特許 6336893 研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6336893

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】研磨装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20180528BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 622K

   H01L21/304 621D

【請求項の数】18

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-229169(P2014-229169)

(22)【出願日】2014年11月11日

(65)【公開番号】特開2016-92370(P2016-92370A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年8月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】福島 誠

(72)【発明者】

【氏名】安田 穂積

【審査官】 中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１６７８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０２６５５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１２９５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３０５６１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第０２／０３５５９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００５７８４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１５９３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１１６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７５４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１３６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００１７３６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５１１９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５６４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０２７５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を研磨する研磨装置であって、
基板を第１の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第１の研磨ヘッドと、
基板を第２の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第２の研磨ヘッドとを備え、
前記第１の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第１の研磨面に押し付ける第１の弾性膜を有し、
前記第２の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第２の研磨面に押し付ける第２の弾性膜を有し、
前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜と異なる構成を有していることを特徴とする研磨装置。

【請求項2】

前記第２の研磨ヘッドは、前記第１の研磨ヘッドによって研磨された基板をさらに研磨するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜の硬度とは異なる硬度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜の周壁とは異なる形状の周壁を有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記第２の弾性膜の、基板に接触する当接部は、前記第１の弾性膜の、基板に接触する当接部の厚さとは異なる厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。

【請求項6】

前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜の基板押圧面の面積とは異なる面積の基板押圧面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。

【請求項7】

前記第２の弾性膜の、基板に接触する当接部は、前記第１の弾性膜の、基板に接触する当接部のエッジ部とは異なる形状のエッジ部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。

【請求項8】

基板を第３の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第３の研磨ヘッドと、
基板を第４の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第４の研磨ヘッドとをさらに備え、
前記第３の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第３の研磨面に押し付ける第３の弾性膜を有し、
前記第４の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第４の研磨面に押し付ける第４の弾性膜を有し、
前記第１の弾性膜と前記第３の弾性膜は同じ構成を有しており、
前記第２の弾性膜と前記第４の弾性膜は同じ構成を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。

【請求項9】

基板を研磨する研磨装置であって、
基板を第１の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第１の研磨ヘッドと、
基板を第２の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第２の研磨ヘッドとを備え、
前記第１の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第１の研磨面を押し付ける第１のリテーナリングを有し、
前記第２の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第２の研磨面を押し付ける第２のリテーナリングを有し、
前記第２のリテーナリングは、前記第１のリテーナリングと異なる構成を有していることを特徴とする研磨装置。

【請求項10】

前記第２の研磨ヘッドは、前記第１の研磨ヘッドによって研磨された基板をさらに研磨するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。

【請求項11】

前記第１のリテーナリングは、その内周面から外周面まで延びる複数の第１の溝を有し、
前記第２のリテーナリングは、その内周面から外周面まで延びる複数の第２の溝を有し、
前記複数の第２の溝の数は、前記複数の第１の溝の数とは異なることを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項12】

前記第１のリテーナリングは、その内周面から外周面に延びる複数の第１の溝を有し、
前記第２のリテーナリングは、その内周面から外周面に延びる複数の第２の溝を有し、
前記複数の第２の溝の形状は、前記複数の第１の溝の形状とは異なることを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項13】

前記第１のリテーナリングおよび前記第２のリテーナリングのうちの一方は、その内周面から外周面に延びる溝を有し、
前記第１のリテーナリングおよび前記第２のリテーナリングのうちの他方は、その内周面から外周面に延びる溝を有していないことを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項14】

前記第１のリテーナリングまたは前記第２のリテーナリングは、テーパ形状、または湾曲形状のエッジ部を有していることを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項15】

前記第２のリテーナリングは、前記第１のリテーナリングの幅とは異なる幅を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項16】

前記第１のリテーナリングまたは前記第２のリテーナリングは、内側リテーナリングと外側リテーナリングとを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項17】

前記第２のリテーナリングは、前記第１のリテーナリングの材料とは異なる材料から構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の研磨装置。

【請求項18】

基板を第３の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第３の研磨ヘッドと、
基板を第４の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第４の研磨ヘッドとをさらに備え、
前記第３の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第３の研磨面を押し付ける第３のリテーナリングを有し、
前記第４の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第４の研磨面を押し付ける第４のリテーナリングを有し、
前記第１のリテーナリングと前記第３のリテーナリングは同じ構成を有しており、
前記第２のリテーナリングと前記第４のリテーナリングは同じ構成を有していることを特徴とする請求項９乃至１７のいずれか一項に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置に関し、特に構造の異なる複数種の研磨ヘッドを用いて基板を研磨する研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

【0003】

したがって、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化がますます重要になっている。この表面の平坦化において最も重要な技術は、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）である。この化学機械研磨は、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつウェハを研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

【0004】

ＣＭＰ装置は、ウェハを化学機械的に研磨する研磨装置である。このＣＭＰ装置と呼ばれる研磨装置は、ウェハの多段研磨を行うために、複数の研磨テーブルおよび複数の研磨ヘッドを備える。ウェハは研磨テーブル上の研磨パッドに順次搬送され、研磨パッド上で各研磨ヘッドによって順次研磨される。例えば、１段目の研磨としてウェハの粗研磨が行われ、２段目の研磨としてウェハの仕上げ研磨が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−５０４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて、また半導体デバイス製造の生産性向上のため、研磨装置の性能の向上が強く求められている。研磨装置に求められる性能を列挙すると、平坦化特性（段差解消性能）、研磨レート（除去レートともいう）、研磨レート分布のウェハ面内均一性、研磨されたウェハの低欠陥性、研磨装置のスループットなどがある。

