特許 7259941 研磨ヘッド、研磨装置および半導体ウェーハの製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】研磨ヘッド、研磨装置および半導体ウェーハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/30 20120101AFI20230411BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20230411BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

B24B37/30 E

B24B37/30 D

B24B37/005 A

H01L21/304 621D

H01L21/304 622K

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021511115

(86)(22)【出願日】2019-12-27

(86)【国際出願番号】 JP2019051501

(87)【国際公開番号】W WO2020202682

(87)【国際公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-09-27

(31)【優先権主張番号】P 2019072485

(32)【優先日】2019-04-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110000109

【氏名又は名称】弁理士法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】中野 裕生

(72)【発明者】

【氏名】寺川 良也

(72)【発明者】

【氏名】木原 誉之

(72)【発明者】

【氏名】太田 広樹

【審査官】城野 祐希

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１１０４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８３８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３２７１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／３０

Ｂ２４Ｂ ３７／００５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口部を有する第一のリング状部材と、
前記第一のリング状部材の上面側開口部を閉塞する板状部材と、
前記第一のリング状部材の下面側開口部を閉塞するメンブレンと、
前記メンブレンの下面に貼り合わされたバックパッドと、
前記バックパッドの下方に位置し、研磨対象のワークを保持する開口部を有する第二のリング状部材と、
を有し、
前記第一のリング状部材の開口部が前記板状部材と前記メンブレンとにより閉塞されて形成された空間部は、中央領域と、該中央領域と仕切りによって仕切られた外周領域と、を有し、
前記空間部の高さは、気体を導入していない状態の値として、３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下であり、かつ
第二のリング状部材の開口部の中心に向かう方向を内側、他方を外側と呼ぶと、第二のリング状部材の内周端は、前記空間部の外周領域の外周端より内側に位置する、研磨ヘッド。

【請求項2】

前記バックパッドが、前記メンブレンの下面の外周部と前記第二のリング状部材の円環状上面との間に介在している、請求項１に記載の研磨ヘッド。

【請求項3】

前記中央領域に気体を導入する導入路と、
前記外周領域に気体を導入する導入路と、
を有する、請求項１または２に記載の研磨ヘッド。

【請求項4】

前記第二のリング状部材の円環状上面において、内周端から外周側に向かう幅８ｍｍ以上２５ｍｍ以下の領域が、前記空間部の外周領域の下方に位置する、請求項１～３のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の研磨ヘッドと、
研磨パッドと、
前記研磨パッドを支持する定盤と、
を有する研磨装置。

【請求項6】

請求項５に記載の研磨装置により、研磨対象のウェーハの表面を研磨して研磨面を形成することを含む、半導体ウェーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１９年４月５日出願の日本特願２０１９－７２４８５号の優先権を主張し、その全記載は、ここに特に開示として援用される。

【技術分野】

【0002】

本発明は、研磨ヘッド、研磨装置および半導体ウェーハの、製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

半導体ウェーハ等のワークの表面を研磨する装置には、ワークの片面を研磨する片面研磨装置と、ワークの両面を研磨する両面研磨装置とがある。片面研磨装置では、通常、研磨ヘッドに保持されたワークの研磨対象表面を、定盤に貼り付けられた研磨パッドに押し付けながら、研磨ヘッドと定盤とをそれぞれ回転させて、ワークの研磨対象表面と研磨パッドとを摺接させる。こうして摺接する研磨対象表面と研磨パッドとの間に研磨剤を供給することにより、ワークの研磨対象表面を研磨することができる。

【0004】

上記のような片面研磨装置において、研磨ヘッドに保持されたワークを研磨パッドに押し付ける方法としては、ラバーチャック方式が知られている（特開２００８－１１０４０７号公報（その全記載は、ここに特に開示として援用される）参照）。

【発明の概要】

【0005】

ラバーチャック方式の研磨ヘッドでは、メンブレン（特開２００８－１１０４０７号公報ではラバー膜）の背面の空間に空気等の気体を導入することによってメンブレンを膨らませることにより、メンブレンの下方に位置するバックパッド（特開２００８－１１０４０７号公報ではバッキングパッド）を介して、ワークを押圧することができる。

