JP2001260012A - ウェーハ研磨用ヘッド及びこれを用いた研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置スペースの小さいウェーハ研磨用ヘッド
及びこれを用いた研磨装置を提供する。 【解決手段】 ヘッド本体２に対してダイヤフラム５を
介してサブキャリア６（フローティング部８）をフロー
ティング支持するウェーハ研磨用ヘッド１において、ヘ
ッド本体２の外径よりもサブキャリア６の外径を大きく
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハな
どのウェーハ表面を研磨する装置に用いられるウェーハ
研磨用ヘッド及びこれを用いた研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造装置の高集積化に伴う
パターンの微細化が進んでおり、特に多層構造の微細な
パターンの形成が容易かつ確実に行われるために、パタ
ーンが形成される半導体ウェーハ自体及びパターンを形
成する過程における半導体ウェーハの表面を極力平坦化
させることが重要となってきている。例えば、パターン
の形成は光リソグラフィを用いて行っているが、パター
ンが微細化するにつれて光リソグラフィの焦点深度は浅
くなる。そして、パターンの精度を確保するため、また
露光時の焦点調節を容易にするためには、ウェーハ表面
での凹凸の差を焦点深度以下に納められるようにするこ
と（平坦化すること）が要求される。また、ベアウェー
ハの研磨においても、ウェーハの大径化に伴い、平坦化
への要求が厳しくなってきている。その場合、半導体ウ
ェーハ（以下、単にウェーハという）の表面を研磨する
ために平坦化の度合いが高い化学的機械的研磨法（ＣＭ
Ｐ法）が脚光を浴びている。

【０００３】ＣＭＰ法とは、ＳｉＯ₂を用いたアルカリ
性スラリーやＳｅＯ₂を用いた中性スラリー、あるいは
Ａｌ₂Ｏ₃を用いた酸性スラリー、砥粒剤等を用いたスラ
リー等（以下、これらを総称して砥粒剤という）を用い
て化学的・機械的にウェーハ表面を研磨し、平坦化する
方法である。そして、ＣＭＰ法を用いてウェーハの表面
を研磨する装置としては、例えば図３に示されるものが
ある。

【０００４】図３において、研磨装置１００は、研磨す
べきウェーハＷを保持したウェーハ研磨用ヘッド１０１
と、円盤状に形成されたプラテン１０３上面に全面にわ
たって貼付された研磨パッド１０２とを備えている。こ
のうちウェーハ研磨用ヘッド１０１は、ヘッド駆動機構
であるカルーセル１０４下部に複数取り付けられたもの
であり、スピンドル１１１によって回転可能に支持さ
れ、研磨パッド１０２上で遊星回転されるようになって
いる。なおこの場合、プラテン１０３の中心位置とウェ
ーハ研磨用ヘッド１０１の公転中心とを偏心させて設置
することも可能である。

【０００５】プラテン１０３は、基台１０５の中央に水
平に配置されており、この基台１０５内に設けられたプ
ラテン駆動機構１０６により軸線まわりに回転されるよ
うになっている。基台１０５の側方には支柱１０７が設
けられているとともに、支柱１０７の間には、カルーセ
ル駆動機構１１０を支持する上側取付板１０９が配置さ
れている。カルーセル駆動機構１１０は、下方に設けら
れたカルーセル１０４を軸線まわりに回転させる機能を
有している。

【０００６】基台１０５からは、突き合わせ部１１２が
上方に突出するように配置されており、突き合わせ部１
１２の上端には、間隔調整機構１１３が設けられてい
る。一方、突き合わせ部１１２の上方には、係止部１１
４が対向配置されている。この係止部１１４は、上側取
付板１０９に固定されるとともに、上側取付板１０９か
ら下方に突出する構成となっている。そして、この間隔
調整機構１１３を調節し、突き合わせ部１１２と係止部
１１４とを当接させることにより、ウェーハ研磨用ヘッ
ド１０１と研磨パッド１０２との距離寸法を適切なもの
としている。そして、ウェーハ研磨用ヘッド１０１に保
持されたウェーハＷと研磨パッド１０２表面とを当接さ
せるとともに、カルーセル１０４とプラテン１０３とを
回転させることによってウェーハＷは研磨される。

【０００７】次に、ウェーハ研磨用ヘッド１０１の一例
を図４の正断面図に示す。ウェーハ研磨用ヘッド１０１
は、天板部１２３と天板部１２３の外周下方に設けられ
た筒上の周壁部１２４とからなるヘッド本体１２２と、
ヘッド本体１２２内に張られたダイヤフラム１２５と、
ダイヤフラム１２５とヘッド本体１２２との間に形成さ
れる流体室１３４内の圧力（例えば空気圧等）を調整す
る圧力調整機構１３８と、ダイヤフラム１２５に固定さ
れるウェーハＷの一面を保持するためのサブキャリア１
２６と、ダイヤフラム１２５に、サブキャリア１２６の
外周面とヘッド本体１２２の内壁面との間に位置するよ
うに設けられるリテーナリング１２７とを備えている。
ここで、サブキャリア１２６及びリテーナリング１２７
は、ダイヤフラム１２５とともにヘッド軸線方向に変位
可能に設けられている。ダイヤフラム１２５は、例えば
繊維補強ゴムなどの可撓性を有する部材によって構成さ
れる。また、圧力調整機構１３８は、流体室１３４内の
圧力すなわちダイヤフラム１２５とともに変位するサブ
キャリア１２６をヘッド軸線方向に変位させる力を調節
して、サブキャリア１２６に保持されるウェーハＷを研
磨パッド１０２に当接させる圧力を研磨に適した範囲内
に調節するためのものである。

【０００８】このように、サブキャリア１２６とリテー
ナリング１２７とは、ダイヤフラム１２５によってヘッ
ド本体１２２に対してフローティング支持されるフロー
ティング部１２８とされている。すなわち、これらフロ
ーティング部１２８は、ダイヤフラム１２５が流体室１
３４内の加圧空気の圧力または研磨パッド１０２からフ
ローティング部１２８が受ける当接圧力を受けて変形す
ることで、ダイヤフラム１２５の変形に伴って位置変位
可能に支持されている。

【０００９】ここで、周壁部１２４の内壁の下部には、
全周にわたって段部１２４ａが形成されている。そし
て、ダイヤフラム１２５は、その外周部を、段部１２４
ａの上面と、円環形状をなすダイヤフラム固定リング１
３５との間に挟み込んだ状態で、ダイヤフラム固定ボル
ト１３５ａによってダイヤフラム固定リング１３５ごと
段部１２４ａに螺着されることで、ヘッド本体１２２に
取り付けられている。そして、サブキャリア１２６及び
リテーナリング１２７は、それぞれダイヤフラム１２５
の上面に配置されるキャリア固定リング１３６及びリテ
ーナリング固定リング１３７に対して、間にダイヤフラ
ム１２５を挟み込んだ状態でそれぞれキャリア固定ボル
ト１３６ａ、リテーナリング固定ボルト１３７ａによっ
て螺着されることで、ダイヤフラム１２５の下面に取り
付けられている。なお、これらダイヤフラム固定ボルト
１３５ａ、キャリア固定ボルト１３６ａ、リテーナリン
グ固定ボルト１３７ａは、ダイヤフラム１２５に設けら
れたボルト挿通孔ｈを通じてダイヤフラム１２５の上下
に挿通されている。

【００１０】このウェーハ研磨用ヘッド１０１を用いた
ウェーハの研磨作業は、図示せぬインサート等を介して
サブキャリア１２６に付着固定されたウェーハＷを、研
磨パッド１０２に当接させて行う。ウェーハＷを研磨パ
ッド１０２に当接させる圧力は、流体室１３４に供給す
る空気の圧力を変化させることで調整可能となってい
る。このようにして上記従来の研磨装置１００は、ウェ
ーハＷの当接圧力の均一化を図ることができ、ウェーハ
研磨面の均一性を向上させている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】研磨装置１００におい
ては、ウェーハ研磨用ヘッドを多数設置し、同時に多数
のウェーハＷの研磨を行うことで、ウェーハＷの製造コ
ストの低減を図っている。そして、さらなる製造コスト
の低減のために、ウェーハ研磨用ヘッド１０１の設置数
を増やすことが要求されている。近年はウェーハＷが大
型化し、同時に研磨できるウェーハＷの枚数が少なくな
ってきているので、この要求はより切実なものとなって
いる。しかし、従来のウェーハ研磨用ヘッド１０１は、
ウェーハＷを保持するフローティング部１２８をヘッド
本体１２２の開口部でダイヤフラム１２５を介してフロ
ーティング支持しており、フローティング部１２８の外
周にヘッド本体１２２が大きく張り出す構造となってい
る。このように、ウェーハ研磨用ヘッド１０１は大きな
設置スペースが必要で、設置数を増やすことは困難であ
るのが現状である。

