(57)【要約】  ＣＭＰ装置の研磨ヘッド（５４）において、弾性体膜からなるダイヤフラム（１１３）をキャリアプレート（１０２）に金属材料からなるダイヤフラム固定リング（１２０）で固定し、このダイヤフラム固定リング（１２０）に樹脂材料からなるリテーナリング（６０）を下方からネジ１７０でネジ留めする。リテーナリング（６０）の下面（６０ｂ）には溝が形成され、その溝内にリテーナリング（６０）をネジ留めするためのネジ穴が形成されている。ダイヤフラム（１１３）およびメンブレン（１１５）などで封止された空間を加圧することによりメンブレン（１１５）を介して半導体ウエハ１を研磨パッド５８に押し付けて半導体ウエハ（１）をＣＭＰ処理する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有し、
前記リテーナリングの下面に溝が形成され、前記溝内に前記リテーナリングをネジ留めするためのネジ穴が形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記溝は、前記リテーナリングの外周または内周の法線方向に対して傾斜する向きに形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ネジ穴は、前記溝の中央部よりも前記リテーナリングの外周部側に形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ネジ穴は、前記リテーナリングをネジ留めするためのネジの頭部を収容するための第１の穴部と、前記第１の部分の底部に設けられ、その側壁にねじが形成されている第２の穴部とを有し、前記第１の部分の深さは前記ネジの前記頭部の高さよりも大きい半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
前記溝は、前記ネジ穴の前記第１の部分を通過するように形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項６】
複数の研磨定盤を備えた枚葉式の研磨装置を用い、半導体ウエハを保持するウエハ保持部が前記複数の研磨定盤を順次移動し、下方より前記ウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハの化学機械研磨処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法であって、
前記化学機械研磨処理の後に前記半導体ウエハの洗浄処理が一貫して行われる半導体装置の製造方法。
【請求項８】
下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有し、
ダイヤフラムが前記ウエハ保持部にダイヤフラム固定部材で固定され、前記ダイヤフラム固定部材に前記リテーナリングが下方よりネジ留めされている半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラム固定部材は環状の形状を有している半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラムで封止された空間を加圧することにより前記半導体ウエハを研磨パッドに押し付ける半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラム固定部材は金属材料からなる半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラム固定部材はステンレス鋼からなる半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラムは弾性膜からなる半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記リテーナリングの下面に溝が形成され、前記溝内に前記リテーナリングをネジ留めするためのネジ穴が形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有し、
弾性膜が前記ウエハ保持部に環状の金属部材で固定され、前記金属部材に前記リテーナリングが下方よりネジ留めされている半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法であって、
前記弾性膜で封止された空間を加圧することにより前記半導体ウエハを研磨パッドに押し付ける半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法であって、
前記リテーナリングの下面に溝が形成され、前記溝内に前記リテーナリングをネジ留めするためのネジ穴が形成されている半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体ウエハを化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）する工程を有する半導体装置の製造技術に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程は、種々のＣＭＰ工程を含んでいる。例えば、半導体ウエハに素子分離領域としての埋込み絶縁膜をＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法で形成する際のＣＭＰ工程、半導体ウエハ上に形成した層間絶縁膜を平坦化する際のＣＭＰ工程、層間絶縁膜に形成したスルーホールに導電材料を埋め込んでプラグを形成する際のＣＭＰ工程、またはダマシン法で埋込配線を形成する際のＣＭＰ工程などがある。【０００３】
日本特開平９−１９８６３号公報（特許文献１）または、その対応米国特許第５７９５２１５号公報には、ポリシングヘッド構造において、アルミニウム製のウエハ外縁保持リングバッキングリングにプラスチック材料製のウエハ外縁保持リングをネジ留めする技術が記載されている。【０００４】
日本特開２００３−１２４１６９号公報（特許文献２）には、ウエハ保持ヘッドのホルダにリテーナリングを取り付けるとともに、リテーナリングの内側に保護シートを張設し、保護シートを介してウエハを研磨パッドに押し付けて研磨するウエハ研磨装置において、ホルダとリテーナリングのそれぞれに設けられた貫通孔のいずれか一方の貫通孔にめねじ部を有するインサートが貫通されるとともに、他方の貫通孔におねじ部を有するボルト部材が貫通され、該インサートとボルト部材とが螺合されることによりホルダとリテーナリングとが取り付けられる技術が記載されている。【０００５】
日本特開２００３−１７９０１４号公報（特許文献３）には、ウエハ保持ヘッドのホルダにリテーナリングを取り付けるとともに、リテーナリングの内側に保護シートを張設し、保護シートを介してウエハを研磨パッドに押し付けて研磨するウエハ研磨装置において、保護シートの外周縁部分がリテーナリングとホルダとで挟持されるとともに、該挟持部の内周側に保護シートの張力調整手段が設けられており、張力調整手段により張設された保護シートの張力が可変となっている技術が記載されている。【０００６】
日本特開平１１−２９１１６２号公報（特許文献４）または、その対応米国特許第６２７７００８号公報には、リテーナリングを、ポリエチレンテレフタレートなどの硬質プラスチックからなる樹脂部分と、ステンレス鋼などの金属部分とからなり、その樹脂部分が保持部材全面を覆うように形成された状態に構成した技術が記載されている。【０００７】
日本特開２００３−１７９０１５号公報（特許文献５）または、その対応米国特許第６２５１２１５号公報には、化学的機械的研磨装置用のキャリア・ヘッドが、可撓性の下部の部分及び剛性の上部の部分を有する止め輪を有し、この止め輪が、研磨の間にポリシング・パッドと接触し、第一の材料で作られている底部表面を有する下部の部分、ならびに、第一の材料より剛性である第二の材料で作られている上部の部分を有する構成とする技術が記載されている。【０００８】
日本特開２００１−７１２５５号公報（特許文献６）または、その対応欧州特許公開第１０８０８４１号公報には、研磨ヘッドにおいて、リテーナリングをキャリアに対して固定し、キャリアの下面には弾性膜を配設し、弾性膜の周縁部をリテーナリングとキャリアとの間に挟持して固定し、キャリアには、弾性膜とキャリアとの間に圧力可変の流体を供給するための流体供給路を設ける技術が記載されている。【０００９】
日本特開２００４−６６５３号公報（特許文献７）または、その対応米国特許第６７７３３３８号公報には、研磨ヘッドの下部板縁部位に、多孔フィルムに固定されたウエハが外部に離脱されることを防止するためのリテーナリングがボルトで下部板と締結されたクランプリングにより圧着固定された技術が記載されている。【００１０】
日本特開平１１−３３３７１１号公報（特許文献８）には、内部に段付き構造を有するハウジングと、ハウジングの周辺に固定されたリテーナリングと、リテーナリングにより保持された弾性体膜と、ハウジングとリテーナリングと弾性体膜とにより形成される密閉空間に空気を導入し、或いは密閉空間から空気を吸引する機構と、を備えた研磨ヘッドに関する技術が記載されている。【００１１】
日本特開２００３−３９３０６号公報（特許文献９）には、ウエハ研磨装置のウエハキャリアを、キャリア本体と、研磨中のウエハを周方向に支持するリテーナリングと、ウエハに押圧力を伝達する薄膜部材とから構成し、キャリア本体には薄膜部材を押圧するエアー圧を用いた第１の押圧手段を設けると共に、第１の押圧手段とは別にリテーナリングをエアー圧によって下方に押圧する第２の押圧手段を設けるように構成した技術が記載されている。
【特許文献１】特開平９−１９８６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４１６９号公報
【特許文献３】特開２００３−１７９０１４号公報
【特許文献４】特開平１１−２９１１６２号公報
【特許文献５】特開２００３−１７９０１５号公報
【特許文献６】特開２００１−７１２５５号公報
【特許文献７】特開２００４−６６５３号公報
【特許文献８】特開平１１−３３３７１１号公報
【特許文献９】特開２００３−３９３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＣＭＰ工程においては、ＣＭＰ装置の回転するプラテン（研磨定盤）に貼り付けられた研磨パッドに研磨液を供給しながら、ウエハ保持部に保持した半導体ウエハを押し付けることで、半導体ウエハが研磨される。【００１３】