【0006】

上記のようなラバーチャック方式の研磨ヘッドを使用する従来の片面研磨装置では、ワークの研磨対象表面において、外周部の研磨量制御が困難であることが課題であった。これに対し、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を容易に制御することができれば、ワークの研磨対象表面において外周部の研磨量を容易に制御することが可能になる。

【0007】

本発明の一態様は、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を容易に制御可能な研磨ヘッドを提供する。

【0008】

本発明の一態様は、
開口部を有する第一のリング状部材と、
上記第一のリング状部材の上面側開口部を閉塞する板状部材と、
上記第一のリング状部材の下面側開口部を閉塞するメンブレンと、
上記メンブレンの下面に貼り合わされたバックパッドと、
上記バックパッドの下方に位置し、研磨対象のワークを保持する開口部を有する第二のリング状部材と、
を有し、
上記第一のリング状部材の開口部が上記板状部材と上記メンブレンとにより閉塞されて形成された空間部は、中央領域と、この中央領域と仕切りによって仕切られた外周領域と、を有し、かつ
上記外周領域の外周端の鉛直下方に、上記第二のリング状部材の内周端部領域が位置する、研磨ヘッド、
に関する。

【0009】

上記研磨ヘッドでは、上記空間部に気体を導入することによりメンブレンを膨らませて、第二のリング状部材の開口部に保持されたワークの研磨対象表面に研磨面圧力を加えることができる。空間部の外周端の鉛直下方にワークの研磨対象表面の外周部が位置する研磨ヘッドでは、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力が、研磨パッドの材質の違い、摩耗による部材の厚み変化等の各種要因の影響を受け易いと考えられる。このことが、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力の制御を困難にすると考えられる。これに対し、上記研磨ヘッドでは、空間部の外周端の鉛直下方には、その開口部にワークを保持する第二のリング状部材の内周端部領域が位置している。更に、上記研磨ヘッドは、空間部が、中央領域と仕切りで仕切られた独立した空間である外周領域を有する。したがって、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を、空間部の外周領域に導入する気体の量を中央領域に導入する気体の量とは独立に調整することにより、様々に制御することができる。こうして上記研磨ヘッドによれば、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を容易に制御することができる。

【0010】

一態様では、上記研磨ヘッドにおいて、上記バックパッドは、上記メンブレンの下面の外周部と上記第二のリング状部材の円環状上面との間に介在していることができる。

【0011】

一態様では、上記研磨ヘッドは、上記中央領域に気体を導入する導入路と、上記外周領域に気体を導入する導入路と、を有することができる。

【0012】

本発明の一態様は、
上記研磨ヘッドと、
研磨パッドと、
上記研磨パッドを支持する定盤と、
を有する研磨装置、
に関する。

【0013】

本発明の一態様は、上記研磨装置により、研磨対象のウェーハの表面を研磨して研磨面を形成することを含む半導体ウェーハの製造方法に関する。

【0014】

本発明の一態様にかかる上記研磨ヘッドによれば、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を容易に制御することができる。また、本発明の一態様によれば、かかる研磨ヘッドを有する研磨装置、およびこの研磨装置を用いる半導体ウェーハの製造方法も提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一態様にかかる研磨ヘッドの一例を示す概略断面図である。

