(57)【要約】【課題】ヘッドハウジング内の空気圧に対する研磨推力の線形性を向上させた研磨装置を提供する。【解決手段】本発明に係る研磨装置は、研磨対象物を保持する対象物保持具と、研磨対象物の被研磨面と対向する面に研磨面６６が設けられた研磨部材５０を有する研磨ヘッド３０とを備えた研磨装置において、研磨ヘッド３０は、被研磨面と対向する面に開口を有するヘッドハウジング１０と、ヘッドハウジング１０に開口を塞ぐように設けられ、ヘッドハウジング１０内に給排される空気を利用して被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に構成された研磨部材５０と、ヘッドハウジング１０の内側部に設けられ、ヘッドハウジング１０内に位置する研磨部材５０の周囲を囲んで研磨部材５０の外周部との間に所定の隙間Ｓ１が生じるように形成されたリング部材３２とを備えて構成される。【選択図】  図２
2004358590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を保持する対象物保持具と、前記研磨対象物の被研磨面と対向する面に研磨面が設けられた研磨部材を有する研磨ヘッドとを備え、前記研磨面を前記被研磨面に当接させながら相対移動させて前記被研磨面の研磨を行うように構成された研磨装置において、
前記研磨ヘッドは、前記被研磨面と対向する面に開口を有するヘッドハウジングと、前記ヘッドハウジングの内側部に設けられたリング部材とを有し、
前記研磨部材は前記ヘッドハウジングに前記開口を塞ぐように設けられ、前記ヘッドハウジング内に給排される空気を利用して前記被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に構成されており、
前記リング部材は前記ヘッドハウジング内に位置する前記研磨部材の周囲を囲んで前記研磨部材の外周部との間に所定の隙間が生じるように形成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記ヘッドハウジングに前記研磨部材を保持するプレート保持部が設けられており、
前記プレート保持部は、前記ヘッドハウジング内に設けられた前記被研磨面に向かう方向へ延びるスライドガイド部材と、
前記スライドガイド部材に前記被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に設けられたスライド部材と、
前記スライド部材に設けられ、前記研磨部材を揺動可能に保持する揺動保持部材とを有して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】
研磨対象物を保持する対象物保持具と、前記研磨対象物の被研磨面と対向する面に研磨面が設けられた研磨部材を有する研磨ヘッドとを備え、前記研磨面を前記被研磨面に当接させながら相対移動させて前記被研磨面の研磨を行うように構成された研磨装置において、
前記研磨ヘッドは、前記被研磨面と対向する面に開口を有するヘッドハウジングと、前記ヘッドハウジングに設けられて前記研磨部材を保持するプレート保持部とを有し、
前記研磨部材は前記ヘッドハウジングに前記開口を塞ぐように設けられ、前記ヘッドハウジング内に給排される空気を利用して前記被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に構成されており、
前記プレート保持部は、前記ヘッドハウジング内に設けられた前記被研磨面に向かう方向へ延びるスライドガイド部材と、
前記スライドガイド部材に前記被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に設けられたスライド部材と、
前記スライド部材に設けられ、前記研磨部材を揺動可能に保持する揺動保持部材とを有して構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
前記研磨部材と前記スライド部材とに跨って、前記研磨部材の揺動緩衝機構が設けられていることを特徴とする請求項２もしくは請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記揺動緩衝機構に、前記研磨部材を前記被研磨面と対向する位置に付勢する付勢バネが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記ヘッドハウジングに、前記ヘッドハウジング内に空気を供給するための吸気口が設けられるとともに、前記ヘッドハウジング内から空気を排出するための排気口が前記吸気口とは別に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項７】
一端が前記吸気口に繋がって設けられたエア供給管と、
前記エア供給管の他端に繋がって設けられ、前記エア供給管および前記吸気口を介して前記ヘッドハウジング内に空気を供給可能なエア供給部と、
一端が前記排気口に繋がって設けられた排気管と、
前記排気管の他端に繋がって設けられ、前記排気口および前記排気管を介して前記ヘッドハウジング内から空気を排出可能なエア排出部と、
前記ヘッドハウジング内における空気圧が所望の空気圧となるように前記エア供給部および前記エア排出部の作動を制御する空気圧制御部とを備えて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記エア供給管内の空気圧を測定可能な供給側圧力測定部と、前記排気管内の空気圧を測定可能な排気側圧力測定部とを備え、
前記空気圧制御部が、前記供給側圧力測定部に測定された前記エア供給管内の空気圧と、前記排気側圧力測定部に測定された前記排気管内の空気圧とを基に前記ヘッドハウジング内における空気圧を測定し、測定された前記ヘッドハウジング内における空気圧が所望の空気圧となるように前記エア供給部および前記エア排出部の作動を制御することを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記研磨対象物は半導体ウェハであり、
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の研磨装置を用いて前記半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の研磨対象物の表面を平坦化する研磨装置に関し、さらに詳しくは、研磨装置に構成される研磨ヘッドの構造に関する。また、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法および半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような研磨装置として、研磨対象物としての半導体ウェハを保持具により保持し、これを研磨部材（研磨パッド）に接触させながら相対回転移動させて半導体ウェハの表面研磨を行う研磨装置がある。このように半導体ウェハの表面研磨を行う研磨装置では、非常に精密且つ均一な研磨が要求されるため、ウェハ（研磨対象物）の表面の凹凸に追従して研磨部材がその姿勢を変えるようにしたり、もしくはウェハがその姿勢を変えるようにしたりして、常に最適な加工状態を維持するような工夫がなされている。
【０００３】
例えば、米国特許第６，２５１，２１５号に開示の研磨装置では、ウェハを保持するヘッド部に柔軟性に富んだゴムシートを用い、ゴムシートの裏面側に空気圧を作用させてこのゴムシートを介してウェハを研磨部材となる研磨パッドに押し付けるように構成されている。また、特開平１０−２３５５５５号公報に開示の装置では、ウェハを保持するヘッド部がボールジョイント構造を介して回転駆動軸に連結されて、ヘッド部がボールジョイント部を介して揺動自在な状態で回転駆動されるように構成されている。このようにゴムシートや、ボールジョイント構造を用いることにより、研磨パッドが貼り付けられる定盤の回転精度や研磨パッドの厚みのバラツキに応じてその姿勢が柔軟に変化し、ウェハが研磨パッドに常に均一に接触し、均一な表面研磨を行うことができるようになっている。
【０００４】
