JP2003220553A - 研磨ヘッド及び研磨方法 - Google Patents

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】 ヘッド本体１２の内部に張られたダイヤ
フラム１５（弾性体）の下面に、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、キャリア１６の外周面１６ａ側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とを固定する。ダイヤフ
ラム１５には、キャリア１６の外周面とリテーナリング
１７の内周面との間に形成される隙間内へスラリーを供
給するための供給口２８を設ける。供給口２８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
ンウェーハ（ベアウェーハ）や、表面にシリコン・ゲル
マニウム層（ＳｉＧｅ層）を形成したシリコンウェー
ハ、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、光学部品レンズ
等（以下、ウェーハＷとする）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）。そこで、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８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８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。このため、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ず、高価なスラリーＳを
大量に浪費することとなり、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に記載の研磨ヘッドにおいては、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キャリアと、該
キャリアの外周側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、前記キャリアと前記リテーナリングと
の間には、これらを互いに対して上下方向への相対的な
変位を許容して接続する弾性体が設けられており、前記
弾性体には、前記キャリアの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を供給
するための供給口が設けられており、該供給口には、ス
ラリーを供給するスラリー供給源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、被研磨材の一面を保持するキャリアと被研磨材の外
周を係止するリテーナリングとが弾性体を介して接続さ
れている。そして、スラリー供給源より供給されるスラ
リーは、弾性体に設けられる供給口を通じて、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
隙間内に供給される。これにより、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、隙間内から被研磨
材と研磨パッドとの間にスラリーが直接供給されること
となり、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
る。

【０００９】ここで、スラリーは、時間の経過とともに
次第に乾燥したり変質、凝固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塊状となっ
て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。そこで、供給口に、洗浄液を
供給する洗浄液供給源を接続し、スラリー供給源から供
給されるスラリーと前記洗浄液供給源から供給される洗
浄液とのうちいずれか一方を、供給口に対して選択的に
供給するスラリー／洗浄液供給機構を設けた構成として
もよい。この構成では、研磨時にはスラリー／洗浄液供
給機構によって供給口へスラリーを供給し、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
からの供給口へのスラリーの供給を停止し、代わりに供
給口に洗浄液を供給することで、供給口内、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。

【００１０】ここで、研磨ヘッドにおいて、リテーナリ
ングは、キャリアに保持される被研磨材の外周を係止す
るとともに、被研磨材の外周近傍における研磨パッドの
変形を抑えるものであるから、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は極力小さ
くすることが望ましい。しかし、このように隙間を小さ
くすると、弾性体において隙間内に露出される領域も小
さくなって供給口の大きさが制限されるので、供給口か
らのスラリーまたは洗浄液の供給量が少なくなってしま
う。

【００１１】そこで、キャリアの外周縁とリテーナリン
グの内周縁とのうちの少なくとも一方の周縁部において
弾性体と対向する部位に、他方の周縁部との間に収容空
間を形成する収容部を設け、弾性体には、収容空間内に
対向する部位に供給口を設けた構成としてもよい。この
構成では、キャリアの外周縁とリテーナリングの内周縁
とのうちの少なくとも一方の周縁部において弾性体と対
向する部位には収容空間を形成する収容部が形成され
る。弾性体は、隙間内だけでなく収容空間内にも露出さ
れるので、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は小さくしつつ、弾性体におい
て供給口を設けることができる領域を確保することがで
きる。

【００１２】ここで、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。そこで、収容部が、
収容部の設けられる周縁部の全周にわたって設けられて
いる構成としてもよい。この構成では、供給口から収容
空間内に供給されたスラリーは、収容部によって、収容
部の設けられる周縁部の周方向に沿って導かれて、全周
から下方に流れ落ちる。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、研磨ヘッドに
洗浄液供給源とスラリー／洗浄液供給機構とを設けてい
る場合には、供給口にスラリーの代わりに洗浄液を供給
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、隙間内に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】また、収容部の下面と収容部の設けられる
周縁部の周面との間には上方に屹立する壁部を設け、壁
部には、周方向の複数箇所に、収容部と周面とを接続す
る接続路が設けられた構成としてもよい。この構成で
は、収容空間内に供給されたスラリーまたは洗浄液は、
壁部によって一旦受けられて、壁部に沿って収容空間の
周方向に流れる。そして、スラリーまたは洗浄液が壁部
の周方向の各所に設けられた接続路に達すると、接続路
を通じてキャリアとリテーナリングとの間に形成される
隙間内に流出する。すなわち、収容空間内に供給された
スラリーまたは洗浄液は、ヘッド本体の周方向の各所で
接続路を通じて隙間内に流出するので、スラリーや洗浄
液を隙間の全周にわたってより均一に供給することがで
きる。