ＣＭＰ装置の半導体ウエハ面内研磨量の均一性は、ウエハ保持部に取り付けられているリテーナリングの表面形状に大きく依存している。半導体ウエハとともにリテーナリングの表面も研磨されるため、半導体ウエハ（特にウエハエッジ部）の研磨状態にはリテーナリングの表面状態が影響する。リテーナリングの磨耗状態により、半導体ウエハのウエハエッジ部の研磨レートが変化するので、リテーナリングの磨耗が進むと半導体ウエハの面内研磨量均一性が安定しなくなり、製造される半導体装置の品質が変動する可能性がある。このため、リテーナリングの表面の平面度管理やリテーナリングの定期交換が必要となる。リテーナリングは高価な消耗品であるため、リテーナリングの低コスト化や交換寿命の向上を図り、半導体装置の製造コストを低減することが望まれている。また、リテーナリングの交換に複雑な作業が必要であると、ＣＭＰ装置の稼働率を低下させ、半導体装置の製造コストを増大させてしまう可能性がある。このため、簡易な手法で交換できるリテーナリングが望まれている。【００１４】
また、リテーナリングを交換したときにウエハ保持部へのリテーナリングの固定具合が変動する場合、新しいリテーナリングに交換した後で、製品ウエハ（半導体装置を製造するための半導体ウエハ）のＣＭＰ処理に着工する前に、リテーナリングの条件だしなどを行って、半導体ウエハのエッジ部の研磨レートを調整または確認する必要がある。これは、ＣＭＰ装置の稼働率を低下させ、半導体装置の製造コストを増大させてしまう。【００１５】
本願に開示された一つの発明の一つの目的は、半導体装置の製造コストを低減できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００１７】
本願に開示された一つの発明は、下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハをウエハ保持部に保持し、ウエハの裏面のほぼ全面（周辺部は一般に機械的圧力が加わることが多い）をメンブレン（またはフレキシブルな薄膜）を介して静ガス圧（または圧縮性流体圧）または準静ガス圧で加圧した状態で半導体ウエハを化学機械研磨するものである。【００１８】
また、本願に開示された一つの発明は、下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハをウエハ保持部に保持した状態で半導体ウエハを化学機械研磨するものである。【００１９】
また、本願に開示された一つの発明は、下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハをウエハ保持部に保持した状態で半導体ウエハを化学機械研磨し、リテーナリングの下面に形成された溝内にリテーナリングをネジ留めするためのネジ穴が形成されているものである。【００２０】
また、本願に開示された一つの発明は、下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハをウエハ保持部に保持した状態で半導体ウエハを化学機械研磨し、ダイヤフラムがウエハ保持部にダイヤフラム固定部材で固定され、このダイヤフラム固定部材にリテーナリングが下方よりネジ留めされているものである。【００２１】
また、本願に開示された一つの発明は、下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハをウエハ保持部に保持した状態で半導体ウエハを化学機械研磨し、弾性膜がウエハ保持部に環状の金属部材で固定され、この金属部材にリテーナリングが下方よりネジ留めされているものである。
【発明の効果】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００２３】
半導体装置の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図２】図１に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図３】図２に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図４】図３に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図５】図４に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図６】図５に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１０】ＣＭＰ工程の処理シーケンスを示す説明図である。
【図１１】ＣＭＰ装置の概略的な構成を示す説明図である。
【図１２】ＣＭＰ装置の概略的な構成を示す説明図である。
【図１３】ＣＭＰ装置を構成する複数のプラテンのうちの一つのプラテンで半導体ウエハがＣＭＰ処理される様子を示す説明図である。
【図１４】研磨ヘッドの要部断面図である。
【図１５】研磨ヘッドのリテーナリング近傍領域の要部断面図である。
【図１６】ダイヤフラム固定リングの平面図である。
【図１７】ダイヤフラム固定リングにリテーナリングを取り付けた状態を示す平面図である。
【図１８】ダイヤフラム固定リングにリテーナリングを取り付けた状態を示す要部断面図である。
【図１９】ダイヤフラム固定リングにリテーナリングを取り付けた状態を示す要部断面図である。
【図２０】ダイヤフラム固定リングにリテーナリングを取り付けた状態を示す要部断面図である。
【図２１】第１の比較例の研磨ヘッドを示す要部断面図である。
【図２２】第２の比較例の研磨ヘッドを示す要部断面図である。
【図２３】リテーナリングの磨耗モデルを示す説明図である。
【図２４】ダイヤフラム固定リングとリテーナリングとの間に研磨液が侵入した状態を概念的に示す断面図である。
【図２５】ＣＭＰ処理を行った後に、リテーナリングを外したときのダイヤフラム固定リングの下面を示す平面図である。
【図２６】本発明の他の実施の形態のリテーナリングの平面図である。
【図２７】本発明の他の実施の形態のリテーナリングの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本願発明を詳細に説明する前に、本願における用語の意味を説明すると次の通りである。【００２６】
１．シリコン等物質名を言う場合、特にその旨記載した場合を除き、表示された物質のみを示すものではなく、示された物質（元素、原子群、分子、高分子、共重合体、化合物等）を主要な成分、組成成分とするものを含むものとする。【００２７】
すなわち、シリコン領域等といっても、特にそうでない旨明示したときを除き、純粋シリコン領域、不純物をドープしたシリコンを主要な成分とする領域、ＧｅＳｉのようにシリコンを主要な構成要素とする混晶領域等を含むものとする。更に、ＭＩＳというときの「Ｍ」は、特にそうでない旨明示したときを除き、純粋な金属に限定されるものではなく、ポリシリコン（アモルファスを含む）電極、シリサイド層、その他の金属類似の性質を示す部材を含むものとする。更に、ＭＩＳというときの「Ｉ」は、特にそうでない旨明示したときを除き、酸化シリコン膜等の酸化膜に限定されず、窒化膜，酸窒化膜、アルミナ膜その他の通常誘電体、高誘電体、強誘電体膜等を含むものとする。【００２８】
２．ウエハとは、半導体集積回路の製造に用いるシリコンその他の半導体単結晶基板（一般にほぼ円板形、半導体ウエハ、その他それらを単位集積回路領域に分割した半導体チップ又はペレット並びにその基体領域）、エピタキシャル基板、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板を言う。【００２９】
３．化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）とは、一般に被研磨面を相対的に軟らかい布様のシート材料等からなる研磨パッドに接触させた状態で、スラリを供給しながら面方向に相対移動させて研磨を行うことをいい、本実施の形態においては、その他、被研磨面を硬質の砥石面に対して相対移動させることによって研磨を行うＣＭＬ(Chemical Mechanical Lapping)、その他の固定砥粒を使用するもの、及び砥粒を使用しない砥粒フリーＣＭＰ等も含むものとする。【００３０】
４．研磨液（スラリ）とは、一般に化学エッチング薬剤に研磨砥粒を混合した懸濁液をいいうが、研磨砥粒が混合されていないものも含むものとする。【００３１】
５．埋込配線または埋込メタル配線とは、一般にシングルダマシン(single damascene)やデュアルダマシン(dual damascene)等のように、絶縁膜に形成された溝や孔などのような配線開口部の内部に導電膜を埋め込んだ後、絶縁膜上の不要な導電膜を除去する配線形成技術によってパターニングされた配線をいう。また、一般に、シングルダマシンとは、プラグメタルと、配線用メタルとの２段階に分けて埋め込む、埋込配線プロセスを言う。同様にデュアルダマシンとは、一般にプラグメタルと、配線用メタルとを一度に埋め込む、埋込配線プロセスを言う。一般に、銅埋込配線を多層構成で使用されることが多い。【００３２】
６．本願において半導体装置というときは、特に単結晶シリコン基板上に作られるものだけでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、エピタキシャル基板、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板やＴＦＴ(Thin Film Transistor)液晶製造用基板などといった他の基板上に作られるものを含むものとする。【００３３】
７．半導体集積回路チップまたは半導体チップ（以下、単にチップという）とは、ウエハ工程（ウエハプロセスまたは前工程）が完了したウエハを単位回路群に分割したものを言う。【００３４】
８．低誘電率な絶縁膜（Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜）とは、パッシベーション膜に含まれる酸化シリコン膜（たとえばＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）酸化膜）の誘電率よりも低い誘電率を有する絶縁膜を例示できる。一般的には、ＴＥＯＳ酸化膜の比誘電率ε＝４．１〜４．２程度以下を低誘電率な絶縁膜と言う。【００３５】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。【００３６】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。【００３７】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。【００３８】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。【００３９】