上記構成とは逆に、研磨部材側すなわち研磨パッドの姿勢を柔軟に変化させることができるようにする構成の装置も知られている。この装置では、例えば、ウェハチャックにウェハがその被研磨面を上方に向けて（フェイスアップ状態で）真空吸着され、ウェハチャックとともに回転駆動される。このウェハの上方にこれと対向して研磨ヘッドが配設されており、研磨ヘッドは、ウェハの被研磨面と接触する研磨パッドを貼り付けた研磨部材と、これを柔軟に支えるドライブプレートおよびゴムシート（ダイアフラム）と、これらに空気圧を加えるための圧力室を構成するための内部空間が形成されたヘッドハウジングとを有して構成される。
【０００５】
ヘッドハウジングの下端外周においてドライブプレートおよびゴムシートの外周が接合され、ドライブプレートおよびゴムシートが内周部において研磨部材と結合されており、ヘッドハウジングの内部空間がこれらドライブプレートおよびゴムシートにより覆われて圧力室が形成されている。この結果、研磨部材はドライブプレートを介してヘッドハウジングに支持され、且つゴムシートを介して圧力室内の空気圧を均一に受ける。そして、ヘッドハウジングが回転駆動されるとドライブプレートを介して研磨部材に回転駆動力が伝達されて全体が回転されるようになっている。
【０００６】
このような構成の研磨装置を用いたウェハの研磨加工は、研磨パッドを回転させながらウェハチャックに回転保持されたウェハの被研磨面に当接させて行われ、このとき、研磨パッドは回転しながらウェハに対して水平方向へ往復運動をすることで、ウェハの全表面が均一に研磨加工される。この方式の研磨装置においては、研磨ヘッドとともに回転するウェハのデバイス面（被研磨面）に押しつけられる。このとき、研磨ヘッドには揺動運動と呼ばれる水平な往復運動がさらに与えられることによって、ウェハのデバイス面の前面を均一に研磨することができるようになっている。なお、研磨部材（研磨パッド）によるウェハに対する研磨推力Ｆは式（１）で表される。
【０００７】
【数１】
Ｆ＝Ｗ＋Ｐ×Ｓ                                        ・・・（１）
【０００８】
ここで、Ｗは研磨部材等の自重であり、Ｐはヘッドハウジング（圧力室）内の空気圧であり、Ｓは研磨部材における受圧面積である。
【０００９】
一方、研磨パッドはそれぞれの研磨が開始される前に、パッドコンディショナー（ドレッサー）と呼ばれる工具によってパッド材質の表面を２〜３μｍ程度除去する加工を行う。このパッドコンディショナーの構造は、表面に粒状のダイヤモンドが電着されたディスクを、回転させつつ一定の押し付け力で研磨パッドに押し付け、研磨パッドの表面の研磨を行うものである。
【００１０】
従って、ウェハの研磨加工の度に研磨パッドが２〜３μｍ除去されることになり、５００枚のウェハが研磨されると、研磨パッドの表面は１〜１．５ｍｍ取り除かれることになる。当然に、研磨パッドの表面が取り除かれることは、研磨パッドの厚みが薄くなることを意味し、例えば、初期厚みが３ｍｍの研磨パッドは、５００枚のウェハを研磨すると１．５〜２ｍｍの厚みへと薄くなることを意味している。
【００１１】
研磨装置でウェハを連続加工すると、使用している研磨パッドの厚みが上述したパッドコンディショナーの働きによって次第に薄くなっていく。また、研磨加工するウェハの厚みにもバラツキがあり、３００ｍｍウェハでは７７５μｍ程度が標準であるが、実際には数十μｍのバラツキがあることが知られている。研磨装置における研磨ヘッドのウェハチャック上の高さも、装置を構成する金属の熱膨張係数からおよそ０．２ｍｍ程度変化すると考えられる。これらの要因により、研磨ヘッドにおける研磨パッドを貼り付けた研磨部材の高さはウェハの処理毎に変化し、それによってドライブリングの形状もウェハの処理毎に変化することになる。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１５６７１１号公報
【特許文献２】米国特許第６２５１２１５号公報
【特許文献３】特開平１０−２３５５５５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、研磨パッドの厚みの変化分のみを考慮しても、研磨部材の高さの変化量は最大で約２ｍｍ程度となるので、ドライブリングの形状は最大で２ｍｍ程度変化することになる。なお、ドライブリングは薄い鋼板で作られているが、当然に弾性係数を有しており、例えば、従来においてよく使用されるドライブリングのバネ定数は５２０ｇ／ｍｍ程度である。このため、ドライブリングの形状が２ｍｍ変化する場合には、ドライブリングで生じる弾性力は計算上で（５２０×２＝）１０４０ｇとなり、この値がパッド厚み変化による研磨推力Ｆの誤差となってしまう。従って、研磨パッドの厚みが減少した場合には、ドライブリングで生じる弾性力をｆとすると、研磨推力Ｆは式（２）で表される。
【００１４】
【数２】
Ｆ＝Ｗ＋Ｐ×Ｓ−ｆ                                    ・・・（２）
【００１５】
また、研磨部材の高さが変化するとゴムシートの形状が変形する。図１０（ａ），（ｂ）は研磨部材５０１の上下によるゴムシート５０３（ダイアフラム）の形状の変化を示す図である。図１０（ａ）において、ゴムシート５０３におけるへこみ部５０４の中央部付近より内側に囲まれる領域（の面積）が、研磨部材５０１におけるヘッドハウジング５０２内の空気圧を受け止める受圧面（受圧面積Ｓ）として近似される。なお、研磨部材５０１およびゴムシート５０３は円盤状に形成されており、受圧面の形状は円形となっている。そして、受圧面（受圧面積Ｓ）の直径Ｄは式（３）のように近似される。
【００１６】
【数３】
Ｄ≒（ＩＤ＋ＯＤ）／２                                ・・・（３）
【００１７】
ここで、ＩＤはゴムシート５０３と研磨部材５０１との接触部外径であり、ＯＤはゴムシート５０３とヘッドハウジング５０２との接触部内径である。
【００１８】
さて、図１０（ｂ）は研磨部材５０１が下降した場合の図である。この場合、ゴムシート５０３が研磨部材５０１から浮き上がって、ゴムシート５０３に浮き上がり部５０５が生じる現象がおきるため、ゴムシート５０３と研磨部材５０１との接触部外径ＩＤが変化して（小さくなって）ＩＤ′となり、受圧面（受圧面積Ｓ）の直径Ｄが変化しＤ′となる。なお、直径Ｄ′は、式（４）のように近似される。
【００１９】
【数４】
Ｄ′≒（ＩＤ′＋ＯＤ）／２                            ・・・（４）
【００２０】
このため、ヘッドハウジング内の空気圧Ｐを受けて研磨部材の高さが変化すると研磨部材における受圧面積Ｓが変化し、ヘッドハウジング内の空気圧Ｐと研磨部材によるウェハに対する研磨推力Ｆとの関係に線形性が見られなくなってしまう。
【００２１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨パッドの厚み変化による研磨部材（研磨パッド）の研磨推力の誤差を低減させるとともに、ヘッドハウジング内の空気圧に対する研磨推力の線形性を向上させた研磨装置を提供することを目的とする。また、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法および半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、請求項１に係る発明の研磨装置は、研磨対象物を保持する対象物保持具と、研磨対象物の被研磨面と対向する面に研磨面が設けられた研磨部材を有する研磨ヘッドとを備え、研磨面を被研磨面に当接させながら相対移動させて被研磨面の研磨を行うように構成され、研磨ヘッドは、被研磨面と対向する面に開口を有するヘッドハウジングと、ヘッドハウジングの内側部に設けられたリング部材とを有し、研磨部材はヘッドハウジングに開口を塞ぐように設けられ、ヘッドハウジング内に給排される空気を利用して被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に構成されており、リング部材はヘッドハウジング内に位置する研磨部材の周囲を囲んで研磨部材の外周部との間に所定の隙間が生じるように形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に係る発明の研磨装置は、請求項１に記載の研磨装置において、ヘッドハウジングに研磨部材を保持するプレート保持部が設けられており、プレート保持部は、ヘッドハウジング内に設けられた被研磨面に向かう方向へ延びるスライドガイド部材と、スライドガイド部材に被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