【0007】

上述した性能は相反する研磨条件を必要とする場合が多い。例えば、平坦化特性を向上させるためには一般的に低圧での研磨が望ましいが、研磨レートおよびスループットを向上させるためには高圧での研磨が望ましい。また、平坦化特性を向上させるためには高硬度の研磨パッドを用いた研磨が一般的に望ましいが、低欠陥性を得るためには低硬度の研磨パッドが望ましい場合が多い。

【0008】

特許文献１には、複数の研磨ヘッドを有する研磨装置が開示されている。このような研磨装置を用いて複数段研磨を行う場合は、粗研磨、仕上げ研磨などの研磨の目的によって異なる研磨液や研磨パッドが用いられるために、基本的な研磨レート分布が異なってくる。したがって、ウェハ面内での研磨レートの均一性を改善するために必要とされる研磨ヘッドの制御特性も粗研磨と仕上げ研磨とで異なってくる。

【0009】

そこで、本発明は、異なる研磨条件下で最適な多段研磨を実行することができる複数種の研磨ヘッドを備えた研磨装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を研磨する研磨装置であって、基板を第１の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第１の研磨ヘッドと、基板を第２の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第２の研磨ヘッドとを備え、前記第１の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第１の研磨面に押し付ける第１の弾性膜を有し、前記第２の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第２の研磨面に押し付ける第２の弾性膜を有し、前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜と異なる構成を有していることを特徴とする。

【0011】

本発明の好ましい態様は、前記第２の研磨ヘッドは、前記第１の研磨ヘッドによって研磨された基板をさらに研磨するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜の硬度とは異なる硬度を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜の周壁とは異なる形状の周壁を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の弾性膜の、基板に接触する当接部は、前記第１の弾性膜の、基板に接触する当接部の厚さとは異なる厚さを有することを特徴とする。

【0012】

本発明の好ましい態様は、前記第２の弾性膜は、前記第１の弾性膜の基板押圧面の面積とは異なる面積の基板押圧面を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の弾性膜の、基板に接触する当接部は、前記第１の弾性膜の、基板に接触する当接部のエッジ部とは異なる形状のエッジ部を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、基板を第３の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第３の研磨ヘッドと、基板を第４の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第４の研磨ヘッドとをさらに備え、前記第３の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第３の研磨面に押し付ける第３の弾性膜を有し、前記第４の研磨ヘッドは、流体の圧力を受けて基板を前記第４の研磨面に押し付ける第４の弾性膜を有し、前記第１の弾性膜と前記第３の弾性膜は同じ構成を有しており、前記第２の弾性膜と前記第４の弾性膜は同じ構成を有していることを特徴とする。

【0013】

本発明の他の態様は、基板を研磨する研磨装置であって、基板を第１の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第１の研磨ヘッドと、基板を第２の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第２の研磨ヘッドとを備え、前記第１の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第１の研磨面を押し付ける第１のリテーナリングを有し、前記第２の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第２の研磨面を押し付ける第２のリテーナリングを有し、前記第２のリテーナリングは、前記第１のリテーナリングと異なる構成を有していることを特徴とする。

【0014】

本発明の好ましい態様は、前記第２の研磨ヘッドは、前記第１の研磨ヘッドによって研磨された基板をさらに研磨するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のリテーナリングは、その内周面から外周面まで延びる複数の第１の溝を有し、前記第２のリテーナリングは、その内周面から外周面まで延びる複数の第２の溝を有し、前記複数の第２の溝の数は、前記複数の第１の溝の数とは異なることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のリテーナリングは、その内周面から外周面に延びる複数の第１の溝を有し、前記第２のリテーナリングは、その内周面から外周面に延びる複数の第２の溝を有し、前記複数の第２の溝の形状は、前記複数の第１の溝の形状とは異なることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のリテーナリングおよび前記第２のリテーナリングのうちの一方は、その内周面から外周面に延びる溝を有し、前記第１のリテーナリングおよび前記第２のリテーナリングのうちの他方は、その内周面から外周面に延びる溝を有していないことを特徴とする。

【0015】

本発明の好ましい態様は、前記第１のリテーナリングまたは前記第２のリテーナリングは、テーパ形状、または湾曲形状のエッジ部を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２のリテーナリングは、前記第１のリテーナリングの幅とは異なる幅を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のリテーナリングまたは前記第２のリテーナリングは、内側リテーナリングと外側リテーナリングとを含むことを特徴とする。

【0016】

本発明の好ましい態様は、前記第２のリテーナリングは、前記第１のリテーナリングの材料とは異なる材料から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、基板を第３の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第３の研磨ヘッドと、基板を第４の研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨する第４の研磨ヘッドとをさらに備え、前記第３の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第３の研磨面を押し付ける第３のリテーナリングを有し、前記第４の研磨ヘッドは、基板を囲むように配置された、前記第４の研磨面を押し付ける第４のリテーナリングを有し、前記第１のリテーナリングと前記第３のリテーナリングは同じ構成を有しており、前記第２のリテーナリングと前記第４のリテーナリングは同じ構成を有していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、研磨装置は、複数のタイプの研磨ヘッドを用いて最適な多段研磨を実行することができる。例えば、１段目の研磨では硬度の高い弾性膜を有する研磨ヘッドを用いて比較的高圧でウェハを研磨し、２段目の研磨では硬度の低い弾性膜を有する研磨ヘッドを用いて比較的低圧でウェハを研磨する。他の例では、１段目の研磨と２段目の研磨とで異なるウェハエッジプロファイルを得るために、エッジ部の形状が異なる弾性膜を有する研磨ヘッドを用いて１段目の研磨および２段目の研磨を行う。さらに、１段目の研磨では高硬度の研磨パッドを用い、２段目の研磨では、１段目の研磨で用いられたリテーナリングよりも溝本数の少ないリテーナリング、またはエッジ部がテーパ形状または湾曲形状を有したリテーナリングを有する研磨ヘッドを用いてもよい。リテーナリングの幅は、パッドリバウンド特性や、ウェハ面に供給される研磨液の流れに影響を与えるため、幅が異なるリテーナリングをそれぞれ備えた２つの研磨ヘッドを用いてウェハを多段研磨してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す図である。