【図2】図１に示す研磨ヘッドの一部拡大図である。

【図3】空間部と第二のリング状部材との位置関係の一例を示す上面図である。

【図4A】板状部材の一例を示す概略断面図である。

【図4B】板状部材の一例を示す概略断面図である。

【図5A】研磨ヘッドの空間部の中央領域と外周領域とを仕切る仕切りの断面形状例を示す。

【図5B】研磨ヘッドの空間部の中央領域と外周領域とを仕切る仕切りの断面形状例を示す。

【図5C】研磨ヘッドの空間部の中央領域と外周領域とを仕切る仕切りの断面形状例を示す。

【図5D】研磨ヘッドの空間部の中央領域と外周領域とを仕切る仕切りの断面形状例を示す。

【図5E】研磨ヘッドの空間部の中央領域と外周領域とを仕切る仕切りの断面形状例を示す。

【図5F】研磨ヘッドの空間部の中央領域と外周領域とを仕切る仕切りの断面形状例を示す。

【図6】研磨ヘッドの空間部からメンブレンに加えられる圧力に関する説明図である。

【図7】研磨装置の一例を示す概略断面図である。

【図8】比較例１においてワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである。

【図9】比較例１におけるワークの研磨対象表面の面内の研磨量分布を示すグラフである。

【図10】実施例１において外周部制御圧力Ｐｅを変化させた場合にワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである。

【図11】実施例１におけるワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである（バックパッドの厚さ・バックパッドの圧縮弾性率を変更し、外周部制御圧力Ｐｅを９ｋＰａとしたとき）。

【図12】実施例１におけるワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである（バックパッドの厚さ・バックパッドの圧縮弾性率を変更し、外周部制御圧力Ｐｅを１１ｋＰａとしたとき）。

【図13】実施例１におけるワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである（研磨パッドの厚さ・研磨パッドの圧縮弾性率を変更し、外周部制御圧力Ｐｅを９ｋＰａとしたとき）。

【図14】実施例１におけるワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである（研磨パッドの厚さ・研磨パッドの圧縮弾性率を変更し、外周部制御圧力Ｐｅを１１ｋＰａとしたとき）。

【図15】実施例２において第二のリング状部材（リテーナー）の厚さを変化させた場合にワークの研磨対象表面の最外周部に加わる研磨面圧力を示すグラフである。

【図16】実施例３において第二のリング状部材の摩耗前後にワークの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである。

【図17】従来の研磨ヘッドの一例を示す概略断面図である。

【図18】図１７に示す研磨ヘッドの一部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［研磨ヘッド］
本発明の一態様にかかる研磨ヘッドは、開口部を有する第一のリング状部材と、上記第一のリング状部材の上面側開口部を閉塞する板状部材と、上記第一のリング状部材の下面側開口部を閉塞するメンブレンと、上記メンブレンの下面に貼り合わされたバックパッドと、上記バックパッドの下方に位置し、研磨対象のワークを保持する開口部を有する第二のリング状部材と、を有する。更に、上記第一のリング状部材の開口部が上記板状部材と上記メンブレンとにより閉塞されて形成された空間部は、中央領域と、この中央領域と仕切りによって仕切られた外周領域と、を有し、かつ上記外周領域の外周端の鉛直下方に、上記第二のリング状部材の内周端部領域が位置する。
以下に、上記研磨ヘッドについて、更に詳細に説明する。本発明および本明細書において、「下面」、「下方」、「上面」等の表記は、研磨ヘッドが研磨処理を行う状態に置かれたときの「下面」、「下方」、「上面」等を意味する。以下では、図面に基づき本発明を説明するが、図面に示す態様は例示であって、かかる態様に本発明は限定されない。また、図中、同一の部分には同一の符号を付している。

【0017】

図１７は、従来の研磨ヘッドの一例を示す概略断面図である。図１７中、研磨ヘッド３０は、ヘッド本体３１に、剛性リング３２が接続されている。剛性リング３２の下面は、メンブレン３４で覆われている。更に、メンブレン３４の下面にはバックパッド３５が貼り合わされている。メンブレン３４の背面側には、剛性リング３２の開口部が中板３６とメンブレン３４によって閉塞されることにより、空間部３７が形成されている。この空間部３７に気体導入路３８から空気等の気体を導入してメンブレン３４を膨らませることにより、バックパッド３５を介して、リテーナリング３３の開口部に保持されたワークＷを押圧することができる。押圧されたワークＷは、定盤４２上に貼り合わされた研磨パッド４１に押し付けられる。研磨ヘッド３０および定盤４２をそれぞれ回転機構（図示せず）により回転させることにより、ワークの研磨対象表面ｗ１と研磨パッドとを摺接させる。