【００１２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、設置スペースの小さいウェーハ研磨用ヘッド
及びこれを用いた研磨装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載のウェーハ研磨用ヘッドにお
いては、プラテン上に貼付された研磨パッドにウェーハ
の一面を当接させてこれらを相対移動させることで前記
ウェーハを研磨する研磨装置に用いられて、前記ウェー
ハを保持して前記研磨パッドに当接させるウェーハ研磨
用ヘッドであって、天板部と該天板部の外周下方に設け
られた筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、前記ヘッ
ド本体内に張られたダイヤフラムと、該ダイヤフラム
に、このダイヤフラムとともに前記ヘッド軸線方向に変
位可能に設けられて前記ウェーハを保持するフローティ
ング部と、前記ヘッド本体と前記フローティング部との
間の、前記ダイヤフラムによって外部と仕切られてなる
第一の流体室の内圧を調整する第一の圧力調整機構とを
備え、前記フローティング部は、前記ヘッド本体と略同
心にして設けられ、外径が前記ヘッド本体の外径よりも
大きい大略円盤形状をなしていることを特徴とする。

【００１４】このように構成されるウェーハ研磨用ヘッ
ドにおいては、ヘッド本体の外径に対して、ウェーハを
保持するフローティング部の外径が大きいので、ウェー
ハ研磨用ヘッドのウェーハの外側への張り出しをなくし
てウェーハ保持ヘッドの設置スペースを小さくすること
ができる。ここで、従来のウェーハ研磨用ヘッドでは、
ヘッド本体に対してフローティング部をダイヤフラムに
よってフローティング支持する関係上、フローティング
部とヘッド本体との間には、外部に通じる隙間が形成さ
れる（フローティング部をサブキャリアとリテーナリン
グとによって構成し、これらをそれぞれ独立してダイヤ
フラムに取り付ける場合にはサブキャリアとリテーナリ
ングとの間にも隙間が形成される）。この隙間は、フロ
ーティング部がヘッド本体に対して相対的に移動する際
に、ダイヤフラムの変形によって容積が変化してその内
圧が変化するので、場合によっては研磨パッド上の砥粒
剤やその他の異物が隙間内に吸い込まれてしまう。ま
た、この隙間には、毛細管現象によっても砥粒剤やその
他の異物が吸い込まれてしまう。そして、研磨を続ける
うちに、砥粒剤が変質して固形物や半固形物を生じ、こ
の砥粒剤やその他の異物が再び研磨パッド上に吐き出さ
れて、ウェーハにスクラッチ等の損傷を生じさせたり、
研磨レートを悪化させたり、均一な研磨を阻害する原因
となる。そのため、定期的にウェーハ研磨用ヘッドを分
解して洗浄する必要があった。本発明のウェーハ研磨用
ヘッドでは、フローティング構造によって形成される隙
間（フローティング部の移動に伴って容積が変化する隙
間）は、フローティング部上面とヘッド本体との間に形
成されており、研磨パッドから離間されている。また、
この隙間の開口部と研磨パッドとの間はフローティング
部の外周部によって遮られているので、隙間内に異物が
吸い込まれにくくなる。これにより、ウェーハにスクラ
ッチ等の損傷を生じにくくすることができ、またウェー
ハ研磨用ヘッドにおいてフローティング部をヘッド本体
から取り外して洗浄を行う頻度を低減させて、研磨装置
の稼働率を向上させることができる。

【００１５】請求項２記載のウェーハ研磨用ヘッドにお
いては、前記フローティング部が、前記ヘッド本体と略
同心にして配置される大略円盤形状のサブキャリアと、
該サブキャリアの外周部分にこのサブキャリアと略同心
にして取り付けられて、ウェーハ研磨時には前記研磨パ
ッドに当接し、前記ウェーハの周囲をおさえて係止する
リテーナリングとを有しており、前記サブキャリアの下
面には、可撓性を有し、前記サブキャリアの下面との間
に第二の流体室を形成するとともに下面で前記ウェーハ
を受ける膜体が設けられ、前記サブキャリアには、前記
第二の流体室内の圧力を調整して前記ウェーハを前記研
磨パッドに向けて押圧する力を調整する第二の圧力調整
機構が接続されていることを特徴とする。

【００１６】このように構成されるウェーハ研磨用ヘッ
ドにおいては、サブキャリアの下面には、ウェーハを受
ける膜体が設けられており、これらの間には第二の流体
室が形成されている。そして第二の流体室内の圧力を第
二の圧力調整機構によって調節することで、ウェーハを
研磨パッドに向けて押圧する力を調整するようになって
いる。すなわち、このウェーハ保持ヘッドに保持される
ウェーハは、膜体によってフローティング支持されるよ
うになっているので、リテーナリングがサブキャリアに
固定されていてサブキャリアに対してフローティング支
持されていない構造でも、リテーナリングとウェーハと
を独立してフローティング支持することができ、ウェー
ハの研磨を良好に行うことができる。そして、リテーナ
リングをサブキャリアにフローティング支持する構造が
不要なので、研磨パッドに面する部分からフローティン
グ構造によって形成される隙間（異物が吸い込まれる隙
間）を無くすことができる。また、リテーナリングは、
研磨時に常に研磨パッドに当接されて損耗する消耗品で
ある。従来のウェーハ研磨用ヘッドはリテーナリングが
ダイヤフラムに固定されていて、リテーナリングを交換
するには一旦ウェーハ研磨用ヘッドを分解する必要があ
るので、メンテナンス作業に時間がかかり、研磨装置の
稼働率が頭打ちとなっているのが現状である。ここで、
ウェーハ研磨用ヘッドごと交換すればメンテナンスに要
する時間を短縮することができるが、この場合には予備
のウェーハ研磨用ヘッドを用意しておく必要があり、コ
ストアップの要因となる。本発明のウェーハ研磨用ヘッ
ドにおいては、リテーナリングはサブキャリアに取り付
けられているので、ウェーハ研磨用ヘッドを分解せずに
リテーナリングを交換することができる。

【００１７】請求項３記載のウェーハ研磨用ヘッドにお
いては、前記フローティング部は、外径が前記ヘッド本
体の外径よりも大きく、該ヘッド本体と略同心にして配
置される大略円盤形状のサブキャリアと、該サブキャリ
アの外周部分にこのサブキャリアと略同心にして取り付
けられて、ウェーハ研磨時には前記研磨パッドに当接
し、前記ウェーハの周囲をおさえて係止するリテーナリ
ングとを有しており、前記サブキャリアにおいて前記ヘ
ッド本体の外周に張り出す部分が第一の張り出し部とさ
れ、前記リテーナリングは、前記サブキャリアに対し
て、前記第一の張り出し部の上面側からボルト止めされ
ることによって取り付けられていることを特徴とする。

【００１８】このように構成されるウェーハ研磨用ヘッ
ドにおいては、リテーナリングは、サブキャリアに対し
て、ヘッド本体の外周側に張り出す第一の張り出し部の
上面側からボルト止めによって固定されるので、サブキ
ャリアへのリテーナリングの着脱が容易となる。そし
て、リテーナリングをサブキャリアに固定するボルトが
サブキャリアの上面にあって研磨パッドから離間してお
り、またボルトと研磨パッドとの間は第一の張り出し部
によって遮られているので、ボルト由来の金属汚染（ボ
ルトから溶けだした金属による汚染）を低減することが
できる。また、第一の張り出し部にカバーを設けてボル
トの周囲を覆うことで、ボルト由来の金属汚染をさらに
効果的に低減することができる。

