JP5303491B2 - 研磨ヘッド及び研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの表面を研磨する際にワーク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に関し、特には、ラバー膜にワークを保持する研磨ヘッド及びそれを備えた研磨装置に関する。

シリコンウェーハ等のワークの表面を研磨する装置として、ワークを片面ずつ研磨する片面研磨装置と、両面を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９に示すように研磨布９４が貼り付けられた定盤９３と、研磨剤供給機構９６と、研磨ヘッド９２等から構成されている。このような研磨装置９１では、研磨ヘッド９２でワークＷを保持し、研磨剤供給機構９６から研磨布９４上に研磨剤９５を供給するとともに、定盤９３と研磨ヘッド９２をそれぞれ回転させてワークＷの表面を研磨布９４に摺接させることにより研磨を行う。

近年、電子デバイスの高集積化に伴い、基板であるシリコンウェーハには光リソグラフィによるより微細な加工が行われ、最小線幅は４５ｎｍ以下にまでなり、微細化が日々進んでいる。そのため、シリコンウェーハの高平坦化への要求はますます強くなっている。
シリコンウェーハ等のワークの平坦度が最終的に決定される片面研磨加工工程においては、より高平坦化させるためのワーク保持方法として、より平坦で、かつ高剛性な円盤状のプレートにワックス等の接着剤を介してワークを貼り付ける方法があるが、特にワーク全面に対して均一な研磨加工代を必要とする場合には、ワーク保持部を高剛性な円盤状のプレートの代わりにラバー膜とし、該ラバー膜の背面に空気等の加圧流体を流し込み、均一の圧力でラバー膜を膨らませて研磨布にワークを押圧する、いわゆるラバーチャック方式が使用されている。（例えば、特許文献１参照）

従来のラバーチャック方式の研磨ヘッドの構成の一例を模式的に図５に示す。この研磨ヘッド１０１の要部は、環状剛性リング１０３と、剛性リング１０３に接着されたラバー膜１０２と、剛性リング１０３に結合された中板１０４とからなる。剛性リング１０３と、ラバー膜１０２と、中板１０４とによって、密閉された空間１０６が画成される。また、ラバー膜１０２の下面部の周辺部には、剛性リング１０３と同心に、環状のテンプレート１０５が具備される。また、中板１０４の中央には圧力調整機構１０７により加圧流体を供給するなどして空間の圧力を調節する。また、中板１０４を研磨布１３２方向に押圧する図示しない押圧手段を有している。

このように構成された研磨ヘッド１０１を用いて、ラバー膜１０２の下面部でバッキングパッド１０８を介してワークＷを保持するとともに、テンプレート１０５でワークＷのエッジ部を保持し、中板１０４を押圧して定盤１３３の上面に貼り付けられた研磨布１３２にワークＷとテンプレート１０５を同時に摺接させて粗研磨加工が行われる。

また、シリコンウェーハ表面上に、少なくとも４５ｎｍ以上の径の微小パーティクルがあると電子デバイスの製造歩留まりの低下を招く可能性がある。パーティクル品質に関連が深い最終段階の片面研磨である仕上げ研磨加工工程においては、シリコンウェーハ等のワーク表面のパーティクルを低減させるため、ワーク以外は仕上げ研磨布に接触させないで、ダイヤフラムを介してワーク保持板を研磨ヘッド本体に連結して流体等で保持板に荷重を掛け、仕上げ研磨加工が行われている。（例えば、特許文献２参照）

このような従来の仕上げ研磨加工用の研磨ヘッドの構成の一例を模式的に図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）に示すように、この研磨ヘッド１２１の要部は、ヘッド本体１２３にゴム製のダイヤフラム１２９を介してセラミックス等の剛体である保持板１２４が連結されている。保持板１２４にはワークＷを真空吸着するための多数の貫通孔１３０が形成されている。ワークＷを吸着する側にはバッキングパッド１２８が貼着され、裏面側には裏板１２２が設けられている。さらに保持板を囲むようにリング１２５が設けられている。ワーク吸着制御用通路１２７を通じて保持板１２４と裏板１２２との間の空間の圧力を調整することでワークＷの吸着及び離脱を行うことができる。また、ワーク押圧用通路１２６を通じて裏板１２２とヘッド本体１２３との間の空間の圧力を調整することで定盤１３３上に貼り付けられた研磨布１３２に対するワークＷの押圧を調整することができる。