【0018】

図１８は、図１７に示す研磨ヘッドの一部拡大図である。図１７に示されているように内径が同じ剛性リング３２とリテーナリング３３が同心円状に配置されているため、リテーナリング３３の内周端部領域は、図１８に示されているように、空間部３７の外周端の鉛直下方には位置していない。このような構成の研磨ヘッドでは、空間部３７に気体を導入してメンブレン３４を膨らませて空間部の下方に圧力を加える場合、空間部３７の外周端の鉛直下方付近に位置するワークの研磨対象表面の外周部での研磨面圧力の制御は困難である。

【0019】

図１は、本発明の一態様にかかる研磨ヘッドの一例を示す概略断面図である。図１中、研磨ヘッド１０は、ヘッド本体１１に、第一のリング状部材１２が接続されている。第一のリング状部材１２の下面は、メンブレン１４で覆われている。更に、メンブレン１４の下面にはバックパッド１５が貼り合わされている。メンブレン１４は、仕切り１９を有する。これにより、第一のリング状部材１２の開口部が板状部材１６とメンブレン１４によって閉塞されることにより、メンブレン１４の背面に、中央領域１７Ａと中央領域１７Ａと仕切り１９により仕切られた外周領域１７Ｂとを有する空間部が形成される。気体導入路１８Ａから中央領域１７Ａに気体を導入し、気体導入路１８Ａとは独立に気体導入量を制御可能な気体導入路１８Ｂから外周領域１７Ｂに気体を導入することにより、メンブレン１４を膨らませてバックパッド１５を介してワークＷを押圧することができる。

【0020】

図２は、図１に示す研磨ヘッドの一部拡大図である。第二のリング状部材１３は、その開口部にワークＷを保持する。空間部の外周領域１７Ｂの外周端の鉛直下方には、第二のリング状部材１３の内周端部領域が位置している。内周端部領域とは、内周端とその周辺の部分を意味する。即ち、第二のリング状部材１３の開口部の中心に向かう方向を内側、他方を外側と呼ぶと、第二のリング状部材１３の内周端は、空間部の外周領域１７Ｂの外周端より内側に位置している。また、仕切り１９は、第二のリング状部材１３の内周端より内側に位置している。図３は、空間部と第二のリング状部材１３との位置関係の一例を示す上面図である。
更に、研磨ヘッド１０は、中央領域１７Ａと仕切りで仕切られて独立した空間である外周領域１７Ｂを有する。例えば、気体導入路１８Ａから中央領域１７Ａに導入する気体の量と気体導入路１８Ｂから外周領域１７Ｂに導入する気体の量を変えることにより、外周領域１７Ｂの下方のワークＷの研磨対象表面ｗ１の外周部に加わる研磨面圧力を、中央領域１７Ａの下方のワークＷの研磨対象表面ｗ１の中央部に加わる研磨面圧力とは独立に制御することとができる。
上記研磨ヘッドは、以上の構成を有することにより、ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を容易に制御することができる。

【0021】

次に、上記研磨ヘッドを構成する各部について、更に説明する。

【0022】

第一のリング状部材１２としては、片面研磨装置の研磨ヘッドに通常使用されるステンレス鋼材（ＳＵＳ）等の剛性材料製の環状リングを使用することができる。第一のリング状部材１２が取り付けられるヘッド本体１１としては、片面研磨装置の研磨ヘッドに通常使用されるもの（例えばＳＵＳ製のヘッド本体）を用いることができる。第一のリング状部材１２は、ボルト止め等の公知の方法によってヘッド本体１１に取り付けることができる。