【００１９】請求項４記載のウェーハ研磨用ヘッドにお
いては、前記フローティング部において、前記ヘッド本
体の外周側に張り出す部分が第一の張り出し部とされ、
該第一の張り出し部の上面に、前記ヘッド本体と前記フ
ローティング部との間の隙間を側方から覆うカバーが設
けられていることを特徴とする。このように構成される
ウェーハ研磨用ヘッドにおいては、ヘッド本体とフロー
ティング部との間に形成される隙間が、フローティング
部の第一の張り出し部に設けられるカバーによって側方
を覆われているので、隙間内に異物が吸い込まれにくく
なる。また、第一の張り出し部にカバーが設けられるこ
とによって隙間内への空気の出入り口は上方に向くこと
となり、さらに異物を吸い込みにくくなるとともに、も
しカバーによって覆われる空間内に異物を吸い込んだと
しても、異物は重力によってカバーに覆われる空間内に
向けて引き戻されるので、異物が外部に吐き出されにく
くなる。

【００２０】請求項５記載のウェーハ研磨用ヘッドにお
いては、前記フローティング部が、前記ダイヤフラムに
対して剛性を有する中間部材を介して取り付けられてお
り、前記フローティング部は、前記中間部材に対して着
脱を可能にして取り付けられていることを特徴とする。

【００２１】従来のウェーハ研磨用ヘッドのようにフロ
ーティング部をダイヤフラムに直接取り付けているウェ
ーハ研磨用ヘッドでは、一旦ウェーハ研磨用ヘッドを分
解しなければフローティング部を取り外すことはできな
かった。また、ダイヤフラムは可撓性を有しているの
で、フローティング部を取り付ける際に歪みが生じた
り、フローティング部が最初に設定した組付位置からず
れてしまいやすい。そして、フローティング部の組付精
度は、作業者や作業条件によって異なってくるので、こ
れらの組付精度を一定とすることは困難で、ウェーハの
加工精度を安定させることが困難となっているのが現状
である。本発明のウェーハ研磨用ヘッドにおいては、フ
ローティング部が中間部材を介してダイヤフラムに取り
付けられているので、ウェーハ研磨用ヘッドを分解する
ことなく、ヘッド本体にフローティング部を着脱するこ
とができる。また、中間部材が剛性を有しているので、
ウェーハ研磨用ヘッドを組み立てる際に、従来のように
フローティング部を可撓性を有するダイヤフラムに直接
組付ける場合に比べて、フローティング部の組付精度が
安定する。そして、ダイヤフラムに対する中間部材の組
付精度を確保しておけば、フローティング部を再度装着
する際にも簡単な調整だけでフローティング部の組付精
度を確保することが可能となる。また、中間部材はフロ
ーティング部のヘッド軸線方向の位置を調節するスペー
サとして用いることもできる。すなわち、中間部材を、
そのスペーサとなる部分の厚みの異なる中間部材と交換
することで、例えば研磨するウェーハの厚みに合わせ
て、フローティング部のウェーハ保持位置の調整をする
ことができる。そして、中間部材においてスペーサとな
る部分の厚みを表示する表示部を設けることで、フロー
ティング部のセッティングを目視によって確認すること
ができ、調整ミスを低減することができる。ここで、表
示部は中間部材の一部のみである必要はなく、例えば中
間部材の全面を表示部とすることができる。そして、ス
ペーサとなる部分の厚み（ヘッド本体とフローティング
部との間の距離やこれらの相対位置、もしくは対応する
ウェーハの厚みとして表すこともできる）は、数値や目
印の数、形状などで表したり、スペーサとなる部分の厚
みに応じて中間部材を色分けするなどして示すことがで
きる。そして、この表示部を、中間部材においてウェー
ハ研磨用ヘッドの外部に露出される部分（例えば後述す
る第二の張り出し部の外周部）に設けることで、フロー
ティング部のセッティングをより容易に確認することが
できる。また、例えば中間部材を、外径がヘッド本体よ
りも大きく、ヘッド本体と略同心にして設けられる大略
円盤形状に形成し、中間部材においてヘッド本体の外周
に張り出す部分を第二の張り出し部として、フローティ
ング部を、中間部材に対して、第二の張り出し部の上面
からボルト止めすることによって取り付けてもよい。こ
れによって中間部材に対するフローティング部の着脱が
容易となり、またフローティング部を中間部材に固定す
るボルトが中間部材の上面にあって研磨パッドから離間
しており、またボルトと研磨パッドとの間は第二の張り
出し部によって遮られているので、ボルト由来の金属汚
染（ボルトから溶けだした金属による汚染）を低減する
ことができる。また、第二の張り出し部の上面に、ヘッ
ド本体と中間部材との間の隙間を側方から覆うカバーを
設けてもよい。これによって、ヘッド本体と中間部材と
の間に形成される隙間が、中間部材の第二の張り出し部
に設けられるカバーによって側方を覆われているので、
隙間内に異物が吸い込まれにくくなる。また、第二の張
り出し部にカバーが設けられることによって隙間内への
空気の出入り口は上方に向くこととなり、さらに異物を
吸い込みにくくなるとともに、もしカバーによって覆わ
れる空間内に異物を吸い込んだとしても、異物が外部に
吐き出されにくくなる。そして、このカバーによって中
間部材にフローティング部を固定するボルトを覆うこと
でボルト由来の金属汚染をさらに効果的に低減すること
ができる。

【００２２】請求項６記載の研磨装置においては、表面
に研磨パッドが貼付されたプラテンと、研磨すべきウェ
ーハの一面を保持して他面を前記研磨パッドに当接させ
るウェーハ研磨用ヘッドとを備え、前記ウェーハを前記
研磨パッドに当接させた状態で前記プラテンと前記ウェ
ーハとを相対移動させることで該ウェーハの研磨を行う
研磨装置であって、前記ウェーハ研磨用ヘッドとして、
請求項１から５のいずれかに記載のウェーハ研磨用ヘッ
ドを用いることを特徴とする。

【００２３】このように構成される研磨装置において
は、上記請求項１から５のいずれかに記載のウェーハ研
磨用ヘッドのもたらす作用を得てウェーハの研磨を行う
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】〔第一の実施の形態〕以下、本発
明の第一の実施の形態におけるウェーハ研磨用ヘッド及
びこれを用いた研磨装置について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第一の実施の形態のウェーハ研磨用
ヘッドを示す正断面図である。本発明の研磨装置は、例
えば図３に示す従来の研磨装置１００とほぼ同様の構成
からなるものであって、ウェーハ研磨用ヘッドとして本
発明のウェーハ研磨用ヘッド１を用いたものである。

【００２５】図１において、ウェーハ研磨用ヘッド１
は、天板部３及び筒状に形成された周壁部４とからなる
ヘッド本体２と、ヘッド本体２内に張られたダイヤフラ
ム５と、ダイヤフラム５の下面にヘッド本体２と略同心
にして固定される大略円盤形状のサブキャリア６と、サ
ブキャリア６の外周下部にサブキャリア６と略同心にし
て設けられた円環状のリテーナリング７とを備えてい
る。サブキャリア６は、その外径がヘッド本体２の外径
よりも大きく、下面に張られた膜体２７（後述）を介し
てウェーハＷの一面を保持するものである。リテーナリ
ング７は、研磨時には研磨パッド１０２の表面に当接
し、ウェーハＷの周囲をおさえて係止する他、研磨パッ
ド１０２の表面に適切な力で押圧されることで、ウェー
ハＷの周辺での研磨パッド１０２の変形を低減させ、研
磨されるウェーハＷの周辺だれ（ふちだれ）を防止する
ものである。これらサブキャリア６及びリテーナリング
７は、ダイヤフラム５の弾性変形によってヘッド軸線方
向に移動可能となるようフローティング支持されるフロ
ーティング部８を構成している。

