JP7845170B2 - 研磨ヘッド、研磨装置及び半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨ヘッド、研磨装置及び半導体ウェーハの製造方法に関する。

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。

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（特許文献１参照）。

特許第４８３３３５５号明細書

ラバーチャック方式の研磨ヘッドでは、メンブレン（特許文献１ではラバー膜と呼ばれている。）の背面の空間に空気等の気体を導入することによりメンブレンを膨らませることによって、ワークを押圧することができる。

特許文献１には、上記空間が２つの空間に仕切られた研磨ヘッドが開示されている（特許文献１の図１等参照）。以下において、メンブレンの背面の空間が２つの空間に仕切られた研磨ヘッドを、２ゾーンメンブレンヘッドと呼ぶ。本発明者が、２ゾーンメンブレンヘッドについて検討したところ、ワークの研磨対象表面において研磨量の面内バラつきが生じ易いことが判明した。

本発明の一態様は、ワークの研磨対象表面における研磨量の面内均一性を高めることが可能な２ゾーンメンブレンヘッドを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、以下の通りである。
［１］第１の環状部材と、
第１の環状部材の開口部の上面側開口を閉塞する閉塞部材と、
第１の環状部材の開口部の下面側開口を閉塞するメンブレンと、
上記メンブレンの下方に位置し、研磨対象のワークを保持する開口部を有する第２の環状部材と、
を有し、
第１の環状部材の開口部の中心に向かう方向を内側、他方の方向を外側として、
第１の環状部材の開口部が上記閉塞部材と上記メンブレンとによって閉塞されて形成された空間が、上部環状接続部が上記閉塞部材に接続され且つ下部環状接続部が上記メンブレンに接続された環状の仕切り壁によって内側空間と外側空間とに仕切られ、
上記環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径は、第２の環状部材の内径より大きく、且つ、
上記環状の仕切り壁の上部環状接続部の半径は、研磨対象のワークの設置位置の半径を１００％として３３％以上９０％以下である、研磨ヘッド。
［２］上記研磨対象のワークの研磨対象表面の形状は凹形状である、［１］に記載の研磨ヘッド。
［３］上記環状の仕切り壁は、傾斜形状及び水平形状からなる群から選ばれる側面形状を断面形状に含み、且つ
上記側面形状の少なくとも一部の鉛直下方に、第２の環状部材の内側周端及び研磨対象のワークの設置位置の外側周端を含む領域が位置する、［１］又は［２］に記載の研磨ヘッド。
［４］上記閉塞部材は、上部円盤状部材と、上部円盤状部材より外径が小さい下部円盤状部材と、を含み、
上記環状の仕切り壁は、上部環状接続部が上記下部円盤状部材の側面に接続している、［１］～［３］のいずれかに記載の研磨ヘッド。
［５］上記メンブレンと第２の環状部材との間にバックパッドを更に有する、［１］～［４］のいずれかに記載の研磨ヘッド。
［６］上記内側空間に気体を導入する導入路と、
上記外側空間に気体を導入する導入路と、
を更に有する、［１］～［５］のいずれかに記載の研磨ヘッド。
［７］上記研磨対象のワークの研磨対象表面の形状は凹形状であり、
上記環状の仕切り壁は、傾斜形状及び水平形状からなる群から選ばれる側面形状を断面形状に含み、
上記側面形状の少なくとも一部の鉛直下方に、第２の環状部材の内側周端及び研磨対象のワークの設置位置の外側周端を含む領域が位置し、
上記閉塞部材は、上部円盤状部材と、上部円盤状部材より外径が小さい下部円盤状部材と、を含み、
上記環状の仕切り壁は、上部環状接続部が上記下部円盤状部材の側面に接続し、
上記メンブレンと第２の環状部材との間にバックパッドを更に有し、
上記内側空間に気体を導入する導入路と、
上記外側空間に気体を導入する導入路と、
を更に有する、［１］に記載の研磨ヘッド。
［８］［１］～［７］のいずれかに記載の研磨ヘッドと、
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。
［９］［８］に記載の研磨装置によって研磨対象の半導体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。

