６よりは剛性が低く変形可能である。また、リテーナリング４０は、ドライブリング４６に固定されない状態では、図１（ａ）と同様に研磨パッド２側の面は平坦であり、凸部を持たない。
【００４３】
図２（ａ）では、ドライブリング４６の下面は、内周側から外周側に向かって研磨パッド２に近づくよう傾斜しており、言い換えると、最外周に凸部頂点Ｐ１を持つ。そして、ねじ９０によって、ドライブリング４６とリテーナリング４０とが強固に固定される。
【００４４】
リテーナリング４０は、ドライブリング４６に固定されない状態にあっては、図１（ａ）に示すようにその下面が水平であり、凸部を有さない。ねじ９０でドライブリング４６に固定されることによってリテーナリング４０はドライブリング４６の形状に合わせて変形し、結果として、リテーナリング４０の下面が内周側から外周側に向かって研磨パッド２側に近づくよう傾斜する。つまり、図１（ｂ１）と同様に、リテーナリング４０の下面を、最外周に凸部頂点Ｑ１を有する形状とすることができる。
【００４５】
図２（ｂ）では、ドライブリング４６の下面は、外周側から内周側に向かって研磨パッド２に近づくよう傾斜しており、言い換えると、最内周に凸部頂点Ｐ２を持つ。この場合、リテーナリング４０は、その下面が外周側から内周側に向かって研磨パッド２側に近づくよう傾斜する。つまり、図１（ｂ２）と同様に、リテーナリング４０の下面を、最内周に凸部頂点Ｑ２を有する形状とすることができる。
【００４６】
図２（ｃ）では、ドライブリング４６の下面が下向きで矩形の凸部Ｐ３を有する。この場合、リテーナリング４０は、ドライブリング４６の凸部Ｐ３の下方に凸部Ｑ３を有し、凸部Ｑ３から外周側および内周側に向かって研磨パッド２側から遠ざかるよう湾曲する。つまり、図１（ｂ３）と同様に、リテーナリング４０の下面を、最外周および最内周以外の位置に凸部を有する形状とすることができる。
【００４７】
なお、図２（ｃ）の場合、ねじ９０を径方向にも複数（例えば凸部Ｐ３，Ｑ３より外周側と凸部Ｐ３，Ｑ３より内周側の２か所）設けるのが望ましい。これにより、リテーナリング４０の外周側および内周側をよりドライブリング４６の形状に合わせて変形させることができる。また、ドライブリング４６の凸部Ｐ３は、必ずしも最外周と最内周との中心でなくてもよく、任意の位置に形成してもよい。
【００４８】
また、図２（ｄ）に示すように、ドライブリング４６の下面に設けられる凸部Ｐ３’は矩形でなく、下面の最外周から最内周における一部または全体にわたって湾曲した形状であってもよい。
【００４９】
このように、本実施形態では、下面が研磨パッド２とは非平行な（言い換えると、凸部Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ３’を有する）ドライブリング４６を用いる。そして、このようなドライブリング４６とリテーナリング４０とをねじ９０で固定することにより、ドライブリング４６の形状（特に下面形状）に起因してリテーナリング４０の下面形状が変形する。ドライブリング４６の形状を適切に設計することで、リテーナリング４０の下面を所望の形状とすることができる。
【００５０】
具体例として、ドライブリング４６の下面を、最内周以外の位置に凸部を持つようにする。これによって、リテーナリング４０の下面を、最内周以外の任意の位置に凸部を持つ形状とすることができる（図２（ａ），（ｃ），（ｄ））。
【００５１】
なお、図示していないが、ねじ９０の内周側および／または外周側において、ドライブリング４６とリテーナリング４０との間に、Ｏリングなどのシール部材を設けるのが望ましい。研磨液の侵入を防ぐためである。この点は以降の実施形態においても同様である。
【００５２】
また、本明細書において「凸部」とは、図２（ａ），（ｂ）のように端が頂点となって傾斜している形状、図２（ｃ）におけるドライブリング４６のような矩形形状、図２（ｄ）のように角を持たない湾曲した形状を含んでおり、端が頂点となるケースを特に凸部頂点と呼んでいる。
以下、このようなトップリング１を有する基板研磨装置について詳細に説明する。
【００５３】
図３は、基板研磨装置を示す模式図である。図３に示すように、基板研磨装置は、半導体ウエハなどの基板Ｗを保持し回転させるトップリング（基板保持装置）１と、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、研磨パッド２に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル５とを備えている。研磨パッド２の上面は、基板Ｗを研磨するための研磨面２ａを構成する。