【００２６】ヘッド本体２は、円板状の天板部３と、天
板部３の外周下方に固定された筒状の周壁部４とによっ
て構成されており、ヘッド本体２の下端部は開口されて
中空になっている。天板部３は、研磨装置１のスピンド
ル１１１に連結されるためのシャフト部９に同軸に固定
されている。シャフト部９には、第一、第二の流路１１
ａ、１１ｂが鉛直方向に形成されている。天板部３の下
面には、ヘッド軸線方向に延在するストッパーボルト１
２が設けられている。ストッパーボルト１２の下端に
は、側方に突出させて、サブキャリアに設けられる内フ
ランジ６ｂ（後述）と係合され得る段部１２ａが設けら
れている。また、周壁部４の内壁下部には全周にわたっ
て段部４ａが形成されている。そして、本実施の形態で
は、周壁部４の外周面には、ヘッド本体２とフローティ
ング部８との間に形成される隙間ｋ内に異物が侵入しな
いようにこの隙間ｋを覆う大略円環形状のカバー１３が
設けられている。カバー１３は、例えば周壁部４の外周
面に対してボルト止め等によって固定される基部１３ａ
と、基部１３ａの外周側の下方に張り出し、サブキャリ
ア６の外周面まで回り込んでこれを覆うカバー部１３ｂ
を有している。カバー１３を周壁部４に固定するボルト
ｂとしては、金属汚染を招かないように、例えば樹脂製
のものを用いることができる。

【００２７】ダイヤフラム５は、例えば繊維補強ゴムな
どの可撓性を有する部材によって構成されており、内周
側が開口される円環形状をなしている。ダイヤフラム５
は、その外周部を略円環形状をなすダイヤフラム固定リ
ング１５と周壁部４の段部４ａの上面との間に挟み込ん
だ状態で、ダイヤフラム固定リング１５をダイヤフラム
固定ボルト１５ａによって段部４ａに螺着することで、
ヘッド本体２に取り付けられている。

【００２８】また、ヘッド本体２とサブキャリア６との
間の、ダイヤフラム５によって外部と仕切られてなる空
間は第一の流体室１４とされており、第一の流体室１４
は、シャフト部９に形成された第一の流路１１ａを通じ
て第一の圧力調整機構１６に接続されている。第一の圧
力調整機構１６は、第一の流体室１４内に流体（例えば
空気）を供給または排出することによって第一の流体室
１４の内圧を調整するものであって、これによってダイ
ヤフラム５の変形とともに変位するフローティング部８
をヘッド軸線方向に変位させる力を調節している。第一
の圧力調整機構１６は、フローティング部８において研
磨パッド１０２に当接されるリテーナリング７を研磨パ
ッド１０２に押し付ける力の調節を主目的としている。

【００２９】第一の流体室１４内には、シャフト部９に
形成された第二の流路１１ｂとサブキャリア６に形成さ
れた流通孔２４（後述）とを接続する配管１７が設けら
れている。配管１７は少なくとも一部が可撓性を有する
素材からなるものであって、この可撓性を有する素材か
らなる部分は、ダイヤフラム５の変形に伴うサブキャリ
ア６のヘッド軸線方向の変位を許容するよう、適度に弛
みをもって設けられている。また第二の流路１１ｂには
第二の圧力調整機構１８が接続されている。

【００３０】サブキャリア６は、例えばセラミック、ま
たはより軽量なアルミ材等の高剛性材料からなるもので
あって、その外径がヘッド本体２の外径よりも大きい大
略円盤形状をなしている。サブキャリア６においてヘッ
ド本体２よりも外周側に張り出す部分は、第一の張り出
し部２１とされる。サブキャリア６の上面のうち、ヘッ
ド本体２の開口部分内に位置する部分には、サブキャリ
ア６と略同心にして、ヘッド本体２内に収容される略リ
ング状の突部６ａが形成されている。また、突部６ａの
内周側には上側凹部ｃが形成されており、外周側に比べ
て一段低く形成されている。そして、上側凹部ｃによっ
てサブキャリア６の上部に形成される空間も第一の流体
室１４とされている。突部６ａは、ダイヤフラム５の上
面に配置される略円環形状をなすキャリア固定リング２
２に対して、ダイヤフラム５を挟み込んだ状態でキャリ
ア固定ボルト２２ａによって螺着されており、これによ
ってサブキャリア６はダイヤフラム５の下面に取り付け
られる。ここで、突部６ａがサブキャリア６の上面（外
周側の上面）から突出する高さは、ヘッド本体２の段部
４ａの、ヘッド軸線方向の厚みよりも大きくとられてお
り、これによってサブキャリア６の上面と周壁部４の下
端との間には、サブキャリア６のヘッド軸線方向への変
位を許容する隙間ｋが形成されている。

【００３１】また、この突部６ａの上部には、内周側に
向けて張り出して、内フランジ６ｂが全周にわたって形
成されている。内フランジ６ｂは、ヘッド本体２内に設
けたストッパーボルト１２の段部１２ａと係合され得る
ものであって、ダイヤフラム５が下方にたわんでも、内
フランジ６ｂとストッパーボルト１２の段部１２ａとが
係合することで、サブキャリア６のヘッド軸線方向の変
位を適正範囲内に規制し、ダイヤフラム５に過剰な負荷
が加わらないようにしている。また、突部６ａの外周側
の側面６ｃはサブキャリア６の軸線に略平行な面とさ
れ、ヘッド本体２の周壁部４の内周面との間にわずかな
隙間をもって設けられている。側面６ｃは、周壁部４の
内周面に対して、ヘッド軸線方向に摺動され得るように
なっており、これによってサブキャリア６のヘッド軸線
方向への変位を許容しつつ、ヘッド軸線に直交する方向
への変位を規制している。ここで、突部６ａの上部は、
下部に対して外径が狭められており、これによって周壁
部４との間に、サブキャリア６がヘッド軸線方向に変位
する際のダイヤフラム５の変形を許容する空間を確保し
ている。

【００３２】サブキャリア６の下面には、サブキャリア
６と略同心にして略円形の下側凹部２３が形成されてい
る。また、サブキャリア６の外周下部には、全周にわた
って切り欠きが形成されており、これによってサブキャ
リア６の軸線に略直交して下方を向く第一取付面２４
と、サブキャリア６の軸線に略平行で外周側を向く第二
取付面２５が形成されている。これら第一、第二取付面
２４、２５には、リテーナリング７が着脱を可能にして
取り付けられる。ここで、サブキャリア６に対してリテ
ーナリング７をボルト止めする構造を採用する場合に
は、第一の張り出し部２１には上下に貫通してボルト挿
通孔２１ａが形成される。そしてリテーナリング７は、
このボルト挿通孔２１ａに挿通されるリテーナリング固
定ボルト２１ｂによってサブキャリア６に固定される。
このボルト挿通孔２１ａは、第一の張り出し部２１の全
周に例えば等間隔をあけて複数形成されており、また、
ヘッド本体１２に取り付けられたカバー１３によって覆
われている。

【００３３】ここで、リテーナリング７は、上下の面が
略平行に形成されており、上面７ａをサブキャリア６の
第一取付面２４に取り付けられるようになっている。ま
た、リテーナリング７の内周面７ｂは、上面７ａに対し
て略直交しており、第二取付面２５との間に膜体２７の
外周部２７ａ（後述）を挟み込んでこれを固定するよう
になっている。ここで、リテーナリング７は、上面７ａ
とサブキャリア６の第一取付面２４との間に適当な厚さ
のシムを挟み込んで装着することも可能であり、これに
よってサブキャリア６の下面に張られる膜体２７下面か
らのリテーナリング７の突出量を、研磨するウェーハＷ
の厚みに応じて調整することができる。またリテーナリ
ング７が摩耗してその上下方向の厚みが薄くなっても、
膜体２７下面からのリテーナリング７の突出量を最適な
範囲内に収めて、リテーナリング７の寿命を延ばすこと
ができる。

【００３４】外周側を向く第二取付面２５には、全周に
わたって嵌合溝２６が形成されている。嵌合溝２６は、
その底面の幅に対して開口部側の幅が狭められた形状を
なしており、サブキャリア６の下面に張られる膜体２７
の端縁２７ｂ（後述）がはめ込まれるものである。そし
て、第二取付面２５は、リテーナリング７がサブキャリ
ア６に取り付けられることで、リテーナリング７の内周
面７ｂとの間に膜体２７の外周部２７ａを挟み込んで固
定するようになっている。これによって膜体２７は、サ
ブキャリア６に対して気密に取り付けられている。ここ
で、膜体２７は、例えばダイヤフラム５と同じく繊維補
強ゴムなどの可撓性を有する素材からなり、その外周部
２７ａは、平面状をなす内周部に対して上面側に立ち上
げられ、端縁２７ｂを内周側に向けて折り返された形状
とされている。端縁２７ｂは他の部分に比べて肉厚に形
成されており、これによって端縁２７ｂはサブキャリア
６の嵌合溝２６に係合されるようになっている。