本発明の一態様にかかる研磨ヘッド（２ゾーンメンブレンヘッド）によれば、ワークの研磨対象表面における研磨量の面内均一性を高めることができる。

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に示されている研磨ヘッド１Ａにおける環状の仕切り壁１５Ａの接続部の説明図である。 図１に示されている研磨ヘッド１Ａにおける環状の仕切り壁１５Ａの接続部の説明図である。 環状の仕切り壁の内壁面及びメンブレンの上面の説明図である。 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。 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。 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。 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。 実施例および比較例の各研磨ヘッドを使用して研磨処理１が施されたシリコンウェーハについて、研磨処理前後のＧＢＩＲ値をプロットしたグラフである。 実施例および比較例の各研磨ヘッドを使用して研磨処理２が施されたシリコンウェーハについて、研磨処理前後のＧＢＩＲ値をプロットしたグラフである。

［研磨ヘッド］
本発明の一態様にかかる研磨ヘッドは、第１の環状部材と、第１の環状部材の開口部の上面側開口を閉塞する閉塞部材と、第１の環状部材の開口部の下面側開口を閉塞するメンブレンと、上記メンブレンの下方に位置し、研磨対象のワークを保持する開口部を有する第２の環状部材と、を有する。上記研磨ヘッドにおいて、第１の環状部材の開口部の中心に向かう方向を内側、他方の方向を外側として、第１の環状部材の開口部が上記閉塞部材と上記メンブレンとによって閉塞されて形成された空間が、上部環状接続部が上記閉塞部材に接続され且つ下部環状接続部が上記メンブレンに接続された環状の仕切り壁によって内側空間と外側空間とに仕切られ、上記環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径は、第２の環状部材の内径より大きく、且つ、上記環状の仕切り壁の上部環状接続部の半径は、研磨対象のワークの設置位置の半径を１００％として３３％以上９０％以下である。
以下、上記研磨ヘッドについて、更に詳細に説明する。本発明及び本明細書において、「下面」、「下方」、「上面」、「上部」、「下部」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」、「上部」、「下部」等を意味する。本発明及び本明細書において、「傾斜」及び「水平」は、研磨ヘッドが研磨処理を行う状態に置かれたときの水平方向に対して傾斜している場合を「傾斜」と呼び、かかる水平方向に対して平行な場合を「水平」と呼ぶ。また、第１の環状部材の開口部の中心に向かう方向を内側、他方の方向を外側と呼ぶ。「環状」とは、開口を有する形状をいい、開口の平面視形状は円形であることができる。以下では、図面に基づき本発明を説明するが、図面に示す実施形態は例示であって、かかる実施形態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。

図１及び図５～図７は、それぞれ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中の研磨ヘッド１Ａ、図５中の研磨ヘッド１Ｂ、図６中の研磨ヘッド１Ｃ及び図７中の研磨ヘッド１Ｄを、総称して研磨ヘッド１と呼ぶことがある。また、図１中の環状の仕切り壁１５Ａ、図５中の環状の仕切り壁１５Ｂ、図６中の環状の仕切り壁１５Ｃ及び図７中の環状の仕切り壁１５Ｄを、総称して環状の仕切り壁１５と呼ぶことがある。図１及び図５～図７の各図において、ヘッド本体の図示は省略している。図１及び図５～図７の各図に示されている部分の上方にはヘッド本体が位置し、各図に示されている部分はボルト止め等の公知の方法によってヘッド本体に取り付けられる。

図１及び図５～図７の各図において、研磨ヘッド１は、第１の環状部材１１を有する。第１の環状部材１１は、円環状上面と円環状下面とを有し、上面の内径は下面の内径と同じ値であり、上面の外径は下面の外径と同じ値である。即ち、第１の環状部材１１は、外形が円筒状であって、開口部の形状も円筒状である。この点は、後述する第２の環状部材１２についても同様である。なお、本発明及び本明細書において、「同じ値」とは、完全に一致する場合と製造上不可避的に生じ得る誤差を含む場合とを包含する意味で用いられる。この点は、円筒等の形状に関する用語についても同様である。第１の環状部材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１の環状部材１１の下面は、メンブレン１３で覆われている。メンブレン１３は、第１の環状部材１１の少なくとも下面側開口を閉塞すればよいが、メンブレン１３が膨らんだ際に位置ずれを起こすことを抑制する観点及び第１の環状部材１１の開口部に研磨剤が混入することを抑制する観点からは、第１の環状部材１１の円環状下面全面もメンブレン１３によって覆うことが好ましい。メンブレン１３は、接着剤の使用等の公知の方法によって第１の環状部材１１の円環状下面と貼り合わせることができる。また、図１及び図５～図７の各図に示されているように、メンブレン１３を第１の環状部材１１の側面の一部又は全部にわたるように貼り合わせることも好ましい。メンブレン１３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１３の厚さは、特に限定されず、例えば０．５～２ｍｍ程度であることができる。