【００１４】また、収容部の下面には、周面に向かうに
つれて次第に下方に向けて傾斜する傾斜面を設けた構成
としてもよい。この構成では、収容空間内に供給された
スラリーは、収容部の下面に設けられた傾斜面に沿って
前記隙間に向けて速やかに流れるので、スラリーに滞留
が生じにくくなって、スラリーの乾燥や変質、凝固を生
じにくくすることができる。

【００１５】また、キャリアとリテーナリングとのうち
の少なくとも一方に、隙間内へスラリーと洗浄液とのう
ちの少なくとも一方を供給するための流路を形成し、こ
の流路にも、スラリー供給源と洗浄液供給源とのうちの
少なくとも一方が接続されている構成としてもよい。こ
の構成では、キャリアまたはリテーナリングに設けられ
る流路からも前記隙間内にスラリーや洗浄液を供給する
ことができるので、スラリーや洗浄液の流量を確保して
研磨性能を維持することができる。

【００１６】本発明にかかる研磨方法は、プラテン上に
貼付された研磨パッドの表面に、研磨ヘッドによって研
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
けて被研磨材の研磨を行う研磨方法であって、研磨ヘッ
ドとして、請求項１から７のいずれかに記載の研磨ヘッ
ドを用いて、弾性体に設けられた供給口からキャリアの
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
間内へスラリーを供給しつつ被研磨材の研磨を行うこと
を特徴とする。この研磨方法においては、請求項１から
７のいずれかに記載の研磨ヘッドを用いて、研磨ヘッド
の弾性体に設けられた供給口から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スラ
リーを供給しつつ被研磨材の研磨を行うので、リテーナ
リングの内周に効率よくスラリーを供給することがで
き、またリテーナリングによってスラリーが保持されて
リテーナリング外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る。従来のウェーハＷの研磨で
は、十分な研磨性能を得るためには、研磨ヘッド一台に
つき、スラリーの流量を約１００ｍＬ／ｍｉｎで供給す
る必要があるのに対し、本願発明による研磨では、研磨
性能を低下させることなく、研磨ヘッド一台につき、ス
ラリーの流量を３〜５０ｍＬ／ｍｉｎ、望ましくは７〜
２０ｍＬ／ｍｉｎと、従来の研磨に比べて約３％〜５０
％まで流量を低減させることができる。また、本願発明
による研磨では、このようにスラリーの使用量を著しく
低減させた状態でウェーハＷの研磨が可能であるため、
総量としてのスラリー凝集粒子が減ることとなり、ウェ
ーハＷに生じるマイクロスクラッチが減少する。これに
より、ウェーハＷの表面の表面粗さ（ＰＶ値）が小さく
なり、良好な研磨性能を得ることができる。さらに表面
にＳｉＧｅ層を形成したシリコンウェーハでは、表面粗
さの規格が厳しく、より高い平坦度が要求されるので、
本願発明はこのようなシリコンウェーハの研磨に特に有
効であり、さらに研磨圧力を１０〜５０ｋＰａ望ましく
は１３〜４０ｋＰａに抑えることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】〔第一の実施の形態〕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及び図２は本実施形態にかかる研
磨ヘッドの構成を示す図であって、図１は縦断面図、図
２は要部の概略構成を示す縦断面図である。本実施形態
にかかる研磨ヘッドは、例えば図８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１３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（弾性体）とを有している。ダ
イヤフラム１５の下面には、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
とが固定されている。キャリア１６とリテーナリング１
７とは、ダイヤフラム１５を介して、互いに対して上下
方向への相対的な変位を許容して接続されている。

【００１８】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、後述する圧力調整機構３０に接続される第一の
流通孔２０ａ及びスラリー／洗浄液供給機構３１に接続
される第二の流通孔２０ｂが軸線に平行にして形成され
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。

【００１９】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
２１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。

【００２０】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２２に対して、間にダイヤフラム１
５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。

