特許 6403015 研磨装置および半導体製造方法

(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】6403015

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】研磨装置および半導体製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20181001BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 622H

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-144298(P2015-144298)

(22)【出願日】2015年7月21日

(65)【公開番号】特開2017-28068(P2017-28068A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2017年8月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】317006041

【氏名又は名称】東芝メモリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100120385

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 健之

(72)【発明者】

【氏名】中山 卓行

(72)【発明者】

【氏名】足立 将芳

【審査官】 中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３３３７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３５８１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２３５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０２４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８３８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１８１１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３４９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１０４３２（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】

第１研磨部と、
半導体基板の装着面を有し、前記装着面に装着された前記半導体基板を前記第１研磨部に押し付けて擦る第２研磨部と、
前記第２研磨部に設けられた支持部と、前記支持部から前記第１研磨部側に突出し、前記装着面の周辺において周方向に並んで前記支持部に支持され、前記半導体基板の径方向に可動である複数の凸部とを有する環状部と、を備え、
前記環状部は、前記径方向に前記複数の凸部を移動させる第１移動部を備え、
前記第１移動部は、前記第１研磨部に各凸部が接触した状態において、前記第２研磨部の回転に応じて各凸部を移動させる研磨装置。

【請求項2】

前記第１移動部は、前記半導体基板を擦るときと同方向に前記第２研磨部が回転した場合に、径方向内方に前記複数の凸部を移動させ、前記半導体基板を擦るときと逆方向に前記第２研磨部が回転した場合に、径方向外方に各凸部を移動させる請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記第２研磨部に対する前記半導体基板の着脱をガイドするガイド部を有し、前記ガイド部に前記複数の凸部を接触させた状態で、前記第２研磨部に対して前記半導体基板を着脱する着脱部を備え、
前記ガイド部は、前記周方向に回転可能であり、
前記第１移動部は、前記ガイド部に各凸部が接触した状態において、前記ガイド部の回転に応じて各凸部を移動させる請求項１に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記第１移動部は、前記半導体基板を擦るときの前記第２研磨部の回転方向と逆方向に前記ガイド部が回転した場合に、径方向内方に各凸部を移動させ、前記半導体基板を擦るときの前記第２研磨部の回転方向と同方向に前記ガイド部が回転した場合に、径方向外方に各凸部を移動させる請求項３に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記第１移動部は、
前記複数の凸部に面するように前記支持部に設けられ、径方向外方に向かうにしたがって前記半導体基板を擦るときの前記第２研磨部の回転方向と同方向に傾いた複数のスリットと、
各スリットを通して前記支持部の内部に挿入され、各スリットに沿って摺動自在に前記支持部に支持された複数のピンと、を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項6】

前記ピンは、前記支持部の内部において前記凸部の落下を防止する第１ストッパを備え、
前記支持部は、前記支持部の内部において前記ピンの上端部に面し、前記ピンの上端部を当接させることで前記凸部の上昇を規制する第２ストッパを備え、
前記ピンの上端部および前記第２ストッパは、弾性を有する請求項５に記載の研磨装置。

【請求項7】

第１研磨部と、
半導体基板の装着面を有し、前記装着面に装着された前記半導体基板を前記第１研磨部に押し付けて擦る第２研磨部と、
前記第２研磨部に設けられた支持部と、前記支持部から前記第１研磨部側に突出し、前記装着面の周辺において周方向に並んで前記支持部に支持され、前記半導体基板の径方向に可動である複数の凸部とを有する環状部と、を備え、
前記環状部は、前記径方向に前記複数の凸部を移動させる第２移動部を備え、
前記第２移動部は、前記第１研磨部に前記第２研磨部が押し付けられるときに径方向内方に各凸部を移動させ、前記第１研磨部から前記第２研磨部が離れるときに径方向外方に各凸部を移動させる研磨装置。

【請求項8】

前記第２移動部は、
前記複数の凸部を前記径方向外方に押圧する押圧部材と、
前記周方向において各凸部を貫通し、前記第１研磨部に前記第２研磨部が押し付けられるときに引っ張られて各凸部を締め付けるワイヤと、を備える請求項７に記載の研磨装置。

【請求項9】

半導体基板を第１研磨部に押し付けて擦る第２研磨部の装着面に前記半導体基板を装着し、
前記第２研磨部に設けられた支持部から前記第１研磨部側に突出し、前記装着面の周辺において周方向に並んで前記支持部に支持された環状部の複数の凸部を、前記半導体基板の径方向内方に移動させ、
前記第２研磨部で、前記第１研磨部に前記環状部を押し付けながら前記半導体基板を研磨し、
前記環状部は、前記径方向に前記複数の凸部を移動させる第１移動部を備え、
前記第１移動部は、前記第１研磨部に各凸部が接触した状態において、前記第２研磨部の回転に応じて各凸部を移動させる半導体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明による実施形態は、研磨装置および半導体製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセスにおいては、ウェハの表面を平坦化するために、研磨装置を用いたＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)を実施する。ＣＭＰにおいて、研磨装置は、研磨ヘッドで研磨パッドにウェハを押し付けて研磨する。研磨ヘッドに対するウェハのずれの抑止とウェハの飛び出し防止のために、研磨装置は、ウェハを囲むリテーナリングを備える。