【００５４】
トップリング１は、その下面に真空吸引により基板Ｗを保持できるように構成されている。トップリング１および研磨テーブル３は、矢印で示すように同じ方向に回転し、この状態でトップリング１は、基板Ｗを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。研磨液供給ノズル５からは研磨液が研磨パッド２上に供給され、基板Ｗは、研磨液の存在下で研磨パッド２との摺接により研磨される。
【００５５】
図４は、基板研磨装置の詳細な構成を示す図である。研磨テーブル３は、テーブル軸３ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１３に連結されており、そのテーブル軸３ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル３の上面には研磨パッド２が貼付されている。テーブルモータ１３により研磨テーブル３を回転させることにより、研磨面２ａはトップリング１に対して相対的に移動する。したがって、テーブルモータ１３は、研磨面２ａを水平方向に移動させる研磨面移動機構を構成する。
【００５６】
トップリング１は、ヘッドシャフト１１に接続されており、このヘッドシャフト１１は、上下動機構２７によりヘッドアーム１６に対して上下動するようになっている。このヘッドシャフト１１の上下動により、トップリング１の全体をヘッドアーム１６に対して昇降させ、位置決めするようになっている。ヘッドシャフト１１の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。
【００５７】
ヘッドシャフト１１およびトップリング１を上下動させる上下動機構２７は、軸受２６を介してヘッドシャフト１１を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介してヘッドアーム１６に固定されている。
【００５８】
ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。ヘッドシャフト１１は、ブリッジ２８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３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりヘッドシャフト１１およびトップリング１が上下動する。
【００５９】
また、ヘッドシャフト１１はキー（図示せず）を介して回転筒１２に連結されている。この回転筒１２はその外周部にタイミングプーリ１４を備えている。ヘッドアーム１６にはヘッドモータ１８が固定されており、上記タイミングプーリ１４は、タイミングベルト１９を介してヘッドモータ１８に設けられたタイミングプーリ２０に接続されている。したがって、ヘッドモータ１８を回転駆動することによってタイミングプーリ２０、タイミングベルト１９、およびタイミングプーリ１４を介して回転筒１２およびヘッドシャフト１１が一体に回転し、トップリング１がその軸心を中心として回転する。ヘッドモータ１８，タイミングプーリ２０、タイミングベルト１９、およびタイミングプーリ１４は、トップリング１をその軸心を中心として回転させる研磨ヘッド回転機構を構成する。ヘッドアーム１６は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたヘッドアームシャフト２１によって支持されている。
【００６０】
トップリング１は、その下面に基板Ｗを保持できるように構成されている。ヘッドアーム１６はヘッドアームシャフト２１を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持したトップリング１は、ヘッドアーム１６の旋回により基板Ｗの受取位置から研磨テーブル３の上方位置に移動される。トップリング１および研磨テーブル３をそれぞれ回転させ、研磨テーブル３の上方に設けられた研磨液供給ノズル５から研磨パッド２上に研磨液を供給する。トップリング１を下降させ、そして基板Ｗを研磨パッド２の研磨面２ａに押圧する。このように、基板Ｗを研磨パッド２の研磨面２ａに摺接させて基板Ｗの表面を研磨する。