【００２１】これらキャリア１６の外周縁とリテーナリ
ング１７の内周縁とのうちの少なくとも一方の周縁部に
は、ダイヤフラム１５と対向する部位に、他方の周縁部
との間に収容空間Ｃを形成する収容部２３が設けられて
いる。本実施の形態では、キャリア１６の外周縁に切り
欠きを設けて収容部２３を形成しており、また収容部２
３は、キャリア１６の外周縁の全周にわたって設けてい
る。

【００２２】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２６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、
ヘッド本体１２との間に流体室２７が形成されている。
流体室２７は、シャフト１９に形成された第一の流通孔
２０ａを通じて圧力調整機構３０に接続されている。そ
して、流体室２７内部に、圧力調整機構３０から第一の
流通孔２０ａ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２７内の圧力が調整され
る。

【００２３】また、ダイヤフラム１５には、キャリア１
６の外周面とリテーナリング１７の内周面との間に形成
される隙間Ｋ内へスラリーを供給するための供給口２８
が設けられている。本実施の形態では、供給口２８は、
ダイヤフラム１５においてキャリア１６の収容部２３が
形成する収容空間Ｃに対向する部位（収容空間に露出さ
れる部位）に設けられている。これにより、隙間Ｋは極
力小さくしつつ、収容空間Ｃ内に必要な大きさの供給口
２８を設けることができる。この供給口２８は、ダイヤ
フラム１５において一箇所だけ設けてもよく、またダイ
ヤフラム１５において収容空間Ｃに対向する部位の周方
向の複数箇所に設けてもよい。

【００２４】供給口２８は、ダイヤフラム１５において
収容空間Ｃに対向する部位を上下から挟み込むとともに
その互いに対向する位置に開口部２８ｂが設けられる一
対の支持プレート２８ａと、ダイヤフラム１５において
この開口部２８ｂに対向する部位に設けられる開口部１
５ａとによって構成されている。この支持プレート２８
ａは、例えばリング形状に形成して、ダイヤフラム１５
において収容空間Ｃに対向する部位を周方向の全周に渡
って挟み込む構成としてもよく、また周方向の一部のみ
を挟み込む構成としてもよい。

【００２５】ここで、支持プレート２８ａは、ダイヤフ
ラム１５においてキャリア１６に覆われる部位とリテー
ナリング１７に覆われる部位とのうち少なくともいずれ
か一方との間に隙間をあけて設けられている。これによ
り、ダイヤフラム１５においてキャリア１６とリテーナ
リング１７との間に弾性変形可能な領域を確保して、ダ
イヤフラム１５に取り付けられるキャリア１６とリテー
ナリング１７とをヘッド本体１２の軸線方向に独立して
変位させることを可能にしている。

【００２６】この供給口２８は、スラリー／洗浄液供給
機構３１と接続されている。本実施の形態では、図１に
示すように、供給口２８において、流体室２７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２９を介して、ヘッド本体１２のシャフト１９
に形成される第二の流通孔２０ｂと接続されている。ダ
イヤフラム１５は、第一のフレキシブル配管２９が変形
することによってヘッド本体１２の軸線方向への変位を
許容されている。そして、上記のように、第二の流通孔
２０ｂ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、これによって供給口２８には、第二の流通孔２
０ｂ及び第一のフレキシブル配管２９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
ずれか一方が選択的に供給されるようになっている。

【００２７】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３２と洗浄液供給源３３と
を有しており、これらはそれぞれ第二の流通孔２０ｂに
対してスラリー／洗浄液供給配管３４を介して接続され
ている。スラリー供給源３２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Ａｌ₂Ｏ₃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。洗浄液供給源３３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３４は、スラリー供給源３２に対しては第
一のバルブ３６を介して接続され、また洗浄液供給源３
３に対しては第二のバルブ３７を介して接続されてお
り、これら第一、第二のバルブ３６、３７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３４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３６、３７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。

【００２８】以下に、このような研磨ヘッド１１を用い
た研磨装置によるウェーハＷの研磨作業を説明する。こ
の研磨作業にあたっては、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３６、３７は共
に閉じられている。

【００２９】次に、圧力調整機構３０によって、第一の
流通孔２０ａから流体室２７に空気などの流体を流入さ
せることによって流体室２７内の圧力を調節し、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
圧力を調節する。キャリア１６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２７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１
１を自転させる。

