JP2002046061A

JP2002046061A - 研磨ヘッド

Info

Publication number: JP2002046061A
Application number: JP2000232207A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Ogata; 康行緒方; Manabu Kanemoto; 金本　　学
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの研磨を良好に行うことができる研
磨ヘッドを提供する。【解決手段】研磨ヘッド１１に、下面においてウェー
ハＷの一面を保持する円盤状のキャリア１６と、キャリ
ア１６の外周に同心状に配置されて、研磨時には研磨パ
ッド４に当接しつつ内周面１７ａでキャリア１６に保持
されるウェーハＷの外周を係止する円環状のリテーナリ
ング１７とを設ける。キャリア１６に、外周面１６ａと
リテーナリング１７の内周面１７ａとの間に形成される
隙間内にスラリーまたは洗浄液を供給するための流路と
して第一の流路３２を形成する。第一の流路３２に、ス
ラリーと洗浄液のうちいずれか一方を選択的に供給する
スラリー／洗浄液供給機構３１を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バージンのシリコ
ンウェハや、半導体製造プロセスにおける半導体ウェー
ハ、あるいは、ハードディスク基板、液晶基板等の平坦
面を有する被研磨材表面を研磨するための装置に適用さ
れる研磨ヘッドに関する。

【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、製造
工程中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（ここではウェーハの場合
を例にとって説明しているが、これらウェーハ以外の被
研磨材、例えばハードディスク基板や液晶基板などの研
磨においても表面を高精度に平坦化することが要求され
る）。その場合、表面の膜を研磨するために平坦化の度
合いが高く、凹部への膜の埋め込みも可能となる、とい
う観点から、化学機械的研磨法（ＣＭＰ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ＣｅＯ2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５の
要部拡大斜視図に示すような研磨装置が知られている。
この研磨装置１は、図５に概略的に示すように、中心軸
２に取り付けられた円板状のプラテン３上に例えば硬質
ウレタンからなる研磨パッド４が設けられ、この研磨パ
ッド４に対向してかつプラテン３の中心軸２から偏心し
た位置に、図示せぬヘッド駆動機構によって回転駆動さ
れる研磨ヘッド５が配設されているものである。研磨ヘ
ッド５は、図示しないが、下面においてウェーハＷの一
面を保持する円盤状のキャリアと、キャリアの外周に同
心状に配置される円環状のリテーナリングとを有してい
る。リテーナリングは、研磨時には研磨パッド４に当接
されるものであって、その内周面でキャリアに保持され
るウェーハＷの外周を係止するとともに、下面で研磨パ
ッド４を押圧してウェーハＷの外周近傍における研磨パ
ッド４の変形を抑えて、ウェーハＷの研磨精度を確保す
るものである。

【０００４】そして、この研磨装置１では、ウェーハＷ
の研磨に際して、上記したスラリーＳが研磨パッド４上
に供給されているため、このスラリーＳが研磨ヘッド５
に保持されたウェーハＷと研磨パッド４との間に流動す
る。この状態で研磨ヘッド５に保持されたウェーハＷが
自転し、同時に研磨パッド４が中心軸２を中心として回
転するために、研磨パッド４でウェーハＷの一面が研磨
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような研磨装置１
では、スラリーＳは研磨ヘッド５の外周側から研磨パッ
ド４の表面に供給される。この場合、プラテン３の回転
による遠心力により、供給されたスラリーＳの大部分は
外方に流れ出てしまうほか、リテーナリングが障壁とな
ってリテーナリングの内周側に保持されるウェーハ表面
までスラリーＳが届きにくいため、ウェーハＷの研磨効
率が低く、またウェーハＷの中央部が研磨されにくかっ
た。そして、十分な研磨効果を得るためには大量のスラ
リーＳを供給しなければならならず、このように高価な
スラリーＳを大量に浪費し、効率良くスラリーＳを使用
することができなかった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ウェーハの研磨を良好に行うことができる研
磨ヘッドを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、プラテン上に貼付された
研磨パッドの表面に、該研磨パッドに対して相対的に移
動しつつ被研磨材を押し付けて該被研磨材の研磨を行う
ための研磨ヘッドであって、下面において研磨すべき被
研磨材の一面を保持する円盤状のキャリアと、該キャリ
アの外周に同心状に配置されて、研磨時には前記研磨パ
ッドに当接しつつ内周面で前記キャリアに保持される前
記被研磨材の外周を係止する円環状のリテーナリングと
を有し、前記キャリアには、外周面と前記リテーナリン
グの内周面との間に形成される隙間内へスラリーまたは
洗浄液を供給するための流路として第一の流路が形成さ
れており、該第一の流路には、スラリーと洗浄液のうち
いずれか一方を選択的に供給するスラリー／洗浄液供給
機構が接続されていることを特徴とする。