【0023】

第一のリング状部材１２の下面側開口部は、メンブレン１４によって覆われて閉塞される。メンブレンが膨らんだ際に位置ずれを起こすことを防ぐ観点からは、第一のリング状部材の円環状下面もメンブレンによって覆われることが好ましい。また、第一のリング状部材の円環状下面もメンブレンによって覆われることは、第一のリング状部材の開口部に研磨剤が混入することを抑制する観点からも好ましい。メンブレン１４は、接着剤の使用等の公知の方法によって第一のリング状部材１２の円環状下面と貼り合わせることができる。また、メンブレン１４を、図１および図２に示す態様のように、第一のリング状部材の側面にわたるように貼り合わせることも好ましい。こうして第一のリング状部材１２の下面側開口部が閉塞される。更に、第一のリング状部材１２の上面側開口部は、板状部材１６によって閉塞される。こうして第一のリング状部材１２の開口部が閉塞されて空間部が形成される。一態様では、空間部の高さ（換言すると、板状部材１６の下面とメンブレン１４の上面との距離）は、メンブレンを膨らませるために空間部に気体を導入していない状態の値として３．５～５．５ｍｍ程度であることが、ワークＷの研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を、より一層精度よく制御可能とする観点から好ましい。空間部の高さは、例えば、後述する仕切りのサイズによって調整できる。メンブレン１４としては、ゴム等の弾性を有する材料製の膜を使用することができる。ゴムとしては、例えばフッ素ゴムを挙げることができる。メンブレン１４の厚さは、特に限定されないが、例えば０．５～２ｍｍ程度であることができる。板状部材１６は、例えば円盤状の板であることができ、ボルト止め等の公知の方法によってヘッド本体１１に取り付けることができる。板状部材１６には、空間部の中央領域に気体を導入するための気体導入路１８Ａの一部をなす貫通孔および空間部の外周領域に気体を導入するための気体導入路１８Ｂの一部をなす貫通孔が設けられている。図１には、空間部の中央領域に気体を導入するための気体導入路と外周領域へ気体を導入するための気体導入路がそれぞれ１つ設けられた態様を示したが、任意の位置に２つ以上設けることも可能であり、各気体導入路の数および位置は図面に示す態様に限定されるものではない。

【0024】

メンブレン１４は、仕切り１９を有する。第一のリング状部材１２の開口部が板状部材１６とメンブレン１４によって閉塞されて形成される空間部は、この仕切り１９によって、中央領域１７Ａと外周領域１７Ｂとに区切られる。一例として、例えばリング状部材（仕切り１９）を板状部材１６に設けた円環状の溝に差し込むことによって、仕切り１９を板状部材１６に取り付けることができる。板状部材１６の一例としては、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、凹部を有する第一の板状部材１６Ａとその凹部に配置された第二の板状部材１６Ｂから構成され、円環状の溝Ｇを有するものを挙げることができる。第二の板状部材１６Ｂは、ボルト止め等の公知の方法によって第一の板状部材１６Ａに取り付けることができる。円環状の溝Ｇには、例えば後述するＬ字型等の断面形状を有する仕切りを差し込むための窪みｇを、仕切りの形状に応じて任意の位置に設けることもできる。

【0025】

図５Ａ～図５Ｆに、仕切り１９の断面形状例を示す。図中、点線部は板状部材１６との接続部を示し、矢印は第一のリング状部材１２の中心方向を示す。仕切り１９は、一態様では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、Ｌ字型の断面形状を有することができる。他の一態様では、仕切り１９は、図５Ｃに示すように、Ｉ字型の断面形状を有することができる。また他の一態様では、仕切り１９は、図５Ｄおよび図５Ｅに示すように、Ｖ字型部を含む断面形状を有することができる。他の一態様では、仕切り１９は、図５Ｆに示すように、Ｔ字型の断面形状を有することができる。仕切り１９は、例えば樹脂、金属等を所望の形状に成形して作製することができる。仕切り１９は、空間部に気体が導入されて圧力が加えられる際にその形状を維持できる強度を示すことができる厚さを有することが好ましく、その厚さは、例えば０．５～１．５ｍｍ程度とすることができる。