に設けられたスライド部材と、スライド部材に設けられ、研磨部材を揺動可能に保持する揺動保持部材とを有して構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に係る発明の研磨装置は、研磨対象物を保持する対象物保持具と、研磨対象物の被研磨面と対向する面に研磨面が設けられた研磨部材を有する研磨ヘッドとを備え、研磨面を被研磨面に当接させながら相対移動させて被研磨面の研磨を行うように構成され、研磨ヘッドは、被研磨面と対向する面に開口を有するヘッドハウジングと、ヘッドハウジングに設けられて研磨部材を保持するプレート保持部とを有し、研磨部材はヘッドハウジングに開口を塞ぐように設けられ、ヘッドハウジング内に給排される空気を利用して被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に構成されており、プレート保持部は、ヘッドハウジング内に設けられた被研磨面に向かう方向へ延びるスライドガイド部材と、スライドガイド部材に被研磨面に向かう方向へ往復移動可能に設けられたスライド部材と、スライド部材に設けられ、研磨部材を揺動可能に保持する揺動保持部材とを有して構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明の研磨装置は、請求項２もしくは請求項３に記載の研磨装置において、研磨部材とスライド部材とに跨って、研磨部材の揺動緩衝機構が設けられていることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に係る発明の研磨装置は、請求項４に記載の研磨装置において、揺動緩衝機構に、研磨部材を被研磨面と対向する位置に付勢する付勢バネが設けられていることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に係る発明の研磨装置は、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の研磨装置において、ヘッドハウジングに、ヘッドハウジング内に空気を供給するための吸気口が設けられるとともに、ヘッドハウジング内から空気を排出するための排気口が吸気口とは別に設けられていることを特徴とする。
【００２８】
請求項７に係る発明の研磨装置は、請求項６に記載の研磨装置において、一端が吸気口に繋がって設けられたエア供給管と、エア供給管の他端に繋がって設けられ、エア供給管および吸気口を介してヘッドハウジング内に空気を供給可能なエア供給部と、一端が前記排気口に繋がって設けられた排気管と、排気管の他端に繋がって設けられ、排気口および排気管を介してヘッドハウジング内から空気を排出可能なエア排出部と、ヘッドハウジング内における空気圧が所望の空気圧となるようにエア供給部およびエア排出部の作動を制御する空気圧制御部とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項８に係る発明の研磨装置は、請求項７に記載の研磨装置において、エア供給管内の空気圧を測定可能な供給側圧力測定部と、排気管内の空気圧を測定可能な排気側圧力測定部とを備え、空気圧制御部が、供給側圧力測定部に測定されたエア供給管内の空気圧と、排気側圧力測定部に測定された排気管内の空気圧とを基にヘッドハウジング内における空気圧を測定し、測定されたヘッドハウジング内における空気圧が所望の空気圧となるようにエア供給部およびエア排出部の作動を制御することを特徴とする。
【００３０】
請求項９に係る発明の半導体デバイス製造方法は、研磨対象物は半導体ウェハであり、請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の研磨装置を用いて半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０に係る発明の半導体デバイスは、請求項９に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）を図１に示している。このＣＭＰ装置１は、研磨対象物たるウェハ９０をその上面側に着脱自在に吸着保持可能なウェハ保持テーブル９５と、このウェハ保持テーブル９５の上方位置に設けられ、ウェハ保持テーブル９５上に保持されたウェハ９０の被研磨面９１と対向する研磨パッド６５が取り付けられた研磨部材５０を保持してなる研磨ヘッド３０とを備えて構成されている。このＣＭＰ装置１では、研磨パッド６５の寸法（直径）は研磨対象たるウェハ９０の寸法（直径）よりも小さく（すなわち研磨パッド６５はウェハ９０よりも小径であり）、研磨パッド６５をウェハ９０に接触させた状態で双方を相対移動させることにより、ウェハ９０の被研磨面（上面）９１全体を研磨できるようになっている。
【００３３】
これらウェハ保持テーブル９５と研磨ヘッド３０とを支持する支持フレーム２０は、水平な基台２１と、この基台２１上にＹ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びて設けられたレール（図示せず）上をＹ方向に移動自在に設けられた第１ステージ２２と、この第１ステージ２２から垂直（Ｚ方向）に延びるように設けられた垂直フレーム２３と、この垂直フレーム２３上をＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた第２ステージ２４と、この第２ステージ２４上から水平（Ｘ方向）に延びるように設けられた水平フレーム２５と、この水平フレーム２５上をＸ方向（左右方向）に移動自在に設けられた第３ステージ２６とを有して構成されている。
【００３４】
第１ステージ２２内には第１電動モータＭ１が設けられており、これを回転駆動することにより第１ステージ２２を上記レールに沿ってＹ方向に移動させることができる。第２ステージ２４内には第２電動モータＭ２が設けられており、これを回転駆動することにより第２ステージ２４を垂直フレーム２３に沿ってＺ方向に移動させることができる。また、第３ステージ２６内には第３電動モータＭ３が設けられており、これを回転駆動することにより第３ステージ２６を水平フレーム２５に沿ってＸ方向に移動させることができる。このため、上記電動モータＭ１〜Ｍ３の回転動作を組み合わせることにより、第３ステージ２６をウェハ保持テーブル９５上方の任意の位置に移動させることが可能である。
【００３５】
ウェハ保持テーブル９５は基台２１上に設けられたテーブル支持部２７から上方に垂直に延びて設けられた回転軸２８の上端部に水平に取り付けられている。この回転軸２８はテーブル支持部２７内に設けられた第４電動モータＭ４を回転駆動することにより回転されるようになっており、これによりウェハ保持テーブル９５をＸＹ面（水平面）内で回転させることができる。
【００３６】
研磨ヘッド３０は第３ステージ２６から下方に垂直に延びて設けられたスピンドル２９の下端部に取り付けられている。このスピンドル２９は第３ステージ２６内に設けられた第５電動モータＭ５を回転駆動することにより回転されるようになっており、これにより研磨ヘッド３０全体を回転させて研磨パッド６５をＸＹ面（水平面）内で回転させることができる。
【００３７】
研磨ヘッド３０は、図２に示すように、スピンドル２９の下端部にボルトＢ１により連結部材１１を介して連結された下面側に開口を有する有底円筒状のヘッドハウジング１０と、ヘッドハウジング１０内の上側部にボルトＢ２を用いて取り付けられた保持リング３１と、保持リング３１の下面側にボルトＢ３を用いて取り付けられたリング部材３２と、これら保持リング３１とリング部材３２により外周部が挟持された円盤状のドライブプレート３３と、ドライブプレート３３下面側に位置して取り付けられた研磨部材５０とを備えて構成される。
【００３８】
ドライブプレート３３は、オーステナイト系ステンレス板等の金属板を用いて中央に円形孔３３ａを有する円盤状に形成され、その外周部が保持リング３１とリング部材３２とに挟持されて固定されるようになっている。ドライブプレート３３には、同心円状に並んだ多数の開孔（図示せず）が形成されており、各開孔をヘッドハウジング１０内の空気が通過できるようになっている。
【００３９】