【0003】

しかしながら、従来の研磨装置では、リテーナリングとウェハとの間に径方向の隙間があることで、この隙間において、研磨パッドのリバウンド（盛り上がり）が発生していた。リバウンドが発生することで、ウェハの外周縁部に過研磨が生じてしまっていた。

【0004】

また、ＣＭＰの際には、研磨パッドと研磨ヘッドとを同じ方向に回転させるところ、従来は、研磨パッドの回転方向の下流側にウェハが寄った状態で研磨が進行していた。これにより、ウェハの周方向における研磨量のばらつきが大きくなってしまっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−３０２４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体基板の研磨量の均一性を向上させることができる研磨装置および半導体製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態による研磨装置は、第１研磨部と、第２研磨部と、環状部とを備える。第２研磨部は、半導体基板の装着面を有し、装着面に装着された半導体基板を第１研磨部に押し付けて擦る。環状部は、第２研磨部に設けられた支持部と、支持部から第１研磨部側に突出し、装着面の周辺において周方向に並んで支持部に支持され、半導体基板の径方向に可動である複数の凸部とを有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態を示す研磨装置の断面図である。

【図2】第１の実施形態の研磨装置を示す図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図3】第１の実施形態を示す半導体製造方法のフローチャートである。

【図4】図４Ａは、第１の実施形態の半導体製造方法を示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに続く半導体製造方法を示す断面図である。

【図5】図５Ａは、第１の実施形態の半導体製造方法を示す断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに続く半導体製造方法を示す断面図である。

【図6】第１の実施形態の半導体製造方法を示す図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。

【図7】図７Ａは、第１の実施形態の半導体製造方法による研磨量のグラフであり、図７Ｂは、比較例の半導体製造方法による研磨量のグラフである。

【図8】第１の実施形態の第１の変形例を示す研磨装置の断面図である。

【図9】第１の実施形態の第１の変形例を示す半導体製造方法のフローチャートである。

【図10】図１０Ａは、第１の実施形態の第１の変形例の半導体製造方法を示す断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに続く半導体製造方法を示す断面図である。

【図11】図１１Ａは、第１の実施形態の第２の変形例において、研磨パッドから研磨ヘッドが離間した状態の研磨装置の断面図であり、図１１Ｂは、研磨パッドに研磨ヘッドが押し付けられた状態の研磨装置の断面図である。

【図12】第２の実施形態を示す研磨装置の斜視図である。

【図13】第２の実施形態の研磨装置を示す図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。

【図14】第２の実施形態を示す研磨装置の断面図である。

【図15】第２の実施形態を示す半導体製造方法の斜視図である。

【図16】第２の実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。

【図17】第３の実施形態を示す研磨装置の断面図である。

【図18】第３の実施形態の研磨装置を示す図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面図である。

【図19】第３の実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。

【図20】第３の実施形態の半導体製造方法を示す図１７のＸＸ−ＸＸ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0010】

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態として、研磨ヘッドの回転に応じてリテーナリングの内径を変化させる研磨装置の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態を示す研磨装置１の断面図である。図１に示すように、研磨装置１は、第１研磨部の一例としての研磨パッド２と、第２研磨部の一例としての研磨ヘッド３と、環状部の一例としてのリテーナリング４とを備える。また、研磨装置１は、研磨ヘッド３の駆動装置３０と、研磨テーブル５と、研磨テーブル５の駆動装置５０と、制御部１００とを備える。また、研磨装置１は、レギュレータ６と、エアライン７と、研磨液供給ノズル８とを備える。研磨ヘッド３の駆動装置３０は、モータやタイミングベルトなどの研磨ヘッド３の回転装置と、モータなどの研磨ヘッド３の昇降装置とを備える。研磨テーブル５の駆動装置５０は、モータやタイミングベルトなどの研磨テーブル５の回転装置を備える。制御部１００は、駆動装置３０、５０を含む研磨装置１の各構成部の動作を制御する。

【0011】

（研磨パッド２）
研磨パッド２は、例えば、サブパッド上に研磨層を備える二層パッドである。研磨パッド２は、単層パッドであってもよい。

【0012】

（研磨ヘッド３）
研磨ヘッド３は、ホルダ３１と、ヘッド軸３２と、チャッキングプレート３３と、第１圧力室３４と、第２圧力室３５とを備える。

【0013】

ホルダ３１は、水平な中空円板状に形成されている。ホルダ３１は、金属やセラミックスなどの強度および剛性に優れた材料で形成されている。

【0014】

ヘッド軸３２は、ホルダ３１の中央部から上方Ｄ１１に延びる円筒形状に形成されている。ヘッド軸３２の内部には、エアライン７が内蔵されており、このエアライン７は、レギュレータ６に接続されている。ヘッド軸３２は、研磨ヘッド３の駆動装置３０に接続されている。ヘッド軸３２は、駆動装置３０から回転力を付与されることで、ヘッド軸３２を中心に研磨ヘッド３を回転させる。また、ヘッド軸３２は、駆動装置３０から軸方向Ｄ１への並進力を付与されることで、研磨ヘッド３を昇降させる。なお、研磨パッド２の直上の位置に対して研磨ヘッド３が水平方向から進入および退避できるように、駆動装置３０は、ヘッド軸３２に水平方向への並進力を付与してもよい。