【０００８】このように構成される研磨ヘッドにおいて
は、被研磨材の研磨時には、スラリー／洗浄液供給機構
から供給されるスラリーが、第一の流路を通じて、被研
磨材の一面を保持するキャリアの外周面と被研磨材の外
周を係止するリテーナリングの内周面との間に形成され
る隙間内、すなわち被研磨材の外周に位置する隙間内に
供給されるので、プラテンの回転やリテーナリングに妨
げられることなく、被研磨材と研磨パッドとの間にスラ
リーが直接供給される。これによって、被研磨材と研磨
パッドとの間に十分な量のスラリーを供給することがで
きる。また、被研磨材と研磨パッドとの間に供給された
スラリーは、リテーナリングによって周囲を囲われてい
て、研磨ヘッドやプラテンの回転による遠心力を受けて
もリテーナリングの外周に流出しにくいので、スラリー
を効率的に使用することができ、高価なスラリーの使用
量を低減することができる。ここで、研磨ヘッドにおい
て、キャリアは、被研磨材の研磨時に生じる加工熱を受
けて加熱されるが、キャリアに熱変形が生じるとその変
形がキャリアに保持される被研磨材にも影響して被研磨
材の研磨精度が低下してしまう。本発明にかかる研磨ヘ
ッドでは、第一の流路を通過するスラリーによってキャ
リアの冷却が行われるので、キャリアの熱変形を低減し
て被研磨材の研磨精度を向上させることができる。さら
に、スラリーは、次第に乾燥したり変質するなどして研
磨ヘッドの隙間に詰まりやすく、このようなスラリーが
研磨パッド上に落ちると被研磨材の表面にスクラッチを
生じさせる要因となる。本発明にかかる研磨ヘッドで
は、研磨作業を終えた際などの適宜時期に、スラリー／
洗浄液供給機構からの第一の流路へのスラリーの供給を
停止し、代わりに第一の流路内に洗浄液を供給すること
で、第一の流路内、及びキャリアの外周面とリテーナリ
ングの内周面との間に形成される隙間内に残留している
スラリーを洗浄液によって洗い流すことができる。洗浄
液としては、例えば純水や、スラリーを構成する溶媒等
を用いてもよい。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、プラテン上
に貼付された研磨パッドの表面に、該研磨パッドに対し
て相対的に移動しつつ被研磨材を押し付けて該被研磨材
の研磨を行うための研磨ヘッドであって、下面において
研磨すべき被研磨材の一面を保持する円盤状のキャリア
と、該キャリアの外周に同心状に配置されて、研磨時に
は前記研磨パッドに当接しつつ内周面で前記キャリアに
保持される前記被研磨材の外周を係止する円環状のリテ
ーナリングとを有し、前記リテーナリングには、前記内
周面と前記キャリアの外周面との間に形成される隙間内
へスラリーまたは洗浄液を供給するための流路として第
二の流路が形成されており、該第二の流路には、スラリ
ーと洗浄液のうちいずれか一方を選択的に供給するスラ
リー／洗浄液供給機構が接続されていることを特徴とす
る。

【００１０】このように構成される研磨ヘッドにおいて
は、被研磨材の研磨時には、スラリー／洗浄液供給機構
から供給されるスラリーが、第二の流路を通じて、キャ
リアの外周面とリテーナリングの内周面との間に形成さ
れる隙間内へ供給され、被研磨材と研磨パッドとの間に
スラリーが直接供給されるので、プラテンの回転やリテ
ーナリングに妨げられることなく、被研磨材と研磨パッ
ドとの間に十分な量のスラリーを供給することができ
る。そして、研磨作業を終えた際などの適宜時期に、ス
ラリー／洗浄液供給機構からの第二の流路へのスラリー
の供給を停止し、代わりに第二の流路内に洗浄液を供給
することで、第二の流路内、及びキャリアの外周面とリ
テーナリングの内周面との間に形成される隙間内に残留
しているスラリーを洗浄液によって洗い流すことができ
る。

【００１１】ここで、請求項１記載の研磨ヘッドにおい
て、リテーナリングには、内周面とキャリアの外周面と
の間に形成される隙間内へスラリーまたは洗浄液を供給
するための流路として第二の流路を形成し、第二の流路
にはスラリーと洗浄液のうちいずれか一方を選択的に供
給するスラリー／洗浄液供給機構を接続してもよい。こ
の場合には、キャリアに設けた第一の流路に加えてリテ
ーナリングに設けた第二の流路からも被研磨材と研磨パ
ッドとの間にスラリーを供給することができるので、ス
ラリーの供給量を増加させることができる。