【図2】第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。

【図3】研磨ヘッドを示す断面図である。

【図4】伸び易い周壁形状を有する弾性膜、または硬度の低い弾性膜を用いて研磨した場合の研磨レート分布と、伸びにくい周壁形状を有する弾性膜、または硬度の高い弾性膜を用いて研磨した場合の研磨レート分布の例を示すグラフである。

【図5】伸び易い周壁形状を有する弾性膜の一例を示す断面図である。

【図6】伸びにくい周壁形状を有する弾性膜の一例を示す断面図である。

【図7】図３に示す研磨ヘッドの弾性膜のさらに変形例を示す断面図である。

【図8】図３に示す弾性膜およびリテーナリングを部分的に示す断面図である。

【図9】図８に示す弾性膜よりも外径および押圧面の小さい弾性膜を部分的に示す断面図である。

【図10】図８に示す弾性膜と外径は同じであるが、押圧面が小さい弾性膜を部分的に示す断面図である。

【図11】ウェハに接触する当接部のエッジ部が略直角形状を有する弾性膜を示す断面図である。

【図12】ウェハに接触する当接部のエッジ部が湾曲した形状を有する弾性膜を示す断面図である。

【図13】ウェハに接触する当接部のエッジ部が傾斜した形状を有する弾性膜を示す断面図である。

【図14】リテーナリングの底面に形成された溝を示す図である。

【図15】リテーナリングの底面に形成された溝の他の例を示す図である。

【図16】リテーナリングの底面に形成された溝のさらに他の例を示す図である。

【図17】リテーナリングの底面に形成された溝のさらに他の例を示す図である。

【図18】リテーナリングの底面に形成された溝のさらに他の例を示す図である。

【図19】径方向に幅の広いリテーナリングを有した研磨ヘッドの断面図である。

【図20】二重リテーナリングを有した研磨ヘッドを示す断面図である。

【図21】研磨パッドに接触する外側エッジ部がテーパ形状を有するリテーナリングを示す断面図である。

【図22】研磨パッドに接触する外側エッジ部が湾曲形状を有するリテーナリングを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態に係る研磨装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る研磨装置を示す図である。図１に示すように、この研磨装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。研磨装置は、ウェハ処理動作を制御する動作制御部５を有している。

【0020】

ロード／アンロード部２は、多数のウェハ（基板）をストックする基板カセットが載置されるフロントロード部２０を備えている。このロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上に基板カセットの配列方向に沿って移動可能な搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載された基板カセットにアクセスできるようになっている。

【0021】

研磨部３は、ウェハの研磨が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた第１研磨テーブル３０Ａと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するための研磨ヘッド３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液（例えばスラリー）やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための第１研磨液供給ノズル３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うための第１ドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体を霧状にして研磨面に噴射する第１アトマイザ３４Ａとを備えている。

【0022】

同様に、第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０が取り付けられた第２研磨テーブル３０Ｂと、研磨ヘッド３１Ｂと、第２研磨液供給ノズル３２Ｂと、第２ドレッサ３３Ｂと、第２アトマイザ３４Ｂとを備えており、第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０が取り付けられた第３研磨テーブル３０Ｃと、研磨ヘッド３１Ｃと、第３研磨液供給ノズル３２Ｃと、第３ドレッサ３３Ｃと、第３アトマイザ３４Ｃとを備えており、第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた第４研磨テーブル３０Ｄと、研磨ヘッド３１Ｄと、第４研磨液供給ノズル３２Ｄと、第４ドレッサ３３Ｄと、第４アトマイザ３４Ｄとを備えている。

【0023】

後述するように、４つの研磨ヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、互いに異なる構成を有しているが、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、全体として基本的に同一の構成を有している。以下、第１研磨ユニット３Ａについて図２を参照して説明する。図２は、第１研磨ユニット３Ａを模式的に示す斜視図である。なお、図２において、ドレッサ３３Ａおよびアトマイザ３４Ａは省略されている。

【0024】

研磨テーブル３０Ａは、テーブル軸３０ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１９に連結されており、このテーブルモータ１９により研磨テーブル３０Ａが矢印で示す方向に回転されるようになっている。この研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、研磨パッド１０の上面がウェハＷを研磨する研磨面１０ａを構成している。研磨ヘッド３１Ａはヘッドシャフト１６Ａの下端に連結されている。研磨ヘッド３１Ａは、真空吸引によりその下面にウェハＷを保持できるように構成されている。ヘッドシャフト１６Ａは、上下動機構（図２には図示せず）により上下動するようになっている。