【0015】

チャッキングプレート３３は、ホルダ３１の中央部底面に配置されている。チャッキングプレート３３は、水平な中空円板状に形成されている。チャッキングプレート３３は、その上壁部に形成された貫通孔３３ａを通してエアライン７に連通されている。チャッキングプレート３３は、その底壁部に形成された貫通孔３３ｂを通して第１圧力室３４または外部に連通されている。金属汚染を抑制する観点や、研磨の終点検出感度を確保する観点から、チャッキングプレート３３は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フッ素系樹脂またはセラミックスなどの導電性や磁性を有しない材料で形成することが好ましい。なお、チャッキングプレート３３を金属材料で形成してもよい。チャッキングプレート３３は、レギュレータ６の吸気動作にともなって半導体基板１０（ウェハ）を吸引する。チャッキングプレート３３は、レギュレータ６の排気動作にともなって第１圧力室３４の内部にエアを供給する。

【0016】

第１圧力室３４は、チャッキングプレート３３の底面に配置されている。第１圧力室３４は、径方向Ｄ２において複数（図１において４つ）の分室３４ａに分割されており、分室３４ａ毎にチャッキングプレート３３に連通されている。各分室３４ａは、チャッキングプレート３３を経由してレギュレータ６からエアが供給されることで半導体基板１０に研磨圧力（研磨荷重）を付与する。半導体基板１０に均一な研磨圧力を付与するために、第１圧力室３４は、弾性膜で形成されている。例えば、第１圧力室３４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴムまたはシリコンゴムなどの強度および耐久性に優れたゴム材によって形成することが好ましい。第１圧力室３４は、デュロ硬度が２０〜６０のゴム材で形成することがより好ましい。第１圧力室３４は、分室３４ａ毎に独立した研磨圧力の制御が可能であってもよい。分室３４ａ毎に独立して研磨圧力を制御することで、径方向Ｄ２の研磨量の調整が可能となる。

【0017】

なお、第１圧力室３４の底面には、チャッキングプレート３３によって吸引された半導体基板１０が吸着される。すなわち、第１圧力室３４の底面（以下、装着面３４ｂともいう）には、半導体基板１０が装着される。

【0018】

第２圧力室３５は、ホルダ３１の周辺部底面に配置されている。第２圧力室３５は、ホルダ３１を介してエアライン７に連通されている。第２圧力室３５は、第１圧力室３４と同じ材料で形成してもよい。第２圧力室３５は、レギュレータ６からエアが供給されることでリテーナリング４に圧力を付与する。

【0019】

以上の構成を有する研磨ヘッド３によれば、装着面３４ｂに装着された半導体基板１０を、研磨パッド２に押し付けて擦ることができる。

【0020】

（リテーナリング４）
リテーナリング４は、支持部４０と、凸部の一例としての複数のブロック４１と、第１移動部４２とを備える。

【0021】

図１に示すように、支持部４０は、研磨ヘッド３に設けられている。具体的には、支持部４０は、第２圧力室３５の底面に固定されている。支持部４０は、研磨ヘッド３の回転軸方向Ｄ１のうち上方Ｄ１１において各ブロック４１に面するように円環状に形成されている。

【0022】

図２は、第１の実施形態の研磨装置を示す図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１に示すように、各ブロック４１は、支持部４０から研磨パッド２側に突出している。また、図２に示すように、各ブロック４１は、装着面３４ｂの周辺において周方向Ｄ３に並んでいる。複数のブロック４１は、平面視において円弧状を呈する。各ブロック４１は、半導体基板１０の外周面に沿った側面４１ａすなわち内周面を有する。各ブロック４１は、第１移動部４２によって径方向Ｄ２に移動可能である。各ブロック４１は、例えば、樹脂材料によって形成してもよい。

【0023】

第１移動部４２は、複数のスリット４２２と複数のピン４２１とを備える。

【0024】

複数のスリット４２２は、上方Ｄ１１において各ブロック４１にそれぞれ面するように支持部４０の底壁に設けられている。図２に示すように、各スリット４２２は、径方向外方Ｄ２２に向かうにしたがって半導体基板１０を研磨するときの研磨ヘッド３の回転方向（以下、研磨方向ともいう）Ｄ３１と同方向Ｄ３１（図２の右回り）に傾いている。

【0025】

支持部４０の内部は、スリット４２２に連通するように中空に形成されている。各ピン４２１は、各ブロック４１から上方Ｄ１１に突出し、各ブロック４１に面するスリット４２２を通して支持部４０の内部に挿入されている。各ピン４２１は、支持部４０の内部においてブロック４１の落下を防止する第１ストッパ４２４を備える。第１ストッパ４２４は、例えば、スリット４２２より幅が大きい円板状に形成されていてもよい。以上のようにして、各ピン４２１は、各スリット４２２に沿って摺動自在に支持部４０に支持されている。

【0026】

第１移動部４２は、研磨パッド２に各ブロック４１が接触した状態において、研磨ヘッド３の回転に応じて各ブロック４１を移動させる。具体的には、第１移動部４２は、研磨方向Ｄ３１と同方向に研磨ヘッド３が回転した場合に、径方向内方Ｄ２１に各ブロック４１を移動させる。径方向内方Ｄ２１への各ブロック４１の移動は、周方向Ｄ３への各ブロック４１の移動をともなってよい。また、第１移動部４２は、研磨方向と逆方向に研磨ヘッド３が回転した場合に、径方向外方Ｄ２２に各ブロック４１を移動させる。径方向外方Ｄ２２への各ブロック４１の移動は、周方向Ｄ３への各ブロック４１の移動をともなってよい。研磨装置１のより具体的な動作例については、後述の半導体製造方法の実施形態に説明を譲る。