【００１２】ここで、キャリアに第一の流路を形成した
場合には、キャリアの外周面に、第一の流路と接続され
て、第一の流路から供給されるスラリーを導く第一の溝
を全周にわたって形成してもよい。また、リテーナリン
グに第二の流路を形成した場合には、リテーナリングの
内周面に、第二の流路と接続されて、第二の流路から供
給されるスラリーを導く第二の溝を全周にわたって形成
してもよい。被研磨材と研磨パッドとの間で、スラリー
が局所的に供給されると、その部分で被研磨材の研磨が
部分的に進行してしまう。しかし、上記のようにキャリ
アに第一の流路を形成した場合には、キャリアに第一の
溝を設けることで、第一の流路によってキャリアの外周
面に供給されたスラリーは、第一の溝によって外周面の
全周に導かれ、外周面の全周から流れ落ちる。同様に、
リテーナリングに第二の流路を設けた場合には、リテー
ナリングに第二の溝を設けることで、第二の流路によっ
てリテーナリングの内周面に供給されたスラリーは、第
二の溝によって内周面の全周に導かれ、内周面の全周か
ら流れ落ちる。これによって、被研磨材の外周全周か
ら、被研磨材と研磨パッドとの間にスラリーがほぼ均一
に供給されることとなり、被研磨材の全面で研磨量をほ
ぼ均一にすることができる。また、スラリー／洗浄液供
給機構からの第一、第二の流路へのスラリーの供給を停
止し、代わりに第一、第二の流路内に洗浄液を供給する
ことで、キャリアの外周面とリテーナリングの内周面と
の間に形成される隙間の周方向の全範囲に洗浄液を行き
渡らせて、残留しているスラリーをより効果的に洗い流
すことができる。

【００１３】そして、第一の流路を、キャリアの上面中
央から外周面の複数箇所に通じさせ、かつ中央から外周
側に向けて略放射状に形成することで、キャリアの外周
にほぼ均一にスラリーを供給することができ、またキャ
リア全体に第一の流路が形成されるので、第一の流路を
通過するスラリーによってキャリアがより効果的に冷却
される。また、被研磨材の研磨時には、研磨ヘッドの回
転に伴って生じる遠心力によって第一の流路内に供給さ
れたスラリーが外周面に向けて送り出されるので、キャ
リア外周面へのスラリーの供給をスムーズに行うことが
できる。ここで、上記各流路（第一、第二の流路）の直
径が２ｍｍよりも小さいとこれら流路にスラリーが詰ま
りやすくなり、１０ｍｍよりも大きくなると、これら流
路が形成されるキャリアやリテーナリングの強度が低下
するので、これら流路の直径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以
下とすることが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態にかか
る研磨ヘッドを図面を参照して説明する。ここで、図１
は本実施形態にかかる研磨ヘッドの構成を示す縦断面
図、図２は本実施形態にかかる研磨ヘッドの先端面図、
図３は本実施形態にかかる研磨ヘッドの要部を概略的に
示す一部拡大図である。本実施形態にかかる研磨ヘッド
は、例えば図５に示す従来の研磨装置において、研磨ヘ
ッド５の代わりに用いられるものである。図１に示すよ
うに、本実施形態にかかる研磨ヘッド１１は、天板部１
３及び筒状に形成された周壁部１４からなるヘッド本体
１２と、ヘッド本体１２の内部に張られたダイヤフラム
１５と、ダイヤフラム１５の下面に固定され、下面によ
ってウェーハＷ（被研磨材）の一面を保持する円盤状の
キャリア１６と、周壁部１４の内壁とキャリア１６の外
周面１６ａとの間に同心状に設けられて、研磨時には研
磨パッド４に当接しつつ内周面１７ａでキャリア１６に
保持されるウェーハＷの外周を係止する円環状のリテー
ナリング１７とを備えている。

【００１５】ヘッド本体１２は、円板状の天板部１３と
天板部１３の外周下方に固定された筒状の周壁部１４と
から構成され、ヘッド本体１２の下端部は開口されて中
空になっている。天板部１３は、研磨装置本体に連結さ
れるシャフト１９に同軸に固定されており、シャフト１
９には、圧力調整機構３０に連通された第一の流通孔２
５ａ及びスラリー／洗浄液供給機構３１に連通された第
二の流通孔２５ｂが鉛直方向に形成されている。また、
天板部１３には、スラリー／洗浄液供給機構３１と連結
されるためのジョイント部２６が設けられている。この
ジョイント部２６からは、天板部１３の下面に通じるヘ
ッド本体管路２７が形成されている。また、周壁部１４
の下端部には全周にわたって段部１４ａが形成されてい
る。

【００１６】繊維補強ゴムなどの弾性材料からなるダイ
ヤフラム１５は円環状または円板状に形成されており、
その外周縁を、周壁部１４の内壁に形成された段部１４
ａと段部１４ａに取り付けられるダイヤフラム固定リン
グ２１との間に挟み込まれることで、ヘッド本体１２に
対して固定されている。ダイヤフラム１５の上方には流
体室２４が形成されており、流体室２４は、シャフト１
９に形成された第一の流通孔２５ａによって圧力調整機
構３０に連通されている。そして、流体室２４内部に、
圧力調整機構３０から第一の流通孔２５ａを通して、空
気をはじめとする流体が供給されることによって、流体
室２４内部の圧力は調整される。