【0026】

仕切り１９とメンブレン１４とを別個の部材として作製し、両部材を接着剤等で固定する方法も取り得るが、仕切り１９は、メンブレン１４と一体成型されていることが好ましい。これは、以下の理由による。仕切り１９とメンブレン１４との間に隙間が生じると、仕切り１９により仕切られた中央領域１７Ａと外周領域１７Ｂとの間で通気が生じ得る。これに対し、仕切り１９とメンブレン１４とが一体成型された１つの部材であれば、そのような通気が生じることなく、仕切り１９によって中央領域１７Ａと外周領域１７Ｂとを仕切ることができる。また、別個の部材として作製された仕切り１９とメンブレン１４とを周方向で均一に貼り付けることは容易ではなく、貼り付け状態が不均一な場合にはワークに加わる圧力の均一性が低下する可能性がある。または、接着剤によりメンブレンに隆起が生じた場合には、隆起部分と他の部分とでは、研磨面圧が異なる可能性がある。以上の観点から、仕切り１９がメンブレン１４と一体成型されていることは好ましい。仕切り１９としては、図５Ａおよび図５Ｂに示すようにＬ字型の断面形状を有するものや、図５Ｃに示すようにＩ字型の断面形状を有するもののように比較的単純な形状のものは、仕切り１９がメンブレン１４と一体成型されているか否かにかかわらず成型が容易である。

【0027】

図６は、空間部からメンブレンに加えられる圧力に関する説明図である。上記研磨ヘッドでは、第一のリング状部材の開口部が閉塞されて形成される空間部が、中央領域１７Ａと外周領域１７Ｂとに仕切られている。中央領域１７Ａに気体が導入されてメンブレン１４の中央部が膨らむことでメンブレン１４の中央部に加わる圧力を中央部制御圧力Ｐｃ、外周領域１７Ｂに気体が導入されてメンブレン１４の外周部が膨らむことでメンブレン１４の外周部に加わる圧力を外周部制御圧力Ｐｅと呼ぶと、ＰｃおよびＰｅの大きさは、空間部の各領域への気体導入量によって、それぞれ独立に制御することができる。ＰｃおよびＰｅは、研磨対象のワークの硬さや研磨パッドの材質、使用する研磨剤の種類等に応じて決定すればよい。

【0028】

メンブレン１４の下面には、バックパッド１５が貼り合わされる。バックパッド１５は、接着剤の使用等の公知の方法によってメンブレン１４の下面と貼り合わせることができる。メンブレン１４の下面の外周部と第二のリング状部材１３の円環状上面とが直接接することも可能であるが、バックパッド１５の剥離やうねりの発生を抑制する観点からは、バックパッド１５がメンブレン１４の下面の外周部と第二のリング状部材の円環状上面とに挟まれて、バックパッド１５がメンブレン１４の下面の外周部と第二のリング状部材と１３の円環状上面との間に介在していることが好ましい。バックパッド１５としては、例えば発泡ポリウレタン等の、水を含むと水の表面張力により吸着性を示す材料製の円盤状の板を用いることができる。これにより、水を含んだバックパッド１５にワークＷを保持させることができる。

【0029】

第二のリング状部材１３は、その開口部にワークＷを保持するための部材であり、リテーナー、リテーナリング等とも呼ばれる。第二のリング状部材１３は、例えばガラスエポキシ製のリング状部材であることができる。第二のリング状部材１３は、接着剤の使用等の公知の方法によってバックパッド１５と貼り合わせることができる。上記研磨ヘッドでは、第一のリング状部材１２の開口部が閉塞されて形成される空間部の外周領域の外周端の鉛直下方に、第二のリング状部材の内周端部領域（詳しくは、第二のリング状部材の円環状上面の内周側領域）が位置する。これにより、空間部の外周端の鉛直下方にワークＷの研磨対象表面ｗ１の外周部を位置させることなく、ワークＷの研磨対象表面ｗ１を研磨することができる。例えば、第一のリング状部材の内径より小さな内径を有する第二のリング状部材を、第一のリング状部材と同心円状に配置することにより、第二のリング状部材の内周端部領域を、第一のリング状部材の開口部が閉塞されて形成される空間部の外周端の鉛直下方に配置することができる。ワークの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力の制御をより容易に行う観点からは、第二のリング状部材の円環状上面において、内周端から外周側に向かう幅（図１中の「ｄ」）８～２５ｍｍ程度の領域が、空間部の外周領域１７Ｂの下方に位置することが好ましい。第二のリング状部材１３の厚さは、研磨対象のワークＷの厚さに応じて決定すればよい。また、第二のリング状部材１３の開口部の直径も、研磨対象のワークＷの直径に応じて決定すればよい。第二のリング状部材１３は、研磨ヘッドのリテーナリングに通常使用される材料製のリング状部材であることができる。