研磨部材５０は、ドライブプレート３３の下面側に位置して取り付けられた円盤状の基準プレート５１と、この基準プレート５１の下面に真空吸着により着脱自在に取り付けられる研磨工具６０とを備えて構成される。基準プレート５１は、上部外径がリング部材３２の内径より僅かに小さく、下部外径がヘッドハウジング１０の下端におけるフランジ１０ａの内径（すなわち、開口の径）より若干小さい径を有する段付円盤状に形成される。そして、基準プレート５１がヘッドハウジング１０の開口を塞いでヘッドハウジング１０内を密封状態にし、ヘッドハウジング１０内に圧力室Ｈ１が形成される。
【００４０】
連結部材１１の中央部には、吸気口１２が形成されており、スピンドル２９の内部中央に貫通形成されたエア供給路８０の空気がこの吸気口１２を通過してヘッドハウジング１０内（圧力室Ｈ１）に供給されるようになっている。なお、エア供給路８０は図示しないエア供給源（詳細は後述する）に繋がっており、エア供給源から供給される空気によりヘッドハウジング１０内の空気圧を所望の圧力に加圧調整できるようになっている。
【００４１】
基準プレート５１の中央部上面側には、ドライブプレート３３の円形孔３３ａよりも若干小さい半径を有する円盤状の中心部材５５がボルトＢ４により固定されており、この中心部材５５に芯合わせをされたドライブプレート３３の内周部が、基準プレート５１とこの基準プレート５１の上面側にボルトＢ５により固定された固定リング５６との間に挟持される。このように基準プレート５１はドライブプレート３３を介してヘッドハウジング１０に固定されており、スピンドル２９の回転駆動力がドライブプレート３３を介して基準プレート５１に伝達される。
【００４２】
なお、基準プレート５１の外周部から外方に張り出したフランジ５１ａの外径は、ヘッドハウジング１０の下端内周部から内方に張り出したフランジ１０ａの内径よりも大きく形成されており、基準プレート５１がヘッドハウジング１０から抜け出ることがないようになっている。
【００４３】
研磨工具６０は、基準プレート５１とほぼ同じ外径を有する円盤状のパッドプレート６１と、このパッドプレート６１の下面である研磨パッド取付面６１ａに取り付けられた円形の研磨パッド（研磨布）６５とから構成される。ここで、研磨パッド６５は研磨により劣化していく消耗品であるため、上記研磨パッド取付面６１ａに着脱自在に取り付け可能にして（例えば接着剤による）、交換作業を容易にしている。なお、研磨パッド６５の下面側が、ウェハ９０の被研磨面９１と対向する研磨面６６となっている。
【００４４】
図２に示すように、基準プレート５１の内部には下面側に複数の吸着開口を有する空気吸入路７１が形成されており、この空気吸入路７１は中心部材５５側にも延びてヘッドハウジング１０の圧力室Ｈ１側に開口している。この開口部にはスピンドル２９のエア供給路８０内を延びた吸入管７２が接続されており、基準プレート５１の下面側にパッドプレート６１を位置させた状態でこの吸入管７２から空気を吸入することにより、パッドプレート６１を基準プレート５１に吸着取り付けできるようになっている。ここで、パッドプレート６１は基準プレート５１との間に設けられたセンターピンＰ１と位置決めピンＰ２とにより芯出しと回転方向の位置決めとがなされる。
【００４５】
また、エア供給路８０内には図示しない研磨剤供給装置と繋がる研磨剤供給管８１が延びており、スピンドル２９と中心部材５５との間に位置する接続具８２を介して、中心部材５５を貫通して設けられた流路８３、センターピンＰ１内を貫通する流路８４、パッドプレート６１内に設けられた流路８５および研磨パッド６５に設けられた流路（図示せず）とに繋がっている。
【００４６】
さて、リング部材３２は、基準プレート５１の上部外径より僅かに大きい内径を有するリング状に形成され、ヘッドハウジング１０内に位置する基準プレート５１上部の周囲を囲んで、リング部材３２の内周面と基準プレート５１の上部外周面との間に所定の隙間Ｓ１が生じるように構成される。そして、基準プレート５１の中央上面で圧力室Ｈ１内の空気圧を受けて、ドライブプレート３３の下面側に取付保持された基準プレート５１、すなわち研磨部材５０が上下方向（被研磨面９１へ向かう方向）へ往復移動できるようになっている。
【００４７】
これにより、リング部材３２の内径が基準プレート５１の上部外径より僅かに大きいため隙間Ｓ１の断面積が非常に小さくなり、ヘッドハウジング１０内に形成された圧力室Ｈ１内の空気がこの隙間Ｓ１を通過して圧力室Ｈ１の外部へ流出することが防止されるため、ゴムシート等の密閉手段を用いずにヘッドハウジング１０の内部に圧力室Ｈ１を形成することができる。そのため、研磨部材５０の上下移動によりゴムシートが変形して研磨部材５０（基準プレート５１）における受圧面積が変化するのを回避することができ、ヘッドハウジング１０内の空気圧に対する研磨部材５０（研磨パッド６５）の研磨推力の線形性を向上させることができる。そして、研磨パッド６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御におけるコントロール性能を向上させることができ、ウェハ９０の加工精度を向上させることができる。
【００４８】
なお、リング部材３２の下面側と基準プレート５１の縁部上面側との間には、隙間Ｓ１を介して圧力室Ｈ１と連通するラビリンス空間Ｈ２が形成され、ヘッドハウジング１０の側部にこのラビリンス空間Ｈ２と繋がる排気通路１３が形成されている。排気通路１３は、ヘッドハウジング１０の上面側に形成された排気口１４まで延びて形成されており、ヘッドハウジング１０内の空気がラビリンス空間Ｈ２から排気通路１３および排気口１４を通過して、ヘッドハウジング１０の外部へ排出されるようになっている。
【００４９】
排気口１４には、ジョイント１５および排気管１６が取り付けられており、排気通路１３がジョイント１５を介して排気管１６と繋がるようになっている。排気管１６は、図示しない真空源（詳細は後述する）に繋がっており、ヘッドハウジング１０内の空気圧を所望の圧力に減圧調整できるようになっている。これより、排気口１４が吸気口１２とは別に形成されているため、ヘッドハウジング１０内の空気圧を加圧から減圧（もしくは減圧から加圧）に切り替える際の反応速度を向上させることができ、研磨パッド６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御における制御速度を向上させることができる。
【００５０】
このような構成のＣＭＰ装置１を用いてウェハ９０の研磨を行うには、先ずウェハ保持テーブル９５の上面に研磨対象となるウェハ９０を吸着取り付けし（このときウェハ９０の中心はウェハ保持テーブル９５の回転中心に一致させる）、電動モータＭ４を駆動してウェハ保持テーブル９５を回転させる。次に電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動して第３移動ステージ２６をウェハ９０の上方に位置させ、電動モータＭ５によりスピンドル２９を駆動して研磨ヘッド３０を回転させる。続いて電動モータＭ２を駆動して第３ステージ２６を降下させ、研磨パッド６５の下面（研磨面）をウェハ９０の上面（被研磨面）に押し当てるようにする。
【００５１】
次に、エア供給源からヘッドハウジング１０内に空気を供給したり、真空源を利用してヘッドハウジング１０内から空気を排出したりして、圧力室Ｈ１内の空気圧を調整しウェハ９０と研磨パッド６５との接触圧を所定の値に設定する。そして、電動モータＭ１，Ｍ３を駆動して研磨ヘッド３０をＸＹ方向（ウェハ９０と研磨パッド６５との接触面の面内方向）に揺動させる。このとき同時に、研磨剤供給装置より研磨剤（シリカ粒を含んだ液状のスラリー）を圧送し、研磨パッド６５の下面側に研磨剤を供給させる。これにより、ウェハ９０の被研磨面９１は、研磨剤の供給を受けつつウェハ９０自身の回転運動と研磨ヘッド３０の（すなわち研磨パッド６５の）回転及び揺動運動とにより研磨される。
【００５２】
このようにしてウェハ９０の被研磨面９１の研磨を行っているときに、研磨パッド６５を有する研磨部材５０は、ドライブプレート３３を介してヘッドハウジング１０に支持されているため、ドライブプレート３３の弾性変形により研磨ヘッド３０の回転精度や研磨パッド６５の厚みのバラツキに応じて研磨部材５０の姿勢が変動し、被研磨面９１の均一な研磨を行う。
【００５３】
ここで、研磨ヘッド３０と接続されるエア回路について図９を参照しながら説明する。研磨ヘッド３０には、ヘッドハウジング１０内に空気を供給するためのエア供給管８１と、ヘッドハウジング１０内から空気を排出するための排気管１６とが接続されている。
【００５４】
