JP2006253560A - 半導体ウエーハ用の研磨ヘッド及び研磨装置並びに研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエーハの外周部における過研磨を防ぐとともに、エッジ部の圧痕やキズを効果的に防ぐことができる研磨ヘッド等を提供する。
【解決手段】キャリア３と、ガイドリング４と、ドレスリング５を保持するとともに回転可能であり、内側に空間部８が形成された逆椀状のヘッド本体２とを有し、ヘッド本体の下縁部に、ドレスリングと、ガイドリング及びキャリアの少なくとも一方をダイヤフラム６を介して連結して保持するとともにヘッド本体の空間部が密閉されており、研磨の際、密閉された空間部の圧力を、該空間部に連結された圧力調整機構９で調整することにより、ダイヤフラムを弾性変形させて、キャリアに保持されたウエーハＷとドレスリングを定盤１２上の研磨布１１に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けて研磨することができる研磨ヘッド１。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハの表面を研磨する際にウエーハを保持するための研磨ヘッド、及びそれを備えた研磨装置並びに研磨方法に関する。

シリコンウエーハ等の半導体ウエーハの表面を研磨する装置として、ウエーハを片面ずつ研磨する片面研磨装置と、両面同時に研磨する両面研磨装置とがある。
一般的な片面研磨装置は、例えば図１２に示したように、研磨布７４が貼り付けられた定盤７３と、研磨剤供給機構７６と、研磨ヘッド７２等から構成されている。このような研磨装置７１では、研磨ヘッド７２でウエーハＷを保持し、研磨剤供給機構７６から研磨布７４上に研磨剤７５を供給するとともに、定盤７３と研磨ヘッド７２をそれぞれ回転させてウエーハＷの表面を研磨布７４に摺接させることにより研磨を行う。

ウエーハを保持する方法としては、平坦な円盤状のプレートにワックス等の接着剤を介してウエーハを貼り付ける方法、軟質のパッド（バッキングパッド）で水貼りする方法、真空吸着する方法などがある。
図１４は、バッキングパッドでウエーハを保持する研磨ヘッドの一例の概略を示している。この研磨ヘッド９１は、セラミックス等からなる円盤状のキャリア９２の下面にポリウレタン等の弾性パッド（バッキングパッド）９５が貼り付けられており、このパッド９５に水分を吸収させてウエーハＷを表面張力により保持する。また、研磨中にキャリア９２からウエーハＷが外れるのを防ぐため、キャリア９２の周りにリング（リテーナリング）９４が設けられている。

例えばシリコンウエーハを研磨する場合、リテーナリングは、ウエーハのエッジ部にキズや圧痕が発生するのを防ぐためにシリコン単結晶よりも柔らかく、かつ、金属汚染を防止するため、硫化フェニレン等のプラスチック製のものが一般的に用いられる。しかし、研磨の際、研磨剤がリテーナリングとウエーハのエッジ部（面取り部）との間に入り込み、また、研磨中のウエーハは回転自在であるため、ウエーハとの接触によりリテーナリングの内周面が研磨されて溝が形成されやすい。そして、この溝にウエーハのエッジ部が入り込んでしまうと、キャリアの押圧により面内均一に押圧されているウエーハにリテーナリングの押圧が加わり外周部に影響して、研磨されたウエーハの外周部の平坦度が悪化するという問題がある。
従って、このようなウエーハの外周部における平坦度の悪化を防ぐには、リテーナリングを頻繁に交換する必要があり、コスト上昇の原因となってしまう。

ウエーハの外周部における過剰な研磨（過研磨）を防ぐため、キャリアの押圧調整機構とは別に、リテーナリングの押圧を調整するためのチューブやダイヤフラムを備えた研磨ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。このようなリテーナリングの押圧調整機構により研磨布に対するリテーナリングの押圧を調整して研磨布の波打ち変形を防ぐことでウエーハ外周部の過研磨を防ぐことができるとされている。

また、研磨中にウエーハがキャリアから外れるのを防ぐため、キャリアの周囲にリング状のガイドと、その外側に研磨布を押圧するための押圧リングを設け、さらに、押圧リングの押圧力を調整するためのエアシリンダやローラを備えた研磨ヘッドが提案されている（特許文献２参照）。
通常、押圧リングは磨耗が少なく、研磨布との摩擦抵抗が少ないセラミックス等の硬い材質が用いられている。上記のように押圧リング（リテーナリング）専用の押圧調整機構を設けた場合、押圧リングの押圧が、ウエーハの押圧に直接影響することを避けることができる。しかし、ウエーハも押圧リングも研磨中に常に研磨布との摩擦によりスラスト方向に強い力を受け、通常、研磨中の摩擦係数はウエーハの方が大きく、ウエーハのエッジ部と、ウエーハを収容するガイドリングの内周面の接触部に研磨剤等の異物が入り込んだ場合に、ウエーハの押圧機構、押圧リングの押圧機構が別々で互いに独立になっているため、ウエーハ、あるいはガイドリングやキャリアが横ずれした時に押圧リングに接触し、ウエーハを収容するガイドの内周面の材質がプラスチックであっても、ウエーハエッジ部に圧痕やキズが発生し易い。