【0025】

ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａをそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、研磨ヘッド３１Ａは、ウェハＷを研磨パッド１０の研磨面１０ａに押し付ける。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液の化学的作用により研磨される。研磨終了後は、ドレッサ３３Ａによる研磨面１０ａのドレッシング（コンディショニング）が行われ、さらにアトマイザ３４Ａから高圧の流体が研磨面１０ａに供給されて、研磨面１０ａに残留する研磨屑や砥粒などが除去される。

【0026】

図１に戻り、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間でウェハを搬送する機構である。また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間でウェハを搬送する機構である。

【0027】

ウェハは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。第１研磨ユニット３Ａの研磨ヘッド３１Ａは、そのスイング動作により研磨テーブル３０Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、研磨ヘッド３１Ａと第１リニアトランスポータ６との間でのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。

【0028】

同様に、第２研磨ユニット３Ｂの研磨ヘッド３１Ｂは研磨テーブル３０Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、研磨ヘッド３１Ｂと第１リニアトランスポータ６との間でのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃの研磨ヘッド３１Ｃは研磨テーブル３０Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、研磨ヘッド３１Ｃと第２リニアトランスポータ７との間でのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄの研磨ヘッド３１Ｄは研磨テーブル３０Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、研磨ヘッド３１Ｄと第２リニアトランスポータ７との間でのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。

【0029】

第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、ウェハの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１にウェハが渡されるようになっている。

【0030】

第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハの搬送は、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェハは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。

【0031】

スイングトランスポータ１２の側方には、図示しないフレームに設置されたウェハの仮置き台７２が配置されている。この仮置き台７２は、図１に示すように、第１リニアトランスポータ６に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ６と洗浄部４との間に位置している。スイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、および仮置き台７２の間でウェハを搬送する。

【0032】

仮置き台７２に載置されたウェハは、洗浄部４の第１の搬送ロボット７７によって洗浄部４に搬送される。図１に示すように、洗浄部４は、研磨されたウェハを洗浄液で洗浄する第１の洗浄ユニット７３および第２の洗浄ユニット７４と、洗浄されたウェハを乾燥する乾燥ユニット７５とを備えている。第１の搬送ロボット７７は、ウェハを仮置き台７２から第１の洗浄ユニット７３に搬送し、さらに第１の洗浄ユニット７３から第２の洗浄ユニット７４に搬送するように動作する。第２の洗浄ユニット７４と乾燥ユニット７５との間には、第２の搬送ロボット７８が配置されている。この第２の搬送ロボット７８は、ウェハを第２の洗浄ユニット７４から乾燥ユニット７５に搬送するように動作する。

【0033】

次に、研磨装置の動作について説明する。搬送ロボット２２は、基板カセットからウェハを取り出して、第１リニアトランスポータ６に渡し、さらにウェハは第１リニアトランスポータ６および／または第２リニアトランスポータ７を経由して研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのうちの少なくとも２つに搬送される。ウェハは、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのうちの少なくとも２つで研磨される。

【0034】

研磨されたウェハは、第１リニアトランスポータ６または第２リニアトランスポータ７、スイングトランスポータ１２、搬送ロボット７７を経由して第１の洗浄ユニット７３および第２の洗浄ユニット７４に搬送され、研磨されたウェハはこれら第１の洗浄ユニット７３および第２の洗浄ユニット７４によって順次洗浄される。さらに、洗浄されたウェハは搬送ロボット７８によって乾燥ユニット７５に搬送され、ここで洗浄されたウェハが乾燥される。

【0035】

乾燥されたウェハは、搬送ロボット２２によって乾燥ユニット７５から取り出され、フロントロード部２０上の基板カセットに戻される。このようにして、研磨、洗浄、および乾燥を含む一連の処理がウェハに対して行われる。

【0036】

搬送ロボット２２、第１リニアトランスポータ６、第２リニアトランスポータ７、およびスイングトランスポータ１２は、ウェハを研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのうちの少なくとも２つに搬送する搬送装置を構成する。この搬送装置の動作は、動作制御部５によって制御される。搬送装置は、予め定められた搬送経路に従って、ウェハを４つの研磨ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄのうちの少なくとも２つに搬送する。

【0037】

図３は、研磨ヘッド３１Ａを示す断面図である。研磨ヘッド３１Ａは、円板状のキャリヤ１０１と、キャリヤ１０１の下に複数の圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を形成する円形の柔軟な弾性膜（メンブレン）１０３と、ウェハＷを囲むように配置され、研磨パッド１０を押し付けるリテーナリング１０５とを備えている。圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は弾性膜１０３とキャリヤ１０１の下面との間に形成されている。

【0038】

弾性膜１０３は、複数の環状の仕切り壁１０３ａを有しており、圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４はこれら仕切り壁１０３ａによって互いに仕切られている。中央の圧力室Ｄ１は円形であり、他の圧力室Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は環状である。これらの圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、同心円状に配列されている。研磨ヘッド３１Ａは少なくとも２つの圧力室を備えていればよく、その圧力室の数は特に限定されない。

【0039】

圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に接続されており、圧力調整された加圧流体（例えば加圧空気などの加圧気体）が流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を通じて圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４内に供給されるようになっている。流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４には真空ラインＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が接続されており、真空ラインＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４によって圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に負圧が形成されるようになっている。圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハＷの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する研磨圧力を独立に調整することができる。