図６（Ｂ）は図６（Ａ）のリング１２５の付近を拡大した図である。図６（Ｂ）に示すように、リング１２５が研磨布１３２を押圧しないように研磨を行うことができる。例えば、ウエーハＷの厚みが０．７７５ｍｍの場合、ウェーハＷの表面（被研磨面）がリング１２５の下面よりも０．２０〜０．３５ｍｍ突き出るようにリング１２５と保持板１２４との位置を設定しておく。これにより、研磨中のウエーハＷの離脱が防止されるとともに、リング１２５が研磨布１３２を押圧せずに研磨を行うことができ、リング１２５からパーティクルが発生することを防止することができる。
しかし、セラミックス等の剛体である保持板１２４の凹凸がワークに転写し、平坦度を悪化させてしまうという問題があった。

一般的に、高平坦でかつ、パーティクルの少ないワークを得るためには、上記したようなワーク保持部をラバー膜とし、該ラバー膜の背面に空気等の加圧流体を流し込み、均一の圧力でラバー膜を膨らませて研磨布にワークとワークのエッジ部を保持しているテンプレートを同時に押圧する、いわゆるラバーチャック方式の研磨ヘッドを粗研磨加工工程に使用し、仕上げ研磨加工工程においては、ワーク以外は仕上げ研磨布に接触させないで、ダイヤフラムを介してワーク保持板を研磨ヘッド本体に連結して流体等で保持板に荷重を掛ける、仕上げ研磨用の研磨ヘッドが使用されている。

このように、従来では２種類の研磨ヘッドが必要なため、例えば、図７に示すように、上記したような粗研磨加工用の研磨ヘッド１０１を具備した研磨装置１４１と、仕上げ研磨加工用の研磨ヘッド１２１を具備した研磨装置１５１の両方を備えた、より大きな研磨機が必要であった。従って、ユーティリティコストの高いクリーンルーム内により大きな空間が必要となり、かつ、研磨機自体のコストもより高くなり、コスト高が問題となっていた。

また、研磨中にワーク以外を研磨布に接触させないでパーティクルを低減し、高均一研磨が可能とされるラバーチャック研磨ヘッドが開示されている（特許文献３参照）。

特開平５−６９３１０号公報 特開２００７−６７１７９号公報 特開２００９−１０７０９４号公報

この特許文献３の研磨ヘッドの概略図を図８に示す。図８に示すように、この研磨ヘッド１１１では、ラバー膜１１２でワークＷを押圧し、ラバー膜１１２周りに設置され、かつ、本体１１３に固定されたガイドリング１１５でワークＷの側面を保持し、ラバー膜１１２を固定している中板１１４ａ、１１４ｂを弾性膜１１９を介してガイドリング１１５に連結している。
しかし、この研磨ヘッドを用いて研磨しても、４５ｎｍ以上の径の微小のパーティクルを低減することができなかった。

そこで発明者等は、このパーティクルを低減できない原因について調査、検討を行った。その結果、研磨中はストッパー１１８に中板１１４ａを真空吸着で押し付けているため、仕上げ研磨中に研磨布から受けるラジアル方向（研磨ヘッドの回転軸周りの回転方向）の摩擦力を弾性膜１１９で吸収できず、研磨中に仕上げ研磨布をワークＷが傷めてしまい、過度な磨耗が発生し、仕上げ研磨布からパーティクルが発生し、微小なパーティクルがワークに付着してしまうことが分った。

更に、この研磨ヘッドでは、ラバー膜１１２の側壁部が研磨中に本体１１３に固定されたガイドリング１１５の内壁に接触しているため、例え上記したようなストッパー１１８による中板１１４ａの真空吸着を行わなかったとしても、ラバー膜１１２とワークＷが研磨布から受けるラジアル方向の摩擦力を弾性膜１１９で吸収できず、上記同様に微小なパーティクルがワークに付着してしまうということが分った。

このように従来では、１つの研磨ヘッドのみを用いて、一定の高平坦度、高研磨代均一性を保ちつつ、特に４５ｎｍ以上の径の微小パーティクルの少ないワークを得ることはできなかった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ワークの研磨において、安定して一定の高平坦度、高研磨代均一性が得られ、かつ、特に４５ｎｍ以上の微小なパーティクルの少ないワークを得ることができ、粗研磨加工工程にも仕上げ研磨加工工程にも使用できる研磨ヘッド及び研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、研磨ヘッド本体の下部に、円盤状の中板と、該中板に保持され少なくとも前記中板の下面部と側面部とを覆うラバー膜と、該ラバー膜の周囲に設けられ、ワークの側面を保持する円環状のガイドリングと、前記中板と前記ラバー膜で囲まれた第１の密閉空間部と、該第１の密閉空間部内に流体を供給して圧力を調整する第１の圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部に前記ワークの裏面を保持し、前記第１の圧力調整機構によって前記ワークを押圧し、前記ワーク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研磨ヘッドにおいて、前記ガイドリングの下面が研磨中に前記研磨布に接触しないようにして、前記ガイドリングと前記中板とを保持し、前記研磨ヘッド本体と弾性膜を介して連結されるベース部材を有し、該ベース部材は、その上面の一部が前記研磨ヘッド本体と接触することでアキシャル方向の変位が制限され、かつ前記弾性膜により研磨中にラジアル方向に変位可能なものであることを特徴とする研磨ヘッドが提供される。