【0027】

第１の実施形態の研磨装置１によれば、第１移動部４２によって各ブロック４１を径方向内方Ｄ２１に移動させることで、リテーナリング４の内径を縮小させることができる。リテーナリング４の内径を縮小させることで、半導体基板１０とリテーナリング４との間隙を殆ど無くすことができる。これにより、研磨パッド２のリバウンドを抑制でき、研磨量の均一性を向上させることができる。

【0028】

（半導体製造方法）
次に、図１の研磨装置１を適用した半導体製造方法について説明する。図３は、第１の実施形態を示す半導体製造方法のフローチャートである。具体的には、図３は、ＣＭＰ工程のフローチャートである。なお、図３の初期状態において、研磨ヘッド３は、図１に示すように装着面３４ｂに半導体基板１０を装着しているものとする。また、図３の初期状態において、研磨ヘッド３は、図１に示すように研磨パッド２から上方Ｄ１１に離間しているものとする。また、図３の初期状態において、各ブロック４１は、図２に示すように径方向外方Ｄ２２に移動され、リテーナリング４の内径は拡大されているものとする。なお、図２において、ピン４２１は、スリット４２２の径方向外端に位置している。

【0029】

図４Ａは、第１の実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。図４Ｂは、図４Ａに続く半導体製造方法を示す断面図である。第１の実施形態では、一例として、図４Ａの半導体基板１０をＣＭＰ工程で処理する。図４Ａの半導体基板１０は、順に、基板８１と、溝８２と、第１絶縁膜８３と、第２絶縁膜８４とを備える。溝８２の深さは、例えば、２００ｎｍである。第１絶縁膜８３は、例えば、ＳｉＮによって厚さ１５ｎｍに形成されている。第２絶縁膜８４は、例えば、ＮＳＧ(Non-doped Silicate Glass)によって厚さ３５０ｎｍに形成されている。なお、溝８２の深さや絶縁膜８３、８４の厚さは以上に限定されない。また、絶縁膜８３、８４の材料も以上に限定されず、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＳｉＮ、ＳｉＣＨ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＨおよびｐ−Ｓｉからなる群から選択される少なくとも１種類の絶縁材料を用いてもよい。第１の実施形態では、図４Ａの半導体基板１０の不要な第２絶縁膜８４をＣＭＰで除去することで、図４Ｂの半導体基板１０を得る。

【0030】

以上の前提の下で、先ず、研磨ヘッド３は、研磨方向Ｄ３１と同方向に回転する（ステップＳ１）。このとき、研磨ヘッド３は、駆動装置３０がヘッド軸３２に回転力を付与することで、ヘッド軸３２とともに回転する。研磨ヘッド３の回転にともなって、装着面３４ｂに装着されている半導体基板１０および研磨ヘッド３に固定されているリテーナリング４も、研磨ヘッド３と同方向Ｄ３１に回転する。また、このとき、研磨テーブル５は、駆動装置５０によって研磨ヘッド３と同方向Ｄ３１に回転する。

【0031】

図５Ａは、第１の実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。次いで、図５Ａに示すように、研磨ヘッド３は、研磨方向Ｄ３１と同方向に回転しながら、リテーナリング４の各ブロック４１を研磨パッド２に押し付ける（ステップＳ２）。このとき、研磨ヘッド３は、駆動装置３０がヘッド軸３２に下方Ｄ１２への並進力を付与することで、ヘッド軸３２とともに下降する。

【0032】

研磨方向Ｄ３１と同方向に回転しながら摩擦抵抗を有する研磨パッド２に接触することで、各ブロック４１には、研磨パッド２によって研磨方向Ｄ３１と逆方向Ｄ３２の摩擦力が作用する。このとき、ブロック４１に設けられたピン４２１の位置を基準として、摩擦力が作用する方向Ｄ３２と径方向内方Ｄ２１との合成方向に向かってスリット４２２が延びている。このため、各ブロック４１は、スリット４２２に沿ってピン４２１を摺動させることで、研磨ヘッド３に対する逆方向Ｄ３２への相対移動をともないながら、径方向内方Ｄ２１に移動する（ステップＳ３）。

【0033】

図５Ｂは、図５Ａに続く半導体製造方法を示す断面図である。図６は、第１の実施形態の半導体製造方法を示す図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。図５および図６に示すように、径方向内方Ｄ２１に移動した各ブロック４１は、例えば、スリット４２２の径方向内端にピン４２１が当接することで移動を停止する。このようにして、リテーナリング４の内径が縮小する。

【0034】

次いで、図３に示すように、研磨ヘッド３で研磨パッド２にリテーナリング４を押し付けながら、研磨ヘッド３を研磨方向Ｄ３１に回転して半導体基板１０を研磨する（ステップＳ４）。このとき、研磨液供給ノズル８は、研磨パッド２上にスラリを供給する。スラリは、砥粒としてセリアを含有する。例えば、スラリは、粒子径１００ｎｍでｐＨ９に調整されたセリアを、１ｗｔ％含有する。研磨液供給ノズル８は、例えば、２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で、研磨パッド２上にスラリを供給する。また、レギュレータ６は、第１圧力室３４および第２圧力室３５にエアを供給することで、半導体基板１０およびリテーナリング４に圧力を付与する。