エア供給管８１は、詳細図示しないが、一端がスピンドル２９のエア供給路８０を介して研磨ヘッド３０の吸気口１２に繋がるとともに（図２を参照）、他端がエア供給源８２に繋がるようになっている。エア供給管８１の他端側には供給側レギュレータ８３が配設されており、エア供給源８２から供給される空気の空気圧を調節できるようになっている。なお、エア供給源８２および供給側レギュレータ８３は、本発明に係るエア供給部となっている。
【００５５】
一方、排気管１６は、詳細図示しないが、一端がジョイント１５を介して研磨ヘッド３０の排気口１４に繋がるとともに（図２を参照）、他端が真空源８４に繋がるようになっている。排気管１６の他端側には排気側レギュレータ８５が設けられており、排気管１６内の空気圧を調節できるようになっている。なお、真空源８４および排気側レギュレータ８５は、本発明に係るエア排出部となっている。また、供給側レギュレータ８３および排気側レギュレータ８５は圧力制御部８８と電気的に接続されており、圧力制御部８８からの作動信号を受けて供給側レギュレータ８３および排気側レギュレータ８５が作動するようになっている。
【００５６】
さらに、エア供給管８１と排気管１６に跨って差圧計８６が配設されている。差圧計８６は、エア供給管８１内の空気圧を測定可能な供給側圧力測定部８６ａと、排気管１６内の空気圧を測定可能な排気側圧力測定部８６ｂとを有して構成され、供給側圧力測定部８６ａおよび排気側圧力測定部８６ｂに測定されたエア供給管８１および排気管１６内の空気圧を基に、エア供給管８１内の空気圧と排気管１６内の空気圧との差圧を測定し、その測定信号を圧力制御部８８に出力するようになっている。
【００５７】
圧力制御部８８は、前述したように、供給側レギュレータ８３および排気側レギュレータ８５、並びに差圧計８６と電気的に接続されている。そして、圧力制御部８８は、差圧計８６に測定されたエア供給管８１内の空気圧と排気管１６内の空気圧との差圧を基に研磨ヘッド３０におけるヘッドハウジング１０（圧力室Ｈ１）内の空気圧を測定し、測定されたヘッドハウジング１０内の空気圧が予め設定入力された所望の空気圧となるように、供給側レギュレータ８３および排気側レギュレータ８５に作動信号を出力するようになっている。
【００５８】
このような構成のエア回路において、作業者が図示しない入力装置を用いてヘッドハウジング１０内における所望の空気圧を設定入力すると、圧力制御部８８は、差圧計８６に測定されたエア供給管８１内の空気圧と排気管１６内の空気圧との差圧を基にヘッドハウジング１０内の空気圧を測定し、測定されたヘッドハウジング１０内の空気圧が設定入力された所望の空気圧となるように供給側レギュレータ８３および排気側レギュレータ８５に作動信号を出力し、供給側レギュレータ８３および排気側レギュレータ８５を作動させる。
【００５９】
そして、エア供給源８２から供給側レギュレータ８３を介してエア供給管８１内に供給された空気は、エア供給管８１内およびスピンドル２９のエア供給路８０を通過した後、吸気口１２を通過してヘッドハウジング１０内に供給される。さらに、ヘッドハウジング１０内の空気は、排気口１４からジョイント１５および排気管１６内を通過し、排気側レギュレータ８５を介して真空源８４から外部に排出される。
【００６０】
以上のようにエア回路を構成すれば、ヘッドハウジング１０内の空気圧を加圧から減圧（もしくは減圧から加圧）に切り替える際の反応速度を向上させることができ、研磨パッド６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御における制御速度を向上させることができる。また、研磨部材５０（研磨パッド６５）を下方へ移動させる推力と研磨部材５０を上方へ移動させる推力とがほぼ同じ値となるように制御することができ、研磨パッド６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御におけるコントロール性能を向上させることができる。さらに、供給側圧力測定部８６ａと排気側圧力測定部８６ｂとを有する差圧計８６を用いることで、回転するヘッドハウジング１０内の空気圧を容易に測定することができる。
【００６１】
次に、研磨ヘッドの第二実施形態について図３を参照しながら説明する。第二実施形態における研磨ヘッド１３０は、スピンドル（図示せず）の下端部に連結された下面側に開口を有する有底円筒状のヘッドハウジング１１０と、ヘッドハウジング１１０内の上側部に取り付けられたリング部材１３２と、ヘッドハウジング１１０内の上底部に取り付けられたプレート保持部１４０と、プレート保持部１４０に保持された研磨部材１５０とを備えて構成される。
【００６２】
プレート保持部１４０は、ヘッドハウジング１１０内の上底部に設けられて下方へ（被研磨面９１に向かう方向へ）延びる軸状のスライドガイド部材１４１，１４１，…と、スライドガイド部材１４１に上下方向へ往復移動可能に設けられた円盤状のスライド部材１４２と、スライド部材１４２の下端に設けられ、研磨部材１５０を揺動可能に保持する揺動保持部材１４５とを備えて構成される。４つのスライドガイド部材１４１，１４１，…は、図４に示すように、円盤状のスライド部材１４２における同心円上に位置して配設されており、リニアブッシュ１４３を用いてスライド部材１４２が上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能に取り付けられる。
【００６３】
スライド部材１４２の下端部には、ハウジング部１４４が形成されており、揺動保持部材１４５が取り付けられるようになっている。揺動保持部材１４５は、図５に示すように、ハウジング部１４４に取付固定される第１リング１４６と、第１リング１４６に第１軸部１４６ａを介して揺動可能に連結された第２リング１４７と、第２リング１４７に第１軸部１４６ａと直交する第２軸部１４７ａを介して揺動可能に連結された第３リング１４８と、第３リング１４８に回転可能に保持されて研磨部材１５０の基準プレート１５１と連結された第１軸部１４６ａおよび第２軸部１４７ａと直交する第３軸部１４９とを備えて構成される。そして、この揺動保持部材１４５に、研磨部材１５０（基準プレート１５１）が互いに直交する第１〜第３軸部１４６ａ，１４７ａ，１４９を揺動軸として揺動自在に取付保持されるようになっている。
【００６４】
このようにして、研磨部材１５０がプレート保持部１４０に上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能且つ揺動可能に取付保持され、スピンドルの回転駆動力がプレート保持部１４０を介して研磨部材１５０（基準プレート１５１）に伝達される。これにより、ドライブプレートを用いずに研磨部材１５０を上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能且つ揺動可能に保持することができるため、ドライブリングが弾性変形してこの弾性力が研磨部材１５０（基準プレート１５１）に作用することがないことから、研磨パッド１６５の厚みの変化によっては研磨部材１５０（研磨パッド１６５）の研磨推力の誤差は発生しなくなる。そして、研磨パッド１６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御におけるコントロール性能を向上させることができ、ウェハ９０の加工精度を向上させることができる。
【００６５】
なお、揺動保持部材１４５として、互いに直交する２つの回転軸を有して２方向の回転運動を伝達可能なジンバル（ｇｉｍｂａｌｓ）を用いてもよく、また、ユニバーサルジョイントを用いてもよい。
【００６６】
また、図４および図６に示すように、研磨部材１５０とスライド部材１４２とに跨って、研磨部材１５０の揺動緩衝機構１３５が４つ設けられている。これらの揺動緩衝機構１３５，１３５，…は、スライド部材１４２におけるスライドガイド部材１４１と同じ円上に位置して配設されており、研磨部材１５０の基準プレート１５１に取り付けられたピストン軸１３６と、スライド部材１４２に形成されてピストン軸１３６の頭部に形成されたピストン１３６ａを収容するピストン室１３７とを備えて構成される。そして、研磨部材１５０の揺動によりピストン１３６ａが上下方向へ移動すると、ピストン室１３７の上下に形成されたオリフィス１３７ａ，１３７ｂをピストン室１３７内外の空気が通過するようになっている。このようにすれば、ダンパー効果により研磨部材１５０の急激な揺動を回避することができる。