【００３５】サブキャリア６には、下面に形成される下
側凹部２３から上面に形成される上側凹部ｃの略中央ま
で通じる第一の流通孔２８が形成されている。この第一
の流通孔２８の上面側の端部には、前記した配管１７が
接続されている。また、サブキャリア６においてウェー
ハＷを保持する側の面である下面には、可撓性を有し、
その下面でウェーハＷを受ける膜体２７が張られてお
り、これによって膜体２７とサブキャリア６の下面との
間に第二の流体室２９が形成されている。第二の流体室
２９は、第一の流通孔２８、配管１７、第二の流路１１
ｂを通じて、第二の圧力調整機構１８に接続されてい
る。第二の圧力調整機構１８は、第二の流体室２９にお
いて流体（例えば空気）の供給または吸引を行って第二
の流体室２９の内圧を調整するものである。第二の圧力
調整機構１８は、ウェーハＷの研磨時において第二の流
体室２９の内圧を上げることで膜体２７を介してウェー
ハＷの全面を研磨パッド１０２に向けて均等圧力で押圧
し、また第二の流体室２９の内圧を外気圧よりも低下さ
せて膜体２７をサブキャリア６の下側凹部２３内に向け
て窪ませることで、膜体２７をウェーハＷを吸着する吸
盤として作用させるものである。

【００３６】第二の圧力調整機構１８は、第二の流体室
２９の内圧を調整することでフローティング部８からウ
ェーハＷを研磨パッド１０２に向けて押圧する力を調節
して、ウェーハＷをリテーナリング７とは独立してフロ
ーティング支持している。ここで、ウェーハＷを研磨パ
ッド１０２に押し付ける力は、第二の流体室２９の内圧
を、フローティング部８に対する反力として取ることで
生じており、リテーナリング７が研磨パッド１０２に当
接される圧力は、第二の流体室２９の内圧に応じて変化
する。第一、第二の圧力調整機構１６、１８による第
一、第二の流体室１４、２９の内圧の調整は、このよう
な関係を考慮して行われる。

【００３７】このように構成されたウェーハ研磨用ヘッ
ド１は、シャフト部９を研磨装置のスピンドル１１１に
連結することによって研磨装置に取り付けられる。この
ウェーハ研磨用ヘッド１を用いてウェーハＷの研磨を行
う場合、まずウェーハＷは、図示せぬローディング装置
等によってサブキャリア６の下面に設けられた膜体２７
に当接される。この状態で、第二の圧力調整機構１８に
よって第二の流体室２９内の内圧を下げて膜体２７を下
側凹部２３内に向けて窪ませ、ウェーハＷを吸着する吸
盤として作用させることで、ウェーハＷの保持を行う。
次に、ウェーハ研磨用ヘッド１によってウェーハＷを回
転駆動されるプラテン１０３に張られた研磨パッド１０
２の表面に当接させる。ウェーハＷはリテーナリング７
によって周囲を係止されつつ、その表面をプラテン１０
３の上面に貼付された研磨パッド１０２に当接させられ
る。ここで、研磨パッド１０２としては、従来よりウェ
ーハの研磨に使用されていたものであればいずれの材質
のものを用いても良く、例えばポリエステル等からなる
不織布にポリウレタン樹脂等の軟質樹脂を含浸させたベ
ロアタイプ研磨パッド、ポリエステル等の不織布を基材
としてその上に発泡ポリウレタン等からなる発泡樹脂層
を形成したスエードタイプ研磨パッド、あるいは独立発
泡させたポリウレタン等からなる発泡樹脂シートが使用
される。

【００３８】このように、第一の圧力調整機構１６によ
るサブキャリア６及びリテーナリング７の研磨パッド１
０２への押圧圧力、並びに第二の圧力調整機構１８によ
り膜体２７に加えられる背圧によってウェーハＷを研磨
パッド１０２へ押圧する圧力を調節しつつ、プラテン１
０３を回転させるとともにカルーセル１０４及びウェー
ハ研磨用ヘッド１を自転させ、これと同時に、図示しな
い研磨剤供給手段から研磨剤を研磨パッド４の表面やウ
ェーハＷの被研磨面に供給させることによりウェーハＷ
は研磨される。

【００３９】このように構成されるウェーハ研磨用ヘッ
ド１、及びこれを用いる研磨装置によれば、ヘッド本体
２の外径に対して、ウェーハＷを保持するフローティン
グ部８の外径が大きいので、ウェーハ研磨用ヘッド１の
ウェーハＷの外側への張り出しをなくしてウェーハ保持
ヘッド１の設置スペースを小さくすることができる。ま
た、フローティング構造によって形成される隙間ｋは、
サブキャリア６の上面とヘッド本体２との間に形成され
ていて研磨パッド１０２から離間されており、この隙間
ｋの開口部と研磨パッド１０２との間はサブキャリア６
の第一の張り出し部２１によって遮られるとともにカバ
ー１３によって周囲を覆われているので、隙間ｋ内に異
物が吸い込まれにくくなる。これにより、ウェーハＷに
スクラッチ等の損傷を生じにくくすることができ、また
ウェーハ研磨用ヘッド１においてフローティング部８を
ヘッド本体２から取り外して洗浄を行う頻度を低減させ
て、研磨装置の稼働率を向上させることができる。

【００４０】また、ウェーハＷは、膜体２７によってフ
ローティング支持されるようになっているので、リテー
ナリング７がサブキャリア６に固定されていてサブキャ
リア６に対してフローティング支持されていない構造で
ありながら、リテーナリング７とウェーハＷとを独立し
てフローティング支持することができ、ウェーハＷの研
磨を良好に行うことができる。そして、リテーナリング
７をサブキャリア６にフローティング支持する構造が不
要なので、研磨パッド１０２に面する部分からフローテ
ィング構造によって形成される隙間を無くすことができ
る。また、リテーナリング７は、ダイヤフラム５ではな
く、サブキャリア６に取り付けられているので、ウェー
ハ研磨用ヘッド１を分解せずにリテーナリング７を交換
することができ、作業効率を向上させて、研磨装置の稼
働率を向上させることができる。

【００４１】そして、リテーナリング７は、サブキャリ
ア６に対して、ヘッド本体２の外周側に張り出す第一の
張り出し部２１の上面側からボルト止めされることによ
って固定されるので、サブキャリア６へのリテーナリン
グ７の着脱が容易となり、またリテーナリング７をサブ
キャリア６に固定するリテーナリング固定ボルト２１ｂ
がサブキャリア６の上面にあって研磨パッド１０２から
離間しており、またリテーナリング固定ボルト２１ｂと
研磨パッド１０２との間は第一の張り出し部２１によっ
て遮られているので、リテーナリング固定ボルト２１ｂ
由来の金属汚染を低減することができる。

【００４２】〔第二の実施の形態〕以下、本発明の第二
の実施の形態におけるウェーハ研磨用ヘッド及びこれを
用いた研磨装置について図面を参照して説明する。図２
は本発明の第二の実施の形態のウェーハ研磨用ヘッドを
示す正断面図である。ここで、本発明の研磨装置は、図
３に示す従来の研磨装置１００とほぼ同様の構成からな
り、ウェーハ研磨用ヘッドとして本発明のウェーハ研磨
用ヘッド３１を用いたものである。また、以下の説明に
おいて、第一の実施の形態のウェーハ研磨用ヘッド１と
ほぼ同様の部分については同一符号を付して説明する。

【００４３】本発明の第二の実施の形態にかかるウェー
ハ研磨用ヘッド３１は、ウェーハ研磨用ヘッド１におい
て、サブキャリア６の代わりにサブキャリア３６を用
い、サブキャリア３６を、ダイヤフラム５に対して、剛
性を有する中間部材３２を介して取り付けたものであ
る。ここでサブキャリア３６とリテーナリング７は、フ
ローティング部８ａを構成している。またヘッド本体２
と中間部材３２との間の、ダイヤフラム５によって外部
と仕切られてなる空間は、第一の流体室１４とされてお
り、第一の圧力調整機構１６によって内圧を調整される
ようになっている。