【００１７】セラミック等の高剛性材料からなるキャリ
ア１６はほぼ円盤状に一定の厚さで形成されており、ダ
イヤフラム１５の上面に設けられたキャリア固定リング
２２に対して、間にダイヤフラム１５を挟み込んだ状態
で固定されることで、ダイヤフラム１５に取り付けられ
ている。そして、キャリア１６には、図１から図３に示
すように、外周面１６ａとリテーナリング１７の内周面
１７ａとの間にスラリーまたは洗浄液を供給するための
流路として第一の流路３２が形成されている。

【００１８】第一の流路３２は、キャリア１６において
上面１６ｂの中央から下面近傍までキャリア１６の軸線
に沿って形成される垂直部３２ａと、垂直部３２ａの下
端からキャリア１６の下面に沿って、外周側に向けて略
放射状に設けられる水平部３２ｂとを有している。本実
施の形態では、図２に示すように、計４本の水平部３２
ｂを、キャリア１６の周方向に略等角度おきに形成して
いる。図１に示すように、第一の流路３２において、上
面１６ｂ側の開口端は、少なくとも一部が可撓性を有す
る第一のフレキシブル配管３３を介して、ヘッド本体１
２のシャフト１９に形成される第二の流通孔２５ｂと接
続されている。ここで、キャリア１６は、第一のフレキ
シブル配管３３が変形することによってダイヤフラム１
５の変形に伴うヘッド軸線方向の変位を許容されてい
る。

【００１９】そして、上記のように、第二の流通孔２５
ｂは、スラリーと洗浄液のうちいずれか一方を選択的に
供給するスラリー／洗浄液供給機構３１に接続されてお
り、これによって第一の流路３２は、第二の流通孔２５
ｂ及び第一のフレキシブル配管３３を介して、スラリー
／洗浄液供給機構３１からスラリーと洗浄液のうちいず
れか一方を選択的に供給されるようになっている。ま
た、上記第一の流路３２の直径は、２ｍｍよりも小さい
とスラリーが詰まりやすくなり、１０ｍｍよりも大きく
なるとキャリア１６の強度が低下するので、２ｍｍ以上
１０ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００２０】また、キャリア１６の外周面１６ａには、
第一の流路３２と接続されて、第一の流路３２から供給
されるスラリーまたは洗浄液を導く第一の溝３４が全周
にわたって形成されている。第一の溝３４において下側
の内面３４ａは、図３に示すように下方に向けて窪んだ
形状とされており、これによって第一の流路３２から第
一の溝３４に供給されたスラリーまたは洗浄液が一時保
持されて、第一の溝３４に沿って流れるようになってい
る。ここで、図３では、一例として、第一の溝３４によ
るスラリーＳの保持の様子を示している。

【００２１】リテーナリング１７は、図１に示すように
略円環状に形成されており、周壁部１４の内壁との間及
びキャリア１６の外周面１６ａとの間に僅かな隙間を空
けて、これらと同心状にして配置されている。ここで、
キャリア１６とリテーナリング１７との間に形成される
隙間を符号Ｋで示す（図２、図３参照）。また、リテー
ナリング１７は、ダイヤフラム１５の上面に設けられた
リテーナリング固定リング２３に対して、間にダイヤフ
ラム１５を挟み込んだ状態で固定されることで、ダイヤ
フラム１５に取り付けられている。ここで、リテーナリ
ング固定リング２３及びダイヤフラム１５には、後述す
る第二の流路３５の開口端に対向する位置に、第二のフ
レキシブル配管３６（後述）を挿通するための挿通孔Ｈ
が形成されている。

【００２２】また、リテーナリング１７には、周方向の
複数箇所に、内周面１７ａとキャリア１６の外周面との
間に形成される隙間Ｋへスラリーまたは洗浄液を供給す
るための流路として第二の流路３５が形成されている。
第二の流路３５は、リテーナリング１７の上面１７ｂか
ら内周面１７ａまで通じている。本実施の形態では、図
２に示すように、計４本の第二の流路３５をリテーナリ
ング１７の周方向に略等角度おきに形成している。そし
て、リテーナリング固定リング２３及びダイヤフラム１
５の挿通孔Ｈには、一部が可撓性を有する第二のフレキ
シブル配管３６が挿通されており、第二の流路３５にお
いて上面１７ｂ側の開口端は、第二のフレキシブル配管
３６を介して、ヘッド本体１２の天板部１３に形成され
るヘッド本体管路２７と接続されている。ここで、リテ
ーナリング１７は、第二のフレキシブル配管３６が変形
することによってダイヤフラム１５の変形に伴うヘッド
軸線方向の変位を許容されている。

