JP7339741B2 - 基板保持リング - Google Patents

Description

本発明は、基板保持リングに関する。

半導体集積回路（ＬＳＩ）で代表される半導体デバイスの開発においては、半導体デバイスを高集積化・高速化するために、配線の微細化や積層化の方法が検討されている。

配線の微細化や積層化のための技術として、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」という。）等の種々の技術が採用されている。ＣＭＰの一般的な方法は、円形の研磨定盤（プラテン）上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面に研磨液（スラリー）を保持させ、研磨パッドに半導体基板（半導体ウエハ）の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力（研磨圧力）を加えた状態で、研磨定盤及び半導体基板の双方を回転させ酸化膜等の絶縁膜や導電体膜を有する被研磨物の表面を平坦化する。研磨中の基板エッジ部には応力が加わりやすく、基板エッジ部での膜の剥がれや基板エッジ部の過研磨が生じる場合がある。そこで、リテーナリングで基板エッジ部の圧力制御を行うことにより、エッジ部に強い圧力がかかることを防いでいる。

このようなリテーナリングを有する研磨装置として、上下方向に伸縮自在な接続シートを有するリテーナリングが開示されている（例えば、特許文献１又は２参照）。これらの技術では、接続シートがリテーナリングとリテーナリングガイドあるいはシリンダとの間の隙間を埋めることで、研磨液がトップリング内に侵入することを抑制している。

特開２００９－１３１９４６号公報 特開２０１１－１４３５３７号公報

ところで、上下動するリテーナリングに追従できるよう接続シートは、伸縮可能なゴムなどの弾性部材からなる蛇腹状部材で構成されている。そのため、蛇腹状の奥に入り込んだ研磨液が乾燥により固化し、研磨パッド上に落下することで基板に傷をつけてしまいスクラッチの要因となっていた。

また、近年スラリー成分には、強酸や強アルカリ成分が含まれることもあり、これらの成分によりゴムが劣化し伸縮性が低下するおそれがあった。リテーナリングの製品寿命に到達するより早く接続シートが製品寿命を迎えた場合、接続シートはリテーナリングと接着剤等により固定されているため、接続シートを交換するために接続シートよりも高価なリテーナリングまでも交換する必要があり、製造コストや作業工程の面での課題があった。

本発明は、スクラッチの要因を発生させず、長期にわたり使用が可能で、作業性が高い基板保持リングを提供することにある。

本発明の一態様に係る基板保持リングは、被研磨物を保持するための研磨装置に装着する基板保持リングであって、外周側に、円環状の突出部を一体に備え、突出部は、リング外周側に形成された分岐部と、突出部の縁である自由端部と、を備える。

この態様によれば、リング外周側に形成された分岐部と、突出部の縁である自由端部と、を備え、突出部がリング部から外周側に形成されることで、研磨パッドから飛散した研磨液が研磨装置内部へ浸入することを防止できる。また、突出部の自由端部は、研磨装置とは接続せず、また接触しないように構成することで、突出部が伸縮性を有する必要がなく、リングと同素材であるため剛性が高く、研磨液の成分に対し劣化しにくく、突出部を長期にわたり使用することができる。

また、突出部はリング部と一体に設けられるため、研磨液に対する耐薬品性が強く、突出部が先行して劣化することはなく長期にわたり使用できる。すなわち、基板保持リングのライフエンドまで使用できる。そして、突出部は、取付部材で構成するような着脱する方式ではないので高速回転や大きな研磨圧力を付加されながら、強い酸・アルカリ性の研磨液に曝される過酷な使用条件下においても、外れる恐れがない。さらに、一体成形で突出部付きリングを得られるので、取付部材を嵌め込むような作業を省くことができ、作業上の優位性がある。

本発明の他の一態様では、自由端部は、分岐部より重力方向に対して上方に位置するように構成されていてもよい。この態様では、研磨パッドからの研磨液の飛散防止効果をより高めることができるうえ、研磨装置内部の潤滑油が落下した場合に突出部により受けることができるので、研磨パッド上に落下することで基板を汚染してしまうことを防止できる。

本発明の他の一態様では、分岐部と自由端部との間に、分岐部と自由端部とを接続する接続部を備え、接続部は、自由端部が分岐部より重力方向に対して上方に位置するように屈曲していてもよい。また、接続部は、６０～１２０度の角度で屈曲してもよい。この態様では、研磨装置に適した突出部の構成を採用し得る。