特許第３１５８９３４号公報 特許第３０４５９６６号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、半導体ウエーハの外周部における過研磨を防ぐとともに、エッジ部の圧痕やキズを効果的に防ぐことができる研磨ヘッドを提供することを主な目的とする。

本発明によれば、半導体ウエーハの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する際に前記ウエーハを保持するための研磨ヘッドであって、少なくとも、
前記ウエーハの裏面を保持するための円盤状のキャリアと、
該キャリアの外周部に沿って前記ウエーハの裏面を保持する面から下方に突出し、前記ウエーハのエッジ部を保持するためのガイドリングと、
該ガイドリングの周囲に位置し、前記研磨布を押圧するためのドレスリングと、
前記キャリアと、ガイドリングと、ドレスリングを保持するとともに回転可能であり、内側に空間部が形成された逆椀状のヘッド本体とを有し、
前記ヘッド本体の下縁部に、前記ドレスリングと、前記ガイドリング及びキャリアの少なくとも一方を、ダイヤフラムを介して連結して保持するとともに前記ヘッド本体の空間部が密閉されており、研磨の際、前記密閉された空間部の圧力を、該空間部に連結された圧力調整機構で調整することにより、前記ダイヤフラムを弾性変形させて、前記キャリアに保持されたウエーハと前記ドレスリングを前記定盤上の研磨布に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けて研磨することができるものであることを特徴とする研磨ヘッドが提供される（請求項１）。

このように本発明の研磨ヘッドは、ドレスリングと、ガイドリング及びキャリアの少なくとも一方が、同じダイヤフラムを介してヘッド本体に連結して保持されており、研磨の際、キャリアに保持されたウエーハと、ドレスリングは、ダイヤフラムの横方向の変形により実質的に連動することになる。そのため、研磨中のスラスト方向の摩擦力が互い異なっていても、ウエーハのエッジ部がガイドリングを介してドレスリングに当たる際の衝撃を極めて小さく抑えることができ、エッジ部に圧痕等が生じるのを効果的に防ぐことができる。また、ドレスリングがウエーハの周辺の研磨布を押圧して波打ち変形を防ぐため、ウエーハ外周部の過研磨も効果的に抑えることができる。さらに、ガイドリングにウエーハとの接触に起因する溝が形成されることがなく、その寿命が長くなるという利点もある。

この場合、前記キャリアの上側に配置された裏板を有し、該裏板が前記ダイヤフラムを介して前記ドレスリングの上方に取り付けられていることにより、前記ヘッド本体の空間部が２つのチャンバーに仕切られており、研磨の際、下側のチャンバーの圧力を、該下側のチャンバーに連結されたウエーハ押圧調整機構で調整することにより、前記ドレスリングとキャリアとの間で前記ダイヤフラムを弾性変形させて、前記キャリアに保持されたウエーハの研磨布に対する押圧力をさらに調整することができるものとしてもよい（請求項２）。
このようにキャリアの上側に裏板を配置し、ドレスリングとキャリアとの間でもダイヤフラムを弾性変形させてウエーハの押圧力を別途調整することができるものとすれば、キャリアに保持されたウエーハの押圧力と、ドレスリングの押圧力を微妙に変えることもできる。そして、このような押圧の微調整により、ウエーハの外周部の過研磨やエッジ部の圧痕等をより効果的に防ぐことも可能となる。

この場合、前記キャリアのウエーハの裏面を保持する面にバッキングパッドが設けられていることが好ましい（請求項３）。
バッキングパッドを設けたものであれば、ウエーハをより確実に保持して研磨を行うことができる。従って、この研磨ヘッドを用いれば、エッジ部の圧痕等をより確実に防ぎ、より高品質の半導体ウエーハに仕上げることができる。

前記キャリアはセラミックプレートとすることができる（請求項４）。
セラミックプレートのキャリアであれば、半導体ウエーハの金属汚染等を防ぐことができ、また、高い剛性を有するため、ウエーハを高い平坦度に仕上げるのに適している。

また、前記キャリアの厚さ方向に、前記ウエーハを真空吸着保持するための貫通孔が形成され、該貫通孔に連通するウエーハ吸着機構を具備するものとしてもよい（請求項５）。
このようにウエーハ吸着機構を備えたものであれば、ウエーハをより確実に保持して研磨を行うことができ、また、研磨後、キャリアの貫通孔からウエーハの裏面にガスを吹き付けることでキャリアからウエーハを容易に外すことができる。