【００２３】そして、第二のフレキシブル配管３６は、
他端をヘッド本体１２の天板部１３に形成されるヘッド
本体管路２７を介してスラリー／洗浄液供給機構３１に
接続されており、これによって第二の流路３５は、ヘッ
ド本体管路２７及び第二のフレキシブル配管３６を介し
て、スラリー／洗浄液供給機構３１からスラリーと洗浄
液のうちいずれか一方を選択的に供給されるようになっ
ている。また、上記第二の流路３５の直径は、２ｍｍよ
りも小さいとスラリーが詰まりやすくなり、１０ｍｍよ
りも大きくなるとリテーナリングの強度が低下するの
で、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００２４】また、リテーナリング１７の内周面１７ａ
には、第二の流路３５と接続されて、第二の流路３５か
ら供給されるスラリーまたは洗浄液を導く第二の溝３８
が全周にわたって形成されている。図３に示すように、
第二の溝３８において下側の内面３８ａは下方に向けて
窪んだ形状とされており、これによって第二の流路３５
から第二の溝３８に供給されたスラリーまたは洗浄液が
一時保持されて、第二の溝３８に沿って流れるようにな
っている。

【００２５】図１に示すように、スラリー／洗浄液供給
機構３１は、スラリー供給源４１と洗浄液供給源４２と
を有しており、これらはそれぞれ第二の流通孔２５ｂ、
ジョイント部２６に対してスラリー／洗浄液供給配管４
３を介して接続されている。スラリー供給源４１が供給
するスラリーは、例えばＳｉＯ2を用いたアルカリ性ス
ラリーやＣｅＯ2を用いた中性スラリー、あるいはＡｌ2
Ｏ3を用いた酸性スラリー、砥粒剤等を用いたスラリー
等、ウェーハＷの研磨条件に適したものとされる。洗浄
液供給配管４３は、洗浄液として、例えば純水や、スラ
リーを構成する溶媒等を供給するものである。本実施の
形態では、スラリー／洗浄液供給配管４３は、スラリー
供給源４１に対しては第一のバルブ４４を介して接続さ
れ、また洗浄液供給源４２に対しては第二のバルブ４５
を介して接続されており、これら第一、第二のバルブ４
４、４５のうちのいずれか一方を開、他方を閉とするこ
とで、スラリーと洗浄液のうちいずれか一方を選択的に
供給されるようになっている。ここで、スラリー／洗浄
液供給配管４３へのスラリーまたは洗浄液の供給を切り
換える機構としては、上記のように第一、第二のバルブ
４４、４５を用いた機構に限らず、配管同士の接続の切
換に通常用いられる任意の機構を用いることができる。

【００２６】このような研磨ヘッド１１を用いた研磨装
置によってウェーハＷの研磨を行う場合、まずウェーハ
Ｗは、例えばキャリア１６の下面に設けられたウェーハ
付着シート（図示せず）に付着される。そして、ウェー
ハＷはリテーナリング１７によって周囲を係止されつ
つ、その表面をプラテン３上面に貼付された研磨パッド
４に当接させられる。このとき、リテーナリング１７の
下面も研磨パッド４に当接される。ここで、初期状態で
は、スラリー／洗浄液供給機構３１の第一、第二のバル
ブ４４、４５は共に閉じられている。

【００２７】次に、第一の流通孔２５ａから流体室２４
に空気などの流体を流入させることによって流体室２４
内の圧力を調節し、キャリア１６及びリテーナリング１
７の研磨パッド４への押圧圧力を調節する。キャリア１
６及びリテーナリング１７は、ダイヤフラム１５にそれ
ぞれ支持されて上下方向に変位可能とされたフローティ
ング構造となっており、流体室２４内部の圧力によって
研磨パッド４への押圧圧力が調節可能となっている。そ
して、キャリア１６及びリテーナリング１７の研磨パッ
ド４への押圧圧力を調節しつつ、プラテン３を回転させ
るとともに、研磨ヘッド１１を自転させる。

【００２８】これと同時に、スラリー／洗浄液供給機構
３１の第一のバルブ４４を開き、スラリー供給源４１か
らスラリー／洗浄液供給配管４３内にスラリーを供給す
る。これ以降は、ウェーハＷの研磨中は第一のバルブ４
４は開いたままとする。スラリー／洗浄液供給配管４３
に供給されたスラリーは、ヘッド本体１２のシャフト１
９に設けた第二の流通孔２５ｂ内に供給され、またヘッ
ド本体１２の天板部１３に設けたジョイント部２６を通
じてヘッド本体管路２７内にも供給される。そして、第
二の流通孔２５ｂ内に供給されたスラリーは、第一のフ
レキシブル配管３３を通じて、キャリア１６の第一の流
路３２内に供給される。第一の流路３２によって外周面
１６ａまで導かれたスラリーは、外周面１６ａに形成さ
れた第一の溝３４によって外周面１６ａの全周に導か
れ、外周面１６ａの全周から流れ落ちるので、外周面１
６ａとリテーナリング１７の内周面１７ａとの間に形成
される隙間Ｋ内、すなわちウェーハＷの外周に位置する
隙間の全周にスラリーが供給される。