【００３０】これと前後して、スラリー／洗浄液供給機
構３１の第一のバルブ３６を開き、スラリー供給源３２
からスラリー／洗浄液供給配管３４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
３６は開いたままとする。スラリー／洗浄液供給配管３
４に供給されたスラリーは、ヘッド本体１２のシャフト
１９に設けた第二の流通孔２０ｂ、第一のフレキシブル
配管２９を通じて供給口２８に供給される。

【００３１】供給口２８に供給されたスラリーは、キャ
リア１６の収容部２３がなす収容空間Ｃ内に供給され
て、収容部２３によってキャリア１６の外周面１６ａの
全周に導かれるので、外周面１６ａの全周から、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
内に全周にわたってスラリーが供給される。これによ
り、スラリーが隙間Ｋから流れ落ちてウェーハＷと研磨
パッド４との間に直接供給されて、ウェーハＷの研磨が
行われる。ここで、図２にスラリーの流れを矢印で示
す。

【００３２】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からの供給口２８
へのスラリーの供給を停止し、代わりに供給口２８に洗
浄液を供給することで、スラリーと同様に洗浄液を供給
口２８内及び収容部２３の周方向全周に行き渡らせて、
供給口２８、収容空間Ｃ及び隙間Ｋ内に残留しているス
ラリーを洗い流す。本実施の形態では、第一のバルブ３
６を閉じることでスラリー供給源３２からのスラリー／
洗浄液供給配管３４へのスラリーの供給を停止し、第二
のバルブ３７を開くことで、洗浄液供給源３３からのス
ラリー／洗浄液供給配管３４への洗浄液の供給を行う。

【００３３】このように構成される研磨ヘッド１１によ
れば、キャリア１６の外周面１６ａとリテーナリング１
７の内面１７ａとの間に形成される隙間Ｋ内からウェー
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
ので、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、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の外周縁に設けられた収容部２３
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。

【００３４】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
量を著しく低減することができる。また、研磨ヘッド１
１自体が回転することによりスラリーが研磨パッド４表
面にまんべんなく供給されるので、スラリーを効率良く
研磨に寄与させることができる。

【００３５】そして、このようにスラリーの利用効率を
上げて使用量を著しく低減させることができるので、総
量としてのスラリーの凝集粒子が減ることとなり、ウェ
ーハＷの表面に発生するマイクロスクラッチを減少させ
て、ウェーハＷの研磨性能を向上させることができる。
また、スラリーによる研磨パッド４への負担も低減され
るので、研磨パッド４の寿命が延び、研磨パッド４にか
かるコストも低減することができる。

【００３６】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からの供給口２８
へのスラリーの供給を停止し、代わりに供給口２８内に
洗浄液を供給することで、供給口２８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、
凝固しないうちに洗浄液によって洗い流すことができ
る。

【００３７】なお、上記実施の形態では、収容部２３を
キャリア１６の外周縁の全周にわたって設けた例を示し
たが、これに限られることなく、外周縁において周方向
の一部のみに収容部２３を設けてもよい。また、収容部
２３は、図３（ａ）の縦断面図に示すように、キャリア
１６の外周縁に設ける代わりにリテーナリング１７の内
周縁に設けてもよく、図３（ｂ）の縦断面図に示すよう
に、キャリア１６とリテーナリング１７の両方に設けて
もよい。後者の場合には、収容空間Ｃをより大きくする
ことができるので、ダイヤフラム１５において供給口２
８を設けることのできる領域をより大きくすることがで
きる。

【００３８】また、上記実施の形態では、供給口２８
に、スラリー／洗浄液供給機構３１を接続して、スラリ
ー供給源３２から供給されるスラリーと洗浄液供給源３
３から供給される洗浄液のいずれか一方が選択的に供給
される構成を示したが、これに限られることなく、供給
口２８には、スラリー供給源３２のみ接続された構成と
してもよい。また、上記実施の形態では、供給口２８
を、ダイヤフラム１５を挟み込む一対の支持プレート２
８ａと、ダイヤフラム１５の開口部１５ａとによって構
成した例を示したが、これに限られることなく、例えば
支持プレート２８ａを設けずに、ダイヤフラム１５にお
いて開口部１５ａの流体室２７側に、第一のフレキシブ
ル配管２９を接続する接続口、または第一のフレキシブ
ル配管２９自体を一体的に形成した構成のダイヤフラム
を用いてもよい。