【0040】

リテーナリング１０５とキャリヤ１０１との間には、環状の弾性膜１０６が配置されている。この弾性膜１０６の内部には環状の圧力室Ｄ５が形成されている。この圧力室Ｄ５は、流体ラインＧ５に接続されており、圧力調整された加圧流体（例えば加圧空気）が流体ラインＧ５を通じて圧力室Ｄ５内に供給されるようになっている。また、流体ラインＧ５には真空ラインＵ５が接続されており、真空ラインＵ５によって圧力室Ｄ５に負圧が形成されるようになっている。圧力室Ｄ５内の圧力変化に伴い、リテーナリング１０５の全体が上下方向に動くことができる。圧力室Ｄ５内の圧力はリテーナリング１０５に加わり、リテーナリング１０５は弾性膜（メンブレン）１０３とは独立して研磨パッド１０を直接押圧することができるように構成されている。ウェハＷの研磨中、リテーナリング１０５はウェハＷの周囲で研磨パッド１０を押し付けながら、弾性膜１０３がウェハＷを研磨パッド１０に対して押し付ける。

【0041】

キャリヤ１０１は、ヘッドシャフト１６Ｄの下端に固定されており、ヘッドシャフト１６Ｄは、上下動機構１１０に連結されている。この上下動機構１１０は、ヘッドシャフト１６Ｄおよび研磨ヘッド３１Ａを上昇および下降させ、さらに研磨ヘッド３１Ａを所定の高さに位置させるように構成されている。この研磨ヘッド位置決め機構として機能する上下動機構１１０としては、サーボモータとボールねじ機構の組み合わせが使用される。研磨ヘッド３１Ａの高さは、研磨パッド１０の研磨面（上面）１０ａからの高さである。

【0042】

上下動機構１１０は、研磨ヘッド３１Ａを所定の高さに位置させ、この状態で、圧力室Ｄ１〜Ｄ５に加圧流体が供給される。弾性膜１０３は、圧力室Ｄ１〜Ｄ４内の圧力を受けてウェハＷを研磨パッド１０に対して押し付け、リテーナリング１０５は、圧力室Ｄ５内の圧力を受けて研磨パッド１０を押し付ける。この状態でウェハＷが研磨される。

【0043】

第１研磨ヘッド３１Ａ、第２研磨ヘッド３１Ｂ、第３研磨ヘッド３１Ｃ、および第４研磨ヘッド３１Ｄは、基本的に同じ構成を有しているが、４つの研磨ヘッド３１Ａ〜３１Ｄのうちの２つは、他の２つの研磨ヘッドとは異なる構造の弾性膜１０３を有している。例えば、第１研磨ヘッド３１Ａと第３研磨ヘッド３１Ｃは互いに同じ構造の弾性膜１０３を有し、第２研磨ヘッド３１Ｂと第４研磨ヘッド３１Ｄは互いに同じ構造の弾性膜１０３を有しているが、第１研磨ヘッド３１Ａおよび第３研磨ヘッド３１Ｃの弾性膜１０３は、第２研磨ヘッド３１Ｂおよび第４研磨ヘッド３１Ｄの弾性膜１０３とは異なる構造を有している。本明細書において、弾性膜１０３の構造には、弾性膜１０３の大きさ、硬度、形状が少なくとも含まれる。

【0044】

４つの研磨ヘッド３１Ａ〜３１Ｄのうちの２つは、他の２つの研磨ヘッドとは異なる構造のリテーナリング１０５を有していてもよい。例えば、第１研磨ヘッド３１Ａと第３研磨ヘッド３１Ｃは互いに同じ構造のリテーナリング１０５を有し、第２研磨ヘッド３１Ｂと第４研磨ヘッド３１Ｄは互いに同じ構造のリテーナリング１０５を有しているが、第１研磨ヘッド３１Ａおよび第３研磨ヘッド３１Ｃのリテーナリング１０５は、第２研磨ヘッド３１Ｂおよび第４研磨ヘッド３１Ｄのリテーナリング１０５とは異なる構造を有してもよい。本明細書において、リテーナリング１０５の構造には、リテーナリング１０５の形状、材料、リテーナリング１０５の底面に形成された溝（後述する）の形状、本数が少なくとも含まれる。

【0045】

１段目の研磨と２段目の研磨とで研磨圧力を変更する場合、以下のような問題が起こる場合がある。高圧研磨では弾性膜１０３の変形量が大きくなったり、弾性膜１０３がねじれてしまったりして押圧力が均一にウェハにかからない場合がある。そこで、高圧研磨を実行する研磨ヘッドは、他の研磨ヘッドの弾性膜の硬度よりも高い硬度を有する弾性膜を使用することが望ましい。硬度の高い弾性膜は、変形しにくく、かつねじれにくいので、押圧力を均一にウェハに加えることができる。

【0046】

弾性膜１０３は、その下面にウェハを真空吸引するための穴を有している。具体的には、圧力室Ｄ３に真空を形成すると、ウェハは穴を通じて弾性膜１０３に吸引される。ウェハの研磨中に弾性膜１０３の変形やねじれが生じると、穴を通じて加圧流体が漏れることがある。加圧流体の漏洩が発生すると、弾性膜１０３はウェハを適正な押圧力で研磨することができない。結果として、研磨レートが低くなったり、研磨レートがウェハ面内でばらつき、研磨装置の生産性を非常に低下させることとなる。研磨中の弾性膜１０３からの加圧流体のリークを防ぐためにも、硬度の高い弾性膜１０３を使用することが効果的である。