このように、前記ガイドリングの下面が研磨中に前記研磨布に接触しないようにして、前記ガイドリングと前記中板とを保持し、前記研磨ヘッド本体と弾性膜を介して連結されるベース部材を有し、該ベース部材は、その上面の一部が前記研磨ヘッド本体と接触することでアキシャル方向の変位が制限され、かつ前記弾性膜により研磨中にラジアル方向に変位可能なものであれば、ワーク全体に均一な押圧力を安定に保って掛けることができ、安定して一定の高平坦度、高研磨代均一性を維持できるものとなる。また、ガイドリングからのパーティクルの発生を防止できるし、研磨布から受けるラジアル方向の摩擦力をベース部材のラジアル方向への変位によって吸収でき、ワークが研磨布を傷めることなく過度な摩耗による研磨布からのパーティクルの発生を抑制できるものとなる。その結果、特に４５ｎｍ以上の微小なパーティクルの少ないワークを得ることができるものとなる。また、粗研磨工程にも仕上げ研磨工程にも使用することができ、コストを削減できる。

このとき、前記研磨ヘッド本体と前記ベース部材の上面の一部での接触部は、前記研磨ヘッド本体及び／又は前記ベース部材に設けられた凹部内に配置される真円球を介して接触するものであることが好ましい。
このように、前記研磨ヘッド本体と前記ベース部材の上面の一部での接触部は、前記研磨ヘッド本体及び／又は前記ベース部材に設けられた凹部内に配置される真円球を介して接触するものであれば、アキシャル方向の変位を制限しつつ、ベース部材がラジアル方向へより容易に変位でき、パーティクルの発生をより確実に抑制できるものとなる。
このように、本発明におけるベース部材の上面の一部が研磨ヘッド本体と接触することは、両者が直接接触する場合に限定されず、真円球を介しての間接的な接触も含まれる。すなわち、ベース部材の上面が研磨ヘッド本体と干渉してアキシャル方向の変位が制限されればよい。

またこのとき、更に、前記ベース部材、前記研磨ヘッド本体及び前記弾性膜によって囲まれた第２の密閉空間部と、該第２の密閉空間内の圧力を調整する第２の圧力調整機構とを有するものであることが好ましい。
このように、更に、前記ベース部材、前記研磨ヘッド本体及び前記弾性膜によって囲まれた第２の密閉空間部と、該第２の密閉空間内の圧力を調整する第２の圧力調整機構とを有するものであれば、第２の密閉空間内の圧力を減圧して、より確実にガイドリングの下面が研磨中に研磨布に接触しないようにすることができ、又ベース部材のアキシャル方向への変位を確実に防止できるものとなる。

またこのとき、前記研磨ヘッド本体と前記ベース部材の上面の一部での接触部にスラストベアリング、又はドライベアリングを用いたものとすることができる。
このように、前記研磨ヘッド本体と前記ベース部材の上面の一部での接触部にスラストベアリングを用いれば、市販のものを用いてより簡単に構成でき、ベース部材のアキシャル方向の変位をより確実に防止しつつ、ベース部材のラジアル方向への変位をより容易にできるものとなる。また、ドライベアリングを用いれば、潤滑剤の供給等のメンテナンスを行う必要がないものとなる。

またこのとき、前記中板で保持されるラバー膜の外周部が二股に形成されることによって、前記第１の密閉空間部が２つの密閉空間に分割され、該分割された２つの密閉空間内の圧力をそれぞれ独立して調整できるものであることが好ましい。
このように、前記中板で保持されるラバー膜の外周部が二股に形成されることによって、前記第１の密閉空間部が２つの密閉空間に分割され、該分割された２つの密閉空間内の圧力をそれぞれ独立して調整できるものであれば、例えば中板の主に側面部と下面部を覆う２つの密閉空間に分割し、研磨中にそれぞれの密閉空間内の圧力をそれぞれ独立して調整することで、より確実にワーク全体に均一な押圧力を掛けることができ、ワーク全面に亘って特にワークの外周部において高い平坦度を維持して研磨できるものとなる。