【0035】

その他の研磨条件の一例は、次のとおりである。
研磨荷重：４００ｇｆ／ｃｍ^２
リテーナリング荷重：４００ｇｆ／ｃｍ^２
研磨ヘッド回転速度：１００ｒｐｍ
研磨テーブル回転速度：１０５ｒｐｍ
研磨パッド：市販の二層パッド
研磨時間：ＴＣＭ（研磨テーブル電流値）で第２絶縁膜の除去を検出

【0036】

例えば、以上の研磨条件の下での半導体基板１０の研磨が終了した後、研磨ヘッド３は、駆動装置３０の動力によって研磨方向Ｄ３１と逆方向Ｄ３２に回転する（ステップＳ５）。

【0037】

研磨ヘッド３が逆方向Ｄ３２に回転するとき、各ブロック４１は、研磨パッド２に接触している。このため、各ブロック４１には、研磨パッド２によって研磨方向Ｄ３１の摩擦力が作用する。このとき、ブロック４１に設けられたピン４２１の位置を基準として、摩擦力が作用する方向Ｄ３１と径方向外方Ｄ２２との合成方向に向かってスリット４２２が延びている。このため、各ブロック４１は、スリット４２２に沿ってピン４２１を摺動させることで、研磨ヘッド３に対する研磨方向Ｄ３１と同方向への相対移動をともないながら、径方向外方Ｄ２２に移動する（ステップＳ６）。このようにして、リテーナリング４の内径が拡大する。

【0038】

次いで、研磨ヘッド３は、各ブロック４１を研磨パッド２から上方Ｄ１１に離間させる（ステップＳ７）。このとき、研磨ヘッド３は、駆動装置３０がヘッド軸３２に上方Ｄ１１への並進力を付与することで、ヘッド軸３２とともに上昇する。

【0039】

図７Ａは、第１の実施形態の半導体製造方法による研磨量のグラフである。図７Ｂは、比較例の半導体製造方法による研磨量のグラフである。図７Ｂは、内径が一定のリテーナリングを備えた研磨装置で半導体基板１０を研磨した場合のグラフである。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいて、横軸は、位置すなわち半導体基板１０の中心からの距離であり、縦軸は、除去量すなわち研磨量である。図７Ａおよび図７Ｂは、半径１５０ｍｍの半導体基板１０についての外縁２０ｍｍのエリアの研磨量のプロファイルを示している。

【0040】

もし、リテーナリングの内径を変更できない場合、リテーナリングと半導体基板１０との間隙部によって、研磨パッドの回転方向の下流側に半導体基板１０が寄った状態で研磨が進行して、研磨量のばらつきが大きくなってしまう。例えば、図７Ｂに示すように、中心から１４０ｍｍの位置に対して、外端（１５０ｍｍ）近傍の研磨量がほぼ１．５倍になってしまう。

【0041】

これに対して、第１の実施形態の半導体製造方法によれば、リテーナリング４の内径を縮小することで、リテーナリング４と半導体基板１０との間隙を殆ど無くすことができるので、研磨パッドの回転方向の下流側に半導体基板１０が寄った状態で研磨が進行することを防止できる。これにより、研磨量を均一化できる。例えば、図７Ａに示すように、中心から１４０ｍｍの位置に対して、外端（１５０ｍｍ）近傍の研磨量を１．１４倍程度に抑えることができる。

【0042】

以上説明したように、第１の実施形態によれば、研磨量の均一性を向上させることができる。例えば、製品に用いられない欠けショット部を含む半導体基板１０の外縁まで均一に研磨できるので、外縁の過研磨による半導体基板１０の絶縁膜の剥離を抑制できる。絶縁膜の剥離を抑制できるので、例えば、ＣＭＰの後のウェット工程において、絶縁膜が剥離した箇所から薬液が内部に染み込んで半導体基板１０のメタルが溶解することを回避できる。この結果、半導体基板１０から得られる半導体装置の歩留まりを向上できる。また、第１の実施形態によれば、既存の動力源３０、５０を活用してリテーナリング４の内径を縮小および拡大することができる。

【0043】

（第１の変形例）
次に、第１の実施形態の第１の変形例として、着脱部のガイド部の回転に応じてリテーナリングの内径を変化させる研磨装置の例について説明する。なお、本変形例において、図１に対応する構成については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図８は、第１の実施形態の第１の変形例を示す研磨装置１の断面図である。

【0044】

図８に示すように、第１の変形例の研磨装置１は、図１の構成に加えて、更に、着脱部９を備える。図８に示すように、着脱部９は、着脱器９１と、ガイド部９２と、モータ９３と、圧力センサ９４とを備える。なお、図８では、研磨パッド２および研磨テーブル５の図示を省略している。

【0045】

図８に示すように、着脱器９１には、半導体基板１０がその外縁を介して搭載される。着脱器９１は、研磨ヘッド３への半導体基板１０の装着前または取り外し後に、半導体基板１０を水平に支持する。