本発明の他の一態様では、突出部は、分岐部と自由端部との間に分岐部と自由端部とを接続する接続部を備え、接続部は、重力方向に対して上方の面に液体を吸収可能な吸収部材が設けられていてもよい。この態様では、仮に、突出部の上部に研磨液が飛散した場合でも、この吸収部材により研磨液を吸収することができる。

本発明の他の一態様では、研磨パッドと接触する面は溝を備えず、保持リング内周側面と外周側面を貫通する孔を有してもよく、研磨パッドと接触する面に溝が形成されてもよい。

本発明によれば、スクラッチ要因を発生させず、長期にわたり使用が可能で、作業性が高い基板保持リングを提供することができる。

本発明の実施形態に係る基板保持リングの全体構成を示す図である。 図１の突出部の他の構成を示す図である。 図１の基板保持リングを研磨装置に取り付けた状態を示す図である。 他の実施形態に係る基板保持リングの構成を示す図である。 他の実施形態に係る基板保持リングの構成を示す図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態（以下「本実施形態」という。）について説明する（なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。）。

［本実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る基板保持リング１の全体構成を示す図である。図１（Ａ）は斜視図であり（Ｂ）は断面図であり（Ｃ）は基板保持リング１の背面を示す図である。図１（Ａ）に示すとおり、基板保持リング１は、円環状に形成され、リング部１０と、リング部１０の外周側に形成された突出部２０とを備える。

リング部１０は、各面が、使用時に研磨パッドに当接する当接面１１と、研磨装置に装着する装着面１２と、ウエハ等の基板の外周縁と接触可能な内周面１３と、突出部２０が形成された外周面１４と、を備える断面方形状のリング部材である。

リング部１０は、樹脂からなり、材質としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、これらのプラスチックのうちの一又は複数の組み合わせ、又はこれらのプラスチックのうちの一又は複数と、例えばガラス又は炭素繊維などの充填剤などの複合材料を含むことができる。

当接面１１は、研磨装置に取り付けた際に研磨面側に位置し、図１（Ａ）に示すとおり、表面に複数（ここでは２４本）の溝１１１を有する。溝１１１は、その平面形状が、内周側は直線状に形成され外周側は台形状に形成され、全体として内周側から外周側に向かって溝幅が拡張した略Ｙ字形状となっている。基板面が研磨パッドで研磨される際に、研磨パッド表面に保持された研磨液は、この溝１１１を通してリング部１０の内部／外部に、流入／排出される。

装着面１２は、研磨装置に接続するための面であり、基板保持リング１は、この装着面１２から研磨装置に対して固定される。また、内周面１３は、基板を保持する面である。

外周面１４は、リング部１０の外周側に略垂直に形成された面であって、外周面１４には、突出部２０が外周に一周にわたって形成されている。

以上のリング部１０は、製作した型に射出成形により、または、樹脂ブロックからの切削加工により製作される。

（突出部の構成）
続いて、突出部２０の構成について図１を用いて説明する。突出部２０は、図１に示すとおり、円環状に形成され、リング部１０から分岐した分岐部２１と、突出部の縁をなす自由端部２２と、を備える。突出部２０は、また、分岐部２１と自由端部２２との間に、分岐部２１と自由端部２２とを接続する接続部２３を備える。

このとき、突起部２０は厚み０．５～４．０ｍｍで分岐部２１と自由端部２２との間隔（自由端部２２と外周面１４の間の最短距離）が５～２０ｍｍである。突起部２０の厚みは一定であっても、変動しても構わない。

リング部１０と突出部２０とは、射出成形により一体的に成形することが望ましく、リング部１０及び突出部２０の材質は、上記実施形態におけるリング部１０の材質と同一に、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリブチレン ナフタレン（ＰＢＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、これらのプラスチックのうちの一又は複数の組み合わせ、又はこれらのプラスチックのうちの一又は複数と、例えばガラス又は炭素繊維などの充填剤などの複合材料を含むことができる。