【００６７】
さらに、図６に示すように、ピストン室１３７内にピストン１３６ａを押圧可能な付勢バネ１３８を設け、研磨部材１５０（研磨面１６６）を被研磨面９１と対向する位置に付勢するようにしてもよい。このようにすれば、揺動自在な研磨部材１５０を安定保持することができる。
【００６８】
研磨部材１５０は、プレート保持部１４０に取付保持された円盤状の基準プレート１５１と、この基準プレート１５１の下面に真空吸着により着脱自在に取り付けられる研磨工具１６０とを備えて構成される。基準プレート１５１は、上部外径がリング部材１３２の内径より僅かに小さく、下部外径がヘッドハウジング１１０の下端におけるフランジ１１０ａの内径（すなわち、開口の径）より若干小さい径を有する段付円盤状に形成される。そして、基準プレート１５１がヘッドハウジング１１０の開口を塞いでヘッドハウジング１１０内を密封状態にし、ヘッドハウジング１１０内に圧力室Ｈ１１が形成される。
【００６９】
ヘッドハウジング１１０の上部には、吸気口１１２が形成されており、吸気口１１２と繋がるエア供給管１１１内の空気がこの吸気口１１２を通過してヘッドハウジング１１０内（圧力室Ｈ１１）に供給されるようになっている。なお、エア供給管１１１は図示しないエア供給源に繋がっており、エア供給源から供給される空気によりヘッドハウジング１１０内の空気圧を所望の圧力に加圧調整できるようになっている。
【００７０】
基準プレート１５１の中央部上面側には、スライド部材１４２に形成された円形孔１４２ａよりも小さい径を有する円筒状の中心部材１５５が固定されており、研磨剤供給管１８１との接続具１８２が取り付けられるようになっている。なお、基準プレート１５１の外周部から外方に張り出したフランジ１５１ａの外径は、ヘッドハウジング１１０の下端内周部から内方に張り出したフランジ１１０ａの内径よりも大きく形成されており、基準プレート１５１がヘッドハウジング１１０から抜け出ることがないようになっている。
【００７１】
研磨工具１６０は、基準プレート１５１とほぼ同じ外径を有する円盤状のパッドプレート１６１と、このパッドプレート１６１の下面である研磨パッド取付面１６１ａに取り付けられた円形の研磨パッド（研磨布）１６５とから構成される。ここで、研磨パッド１６５は研磨により劣化していく消耗品であるため、上記研磨パッド取付面１６１ａに着脱自在に取り付け可能にして（例えば接着剤による）、交換作業を容易にしている。なお、研磨パッド１６５の下面側が、ウェハ９０の被研磨面９１と対向する研磨面１６６となっている。
【００７２】
詳細図示しないが、第一実施形態における研磨工具６０と同様に、基準プレート１５１の内部には下面側に複数の吸着開口（図示せず）を有する空気吸入路（図示せず）が形成されており、この空気吸入路は中心部材１５５側にも延びてヘッドハウジング１１０の圧力室Ｈ１１側に開口している。この開口部には吸入管（図示せず）が接続されており、基準プレート１５１の下面側にパッドプレート１６１を位置させた状態でこの吸入管から空気を吸入することにより、パッドプレート１６１を基準プレート１５１に吸着取り付けできるようになっている。ここで、パッドプレート１６１は基準プレート１５１との間に設けられたセンターピンＰ１１と位置決めピンＰ１２とにより芯出しと回転方向の位置決めとがなされる。
【００７３】
また、図示しない研磨剤供給装置と繋がる研磨剤供給管１８１が中心部材１５５に取り付けられた接続具１８２と接続されており、この接続具１８２を介して、中心部材１５５を貫通して設けられた流路１８３、センターピンＰ１１内を貫通する流路１８４、そしてパッドプレート１６１および研磨パッド１６５に設けられた流路（図示せず）とに繋がっている。
【００７４】
さて、リング部材１３２は、基準プレート１５１の上部外径より僅かに大きい内径を有するリング状に形成され、ヘッドハウジング１１０内に位置する基準プレート１５１上部の周囲を囲んで、リング部材１３２の内周面と基準プレート１５１の上部外周面との間に所定の隙間Ｓ１１が生じるように構成される。そして、基準プレート１５１の中央上面で圧力室Ｈ１１内の空気圧を受けて、プレート保持部１４０に取付保持された基準プレート１５１、すなわち研磨部材１５０が上下方向（被研磨面９１へ向かう方向）へ往復移動できるようになっている。
【００７５】
これにより、リング部材１３２の内径が基準プレート１５１の上部外径より僅かに大きいため隙間Ｓ１１の断面積が非常に小さくなり、ヘッドハウジング１１０内に形成された圧力室Ｈ１１内の空気がこの隙間Ｓ１１を通過して圧力室Ｈ１１の外部へ流出することが防止されるため、ゴムシート等の密閉手段を用いずにヘッドハウジング１１０の内部に圧力室Ｈ１１を形成することができる。そのため、研磨部材１５０の上下移動によりゴムシートが変形して研磨部材１５０（基準プレート１５１）における受圧面積が変化するのを回避することができ、ヘッドハウジング１１０内の空気圧に対する研磨部材１５０（研磨パッド１６５）の研磨推力の線形性を向上させることができる。そして、研磨パッド１６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御におけるコントロール性能を向上させることができ、ウェハ９０の加工精度を向上させることができる。
【００７６】
なお、リング部材１３２の下面側と基準プレート１５１の縁部上面側との間には、隙間Ｓ１１を介して圧力室Ｈ１１と連通するラビリンス空間Ｈ１２が形成され、ヘッドハウジング１１０の側部にこのラビリンス空間Ｈ１２と繋がる排気通路１１３が形成されている。排気通路１１３は、ヘッドハウジング１１０の上面側に形成された排気口１１４まで延びて形成されており、ヘッドハウジング１１０内の空気がラビリンス空間Ｈ１２から排気通路１１３および排気口１１４を通過して、ヘッドハウジング１１０の外部へ排出されるようになっている。
【００７７】
排気口１１４には、ジョイント１１５および排気管１１６が取り付けられており、排気通路１１３がジョイント１１５を介して排気管１１６と繋がるようになっている。排気管１１６は、図示しない真空源に繋がっており、ヘッドハウジング１１０内の空気圧を所望の圧力に減圧調整できるようになっている。これより、排気口１１４が吸気口１１２とは別に形成されているため、ヘッドハウジング１１０内の空気圧を加圧から減圧（もしくは減圧から加圧）に切り替える際の反応速度を向上させることができ、研磨パッド１６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御における制御速度を向上させることができる。
【００７８】
このような構成の研磨ヘッド１３０を用いてウェハ９０の研磨を行うには、先ずウェハ保持テーブル９５の上面に研磨対象となるウェハ９０を吸着取り付けし（このときウェハ９０の中心はウェハ保持テーブル９５の回転中心に一致させる）、電動モータＭ４を駆動してウェハ保持テーブル９５を回転させる。次に電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動して第３移動ステージ２６をウェハ９０の上方に位置させ、電動モータＭ５によりスピンドルを駆動して研磨ヘッド１３０を回転させる。続いて電動モータＭ２を駆動して第３ステージ２６を降下させ、研磨パッド１６５の下面（研磨面）をウェハ９０の上面（被研磨面）に押し当てるようにする。
【００７９】
次に、エア供給源からヘッドハウジング１１０内に空気を供給したり、真空源を利用してヘッドハウジング１１０内から空気を排出したりして、圧力室Ｈ１１内の空気圧を調整しウェハ９０と研磨パッド１６５との接触圧を所定の値に設定する。そして、電動モータＭ１，Ｍ３を駆動して研磨ヘッド１３０をＸＹ方向（ウェハ９０と研磨パッド１６５との接触面の面内方向）に揺動させる。このとき同時に、研磨剤供給装置より研磨剤（シリカ粒を含んだ液状のスラリー）を圧送し、研磨パッド１６５の下面側に研磨剤を供給させる。これにより、ウェハ９０の被研磨面９１は、研磨剤の供給を受けつつウェハ９０自身の回転運動と研磨ヘッド１３０の（すなわち研磨パッド１６５の）回転及び揺動運動とにより研磨される。
【００８０】