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。【００４０】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、断面図であっても、ハッチングを省略する場合もある。【００４１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。【００４２】
（実施の形態１）
図１〜図９は、本発明の一実施の形態である半導体装置、例えばＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）の製造工程中の要部断面図である。【００４３】
まず、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するｐ型の単結晶シリコンなどからなる半導体ウエハ（ウエハ、半導体基板）１を準備する。それから、半導体ウエハ１の半導体素子形成側の主面に例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation、またはＳＧＩ：Shallow Groove Isolation）法などを用いて、絶縁体からなる素子分離領域２を形成する。素子分離領域２は、例えば次にようにして形成することができる。【００４４】
すなわち、図１に示されるように、半導体ウエハ１の主面に、例えば窒化シリコンなどからなる絶縁膜３を形成し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いて絶縁膜３をパターニングする。それから、パターニングされた絶縁膜３をエッチングマスクとして用いて半導体基板１を所定の深さまでエッチングして、半導体ウエハ１の主面に素子分離溝２ａを形成する。素子分離溝２ａの底部および側壁などを必要に応じて熱酸化法などで酸化した後、酸化シリコンなどからなる絶縁膜４を素子分離溝２ａを埋めるように半導体ウエハ１上に形成する。【００４５】
次に、図２に示されるように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨、化学的機械的研磨）処理を行って絶縁膜４を研磨し、素子分離溝２ａ内に絶縁膜４を残し、それ以外の絶縁膜４の不要な部分を除去する。これにより、素子分離溝２ａを埋める絶縁膜４からなる素子分離領域２を形成することができる。その後、残存する絶縁膜３は除去される。素子分離領域２は、半導体ウエハ１に形成される各素子（半導体素子、例えばＭＩＳＦＥＴ）間を分離するように機能する。これにより、形成された素子間の電気的な干渉をなくし、個々の素子を独立して制御することが可能となる。【００４６】
次に、図３に示されるように、半導体ウエハ１のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴを形成する領域に、ｐ型ウエル６を形成する。ｐ型ウエル６は、例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。【００４７】
次に、ｐ型ウエル６の表面にゲート絶縁膜形成用の絶縁膜７ａを形成する。絶縁膜７ａは、例えば薄い酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。【００４８】
次に、ｐ型ウエル６の絶縁膜７ａ上にゲート電極８を形成する。例えば、半導体ウエハ１の主面上に多結晶シリコン膜を形成し、その多結晶シリコン膜にリン（Ｐ）などをイオン注入して低抵抗のｎ型半導体膜とし、その多結晶シリコン膜をドライエッチングによってパターニングすることにより、パターニングされた多結晶シリコン膜からなるゲート電極８を形成することができる。ゲート電極８の下の絶縁膜７ａが、ＭＩＳＦＥＴのゲート絶縁膜７となる。【００４９】
次に、ｐ型ウエル６のゲート電極８の両側の領域にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することにより、（一対の）ｎ−型半導体領域９を形成する。【００５０】
次に、ゲート電極８の側壁上に、例えば酸化シリコンなどからなる側壁スペーサまたはサイドウォール１０を形成する。サイドウォール１０は、例えば、半導体ウエハ１上に酸化シリコン膜を堆積し、この酸化シリコン膜を異方性エッチングすることによって形成することができる。【００５１】
サイドウォール１０の形成後、（一対の）ｎ＋型半導体領域１１（ソース、ドレイン）を、例えば、ｐ型ウエル６のゲート電極８およびサイドウォール１０の両側の領域にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することにより形成する。イオン注入後、導入した不純物の活性化のためのアニール処理（熱処理）を行うこともできる。ｎ＋型半導体領域１１は、ｎ−型半導体領域９よりも不純物濃度が高い。これにより、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソースまたはドレインとして機能するｎ型の半導体領域（不純物拡散層）が、ｎ＋型半導体領域１１およびｎ−型半導体領域９により形成される。【００５２】
次に、図４に示されるように、ゲート電極８およびｎ＋型半導体領域１１の表面を露出させ、例えばコバルト（Ｃｏ）膜を堆積して熱処理することによって、ゲート電極８とｎ＋型半導体領域１１との表面に、それぞれ金属シリサイド膜（例えばコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）膜）１２を形成する。これにより、ｎ＋型半導体領域１１などの拡散抵抗と、コンタクト抵抗とを低抵抗化することができる。その後、未反応のコバルト膜は除去する。【００５３】
このようにして、ｐ型ウエル６にｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）１３が形成される。なお、ｎ型とｐ型の導電型を逆にして、ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴを形成することもできる。【００５４】
次に、半導体ウエハ１上にゲート電極８を覆うように、相対的に薄い窒化シリコン膜などからなる絶縁膜（エッチングストッパ膜）２１と、相対的に厚い酸化シリコン膜などからなる絶縁膜（層間絶縁膜）２２を、例えばＣＶＤ法などを用いて順次堆積する。下層側の絶縁膜２１は、後述するコンタクトホール２３形成時のエッチングストッパ膜として機能することができる。また、下層側の絶縁膜２１は、不要であれば省略することもできる。【００５５】
次に、図５に示されるように、ＣＭＰ処理を行って絶縁膜２２を研磨し、絶縁膜２２の表面を平坦化する。【００５６】
次に、図６に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁膜２２上に形成したフォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして、絶縁膜２２および絶縁膜２１を順次ドライエッチングすることにより、ｎ＋型半導体領域（ソース、ドレイン）１１の上部などにコンタクトホール（開口部）２３を形成する。コンタクトホール２３の底部では、半導体ウエハ１の主面の一部、例えばｎ＋型半導体領域１１（の表面上のシリサイド膜１２）の一部、やゲート電極８（の表面上のシリサイド膜１２）の一部などが露出される。【００５７】
次に、コンタクトホール２３の内部を含む絶縁膜２２上にバリア膜（例えば窒化チタン膜）２４ａを形成する。それから、タングステン膜２４ｂをＣＶＤ法などによってバリア膜２４ａ上にコンタクトホール２３内を埋めるように形成する。【００５８】
次に、図７に示されるように、ＣＭＰ処理を行って絶縁膜２２の上面が露出するまでタングステン膜２４ｂおよびバリア膜２４ａを研磨する。このＣＭＰ処理により、絶縁膜２２上の不要なタングステン膜２４ｂおよびバリア膜２４ａを除去し、コンタクトホール２３内にタングステン膜２４ｂおよびバリア膜２４ａを残すことにより、コンタクトホール２３に埋め込まれたプラグ２４を形成することができる。【００５９】
次に、図８に示されるように、プラグ２４が埋め込まれた絶縁膜２２上に絶縁膜（エッチンググストッパ膜）２５、絶縁膜（層間絶縁膜）２６および絶縁膜２７を順に形成する。絶縁膜２５は、例えば窒化シリコン膜または炭化シリコン膜などからなり、絶縁膜（層間絶縁膜）２６をエッチングする際のエッチングストッパ膜として機能することができる。また、層間絶縁膜としての絶縁膜２６は、低誘電率材料（いわゆるＬｏｗ−Ｋ絶縁膜、Ｌｏｗ−Ｋ材料）などにより形成することができる。絶縁膜２７は、例えば酸化シリコン膜などにより形成することができ、例えばＣＭＰ処理時における絶縁膜２６の機械的強度の確保、表面保護および耐湿性の確保等のような機能を有することができる。【００６０】
次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、絶縁膜２５,２６，２７を選択的に除去して開口部（配線開口部、配線溝）２８を形成する。このとき、開口部２８の底部では、プラグ２４の上面が露出される。【００６１】
次に、半導体ウエハ１の主面上の全面（すなわち開口部２８の底部および側壁上を含む絶縁膜２７上）に、相対的に薄い導電性バリア膜（例えば窒化チタン膜）２９を形成した後、導電性バリア膜２９上に開口部２８内を埋めるように相対的に厚い銅からなる主導体膜３０を形成する。【００６２】
次に、図９に示されるように、ＣＭＰ処理を行って絶縁膜２７の上面が露出するまで主導体膜３０および導電性バリア膜２９を研磨する。このＣＭＰ処理により、絶縁膜２７上の不要な導電性バリア膜２９および主導体膜３０を除去し、開口部２８内に導電性バリア膜２９および主導体膜３０を残すことにより、配線（第１層配線、埋込銅配線）３１を開口部２８内に形成する。形成された配線３０は、プラグ２４を介して、ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ１３のソースまたはドレイン用のｎ＋型半導体領域１１やゲート電極８などと電気的に接続される。【００６３】
その後、配線３１の上面上を含む絶縁膜２７上に、更に層間絶縁膜や上層の配線層などが形成されるが、ここでは図示およびその説明は省略する。【００６４】
このように、半導体装置の製造工程は、種々のＣＭＰ工程を含んでいる。例えば、素子分離領域２を形成する際のＣＭＰ工程、半導体ウエハ上に形成した層間絶縁膜（例えば絶縁膜２２）を平坦化する際のＣＭＰ工程、層間絶縁膜に形成したスルーホール（例えばコンタクトホール２３）に導電材料を埋め込んでプラグ（例えばプラグ２４）を形成する際のＣＭＰ工程、またはダマシン法で埋込配線（例えば配線３１）を形成する際のＣＭＰ工程などがある。【００６５】