【0046】

ガイド部９２は、着脱器９１の外周に配置された水平なガイド面９２１を有する。ガイド面９２１は、所定の摩擦抵抗を有する。研磨ヘッド３に対する半導体基板１０の着脱の際に、ガイド面９２１には、上方から各ブロック４１が接触する。各ブロック４１を接触させることで、ガイド部９２は、研磨ヘッド３に対する半導体基板１０の着脱をガイドする。また、ガイド部９２は、中央の回転軸９２２回りに回転可能である。

【0047】

モータ９２は、研磨方向Ｄ３１と同方向または逆方向にガイド部９１を回転する。

【0048】

第１移動部４２は、研磨方向Ｄ３１と逆方向Ｄ３２にガイド部９２が回転した場合に、径方向内方Ｄ２１に各ブロック４１を移動させる。また、第１移動部４２は、研磨方向Ｄ３１と同方向にガイド部９２が回転した場合に、径方向外方Ｄ２２に各ブロック４１を移動させる。

【0049】

圧力センサ９４は、モータ９３にかかる負荷を検出する。制御部１００は、圧力センサ９４による負荷の検出値に基づいて、半導体基板１０の外周面への各ブロック４１の接触を検知する。制御部１００は、半導体基板１０の外周面への各ブロック４１の接触を検知した場合に、モータ９３を停止する制御を行う。

【0050】

次に、図８の研磨装置１を適用した半導体製造方法について説明する。図９は、第１の実施形態の第１の変形例を示す半導体製造方法のフローチャートである。なお、図９の初期状態において、半導体基板１０は、図８に示すように着脱器９１に搭載されているものとする。また、図９の初期状態において、研磨ヘッド３は、図８に示すように着脱部９から上方Ｄ１１に離間しているものとする。また、図９の初期状態において、各ブロック４１は、径方向外方Ｄ２２に移動されており、リテーナリング４の内径は拡大されているものとする。

【0051】

図１０Ａは、第１の実施形態の第１の変形例の半導体製造方法を示す断面図である。図１０Ａに示すように、先ず、研磨ヘッド３は、駆動装置３０の動力によって下降して、第１圧力室３４を半導体基板１０に接触させ、また、各ブロック４１をガイド面９２１に接触させる（図９のステップＳ１１）。このとき、レギュレータ６は、吸気動作を行うことで半導体基板１０を第１圧力室３４の装着面３４ｂに吸着させる。

【0052】

次いで、ガイド部９２は、モータ９３によって研磨方向Ｄ３１と逆方向Ｄ３２に回転する（ステップＳ１２）。ガイド部９２の回転にともなって、ガイド面９２１に接触している各ブロック４１には、ガイド面９２１からガイド部９２の回転方向Ｄ３２への摩擦力が作用する。

【0053】

このとき、ブロック４１に設けられたピン４２１の位置を基準として、摩擦力が作用する方向Ｄ３２と径方向内方Ｄ２１との合成方向に向かってスリット４２２が延びている。このため、各ブロック４１は、スリット４２２に沿ってピン４２１を摺動させることで、ガイド部９２の回転方向Ｄ３２への移動をともないながら、径方向内方Ｄ２１に移動する（ステップＳ１３）。

【0054】

図１０Ｂは、図１０Ａに続く半導体製造方法を示す断面図である。図１０Ｂに示すように、径方向内方Ｄ２１に移動した各ブロック４１は、半導体基板１０の外周面に接触する。制御部１００は、圧力センサ９４の検出値が閾値以上であることに基づいて、半導体基板１０の外周面への各ブロック４１の接触を検知する（ステップＳ１４）。

【0055】

制御部１００は、半導体基板１０の外周面への各ブロック４１の接触を検知すると、ガイド部９２の回転を停止する（ステップＳ１５）。このようにして、リテーナリング４の内径が縮小される。

【0056】

次いで、研磨ヘッド３は、駆動装置３０の動力によって着脱部９から研磨パッド２上に半導体基板１０を移送して、半導体基板１０を研磨パッド２で研磨する（ステップＳ１６）。研磨条件は、図３の場合と同様であってもよい。

【0057】

次いで、半導体基板１０の研磨が終了した後、研磨ヘッド３は、駆動装置３０の動力によって研磨パッド２上から着脱部９に半導体基板１０を移送して、図１０Ｂと同様に、ガイド面９２１上に各ブロック４１を接触させる（ステップＳ１７）。このとき、レギュレータ６は、排気動作を行うことで、半導体基板１０の吸着を解除して、着脱器９１上に半導体基板１０を搭載する。

【0058】

次いで、ガイド部９２は、モータ９３によって研磨方向Ｄ３１に回転する（ステップＳ１８）。ガイド部９２の回転にともなって、ガイド面９２１に接触している各ブロック４１には、ガイド面９２１からガイド部９２の回転方向Ｄ３１への摩擦力が作用する。

【0059】

このとき、ブロック４１に設けられたピン４２１の位置を基準として、摩擦力が作用する方向Ｄ３１と径方向外方Ｄ２２との合成方向に向かってスリット４２２が延びている。このため、各ブロック４１は、スリット４２２に沿ってピン４２１を摺動させることで、ガイド部９２の回転方向Ｄ３１への移動をともないながら、径方向外方Ｄ２２に移動する（ステップＳ１９）。このようにして、リテーナリング４の内径が拡大する。