また、前記キャリアが可撓性の膜であり、該可撓性の膜を固定するための貫通孔が形成された固定盤と、該固定盤の貫通孔に連通するウエーハ吸着機構及び押圧調整機構を具備するものとすることもできる（請求項６）。
可撓性の膜と（ヘッド本体の空間部を仕切る）固定盤によりウエーハを真空吸着して、ウエーハを確実に保持することができ、研磨中にはウエーハの押圧を調整することができ、また、研磨後、固定盤の貫通孔のラインを通じてガスを吹き付けて可撓性の膜を膨らませることでキャリアからウエーハを容易に外すことができる。

さらに、本発明では、半導体ウエーハの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記半導体ウエーハを保持するための研磨ヘッドとして、前記本発明に係る研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置が提供される（請求項７）。
本発明に係る研磨ヘッドを備えた研磨装置であれば、研磨中、ウエーハのエッジ部がガイドリングを介してドレスリングに当たる際の衝撃を極めて小さく抑え、ウエーハのエッジ部に圧痕等が生じるのを効果的に防ぐことができる。また、ドレスリングにより研磨布の波打ち変形が抑制され、ウエーハの外周部における過剰な研磨を防ぐことができる。

また、本発明では、半導体ウエーハの表面を研磨する方法であって、前記本発明に係る研磨ヘッドによって前記ウエーハを保持し、前記ヘッド本体の密閉された空間部の圧力を、該空間部に連結された圧力調整機構で調整することにより、前記ダイヤフラムを弾性変形させて、前記キャリアに保持されたウエーハと前記ドレスリングを定盤上の研磨布に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けて研磨することを特徴とする半導体ウエーハの研磨方法が提供される（請求項８）。

すなわち、本発明に係る研磨ヘッドを用いて半導体ウエーハの表面研磨を行えば、研磨中、ウエーハのエッジ部がガイドリングを介してドレスリングに当たる際の衝撃を極めて小さく抑えるとともに、ドレスリングにより研磨布の波打ち変形を抑制することができる。従って、エッジ部の圧痕や外周部の過剰な研磨が極めて少ない高品質の半導体ウエーハに仕上げることができる。

本発明の研磨ヘッドは、ヘッド本体と、研磨布を押圧するドレスリングと、ウエーハを保持するためのガイドリング及び／又はキャリアとがダイヤフラムで連結されており、ドレスリングと、キャリアに保持されたウエーハとがダイヤフラムの弾性変形を介して連動する。従って、研磨中のスラスト方向の摩擦力が互い異なっていても、ウエーハのエッジ部がガイドリングを介してドレスリングに当たる際の衝撃を極めて小さく抑えることができ、エッジ部における圧痕やキズの発生を効果的に防ぐことができる。
また、ガイドリングで研磨布を押圧せずにウエーハのエッジ部を保持することで、ウエーハの外周部まで均一な荷重を掛けることができ、一方、ガイドリングの外側に位置するドレスリングで研磨布を押圧するため、研磨布の波打ち変形を防ぐことができる。従って、この研磨ヘッドによりウエーハを保持して研磨を行うことで外周部まで平坦度の優れたウエーハに仕上げることができる。
さらに、ガイドリングにウエーハとの接触に起因する溝が形成されることがなく、その寿命が長くなるという利点もある。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係る研磨ヘッド及び研磨装置について具体的に説明する。
図１は、本発明に係る研磨ヘッドの一例（第１の態様）を示している。この研磨ヘッド１は、逆椀状のヘッド本体２を有し、ヘッド本体２の内側には空間部８が形成されている。ヘッド本体２は回転可能であり、上部中央には圧力調整機構９に連通する圧力調整用の貫通孔１０が設けられている。
ヘッド本体２の下縁部には、同心円状に配置された円盤状のキャリア３と、ガイドリング４と、ドレスリング５とがダイヤフラム６を介して連結されている。このようなダイヤフラム６を介した連結により、ヘッド本体２が、キャリア３と、ガイドリング４と、ドレスリング５を保持するとともに、ヘッド本体２の空間部８が密閉された状態となっている。

ダイヤフラム６は、エラストマー、ゴム等、弾力性の高い材質を好適に使用することができる。このような材質からなる１枚のダイヤフラム６が、ヘッド本体２と、ドレスリング５と、ガイドリング４と、キャリア３にそれぞれボルト等で固定されることで連結され、ヘッド本体２の空間部８が密閉された状態となる。

キャリア３は、半導体ウエーハＷの裏面（研磨される側と反対側の面）を保持するためのものであり、剛性が高く、ウエーハＷの金属汚染を引き起こさないものを使用することができる。例えばアルミナ等のセラミック製の円形プレートを好適に使用することができる。
また、キャリア３はウエーハＷの裏面全体を支持するため、研磨するウエーハＷと同じ径の大きさとするか、僅かに大きい程度とすることが好ましい。