このようにしてウェハ９０の被研磨面９１の研磨を行っているときに、研磨パッド１６５を有する研磨部材１５０は、プレート保持部１４０に上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能且つ揺動可能に取付保持されているため、研磨ヘッド１３０の回転精度や研磨パッド１６５の厚みのバラツキに応じて研磨部材１５０の姿勢が変動し、被研磨面９１の均一な研磨を行う。
【００８１】
続いて、研磨ヘッドの第三実施形態について図７を参照しながら説明する。第三実施形態における研磨ヘッド２３０は、スピンドル２２９の下端部にボルトＢ２１により連結部材２１１を介して連結された下面側に開口を有する有底円筒状のヘッドハウジング２１０と、ヘッドハウジング２１０の内側部に取り付けられたリング部材２３２と、ヘッドハウジング２１０の内側部におけるリング部材２３２の上部に位置して取り付けられたプレート保持部２４０と、プレート保持部２４０に保持された研磨部材２５０とを備えて構成される。
【００８２】
ヘッドハウジング２１０は、有底円筒状の第１ハウジング部２１０ａと、第１ハウジング部２１０ａに組み付けられるリング状の第２ハウジング部２１０ｂおよび第３ハウジング部２１０ｃ並びに第３ハウジング部２１０ｄとからなり、これらが下面側に開口を有する有底円筒状に組み立てられる。そして、第１ハウジング部２１０ａと第２ハウジング部２１０ｂとによりプレート保持部２４０のドライブプレート２４１が挟持されるとともに、第２ハウジング部２１０ｂと第３ハウジング部２１０ｃとによりリング部材２３２が挟持されるようになっている。
【００８３】
プレート保持部２４０は、ヘッドハウジングの内側部に取り付けられた円盤状のドライブプレート２４１と、ドライブプレート２４１の中央部に取り付けられた第１保持リング２４２および第２保持リング２４３と、第１保持リング２４２にリニアブッシュ２４４を用いて上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能に保持され、下端部が研磨部材２５０の基準プレート２５１に連結固定された複数のスライド軸２４５とを備えて構成される。
【００８４】
ドライブプレート２４１は、オーステナイト系ステンレス板等の金属板を用いて中央に円形孔２４１ａを有する円盤状に形成され、その外周部が第１ハウジング部２１０ａと第２ハウジング部２１０ｂとに挟持されて固定されるようになっている。ドライブプレート２４１には、同心円状に並んだ多数の開孔（図示せず）が形成されており、各開孔をヘッドハウジング２１０内の空気が通過できるようになっている。
【００８５】
第１保持リング２４２および第２保持リング２４３は、ドライブプレート２４１の円形孔２４１ａ内に位置してドライブプレート２４１の内周部を挟持するようにそれぞれ固定される。そして、第１保持リング２４２には複数のリニアブッシュ２４４が取り付けられ、このリニアブッシュ２４４にスライド軸２４５が上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能に保持されるようになっている。
【００８６】
これにより、ドライブプレート２４１の弾性変形とスライド軸２４５の往復運動とを利用して、研磨部材２５０がプレート保持部２４０に上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能且つ揺動可能に取付保持され、スピンドル２２９の回転駆動力がプレート保持部２４０を介して研磨部材２５０（基準プレート２５１）に伝達される。
【００８７】
研磨部材２５０は、プレート保持部２４０に取付保持された円盤状の基準プレート２５１と、この基準プレート２５１の下面に真空吸着により着脱自在に取り付けられる研磨工具２６０とを備えて構成される。基準プレート２５１は、上部外径がリング部材２３２の内径より僅かに小さく、下部外径がヘッドハウジング２１０の下端におけるフランジ２１０ｅの内径（すなわち、開口の径）より若干小さい径を有する段付円盤状に形成される。そして、基準プレート２５１がヘッドハウジング２１０の開口を塞いでヘッドハウジング２１０内を密封状態にし、ヘッドハウジング２１０内に圧力室Ｈ２１が形成される。
【００８８】
ヘッドハウジング２１０の上部には、吸気口２１２が形成されており、スピンドル２２９の内部中央に貫通形成されたエア供給路２８０の空気がこの吸気口２１２を通過してヘッドハウジング２１０内（圧力室Ｈ２１）に供給されるようになっている。なお、エア供給路２８０は図示しないエア供給源に繋がっており、エア供給源から供給される空気によりヘッドハウジング２１０内の空気圧を所望の圧力に加圧調整できるようになっている。
【００８９】
基準プレート２５１の中央部上面側には、第１保持リング２４２に形成された円形孔２４２ａよりも小さい径を有する円筒状の中心部材２５５が固定されており、研磨剤供給管２８１との接続具２８２が取り付けられるようになっている。なお、基準プレート２５１の外周部から外方に張り出したフランジ２５１ａの外径は、ヘッドハウジング２１０の下端内周部から内方に張り出したフランジ２１０ｅの内径よりも大きく形成されており、基準プレート２５１がヘッドハウジング２１０から抜け出ることがないようになっている。
【００９０】
研磨工具２６０は、基準プレート２５１とほぼ同じ外径を有する円盤状のパッドプレート２６１と、このパッドプレート２６１の下面である研磨パッド取付面１６１ａに取り付けられた円形の研磨パッド（研磨布）１６５とから構成される。ここで、研磨パッド２６５は研磨により劣化していく消耗品であるため、上記研磨パッド取付面２６１ａに着脱自在に取り付け可能にして（例えば接着剤による）、交換作業を容易にしている。なお、研磨パッド２６５の下面側が、ウェハ９０の被研磨面９１と対向する研磨面２６６となっている。
【００９１】
詳細図示しないが、第一実施形態における研磨工具６０と同様に、基準プレート２５１の内部には下面側に複数の吸着開口（図示せず）を有する空気吸入路（図示せず）が形成されており、この空気吸入路は中心部材２５５側にも延びてヘッドハウジング２１０の圧力室Ｈ２１側に開口している。この開口部には吸入管（図示せず）が接続されており、基準プレート２５１の下面側にパッドプレート２６１を位置させた状態でこの吸入管から空気を吸入することにより、パッドプレート２６１を基準プレート２５１に吸着取り付けできるようになっている。ここで、パッドプレート２６１は基準プレート２５１との間に設けられたセンターピンＰ２１と位置決めピンＰ２２とにより芯出しと回転方向の位置決めとがなされる。
【００９２】
また、図示しない研磨剤供給装置と繋がる研磨剤供給管２８１が中心部材２５５に取り付けられた接続具２８２と接続されており、この接続具２８２を介して、中心部材２５５を貫通して設けられた流路２８３、センターピンＰ２１内を貫通する流路２８４、そしてパッドプレート２６１および研磨パッド２６５に設けられた流路（図示せず）とに繋がっている。
【００９３】
さて、リング部材２３２は、基準プレート２５１の上部外径より僅かに大きい内径を有するリング状に形成され、ヘッドハウジング２１０内に位置する基準プレート２５１上部の周囲を囲んで、リング部材２３２の内周面と基準プレート２５１の上部外周面との間に所定の隙間Ｓ２１が生じるように構成される。そして、基準プレート２５１の中央上面で圧力室Ｈ２１内の空気圧を受けて、プレート保持部２４０に取付保持された基準プレート２５１、すなわち研磨部材２５０が上下方向（被研磨面９１へ向かう方向）へ往復移動できるようになっている。
【００９４】
これにより、リング部材２３２の内径が基準プレート２５１の上部外径より僅かに大きいため隙間Ｓ２１の断面積が非常に小さくなり、ヘッドハウジング２１０内に形成された圧力室Ｈ２１内の空気がこの隙間Ｓ２１を通過して圧力室Ｈ２１の外部へ流出することが防止されるため、ゴムシート等の密閉手段を用いずにヘッドハウジング２１０の内部に圧力室Ｈ２１を形成することができる。そのため、研磨部材２５０の上下移動によりゴムシートが変形して研磨部材２５０（基準プレート２５１）における受圧面積が変化するのを回避することができ、ヘッドハウジング２１０内の空気圧に対する研磨部材２５０（研磨パッド２６５）の研磨推力の線形性を向上させることができる。そして、研磨パッド２６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御におけるコントロール性能を向上させることができ、ウェハ９０の加工精度を向上させることができる。
【００９５】