図１及び図５～図７の各図において、メンブレン１３の下面にはバックパッド１４が貼り合わされている。バックパッド１４は、接着剤の使用等の公知の方法によってメンブレン１３の下面と貼り合わせることができる。メンブレン１３の下面の外周領域と第２の環状部材１２の円環状上面とが直接接することも可能であるが、メンブレン１３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１４がメンブレン１３の下面の外周領域と第２の環状部材１２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１４としては、例えば、水を含むと水の表面張力により吸着性を示す材料（例えば発泡ポリウレタン等）製の円盤状の板を用いることができる。これにより、研磨時に水を含んだバックパッド１４にワークを保持させることができる。

図１及び図５～図７の各図において、メンブレン１３は、第１の環状部材１１の下面側開口を閉塞している。第１の環状部材１１の上面側開口は、上部円盤状部材１０ａと下部円盤状部材１０ｂとによって構成される閉塞部材によって閉塞されている。下部円盤状部材１０ｂは、上部円盤状部材１０ａより外径が小さい円盤状部材である。上部円盤状部材１０ａと下部円盤状部材１０ｂは、上面外径と下面外径が同じ値の円盤形状の平板であることができ、例えば同心円状に配置することができる。なお、図１及び図５～図７の各図において、上部円盤状部材１０ａと下部円盤状部材１０ｂは別部材であって、任意の手段（例えば一方に凹部を設け他方に凸部を設けて凹部に凸部をはめ込む方法、ボルト止め、接着剤による貼り合わせ等）によって固定されている。ただし、本発明の一態様にかかる研磨ヘッドは、かかる構成に限定されず、閉塞部材は、上部円盤状部と上部円盤状部より外径が小さい下部円盤状部とが一体成型された部材であることもできる。閉塞部材を構成する材料は特に限定されない。図１及び図５～図７の各図において、Ｗはワーク設置位置を示す。ワークを研磨する際、第１の環状部材１１、メンブレン１３及び閉塞部材によって取り囲まれた空間に気体が導入されると、メンブレン１４が膨らみ、これによりバックパッド１４を介してワーク設置位置Ｗに設置されたワークが押圧されて研磨が行われる。

図１及び図５～図７の各図において、第１の環状部材１１、メンブレン１３及び閉塞部材によって取り囲まれた空間は、環状の仕切り壁１５により内側空間１６ａと外側空間１６ｂとに仕切られている。環状の仕切り壁１５は、例えば、ゴム等の弾性を有する材料を所望の形状に成形して作製することができる。ゴムとしては、例えばフッ素ゴムを挙げることができる。環状の仕切り壁１５の厚さは、例えば０．５～１．５ｍｍ程度とすることができる。内側空間１６ａには、閉塞部材の中央部において上部円盤状部材１０ａと下部円盤状部材１０ｂを貫通する気体導入路１７ａから、外側空間１６ｂには閉塞部材の外周領域において上部円盤状部材１０ａを貫通する気体導入路１７ｂから、それぞれ独立に気体導入量を制御して気体を導入することができる。ワークを研磨する際、例えば、気体導入路１７ａから内側空間１６ａに導入する気体の量と気体導入路１７ｂから外側空間１６ｂに導入する気体の量を変えることにより、外側空間１６ｂの下方のワークの研磨対象表面の外周領域に加わる研磨面圧力を、内側空間１６ａの下方のワークの研磨対象表面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。なお、図１及び図５～図７の各図において、気体導入路１７ａ及び気体導入路１７ｂは各１つであるが、かかる実施形態に限定されず、気体導入路１７ａを２つ以上設けることもでき、気体導入路１７ｂを２つ以上設けることもできる。

図１及び図５～図７の各図において、メンブレン１３の下方には、バックパッド１４を介して第２の環状部材１２が配置されている。第２の環状部材１２は、研磨対象のワークを保持する開口部を有する環状部材である。かかる環状部材は、一般に、リテーナー、リテーナーリング、テンプレート等とも呼ばれる。第２の環状部材１２は、研磨ヘッドのリテーナー等と呼ばれる環状部材に通常使用される材料製（例えばガラスエポキシ製）の環状部材であることができる。