キャリア３のウエーハＷの裏面を保持する面（保持面）には、シート状の弾性体（バッキングパッド７）が設けられている。例えば、キャリア（セラミックプレート）３の保持面に発泡ポリウレタン製のバッキングパッド７を両面粘着テープ等で固定する。このようなバッキングパッド７を設けて水を含ませることで、バッキングパッド７に含まれる水の表面張力によりウエーハＷを確実に保持することができる。

キャリア３の外周部にはガイドリング４が嵌め込まれている。ガイドリング４は、ウエーハＷのエッジ部を保持するためのものであり、キャリア３の外周部に沿って、ウエーハＷの裏面を保持する面（保持面）から下方に突出している。ただし、ガイドリング４は、研磨中、ウエーハＷのエッジ部を保持してウエーハＷがキャリア３から外れるのを防ぐ一方、研磨布１１を押圧しないようにする。例えば０．８ｍｍ程度の厚さを有する通常のシリコンウエーハの研磨に使用するものであれば、ガイドリング４は、キャリア３の保持面あるいはバッキングパッド７から０．４〜０．７ｍｍ程度の範囲で突出させればよい。
また、ガイドリング４は、ウエーハＷのエッジ部を保持して研磨中に外れるのを防ぐためのものであるので、そのリング幅は特に厚くする必要はなく、通常は０．３〜３ｍｍ程度の厚さとすればよい。

なお、ガイドリング４をキャリア３と一体的に形成し、これをダイヤフラム６と連結させてもよい。また、キャリア３にガイドリング４が嵌め込まれている場合でも、それらが一体化されていれば、キャリア３とガイドリング４のいずれか一方にダイヤフラム６を連結するようにしてもよい。

ガイドリング４の材質は、ウエーハＷを汚染せず、かつ、キズや圧痕を付けないために、ウエーハよりも柔らかい材質とすることが好ましい。例えばシリコンウエーハの研磨に使用するのであれば、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ＭＣナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）等のプラスチック製のガイドリングが好適である。
なお、キャリアとガイドリングを一体的に形成した場合には、ウエーハのエッジ部が接触する部分、すなわちガイドリングの内側面に相当する部分は上記ＰＥＥＫ、ＰＯＭ、ＭＣナイロン、ＰＥＴ、ＰＰＳ等のプラスチックで形成することが好ましい。

ガイドリング４の周囲にはドレスリング５が位置している。ドレスリング５は、研磨中、研磨布１１を押圧して研磨布１１の波打ち変形を防ぐためのものであり、そのリング幅は、例えば５〜３０ｍｍ程度の比較的厚い幅とすることが好ましい。
ドレスリング５の材質は、ウエーハの金属汚染を引き起こさず、研磨布１１との接触による磨耗が極力少ないものとすることが好ましい。例えばアルミナ製のリングを好適に使用することができる。

ガイドリング４とドレスリング５との間には、その間でダイヤフラム６が弾性変形できるように僅かに間隙が設けられている。この間隙が狭過ぎるとダイヤフラム６が弾性変形し難くなり、一方、広過ぎるとウエーハの周辺部での研磨布１１の波打ち変形を十分防ぐことができなくなるおそれがある。従って、ガイドリング４とドレスリング５との間には０．２〜２ｍｍ程度の間隙を設けることが好ましい。

ドレスリング５は、ダイヤフラム６を介してヘッド本体２の下縁部と連結されている。ヘッド本体２の下縁部とドレスリング５との間でもダイヤフラム６が弾性変形できるように間隙が設けられている。このヘッド本体２とドレスリング５との間の間隙も、ダイヤフラム６の弾性変形を確保し、また、研磨ヘッドの大型化を防止するため、０．５〜１５ｍｍ程度とすることが好ましい。

図７は、上記研磨ヘッド１を備えた研磨装置１７の概略を示している。この研磨装置１７は、研磨ヘッド１のほか、定盤１２上に貼り付けられた研磨布１１と、研磨布１１上に研磨剤１６を供給するための研磨剤供給機構１３を具備している。
この研磨装置１７を用いてウエーハＷを研磨するには、まず、水を含ませたバッキングパッド７にウエーハＷを貼りつけてウエーハＷの裏面をキャリア３で保持するとともに、ウエーハＷのエッジ部をガイドリング４で保持する。

そして、研磨剤供給機構１３から研磨布１１上に研磨剤１６を供給するとともに、研磨ヘッド１と定盤１２をそれぞれ所定の方向に回転させながらウエーハＷを研磨布１１に摺接させる。このとき、ヘッド本体２の密閉された空間部８の圧力を圧力調整機構９で調整することによって、ダイヤフラム６を弾性変形させることができる。例えば、圧力調整機構９から空間部８に圧力エアーを供給することにより、ヘッド本体２の下縁部との間でダイヤフラム６が弾性変形して、キャリア３と、ガイドリング４と、ドレスリング５が、同時に同じ圧力で研磨布１１側に押出される。このように圧力調整機構９によりダイヤフラム６を弾性変形させれば、キャリア３に保持されたウエーハＷとドレスリング５を、定盤１２上の研磨布１１に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けてウエーハＷの表面を研磨することができる。