【００３９】〔第二の実施の形態〕以下、本発明の第二
の実施の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、本実施の形態にかかる研磨ヘッドにおい
て、第一の実施の形態に示す研磨ヘッド１と同一または
同様の部分については同じ符号を用いて説明する。本実
施の形態にかかる研磨ヘッド４１は、第一の実施の形態
に示す研磨ヘッド１において、図４の縦断面図に示すよ
うに、収容部２３の下面に、周面に向かうにつれて次第
に下方に向けて傾斜する傾斜面２３ａを設けたものであ
る。ここで、図４では、一例として、収容部２３をキャ
リア１６の外周縁に設けた場合について図示している。

【００４０】この研磨ヘッド４１によれば、供給口２８
から収容空間Ｃ内に供給されたスラリーは、図４に矢印
で示すように、収容部２３の傾斜面２３ａに沿って速や
かに隙間Ｋに向けて流れるので、スラリーに滞留が生じ
にくくなって、スラリーの乾燥や変質、凝固を生じにく
くすることができる。

【００４１】〔第三の実施の形態〕以下、本発明の第三
の実施の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、本実施の形態にかかる研磨ヘッドにおい
て、第一の実施の形態に示す研磨ヘッド１と同一または
同様の部分については同じ符号を用いて説明する。本実
施の形態にかかる研磨ヘッド４６は、第一の実施の形態
に示す研磨ヘッド１において、図５の縦断面図に示すよ
うに、収容部２３の下面と収容部２３の設けられる周縁
部の周面との間、すなわち収容部２３の下面とキャリア
１６の外周面１６ａとの間には上方に屹立する壁部４７
を設け、壁部４７には、周方向の複数箇所に、収容部２
３と外周面１６ａとを接続する接続路４８を設けた構成
としたものである。ここで、図５では、一例として、収
容部２３をキャリア１６の外周縁に設けた場合について
図示している。

【００４２】この構成では、収容空間Ｃ内に供給された
スラリーは、壁部４７によって一旦受けられて、収容部
２３に沿って周方向に流れることとなる。そして、スラ
リーが壁部４７に設けられた接続路４８に達すると、一
部が接続路４８を通じてキャリア１６とリテーナリング
１７との間に形成される隙間Ｋ内に流出する。すなわ
ち、スラリーは、収容部２３及び壁部４７によって周方
向の全周に確実に案内されて、周方向の各所で接続路４
８を通じて隙間Ｋ内に流出するので、スラリーを隙間Ｋ
の全周にわたってより均一に供給することができる。こ
こで、供給口２８に洗浄液供給源３３も接続した構成と
した場合、収容空間Ｃ内に洗浄液を供給すると、洗浄液
もスラリーと同様に周方向の全周に確実に案内されてキ
ャリア１６の周方向の各所で隙間Ｋ内に流出して、隙間
Ｋ内全体を洗浄することができる。

【００４３】この研磨ヘッド４６においては、接続路４
８は、スラリーや洗浄液を隙間Ｋの全周にわたってより
均一に供給することができるよう、例えばキャリア１６
の周方向において等間隔で設けられる。また、接続路４
８の形状は任意であり、例えば図６（ａ）に示すように
断面視半円形状としたり、図６（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに断面視三角形状または四角形状等、断面視多角形状
としてもよい。さらに、図５に二点鎖線で示すように、
収容部２３の下面に、周面に向かうにつれて次第に下方
に向けて傾斜する傾斜面２３ａを設けてもよい。

【００４４】ここで、上記実施の形態では、キャリア１
６の外周縁に収容部２３が設けられている場合について
示したが、これに限られることなく、リテーナリング１
７の内周縁に収容部２３が設けられている場合にも、同
様に収容部２３に接続路４８を有する壁部４７を設ける
ことができる。

【００４５】〔第四の実施の形態〕以下、本発明の第四
の実施の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、本実施の形態にかかる研磨ヘッドにおい
て、第一の実施の形態に示す研磨ヘッド１と同一または
同様の部分については同じ符号を用いて説明する。図７
は、本実施形態にかかる研磨ヘッド５１の構成を示す縦
断面図である。本実施の形態にかかる研磨ヘッド５１
は、第一の実施の形態に示す研磨ヘッド１において、キ
ャリア１６とリテーナリング１７とのうちの少なくとも
一方に、隙間Ｋ内へスラリーと洗浄液とのうちの少なく
とも一方を供給するための流路５２を設け、この流路５
２にも、スラリー供給源３２と洗浄液供給源３３とのう
ち少なくとも一方を接続した構成としたものである。