次に、本実施の形態で行われるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）工程について説明する。【００６６】
図１０は、ＣＭＰ工程の処理シーケンス（フロー）を示す説明図である。図１１および図１２は、本実施の形態で行われるＣＭＰ工程に用いられるＣＭＰ装置５１の概略的な構成を示す説明図（平面図）である。図１３は、ＣＭＰ装置５１を構成する複数のプラテン５３のうちの一つのプラテン５３で半導体ウエハ１がＣＭＰ処理される様子を示す説明図（側面図）である。なお、図１２は、図１１のＣＭＰ装置５１において、マルチヘッド保持部５５を透視した状態が示されている。【００６７】
図１１および図１２に示されるように、本実施の形態で行われるＣＭＰ工程に用いられるＣＭＰ装置５１は、マルチプラテン・マルチヘッド方式のＣＭＰ装置である。マルチプラテン・マルチヘッド方式のＣＭＰ装置５１を用いて半導体ウエハを枚葉処理することで、ＣＭＰ処理のスループットを向上させることができる。【００６８】
図１１、図１２および図１３に示されるＣＭＰ装置５１は、半導体ウエハのローディングおよびアンローディングのためのロードカップ５２と、回転可能な複数のプラテン（研磨定盤）５３、例えば３つのプラテン（研磨定盤）５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、半導体ウエハを保持可能な複数の研磨ヘッド（ウエハ保持部、ウエハ保持ヘッド、ウエハキャリア）５４、例えば４つの研磨ヘッド５４とを有している。これら４つの研磨ヘッド５４は、マルチヘッド保持部５５によって支持され、各研磨ヘッド５４は半導体ウエハを保持した状態で回転可能に構成されている。各プラテン５３の上面には、研磨パッド（研磨布）５８が貼り付けられている。４つの研磨ヘッド５４のうちのプラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃ上の３つの研磨ヘッド５４は、半導体ウエハを保持してプラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃの上面の研磨パッド５８に半導体ウエハを押し付け、４つの研磨ヘッド５４のうちのロードカップ５２上の１つの研磨ヘッド５４は、ロードカップ５２から半導体ウエハを受け取り、ロードカップ５２へ半導体ウエハを送り出すように構成されている。また、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃの上面に貼り付けられた研磨パッドとしては、例えば発砲ポリウレタンを主成分とする研磨パッドなどを用いることができる。【００６９】
ＣＭＰ装置５１は、更に、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃの上面の研磨パッド５８をドレッシング処理（研磨パッド５８の目立て処理、摩滅などにより平滑化された研磨パッド５８の表面をダイヤモンド砥石（砥粒）などを用いて修正または修復する処理）するためのコンディショナ（ドレッサ、ドレッシング部材）５６と、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃの上面の研磨パッド５８に研磨液（スラリ、薬液）または水（純水）などの液体５９を供給するためのノズル５７とを有している。プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃ、研磨ヘッド５４およびコンディショナ５６は、それぞれモータなどにより回転可能に構成されている。また、研磨ヘッド５４は、半導体ウエハをチャックして保持可能である。【００７０】
ノズル５７のうち、ノズル５７ａはプラテン５３ａの上面の研磨パッド５８に研磨液（スラリ、薬液）を供給し、ノズル５７ｂはプラテン５３ｂの上面の研磨パッド５８に研磨液（スラリ、薬液）を供給し、ノズル５７ｃはプラテン５３ｃの上面の研磨パッド５８に水（純水）を供給する。従って、プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃのうち、プラテン５３ａおよびプラテン５３ｂは、研磨用のスラリを用いて主として研磨を行うための研磨プラテンであり、プラテン５３ｃは、研磨用のスラリではなく水（純水）を用いて主として洗浄を行うためのバフプラテンである。コンディショナ５６の表面（ドレッシング処理において研磨パッド５８に接触する面）には、例えばダイヤモンド砥石（砥粒）などが埋め込まれている。【００７１】
次に、ＣＭＰ装置５１装置を用いたＣＭＰ処理の動作の概要について説明する。【００７２】
図１０に示されるように、ＣＭＰ処理を行うべき材料膜（例えば上記絶縁膜４、絶縁膜２２、バリア膜２４ａおよびタングステン膜２４ｂ、または導電性バリア膜２９および主導体膜３０など）を成膜装置（例えばＣＶＤ装置など）を用いて半導体ウエハ１の主面上に形成した（ステップＳ１）後、図示しない搬送装置などを経てＣＭＰ装置５１のロードカップ５２に送られ、ロードカップ５２上にある研磨ヘッド５４に保持される（ステップＳ２）。研磨ヘッド５４に保持（支持）された半導体ウエハ１は、マルチヘッド保持部５５が回転することにより、３個のプラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃを順次移動しながら研磨（ＣＭＰ処理）が進められる。【００７３】
すなわち、マルチヘッド保持部５５が回転することにより、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃおよびロードカップ５２上にある研磨ヘッド５４は、次のプラテン５３またはロードカップ５２上に移動する。この際、ロードカップ５２で半導体ウエハ１を保持した研磨ヘッド５４は、マルチヘッド保持部５５が回転することによりプラテン５３ａ上に移動する。そして、図１３に示されるように、回転するプラテン５３ａの上面の研磨パッド５８に、研磨ヘッド５４に保持（支持）されて回転する半導体ウエハ１の表面（ＣＭＰ処理すべき材料膜が形成された側の主面）が接触し、所定の圧力で半導体ウエハ１が研磨パッドに押し付けられる。この際、ノズル５７ａから液体５９として研磨液がプラテン５３ａの上面の研磨パッド５８に供給される。研磨パッド５８上に研磨液を供給しながら半導体ウエハ１の表面とプラテン５３ａの上面の研磨パッドとがそれらの回転により摺擦され、半導体ウエハ１の表面が化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）される（ステップＳ３）。これにより、半導体ウエハ１の表面に形成されていたＣＭＰ処理すべき材料膜がＣＭＰ（化学機械研磨）処理される。また、プラテン５３ａの上面の研磨パッド５８にコンディショナ５６が所定の圧力で押し付けられて、研磨パッド５８の表面がドレッシング処理されることにより、研磨パッド５８の研磨条件を維持することができる。また、後述するように、下方より研磨ヘッド５４に樹脂材料よりなるリテーナリング６０がネジ留めされており、このリテーナリング６０が、研磨中に半導体ウエハ１が研磨ヘッド５４からはずれるのを防止する。すなわち、リテーナリング６０によって半導体ウエハ１（の外縁）を研磨ヘッド５４に保持（支持）した状態で半導体ウエハ１を化学機械研磨することができる。なお、リテーナリング６０は半導体ウエハ１を囲むような環状（リング状）の形状を有しているが、図１３では、リテーナリング６０の断面が示されている。【００７４】
プラテン５３ａで所定の厚みの研磨が行われた後、マルチヘッド保持部５５が回転することにより、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃおよびロードカップ５２上にある研磨ヘッド５４は次のプラテン５３またはロードカップ５２上に移動する。この際、プラテン５３ａ上にある研磨ヘッド５４は、マルチヘッド保持部５５が回転することによりプラテン５３ｂ上に移動する。そして、図１３に示されるように、回転するプラテン５３ｂの上面の研磨パッド５８に、研磨ヘッド５４に保持（支持）されて回転する半導体ウエハ１の表面が接触し、所定の圧力で半導体ウエハ１が研磨パッド５８に押し付けられる。この際、ノズル５７ｂから液体５９として研磨液がプラテン５３ｂの上面の研磨パッド５８に供給される。研磨パッド５８上に研磨液を供給しながら半導体ウエハ１の表面とプラテン５３ｂの上面の研磨パッド５８とがそれらの回転により摺擦され、半導体ウエハ１の表面が化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）される（ステップＳ４）。これにより、半導体ウエハ１の表面に形成されていたＣＭＰ処理すべき材料膜が更にＣＭＰ（化学機械研磨）処理される。また、プラテン５３ｂの上面の研磨パッド５８にコンディショナ５６が所定の圧力で押し付けられて、研磨パッド５８の表面がドレッシング処理されることにより、研磨パッドの研磨条件を維持することができる。また、リテーナリング６０が、研磨中に半導体ウエハ１が研磨ヘッド５４からはずれるのを防止する。【００７５】
プラテン５３ｂで所定の厚みの研磨が行われた後、マルチヘッド保持部５５が回転することにより、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃおよびロードカップ５２上にある研磨ヘッド５４は次のプラテン５３またはロードカップ５２上に移動する。この際、プラテン５３ｂ上にある研磨ヘッド５４は、マルチヘッド保持部５５が回転することによりプラテン５３ｃ上に移動する。そして、図１３に示されるように、回転するプラテン５３ｂの上面の研磨パッド５８に、研磨ヘッド５４に保持（支持）されて回転する半導体ウエハ１の表面が接触し、所定の圧力で半導体ウエハ１が研磨パッド５８に押し付けられる。この際、ノズル５７ｃから液体５９として純水（リンス液）がプラテン５３ｃの上面の研磨パッド５８に供給される。研磨パッド５８上に純水を供給しながら半導体ウエハ１の表面とプラテン５３ｃの上面の研磨パッド５８とがそれらの回転により摺擦され、半導体ウエハ１の表面が洗浄（水洗い）される（ステップＳ５）。また、プラテン５３ｃの上面の研磨パッド５８にコンディショナ５６が所定の圧力で押し付けられて、研磨パッド５８の表面がドレッシング処理される。また、リテーナリング６０が、半導体ウエハ１が研磨ヘッド５４からはずれるのを防止する。【００７６】