【００２９】また、このようにスラリーが第一の流路３
２内に供給されることで、第一の流路３２内を流れるス
ラリーによってキャリア１６の冷却が行われる。本実施
の形態では、第一の流路３２の水平部３２ｂをキャリア
１６の下面に近付けて形成し、かつキャリア１６の中央
から外周側に向けて略放射状に形成したので、キャリア
１６において加工熱を受ける下面近傍全体にわたってス
ラリーによる冷却が行われる。ここで、キャリア１６の
効果的な冷却を考慮した場合、水平部３２ｂは、キャリ
ア１６の強度を落とさない範囲内で極力多く設けるとと
もに、下面側に近付けて設けることが好ましい。さら
に、研磨ヘッド１１の回転に伴って生じる遠心力によっ
て水平部３２ｂ内に供給されたスラリーが外周面１６ａ
に向けて送り出されるので、外周面１６ａへのスラリー
の供給がスムーズに行われる。

【００３０】一方、ヘッド本体管路２７内に供給された
スラリーは、第二のフレキシブル配管３６を通じて、リ
テーナリング１７の第二の流路３５内に供給される。第
二の流路３５によって内周面１７ａまで導かれたスラリ
ーは、内周面１７ａに形成された第二の溝３８によって
内周面１７ａの全周に導かれ、内周面１７ａの全周から
流れ落ちるので、内周面１７ａとキャリア１６の外周面
１６ａとの間に形成される隙間Ｋ内の全周にスラリーが
供給される。このようにスラリーが隙間Ｋ内に供給され
ることで、プラテン３の回転やリテーナリング１７に妨
げられることなく、ウェーハＷと研磨パッド４との間に
スラリーが直接供給される。

【００３１】そして、研磨作業を終えた際などの適宜時
期に、スラリー／洗浄液供給機構３１からの第一、第二
の流路３２、３５へのスラリーの供給を停止し、代わり
に第一、第二の流路３２、３５内に洗浄液を供給するこ
とで、スラリーと同様に洗浄液を第一、第二の流路３
２、３５内及び隙間Ｋの周方向全周に行き渡らせて、第
一、第二の流路３２、３５内及び隙間Ｋ内に残留してい
るスラリーを洗い流すことができる。本実施の形態で
は、第一のバルブ４４を閉じることでスラリー供給源４
１からのスラリー／洗浄液供給配管４３へのスラリーの
供給を停止し、第二のバルブ４５を開くことで、洗浄液
供給源４２からのスラリー／洗浄液供給配管４３への洗
浄液の供給を行う。

【００３２】このように構成される研磨ヘッド１１によ
れば、スラリーがキャリア１６の外周面１６ａとリテー
ナリング１７の内面１７ａとの間に形成される隙間Ｋ内
に供給されることで、プラテン３の回転やリテーナリン
グ１７に妨げられることなく、ウェーハＷと研磨パッド
４との間にスラリーが直接供給される。これによって、
ウェーハＷと研磨パッド４との間に十分な量のスラリー
を供給することができる。また、スラリーは、キャリア
１６の外周面１６ａに形成された第一の溝３４及びリテ
ーナリング１７の内周面１７ａに形成された第二の溝３
８に導かれて、隙間Ｋ内の全周に供給されるので、ウェ
ーハＷの外周全周から、ウェーハＷと研磨パッド４との
間にスラリーがほぼ均一に供給されることとなり、ウェ
ーハＷの全面で研磨量をほぼ均一にすることができる。
さらに、ウェーハＷと研磨パッド４との間に供給された
スラリーは、リテーナリング１７によって周囲を囲われ
るため、研磨ヘッド１１やプラテン３の回転による遠心
力を受けてもリテーナリング１７の外周に流出しにく
い。そのため、最小限のスラリーの使用量で効率良く研
磨を行うことができ、高価なスラリーの使用量を低減す
ることができる。そして、研磨ヘッド１１自体が回転す
ることによりスラリーはまんべんなく研磨パッド４表面
に供給されるので、スラリーを効率良く研磨に寄与させ
ることができる。