図２は、図１に示されている研磨ヘッド１Ａにおける環状の仕切り壁１５Ａの接続部（特に下部環状接続部）の説明図である。環状の仕切り壁１５Ａは、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}が閉塞部材に接続され、下部環状接続部Ｃ_{ｌｏｗｅｒ}がメンブレン１３に接続されている。詳しくは、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}は閉塞部材の下部円盤状部材１０ｂの側面に接続され、下部環状接続部Ｃ_{ｌｏｗｅｒ}はメンブレン１３の上面に接続されている。それぞれの接続の接続手段としては、接着剤の使用、一体成型、凹部への凸部のはめ込み等の公知の方法を挙げることができる。環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径をｄ１、第２の環状部材の内径をｄ２と呼ぶと、本発明の一態様にかかる研磨ヘッドでは、環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径ｄ１は、第２の環状部材の内径ｄ２より大きい。即ち、「ｄ１＞ｄ２」の関係を満たす。したがって、ワークを研磨する際、環状の仕切り壁の下部環状接続部の鉛直下方には、第２の環状部材が位置し、ワークの研磨対象表面の外周領域は位置しない。仕切りの接続部の鉛直下方にワークの研磨対象表面の外周領域が位置する研磨ヘッドを使用して研磨されたワークでは、局所的な研磨量変動（具体的には接続部の鉛直下方における研磨量の局所的な低下）が生じ易い理由と考えられる。これに対し、本発明の一態様にかかる研磨ヘッドによれば、「ｄ１＞ｄ２」の関係を満たすことにより、接続部の鉛直下方における研磨量の局所的な低下を抑制してワークの研磨対象表面の研磨を行うことができると本発明者は考えている。ｄ２を１００％とすると、ｄ１は１００％超であり、１０２％超であることが好ましく、１０３％以上であることがより好ましい。ｄ１は、ｄ２を１００％として、例えば１２０％以下若しくは１１０％以下であることができ、又はここに例示した値を上回ることもできる。

図３は、図１に示されている研磨ヘッド１Ａにおける環状の仕切り壁１５Ａの接続部（特に上部環状接続部）の説明図である。環状の仕切り壁１５Ａは、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}が閉塞部材の下部円盤状部材１０ｂの側面に接続されている。図３中、２本の点線は、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の鉛直下方に向けて引いた直線である。これら２本の点線によって示されるように、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の鉛直下方に、研磨対象のワークの設置位置Ｗの外周領域が位置している。ここで「外周領域」とは、外側周端から半径方向内側に向かう一部領域をいうものとする。なお、図１及び図５～図７の各図において、環状の仕切り壁１５の上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}は、いずれも閉塞部材の下部円盤状部材１０ｂの側面に接続されているため、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の鉛直下方は、下部円盤状部材１０ｂの側面の鉛直下方でもある。他の一形態では、環状の仕切り壁１５の上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}を、下部円盤状部材１０ｂの下面又は上部円盤状部材１０ａの下面に接続することができる。この場合、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の鉛直下方とは、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の内側周端の鉛直下方をいうものとする。上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の開口内径をｄ３とし、研磨対象のワークの設置位置Ｗの外径をｄ４とすると、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、「ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}＝ｄ３÷２」であり、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒは、「Ｒ＝ｄ４÷２」である。研磨対象のワークの設置位置（円形領域）Ｗの外径は、研磨対象のワーク（平面視形状は円形）の直径と同じ値である。したがって、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒは、研磨対象のワークの半径Ｒｗと同じ値である。上記研磨ヘッドでは、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒを１００％として、３３％以上９０％以下である。このことがワークの研磨対象表面において研磨量の面内バラつきを抑制して研磨量の面内均一性を高めることに寄与することが、本発明者の鋭意検討の結果、新たに判明した。研磨対象のワークの直径は、例えば、５０ｍｍ～４５０ｍｍであることができる。例えば、研磨対象のワークの直径が３００ｍｍである場合、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、５０ｍｍ以上１３５ｍｍ以下であることが好ましい。
研磨対象のワークの研磨対象表面の形状が凹形状であって、研磨対象表面の断面形状プロファイルを一階微分することによって求められる変曲位置が研磨対象表面の中心から外側に向かって距離Ｘの位置である場合、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒに対して、以下の範囲であることが好ましい。なお、研磨対象表面の断面形状プロファイルは、公知の断面形状測定装置によって求めることができる。
（１）研磨対象のワークの半径Ｒｗに対して、Ｘが６６％超の場合には、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒを１００％として、４０％以上９０％以下であることが好ましく、６０％以上９０％以下であることがより好ましく、７０％以上９０％以下であることが更に好ましく、８０％以上９０％以下であることが一層好ましい。
（２）研磨対象のワークの半径Ｒｗに対して、Ｘが６６％以下の場合には、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒを１００％として、３３％以上８０％以下であることが好ましく、３３％以上７０％以下であることがより好ましく、３３％以上６０％以下であることが更に好ましく、３３％以上５０％以下であることが一層好ましく、３３％以上４０％以下であることがより一層好ましい。