【0047】

弾性膜１０３の硬度は、弾性膜１０３の縦方向の伸びにも影響する。このため、各研磨ヘッドで硬度の異なる弾性膜を使用すると、ウェハ周縁部の研磨プロファイルが異なることになる。一般に、高硬度の弾性膜を使用した場合、弾性膜のエッジ部が伸びにくくなる為にウェハの周縁部への押圧力が低下し、ウェハ周縁部の研磨レートを低下させることが可能となる。一方、比較的硬度の低い弾性膜を使用した場合には、弾性膜のエッジ部が伸びやすくなり、高硬度の弾性膜を用いた場合よりもウェハ周縁部への押圧力が増加する。したがって、硬度の低い弾性膜は、硬度の高い弾性膜に比べてウェハ周縁部の研磨レートを増加させることが可能である。

【0048】

硬度の低い弾性膜は、硬度の高い弾性膜に比べて伸びやすいために、圧力室に加圧流体を供給した時の圧力損失が小さい。したがって、低圧研磨の場合においては、硬度の低い弾性膜を使用することで、ウェハの円周方向に沿った研磨ばらつきが小さくなることがある。ここで、高圧研磨とは、概ね２psi（約１４０hPa）以上の圧力の加圧流体を用いて実施する研磨工程のことを言い、低圧研磨とは、概ね２psi（約１４０hPa）未満の圧力の加圧流体を用いて実施する研磨工程のことを言う。高硬度の弾性膜とは、ISO7619に準拠したタイプＡのデュロメータで６０ポイント以上の弾性膜を言い、低硬度の弾性膜とはタイプＡのデュロメータで６０ポイントよりも小さい弾性膜のことを言う。

【0049】

低圧研磨では、プロセス消耗品の組み合わせに基づいて、使用すべき弾性膜を選択することが好ましい。例えば、１段目の研磨ではウェハ周縁部が研磨されやすいプロセス消耗品を使用し、２段目の研磨ではウェハ周縁部が研磨されにくいプロセス消耗品を用いる場合には、１段目の研磨で高硬度の弾性膜を使用し、２段目の研磨で低硬度の弾性膜を使用することが好ましい。使用されるプロセス消耗品の組み合わせによっては、１段目の研磨に低硬度の弾性膜を使用し、２段目の研磨に高硬度の弾性膜を使用してもよい。プロセス消耗品の例としては、研磨パッド、研磨液、ドレッサなどが挙げられる。

【0050】

また、研磨前の初期の膜厚分布に基づいて、使用すべき弾性膜の硬度を選択してもよい。例えば、周縁部の初期膜厚が大きいウェハを研磨する場合には、１段目の研磨に低硬度の弾性膜を用いて、周縁部の研磨レートを上げ、２段目の研磨では高硬度の弾性膜を用いてウェハ周縁部の研磨レートを下げてもよい。

【0051】

次に、周壁形状が異なる弾性膜１０３の具体例について説明する。図４は、伸び易い周壁形状を有する弾性膜１０３、または硬度の低い弾性膜１０３を用いて研磨した場合の研磨レート分布と、伸びにくい周壁形状を有する弾性膜１０３、または硬度の高い弾性膜１０３を用いて研磨した場合の研磨レート分布の例を示すグラフである。図５は伸び易い周壁形状を有する弾性膜１０３の一例を示す断面図であり、図６は伸びにくい周壁形状を有する弾性膜１０３の一例を示す断面図である。

【0052】

図５および図６に示す弾性膜１０３は、最も外側の第１周壁１０３ａ−１、第１周壁１０３ａ−１の内側にある第２周壁１０３ａ−２、第２周壁１０３ａ−２の内側にある第３周壁１０３ａ−３、第３周壁１０３ａ−３の内側にある第４周壁１０３ａ−４、およびウェハに接触する円形の当接部１１１を有している。第１周壁１０３ａ−１と第２周壁１０３ａ−２との間には圧力室Ｄ４が形成され、第２周壁１０３ａ−２と第３周壁１０３ａ−３との間には圧力室Ｄ３が形成され、第３周壁１０３ａ−３と第４周壁１０３ａ−４との間には圧力室Ｄ２が形成されている。図５および図６に示される例では、弾性膜１０３の下面の穴は、圧力室Ｄ１の下に形成されている。

【0053】

図５および図６の弾性膜１０３の具体的形状の違いとして、最も外側の第１周壁１０３ａ−１の厚みが挙げられる。第１周壁１０３ａ−１の厚さを増やすことにより、ウェハ周縁部の研磨レートが低い研磨プロファイルを実現することが可能である。例えば、図５の第１周壁１０３ａ−１の厚みを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とし、図６の第１周壁１０３ａ−１の厚みを１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることが可能である。

【0054】

図５および図６の弾性膜１０３のその他の違いは、第２周壁１０３ａ−２の接続位置である。すなわち、図５に示す例では、第１周壁１０３ａ−１、第２周壁１０３ａ−２、第３周壁１０３ａ−３、および第４周壁１０３ａ−４はすべて当接部１１１に接続されているが、図６に示す例では、第２周壁１０３ａ−２は第１周壁１０３ａ−１に接続され、第１周壁１０３ａ−１、第３周壁１０３ａ−３、および第４周壁１０３ａ−４は当接部１１１に接続されている。図６に示す形状によれば、圧力室Ｄ４内の圧力を変えたときに、研磨レートは、図５に示す形状に比べて、より狭い領域で変化する。

【0055】

このように図５および図６に示す弾性膜１０３では第２周壁１０３ａ−２の接続位置が異なるために、圧力室Ｄ４内の圧力変化に対して応答する領域が異なってくる。したがって、これらの弾性膜１０３を多段研磨で用いることにより種々の要求に応じた研磨特性を得ることが可能となる。例えば１段目の研磨では図５の弾性膜１０３を用いて、圧力室Ｄ４の圧力を高くして比較的広い領域の研磨レートを増加させ、２段目の研磨では図６の弾性膜１０３を用いて、圧力室Ｄ４の圧力を低くして比較的狭い領域の研磨レートを減少させる。１段目の研磨、２段目の研磨で用いられる弾性膜１０３を入れ替えたり、使用される圧力室Ｄ４の圧力を変更してもよい。