このような研磨ヘッド１を備えた研磨装置１７を用いてウエーハＷの研磨を行えば、ウエーハＷのエッジ部は、研磨布１１に対して押圧しないガイドリング４により保持されているため、ウエーハＷの外周部まで均一な荷重を掛けることができる。また、ガイドリング４の周囲ではドレスリング５が研磨布１１を押圧するので、研磨布１１の波打ち変形を防ぐことができる。これにより、ウエーハＷの外周部が過剰に研磨されるのを効果的に防ぐことができる。さらに、ドレスリング５と、ガイドリング４及びキャリア３が同一のダイヤフラム６を介して連結されてヘッド本体２に保持されているので、研磨中のスラスト方向の摩擦力が互いに異なっていても、ウエーハの動きに対して緩やかに連動し、ウエーハＷのエッジ部がガイドリング４を介してドレスリング５に当たる際の衝撃をはるかに小さくすることができ、エッジ部における圧痕やキズの発生を効果的に防止することができる。また、これによって、ドレスリング５の内壁に溝が形成されてしまうのを効果的に抑制することができる。
なお、研磨後のウエーハは、ガイドリング４とウエーハＷのエッジ部との間に水を吹き付けることで容易に離脱させることができる。

図２は、本発明に係る研磨ヘッドの第２の態様を示している。この研磨ヘッド２１では、キャリア３と、ダイアフラム６と、バッキングパッド７の厚さ方向に、ウエーハＷを真空吸着保持するためのウエーハ吸着用貫通孔２６が複数形成されている。また、ヘッド本体２の空間部８の圧力を調整する圧力調整機構９とは別に、ウエーハ吸着路２５を通じてキャリア３等の貫通孔２６に連通するウエーハ吸着機構２２が具備されている。このような研磨ヘッド２１では、バッキングパッド７による吸着力と、ウエーハ吸着機構２２による真空吸着によりウエーハＷをより確実に吸着保持することができる。

また、研磨後は、例えばエアー供給機構２３からキャリア３等の貫通孔２６を通じてウエーハＷの裏面にエアーを吹き付けることで、キャリア３（バッキングパッド７）からウエーハＷを容易に離脱させることができる。なお、図２の研磨ヘッド２１では、ウエーハ吸着機構２２とエアー供給機構２３とが別々に設けられているが、兼用したものを採用してもよい。

図３（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る研磨ヘッドの第３の態様を示している。この研磨ヘッド３１には、キャリアとして可撓性の膜３２が設けられている。この可撓性膜３２は、硬質ウレタンゴム、ＥＰＤＭ等の合成ゴムにより構成することができる。可撓性膜３２の背面側には可撓性膜３２を固定するとともにウエーハＷを真空吸着保持するための固定盤３３が設けられている。
固定盤３３は、ウエーハを吸着していない状態では、図３（Ｂ）に示されるように周辺部から中央部かけて緩やかに傾斜した上に凸の形状であり、固定盤３３と可撓性膜３２との間には空間部３８が形成されている。固定盤３３の中央には圧力調整機構３６等に連通する貫通孔３４が形成されている。
なお、固定盤３３の材質は、ＳＵＳやチタン等の金属を用いることができる。

このような研磨ヘッド３１でウエーハを保持する場合には、可撓性膜３２に水を含ませるか、可撓性膜３２の表面にシート状の弾性体（バッキングパッド７）を両面粘着テープ等で貼り付け、バッキングパッド７に水を含ませる。そして、可撓性膜３２と固定盤３３との間の空間部３８を負圧にすることで可撓性膜３２を固定盤３３の形状に倣わせ、これによりウエーハＷを吸着保持することができる。負圧用の真空は、例えば図３（Ａ）に示されるようにレギュレータ等の調整器３７を用い、圧力調整機構３６と同一のラインを通じて調整することができる。このような圧力調整機構３６と調整器３７によりウエーハの吸着と押圧を制御することができる。

この研磨ヘッド３１でも、ヘッド本体２の密閉された空間部８の圧力を、貫通孔３５を通じて圧力調整機構３６で調整することにより、ダイヤフラム６を弾性変形させることができ、同時に空間部３８の圧力を貫通孔３４を通じて圧力調整機構３６で調整することにより、可能性膜３２を弾性変形させることができる。これにより、可撓性膜３２に保持されたウエーハＷとドレスリング５を、定盤１２上の研磨布１１に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けて研磨することができる。
また、研磨後は、固定盤３３の貫通孔３４に通じるラインを通じてエアーを吹き付けて可撓性膜３２を膨らませることにより、ウエーハＷを容易に離脱させることができる。