また、本発明によれば、ワーク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、該研磨布に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、前記本発明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が提供される。

このような本発明の研磨ヘッドを具備した研磨装置を用いてワークの研磨を行えば、ワーク全体に均一な押圧力を安定して掛けてワークを研磨することができ、ワーク全面に亘って特にワークの外周部において高い平坦度を維持しつつ、パーティクルの発生を抑制して研磨できる。

本発明では、研磨ヘッドにおいて、ガイドリングの下面が研磨中に研磨布に接触しないようにして、ガイドリングと中板とを保持し、研磨ヘッド本体と弾性膜を介して連結されるベース部材を有し、該ベース部材は、その上面の一部が研磨ヘッド本体と接触することでアキシャル方向の変位が制限され、かつ弾性膜により研磨中にラジアル方向に変位可能なものであるので、ワークの研磨において、安定して一定の高平坦度、高研磨代均一性が得られ、かつ、特に４５ｎｍ以上の微小パーティクルの少ないワークを得ることができる。また、粗研磨加工工程にも仕上げ研磨加工工程にも使用でき、コストを削減できる。

本発明の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 本発明の研磨ヘッドのベース部材の一例を示す上面概略図である。 本発明の研磨ヘッドの別の一例を示す概略図である。 本発明の研磨装置の一例を示す概略図である。 従来の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 従来の研磨ヘッドの別の一例を示す概略図である。（Ａ）従来の研磨ヘッドの概略図。（Ｂ）（Ａ）の一部を拡大した図。 従来の研磨装置の一例を示す概略図である。 従来の研磨ヘッドの別の一例を示す概略図である。 従来の研磨装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来、シリコンウェーハ等のワークの表面の研磨において、まず両面研磨装置により１次研磨が行われ、その後、片面研磨装置により２次研磨が行われている。この２次研磨においては、１次研磨で確保した高平坦度を維持しつつ行う粗研磨加工と、主にパーティクルの低減が行われる仕上げ加工が行われる。そして、これら粗研磨加工工程と仕上げ研磨加工工程において、異なる研磨ヘッドが用いられており、より大きな研磨機が必要であったため、ユーティリティコストの高いクリーンルーム内により大きな空間が必要となり、かつ、研磨機自体のコストもより高くなり、コスト高が問題となっていた。

このような、２次研磨における粗研磨加工工程と仕上げ加工工程を同一の研磨ヘッドを用いて行う試みがなされていたが、一定の平坦度、研磨代均一性は維持できるものの、特に４５ｎｍ以上の微小なパーティクルの少ないワークを得ることができなかった。

そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。そして、従来の研磨ヘッドにおいて、このパーティクルの発生原因を調査したところ、上記したように、研磨中に研磨布から受けるラジアル方向の摩擦力によって、研磨布をワークが傷めてしまい、過度な磨耗が発生するため、研磨布からパーティクルが発生し、そのパーティクルがワークに付着してしまうことが主な原因であることが分った。ここで、ラジアル方向とは、研磨ヘッドが回転軸周りに回転する方向（ワークの回転方向）を意味する。

そして、更なる検討の結果、ラバー膜を保持した中板とガイドリングとをベース部材により保持し、そのベース部材を研磨ヘッド本体と弾性膜を介して連結してラジアル方向に変位可能なものとすれば、研磨布から受けるラジアル方向の摩擦力を吸収でき、またベース部材の上面の一部を研磨ヘッド本体と接触させてアキシャル方向の変位を制限することで、研磨中のワーク全体への均一な押圧力を安定して保てることに想到し、本発明を完成させた。

図１は本発明の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の研磨ヘッド１は、研磨ヘッド本体３の下部に、ラバー膜２、ラバー膜２を保持する中板４、ラバー膜２及び中板４を保持するベース部材８、ガイドリング５等を有している。
ラバー膜２は中板４の少なくとも下面部と側面部とを覆い、ラバー膜２の外周部が中板４によって保持されている。このラバー膜２の保持方法は特に限定されないが、例えば、ラバー膜２の外周部の末端をＯリング状に形成し、中板４とベース部材８との間にそのＯリング部を挟持するようにして保持することができる。或いは、中板４を２枚の部材で上下に配置するように構成し、その間にラバー膜２の末端Ｏリング部を挟持するようにしても良い。