【００６１】
次に、基板保持装置を構成するトップリング１について説明する。図５は、トップリング１の断面図である。図５に示すように、トップリング１は、基板Ｗを研磨面２ａに対して押圧するヘッド本体１０と、基板Ｗを囲むように配置されたリテーナリング４０とを備えている。ヘッド本体１０はヘッドシャフト１１の回転により回転する。また、ヘッドシャフト１１の回転をドライブリング４６がリテーナリングに伝えることで、リテーナリング４０もヘッドシャフト１１の回転により回転する。つまり、ヘッド本体１０およびリテーナリング４０は、ヘッドシャフト１１の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング４０は、ヘッド本体１０とは独立して上下動可能に構成されている。
【００６２】
ヘッド本体１０は、円形のフランジ４１と、フランジ４１の下面に取り付けられたスペーサ４２と、スペーサ４２の下面に取り付けられたキャリア４３とを備えている。フランジ４１は、ヘッドシャフト１１に連結されている。キャリア４３は、スペーサ４２を介してフランジ４１に連結されており、フランジ４１、スペーサ４２、およびキャリア４３は、一体に回転し、かつ上下動する。フランジ４１、スペーサ４２、およびキャリア４３は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。なお、フランジ４１をＳＵＳ、アルミニウムなどの金属で形成してもよい。
【００６３】
キャリア４３の下面には、基板Ｗの裏面に当接する弾性膜４５が取り付けられている。弾性膜４５の下面は、基板Ｗに接触する基板接触面４５ａを構成する。キャリア４３と弾性膜４５との間には圧力室５０が形成されている。圧力室５０はロータリージョイント２５を経由して圧力調整装置６５に接続されており、圧力調整装置６５から加圧流体（例えば加圧空気）が供給されるようになっている。弾性膜４５は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００６４】
圧力室５０は大気開放機構（図示せず）にも接続されており、圧力室５０を大気開放することも可能である。圧力室５０は、さらに真空ポンプにも接続されている。弾性膜４５の基板接触面４５ａには複数の通孔（図示せず）が形成されている。真空ポンプによって圧力室５０内に真空を形成すると、基板接触面４５ａは基板Ｗを真空吸引により保持することができる。基板Ｗを研磨するときは、圧力室５０内に加圧流体（例えば加圧空気）が供給される。基板Ｗは、弾性膜４５の基板接触面４５ａによって研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。
【００６５】
リテーナリング４０は、弾性膜４５の基板接触面４５ａの周囲に配置されている。このリテーナリング４０はねじ９０によってドライブリング４６に接続されている。基板Ｗの研磨中、リテーナリング４０は、基板接触面４５ａによって研磨パッド２に押し付けられている基板Ｗを囲みつつ、研磨パッド２の研磨面２ａを押圧する。基板Ｗはリテーナリング４０によってトップリング１内に保持され、基板Ｗがトップリング１から飛び出すことが防止される。
【００６６】
ドライブリング４６の上部は、環状のリテーナリング押圧機構６０に連結されている。このリテーナリング押圧機構６０は、ドライブリング４６の上面全体に均一な下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング４０の下面全体を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押圧する。
【００６７】