【００３３】また、スラリーが第一の流路３２内に供給
されることで、第一の流路３２内を流れるスラリーによ
ってキャリア１６の冷却が行われるので、キャリア１６
の熱変形を低減して、ウェーハＷの研磨精度を向上させ
ることができる。そして、第一の流路３２の水平部３２
ｂをキャリア１６の中央から外周側に向けて略放射状に
形成したので、キャリア１６において加工熱を受ける下
面近傍全体にわたってスラリーによる冷却を行うことが
でき、キャリア１６の熱変形をより効果的に押さえるこ
とができる。さらに、ウェーハＷの研磨時には、研磨ヘ
ッド１１の回転に伴って生じる遠心力によってキャリア
１６の外周面１６ａへのスラリーの供給をスムーズに行
うことができる。

【００３４】そして、研磨作業を終えた際などの適宜時
期に、スラリー／洗浄液供給機構３１からの第一、第二
の流路３２、３５へのスラリーの供給を停止し、代わり
に第一、第二の流路３２、３５内に洗浄液を供給するこ
とで、第一、第二の流路３２、３５内及び隙間Ｋ内に残
留しているスラリーを、スラリーが乾燥または変質しな
いうちに洗浄液によって洗い流すことができる。

【００３５】なお、上記実施の形態では、ヘッド本体１
２において、天板部１３に設けられるジョイント部２６
とリテーナリング１７の第二の流路３５とを接続する構
造として、天板部１３に流体室２４内に通じるヘッド本
体管路２７を形成し、このヘッド本体管路２７と第二の
流路３５とを、流体室２４内に配置した第二のフレキシ
ブル配管３６によって接続した例を示した。しかし、こ
れに限られることなく、例えば図４に示す研磨ヘッド５
１のように、ヘッド本体１２にヘッド本体管路２３を設
ける代わりに、天板部１３のジョイント部２６から周壁
部１４の段部１４ａの内周面に通じるヘッド本体管路５
２を形成し、また第二の流路３５において、リテーナリ
ング１７の上面１７ｂに開口されていた端部を外周面１
７ｃに開口させ、この開口端とヘッド本体管路５２の段
部１４ａ側の開口端とを第二のフレキシブル配管３６に
よって接続した構成としてもよい。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載の研磨ヘッドによれば、
被研磨材の研磨時には、スラリー／洗浄液供給機構から
供給されるスラリーが第一の流路を通じてキャリアの外
周面とリテーナリングの内周面との間に形成される隙間
内、すなわち被研磨材の外周に位置する隙間内に供給さ
れるので、プラテンの回転やリテーナリングに妨げられ
ることなく、被研磨材と研磨パッドとの間にスラリーが
直接供給される。これによって、被研磨材と研磨パッド
との間に十分な量のスラリーを供給することができる。
また、被研磨材と研磨パッドとの間に供給されたスラリ
ーは、リテーナリングによって周囲を囲われるため、研
磨ヘッドやプラテンの回転による遠心力を受けてもリテ
ーナリングの外周に流出しにくい。そのため、最小限の
スラリーの使用量で効率良く研磨を行うことができ、高
価なスラリーの使用量を低減することができる。そし
て、研磨ヘッド自体が回転することによりスラリーはま
んべんなく研磨パッド表面に供給され、スラリーを効率
良く研磨に寄与させることができる。さらに、第一の流
路を通過するスラリーによってキャリアの冷却が行われ
るのでキャリアの熱変形を低減して被研磨材の研磨精度
を向上させることができる。そして、研磨作業を終えた
際等の適宜時期に、スラリー／洗浄液供給機構からの第
一の流路へのスラリーの供給を停止し、代わりに洗浄液
を供給することで、第一の流路内及びキャリアの外周面
とリテーナリングの内周面との間に形成される隙間内に
残留しているスラリーを、スラリーが乾燥または変質し
ないうちに洗浄液によって洗い流すことができる。

【００３７】請求項２記載の研磨ヘッドによれば、被研
磨材の研磨時には、スラリー／洗浄液供給機構から供給
されるスラリーが、第二の流路を通じてキャリアの外周
面とリテーナリングの内周面との間に形成される隙間内
に供給され、被研磨材と研磨パッドとの間にスラリーが
直接供給されるので、被研磨材と研磨パッドとの間に十
分な量のスラリーを供給することができる。そして、ス
ラリー／洗浄液供給機構からの第二の流路へのスラリー
の供給を停止し、代わりに洗浄液を供給することで、第
二の流路内及びキャリアの外周面とリテーナリングの内
周面との間に形成される隙間内に残留しているスラリー
を洗浄液によって洗い流すことができる。

【００３８】ここで、キャリアに第一の流路を設け、さ
らにリテーナリングに第二の流路を設けた場合には、キ
ャリアに設けた第一の流路に加えてリテーナリングに設
けた第二の流路からもスラリーが供給されるので、被研
磨材と研磨パッドとの間に供給されるスラリーの量を増
加させることができる。