このラバー膜２の周囲に円環状のガイドリング５が配置されている。そして、ワークＷの側面をガイドリング５で保持して研磨中のワークＷの離脱を防止しつつ、ワークＷの裏面をラバー膜２の下面部に保持するようになっている。
また、ラバー膜２と中板４で囲まれた第１の密閉空間部６が形成される。図１に示すように、中板４には垂直方向に複数の貫通孔が形成されており、第１の圧力調整機構７から第１の密閉空間部６内に流体を供給して圧力を調整できるようになっている。この流体の供給によってラバー膜２が膨らみ、ラバー膜２の下面部に保持されたワークＷの背面に押圧力が掛かる構造となっている。このような構造により、ワーク全体に均一な押圧力を掛けることができる。

ここで、ワークＷを保持する際、ワークＷの背面保護の目的でバッキングパッドをラバー膜２の下面部に貼ることが好ましい。
また、中板４とガイドリング５はベース部材８によって保持される。この際、ガイドリング５は、研磨中にガイドリング５の下面が研磨布３２に接触しないようにして保持される。このようにしてガイドリング５を保持すれば、研磨中にガイドリング５が研磨布３２を押圧してガイドリング５からパーティクルが発生するのを防ぐことができる。ここで、ガイドリング５の下面の位置は特に限定されないが、例えば、ワークＷの厚みが０．７７５ｍｍの場合、ワークＷの被研磨面がガイドリング５の下面よりも０．２〜０．３５ｍｍ突き出るような位置とすることができる。

また、ベース部材８は、その上面の一部の接触部１４が研磨ヘッド本体３と接触するように配置され、ベース部材８のアキシャル方向（研磨ヘッドの回転軸方向）の変位が制限される。これにより、研磨中のワークＷ全体への均一な押圧力を安定に保って掛けることができ、安定して一定の高平坦度、高研磨代均一性を維持してワークＷを研磨できるものとなる。

また、ベース部材８は研磨ヘッド本体３と弾性膜９を介して連結される。このように、中板４とガイドリング５を保持したベース部材８を研磨ヘッド本体３と弾性膜９を介して連結するように構成すれば、弾性膜９によってベース部材８がラジアル方向に変位することが可能となり、研磨布３２から受けるラジアル方向の摩擦力をベース部材８のラジアル方向への変位によって吸収でき、ワークが研磨布３２を傷めることなく過度な摩耗による研磨布３２からのパーティクルの発生を抑制できるものとなる。その結果、特に４５ｎｍ以上の微小なパーティクルの少ないワークＷを得ることができるものとなる。

このように、本発明の研磨ヘッドは、安定して一定の高平坦度、高研磨代均一性を維持しつつ、特に４５ｎｍ以上の微小なパーティクルを低減してワークＷを研磨することができるので、粗研磨加工工程にも仕上げ研磨加工工程にも使用することができ、コストを削減できる。

また、ベース部材８、研磨ヘッド本体３及び弾性膜９によって囲まれた第２の密閉空間部１２が形成され、この第２の密閉空間１２内の圧力を調整する第２の圧力調整機構１３を具備することができる。そして、第２の圧力調整機構１３によって第２の密閉空間１２内の圧力を減圧することにより、より確実にガイドリング５の下面が研磨中に研磨布３２に接触しないようにすることができ、かつ、ベース部材８のアキシャル方向への変位を確実に防止できるものとなる。

また、図１に示すように、研磨ヘッド本体３とベース部材８の上面の一部での接触部１４は、研磨ヘッド本体３又はベース部材８のいずれかに凹部１０を設け、その凹部１０内に真円球１１を配置し、その真円球１１を介して接触するように構成することができる。或いは、凹部を研磨ヘッド本体３とベース部材８の両方に設けるようにしても良い。このように構成すれば、ベース部材８がラジアル方向へより容易に変位できるものとなるので好ましい。

ここで、真円球１１を配置する数は特に限定されないが、真円球１１等の摩耗を考慮すると３つ以上設けることが好ましい。
図２は、凹部１０をリング状に形成し、その中に真円球１１を配置したベース部材８の一例を示した概略図である。図２に示すように、リング状の凹部１０内を埋めるように多数の真円球１１が配置されている。このような構成とすれば、各真円球１１の摩耗を抑制でき、寿命を延ばすことができるし、ベース部材８のラジアル方向への変位がより容易になる。