リテーナリング押圧機構６０は、ドライブリング４６の上部に固定された環状のピストン６１と、ピストン６１の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム６２とを備えている。ローリングダイヤフラム６２の内部にはリテーナリング圧力室６３が形成されている。このリテーナリング圧力室６３はロータリージョイント２５を経由して圧力調整装置６５に接続されている。この圧力調整装置６５からリテーナリング圧力室６３に加圧流体（例えば、加圧空気）を供給すると、ローリングダイヤフラム６２がピストン６１を下方に押し下げ、さらに、ピストン６１はドライブリング４６およびリテーナリング４０の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧機構６０は、リテーナリング４０の下面を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押圧する。さらに、圧力調整装置６５によりリテーナリング圧力室６３内に負圧を形成することにより、ドライブリング４６およびリテーナリング４０の全体を上昇させることができる。リテーナリング圧力室６３は大気開放機構（図示せず）にも接続されており、リテーナリング圧力室６３を大気開放することも可能である。
【００６８】
ドライブリング４６は、リテーナリング押圧機構６０に着脱可能に連結されている。より具体的には、ピストン６１は金属などの磁性材から形成されており、ドライブリング４６の上部には複数の磁石（図示せず）が配置されている。これら磁石がピストン６１を引き付けることにより、ドライブリング４６がピストン６１に磁力により固定される。磁力を用いずにピストン６１とドライブリング４６を締結部材等により機械的に連結してもよい。ドライブリング４６は、連結部材７５を介して球面軸受８５に連結されている。この球面軸受８５は、リテーナリング４０の半径方向内側に配置されている。
【００６９】
図６は、ドライブリング４６および連結部材７５を示す平面図である。図６に示すように、連結部材７５は、ヘッド本体１０の中心部に配置された軸部７６と、この軸部７６に固定されたハブ７７と、このハブ７７からから放射状に延びる複数のスポーク７８とを備えている。スポーク７８の一方の端部は、ハブ７７に固定されており、スポーク７８の他方の端部は、ドライブリング４６に固定されている。ハブ７７と、スポーク７８と、ドライブリング４６とは一体に形成されている。ドライブリング４６は、スポーク７８とは別部材として構成されてもよい。
【００７０】
キャリア４３には、複数対の駆動ローラ８０が固定されている。各対の駆動ローラ８０，８０は各スポーク７８の両側に配置されており、各スポーク７８の両面に転がり接触する。キャリア４３の回転は、駆動ローラ８０を介してスポーク７８に伝達され、スポーク７８に接続されているドライブリング４６が回転する。したがって、ドライブリング４６に固定されているリテーナリング４０はヘッド本体１０と一体に回転する。
【００７１】
図５に示すように、軸部７６は球面軸受８５内を縦方向に延びている。連結部材７５の軸部７６は、ヘッド本体１０の中央部に配置された球面軸受８５に縦方向に移動自在に支持されている。図６に示すように、キャリア４３には、スポーク７８が収容される複数の放射状の溝４３ａが形成されており、各スポーク７８は各溝４３ａ内で縦方向に移動自在となっている。
【００７２】
このような構成により、連結部材７５に連結されたドライブリング４６およびリテーナリング４０は、ヘッド本体１０に対して縦方向に移動可能となっている。さらに、ドライブリング４６およびリテーナリング４０は、球面軸受８５により傾動可能に支持されている。リテーナリング４０は基板接触面４５ａおよびこれに押圧されている基板Ｗに対して相対的に傾動可能および上下動可能であり、かつ基板Ｗとは独立して研磨パッド２を押圧可能となっている。
【００７３】
リテーナリング４０はねじ９０によってドライブリング４６と固定される。すなわち、ドライブリング４６には貫通孔が、リテーナリング４０にはネジ穴が、周方向に沿って等間隔に形成されている。そして、ねじ９０はドライブリング４６のねじ穴を貫通してリテーナリング４０まで延び、リテーナリング４０のねじ穴に挿入される。
【００７４】
本実施形態においては、図５に示すように、ドライブリング４６の下面が傾斜している（図２（ａ）に対応）。その結果、ねじ９０によってドライブリング４６に固定されることでリテーナリング４０が変形し、その下面が傾斜する。図２（ｂ）や図２（ｃ）と対応するような形状のドライブリング４６を設けてもよい。
【００７５】
このように、第１の実施形態では、ドライブリング４６の下面形状を研磨パッド２とは非平行とし、このようなドライブリング４６とリテーナリング４０とを強固に接続する。これにより、リテーナリング４０の下面はドライブリング４６の下面形状を反映した形状となる。このことを利用して、リテーナリング４０の下面を所望の形状とできる。よって、リテーナリング４０を新品に交換した直後から図１（ｂ１）〜（ｂ３）などの形状を得ることができ、初期の研磨特性を安定させることができる。結果として、ダミーウエハを用いた初期化を少なくすることができ、場合によっては不要となる。