【００４４】中間部材３２は、剛性を有する素材、例え
ばステンレス鋼、セラミック、アルミ材等からなり、外
径がヘッド本体２の外径よりも大きい大略円盤形状をな
している。中間部材３２は、ヘッド本体２と略同心にし
て取り付けられており、ヘッド本体２よりも外周側に張
り出す部分は、第二の張り出し部４１とされる。ここ
で、中間部材３２はフローティング部８ａのヘッド軸線
方向の位置を調節するスペーサを兼ねており、中間部材
３２には、スペーサとなる部分の厚みを表示する表示部
Ｉが設けられている。本実施の形態では、スペーサとな
る部分の厚みは、後述する突部３２ａの上面から第二の
取付基準面３８までの厚みである。表示部Ｉは中間部材
３２の一部のみである必要はなく、例えば中間部材３２
の全面を表示部とすることができる。また、スペーサと
なる部分の厚み（ヘッド本体２とフローティング部８ａ
との間の距離やこれらの相対位置、もしくは対応するウ
ェーハＷの厚みとして表すこともできる）は、表示部Ｉ
に数値や目印の数、形状などで表したり、スペーサとな
る部分の厚みに応じて中間部材３２を色分けするなどし
て示すことができる。本実施の形態では、中間部材３２
において外部に露出される部分である第二の張り出し部
４１の外周面を表示部Ｉとし、中間部材３２を、スペー
サとなる部分の厚みに応じて色分けしたものとする。

【００４５】中間部材３２の上面のうち、ヘッド本体２
の開口部分内に位置する部分には、中間部材３２と略同
心にして、ヘッド本体２内に収容される略リング状の突
部３２ａが形成されている。また、突部３２ａの内周側
には上側凹部ｃが形成されて外周側に比べて一段低く形
成されている。そして、上側凹部ｃによって中間部材３
２の上部に形成される空間も第一の流体室１４とされて
いる。突部３２ａは、ダイヤフラム５の上面に配置され
る略円環形状をなす中間部材固定リング３３に対して、
ダイヤフラム５を挟み込んだ状態で中間部材固定ボルト
３３ａによって螺着されており、これによって中間部材
３２はダイヤフラム５の下面に取り付けられる。ここ
で、突部３２ａが中間部材３２の上面（外周側の上面）
から突出する高さは、ヘッド本体２の段部４ａの、ヘッ
ド軸線方向の厚みよりも大きくとられており、これによ
って中間部材３２の上面と周壁部４の下端との間には、
中間部材３２のヘッド軸線方向への変位を許容する隙間
ｋ１が形成されている。そして、上側凹部ｃの底面中央
には、中間部材３２の下面側まで通じる第二の流通孔３
９が形成されており、この第二の流通孔３９の上端には
管路１７が接続されている。

【００４６】また、この突部３２ａの上端には、内周側
に向けて張り出して、内フランジ３２ｂが全周にわたっ
て形成されている。内フランジ３２ｂは、ヘッド本体２
内に設けたストッパーボルト１２の段部１２ａと係合さ
れ得るものであって、ダイヤフラム５が下方にたわんで
も、内フランジ３２ｂとストッパーボルト１２の段部１
２ａとが係合することで、サブキャリア３６のヘッド軸
線方向の変位を適正範囲内に規制し、ダイヤフラム５に
過剰な負荷が加わらないようにしている。また、突部３
２ａの外周側の側面３２ｃは、ヘッド軸線に略平行な面
とされ、ヘッド本体２の周壁部４の内周面との間にわず
かな隙間をもって設けられている。側面３２ｃは、周壁
部４の内周面に対して、ヘッド軸線方向に摺動され得る
ようになっており、これによって中間部材３２のヘッド
軸線方向への変位を許容しつつ、ヘッド軸線に直交する
方向への変位を規制している。ここで、突部３２ａの上
部は下部に対して外径が狭められており、これによって
周壁部４との間に、中間部材３２がヘッド軸線方向に変
位する際のダイヤフラム５の変形を許容する空間を確保
している。

【００４７】ここで、本実施の形態では、第二の張り出
し部４１の上面には、ヘッド本体２と中間部材３２との
間に形成される隙間ｋ１を側方から覆う大略円環形状の
カバー３４が設けられている。カバー３４は、例えば第
二の張り出し部４１の上面に対してボルト止め等によっ
て固定される基部３４ａと、基部３４ａからヘッド本体
２の外周面（周壁部４の外周面）に沿ってヘッド軸線方
向に立ち上げられるカバー部３４ｂとを有している。カ
バー部３４ｂと基部３４ａとの間には、補強用のリブ３
４ｃが、カバー３４の周方向に適宜間隔を開けて複数設
けられている。また、基部３４ａを第二の張り出し部４
１に固定するボルトｂには、金属汚染を招かないよう
に、例えば樹脂製のボルトを用いることができる。

【００４８】中間部材３２の下面には、中間部材３２と
略同心にして、サブキャリア３６に設けられた係合凹部
４２（後述）と係合する略円形の係合突部３５が形成さ
れている。この係合突部３５の外周面は、ヘッド軸線に
略平行とされ、第一の取付基準面３７とされている。ま
た、中間部材３２の下面のうち、係合突部３５より外周
側に位置する面は、ヘッド軸線に略直交しており、第二
の取付基準面３８とされている。これら第一、第二の取
付基準面３７、３８は、中間部材３２にサブキャリア３
６を取り付ける際の取付基準面となる。ここで、第一の
取付基準面３７の上端から第二の取付基準面３８の内周
側にかけて逃げが形成されており、また、係合突部３５
の下面はサブキャリア３６の係合凹部４２の底面とは非
接触状態とされており、これによって中間部材３２に対
するサブキャリア３６の取付精度が確保されている。

【００４９】サブキャリア３６は、サブキャリア６にお
いて、上面に突部６ａを設けるかわりに、このサブキャ
リアと略同心にして中間部材３２の係合突部３５に嵌合
する係合凹部４２を形成したものである。サブキャリア
３６は、中間部材３２に対して、ヘッド本体２と略同心
にして、着脱を可能にして取り付けられている。係合凹
部４２の内側面はサブキャリア３６の軸線に略平行とさ
れ、中間部材３２の第一の取付基準面３７と当接される
第三の取付基準面４３とされている。また、サブキャリ
ア３６の上面は、サブキャリア３６の軸線に略直交して
おり、中間部材３２の第二の取付基準面３８と当接され
る第四の取付基準面４４とされている。

【００５０】サブキャリア３６は、第三の取付基準面４
３を中間部材３２の第一の取付基準面３７に面接触さ
せ、第四の取付基準面４４を中間部材３２の第二の取付
基準面３８に面接触させることで、中間部材３２と略同
心となるように位置決めされる。そして、これら中間部
材３２の取付基準面またはサブキャリア３６の取付基準
面、もしくはこれら両方には、これらの間を気密、液密
に封止する封止材４０が配されている。本実施の形態で
は、封止材４０としてＯリングが用いられ、中間部材３
２の第一の取付基準面３７に、その全周にわたって封止
材４０がはめ込まれる溝４０ａを形成している（溝４０
ａはサブキャリア３６の第三の取付基準面４３側に設け
てもよい）。ここで、中間部材３２に対してサブキャリ
ア３６をボルト止めする構造を採用する場合には、第二
の張り出し部４１には上下に貫通してボルト挿通孔４１
ａが形成される。そしてサブキャリア３６は、このボル
ト挿通孔４１ａに挿通されるキャリア固定ボルト４１ｂ
によって中間部材３２に固定される。このボルト挿通孔
４１ａは、第二の張り出し部４１の全周に例えば等間隔
をあけて複数形成されており、また、第二の張り出し部
４１に取り付けられたカバー３４によって覆われてい
る。