図４は、本発明に係る研磨ヘッドの第４の態様を示している。この研磨ヘッド４１では、キャリア（セラミックプレート）３の上側に裏板４４が配置されている。裏板４４は、ダイヤフラム６を介してドレスリング５の上方に取り付けられている。裏板４４をドレスリング５にダイヤフラム６を介して固定することで、ヘッド本体２の空間部が２つのチャンバー８ａ，８ｂに仕切られている。上側のチャンバー８ａには圧力調整機構４２が連結され、下側のチャンバー８ｂにはウエーハ押圧調整機構４３が連結されている。

このような構成の研磨ヘッド４１では、圧力調整機構４２からの圧力エアーの供給等により、ヘッド本体２とドレスリング５との間でダイヤフラム６が弾性変形して、キャリア３に保持されたウエーハＷとドレスリング５の押圧力を調整することができる。一方、ウエーハ押圧調整機構４３からのエアーの供給等により下側のチャンバー８ｂの圧力を調整することでドレスリング５とキャリア３との間でダイヤフラム６が弾性変形され、キャリア３に保持されたウエーハＷの研磨布１１に対する押圧力を微調整することができる。従って、ウエーハＷとドレスリング５の押圧を別々に制御することもできる。
研磨後のウエーハは、ガイドリング４とウエーハＷのエッジ部との間に水を吹き付けることで容易に離脱させることができる。

図５は、本発明に係る研磨ヘッドの第５の態様を示している。この研磨ヘッド５１は、第４の態様と同様にセラミックプレート（キャリア）３の上側に裏板５４が配置されている。また、第２の態様と同様にキャリア３とダイヤフラム６とバッキングパッド７にはウエーハＷを真空吸着保持するための貫通孔５６が形成されており、さらにこの貫通孔５６に連通するウエーハ吸着機構５２が具備されている。
このような構成の研磨ヘッド５１であれば、前記第２の態様と同様にバッキングパッド７とウエーハ吸着機構５２によって、ウエーハＷを確実に吸着保持することができる。また、前記第４の態様と同様に圧力調整機構５９とウエーハ押圧調整機構５３によって、ドレスリング５とウエーハＷの押圧を別々に調整することができる。さらに、エアー供給機構５５により研磨後のウエーハを容易に離脱させることもできる。

図６（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る研磨ヘッドの第６の態様を示している。この研磨ヘッド６１は、図３に示した第３の態様と同様、可撓性の膜からなるキャリア６２と、固定盤６３を備えている。図６（Ｂ）に示されるように、固定盤６３と可撓性膜６２との間には空間部６８が形成されている。固定盤６３の中央にはウエーハ押圧調整機構６６等に連通する貫通孔６４が形成されている。
固定盤６３に通じるウエーハ吸着機構６７によってウエーハＷの着脱を自在に行うことができ、また、空間部８に通じる圧力調整機構６５によって、キャリア６２に保持されたウエーハＷとドレスリング５の押圧を調整することができ、さらに、空間部６８に通じるウエーハ押圧調整機構６６によってウエーハＷの押圧を微調整することができる。
従って、この研磨ヘッド６１でウエーハＷを保持して研磨を行えば、ウエーハＷの着脱、ドレスリング５の押圧、ウエーハＷの押圧を自在に制御することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
図１に示した構成の研磨ヘッドを以下のように作製した。ステンレス製のヘッド本体を用意し、セラミックプレート（直径３０１ｍｍ）のキャリアを用いた。キャリアの周囲にはＰＥＥＫ製のガイドリング（幅：２ｍｍ）を嵌め込み、さらにガイドリングの外側には約０．５ｍｍの間隔をあけてアルミナ製のドレスリングを配置した。そして、キャリア、ガイドリング、ドレスリング及びヘッド本体を合成ゴム製の１枚のダイヤフラムを介して連結し、研磨ヘッドの内側に１つのチャンバー（空間部）を有する研磨ヘッド（シングルチャンバー方式研磨ヘッド）を作製した。

上記のような研磨ヘッドを備えた研磨装置を用いて直径３００ｍｍのシリコンウエーハの研磨を行った。使用したシリコンウエーハは、その両面に予め１次研磨を施し、エッジ部にも研磨を施したのものである。このウェーハの平坦度を１フラットネス測定装置「ＡＭＳ３２００」（ＡＤＥ社製）を用いて測定したところ、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅｆｌａｔｎｅｓｓ Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ ａ ｓｉｔｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ：サイト毎のウェーハ表面の高低差）の最大値ＳＦＱＲｍａｘは平均０．１３μｍであった（測定条件：セルサイズ２６ｍｍ×３３ｍｍ、オフセット０ｍｍ×１６．５ｍｍ、ウェーハ外周からの２ｍｍは除外）。
研磨布はＳＵＢＡ６００（ニッタ・ハース製）を使用し、研磨剤にはコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。
研磨の際、研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（押圧）は３０ｋＰａ（チャンバー内）とした。研磨代が１μｍになるように研磨時間を調整した。研磨後のウエーハに対し、ＳＣ−１洗浄を行った。