環状の仕切り壁に関して、環状の仕切り壁の断面形状は、傾斜形状及び水平形状からなる群から選ばれる側面形状を少なくとも一部に含むことが好ましく、かかる側面形状の少なくとも一部の鉛直下方に、第２の環状部材の内側周端及び研磨対象のワークの設置位置の外側周端を含む領域が位置することがより好ましい。かかる構成を有することは、研磨時に外側空間に気体を導入すると環状の仕切り壁の内壁面の少なくとも一部がメンブレンの上面と接触することにつながり得る。このことは、研磨対象のワークの面内（中でも外周領域）の研磨量を、外側空間へ導入する気体の量を変化させることによって制御することを容易にすることに寄与し得る。研磨時には、通常、外側空間と内側空間の両方に気体が導入される。研磨時に外側空間に気体を導入すると環状の仕切り壁の内壁面の少なくとも一部がメンブレンの上面と接触する構成を有する研磨ヘッドであることは、例えば、内側空間に気体を導入せず外側空間のみに気体を導入するとメンブレンの上面と仕切り壁の内壁面の少なくとも一部が接触することによって確認できる。図４は、環状の仕切り壁の内壁面及びメンブレンの上面の説明図である。図４中、１５Ａ_{ｉｎｎｅｒ}は環状の仕切り壁１５Ａの内壁面を示し、１３_{ｕｐｐｅｒ}はメンブレン１３の上面を示す。

断面形状の具体例として、図１に示す例では、環状の仕切り壁１５Ａの断面形状は、上部と下部に水平形状を含み、下部水平形状に傾斜形状が続いている。図５に示す例では、環状の仕切り壁１５Ｂの断面形状は傾斜形状である。図６に示す例では、環状の仕切り壁１５Ｃの断面形状は水平形状を含む。図７に示す例では、環状の仕切り壁１５Ｄの断面形状は、水平形状に傾斜形状が続いている。例えば、図１に示す例では、研磨時に外側空間１６ｂに気体を導入することにより、断面形状が下部水平形状の部分の内壁面の一部又は全部をメンブレン１３の上面と接触させることができる。図５に示す例では、研磨時に外側空間１６ｂに気体を導入することにより、断面形状が傾斜形状である環状の仕切り壁１５Ｂの内壁面の一部又は全部をメンブレン１３の上面と接触させることができる。図６に示す例では、研磨時に外側空間１６ｂに気体を導入することにより、断面形状が水平形状である部分の内壁面の一部又は全部をメンブレン１３の上面と接触させることができる。図７に示す例では、研磨時に外側空間１６ｂに気体を導入することにより、断面形状が水平形状の部分の内壁面の一部又は全部をメンブレン１３の上面と接触させることができる。

［研磨装置、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、この研磨パッドを指示する定盤と、を有する研磨装置に関する。

また、本発明の一態様は、上記研磨装置によって研磨対象の半導体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。

図８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。図８に示されている研磨装置５０は、図１に示されている研磨ヘッド１Ａを備えている。図１等と同様に研磨ヘッドのヘッド本体の図示は省略している。研磨装置５０は、ラバーチャック方式の片面研磨装置であって、研磨ヘッド１Ａ及び定盤４２を、それぞれ回転機構（図示は省略）により回転させながら、研磨ヘッド１Ａの設置位置Ｗに設置された研磨対象のワークＷａ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Ｗａの研磨対象表面であるワークＷａの下面と研磨パッド４１との間に供給され、ワークＷａ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、本発明の一態様にかかる研磨装置を用いて研磨対象の半導体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。単結晶シリコンインゴットをカットしてブロックを得る。単結晶シリコンインゴットは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）、ＦＺ法（浮遊帯域溶融（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法）等の公知の方法で育成できる。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、例えば、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。