【００４６】図７では、キャリア１６は第一の流路５２
ａを、またリテーナリング１７には第二の流路５２ｂを
それぞれ設けた例を示している。この研磨ヘッド５１で
は、キャリア１６には、上面１６ｂから外周面１６ａま
で通じる第一の流路５２ａを設け、第一の流路５２ａに
おいて上面１６ｂ側の開口端とヘッド本体１２の第二の
流通孔２０ｂとを、少なくとも一部が弾性を有する第二
のフレキシブル配管５３によって接続している。

【００４７】また、ヘッド本体１２において、天板部１
３にはスラリー／洗浄液供給管３４が接続されるジョイ
ント部５４を設け、天板部１３と周壁部１４には、ジョ
イント部５４から周壁部１４の段部１４ａの内周面まで
通じるヘッド本体管路５６を設けている。そして、リテ
ーナリング１７には、上面１７ｂから内周面１７ａまで
通じる第二の流路５２ｂを設けて、第二の流路５２ｂに
おいて上面側の開口端とヘッド本体管路５６とを、少な
くとも一部が弾性を有する第三のフレキシブル配管５７
によって接続する構成とする。

【００４８】この構成では、ダイヤフラム１５に設けた
供給口２８からだけでなく、キャリア１６またはリテー
ナリング１７に設けられる流路５２からも隙間Ｋ内にス
ラリーや洗浄液を供給することができるので、スラリー
や洗浄液の流量を確保して研磨性能を維持することがで
きる。

【００４９】なお、上記実施の形態において示した流路
５２とスラリー供給源３２、洗浄液供給源３３との接続
形態は一例であって、他の任意の形態を採用することが
できる。

【００５０】ここで、本発明は、上記各実施形態に示す
形態例のみに限定されるものではなく、各実施形態を組
み合わせた構成も含むものである。

【００５１】

【実施例】以下に、本発明にかかる研磨ヘッドを用いて
本発明にかかる研磨方法によってウェーハＷの研磨を行
った場合（以下、本願発明による研磨とする）と、従来
の研磨ヘッドを用いて従来の研磨方法によってウェーハ
Ｗの研磨を行った場合（以下、従来の研磨とする）と
で、研磨性能の比較を行った。ここで、この研磨試験で
は、本発明にかかる研磨ヘッドとして、第一の実施の形
態に示した研磨ヘッド１１を用いた。

【００５２】従来の研磨では、十分な研磨性能を得るた
めには、研磨ヘッド一台につき、スラリーの流量を約１
００ｍＬ／ｍｉｎで供給する必要があるのに対し、本願
発明による研磨では、研磨性能を低下させることなく、
研磨ヘッド一台につき、スラリーの流量を１０ｍＬ／ｍ
ｉｎと、従来の研磨に比べて約１／１０まで流量を低減
させることができた。また、本願発明による研磨では、
このようにスラリーの使用量を著しく低減させた状態で
ウェーハＷの研磨が可能であるため、総量としてのスラ
リー凝集粒子が減ることとなり、ウェーハＷに生じるマ
イクロスクラッチが減少する。これにより、ウェーハＷ
の表面の表面粗さ（ＰＶ値）が小さくなり、良好な研磨
性能を得ることができる。表面にＳｉＧｅ層を形成した
シリコンウェーハでは、表面粗さの規格が厳しく、より
高い平坦度が要求されるので、本願発明はこのようなシ
リコンウェーハの研磨に特に有効である。

【００５３】

【発明の効果】本発明にかかる研磨ヘッド及び研磨方法
によれば、スラリー供給源より供給されるスラリーは、
弾性体に設けられる供給口を通じて、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、隙間内から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ととなり、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る。このように、
最小限のスラリーの使用量で効率よく研磨を行うことが
でき、高価なスラリーの使用量を著しく低減することが
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。