【0030】

ところで、第二のリング状部材１３は、通常、研磨時に研磨パッド４１と摺接する。第二のリング状部材には、研磨時にヘッド本体１１に圧力制御機構（図示せず）により任意に加えられる圧力や第二のリング状部材の自重によって圧力が加わるため、研磨パッド４１との摺接によって研磨されて摩耗し、厚さが減少する場合がある。第二のリング状部材１３の厚さが薄くなるほど、ワークＷの研磨対象表面ｗ１の外周部に加わる研磨面圧力は増加する傾向がある。そこで、第二のリング状部材１３の厚さが減少した場合には、空間部の外周領域１７Ｂへの気体導入量を減らして外周部制御圧力Ｐｅを小さくすることにより、第二のリング状部材１３の厚さ減少によってワークＷの研磨対象表面ｗ１の外周部が過研磨されることを抑制することができる。

【0031】

以上説明した本発明の一態様にかかる研磨ヘッドを備えた片面研磨装置によって研磨されるワークＷとしては、シリコンウェーハ等の各種半導体ウェーハを挙げることができる。

【0032】

［研磨装置および半導体ウェーハの製造方法］
本発明の一態様は、上記研磨ヘッドと、研磨パッドと、上記研磨パッドを支持する定盤と、を有する研磨装置に関する。
また、本発明の一態様は、上記研磨装置により、研磨対象のウェーハの表面を研磨して研磨面を形成することを含む半導体ウェーハの製造方法に関する。

【0033】

図７は、本発明の一態様にかかる研磨装置の一例を示す概略断面図である。研磨ヘッド１０および定盤４２を、それぞれ回転機構（図示せず）により回転させながら、ワークＷの研磨対象表面と定盤４２上に貼り合わされた研磨パッド４１とを摺接させる。研磨剤供給機構６０から排出される研磨剤６１が、ワークＷの研磨対象表面と研磨パッド４１との間に供給され、ワークＷの研磨対象表面が研磨される。研磨剤としては、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）に通常使用される研磨スラリーを用いることができる。上記研磨装置は、本発明の一態様にかかる研磨ヘッドを備える点以外は通常の片面研磨装置と同様の構成を有することができる。また、上記半導体ウェーハの製造方法については、本発明の研磨装置を用いて研磨対象のウェーハの表面を研磨して研磨面を形成することを含む点以外は、研磨面を有する半導体ウェーハの製造方法に関する公知技術を適用することができる。研磨対象のウェーハは、例えばシリコンウェーハ（好ましくは単結晶シリコンウェーハ）であることができる。例えば、シリコンウェーハは、以下の方法により作製できる。チョクラルスキー法により単結晶インゴットを引き上げ、作製されたインゴットをカットしてブロックを得る。得られたブロックをスライスしてウェーハとする。このウェーハに各種加工を施すことにより、シリコンウェーハを作製することができる。上記加工としては、面取り加工、平坦化加工（ラップ、研削、研磨）等を挙げることができる。上記研磨装置は、これらのウェーハ加工の最終工程である仕上げ研磨工程に好適に使用することができる。

【実施例】

【0034】

以下、本発明を実施例に基づき説明する。ただし本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。以下に記載の研磨面圧力は、ダッソー・システムズ社製ＡＢＡＱＵＳを使用し、圧力計算（有限要素法）により求めた算出値である。以下に記載の図中、「ａ．ｕ．」は、任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ）を示す。