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実施形態に限定されるものではない。以下に記載の研磨圧力Ｐｅは、気体導入路１７ｂから外側空間１６ｂに気体が導入されてメンブレン１３の外周領域が膨らむことによってメンブレン１３の外周領域から下方に加わる圧力であり、研磨圧力Ｐｃは、気体導入路１７ａから内側空間１６ａに気体が導入されてメンブレン１３の中央部が膨らむことによってメンブレン１３の中央部から下方に加わる圧力である。研磨圧力Ｐｅ及びＰｃは、実験値である。以下のシリコンウェーハの研磨対象表面の形状は凹形状である。

［研磨ヘッド］
実施例１の研磨ヘッド（ラバーチャック方式の２ゾーンメンブレンヘッド）は、図１に示す構成の研磨ヘッドであって、環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径ｄ１が３２０ｍｍ、第２の環状部材の内径ｄ２が３０１ｍｍ、環状の仕切り壁の上部環状接続部の開口内径ｄ３が１００ｍｍ（したがって上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}が５０ｍｍ）である。
実施例２の研磨ヘッドは、環状の仕切り壁の上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}が１００ｍｍである点以外、実施例１の研磨ヘッドと同じ構成を有する。
実施例３の研磨ヘッドは、環状の仕切り壁の上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}が１３５ｍｍである点以外、実施例１の研磨ヘッドと同じ構成を有する。
比較例１の研磨ヘッドは、環状の仕切り壁の上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}が３０ｍｍである点以外、実施例１の研磨ヘッドと同じ構成を有する。
比較例２の研磨ヘッドは、環状の仕切り壁の上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}が１４５ｍｍである点以外、実施例１の研磨ヘッドと同じ構成を有する。

［シリコンウェーハの研磨処理１］
研磨処理１では、単結晶シリコンインゴットから切り出されて各種種加工処理が施された複数のシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ）に対して、それぞれ最終工程の仕上げ研磨工程として実施例及び比較例の各研磨ヘッドを使用して片面研磨処理を施した。複数のシリコンウェーハの研磨対象表面の断面形状プロファイルを一階微分することによって求められた変曲位置は、シリコンウェーハの研磨対象表面の中心から外側に向かって１００ｍｍより外側の位置であった。研磨対象のシリコンウェーハについては、研磨処理前にＧＢＩＲを測定した。ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ）は、ウェーハを吸着固定した際の厚さ（裏面基準平面からの距離）の最大値と最小値との差であり、研磨処理後のＧＢＩＲの値が小さいほど、ワークの研磨対象表面において研磨量の面内バラつきが少なく研磨量の面内均一性が高いということができる。

研磨処理１の研磨装置としては、実施例および比較例の各研磨ヘッドを含む図８に示す構成の研磨装置を準備し、この研磨装置において、以下の研磨条件でシリコンウェーハの片面研磨処理を施した。研磨処理後の各シリコンウェーハのＧＢＩＲを測定した。
Ｐｃ＝１０ｋＰａ
Ｐｅ＝１２ｋＰａ

［シリコンウェーハの研磨処理２］
研磨処理２では、単結晶シリコンインゴットから切り出されて各種加工処理が施された複数のシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ）に対して、それぞれ最終工程の仕上げ研磨工程として実施例及び比較例の各研磨ヘッドを使用して片面研磨処理を施した。複数のシリコンウェーハの研磨対象表面の断面形状プロファイルを一階微分することによって求められた変曲位置は、シリコンウェーハの研磨対象表面の中心から外側に向かって１００ｍｍより内側の位置であった。研磨対象のシリコンウェーハについては、研磨処理前にＧＢＩＲを測定した。

研磨処理２の研磨装置としては、実施例および比較例の各研磨ヘッドを含む図８に示す構成の研磨装置を準備し、この研磨装置において、以下の研磨条件でシリコンウェーハの片面研磨処理を施した。研磨処理後の各シリコンウェーのＧＢＩＲを測定した。
Ｐｃ＝１０ｋＰａ
Ｐｅ＝１２ｋＰａ