【0060】

以上述べたように、第１の変形例によれば、図１の構成および図３の方法と同様に、研磨量の均一性を向上させることができる。また、研磨ヘッド３に対する半導体基板１０の着脱の際に、リテーナリング４の内径を縮小または拡大させることができるので、ＣＭＰの作業効率を高めることができる。

【0061】

（第２の変形例）
次に、第１の実施形態の第２の変形例として、研磨パッドへのリテーナリングの押し付けを安定化する研磨装置の例について説明する。なお、本変形例において、図１に対応する構成については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図１１Ａは、第１の実施形態の第２の変形例において、研磨パッド２から研磨ヘッド３が離間した状態の研磨装置１の断面図である。図１１Ｂは、研磨パッド２に研磨ヘッド３が押し付けられた状態の研磨装置１の断面図である。

【0062】

図１の構成において、ブロック４１と第１ストッパ４２４との間隔は、ブロック４１と第１ストッパ４２４とに挟まれる支持部４０の底壁の厚みにほぼ等しい。このため、図１の構成では、各ブロック４１と支持部４０との軸方向Ｄ１の位置関係は一定である。すなわち、各ブロック４１は、支持部４０に対して相対的に上下動しない。

【0063】

これに対して、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、第２の変形例において、ブロック４１と第１ストッパ４２４との間隔は、ブロック４１と第１ストッパ４２４とに挟まれる支持部４０の底壁の厚みより大きい。このため、第２の変形例において、各ブロック４１は支持部４０に対して相対的に上下動する。

【0064】

また、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、第２の変形例において、支持部４０は、第２ストッパ４２５を備える。第２ストッパ４２５は、支持部４０の内部においてピン４２１の上端部４２１ａに面する。より具体的には、第２ストッパ４２５は、水平な板状に形成されており、支持部４０の上壁部の内底面に設けられている。第２ストッパ４２５は、ピン４２１の上端部４２１ａを当接させることで、ブロック４１の上昇を規制する。

【0065】

また、第２の変形例において、ピン４２１の上端部４２１ａおよび第２ストッパ４２５は、弾性を有する。上端部４２１ａおよび第２ストッパ４２５は、例えば、ゴム材によって形成してもよい。

【0066】

次に、第２の変形例の半導体製造方法について説明する。

【0067】

図１０Ｂと同様に、着脱部９において半導体基板１０を吸着してリテーナリング４の内径を縮小した後、研磨ヘッド３は、図１１Ａに示すように、研磨のために研磨ヘッド３の直上に半導体基板１０を移送する。図１１Ａに示すように、研磨ヘッド３が研磨パッド２から離間している場合、各ブロック４１は、その重力によって支持部４０から下方Ｄ１２に離間している。このとき、各ブロック４１の重力によってピン４２１が下方Ｄ１２に引き出されているが、支持部４０の内部において第１ストッパ４２４がスリット４２２の縁部に当接することで、ピン４２１およびブロック４１の落下を防止できる。

【0068】

次いで、図１１Ｂに示すように、研磨ヘッド３は、研磨パッド２を押圧する。図１１Ｂに示すように、研磨ヘッド３が研磨パッド２に押し付けられた場合、各ブロック４１は、研磨パッド２からの垂直抗力によってピン４２１を支持部４０の内部に押し込みながら支持部４０に対して相対的に上昇する。このとき、ピン４２１の上端部４２１ａが第２ストッパ４２５に当接することで、ブロック４１の上昇が規制される。上端部４２１ａと第２ストッパ４２５とは、弾性力によって安定的に接触している。このため、研磨ヘッド３は、ブロック４１の位置を固定してリテーナリング４を安定的に押し付けながら半導体基板１０を研磨できる。

【0069】

以上述べたように、第２の変形例によれば、リテーナリング４を安定的に押し付けることができるので、研磨量の均一性を更に向上させることができる。

【0070】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、研磨パッドへの研磨ヘッドの押し付けに応じてリテーナリングの内径が縮小する研磨装置の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態に対応する構成については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図１２は、第２の実施形態を示す研磨装置１の斜視図である。図１３は、第２の実施形態の研磨装置１を示す図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。図１４は、第２の実施形態を示す研磨装置の断面図である。

【0071】

図１２〜図１４に示すように、第２の実施形態の研磨装置１は、第１移動部４２の代わりに第２移動部４３を備える。第２移動部４３は、押圧部材の一例としての圧縮ばね４３１と、ワイヤ４３２とを備える。圧縮ばね４３１は、ブロック４１と同数設けられている。

【0072】

図１４に示すように、各ブロック４１の上端部４１ａは、下方から支持部４０の内部に挿入されている。各圧縮ばね４３１の径方向外方Ｄ２２側の端部は、支持部４０に固定されていない自由端である。この自由端には、各ブロック４１の上端部４１ａが接続されている。一方、各圧縮ばね４３１の径方向内方Ｄ２１側の端部は、支持部４０の内壁に固定された固定端である。このような構成により、各圧縮ばね４３１は、各ブロック４１を径方向外方Ｄ２２に押圧している。

【0073】

図１３に示すように、ワイヤ４３２は、周方向Ｄ３において各ブロック４１を環状に貫通している。ワイヤ４３２の両端は、１つのブロック４１において外部に引き出されている。ブロック４１から引き出されたワイヤ４３２の両端は、図１２に示すように、ヘッド軸３２から径方向外方Ｄ２２に延びる固定部４３３に固定されている。