或いは、研磨ヘッド本体３とベース部材８の上面の一部での接触部１４にスラストベアリング、又はドライベアリングを用いたものとすることができる。
このように、研磨ヘッド本体３とベース部材８の上面の一部での接触部１４にスラストベアリングを用いれば、市販のものを用いて簡単に構成でき、ベース部材８のアキシャル方向の変位をより確実に防止しつつ、ベース部材８のラジアル方向への変位をより容易にできるものとなる。また、ドライベアリングを用いれば、潤滑剤の供給等のメンテナンスを行う必要がないものとなる。

また、図１に示すように、ベース部材８の上面の接触部１４にリング状の溝１６を設け、その溝１６に、研磨ヘッド本体３の下面に設けられたガイド１５を係合するように配置することで、ベース部材８のラジアル方向への変位以外を抑制できるものとなり、ワークＷへの押圧力を更に安定して保つことができるものとなる。或いは、溝１６を研磨ヘッド本体３の下面に設け、これに係合するガイド１５をベース部材８の上面に設けるようにしても良い。
このようなガイド１５と溝１６は、上記した凹部１０と真円球１１と共に設けても良いし、いずれか一方のみ、例えばガイド１５と溝１６のみを設けるようにしても良い。

図３（Ａ）に本発明の研磨ヘッドの別の一例を示す。図３（Ｂ）は図３（Ａ）のラバー膜２の外周部付近を拡大した図である。
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、この研磨ヘッド２１では、中板４で保持されるラバー膜２の外周部が二股に形成されている。そして、第１の密閉空間部６が、主に中板４の側面と接する密閉空間部６ａと主に中板４の下面と接する密閉空間部６ｂとに分割されている。
これら分割された２つの密閉空間６ａ、６ｂ内の圧力は、第１の圧力調整機構７ａ、７ｂによって、それぞれ独立して調整できるようになっている。

そして、例えば粗研磨加工の際には、加工前のワークＷの形状を加工後により平坦にするため、中板４の側面と接する密閉空間部６ａ内の押圧力と中板４の下面と接する密閉空間部６ｂ内の押圧力を調整することで、加工後のワークＷの外周部における平坦度をより高めることができる。また、仕上げ研磨加工の際には、前記密閉空間部６ａと６ｂを同じ押圧力に設定することで、ワークＷの面内を均一な仕上げ研磨代で加工することができる。これにより、表面粗さを面内で一定にすることができる。

図４に、上記したような本発明の研磨ヘッドを具備した本発明の研磨装置の一例の概略図を示す。
図４に示すように、研磨装置３１は、定盤３３と、定盤３３上に貼り付けられた研磨布３２と、研磨布３２に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構３４と、図１に示すような本発明の研磨ヘッド１等を有している。

このような本発明の研磨ヘッドを具備した研磨装置を用いてワークの研磨を行えば、ワーク全体に均一な押圧力を安定して掛けてワークを研磨することができ、ワーク全面に亘って特にワークの外周部において高い平坦度を維持しつつ、特に４５ｎｍ以上の微小なパーティクルの発生を抑制して研磨できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
まず、チョクラルスキー法で引き上げたＰ型＜１００＞抵抗率８〜１２Ωｃｍの直径３００ｍｍ単結晶シリコンインゴットをスライスして薄円板状のウェーハを得た。ウェーハの割れ、欠けを防止するため、外縁部に面取り加工を施した後、ウェーハを平面化するためラッピング加工を行った。次いで、ラッピング後のウェーハの表面に残留する加工歪を除去するため、エッチング加工を行った。さらに、ウェーハの表裏両面に対し両面研磨加工を行い、面取り部にも研磨加工を行った。なお、ウェーハの厚みは０．７７５ｍｍに調整した。

図１に示すような本発明の研磨ヘッドを具備した図４に示すような本発明の研磨装置を用いてシリコンウェーハの研磨を行った。用いた研磨ヘッドは以下のような構成とした。すなわち、末端部が直径２８９ｍｍでＯリング状形状（直径２ｍｍ）を有した、厚さ１ｍｍ、下面部の外径３０１ｍｍ、高さ６．５ｍｍのブーツ形状のシリコーン７０°製のラバー膜をベース部材と中板で挟持するようにした。ラバー膜の下面部には円形のバッキングパッドを両面テープで貼り付けた。

また、ラバー膜の周囲に内径３０２ｍｍのガイドリングを配置し、ベース部材に取り付けた。ベース部材の固定リング形状の部分にリング状の弾性膜の内側を取り付け、ベース部材の上面のリング状の凹部に真円球を挿入した。また、弾性膜の外側を研磨ヘッド本体の固定リング形状の部分に取り付けた。
また、研磨ヘッド本体、弾性膜、ベース部材で囲まれた第２の密閉空間部内を真空にして、ベース部材と研磨ヘッド本体とを真円球を介して接触させた際に、ガイドリングの下面と研磨布の表面との距離が０．２５ｍｍ〜０．３０ｍｍになるようにした。また、ラバー膜高さは研磨代が均一になる高さになるように予めガイドリングの厚みを調整した。