実施例および比較例の各研磨ヘッドを使用して研磨処理１が施されたシリコンウェーハについて、研磨処理前後のＧＢＩＲ値をプロットしたグラフが図９に示すグラフである。
実施例および比較例の各研磨ヘッドを使用して研磨処理２が施されたシリコンウェーハについて、研磨処理前後のＧＢＩＲ値をプロットしたグラフが図１０に示すグラフである。
実施例１～３、比較例１及び比較例２の各研磨ヘッドにおいて、上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}は、研磨対象のワークの設置位置の半径Ｒ（研磨対象のシリコンウェーハの半径Ｒｗ）を１００％として、実施例１：３３％、実施例２：６７％、実施例３：９０％、比較例１：２０％、比較例２：９７％である。図９に示すグラフ及び図１０に示すグラフから、実施例１～３の研磨ヘッドを使用して研磨処理を行った場合、比較例１又は比較例２の研磨ヘッドを使用して研磨処理を行った場合と比べて、ＧＢＩＲの値が小さいこと、即ち研磨量の面内均一性が高いことが確認できる。また、図９に示すグラフからは、研磨処理１では、実施例１～３の中で上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}がより大きいほど研磨量の面内均一性がより高いことが確認できる。一方、図１０に示すグラフからは、研磨処理２では、実施例１～３の中で上部環状接続部Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}の半径ＲＣ_{ｕｐｐｅｒ}がより小さいほど研磨量の面内均一性がより高いことが確認できる。

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。

Claims (10)

1. 第１の環状部材と、
   第１の環状部材の開口部の上面側開口を閉塞する閉塞部材と、
   第１の環状部材の開口部の下面側開口を閉塞するメンブレンと、
   前記メンブレンの下方に位置し、研磨対象のワークを保持する開口部を有する第２の環状部材と、
   を有し、
   第１の環状部材の開口部の中心に向かう方向を内側、他方の方向を外側として、
   第１の環状部材の開口部が前記閉塞部材と前記メンブレンとによって閉塞されて形成された空間が、上部環状接続部が前記閉塞部材に接続され且つ下部環状接続部が前記メンブレンに接続された環状の仕切り壁によって内側空間と外側空間とに仕切られ、
   前記環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径は、第２の環状部材の内径より大きく、
   前記環状の仕切り壁の上部環状接続部の半径は、研磨対象のワークの設置位置の半径を１００％として３３％以上９０％以下であり、且つ、
   前記外側空間に気体を導入すると、前記環状の仕切り壁の内壁面の少なくとも一部が前記メンブレンの上面と接触する、研磨ヘッド。
2. 前記研磨対象のワークの研磨対象表面の形状は凹形状である、請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記環状の仕切り壁は、傾斜形状及び水平形状からなる群から選ばれる側面形状を断面形状に含み、且つ
   前記側面形状の少なくとも一部の鉛直下方に、第２の環状部材の内側周端及び研磨対象のワークの設置位置の外側周端を含む領域が位置する、請求項１に記載の研磨ヘッド。
4. 前記閉塞部材は、上部円盤状部材と、上部円盤状部材より外径が小さい下部円盤状部材と、を含み、
   前記環状の仕切り壁は、上部環状接続部が前記下部円盤状部材の側面に接続している、請求項１に記載の研磨ヘッド。
5. 前記メンブレンと第２の環状部材との間にバックパッドを更に有する、請求項１に記載の研磨ヘッド。
6. 前記内側空間に気体を導入する導入路と、
   前記外側空間に気体を導入する導入路と、
   を更に有する、請求項１に記載の研磨ヘッド。
7. 前記研磨対象のワークの研磨対象表面の形状は凹形状であり、
   前記環状の仕切り壁は、傾斜形状及び水平形状からなる群から選ばれる側面形状を断面形状に含み、
   前記側面形状の少なくとも一部の鉛直下方に、第２の環状部材の内側周端及び研磨対象のワークの設置位置の外側周端を含む領域が位置し、
   前記閉塞部材は、上部円盤状部材と、上部円盤状部材より外径が小さい下部円盤状部材と、を含み、
   前記環状の仕切り壁は、上部環状接続部が前記下部円盤状部材の側面に接続し、
   前記メンブレンと第２の環状部材との間にバックパッドを更に有し、
   前記内側空間に気体を導入する導入路と、
   前記外側空間に気体を導入する導入路と、
   を更に有する、請求項１に記載の研磨ヘッド。
8. 前記第２の環状部材の内径を１００％とすると、前記環状の仕切り壁の下部環状接続部の内径は１０２％超である、請求項１に記載の研磨ヘッド。
9. 請求項１～８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。
10. 請求項９に記載の研磨装置によって研磨対象の半導体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。