（実施例２）
図４に示した２つのチャンバー８ａ，８ｂを有する研磨ヘッドを作製した。キャリア、ガイドリング、及びドレスリングは実施例１と同様のものを使用した。
この研磨ヘッドを用いて実施例１と同様にしてシリコンウエーハの研磨を行った。ドレスリングの研磨圧力を調整するチャンバー８ａ内は３３ｋＰａとし、ウエーハの研磨圧力を調整するチャンバー８ｂ内は３０ｋＰａとした。

（実施例３）
図３に示したようにキャリアが可撓性の膜である研磨ヘッドを作製した。
この研磨ヘッドを用いて実施例１と同様にしてシリコンウエーハの研磨を行った。ウエーハ及びドレスリングの押圧を調整する空間部８内は３０ｋＰａとし、ウエーハを保持するための可撓性の膜と固定盤との間の空間部３８内も３０ｋＰａとした。

（実施例４）
図６に示したようにキャリアが可撓性の膜であり、ウエーハの研磨圧力を調整する機構とドレスリング圧力を調整する機構を有する研磨ヘッドを作製した。
この研磨ヘッドを用いて実施例１と同様にしてシリコンウエーハの研磨を行った。ドレスリングの研磨圧力を調整する空間部８は３３ｋＰａとし、ウエーハの研磨圧力を調整する空間部６８内は３０ｋＰａとした。

（比較例１）
図１３に示されるような研磨ヘッド８１を用意した。この研磨ヘッド８１は、キャリア８２の外周部に沿ってリング状のガイド８３が設けられ、さらにその外側に押圧リング８４が設けられている。キャリア８２と押圧リング８４は特にダイヤフラム等による連結はせず、別個の圧力調整機構によって押圧が制御されるものとした。
この研磨ヘッド８１を用いて実施例１と同様にシリコンウエーハの研磨を行った。

（比較例２）
図１４に示されるような研磨ヘッド９１を用意した。この研磨ヘッド９１には、キャリア９２の外周部に沿ってリング状のリテーナ９４が設けられ、本リング９４は上下動自在にダイヤフラムにより支持されている。キャリア９２とリテーナリング９４は特にダイヤフラム等による連結はせず、別個の圧力制御機構により押圧が制御されるものとした。
この研磨ヘッド９１を用いて実施例１と同様にシリコンウェーハの研磨を行った。

（研磨後のウエーハの評価方法）
実施例１−４及び比較例で研磨したシリコンウエーハのエッジ部について、ウエーハエッジ欠陥自動検査装置「ＲＸＷ−１２２５Ｓ」（レイテックス社製）を用いて評価を行った。
具体的には、ウエーハ外周部全周にレーザー光を照射し、その散乱光を受光することで欠陥の有無を検出した。欠陥が発生している場合には、その欠陥のノッチからの角度を求め、図８に示されるように研磨後のウエーハのエッジ部の領域（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）についてＣＣＤカメラで撮影し、画像処理により合否を判定した。
図９は合格品のＣＣＤカメラ画像であり、図１０及び図１１は不合格品のＣＣＤカメラ画像である。

（評価結果）
実施例１−４の研磨ヘッドを用いて研磨を行った場合のウエーハのエッジ部における圧痕又はキズの発生率は平均約１．５％であった。
比較例１の研磨ヘッドを用いて研磨を行った場合のウエーハのエッジ部におけるキズの発生率は８．５％であった。
比較例１の研磨ヘッドでは、ウエーハが横ズレしたときに、硬質のリテーナリングに接触して圧痕やキズをウエーハに付け易かったと考えられる。
また、研磨したウェーハの平坦度をフラットネス測定装置「ＡＭＳ３２００」（ＡＤＥ社製）を用いて実施例１と同様に測定したところ、実施例１〜４の研磨ヘッドを用いて研磨行った場合のウェーハのＳＦＱＲｍａｘは平均０．０９μｍであったが、比較例１の研磨ヘッドを用いて研磨行った場合は平均０．１１μｍであった。

一方、比較例２の研磨ヘッドを用いて研磨行った場合のウェーハエッジ部における圧痕又はキズの発生率は１．７％であったが、ＳＦＱＲｍａｘは最外周部のセルの値が悪化し、平均０．１８μｍと悪化した。その原因は、リテーナリングが研磨中上下に振動し、その影響で最外周部のセルの平坦度が悪化したと考えられる。

一方、実施例１−４の研磨ヘッドでは、ヘッド本体、ドレスリング、ガイドリング、及びキャリアがダイヤフラムを介して連結されており、ダイヤフラムの弾性変形によりガイドリングとドレスリングは同じようにズレてほとんどぶつかることがないために、ウエーハのエッジ部に圧痕やキズが生じ難かったと考えられる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、本発明に係る研磨ヘッドは図１−６に示した態様に限定されず、例えば、ヘッド本体の形状等は適宜設計すればよい。
また、研磨装置の構成も図７に示したものに限定されず、例えば、本発明に係る研磨ヘッドを複数備えた研磨装置とすることもできる。