【0035】

［比較例１］
図１７に示す構成を有する研磨ヘッドを備えた片面研磨装置において、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（ワーク）の研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を、図８に示す。比較例１で使用した研磨ヘッドは、空間部３７が単一空間であるため、気体導入路３８から空間部に気体が導入されてメンブレン３４が膨らむことによりワークＷの研磨対象表面ｗ１に加わる研磨面圧力は、面内各部でほぼ同じである。
図９中の例１と例２は、同様の片面研磨装置を使用して空間部への気体導入量を変えた点以外は同一条件で研磨を行った場合のウェーハの研磨対象表面の面内の研磨量分布を示すグラフである。例１の研磨面圧力は１０ｋＰａであり、例２の研磨面圧力は２０ｋＰａである。研磨量は、Ｐｒｅｓｔｏｎ式により算出した。後述の研磨量も同様である。図９に示されている結果は、比較例１で使用した片面研磨装置では、空間部の外周端の鉛直下方に位置する研磨対象表面の外周部での研磨量の制御が困難であることを示している。その結果、図９に示されているように、比較例１で使用した片面研磨装置では、空間部への気体導入量の調整によって研磨対象表面の外周部の研磨量を中央部の研磨量に近づけることは困難であった。

【0036】

［実施例１］
図１０は、図３に示す構成を有する研磨ヘッドを備えた片面研磨装置において、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（ワーク）の研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである。第一のリング状部材１２の開口部が閉塞されて形成された空間部の外周領域１７Ｂに気体導入路１８Ｂから導入する気体の量を変えることにより、外周部制御圧力Ｐｅを様々に変化させることができる。

【0037】

図１１～１４は、中央部制御圧力Ｐｃを１０ｋＰａとし、外周領域１７Ｂに気体導入路１８Ｂから導入する気体の量を変えることにより外周部制御圧力Ｐｅを９ｋＰａまたは１１ｋＰａとし、予め設定した基準条件と、基準条件とはバックパッドの厚さ、バックパッドの圧縮弾性率、研磨パッドの厚さまたは研磨パッドの圧縮弾性率が異なる場合について、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（ワーク）の研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである。図１１～１４に示すグラフから、実施例１で使用した研磨ヘッドによれば、バックパッドや研磨パッドの厚さや材質（圧縮弾性率）が異なる場合にも、ウェーハの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を制御可能であることが確認できる。

【0038】

［実施例２］
図１５は、第二のリング状部材（リテーナー）の厚さおよび外周部制御圧力Ｐｅを変更した圧力計算から求めた、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（ワーク）の研磨対象表面の最外周部（ウェーハ中心からの距離：１４９ｍｍ）に加わる研磨面圧力を示している。
第二のリング状部材（リテーナー）の厚さが変化しても、外周部制御圧力Ｐｅを変えることによりウェーハの研磨対象表面の外周部に加わる研磨面圧力を制御できることが、図１５に示す結果から確認できる。

【0039】

［実施例３］
図１６は、第二のリング状部材（リテーナー）が研磨パッドとの摺接により研磨されて摩耗し厚さが８２０ｍｍから７７０ｍｍに減少したときに、摩耗後も外周部制御圧力Ｐｅを１２ｋＰａのまま変更しない場合および１０ｋＰａに変更した場合の、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（ワーク）の研磨対象表面に加わる研磨面圧力の面内分布を示すグラフである。摩耗前はＰｅを１２ｋＰａとすることで研磨面圧力を面内で１０ｋＰａ程度に維持することができるが、摩耗後もＰｅを１２ｋＰａのまま変更しないと、研磨面圧力は研磨対象表面の外周部で１ｋＰａ以上（Ｐｒｅｓｔｏｎ式を用いた研磨量換算で１４ｎｍ以上）増加してしまう。これに対し、摩耗後にＰｅを１０ｋＰａに変更することで研磨面圧力を面内で１０ｋＰａ程度に維持することができることが、図１６に示す結果から確認できる。

【0040】

本発明の一態様は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの技術分野において有用である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【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】