【００５４】また、供給口に、洗浄液を供給する洗浄液
供給源を接続し、スラリー供給源から供給されるスラリ
ーと前記洗浄液供給源から供給される洗浄液とのうちい
ずれか一方を、供給口に対して選択的に供給するスラリ
ー／洗浄液供給機構を設けた構成とすることで、研磨時
にはスラリー／洗浄液供給機構によって供給口へスラリ
ーを供給し、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供給口へのスラリーの供
給を停止し、代わりに供給口に洗浄液を供給すること
で、供給口内、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施の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】 第一の実施の形態にかかる研磨ヘッドの要部
の概略構成を示す縦断面図である。

【図３】 第一の実施の形態にかかる研磨ヘッドの他の
構成の例を示す縦断面図である。

【図４】 本発明の第二の実施の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５】 本発明の第三の実施の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６】 第三の実施の形態にかかる研磨ヘッドの構成
の例を示す縦断面図である。

【図７】 本発明の第四の実施の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８】 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】

１１、４１ 研磨ヘッド ３ プラテン ４ 研磨パッド １２ ヘッド本体 １３ 天板部 １４ 周壁部 １５ ダイヤフラム（弾性体） １６ キャリア １７ リテーナリング ２３ 収容部 ２３ａ 傾斜面 ２７ 流体室 ２８ 供給口 ３０ 圧力調整機構 ３１ スラリー／洗浄液供給機構 ３２ スラリー供給
源 ３３ 洗浄液供給源 ４７ 壁部 ４８ 接続路 ５２ａ 第一の流路 ５２ｂ 第二の流路 Ｃ 収容空間 Ｋ 隙間 Ｓ スラリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 康行 埼玉県さいたま市北袋町１丁目297番地 三菱マテリアル株式会社総合研究所大宮研 究センター機器システム研究部内 Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG01 3C058 AA07 AC04 CB01 CB03 DA17

Claims (8)

【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キャ
   リアと、 該キャリアの外周側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、 前記キャリアと前記リテーナリングとの間には、これら
   を互いに対して上下方向への相対的な変位を許容して接
   続する弾性体が設けられており、 前記弾性体には、前記キャリアの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を
   供給するための供給口が設けられており、 該供給口には、スラリーを供給するスラリー供給源が接
   続されていることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 【請求項２】 前記供給口には、洗浄液を供給する洗浄
   液供給源が接続されており、 前記スラリー供給源から供給されるスラリーと前記洗浄
   液供給源から供給される洗浄液とのうちいずれか一方
   を、前記供給口に対して選択的に供給するスラリー／洗
   浄液供給機構が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の研磨ヘッド。
3. 【請求項３】 前記キャリアの外周縁と前記リテーナリ
   ングの内周縁とのうちの少なくとも一方の周縁部には、
   前記弾性体と対向する部位に、他方の周縁部との間に収
   容空間を形成する収容部が設けられており、 前記弾性体には、前記収容空間内に対向する部位に前記
   供給口が設けられていることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の研磨ヘッド。
4. 【請求項４】 前記収容部が、該収容部の設けられる周
   縁部の全周にわたって設けられていることを特徴とする
   請求項３記載の研磨ヘッド。
5. 【請求項５】 前記収容部の下面と該収容部の設けられ
   る周縁部の周面との間には上方に屹立する壁部が設けら
   れており、 該壁部には、周方向の複数箇所に、前記収容部と前記周
   面とを接続する接続路が設けられていることを特徴とす
   る請求項４記載の研磨ヘッド。
6. 【請求項６】 前記収容部の下面には、前記周面に向か
   うにつれて次第に下方に向けて傾斜する傾斜面が設けら
   れていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに
   記載の研磨ヘッド。
7. 【請求項７】前記キャリアと前記リテーナリングとのう
   ちの少なくとも一方には、前記隙間内へスラリーと洗浄
   液とのうちの少なくとも一方を供給するための流路が設
   けられており、 該流路にも、前記スラリー供給源と洗浄液供給源とのう
   ち少なくとも一方が接続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。
8. 【請求項８】 プラテン上に貼付された研磨パッドの表
   面に、研磨ヘッドによって前記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
   を行う研磨方法であって、 前記研磨ヘッドとして、請求項１から７のいずれかに記
   載の研磨ヘッドを用いて、前記弾性体に設けられた前記
   供給口から前記キャリアの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を供給し
   つつ前記被研磨材の研磨を行うことを特徴とする研磨方
   法。