プラテン５３ｃで洗浄処理（水洗い）が行われた後、マルチヘッド保持部５５が回転することにより、各プラテン５３ａ，５３ｂ，５３ｃおよびロードカップ５２上にある研磨ヘッド５４は次のプラテン５３またはロードカップ５２上に移動する。この際、プラテン５３ｃ上にある研磨ヘッド５４はロードカップ上５２上に移動し、ロードカップ５２で研磨ヘッド５４から取り外される（ステップＳ６）。取り外された半導体ウエハ１は洗浄装置に送られる。洗浄装置（ＣＭＰ工程後の半導体ウエハ１の洗浄工程）では、まず、半導体ウエハ１の表面と裏面とがブラシ洗浄される（ステップＳ７）。それから、例えばＡＰＭ（Ammonia-Hydrogen Peroxide Mixture）液、ＤＨＦ（Diluted Hydrofluoric acid）液またはＨＰＭ（Hydrochloric acid-Hydrogen Peroxide Mixture）液などを用いて半導体ウエハ１がウェット洗浄処理される（ステップＳ８）。更に、半導体ウエハ１を純水で洗浄（ステップＳ９）した後、例えば窒素ガスなどを吹きつけながら（ブローしながら）半導体ウエハ１を回転させて乾燥（スピン乾燥）させる（ステップＳ１０）。ＣＭＰ工程とその後のＣＭＰ後洗浄工程とは、一貫して行われる。【００７７】
次に、本実施の形態で行われるＣＭＰ工程に用いられるＣＭＰ装置５１の研磨ヘッド（ウエハ保持部、ウエハ保持ヘッド、ウエハキャリア）５４について、より詳細に説明する。図１４はＣＭＰ装置５１の研磨ヘッド５４の要部断面図、図１５は研磨ヘッド５４のリテーナリング６０近傍領域の要部断面図である。なお、図示を簡単にするために、図１４には研磨ヘッド５４の左半分の断面図が示されているが、研磨ヘッド５４の全体の断面図を示す場合は、二点鎖線で示される回転軸１１０の右側に、左側と対称な断面構造を記載すればよい。【００７８】
本実施の形態の研磨ヘッド５４は、ヘッド本体部（ハウジング部材）１０１、キャリアプレート（ベース部材、胴部）１０２、キャリア部（ウエハ裏当て組立体）１０３およびリテーナリング６０を有している。【００７９】
ヘッド本体部１０１は、略円盤状に形成されており、その中央上部がモータにより駆動される回転シャフト（図示せず）に連結されて、回転軸１１０の周囲に回転可能に構成されている。【００８０】
キャリアプレート１０２は、ヘッド本体部１０１の下に位置し、略環状の形状を有している。キャリアプレート１０２は、例えばステンレス鋼などの剛性を有する材料により形成することができる。【００８１】
キャリア部１０３は、略円盤状の形状を有しており、その下面においてＣＭＰ処理すべき半導体ウエハ１の一面を保持するものである。キャリア部１０３は、複数の孔１１１ａを有する円盤状部材（有孔円板体）からなる支持プレート１１１と、支持プレート１１１の上面の外周部に接続された環状（リング状）の第１固定リング（下部クランプリング）１１２と、第１固定リング（クランプ）１１２上にダイヤフラム（ダイアフラム、フレクサ）１１３を介して接続された環状（リング状）の第２固定リング（上部クランプリング）１１４と、支持プレート１１１の下に延在するメンブレン（膜部材、膜状部材）１１５とを有している。支持プレート１１１、第１固定リング１１２および第２固定リング１１４は、ネジ留め（ネジ止め）されて固定されている。【００８２】
ダイヤフラム１１３は、環状（リング状）の形状を有している。ダイアダイヤフラム１１３は、可撓性を有し、弾性を有しており、例えばゴムなどの弾性体膜（弾性膜）により形成することができる。ダイヤフラム１１３の内縁は第１固定リング１１２と第２固定リング１１４との間に挟まれて固定（クランプ）されている。ダイヤフラム１１３の外縁は、キャリアプレート１０２とダイヤフラム固定リング（ダイヤフラム固定部材、フレクサ固定リング、クランプリング、金属部材）１２０との間に挟まれて固定（クランプ）されている。このため、ダイヤフラム１１３は、キャリアプレート１０２の下面とキャリア部１０３との間の空間（後述する空間１５１）を封止するように機能することができる。ダイヤフラム固定リング１２０は、環状（リング状）の形状を有している。ダイヤフラム固定リング１２０は、樹脂材料からなるリテーナリング６０よりも機械的強度が高い材料、すなわち金属材料により形成されている。例えばステンレス鋼などの剛性が高い材料によりダイヤフラム固定リング１２０形成すればより好ましい。ダイヤフラム固定リング１２０は、キャリアプレート１０２の下面の外周部に配置されており、キャリアプレート１０２およびダイヤフラム固定リング１２０は、キャリアプレート１０２の上面側からネジ１２１によってネジ留めされて固定されている。【００８３】
メンブレン１１５は、円形の薄い膜状の形状を有している。メンブレン１１５は、可撓性を有し、弾性を有しており、例えばゴムなどの弾性体膜（弾性膜）により形成することができる。メンブレン１１５は支持プレート１１１の下に延在するが、メンブレン１１５の外周部は、支持プレート１１１の側壁上を経て支持プレート１１１の上面端部にまで延在し、支持プレート１１１と第１固定リング１１２との間に挟まれて固定（クランプ）されている。【００８４】
キャリアプレート１０２は、リング部材１３１に例えばネジ留めされて連結されており、このリング部材１３１は円筒状のロッド１３２に例えばネジ留めされて連結されている。このロッド１３２は、ヘッド本体部１０１に固定された円筒状のブシュ（ブッシュ）１３３の内孔１３３ａに挿入されており、この内孔１３３ａに沿って滑らかに移動できるようになっている。これにより、ヘッド本体部１０１に対するキャリアプレート１０２の垂直方向（上下方向）の動きを可能にし、またヘッド本体部１０１に対するキャリアプレート１０２の水平方向（横方向）の動きを防止することができる。【００８５】
可撓性の弾性体膜からなる環状（リング状）のダイヤフラム１４１の内縁は、固定リング（インナクランプリング）１４２によってヘッド本体部１０１に固定（クランプ）され、ダイヤフラム１４１の外縁は、固定リング（アウタクランプリング）１６３によってキャリアプレート１０２に固定（クランプ）されている。このため、ダイヤフラム１４１は、ヘッド本体部１０１の下面とキャリアプレート１０２の上面との間の空間（後述する空間１５２）を封止するように機能することができる。【００８６】
メンブレン１１５、支持プレート１１１、第１固定リング１１２、第２固定リング１１４、ダイヤフラム１１３、キャリアプレート１０２（の下面）、リング部材１３１（の下面）およびロッド１３２（の内壁）の間に封止（密閉）された空間１５１の圧力が制御可能に構成されている。例えば、ポンプ（図示せず）などがブシュ１３３の内孔１３３ａおよびロッド１３２の内孔１３２ａを介して空間１５１に流体的に接続されて、空間１５１の圧力を所望の圧力に制御できるようになっている。空間１５１の圧力を調節することで、メンブレン１１５の下方への力（メンブレン１１５が半導体ウエハ１を研磨パッド５８に押し付ける力または圧力）を制御することができる。例えば、加圧ガスを空間１５１に導入するなどして空間１５１の圧力を高めることで、メンブレン１１５を膨らませてメンブレン１１５が半導体ウエハ１を研磨パッド５８に押し付ける力（圧力）を高めることができ、空間１５１の圧力を低下させることで、メンブレン１１５を縮ませてメンブレン１１５が半導体ウエハ１を研磨パッド５８に押し付ける力（圧力）を低下させることができる。なお、このように空間１５１の圧力を調節することにより、主として、メンブレン１１５から半導体ウエハ１へのウエハ裏面全体の加圧条件を制御することができる。【００８７】
ヘッド本体部１０１（の下面）、ダイヤフラム１４１、キャリアプレート１０２（の上面）およびロッド１３２（の外壁）の間に封止（密閉）された空間１５２の圧力が制御可能に構成されている。例えば、ポンプ（図示せず）などが経路（孔）１５３を介して空間１５２に流体的に接続されて、空間１５２の圧力を所望の圧力に制御できるようになっている。空間１５２の圧力を調節することで、キャリアプレート１０２を下方に押し下げて、リテーナリング６０が研磨パッド５８を押す圧力を制御することができる。例えば、加圧ガスを空間１５２に導入するなどして空間１５２の圧力を高めることで、キャリアプレート１０２を下方に押し下げるように作用させて、リテーナリング６０が研磨パッド５８を押す圧力を高めることができ、空間１５２の圧力を低下させることで、キャリアプレート１０２を上方に移動するように作用させて、リテーナリング６０が研磨パッド５８を押す圧力を低下させることができる。なお、このように空間１５２の圧力を調節することにより、主として、半導体ウエハ１のウエハエッジでの研磨レートを制御することが可能になる。【００８８】
キャリア部１０３の第２固定リング１１４の上方において、例えば可撓性の弾性体膜（弾性膜）などからなるインナチューブ１６１がキャリアプレート１０２の下面に取り付けられており、インナチューブ１６１によって封止（密閉）された空間１６２の圧力が制御可能に構成されている。例えば、ポンプ（図示せず）に接続された経路が空間１６２に流体的に接続されて、空間１６２の圧力を所望の圧力に制御できるようになっている。空間１６２の圧力を調節することで、インナチューブ１６１の膨張の程度を調整し、インナチューブ１６１が接する第２固定リング１１４およびキャリア部１０３の下方への力を制御することができる。例えば、空間１６２の圧力を高めることで、インナチューブ１６１を膨らませてインナチューブ１６１が接する第２固定リング１１４に下方への圧力を作用させ、キャリア部１０３が半導体ウエハ１を研磨パッド５８に押し付ける力（圧力）を高めることができる。なお、このように空間１６２の圧力を調節することにより、主として、半導体ウエハ１のウエハエッジから３０ｍｍ付近での半導体ウエハ１の加圧条件を制御することができる。【００８９】
このように、本実施の形態では、半導体ウエハ１の裏面のほぼ全面（周辺部は一般に機械的圧力が加わることが多い）をメンブレン１１５（またはフレキシブルな薄膜）を介して静ガス圧（または圧縮性流体圧）または準静ガス圧で加圧した状態で半導体ウエハ１を化学機械研磨する。この際、後述するように、下方より研磨ヘッド５４（ウエハ保持部）にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリング６０によって半導体ウエハ１を研磨ヘッド５４（ウエハ保持部）に保持する。【００９０】