【0056】

次に、ウェハに接触する当接部１１１の厚さが異なる弾性膜１０３の具体例について説明する。図７は、図３に示す研磨ヘッドの弾性膜１０３のさらに変形例を示す断面図である。図７に示す弾性膜１０３は、図３に示す弾性膜１０３よりも厚い当接部１１１を有している。弾性膜１０３の当接部１１１の厚みを増加させることは弾性膜１０３の硬度を増加させる場合と類似の効果が得られる。すなわち、厚い当接部１１１は弾性膜１０３の変形やねじれを抑制することができる。特に、当接部１１１の厚い弾性膜１０３は、高圧研磨時の加圧流体の漏洩や不均一な押圧力を防止することができる。

【0057】

また、弾性膜１０３の当接部１１１の厚みが増加すると、ダンピング効果が大きくなるために研磨ヘッドや研磨装置の異音や振動を抑制することが可能となる。したがって、厚い当接部１１１を有する弾性膜１０３を高圧研磨で使用することで、研磨レートを増加させ、スループットを向上させることが可能となる。一方、当接部１１１が薄い弾性膜１０３は、ウェハと弾性膜１０３との間のシール性が向上するために、弾性膜１０３の当接部１１１に形成された穴からの加圧流体の漏洩を防止することが可能となる。一例として、当接部１１１が薄い弾性膜１０３は、当接部１１１の厚みが０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の弾性膜であり、当接部１１１が厚い弾性膜１０３は、当接部１１１の厚みが１ｍｍより厚く４ｍｍ以下の弾性膜である。当接部１１１の一部の厚みを変えてもよい。例えば穴に連通する圧力室の部分を薄くし、その他の部分を厚くしてもよい。

【0058】

次に、ウェハを押圧する押圧面（ウェハ押圧面または基板押圧面）の面積が異なる弾性膜１０３の具体例について説明する。図８、図９、および図１０は、弾性膜１０３の押圧面の面積が異なる実施例を示している。図８、図９は弾性膜１０３の外径が互いに異なっており、図１０に示す弾性膜１０３は図８に示す弾性膜１０３と外径は同じであるが、当接部１１１のエッジ部に段差が設けられており、図８に示す弾性膜１０３に比べて押圧面が小さくなっている。弾性膜１０３の外径が小さいと一般にウェハ周縁部への押圧力が低下するため、ウェハ周縁部の研磨レートが低くなる。その逆に弾性膜１０３の外径が大きい場合はウェハ周縁部の研磨レートが高くなる。

【0059】

弾性膜１０３の外径が小さい場合、図９に示すようにリテーナリング１０５と弾性膜１０３との隙間が増加する。この場合、ウェハを保持する弾性膜１０３の横方向の移動量が増加するために押圧力が不安定になる場合がある。これを避けるために図１０に示すように弾性膜１０３の外径は図８に示す弾性膜１０３と同等に維持したまま押圧面を小さくすることが有効な場合がある。

【0060】

次に、当接部１１１のエッジ部の形状が異なる弾性膜１０３の具体例について説明する。図１１，図１２，図１３はウェハＷを研磨パッド１０に対して押し付ける当接部１１１のエッジ部の形状が異なる弾性膜１０３の実施例を示している。より具体的には、図１１は当接部１１１のエッジ部が略直角形状、図１２は当接部１１１のエッジ部が湾曲した形状、図１３は当接部１１１のエッジ部が傾斜した形状のものである。図１１に示す弾性膜１０３は、ウェハＷの最外周に押圧力を与えることができるため、ウェハ周縁部の研磨レートを上げることができる。図１２や図１３に示す弾性膜１０３は、ウェハＷの最外周とは非接触となるために、ウェハＷの最外周にはウェハＷへ押圧力が加えられない。したがって、図１１に示す弾性膜１０３を使用するときよりもウェハ周縁部の研磨レートを低くすることができる。

【0061】

次に、構造が異なるリテーナリング１０５の具体例について説明する。図１４に示すように、リテーナリング１０５の底面には、研磨液をリテーナリング１０５の外側から内側へ、および内側から外側へ移動させるための複数の溝１０７が形成されている。各溝１０７は、リテーナリング１０５の内周面から外周面まで延びている。溝１０７は、リテーナリング１０５の全周において等間隔に配列されている。

【0062】

図１４に示す例では、溝１０７は、リテーナリング１０５の半径方向に延びている。図１５に示す溝１０７の数は、図１４に示す溝１０７の数と同じであるが、図１５に示す溝１０７は図１４に示す溝１０７よりも幅が広い。図１６に示す溝１０７の幅は、図１４に示す溝１０７の幅と同じであるが、図１６に示す溝１０７の数は図１４に示す溝１０７の数よりも多い。図示しないが、溝１０７の本数と幅の両方を変更してもよい。さらに、図１７及び図１８に示すように、溝１０７はリテーナリング１０５の半径方向に対して傾いてもよい。リテーナリング１０５の構造の違いには、溝１０７の本数、溝１０７の形状の違い、および溝１０７の有無も含まれる。