このように、リング部１０と突出部２０とを一体として構成した場合、突出部２０とリング部１０が同素材により製作されるため、突出部２０の研磨液に対する耐薬品性が強く、突出部２０がリング部１０に先行して劣化することはなく長期にわたり使用できる。すなわち、基板保持リング１のライフエンドまで使用できる。そして、突出部２０は、取付部材で構成するような着脱する方式ではないので高速回転や大きな研磨圧力を付加されながら、強い酸・アルカリ性の研磨液に曝される過酷な使用条件下においても、外れる恐れがない。さらに、突出部２０はリング部１０と一体に設けられるため、取付部材を嵌め込むような作業を省くことができ、作業上の優位性がある。

突出部２０は、図１に示すとおり、接続部２３の断面形状が、分岐部２１から水平方向に突出したのち、自由端部２２に向かって立ち上がって壁面を形成して、略Ｌ字状を形成している。

なお、ここでの突出部２０の形状は一例を示すものであり、突出部２０の形状については、基板保持リング１が研磨装置に取り付けられた状態において、自由端部２２が、分岐部２１より重力方向に対して上方に位置するように構成されていれば具体的形状については問わない。

突出部２０の他の形状として図２に示す態様もとり得る。例えば、図２（Ａ）に突出部２０Ａとして示すとおり、接続部２３をＬ字状とせず、直線状に上方に向けた構成としてもよい。また、図２（Ｂ）に突出部２０Ｂとして示すとおり、接続部２３を上方に湾曲させた構成としてもよい。また、接続部２３の屈曲角度は、図２（Ｃ）に突出部２０Ｃとして示すとおり、６０°としてもよく、図２（Ｄ）に突出部２０Ｄとして示すとおり、１２０°としてもよく、また、６０°と１２０°との間の角度によっても構成可能である。

（基板保持リング１の取付状態）
続いて、図３を用いて、基板保持リング１が研磨装置に取り付けられた状態について説明する。図３に示すとおり、研磨装置Ｇは、装置本体を構成する上部材Ｇ１、中間部材Ｇ２及び下部材Ｇ３と、外周側に設けられた円筒状部材Ｇ４と、リングガイドＧ５とを備えており、基板保持リング１は、リングガイドＧ５の内側において、装着面１２と上リング部材Ｇ６とをネジ留めすることで固定されている。

ここでリングガイドＧ５は、基板保持リング１を囲うように配されており、基板保持リング１は上リング部材Ｇ６に固定され、基板保持リング１はリテーナリングエアバック（Ｇ４の内側の空白部を囲う膜材）により、研磨パッド表面状態に応じて上下動可能な状態となっている。そして、リングガイドＧ５と上リング部材Ｇ６とが上下に摺動するので両者の間に潤滑剤が塗布されている。

このとき、基板保持リング１において、リング部１０の外周面１４に設けられた突出部２０は、リング部１０から外周方向であって、特にリングガイドＧ５よりも外周側に突出しており、また、その自由端部２２は、リングガイドＧ５をはじめ研磨装置Ｇのいずれの構成とも接続せず、また接触しない構成となっている。そのため、突出部２０は、上述した潤滑剤の受け皿になるとともに、研磨面から跳ねかえる研磨液がリングガイドＧ５と上リング部材Ｇ６との間に入りこまないよう機能する。

（作用効果）
以上のような基板保持リング１の構成によれば、リング部１０の外周に設けられた分岐部２１と、突出部の縁である自由端部２２と、を備え、突出部２０がリング部１０から外周側に突出して形成されることで、研磨装置Ｇによる研磨加工において、研磨パッドから飛散した研磨液が研磨装置Ｇの内部、例えば、リングガイドＧ５の内周面と上リング部材Ｇ６との隙間へ浸入することを防止できる。

また、突出部２０の自由端部２２は、リングガイドＧ５をはじめ研磨装置Ｇのいずれの構成とも接続せず、また接触しないため、研磨装置の動きを阻害しない。

また、突出部２０の自由端部２２は、分岐部２１より重力方向に対して上方に位置するように構成されているため、研磨装置Ｇ内部の潤滑油が落下した場合に突出部２０により受けることができるので、研磨パッド上に落下した油剤により基板を汚染してしまうことを防止できる。また、研磨パッドからの研磨液の飛散防止効果が高い。

また、突出部２０の接続部２３が、自由端部２２が分岐部２１より重力方向に対して上方に位置するように屈曲させたり、６０～１２０度の角度で屈曲させることが可能であるので、研磨装置に適した突出部の構成を採用し得る。