上記のようにダイヤフラム固定リング１２０は、ダイヤフラム固定リング１２０の上面とキャリアプレート１０２の下面との間にダイヤフラム１１３の外縁部を挟むようにして、キャリアプレート１０２の上面側からネジ１２１によってキャリアプレート１０２にネジ留めされて固定されている。ダイヤフラム固定リング１２０の上面のダイヤフラム１１３に接触する部分には、凹凸部１２０ａが設けられており、この凹凸部１２０ａによって弾性体膜からなるダイヤフラム１１３をしっかりとクランプできるようになっている。ダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂには、リテーナリング６０が取り付けられている。リテーナリング６０は、環状（リング状）の形状を有しており、樹脂材料により形成されている。リテーナリング６０の上面６０ａがダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂに対向して接触するように、リテーナリング６０がリテーナリング６０の下面６０ｂ側からネジ１７０によってダイヤフラム固定リング１２０にネジ留め（ネジ止め）されて固定（クランプ）されている。また、ダイヤフラム固定リング１２０とリテーナリング６０の位置ズレ防止策として、２本位置決めピン（後述する位置決めピン１８２に対応）を設けている。ダイヤフラム固定リング１２０とリテーナリング６０とは、同心円の環状形状を有し、ダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂとそこに接触するリテーナリング６０の上面６０ａとは同形状を有しているので、ダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂにリテーナリング６０の上面６０ａを確実に固定することができる。上記のように、空間１５２に流体（例えばガス）を送り込んで空間１５２の圧力を高めることで、キャリアプレート１０２を下方に押し下げ、キャリアプレート１０２にダイヤフラム固定リング１２０を介して固定されたリテーナリング６０を研磨パッド５８に負荷を加えるように下向きに押すことができる。リテーナリング６０の内部側面（内周側の側面）６０ｃとメンブレン１１５の表面１１５ａとは、半導体ウエハ１を収容する凹部（窪み部、リセス）を形成し、リテーナリング６０は、この凹部から半導体ウエハ１がはずれるのを防止することができる。すなわち、リテーナリング６０によって半導体ウエハ１を研磨ヘッド５４に保持（支持）した状態で半導体ウエハ１を化学機械研磨することができる。【００９１】
図１６は、本実施の形態で使用されるダイヤフラム固定リング１２０の平面図（下面図）である。図１７はダイヤフラム固定リング１２０にリテーナリング６０を取り付けた（ネジ留めした）状態を示す平面図（下面図）であり、図１８、図１９および図２０は、その要部断面図である。図１７のＡ−Ａ線の断面が図１８に対応し、図１７のＢ−Ｂ線の断面が図１９に対応し、図１７のＣ−Ｃ線の断面が図２０に対応する。なお、図１６および図１７は下面図であり、図１８および図１９は、下面側を上方に向けた断面図である。【００９２】
図１７〜図２０に示されるように、リテーナリング６０の下面６０ｂ（研磨パッド５８に接触する側の面）には、複数の溝１８０が形成されている。各溝１８０は、リテーナリング６０の内部側面（内周側の側面）６０ｃの下端と外部側面（外周側側面）６０ｄの下端とを連結するように形成されている。リテーナリング６０の下面６０ｂに溝１８０を形成することで、半導体ウエハ１をＣＭＰ処理する際に、研磨パッド５８上に供給される研磨液（スラリ）がリテーナリング６０の外部からリテーナリング６０の溝１８０を通ってリテーナリング６０内の半導体ウエハ１の研磨面に供給されるのを促進することができる。リテーナリング６０に溝１８０を形成することにより、ＣＭＰ処理中に半導体ウエハ１の主面（研磨面）に研磨液（スラリ）をまんべんなく供給することが可能になるので、半導体ウエハの面内で均一に研磨することができ、半導体ウエハの研磨むらが生じるのを抑制または防止することができる。【００９３】
また、研磨ヘッド５４がリテーナリング６０および半導体ウエハ１とともに回転しながら半導体ウエハ１を研磨パッド５８に所定の圧力で接触させてＣＭＰ処理を行うが、回転するリテーナリング６０の下面６０ｂの溝１８０を研磨液などが通過しやすいように、溝１８０は、環状のリテーナリング６０の下面６０ｂの内周（内部側面６０ｃ）または外周（外部側面６０ｄ）の法線方向に対して傾斜する向きに形成されている。【００９４】
また、図１６および図１９にも示されているように、リテーナリング６０の下面６０ｂの溝１８０内には、ネジ穴（ネジ孔）１８１が形成されている。ネジ穴１８１は、ネジ１７０の頭部１７０ａを収容するための凹部（第１の穴部）１８１ａと、凹部１８１ａの底部に設けられ、その側壁にねじが切ってある（ねじ（めねじ）が形成されている）ネジ穴部（第２の穴部、凹部）１８１ｂとを有している。ネジ穴１８１の凹部１８１ａの深さＤ１は、ネジ１７０の頭部１７０ａの高さＨ１よりも大きい（Ｄ１＞Ｈ１）。これにより、ネジ穴１８１でネジ留めされたネジ１７０の頭部１７０ａの上面１７０ｂがリテーナリング６０の下面６０ｂから突出しないようにすることができる。本実施の形態とは異なり、ネジ穴１８１でネジ留めされたネジ１７０の頭部１７０ａの上面１７０ｂがリテーナリング６０の下面６０ｂから突出していた場合、研磨パッドにネジ１７０の頭部１７０ａが接触して、研磨パッドに悪影響を与える可能性があるが、本実施の形態では、ネジ穴１８１にネジ留めされたネジ１７０の頭部１７０ａの上面１７０ｂがリテーナリング６０の下面６０ｂに対して引っ込んでいるので、研磨パッドにネジ１７０の頭部１７０ａが接触するのを防止できる。また、ネジ穴１８１の凹部１８１ａの深さＤ１は、溝１８０の深さＤ２よりも深い（Ｄ１＞Ｄ２）。【００９５】
リテーナリング６０のネジ穴部１８１ｂに整合する位置のダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂ（リテーナリング６０を取り付ける側の面）にも、ネジ穴部１８１ｃが形成されている。ネジ穴部１８１ｃの側壁には、ねじが切ってある（ねじ（めねじ）が形成されている）。ネジ１７０のねじ（ねじ山、おねじ）が形成されているネジ部１７０ｃは、リテーナリング６０のネジ穴部１８１ｂを通って更にダイヤフラム固定リング１２０のネジ穴部１８１ｃに挿入されて（ねじ込まれて、螺合されて）、リテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０にネジ留めして固定している。【００９６】
また、ダイヤフラム固定リング１２０とリテーナリング６０の位置ズレ防止策として、２本位置決めピン１８２を設けている。例えば、ダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂに位置決めピン１８２挿入用の孔部（凹部）１８２ａを２箇所設け、この孔部１８２ａに対応する位置にあるリテーナリング６０の上面６０ａにも位置決めピン１８２挿入用の孔部（凹部）１８２ｂを設けておく。リテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０に取り付ける際には、まず、孔部１８２ａ，１８２ｂの一方、例えばダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂの孔部１８２ａに位置決めピン１８２の一端を挿入する。それから、位置決めピン１８２の他端が孔部１８２ａ，１８２ｂの他方に挿入されるように、例えばダイヤフラム固定リング１２０の孔部１８２ａに挿入された位置決めピン１８２の他端がリテーナリング６０の上面６０ａの孔部１８２ｂに挿入されるように、リテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０上に配置して位置決めする。そして、ネジ１７０でリテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０にネジ留めして固定する。【００９７】
本実施の形態では、リテーナリング６０の下面６０ｂに溝１８０を形成し、溝１８０内にネジ穴１８１が形成されている。すなわち、ネジ穴１８１の凹部１８１ａを通過するように溝１８０が形成されている。溝１８０内にネジ穴１８１を形成することで、ネジ穴１８１の凹部１８１ａとネジ１７０の頭部１７０ａに液体（例えば液体５９）が供給されやすくなり、ネジ穴１８１の凹部１８１ａで研磨液（スラリ）が固化するのを防止することができる。特に、稼動時はプラテン５３ｃでノズル５７ｃから、スタンバイ時はロードカップ５２から純水を供給するので、この純水が溝１８０を流れてネジ穴１８１の凹部１８１ａで研磨液（スラリ）などが固化するのを防止することができる。【００９８】
本実施の形態とは異なり、溝１８０以外の領域にネジ穴１８１を設けた場合、ネジ穴１８１の凹部１８１ａに溜まった研磨液が固化し、これによって形成された固形物が半導体ウエハのＣＭＰ処理時にネジ穴１８１の凹部１８１ａから剥離して半導体ウエハの研磨に悪影響を与える可能性がある。それに対して、本実施の形態では、リテーナリング６０の下面６０ｂに形成した溝１８０内にネジ穴１８１を設けたことにより、溝１８０を通過する液体がネジ穴１８１の凹部１８１ａも通過し、ＣＭＰ処理中はネジ穴１８１の凹部１８１ａが常に濡れた状態となるので、ネジ穴１８１の凹部１８１ａで研磨液（スラリ）が固化するのを防止でき、固化した研磨液が半導体ウエハの研磨に悪影響を与えるのを防止することができる。【００９９】
また、ダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂは、平面度（平坦度）を３０μｍ以下にすればより好ましい。これにより、リテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０にネジ１７０でネジ留めした際に、リテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０に安定してしっかりと固定することができる。【０１００】
このように、本実施の形態では、ダイヤフラム固定リング１２０とキャリアプレート１０２との間にダイヤフラム１１３をクランプし、ダイヤフラム固定リング１２０とキャリアプレート１０２とはキャリアプレート１０２の上面側からネジ１２１によってネジ留めして固定し、このダイヤフラム固定リング１２０にリテーナリング６０を下方（リテーナリング６０の下面６０ａ側）からネジ１７０でネジ留めして固定している。【０１０１】
図２１は、本発明者が検討した第１の比較例の研磨ヘッド２５４を示す要部断面図である。図２１には、図１５に対応する領域が示されている。図２１の研磨ヘッド２５４では、ダイヤフラム固定リング１２０を用いずに、樹脂材料からなる環状のリテーナリング２６０（第１の比較例のリテーナリング２６０）とキャリアプレート１０２との間にダイヤフラム１１３の外縁をクランプしている。リテーナリング２６０はキャリアプレート１０２にキャリアプレート１０２の上面側からネジ２２１によってネジ留めされて固定されている。他の構成は本実施の形態の研磨ヘッド５４とほぼ同様であるので、ここではその説明は省略する。【０１０２】