【００７６】
（第２の実施形態）
次に説明する第２の実施形態は、環状のサポートリングを用いてリテーナリング４０をほぼ全周にわたって変形させるものである。
【００７７】
図７は、第２の実施形態に係るトップリング１’の断面を示す模式図である。本実施形態において、ドライブリング４６’の下面は水平であってもよい。そして、本実施形態のトップリング１’は環状のサポートリング９１をシムとして有する。図７（ａ）に示すように、サポートリング９１は、ドライブリング４６’およびリテーナリング４０’に挟み込まれており、具体的には、上部がドライブリング４６’の外周付近に形成された環状の溝４６ｂ（被挿入部）に挿入されてドライブリング４６に接触しており、下部がリテーナリング４０’の外周付近に形成された環状の溝４０ｂ（被挿入部）に挿入されてリテーナリング４０’に接触している。
【００７８】
そして、サポートリング９１の長さは、ドライブリング４６’の溝４６ｂの深さとリテーナリング４０’の溝４０ｂの深さとの和より長い。そのため、そのサポートリング９１の長さ（鉛直方向の長さ）に起因してリテーナリング４０’の外周近辺が押されて変形し、下面の最外周に凸部頂点Ｑ５を持つ形状となる。
【００７９】
なお、図７（ｂ）に示すように、リテーナリング４０’の溝が内周付近に形成される場合、リテーナリング４０’の下面の最内周に凸部頂点Ｑ６が形成される。また、図７（ｃ）に示すように、リテーナリング４０’の溝が中心付近に形成され、その外周側および内周側にねじ９０が設けられる場合、リテーナリング４０’の下面は、最外周および最内周以外の位置、より具体的には最外周と最内周との中心近辺に凸部Ｑ７が形成される。
【００８０】
また、サポートリング９１以外の環状部材がドライブリング４６’とリテーナリング４０’によって挟み込まれてもよい。例えば、全周にわたって、環状部材の一部がドライブリング４６’に係合し、他の一部がリテーナリング４０’と係合してもよい。
【００８１】
このように、第２の実施形態では、サポートリング９１の長さ（より具体的には、サポートリング９１の長さと、溝４６ｂ，４０ｂの深さとの関係）に応じてリテーナリング４０’が変形する。このことを利用して、リテーナリング４０’の下面を所望の形状とできる。また、サポートリング９１は、ドライブリング４６’およびリテーナリング４０’を全周にわたって挟み込む。そのため、ねじなどにより離散的にリテーナリング４０’の下面を変形させるのに比べ、リテーナリング４０’の下面を均一にすることができる。
【００８２】
（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態は、ねじ９０でドライブリング４６とリテーナリング４０とを固定するものであった。これに対し、次に説明する第３の実施形態は、両者を全周にわたって固定するものである。
【００８３】
図８は、第３の実施形態に係るトップリング１’’の断面を示す模式図であり、図７（ａ）と対応している。ドライブリング４６’’の下面（リテーナリング４０’’側の面）には環状の凹部４６ａが全周にわたって形成されている。また、リテーナリング４０’’の上面（ドライブリング４６’’側の面）には、ドライブリング４６’’の凹部４６ａと対向する位置において、環状の凹部４０ａが全周にわたって形成されている。凹部４０ａの内側側面には、周方向にねじ溝４０ｂが形成されている。
【００８４】
凹部４０ａ，４６ｂには、環状のねじリング９４が嵌め込まれている。すなわち、ねじリング９４の上部はドライブリング４６’’の凹部４６ａに埋設されており、その下部はリテーナリング４０’’の凹部４０ａに突出している。
【００８５】
ねじリング９４はねじ９５によってドライブリング４６’’に固定されている。また、ねじリング９４の下部には周方向にねじ溝９４ａが形成されており、リテーナリング４０’’のねじ溝４０ｂと係合することで、リテーナリング４０’’にも固定されている。したがって、ねじリング９４により、ドライブリング４６’’とリテーナリング４０’’とが固定される。
【００８６】