【００３９】また、キャリアに第一の流路を形成し、キ
ャリアの外周面に、第一の流路と接続される第一の溝を
全周にわたって形成した場合には、第一の流路によって
キャリアの外周面に供給されたスラリーは、第一の溝に
よって外周面の全周に導かれて外周面全周から流れ落ち
るので、被研磨材の外周全周から被研磨材と研磨パッド
との間にスラリーがほぼ均一に供給されることとなり、
被研磨材の全面で研磨量をほぼ均一にすることができ
る。同様に、リテーナリングに第二の流路を形成し、リ
テーナリングの内周面に、第二の流路と接続される第二
の溝を全周にわたって形成した場合には、第二の流路に
よってリテーナリングの内周面に供給されたスラリー
は、第二の溝によって内周面の全周に導かれて内周面全
周から流れ落ちるので、被研磨材の外周全周から被研磨
材と研磨パッドとの間にスラリーをほぼ均一に供給する
ことができる。

【００４０】そして、第一の流路をキャリアの中央から
外周側に向けて略放射状に形成することで、キャリア全
体をスラリーによって冷却することができ、キャリアの
熱変形をより効果的に押さえることができる。さらに、
被研磨材の研磨時には、研磨ヘッドの回転に伴って生じ
る遠心力によってキャリアの外周面へのスラリーの供給
をスムーズに行うことができる。

【００４１】また、流路（第一、第二の流路）の直径を
２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることで、これら流路にス
ラリー詰まりを生じにくくしつつキャリアやリテーナリ
ングの強度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる研磨ヘッドの構
成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる研磨ヘッドの先
端面図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる研磨ヘッドの要
部を概略的に示す一部拡大図である。

【図４】本発明の研磨ヘッドの他の実施形態を示す縦
断面図である。

【図５】従来の研磨装置を概略的に示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１研磨装置３プラテン４研磨パッド１１研磨ヘッド１６キャリア１６ａ外周面１７リテーナリング１７ａ内周面３１スラリー／洗浄液供給機構３２第一の流路３４第一の溝３５第二の流路３８第二の溝Ｋ隙間Ｗウェーハ（被研磨材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラテン上に貼付された研磨パッドの表
面に、該研磨パッドに対して相対的に移動しつつ被研磨
材を押し付けて該被研磨材の研磨を行うための研磨ヘッ
ドであって、下面において研磨すべき被研磨材の一面を保持する円盤
状のキャリアと、該キャリアの外周に同心状に配置されて、研磨時には前
記研磨パッドに当接しつつ内周面で前記キャリアに保持
される前記被研磨材の外周を係止する円環状のリテーナ
リングとを有し、前記キャリアには、外周面と前記リテーナリングの内周
面との間に形成される隙間内へスラリーまたは洗浄液を
供給するための流路として第一の流路が形成されてお
り、該第一の流路には、スラリーと洗浄液のうちいずれか一
方を選択的に供給するスラリー／洗浄液供給機構が接続
されていることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】プラテン上に貼付された研磨パッドの表
面に、該研磨パッドに対して相対的に移動しつつ被研磨
材を押し付けて該被研磨材の研磨を行うための研磨ヘッ
ドであって、下面において研磨すべき被研磨材の一面を保持する円盤
状のキャリアと、該キャリアの外周に同心状に配置されて、研磨時には前
記研磨パッドに当接しつつ内周面で前記キャリアに保持
される前記被研磨材の外周を係止する円環状のリテーナ
リングとを有し、前記リテーナリングには、前記内周面と前記キャリアの
外周面との間に形成される隙間内へスラリーまたは洗浄
液を供給するための流路として第二の流路が形成されて
おり、該第二の流路には、スラリーと洗浄液のうちいずれか一
方を選択的に供給するスラリー／洗浄液供給機構が接続
されていることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項３】前記リテーナリングには、前記内周面と
前記キャリアの外周面との間に形成される隙間内へスラ
リーまたは洗浄液を供給するための流路として第二の流
路が形成されており、該第二の流路には、前記スラリー／洗浄液供給機構が接
続されていることを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッ
ド。
【請求項４】前記キャリアの外周面には、前記第一の
流路と接続されて、該第一の流路から供給される前記ス
ラリーを導く第一の溝が全周にわたって形成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の研
磨ヘッド。
【請求項５】前記リテーナリングの内周面には、前記
第二の流路と接続されて、該第二の流路から供給される
前記スラリーを導く第二の溝が全周にわたって形成され
ていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記
載の研磨ヘッド。
【請求項６】前記第一の流路は、前記キャリアの上面
中央から外周面の複数箇所に通じさせ、かつ中央から外
周側に向けて略放射状に形成されていることを特徴とす
る請求項１から５のいずれかに記載の研磨ヘッド。
【請求項７】前記流路の直径が、２ｍｍ以上１０ｍｍ
以下とされていることを特徴とする請求項１から６のい
ずれかに記載の研磨ヘッド。