【0063】

図１９は、径方向に幅の広いリテーナリング１０５を有した研磨ヘッドの断面図である。図１９に示すような幅の広いリテーナリング１０５を使用してもよい。図２０は、二重リテーナリングを有した研磨ヘッドを示す断面図である。図２０に示すリテーナリング１０５は、内側リテーナリング１０５Ａと外側リテーナリング１０５Ｂとを含む。内側リテーナリング１０５Ａは、内部に圧力室Ｄ５を形成する環状の弾性膜１０６に接続され、外側リテーナリング１０５Ｂは、内部に圧力室Ｄ６を形成する環状の弾性膜１０８に接続されている。外側リテーナリング１０５Ｂは、内側リテーナリング１０５Ａを囲むように内側リテーナリング１０５Ａの外側に配置されている。圧力室Ｄ５は、流体ラインＧ５に接続されており、圧力室Ｄ６は、流体ラインＧ６に接続されている。内側リテーナリング１０５Ａまたは外側リテーナリング１０５Ｂは他の押圧方法で押圧されてもよい。

【0064】

図１４乃至図２０に示されるようなリテーナリング１０５を使用することにより、研磨パッド１０のリバウンド状態が変わり、結果として、ウェハ周縁部のプロファイルが変化し、さらにウェハ面に向かう研磨液の流れやウェハ面から離れる研磨液の流れが変化する。つまり、リテーナリング１０５の構造により、研磨結果が変わる場合がある。要求されるプロセス性能に基づいて、１段目の研磨と２段目の研磨で使用されるリテーナリング１０５を変更してもよい。

【0065】

通常、研磨パッド１０は、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂等から構成される。砥粒を保持した固定砥粒パッドが用いられる場合もある。発泡ポリウレタンよりも硬度の低い、不織布やスエードからなる研磨パッドは、リテーナリング１０５のエッジ部との接触により寿命が短くなることがある。このような場合には、溝１０７の数の少ないリテーナリング１０５、溝１０７のないリテーナリング１０５、または溝１０７の幅の小さいリテーナリング１０５を使用することが好ましい。これらのリテーナリング１０５は、研磨パッドとリテーナリング１０５のエッジ部との摩擦を低減することができるので、研磨パッドの寿命が延びる場合がある。

【0066】

さらに、図２１および図２２に示されるように、研磨パッド１０に接触する外側エッジ部１０５ａがテーパ形状、または湾曲形状になっているリテーナリング１０５を用いてもよい。この場合でも、リテーナリング１０５の外側エッジ部１０５ａと研磨パッド１０との摩擦が低減され、研磨パッド１０の寿命が延長される。

【0067】

１段目の粗研磨では発泡ポリウレタンなどの比較的硬質材料からなる研磨パッドを用い、２段目の仕上げ研磨では１段目研磨で使用した研磨パッドよりも軟質の研磨パッドを使用してもよい。この場合に、２段目の仕上げ研磨では、１段目研磨で用いられるリテーナリング１０５とは異なる構造のリテーナリング１０５を用いることにより仕上げ研磨の研磨パッドの寿命を延ばすことが可能となる。２段目の仕上げ研磨で使用されるリテーナリング１０５の例としては、溝１０７の数の少ないリテーナリング、溝１０７のないリテーナリング、溝１０７の幅の小さいリテーナリング、研磨パッドに接触する外側エッジ部がテーパ形状のリテーナリング、または外側エッジ部が湾曲形状を有するリテーナリングが挙げられる。

【0068】

次に、異なる材料から構成されたリテーナリング１０５の具体例について説明する。リテーナリング１０５は、通常、研磨液の存在下で研磨パッド１０と摺接するためにリテーナリング１０５の底面は徐々に減耗していく。また、リテーナリング１０５の摩耗粉が研磨中のウェハに異物として付着したり、ウェハ表面にスクラッチなどの傷をつける場合がある。したがって、砥粒が含まれた研磨液が用いられる場合には、耐摩耗性の高い材料からなるリテーナリング１０５を用いることが好ましい。砥粒が含まれない、または砥粒濃度が低い研磨液が用いられる場合には、ウェハへのスクラッチを防止するために柔らかい材料からなるリテーナリング１０５を用いることが好ましい。多段研磨で必要とされる様々な要求に対応するために、１段目研磨と２段目研磨で用いられるリテーナリング１０５の材料が異なることが有効な場合がある。リテーナリング１０５に用いられる材料の例としては、ＳｉＣなどのセラミック、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＰ、ポリカーボネート、ポリウレタン等や上述の樹脂材料の耐摩耗性を向上させるために充填材を添加したものなどが挙げられる。

【0069】

同一の研磨テーブルに複数種類の研磨ヘッドを配置した構成の研磨装置であれば、ある基板に対する１段目研磨と２段目研磨を同一の研磨面上の異なる構成の研磨ヘッドを使用して研磨を行うこともできる。

【0070】

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。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に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0071】

１ ハウジング
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 研磨ユニット
４ 洗浄部
５ 動作制御部
６ 第１リニアトランスポータ
７ 第２リニアトランスポータ
１０ 研磨パッド
１１ リフタ
１２ スイングトランスポータ
１６ ヘッドシャフト
１９ テーブルモータ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 研磨ヘッド
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 研磨液供給ノズル
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ ドレッサ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ アトマイザ
７２ 仮置き台
７３ 第１の洗浄ユニット
７４ 第２の洗浄ユニット
７５ 乾燥ユニット
７７ 第１搬送ロボット
７８ 第２搬送ロボット
１０１ キャリヤ
１０３ 弾性膜（メンブレン）
１０５ リテーナリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】