なお、ねじリング９４は必ずしも全周にわたって延びていなくてもよく、一部が途切れていてもよい。また、ねじリング９４より外周側および／または内周側において、ドライブリング４６’’とリテーナリング４０’’との間にＯリングなどのシール部材（不図示）を設けてもよい。
【００８７】
このように、第３の実施形態では、ドライブリング４６’’とリテーナリング４０’’とをほぼ全周わたって延びるねじリング９４によって固定する。そのため、ねじ９０で離散的に固定する場合に比べて、リテーナリング４０の下面をより均一にすることができる。
【００８８】
なお、図２や図７（ｂ），（ｃ）に示すトップリング１，１’においても、ねじ９０に代えてねじリング９４を用いるようにすることもできる。
【００８９】
（第４の実施形態）
次に説明する第４の実施形態は、２重構造のリテーナリング、すなわち、リテーナリングが内側リングおよび外側リングから構成されるものである。
【００９０】
図９は、第４の実施形態に係るトップリング１’’’の断面を示す模式図である。図９は図２の変形例であるので、図２との相違点を主に説明する。図９（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のリテーナリング４００は、内側リテーナリング４０１と、外側リテーナリング４０２とから構成される。内側リテーナリング４０１は基板Ｗの周縁を保持するように構成され、外側リテーナリング４０２は内側リテーナリング４０１の外側に設けられる。
【００９１】
内側リテーナリング４０１と外側リテーナリング４０２は、材質や性質が異なっていてもよい。例えば、内側リテーナリング４０１は基板Ｗと直接接触するため、基板Ｗの破損を防ぐために、外側リテーナリング４０２より硬度が低い材料で形成されてもよい。また、外側リテーナリング４０２は研磨パッド押圧されるため、内側リテーナリング４０１より耐摩耗性が高い材料で形成されてもよい。具体例として、内側リテーナリング４０１は樹脂製であり、外側リテーナリング４０２は金属製であってもよい。また、内側リテーナリング４０１および外側リテーナリング４０２は、上下方向の位置を独立に調整できるのが望ましい。
【００９２】
図９（ａ）に示すドライブリング４６０は、内側ドライブリング４６１と、外側ドライブリング４６２とから構成される。内側ドライブリング４６１および外側ドライブリング４６２が、それぞれ内側リテーナリング４０１および外側リテーナリング４０２に固定される。
【００９３】
そして、第１の実施形態と同様に、内側ドライブリング４６１および／または外側ドライブリング４６２の下面形状に応じて、内側リテーナリング４０１および／または外側リテーナリング４０２の下面が変形する。すなわち、内側ドライブリング４６１および／または外側ドライブリング４６２の下面が凸部を持つことで、内側リテーナリング４０１および／または外側リテーナリング４０２の下面を所望の形状にすることができる。
【００９４】
なお、図９（ａ）は例示であり、内側ドライブリング４６１および／または外側ドライブリング４６２の適切な位置に凸部を設けることで、内側リテーナリング４０１の最内周に凸部頂点を持つようにしてもよいし、内側リテーナリング４０１の最外周（つまり外側リテーナリング４０２と接する位置）に凸部頂点を持つようにしてもよいし、外側リテーナリング４０２の最外周に凸部頂点を持つようにしてもよいし、外側リテーナリング４０２の最内周（つまり内側リテーナリング４０１と接する位置）に凸部頂点を持つようにしてもよい。
【００９５】
また、基板Ｗに近い内側リテーナリング４０１の形状が基板Ｗの研磨特性に大きな影響を与える場合には、内側ドライブリング４６１のみを、下面に凸部を持つようにしてもよい。
【００９６】
図９（ｂ）に示すドライブリング４６０は内側リテーナリング４０１および外側リテーナリング４０２の両方に固定される。このようなドライブリング４６０の下面形状によって、内側リテーナリング４０１および／または外側リテーナリング４０２の下面の任意の位置において凸部を持つようにしてもよい。
【００９７】
図１０は、第４の実施形態に係るトップリング１’’’の断面を示す模式図である。図１０は図７の変形例であるので、図７との相違点を主に説明する。
【００９８】