以上のような本実施形態の基板保持リング１によれば、スクラッチ要因を発生させず、長期にわたり使用が可能で、作業性が高い基板保持リングを提供することができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限られず、例えば、以下に示すような態様も包含するものである。なお、すでに示した実施形態と同様の構成については適宜説明及び図面上における符号の指摘を省略する。

（リング部の他の構成）
本発明では、リング部１０の構成は実施形態で示した例に限られず、例えば、図４又は図５に示す例も採用し得る。

図４に示すリング部１０は、当接面１１ａの構成が上記実施形態と異なる。すなわち、当接面１１ａにおける溝１１１ａが、円周上に一筋形成されている例である。

また、図５は、リング部１０の当接面１１ｂには溝などの構成は設けず、内周面１３ｂにおいて、内周側から外周側へ貫通する貫通孔１３２を複数（ここでは、１１個）設けた例である。この貫通孔１３２は、内周面１３ｂの高さ方向で略半分程度の位置から、分岐部２１よりも研磨時に下方となる外周面１４位置に向かって重力方向で下方（図中は上方）に向かって形成されている。以上のようなリング部１０の構成においても、上述した実施形態における効果と同様の効果を奏し得る。

（その他の構成）
上記実施形において、突出部２０の接続部２３の上面（重力方向に対して上方の面）に、液体を吸収可能な吸収部材を設けることも可能である。これにより、仮に、基板保持リング１の上面に研磨液が飛散した場合でも、この吸収部材により研磨液を吸収することができる。吸収部材としては吸水ポリマー、吸水シート、吸水スポンジ等が望ましい。

また、基板保持リング１におけるリング部１０の外周面１４は、研磨パッド方向（重力方向に対して下方）に凸となるような曲面としてもよい。これにより、リング部１０においても、研磨液の飛散を防止でき、突出部２０の効果を高めることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…基板保持リング、１０…リング部、１１，１１ａ，１１ｂ…当接面、１１１，１１１ａ…溝、１２…装着面、１３，１３ａ，１３ｂ…内周面、１３２…貫通孔、１４…外周面、２０…突出部、２１…分岐部、２２…自由端部、２３…接続部、Ｇ…研磨装置、Ｇ１…上部材、Ｇ２…中間部材、Ｇ３…下部材、Ｇ４…円筒状部材、Ｇ５…リングガイド、Ｇ６…上リング部材

Claims (4)

1. 被研磨物を保持するための研磨装置に装着する基板保持リングであって、
   研磨時に被研磨物のエッジ部の圧力制御を行うリング部と、
   前記リング部の外周側に形成され、研磨時に研磨パッドから飛散した研磨液が研磨装置内部へ浸入することを防止する円環状の突出部と、を一体に備え、
   前記リング部は、研磨時に研磨パッドと接触する面に研磨パッド表面に保持された研磨液の流路となる溝を備え、当該溝はリング部の内周面側から外周面側に貫通し、
   前記突出部は、前記リング部の外周面上に円環状に形成される分岐部と、前記分岐部から円環状に突出する接続部と、前記接続部の縁で前記分岐部より重力方向に対して上方に位置するように構成された自由端部と、を備える基板保持リング。
2. 被研磨物を保持するための研磨装置に装着する基板保持リングであって、
   研磨時に被研磨物のエッジ部の圧力制御を行うリング部と、
   前記リング部の外周側に形成され、研磨時に研磨パッドから飛散した研磨液が研磨装置内部へ浸入することを防止する円環状の突出部と、を一体に備え、
   前記リング部は、研磨時に研磨パッド表面に保持された研磨液の流路となる孔を備え、当該孔はリング部の内周側面と外周側面を貫通し、
   前記突出部は、前記リング部の外周面上に円環状に形成される分岐部と、前記分岐部から円環状に突出する接続部と、前記接続部の縁で前記分岐部より重力方向に対して上方に位置するように構成された自由端部と、を備える基板保持リング。
3. 前記接続部は、６０～１２０度の角度で屈曲した、請求項１又は２に記載の基板保持リング。
4. 前記接続部は、前記重力方向に対して上方の面に液体を吸収可能な吸収部材が設けられた、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板保持リング。

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