【0074】

次に、第２の実施形態の半導体製造方法について説明する。図１５は、第２の実施形態を示す半導体製造方法の斜視図である。図１６は、第２の実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。

【0075】

着脱部９（図８参照）において半導体基板１０を吸着した後、研磨ヘッド３は、図１２に示すように、研磨のために研磨ヘッド３の直上に半導体基板１０を移送する。図１２に示すように、研磨ヘッド３が研磨パッド２から離間している場合、ワイヤ４３２は弛んでいる。ワイヤ４３２が弛んでいるため、各ブロック４１には、ワイヤの締め付け力が働かない。一方、各圧縮ばね４３１は、各ブロック４１を径方向外方Ｄ２２に押圧している。このため、各ブロック４１は、半導体基板１０の外周面に対して径方向外方Ｄ２２に離間している。すなわち、リテーナリング４の内径は拡大されている。

【0076】

次いで、図１５に示すように、研磨ヘッド３は、研磨パッド２を押圧する。このとき、ヘッド軸３２が伸びることで、ワイヤ４３２が引っ張られる。ワイヤ４３２が引っ張られることで、各ブロック４１がワイヤ４３２で締め付けられる。ワイヤ４３２で締め付けられることで、各ブロック４１は、圧縮ばね４３１の押圧力に抗して径方向内方Ｄ２１に移動する。このようにして、図１６に示すように、リテーナリング４の内径が縮小される。

【0077】

以上のように、第２移動部４３は、研磨パッド２に研磨ヘッド３が押し付けられるときに径方向内方Ｄ２１に各ブロック４１を移動させる。また、第２移動部４３は、研磨パッド２から研磨ヘッド３が離れるときに径方向外方Ｄ２２に各ブロック４１を移動させる。

【0078】

第２の実施形態によれば、第２移動部４３でリテーナリング４の内径を縮小できるので、第１の実施形態と同様に研磨量の均一性を向上させることができる。

【0079】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、エアの供給に応じてリテーナリングの内径を変化させる研磨装置の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態において、第１の実施形態に対応する構成については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図１７は、第３の実施形態を示す研磨装置の断面図である。図１８は、第３の実施形態の研磨装置を示す図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面図である。

【0080】

図１７および図１８に示すように、第３の実施形態の研磨装置１は、第１移動部４２の代わりに第３移動部４５を備える。第３移動部４５は、第１エアバッグ４５１と、第２エアバッグ４５２とを備える。

【0081】

第１エアバッグ４５１は、支持部４０と同心の円環状に形成されている。第１エアバッグ４５１は、支持部４０の内部においてブロック４１の上端部４１ａに内接している。第１エアバッグ４５１の内部は、エアライン７に連通されている。第１エアバッグ４５１は、ブロック４１の上端部４１ａに接合されていてもよい。

【0082】

第２エアバッグ４５２は、支持部４０と同心の円環状に形成されている。第２エアバッグ４５２は、第１エアバッグ４５１より径が大きい。第２エアバッグ４５２は、支持部４０の内部においてブロック４１の上端部４１ａに外接している。また、第２エアバッグ４５２の内部は、エアライン７に連通されている。第２エアバッグ４５２は、ブロック４１の上端部４１ａに接合されていてもよい。

【0083】

次に、第３の実施形態の半導体製造方法について説明する。図１９は、第３の実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。図２０は、第３の実施形態の半導体製造方法を示す図１７のＸＸ−ＸＸ断面図である。

【0084】

レギュレータ６で第１エアバッグ４５１にエアを封入し、第２エアバッグ４５２にエアを封入しない場合、図１７および図１８に示すように、第１エアバッグ４５１が膨張し、第２エアバッグ４５２が収縮する。第１エアバッグ４５１が膨張することで、各ブロック４１には、第１エアバッグ４５１によって径方向外方Ｄ２２への押圧力が作用する。径方向外方Ｄ２２への押圧力が作用することで、各ブロック４１は、径方向外方Ｄ２２に移動される。このようにして、リテーナリング４の径が拡大される。

【0085】

一方、第２エアバッグ４５２にエアを封入し、第１エアバッグ４５１にエアを封入しない場合、図１９および図２０に示すように、第２エアバッグ４５２が膨張し、第１エアバッグ４５１が収縮する。第２エアバッグ４５２が膨張することで、各ブロック４１には、第２エアバッグ４５２によって径方向内方Ｄ２１への押圧力が作用する。径方向内方Ｄ２１への押圧力が作用することで、各ブロック４１は、径方向内方Ｄ２１に移動される。このようにして、リテーナリング４の内径が縮小される。

【0086】

以上のように、第３移動部４５は、エアの供給に応じて径方向に各ブロック４１を移動させる。

【0087】

第３の実施形態によれば、第３移動部４５でリテーナリング４の内径を縮小できるので、第１の実施形態と同様に研磨量の均一性を向上させることができる。

【0088】

なお、第１〜第３の実施形態は、これらを適宜組み合わせてもよい。

【0089】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0090】

１ 研磨装置
２ 研磨パッド
３ 研磨ヘッド
４ リテーナリング
４０ 支持部
４１ ブロック

【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】