図２１に示される第１の比較例の研磨ヘッド２５４では、樹脂材料からなるリテーナリング２６０とキャリアプレート１０２との間にゴム材などの弾性体からなるダイヤフラム１１３を直接的に挟んで固定している。このため、放置状態により、リテーナリング２６０の表面変形が発生し、半導体ウエハのエッジ部の研磨レートに影響を与え、半導体ウエハの研磨量の均一性が安定しない可能性がある。例えば、スタンバイ時（着工前）には、ゴム材などの弾性体からなるダイヤフラム１１３の影響でリテーナリング２６０の下面２６０ｂが外側を向くように変形し、ＣＭＰ処理の着工時には、研磨パッド５８からの圧力により、リテーナリング２６０の下面２６０ｂが内側を向くように変形する。このように、第１の比較例の研磨ヘッド２５４では、リテーナリング２６０の表面状態が安定しないので、スタンバイ状態と着工状態を繰り返すごとにリテーナリング２６０の表面状態（例えば研磨パッドの表面に対するリテーナリング２６０の下面２６０ｂの傾斜角度）が変動し、半導体ウエハのエッジ部の研磨レートに影響を与え、半導体ウエハの研磨量の均一性が安定しない可能性がある。これは、半導体装置の製造歩留りを低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる。【０１０３】
図２２は、本発明者が検討した第２の比較例の研磨ヘッド３５４を示す要部断面図である。図２２には、図１５に対応する領域が示されている。図２２の研磨ヘッド３５４では、ダイヤフラム固定リング１２０を用いずに、ステンレス鋼などの剛性を有する材料からなる第１の部分３６０ａと、樹脂材料からなり第１の部分３６０ａに接着された第２の部分３６０ｂとからなる環状のリテーナリング３６０（第２の比較例のリテーナリング３６０）を用い、このリテーナリング３６０の第１の部分３６０ａとキャリアプレート１０２との間にダイヤフラム１１３の外縁をクランプしている。リテーナリング３６０はキャリアプレート１０２にキャリアプレート１０２の上面側からネジ３２１によってネジ留めされて固定されている。他の構成は本実施の形態の研磨ヘッド５４とほぼ同様であるので、ここではその説明は省略する。【０１０４】
図２２に示される第２の比較例の研磨ヘッド３５４では、ステンレス鋼などからなる第１の部分３６０ａと樹脂材料からなる第２の部分３６０ｂとを接着材で接着して一体化したリテーナリング３６０を形成し、このリテーナリング３６０をキャリアプレート１０２にネジ留めしている。第２の比較例では、リテーナリング３６０のうちのステンレス鋼などからなる第１の部分３６０ａとキャリアプレート１０２との間にゴム材などの弾性体からなるダイヤフラム１１３を挟んで固定しているので、樹脂材料からなるリテーナリング２６０とキャリアプレート１０２との間にダイヤフラム１１３を挟んだ第１の比較例に比べて、ダイヤフラム１１３のクランプ状態が変動しにくく、スタンバイ状態と着工状態を繰り返してもリテーナリング３６０の表面状態（例えば研磨パッド５８の表面に対するリテーナリング３６０の第２の部分３６０ｂの下面３６０ｃの傾斜角度）が変動しにくく、半導体ウエハの研磨量の均一性を安定させることができる。【０１０５】
しかしながら、第２の比較例では、複数の半導体ウエハのＣＭＰ処理を行うことによりリテーナリング３６０の樹脂材料からなる第２の部分３６０ｂが磨耗すると、リテーナリング３６０の交換が必要となるが、第１の部分３６０ａと第２の部分３６０ｂとは接着材で接着されて一体化されているので、第１の部分３６０ａと第２の部分３６０ｂとからなるリテーナリング３６０全体を交換する必要がある。リテーナリング３６０を交換するごとに、リテーナリング３６０の第１の部分３６０ａとキャリアプレート１０２とによるダイヤフラム１１３の挟み具合が変化し、半導体ウエハのエッジ部の研磨レートに影響を与える可能性がある。このため、新しいリテーナリング３６０に交換した後には、製品ウエハ（半導体装置を製造するための半導体ウエハ）のＣＭＰ処理に着工する前に、リテーナリング３６０の条件だしなどを行って、半導体ウエハのエッジ部の研磨レートを調整または確認する必要がある。これは、ＣＭＰ装置の稼働率を低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる。また、樹脂材料からなる第２の部分３６０ｂが摩耗したときには、第１の部分３６０ａと第２の部分３６０ｂとからなるリテーナリング３６０全体を交換する必要があるため、交換部品（リテーナリング３６０）の単価が高くなり、これも半導体装置の製造コストを増大させてしまう。【０１０６】
それに対して、本実施の形態では、例えばステンレス鋼などの剛性を有する材料（金属材料）よりなるダイヤフラム固定リング１２０とキャリアプレート１０２との間にダイヤフラム１１３をクランプし、ダイヤフラム固定リング１２０とキャリアプレート１０２とをキャリアプレート１０２の上面側からネジ１２１によってネジ留めしてしっかりと固定し、このダイヤフラム固定リング１２０に樹脂材料よりなるリテーナリング６０を下方（リテーナリング６０の下面６０ａ側）からネジ１７０でネジ留めしてしっかりと固定している。樹脂材料よりなるリテーナリング６０とダイヤフラム固定リング１２０との間にダイヤフラム１１３を挟まずに、リテーナリング６０よりも硬い（機械的強度が高い）ダイヤフラム固定リング１２０とキャリアプレート１０２との間にダイヤフラム１１３をクランプし、平面度良好なダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂ上に直接リテーナリング６０を固定しているので、リテーナリング６０がダイヤフラム固定リング１２０およびキャリアプレート１０２にしっかりと安定して固定させることができる。このため、リテーナリング６０の樹脂表面（研磨パッド接触部）の変形が発生せず、半導体ウエハの研磨量の均一性を安定させることができる。例えば、ダイヤフラム１１３のクランプ状態が変動しにくく、スタンバイ時（着工前）とＣＭＰ処理の着工時とで、リテーナリング６０の表面状態（例えば研磨パッド５８の表面に対するリテーナリング６０の下面６０ｂの傾斜角度）が変動せず、リテーナリング６０の表面状態を安定させることができるので、スタンバイ状態と着工状態を繰り返しても半導体ウエハの研磨量の均一性を安定させることができる。これにより、半導体装置の製造歩留りを向上し、半導体装置の製造コストを低減できる。【０１０７】
また、複数の半導体ウエハのＣＭＰ処理を行うことにより樹脂材料からなるリテーナリング６０が磨耗すると、リテーナリング６０の交換が必要となるが、本実施の形態では、下方（下面６０ｂ側）からリテーナリング６０をダイヤフラム固定リング１２０にネジ１７０でネジ留めしているので、ネジ１７０を外しただけでリテーナリング６０を交換することができる。このため、リテーナリング６０を速やかにかつ容易に交換することができ、リテーナリング６０の交換の作業性を向上させることができる。また、ネジ１７０を外すことによりリテーナリング６０だけを外して交換することができるので、リテーナリング６０交換時にダイヤフラム固定リング１２０を外す必要がない。このため、リテーナリング６０を交換しても、ダイヤフラム固定リング１２０とキャリアプレート１０２とによるダイヤフラム１１３の挟み具合は変化しない。従って、リテーナリング６０を交換してもリテーナリング６０の表面状態が変動しないので、リテーナリング６０の交換後、速やかにＣＭＰ処理に着工することができ、半導体ウエハの研磨量の均一性を安定させることができる。これにより、ＣＭＰ装置の稼働率を向上し、半導体装置の製造コストを低減することができる。また、リテーナリング６０が摩耗したときには、樹脂材料からなるリテーナリング６０だけを交換すればよく、金属部品であるダイヤフラム固定リング１２０の交換は不要であるので、交換部品（リテーナリング６０）の単価を安くすることができ、これも半導体装置の製造コストの低減に寄与することができる。【０１０８】
また、本実施の形態では、リテーナリング６０の下面６０ｂに溝１８０を形成し、溝１８０内にネジ穴１８１を形成している。すなわち、ネジ穴１８１の凹部１８１ａを通過するように溝１８０を形成している。溝１８０内にネジ穴１８１を形成することで、ネジ穴１８１の凹部１８１ａとネジ１７０の頭部１７０ａに体が供給されやすくなり、ネジ穴１８１の凹部１８１ａで研磨液（スラリ）が固化するのを防止することができる。これにより、固化した研磨液などが半導体ウエハの研磨に悪影響を与えるのを防止できる。従って、半導体装置の製造歩留りを向上させ、半導体装置の製造コストを低減できる。【０１０９】
（実施の形態２）
図２３は、樹脂材料からなるリテーナリング６０の磨耗モデルを示す説明図（断面図）である。リテーナリング６０を交換した直後の新品時（図２３の新品時に対応）には、リテーナリング６０の下面６０ｂ（研磨パッド５８に接触する側の面）はほぼ平坦であり、その平面度（平坦度）Ｈ２は例えば３０μｍより小さい（Ｈ２＜３０μｍ）。多数の半導体ウエハをＣＭＰ処理すると、リテーナリング６０の下面６０ｂも一緒に研磨されて磨耗されていくが、リテーナリング６０の磨耗はリテーナリング６０の外周部側よりも内周部側の方が早く、リテーナリング６０の下面６０ｂが傾斜するようになる。リテーナリング６０の下面６０ｂの傾斜角度が小さいうちは、半導体ウエハ１のＣＭＰ処理を安定して行うことができる（図２３の安定時に対応）。例えば、リテーナリング６０の下面６０ｂの平面度Ｈ２が３０〜５０μｍ程度（３０μｍ≦Ｈ２≦５０μｍ）であれば、半導体ウエハ１のＣＭＰ処理を安定して行うことができる。しかしながら、更に多数の半導体ウエハのＣＭＰ処理を行いリテーナリング６０の下面６０ｂの傾斜角度が大きくなると、例えばリテーナリング６０の下面６０ｂの平面度Ｈ２が５０μｍよりも大きく（Ｈ２＞５０μｍ）なると、半導体ウエハ１の端部近傍での研磨パッド５８の面圧が高くなり、半導体ウエハ１の端部で研磨レートが大きくなりすぎる（エッジファーストとなる）ので、半導体ウエハのＣＭＰ処理を安定して行うことができなくなり、リテーナリング６０の交換が必要になる（図２３の交換時に対応）。【０１１０】
また、本発明者の検討によれば、多くの半導体ウエハをＣＭＰ処理していくと、樹脂材料からなるリテーナリング６０の偏磨耗や反りなどにより、リテーナリング６０をネジ留めした部材（ここではダイヤフラム固定リング１２０）とリテーナリング６０との間に研磨液（スラリ）が侵入する可能性があることが分かった。図２４は、ダイヤフラム固定リング１２０とリテーナリング６０との間に研磨液１９０が侵入した状態を概念的に示す断面図（説明図）である。図２５は、多くの半導体ウエハをＣＭＰ処理を行った後に、リテーナリング６０を外したときのダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂを示す平面図（説明図）である。【０１１１】