【００５１】サブキャリア３６の下面には、サブキャリ
ア３６と略同心にして下側凹部２３が形成されている。
そして、サブキャリア３６には、下側凹部２３から係合
凹部４２の底面の略中央まで通じる第一の流通孔２８が
形成されている。サブキャリア３６の外周下部には、全
周にわたって切り欠きが形成されて第一、第二取付面２
４、２５が形成されており、これら第一、第二取付面２
４、２５にはリテーナリング７が着脱を可能にして取り
付けられる。ここで、サブキャリア３６に対してリテー
ナリング７をボルト止めする構造を採用する場合には、
第一の張り出し部２１には上下に貫通してボルト挿通孔
２１ａが形成される。そしてリテーナリング７は、この
ボルト挿通孔２１ａに挿通されるリテーナリング固定ボ
ルト２１ｂによってサブキャリア３６に固定される。こ
のボルト挿通孔２１ａは、リテーナリング固定ボルト２
１ｂの頭部を収容するようになっており、これによって
サブキャリア３６を中間部材３２に取り付けた際に、リ
テーナリング固定ボルト２１ｂが中間部材３２とサブキ
ャリア３６との間に収容されて外部とは隔離されるよう
になっている。ボルト挿通孔２１ａは、第一の張り出し
部２１の全周に例えば等間隔をあけて複数形成されてい
る。（例えばボルト挿通孔２１ａにリテーナリング固定
ボルト２１ｂの頭部を収容させる代わりに、図２で二点
鎖線で示すように、中間部材３２の下面においてボルト
挿通孔２１ａに対向する位置に穴Ｄ（溝でもよい）を形
成して、この穴にリテーナリング固定ボルト２１ｂの頭
部を収容するようにしてもよい。）

【００５２】また、サブキャリア３６の下面には膜体２
７が張られている。膜体２７はサブキャリア６に対する
取り付け構造と同様の構造によってサブキャリア３６に
取り付けられている。サブキャリア３６の下面と膜体２
７との間には、第二の流体室２９が形成されている。第
二の流体室２９は、第一の流通孔２８、係合凹部４２と
中間部材３２の係合突部３５との間に形成される隙間
と、中間部材３２の第二の流通孔３９、配管１７を通じ
て、第二の圧力調整機構１８に接続されている。

【００５３】このように構成されるウェーハ研磨用ヘッ
ド３１、及びこれを用いた研磨装置は、ウェーハ研磨用
ヘッド１及びこれを用いた研磨装置と同様の操作によっ
てウェーハＷを研磨するものである。

【００５４】このように構成されるウェーハ研磨用ヘッ
ド３１、及びこれを用いた研磨装置によれば、サブキャ
リア３６がダイヤフラム５に対して剛性を有する中間部
材３２を介して取り付けられており、サブキャリア３６
は中間部材３２に対して着脱を可能にして取り付けられ
ているので、ウェーハ研磨用ヘッド３１を分解すること
なくヘッド本体２にサブキャリア３６を着脱することが
できる。これによりメンテナンスの作業効率を向上させ
て研磨装置の稼働率を向上させることができる。また、
中間部材３２が剛性を有しているので、ウェーハ研磨用
ヘッド３１を組み立てる際に、従来のようにサブキャリ
アを可撓性を有するダイヤフラム５に直接組付ける場合
に比べて、サブキャリア３６の組付精度が安定し、ウェ
ーハＷの研磨を良好に行うことができる。そして、ダイ
ヤフラム５に対する中間部材３２の組付精度を確保して
おけば、サブキャリア３６を再度装着する際にも簡単な
調整だけでサブキャリア３６の組付精度を確保すること
が可能となる。

【００５５】また、中間部材３２を、そのスペーサとな
る部分の厚みの異なる中間部材３２と交換することで、
例えば研磨するウェーハＷの厚みに合わせて、フローテ
ィング部８ａのウェーハ保持位置の調整をすることがで
きる。そして、中間部材３２においてスペーサとなる部
分の厚みを表示する表示部Ｉを設けたので、フローティ
ング部のセッティングを目視によって確認することがで
き、調整ミスを低減することができる。また、表示部Ｉ
が、中間部材３２においてウェーハ研磨用ヘッド３１の
外部に露出される部分である第二の張り出し部４１の外
周面に設けられ、また表示部Ｉがスペーサとなる部分の
厚みに応じて色分けされているので、ウェーハ研磨用ヘ
ッド３１を分解することなく、フローティング部８ａの
セッティングをより容易に確認することができ、作業効
率を向上させることができる。

【００５６】また、サブキャリア３６が、中間部材３２
に対して、第二の張り出し部４１の上面からボルト止め
することによって取り付けられているので、中間部材３
２に対するサブキャリア３６の着脱が容易となる。さら
に、キャリア固定ボルト４１ｂが中間部材３２の上面側
にあって研磨パッド１０２から離間しており、またキャ
リア固定ボルト４１ｂと研磨パッド１０２との間は第二
の張り出し部４１によって遮られているので、キャリア
固定ボルト４１ｂ由来の金属汚染を低減することができ
る。

【００５７】また、第二の張り出し部４１の上面に、ヘ
ッド本体２と中間部材３２との間の隙間ｋ１を側方から
覆うカバー３４が設けられているので、隙間ｋ１内に異
物が吸い込まれにくくなる。また、第二の張り出し部４
１にカバー３４が設けられることによって隙間ｋ１内へ
の空気の出入り口は上方に向くこととなり、さらに異物
を吸い込みにくくなるとともに、もしカバー３４によっ
て覆われる空間内に異物を吸い込んだとしても、異物が
重力によってカバー３４に覆われる空間内に向けて引き
戻されるので、異物が外部に吐き出されにくくなる。そ
してこのカバー３４によってキャリア固定ボルト４１ｂ
を覆うことで、キャリア固定ボルト４１ｂ由来の金属汚
染をさらに効果的に低減することができる。また、カバ
ー３４を中間部材３２の外周側に張り出させずにすむた
め、カバー３４を設けてもウェーハ研磨用ヘッド３１の
外径を大きくせずにすみ、設置スペースを小さくするこ
とができる。

【００５８】また、リテーナリング７をサブキャリア３
６の上面側からボルト止めしており、またサブキャリア
３６の上面は中間部材３２によって覆われるので、リテ
ーナリング固定ボルト２１ｂは外部から隔離されること
になり、さらにリテーナリング固定ボルト２１ｂ由来の
金属汚染を低減することができる。

【００５９】ここで、第一の実施の形態に示すウェーハ
研磨用ヘッド１においては、ヘッド本体２とサブキャリ
ア６との間に形成される隙間ｋをカバー１３によって覆
った例を示したが、これに限られることなく、カバー１
３の代わりに、第二の実施の形態に示すカバー３４を用
いることができる。これによって、隙間ｋ内への空気の
出入り口は上方に向くこととなり、さらに異物を吸い込
みにくくなるとともに、もしカバー３５によって覆われ
る空間内に異物を吸い込んだとしても、異物は重力によ
ってカバー３５に覆われる空間内に向けて引き戻される
ので、異物が外部に吐き出されにくくなる。また、リテ
ーナリング固定ボルト２１ａがカバー３４によって覆わ
れるので、金属汚染を低減することができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明の請求項１記載のウェーハ研磨用
ヘッド、及びこれを用いた研磨装置によれば、ヘッド本
体の外径に対して、ウェーハを保持するフローティング
部の外径が大きいので、ウェーハ研磨用ヘッドのウェー
ハの外側への張り出しをなくしてウェーハ保持ヘッドの
設置スペースを小さくすることができる。また、フロー
ティング構造によって形成される隙間は、フローティン
グ部上面とヘッド本体との間に形成されていて研磨パッ
ドから離間されており、また、この隙間の開口部と研磨
パッドとの間はフローティング部の外周部によって遮ら
れているので、隙間内に異物が吸い込まれにくくなる。
これにより、ウェーハにスクラッチ等の損傷を生じにく
くすることができ、またウェーハ研磨用ヘッドにおいて
フローティング部をヘッド本体から取り外して洗浄を行
う頻度を低減させて、研磨装置の稼働率を向上させるこ
とができる。