そして、以下に示すように粗研磨加工及び仕上げ研磨加工を行った。
以下に粗研磨条件を示す。
＜粗研磨＞
研磨布には、ポリエステル不織布ウレタン樹脂含浸品（アスカーＣ、硬度６０°）を使用し、研磨スラリーには、コロイダルシリカを含有するｐＨ１０．５のアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ３０ｒｐｍで回転させ、ウェーハの研磨圧力は１５ｋＰａに設定して粗研磨を行った。研磨時間は３分間で２段実施した。

以下に仕上げ研磨条件を示す。
＜仕上げ研磨＞
スウェードタイプの研磨布（アスカーＣ、硬度５７°）を使用し、仕上げ研磨剤は、コロイダルシリカを含有するｐＨ１０のアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ２０ｒｐｍで回転させ、ウェーハの研磨圧力は１０ｋＰａに設定し、３分間仕上げ研磨を行った。

また、仕上げ研磨後の洗浄として、化学的洗浄を行った。この化学的洗浄では、薬液槽として、アンモニア水（２８％）：過酸化水素水（３０％）：純水の容積配合比が１：１：１０である洗浄液を２槽と、塩酸（１０％）：過酸化水素水（３０％）：純水の容積配合比が１：１：１００である洗浄液を１槽用いて、７５℃にして、タクトタイム３分で洗浄した。その後、水洗、乾燥を行った。
そして、洗浄後に、パーティクルを測定するため、パーティクルカウンター（ＫＬＡテンコール社製「ＳｕｒｆｓｃａｎＳＰ−２」）を使用し、高分解能条件で測定を実施することにより、４５ｎｍ以上の径の微小パーティクル数を測定した。

その後、研磨代均一性を評価した。なお、研磨代均一性は、市販のシリコンウェーハ専用の平坦度測定機を用いて、研磨前後のワークの厚みを最外周部２ｍｍ幅分を除外した領域を１０００点以上測定した。前記ウェーハの領域内の各測定点で研磨代を計算し、該ウェーハの研磨代均一性を以下の式で求めた。
研磨代均一性（％）＝（最大研磨代−最小研磨代）／（全点の平均研磨代）

その結果、表１に示すように、研磨加工後のウェーハのパーティクルは、４５ｎｍ以上のパーティクル数が５個であった。また、研磨代均一性は７．１％であった。
このように、実施例１では研磨代均一性を高く維持しつつ、後述する比較例の結果と比べ、パーティクル数が大幅に低減されていることが分った。
このように、本発明の研磨ヘッド及びその研磨ヘッドを具備した研磨装置は粗研磨加工工程にも仕上げ研磨加工工程にも使用でき、一定の高平坦度、高研磨代均一性が得られ、かつ、４５ｎｍ以上の微小パーティクルの少ないワークを得ることができることが確認できた。

（実施例２）
図３に示すような、第１の密閉空間部が２つに分割された本発明の研磨ヘッドを使用し、図４に示すような本発明の研磨装置を用いて、実施例１と同様にシリコンウェーハの粗研磨と仕上げ研磨を連続して行い、洗浄後実施例１と同様に評価した。
研磨条件等は以下の通りである。
＜粗研磨＞
研磨布には、ポリエステル不織布ウレタン樹脂含浸品（アスカーＣ、硬度６０°）を使用し、研磨スラリーには、コロイダルシリカを含有するｐＨ１０．５のアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ３０ｒｐｍで回転させ、ウェーハの研磨圧力はウェーハ面に１５ｋＰａ、側壁面に１７ｋＰａに設定して粗研磨を行った。研磨時間は３分間で２段実施した。
＜仕上げ研磨＞
スウェードタイプの研磨布（アスカーＣ、硬度５７°）を使用し、仕上げ研磨剤は、コロイダルシリカを含有するｐＨ１０のアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ２０ｒｐｍで回転させ、ウェーハの研磨圧力はウェーハ面に１０ｋＰａ、側壁面に１０ｋＰａに設定し、３分間仕上げ研磨を行った。