なお、リング部材２３２の下面側と基準プレート２５１の縁部上面側との間には、隙間Ｓ２１を介して圧力室Ｈ２１と連通するラビリンス空間Ｈ２２が形成され、ヘッドハウジング２１０の側部にこのラビリンス空間Ｈ２２と繋がる排気通路２１３が形成されている。排気通路２１３は、ヘッドハウジング２１０の上面側に形成された排気口２１４まで延びて形成されており、ヘッドハウジング２１０内の空気がラビリンス空間Ｈ２２から排気通路２１３および排気口２１４を通過して、ヘッドハウジング２１０の外部へ排出されるようになっている。
【００９６】
排気口２１４には、ジョイント２１５および排気管２１６が取り付けられており、排気通路２１３がジョイント２１５を介して排気管２１６と繋がるようになっている。排気管２１６は、図示しない真空源に繋がっており、ヘッドハウジング２１０内の空気圧を所望の圧力に減圧調整できるようになっている。これより、排気口２１４が吸気口２１２とは別に形成されているため、ヘッドハウジング２１０内の空気圧を加圧から減圧（もしくは減圧から加圧）に切り替える際の反応速度を向上させることができ、研磨パッド２６５をウェハ９０に押しつける際の加圧制御における制御速度を向上させることができる。
【００９７】
このような構成の研磨ヘッド２３０を用いてウェハ９０の研磨を行うには、先ずウェハ保持テーブル９５の上面に研磨対象となるウェハ９０を吸着取り付けし（このときウェハ９０の中心はウェハ保持テーブル９５の回転中心に一致させる）、電動モータＭ４を駆動してウェハ保持テーブル９５を回転させる。次に電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動して第３移動ステージ２６をウェハ９０の上方に位置させ、電動モータＭ５によりスピンドルを駆動して研磨ヘッド２３０を回転させる。続いて電動モータＭ２を駆動して第３ステージ２６を降下させ、研磨パッド２６５の下面（研磨面）をウェハ９０の上面（被研磨面）に押し当てるようにする。
【００９８】
次に、エア供給源からヘッドハウジング２１０内に空気を供給したり、真空源を利用してヘッドハウジング２１０内から空気を排出したりして、圧力室Ｈ２１内の空気圧を調整しウェハ９０と研磨パッド２６５との接触圧を所定の値に設定する。そして、電動モータＭ１，Ｍ３を駆動して研磨ヘッド２３０をＸＹ方向（ウェハ９０と研磨パッド２６５との接触面の面内方向）に揺動させる。このとき同時に、研磨剤供給装置より研磨剤（シリカ粒を含んだ液状のスラリー）を圧送し、研磨パッド２６５の下面側に研磨剤を供給させる。これにより、ウェハ９０の被研磨面９１は、研磨剤の供給を受けつつウェハ９０自身の回転運動と研磨ヘッド２３０の（すなわち研磨パッド２６５の）回転及び揺動運動とにより研磨される。
【００９９】
このようにしてウェハ９０の被研磨面９１の研磨を行っているときに、研磨パッド２６５を有する研磨部材２５０は、プレート保持部２４０に上下方向へ（被研磨面９１に向かう方向へ）往復移動可能且つ揺動可能に取付保持されているため、研磨ヘッド２３０の回転精度や研磨パッド２６５の厚みのバラツキに応じて研磨部材２５０の姿勢が変動し、被研磨面９１の均一な研磨を行う。
【０１００】
次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例について説明する。図８は半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。
【０１０１】
ここで、ステップＳ２０１はウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウェハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【０１０２】
ＣＶＤ工程（Ｓ２０２）もしくは電極形成工程（Ｓ２０３）の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨等が行われ、ダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロセスが適用されることもある。
【０１０３】
ＣＭＰ工程（Ｓ２０５）もしくは酸化工程（Ｓ２０１）の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウェハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したウェハの現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【０１０４】
次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウェハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【０１０５】
本発明による半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明にかかる研磨装置を用いているため、ウェハの加工精度および歩留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明による研磨装置を用いても良い。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、歩留まりが高く低コストの半導体デバイスとなる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨パッドを研磨対象物に押しつける際の加圧制御におけるコントロール性能を向上させることができ、研磨対象物の加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の一例であるＣＭＰ装置の正面図である。
【図２】ＣＭＰ装置に構成される研磨ヘッドの正面図（断面図）である。
【図３】研磨ヘッドの第二実施形態を示す正面図（断面図）である。
【図４】図３中の矢印ＩＶ−ＩＶに沿った平断面図である。
【図５】揺動保持部材の側面図である。
【図６】揺動緩衝機構の側断面図である。
【図７】研磨ヘッドの第三実施形態を示す正面図（断面図）である。
【図８】本発明に係る半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。
【図９】研磨ヘッドと接続されるエア回路を模式的に示した説明図である。
【図１０】従来の研磨装置において、研磨部材の上下によるゴムシートの形状の変化を（ａ），（ｂ）の順に示す図である。
【符号の説明】
１  ＣＭＰ装置（研磨装置）
１０  ヘッドハウジング
１１  連結部材
１２  吸気口
１４  排気口
１６  排気管
３０  研磨ヘッド
３２  リング部材
５０  研磨部材
５１  基準プレート
６５  研磨パッド
６６  研磨面
８１  エア供給管
８２  エア供給源（エア供給部）
８３  供給側レギュレータ（エア供給部）
８４  真空源（エア排出部）
８５  排気側レギュレータ（エア排出部）
８６  差圧計（８６ａ  供給側圧力測定部、８６ｂ  排気側圧力測定部）
８８  圧力制御部
９０  ウェハ（研磨対象物）
９１  被研磨面
９５  ウェハ保持テーブル（対象物保持具）
１１０  ヘッドハウジング（第二実施形態）
１１２  吸気口（第二実施形態）
１１４  排気口（第二実施形態）
１３０  研磨ヘッド（第二実施形態）
１３２  リング部材（第二実施形態）
１３５  揺動緩衝機構
１４０  プレート保持部
１４１  スライドガイド部材
１４２  スライド部材
１４５  揺動保持部材
１５０  研磨部材（第二実施形態）
１５１  基準プレート（第二実施形態）
１６５  研磨パッド（第二実施形態）
１６６  研磨面（第二実施形態）
２１０  ヘッドハウジング（第三実施形態）
２１２  吸気口（第三実施形態）
２１４  排気口（第三実施形態）
２３０  研磨ヘッド（第三実施形態）
２３２  リング部材（第三実施形態）
２５０  研磨部材（第三実施形態）
２５１  基準プレート（第三実施形態）
２６５  研磨パッド（第三実施形態）
２６６  研磨面（第三実施形態）
Ｓ１    隙間
Ｓ１１  隙間（第二実施形態）
Ｓ２１  隙間（第三実施形態）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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