ノズル５７から研磨パッド５８上に供給した研磨液は、研磨パッド５８上をリテーナリング６０の外側から内側へ進行してリテーナリング６０の内側に保持されているに半導体ウエハ１の研磨面に供給されるので、図２４に示されるように、リテーナリング６０の内周側（内部側面６０ｃ側）よりも外周側（外部側壁６０ｄ側）においてリテーナリング６０とダイヤフラム固定リング１２０との間の隙間に研磨液１９０が侵入しやすい。このため、リテーナリング６０を外すと、図２５に示されるように、ダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂの外周部側に研磨液跡１９０ａが生じる。図２４に示されるようにリテーナリング６０とダイヤフラム固定リング１２０との間の外周部側の隙間に研磨液１９０が侵入すると、リテーナリング６０の下面６０ｂの傾きが大きくなるように作用し、図２３の安定領域から交換時への移行が早められるので、リテーナリング６０の交換寿命（ＣＭＰ処理可能な寿命）が短くなる可能性がある。【０１１２】
図２６は、本実施の形態で使用されるリテーナリング６０の平面図（下面図）であり、図２７はその模式的な断面図である。図２６は上記実施の形態の図１７に対応する。また、図２７では、理解を簡単にするために、溝１８０の図示を省略している。【０１１３】
上記実施の形態１では、リテーナリング６０の下面６０ｂ（研磨パッドに接触する側の面）に複数の溝１８０を形成し、各溝１８０の中央付近にネジ穴１８１が形成されていたが、本実施の形態では、リテーナリング６０の下面６０ｂ（研磨パッドに接触する側の面）に複数の溝１８０を形成し、各溝１８０の中央よりも外周部側（外側、外部側壁６０ｄ側）にネジ穴１８１を形成し、このネジ穴１８１でネジ１７０によってダイヤフラム固定リング１２０にネジ留めしている。他の構成は上記実施の形態１とほぼ同様であるので、ここではその説明は省略する。【０１１４】
本実施の形態では、上記のように、リテーナリング６０の下面６０ｂに複数の溝１８０を形成し、各溝１８０の中央よりも外周部寄りにネジ穴１８１を形成し、このネジ穴１８１でネジ１７０によってダイヤフラム固定リング１２０にネジ留めしているので、リテーナリング６０の外周部側においてリテーナリング６０とダイヤフラム固定リング１２０との間に隙間が生じにくくなり、そこに研磨液が侵入するのを防止することができる。このため、リテーナリング６０が反るのを防止し、リテーナリング６０の交換寿命（ＣＭＰ処理可能な寿命）を長くすることができる。【０１１５】
また、リテーナリング６０をネジ留めする部材、ここではダイヤフラム固定リング１２０の下面１２０ｂ（リテーナリング６０を取り付ける側の面、リテーナリング６０に対向して接触する側の面）にシリコンなどの表面コーティングを施すこともできる。これにより、リテーナリング６０とダイヤフラム固定リング１２０との間に研磨液が侵入するのをより確実に防止し、リテーナリング６０の交換寿命（ＣＭＰ処理可能な寿命）をより長くすることができる。【０１１６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有する半導体装置の製造技術に適用して有効である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有し、
前記リテーナリングの下面に溝が形成され、前記溝の深さより深いネジ穴が前記溝部分に前記リテーナリングをネジ留めするために形成されているリテーナリングを用いた半導体装置の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記溝は、前記リテーナリングの外周または内周の法線方向に対して傾斜する向きに形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ネジ穴は、前記溝の中央部よりも前記リテーナリングの外周部側に形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ネジ穴は、前記リテーナリングをネジ留めするためのネジの頭部を収容するための第１の穴部と、前記第１の穴部の底部に設けられ、その側壁にねじが形成されている第２の穴部とを有し、前記第１の穴部の深さは前記ネジの前記頭部の高さよりも大きい半導体装置の製造方法。
【請求項５】請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
前記溝は、前記ネジ穴の前記第１の穴部を通過するように形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項６】複数の研磨定盤を備えた枚葉式の研磨装置を用い、半導体ウエハを保持するウエハ保持部が前記複数の研磨定盤を順次移動し、下方より前記ウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなり、前記樹脂材料の下面に溝が形成され、前記溝の深さより深いネジ穴が前記溝部分に前記樹脂材料を前記ウエハ保持部にネジ留めするために形成されているリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハの化学機械研磨処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項６記載の半導体装置の製造方法であって、
前記化学機械研磨処理の後に前記半導体ウエハの洗浄処理が一貫して行われる半導体装置の製造方法。
【請求項８】下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有し、
ダイヤフラムが前記ウエハ保持部にダイヤフラム固定部材で固定され、前記ダイヤフラム固定部材の下面に前記リテーナリングが下方よりネジ留めされている半導体装置の製造方法。
【請求項９】請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラム固定部材は環状の形状を有している半導体装置の製造方法。
【請求項１０】請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラムで封止された空間を加圧することにより前記半導体ウエハを研磨パッドに押し付ける半導体装置の製造方法。
【請求項１１】請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラム固定部材は金属材料からなる半導体装置の製造方法。
【請求項１２】請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラム固定部材はステンレス鋼からなる半導体装置の製造方法。
【請求項１３】請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ダイヤフラムは弾性膜からなる半導体装置の製造方法。
【請求項１４】請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記リテーナリングの下面に溝が形成され、前記溝内に前記リテーナリングをネジ留めするためのネジ穴が形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項１５】下方よりウエハ保持部にネジ留めした樹脂材料からなるリテーナリングによって半導体ウエハを前記ウエハ保持部に保持した状態で前記半導体ウエハを化学機械研磨する工程を有し、
弾性膜が前記ウエハ保持部に環状の金属部材で固定され、前記金属部材の下面に前記リテーナリングが下方よりネジ留めされている半導体装置の製造方法。
【請求項１６】請求項１５記載の半導体装置の製造方法であって、
前記弾性膜で封止された空間を加圧することにより前記半導体ウエハを研磨パッドに押し付ける半導体装置の製造方法。
【請求項１７】請求項１５記載の半導体装置の製造方法であって、
前記リテーナリングの下面に溝が形成され、前記溝内に前記溝の深さより深いネジ穴が前記溝部分に前記樹脂材料を前記ウエハ保持部にネジ留めするために形成されている半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
部１８１ａとネジ１７０の頭部１７０ａに研磨液が供給されやすくなり、ネジ穴１８１の凹部１８１ａで研磨液（スラリ）が固化するのを防止することができる。これにより、固化した研磨液などが半導体ウエハの研磨に悪影響を与えるのを防止できる。従って、半導体装置の製造歩留りを向上させ、半導体装置の製造コストを低減できる。
［０１０９］  （実施の形態２）
図２３は、樹脂材料からなるリテーナリング６０の磨耗モデルを示す説明図（断面図）である。リテーナリング６０を交換した直後の新品時（図２３の新品時に対応）には、リテーナリング６０の下面６０ｂ（研磨パッド５８に接触する側の面）はほぼ平坦であり、その平面度（平坦度）Ｈ２は例えば３０μｍより小さい（Ｈ２＜３０μｍ）。多数の半導体ウエハをＣＭＰ処理すると、リテーナリング６０の下面６０ｂも一緒に研磨されて磨耗されていくが、リテーナリング６０の磨耗はリテーナリング６０の外周部側よりも内周部側の方が早く、リテーナリング６０の下面６０ｂが傾斜するようになる。リテーナリング６０の下面６０ｂの傾斜角度が小さいうちは、半導体ウエハ１のＣＭＰ処理を安定して行うことができる（図２３の安定時に対応）。例えば、リテーナリング６０の下面６０ｂの平面度Ｈ２が３０〜５０μｍ程度（３０μｍ≦Ｈ２≦５０μｍ）であれば、半導体ウエハ１のＣＭＰ処理を安定して行うことができる。しかしながら、更に多数の半導体ウエハのＣＭＰ処理を行いリテーナリング６０の下面６０ｂの傾斜角度が大きくなると、例えばリテーナリング６０の下面６０ｂの平面度Ｈ２が５０μｍよりも大きく（Ｈ２＞５０μｍ）なると、半導体ウエハ１の端部近傍での研磨パッド５８の面圧が高くなり、半導体ウエハ１の端部で研磨レートが大きくなりすぎる（エッジファーストとなる）ので、半導体ウエハのＣＭＰ処理を安定して行うことができなく、なり、リテーナリング６０の交換が必要になる（図２３の交換時に対応）。
［０１１０］  また、本発明者の検討によれば、多くの半導体ウエハをＣＭＰ処理していくと、樹脂材料からなるリテーナリング６０の偏磨耗や反りなどにより、リテーナリング６０をネジ留めした部材（ここではダイヤフラム固定リング１２０）とリテーナリング６０との間に研磨液（スラリ）が侵入する可能性があることが分かった。図２４は、ダイヤフラム固定リング１２０とリテーナリング６０との間に研磨液１９０が侵入した状態を概念的に示す断面図（説明図）である。図２５は、多くの半導体ウエハをＣＭＰ処理を行った後に、リテーナリン
【国際調査報告】
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