その結果、表１に示すように、研磨加工後のウェーハのパーティクルは、４５ｎｍ以上のパーティクル数が２個であった。また、研磨代均一性は６．３％であった。
このように、実施例２では実施例１と比べ研磨代均一性が改善されている。これは、粗研磨加工の際に、中板の側面と接する密閉空間部内を加圧してワークＷの外周部の押圧力を調整することで、ワークＷ全体への押圧力をより効果的に均一にできたためと考えられる。

（比較例）
図８に示すような従来の研磨ヘッドを具備した従来の研磨装置を用いた以外、実施例１と同様な条件でシリコンウェーハの粗研磨、仕上げ研磨加工、洗浄を行い、実施例１と同様に評価した。
用いた研磨ヘッド１１１は以下のような構成とした。すなわち、厚さ３ｍｍ、外径２９３ｍｍの中板１１４ａ、１１４ｂをボルトで連結して、末端部が直径２８９ｍｍでＯリング状形状（直径２ｍｍ）を有した、厚さ１ｍｍ、下面部の外径３０１ｍｍ、高さ６．５ｍｍのブーツ形状のシリコーン７０°製のラバー膜１１２を挟持した。

また、ラバー膜１１２の下面部には、円形のバッキングパッドを両面テープで貼り付けた。中板にリング状の弾性膜１１９の内側を取り付け、外側を研磨ヘッド本体側のガイドリング１１５に取り付けた。また、ラバー膜の周囲に内径３０２ｍｍのガイドリング１１５を配置し研磨ヘッド本体１１３に取り付けた。
また、ガイドリング１１５の下面と研磨布の表面の距離が０．２５ｍｍ〜０．３０ｍｍになるように研磨ヘッド本体の高さを調整し、ラバー膜高さは研磨代が均一になるような高さにストッパー１１８の位置を調整した。

その結果、表１に示すように、研磨加工後のウェーハのパーティクルは、４５ｎｍ以上のパーティクル数が１０７個であった。また、研磨代均一性は６．９％であった。
このように、比較例では研磨代均一性は実施例１と同程度であるものの、パーティクル数が１０７個と大幅に悪化してしまった。

なお、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。

１、２１…研磨ヘッド、 ２…ラバー膜、 ３…研磨ヘッド本体、 ４…中板、
５…ガイドリング、 ６、６ａ、６ｂ…第１の密閉空間部、
７、７ａ、７ｂ…第１の圧力調整機構、 ８…ベース部材、 ９…弾性膜、
１０…凹部、 １１…真円球、 １２…第２の密閉空間部、
１３…第２の圧力調整機構、 １４…接触部、 １５…ガイド、 １６…溝、
３１…研磨装置、 ３２…研磨布、 ３３…定盤、 ３４…研磨剤供給機構、
Ｗ…ワーク。

Claims (6)

1. 少なくとも、研磨ヘッド本体の下部に、円盤状の中板と、該中板に保持され少なくとも前記中板の下面部と側面部とを覆うラバー膜と、該ラバー膜の周囲に設けられ、ワークの側面を保持する円環状のガイドリングと、前記中板と前記ラバー膜で囲まれた第１の密閉空間部と、該第１の密閉空間部内に流体を供給して圧力を調整する第１の圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部に前記ワークの裏面を保持し、前記第１の圧力調整機構によって前記ワークを押圧し、前記ワーク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研磨ヘッドにおいて、
   前記ガイドリングの下面が研磨中に前記研磨布に接触しないようにして、前記ガイドリングと前記中板とを保持し、前記研磨ヘッド本体と弾性膜を介して連結されるベース部材を有し、該ベース部材は、その上面の一部が前記研磨ヘッド本体と接触することでアキシャル方向の変位が制限され、かつ前記弾性膜により研磨中にラジアル方向に変位可能なものであることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 前記研磨ヘッド本体と前記ベース部材の上面の一部での接触部は、前記研磨ヘッド本体及び／又は前記ベース部材に設けられた凹部内に配置される真円球を介して接触す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. 更に、前記ベース部材、前記研磨ヘッド本体及び前記弾性膜によって囲まれた第２の密閉空間部と、該第２の密閉空間内の圧力を調整する第２の圧力調整機構とを有するものであ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. 前記研磨ヘッド本体と前記ベース部材の上面の一部での接触部にスラストベアリング、又はドライベアリングを用いたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
5. 前記中板で保持されるラバー膜の外周部が二股に形成されることによって、前記第１の密閉空間部が２つの密閉空間に分割され、該分割された２つの密閉空間内の圧力をそれぞれ独立して調整できるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
6. ワーク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、該研磨布に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、請求項１乃至請求項５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。
   

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