図１０（ａ）では、図９（ａ）と同様、ドライブリング４６０が内側ドライブリング４６１および外側ドライブリング４６２から構成される。そして、内側ドライブリング４６１および内側リテーナリング４０１’に挿入されるサポートリング９１によって、内側リテーナリング４０１’を変形させている。もちろん、外側ドライブリング４６２および外側リテーナリング４０２にサポートリング９１を挿入して、外側リテーナリング４０２を変形させてもよい。また、内側リテーナリング４０１’および外側リテーナリング４０２の両方を変形させてもよい。これにより、リテーナリング４００’の下面の任意の位置に凸部を形成することができる。
【００９９】
図１０（ｂ）では、図９（ｂ）と同様、１つのドライブリング４６０に内側リテーナリング４０１および外側リテーナリング４０２の両方が固定される。やはり、サポートリング９１により、リテーナリング４００’の下面の任意の位置に凸部を形成することができる。
【０１００】
このように、第４の実施形態では、内側リテーナリング４０１および外側リテーナリング４０２からなる二重リテーナリング４００，４００’を用いた場合において、リテーナリング４０の下面を所望の形状とする。そのため、初期の研磨特性を安定させることができる。
【０１０１】
なお、上述した第２乃至第４の実施形態において、環状部材であるサポートリング９１は、トップリング１から容易に取り外しや交換が可能である。交換可能なサポートリング９１の形状は、使用済みリテーナリング４０’（リテーナリング４０’’あるいはリテーナリング４００’、以下同じ）の下面形状に合わせて適切に定めることができる。すなわち、ドライブリング４６’に新品のリテーナリング４０’を固定したときに、その下面形状が使用済みリテーナリング４０’の形状に近くなるよう、サポートリング９１の形状を定めてもよい。
【０１０２】
例えば、使用済みリテーナリング４０の下面中央付近にわずかな凸部が形成されていた場合、図８（ｃ）においてやや長めのサポートリング９１を用いればよい。
【０１０３】
別の例として、使用済みリテーナリング４０’の下面中央付近に大きな凸部が形成されていた場合、図８（ｃ）においてかなり長めのサポートリング９１を用いればよい。
【０１０４】
長さが最適な（つまり、ドライブリング４６’に新品のリテーナリング４０’を固定したときに、その下面形状が使用済みリテーナリング４０’の形状に近くなるよう）サポートリング９１を都度作製してもよいし、予め用意された長さが異なる複数のサポートリング９１のうち、最適な（つまり、ドライブリング４６’に新品のリテーナリング４０’を固定したときに、その下面形状が使用済みリテーナリング４０’の形状に最も近くなる）ものを選択して用いてもよい。
【０１０５】
また、ドライブリング４６が交換可能である場合などには、使用済みリテーナリング４０の下面形状に合わせてドライブリング４６の形状を適宜定めてもよい。また、サポートリング９１の位置を図７（ａ）〜（ｃ）などで選択できる場合には、その位置を定めてもよい。
【０１０６】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【０１０７】
１，１’，１’’ ，１’’’  トップリング
２  研磨パッド
２ａ  研磨面
３  研磨テーブル
５  研磨液供給ノズル
１０  ヘッド本体
１１  ヘッドシャフト
４０，４０’，４０’’ ，４００，４００’  リテーナリング
４０１  内側リテーナリング
４０２  外側リテーナリング
４０ａ  ねじ穴
４０ｂ  ねじ溝
４６，４６’，４６’’，４６０  ドライブリング
４６１  内側ドライブリング
４６２  外側ドライブリング
４６ａ  凹部
４６ｂ  溝
９０，９５  ねじ
９１  サポートリング
９４  ねじリング
９４ａ  ねじ溝
Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ３’，Ｑ１〜Ｑ７  凸部
Ｗ  基板
【図１】
0006392193.tif 000002
【図２】
0006392193.tif 000003
【図３】
0006392193.tif 000004
【図４】
0006392193.tif 000005
【図５】
0006392193.tif 000006
【図６】
0006392193.tif 000007
【図７】
0006392193.tif 000008
【図８】
0006392193.tif 000009
【図９】
0006392193.tif 000010
【図１０】
0006392193.tif 000011