【００６１】請求項２記載のウェーハ研磨用ヘッド、及
びこれを用いた研磨装置によれば、ウェーハは、膜体に
よってフローティング支持されるようになっているの
で、リテーナリングがサブキャリアに固定されていてサ
ブキャリアに対してフローティング支持されていない構
造でも、リテーナリングとウェーハとを独立してフロー
ティング支持することができ、ウェーハの研磨を良好に
行うことができる。そして、リテーナリングをサブキャ
リアに対してフローティング支持する必要がなく、研磨
パッドに面する部分からフローティング構造によって形
成される隙間を無くすことができる。また、リテーナリ
ングはサブキャリアに取り付けられているので、ウェー
ハ研磨用ヘッドを分解せずにリテーナリングを交換する
ことができ、作業効率を向上させて、研磨装置の稼働率
を向上させることができる。

【００６２】請求項３記載のウェーハ研磨用ヘッド、及
びこれを用いた研磨装置によれば、リテーナリングは、
サブキャリアに対して、ヘッド本体の外周側に張り出す
第一の張り出し部の上面側からボルト止めされることに
よって固定されるので、サブキャリアへのリテーナリン
グの着脱が容易となる。またリテーナリングをサブキャ
リアに固定するボルトがサブキャリアの上面にあって研
磨パッドから離間しており、またボルトと研磨パッドと
の間は第一の張り出し部によって遮られているので、ボ
ルト由来の金属汚染（ボルトから溶けだした金属による
汚染）を低減することができる。また、第一の張り出し
部にカバーを設けてボルトの周囲を覆うことで、ボルト
由来の金属汚染をさらに効果的に低減することができ
る。

【００６３】請求項４記載のウェーハ研磨用ヘッド、及
びこれを用いた研磨装置によれば、ヘッド本体とフロー
ティング部との間に形成される隙間が、フローティング
部の第一の張り出し部に設けられるカバーによって側方
を覆われているので、隙間内に異物が吸い込まれにくく
なる。また、第一の張り出し部にカバーが設けられるこ
とによって隙間内への空気の出入り口は上方に向くこと
となり、さらに異物を吸い込みにくくなるとともに、も
しカバーによって覆われる空間内に異物を吸い込んだと
しても、異物は重力を受けてカバーに覆われる空間内に
押し戻されるので、異物が外部に吐き出されにくくな
る。

【００６４】請求項５記載のウェーハ研磨用ヘッド、及
びこれを用いた研磨装置によれば、フローティング部が
中間部材を介してダイヤフラムに取り付けられているの
で、ウェーハ研磨用ヘッドを分解することなく、ヘッド
本体にフローティング部を着脱することができ、作業効
率を向上させて、研磨装置の稼働率を向上させることが
できる。また、中間部材が剛性を有しているのでフロー
ティング部の組付精度が安定し、ウェーハＷの研磨を良
好に行うことができる。そして、ダイヤフラムに対する
中間部材の組付精度を確保しておけば、フローティング
部を再度装着する際にも簡単な調整だけでフローティン
グ部の組付精度を確保することが可能となる。また、中
間部材はフローティング部のヘッド軸線方向の位置を調
節するスペーサとして用いることもでき、中間部材を厚
みの異なる中間部材と交換することで、フローティング
部のウェーハ保持位置の調整をすることができる。そし
て、中間部材に、スペーサとなる部分の厚みを表示する
表示部を設けることで、フローティング部のセッティン
グを目視によって確認することができ、調整ミスを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施の形態におけるウェーハ
研磨用ヘッドを示す正断面図である。

【図２】 本発明の第二の実施の形態におけるウェーハ
研磨用ヘッドを示す正断面図である。

【図３】 従来の研磨装置を概略的に示す正面図であ
る。

【図４】 従来のウェーハ研磨用ヘッドを示す正断面図
である。

【符号の説明】

１、３１ ウェーハ研磨用ヘッド ２ ヘッド本体 ３ 天板部 ４ 周壁部 ５ ダイヤフラム ６、３６ サブ
キャリア ７、３７ リテーナリング ８、８ａ フロ
ーティング部 １４ 第一の流体室 １６ 第一の圧
力調整機構 １８ 第二の圧力調整機構 ２１ 第一の張
り出し部 ２７ 膜体 ２９ 第二の流
体室 ３２ 中間部材 ３４ カバー １０２ 研磨パッド １０３ プラテ
ン Ｗ ウェーハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 弘志 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者 森田 悦郎 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 原田 晴司 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA12 AB04 AB08 AC04 BA05 BB04 CB05 CB09 DA17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラテン上に貼付された研磨パッドにウ
   ェーハの一面を当接させてこれらを相対移動させること
   で前記ウェーハを研磨する研磨装置に用いられて、前記
   ウェーハを保持して前記研磨パッドに当接させるウェー
   ハ研磨用ヘッドであって、 天板部と該天板部の外周下方に設けられた筒状の周壁部
   とからなるヘッド本体と、 前記ヘッド本体内に張られたダイヤフラムと、 該ダイヤフラムに、このダイヤフラムとともに前記ヘッ
   ド軸線方向に変位可能に設けられて前記ウェーハを保持
   するフローティング部と、 前記ヘッド本体と前記フローティング部との間の、前記
   ダイヤフラムによって外部と仕切られてなる第一の流体
   室の内圧を調整する第一の圧力調整機構とを備え、 前記フローティング部は、前記ヘッド本体と略同心にし
   て設けられ、外径が前記ヘッド本体の外径よりも大きい
   大略円盤形状をなしていることを特徴とするウェーハ研
   磨用ヘッド。
2. 【請求項２】 前記フローティング部が、前記ヘッド本
   体と略同心にして配置される大略円盤形状のサブキャリ
   アと、該サブキャリアの外周部分にこのサブキャリアと
   略同心にして取り付けられて、ウェーハ研磨時には前記
   研磨パッドに当接し、前記ウェーハの周囲をおさえて係
   止するリテーナリングとを有しており、 前記サブキャリアの下面には、可撓性を有し、前記サブ
   キャリアの下面との間に第二の流体室を形成するととも
   に下面で前記ウェーハを受ける膜体が設けられ、 前記サブキャリアには、前記第二の流体室内の圧力を調
   整して前記ウェーハを前記研磨パッドに向けて押圧する
   力を調整する第二の圧力調整機構が接続されていること
   を特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨用ヘッド。
3. 【請求項３】 前記フローティング部は、外径が前記ヘ
   ッド本体の外径よりも大きく、該ヘッド本体と略同心に
   して配置される大略円盤形状のサブキャリアと、該サブ
   キャリアの外周部分にこのサブキャリアと略同心にして
   取り付けられて、ウェーハ研磨時には前記研磨パッドに
   当接し、前記ウェーハの周囲をおさえて係止するリテー
   ナリングとを有しており、 前記サブキャリアにおいて前記ヘッド本体の外周に張り
   出す部分が第一の張り出し部とされ、 前記リテーナリングは、前記サブキャリアに対して、前
   記第一の張り出し部の上面側からボルト止めされること
   によって取り付けられていることを特徴とする請求項１
   または２のいずれかに記載のウェーハ研磨用ヘッド。
4. 【請求項４】 前記フローティング部において、前記ヘ
   ッド本体の外周側に張り出す部分が第一の張り出し部と
   され、 該第一の張り出し部の上面に、前記ヘッド本体と前記フ
   ローティング部との間の隙間を側方から覆うカバーが設
   けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれ
   かに記載のウェーハ研磨用ヘッド。
5. 【請求項５】 前記フローティング部が、前記ダイヤフ
   ラムに対して剛性を有する中間部材を介して取り付けら
   れており、 前記フローティング部は、前記中間部材に対して着脱を
   可能にして取り付けられていることを特徴とする請求項
   １から３のいずれかに記載のウェーハ研磨用ヘッド。
6. 【請求項６】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
   と、研磨すべきウェーハの一面を保持して他面を前記研
   磨パッドに当接させるウェーハ研磨用ヘッドとを備え、
   前記ウェーハを前記研磨パッドに当接させた状態で前記
   プラテンと前記ウェーハとを相対移動させることで該ウ
   ェーハの研磨を行う研磨装置であって、前記ウェーハ研
   磨用ヘッドとして、請求項１から５のいずれかに記載の
   ウェーハ研磨用ヘッドを用いることを特徴とする研磨装
   置。