本発明に係る研磨ヘッドの第１の態様を示す概略構成図である。 本発明に係る研磨ヘッドの第２の態様を示す概略構成図である。 本発明に係る研磨ヘッドの第３の態様を示す概略構成図である。（Ａ）ウエーハを保持した状態 （Ｂ）ウエーハを保持していない状態 本発明に係る研磨ヘッドの第４の態様を示す概略構成図である。 本発明に係る研磨ヘッドの第５の態様を示す概略構成図である。 本発明に係る研磨ヘッドの第６の態様を示す概略構成図である。（Ａ）ウエーハを保持した状態 （Ｂ）ウエーハを保持していない状態 本発明に係る研磨ヘッドを備えた研磨装置の一例を示す概略構成図である。 実施例及び比較例で研磨後のウエーハのエッジ部において評価した領域（Ａ）（Ｂ）を示す図である。 研磨後のウエーハのエッジ部におけるＣＣＤ画像である（キズ無し）。 研磨後のウエーハのエッジ部におけるＣＣＤ画像である（キズ有り）。 研磨後のウエーハのエッジ部における他のＣＣＤ画像である（キズ有り）。 片面研磨装置の一例を示す概略構成図である。 比較例で用いた研磨ヘッドを示す概略構成図である。 従来の研磨ヘッドの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１，６１…研磨ヘッド、 ２…ヘッド本体、
３…キャリア、 ４…ガイドリング、 ５…ドレスリング、 ６…ダイヤフラム、
７…バッキングパッド、 ８，６８…空間部、 ９…圧力調整機構、
１０…圧力調整用貫通孔、 １１…研磨布、 １２…定盤、
１３…研磨剤供給機構、 １７…研磨装置、 ２２…ウエーハ吸着機構、
２６…ウエーハ吸着用貫通孔、 ３２，６２…可撓性の膜、 ３３，６３…固定盤、
４３，５３…ウエーハ押圧調整機構、 ４４，５４…裏板、 Ｗ…ウエーハ。

Claims (8)

1. 半導体ウエーハの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する際に前記ウエーハを保持するための研磨ヘッドであって、少なくとも、
   前記ウエーハの裏面を保持するための円盤状のキャリアと、
   該キャリアの外周部に沿って前記ウエーハの裏面を保持する面から下方に突出し、前記ウエーハのエッジ部を保持するためのガイドリングと、
   該ガイドリングの周囲に位置し、前記研磨布を押圧するためのドレスリングと、
   前記キャリアと、ガイドリングと、ドレスリングを保持するとともに回転可能であり、内側に空間部が形成された逆椀状のヘッド本体とを有し、
   前記ヘッド本体の下縁部に、前記ドレスリングと、前記ガイドリング及びキャリアの少なくとも一方を、ダイヤフラムを介して連結して保持するとともに前記ヘッド本体の空間部が密閉されており、研磨の際、前記密閉された空間部の圧力を、該空間部に連結された圧力調整機構で調整することにより、前記ダイヤフラムを弾性変形させて、前記キャリアに保持されたウエーハと前記ドレスリングを前記定盤上の研磨布に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けて研磨することができるものであることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 前記キャリアの上側に配置された裏板を有し、該裏板が前記ダイヤフラムを介して前記ドレスリングの上方に取り付けられていることにより、前記ヘッド本体の空間部が２つのチャンバーに仕切られており、研磨の際、下側のチャンバーの圧力を、該下側のチャンバーに連結されたウエーハ押圧調整機構で調整することにより、前記ドレスリングとキャリアとの間で前記ダイヤフラムを弾性変形させて、前記キャリアに保持されたウエーハの研磨布に対する押圧力をさらに調整することができるものであることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記キャリアのウエーハの裏面を保持する面にバッキングパッドが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨ヘッド。
4. 前記キャリアがセラミックプレートであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
5. 前記キャリアの厚さ方向に、前記ウエーハを真空吸着保持するための貫通孔が形成され、該貫通孔に連通するウエーハ吸着機構を具備するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
6. 前記キャリアが可撓性の膜であり、該可撓性の膜を固定するための貫通孔が形成された固定盤と、該固定盤の貫通孔に連通するウエーハ吸着機構及び押圧調整機構を具備するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
7. 半導体ウエーハの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記半導体ウエーハを保持するための研磨ヘッドとして、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置。
8. 半導体ウエーハの表面を研磨する方法であって、前記請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の研磨ヘッドによって前記ウエーハを保持し、前記ヘッド本体の密閉された空間部の圧力を、該空間部に連結された圧力調整機構で調整することにより、前記ダイヤフラムを弾性変形させて、前記キャリアに保持されたウエーハと前記ドレスリングを定盤上の研磨布に対して回転しながら所定の押圧力で押し付けて研磨することを特徴とする半導体ウエーハの研磨方法。

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