(57)【要約】【課題】研磨時の荷重集中を防ぎ、また、研磨パッドの温度上昇を抑止して良好な研磨性能を得る。【解決手段】研磨装置１の研磨ヘッド３に取り付けられウエハ９を保持するリテーナリング１１は、リング状のベース部１３と、前記ベース部１３の下面に等間隔に複数突設されたブロック部１４とを備えるように構成され、更に、前記ブロック部１４のうちの外周部１４ｂ１、および、隣接するブロック部１４と対向する対向部１４ｂ２に前記外周部１４ｂ１が接続する接続部分１４ｂ３の横断面形状を、丸みを帯びた形状とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置の研磨ヘッドに取り付けられウエハを保持するリテーナリングであって、
リング状のベース部と、
前記ベース部の下面に複数突設されたブロック部とを備え、
前記ブロック部のうちの外周部、および、隣接するブロック部と対向する対向部に前記外周部が接続する接続部分の横断面形状を、丸みを帯びた形状としたことを特徴とするリテーナリング。
【請求項２】
前記ブロック部の横断面形状は、外周方向へ凸となる半円状であることを特徴とする請求項１記載のリテーナリング。
【請求項３】
前記ブロック部の外周部の横断面形状は、前記ブロック部の内周部の円弧状の横断面形状の曲率よりも大きい曲率を有する円弧状であることを特徴とする請求項１記載のリテーナリング。
【請求項４】
回転可能に設けられ上面に研磨パッドが貼り付けられる研磨ターンテーブルと、
回転可能に設けられ下面に取り付けられたリテーナリングにより保持されたウエハを前記研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと備え、
前記リテーナリングを、リング状のベース部と、前記ベース部の下面に複数突設されたブロック部とを有するように構成し、
前記ブロック部のうちの外周部、および、隣接するブロック部と対向する対向部に前記外周部が接続する接続部分の横断面形状を、丸みを帯びた形状とするように構成したことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
上面に研磨パッドが貼り付けられた研磨ターンテーブルを回転させると共に、研磨ヘッドの下面に取り付けられたリテーナリングにより保持されたウエハを前記研磨パッドに押圧しながら回転させることにより、前記ウエハを研磨する研磨方法であって、
前記リテーナリングを、リング状のベース部と、前記ベース部の下面に複数突設されたブロック部とを有するように構成し、
前記ブロック部のうちの外周部、および、隣接するブロック部と対向する対向部に前記外周部が接続する接続部分の横断面形状を、丸みを帯びた形状としたことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨中の半導体基板を保持するリテーナリング、研磨装置および研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ(chemical mechanical polish)を行う研磨装置においては、リテーナリングで保持した状態の半導体基板を回転する研磨パッドに押し当てることで研磨が行われるが、この種のリテーナリングは、全体が樹脂で形成され、リング状のベース部と、このベース部の下面部に多数突設されたブロック部とを有するものが一般的に用いられている。このようなリテーナリングにおいては、半導体基板の端部での荷重集中を回避するため、各ブロック部の下面を研磨パッドに当接させており、隣接するブロック部の間に研磨中のスラリーの入り込みを向上させるための溝が形成される構成となっている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記構成の場合、各ブロック部の形状は、横断面形状がほぼ矩形状であり、更に、下面と外周側面との交差部分は、ほぼ９０度の角となっている。このため、研磨パッドに接するブロック部の下面のうちの外側部分、特に、上記外側部分の両端部、即ち、頂点部分では、研磨時の荷重集中のために磨耗が早く、削れてしまうことがあり、また、荷重集中による研磨パッドの温度上昇により、研磨速度が低下するなど良好な研磨性能が得られ難いという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７７２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、研磨時の荷重集中を防ぎ、また、研磨パッドの温度上昇を抑止して良好な研磨性能を得ることができるリテーナリング、研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様のリテーナリングは、研磨装置の研磨ヘッドに取り付けられウエハを保持するものであって、リング状のベース部と、前記ベース部の下面に複数突設されたブロック部とを備え、更に、前記ブロック部のうちの外周部、および、隣接するブロック部と対向する対向部に前記外周部が接続する接続部分の横断面形状を、丸みを帯びた形状としたところに特徴を有する。
【０００７】
本発明の一態様の研磨装置は、回転可能に設けられ上面に研磨パッドが貼り付けられる研磨ターンテーブルと、回転可能に設けられ下面に取り付けられたリテーナリングにより保持されたウエハを前記研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと備え、前記リテーナリングを、リング状のベース部と、前記ベース部の下面に複数突設されたブロック部とを有するように構成し、前記ブロック部のうちの外周部、および、隣接するブロック部と対向する対向部に前記外周部が接続する接続部分の横断面形状を、丸みを帯びた形状としたところに特徴を有する。
【０００８】
本発明の一態様の研磨方法は、上面に研磨パッドが貼り付けられた研磨ターンテーブルを回転させると共に、研磨ヘッドの下面に取り付けられたリテーナリングにより保持されたウエハを前記研磨パッドに押圧しながら回転させることにより、前記ウエハを研磨する研磨方法であって、前記リテーナリングを、リング状のベース部と、前記ベース部の下面に複数突設されたブロック部とを有するように構成し、前記ブロック部のうちの外周部、および、隣接するブロック部と対向する対向部に前記外周部が接続する接続部分の横断面形状を、丸みを帯びた形状としたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、研磨時の荷重集中を防ぎ、また、研磨パッドの温度上昇を抑止して良好な研磨性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す研磨装置の斜視図
【図２】研磨ヘッドの縦断面図
【図３】リテーナリングの下面図
【図４】リテーナリングの部分拡大下面図
【図５】リテーナリングの部分斜視図
【図６】研磨中のウエハの温度を示すグラフ
【図７】比較例を示す図４相当図
【図８】本発明の第２実施形態を示す図４相当図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図６を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施形態の研磨装置（ＣＭＰ装置）１の概略構成を示す斜視図である。この図１に示すように、研磨装置１は、研磨ターンテーブル２と、研磨ヘッド３と、ダイヤモンドドレッサー４と、研磨液供給口５と、純水供給口６と、洗浄液供給口７とを備えて構成されている。
【００１２】
研磨ターンテーブル２の上面には、研磨パッド８が貼り付けられている。研磨ターンテーブル２は、モータ等からなる駆動装置（図示しない）により例えば１０〜２００ｒｐｍで回転駆動可能に構成されている。研磨ヘッド３は、モータ等からなる駆動装置（図示しない）により例えば１０〜２００ｒｐｍで回転駆動可能に構成されている。この研磨ヘッド３は、半導体基板である例えばウエハ９（図２参照）を回転させながら、研磨ターンテーブル２の研磨パッド８の上面に所定の圧力で押圧することが可能な構成となっている。この場合、ウエハ９を研磨パッド８に押圧する荷重は、通常５０〜５００ｈＰａ程度に設定可能な構成となっている。尚、研磨ヘッド３の具体的構成については、後述する。
【００１３】
ダイヤモンドドレッサー４は、研磨パッド８の表面のコンディショニングを行うものであり、モータ等からなる駆動装置（図示しない）により例えば１０〜２００ｒｐｍで回転駆動されると共に、研磨パッド８上に５０〜３００ｈＰａ程度の荷重で押圧されるように構成されている。研磨液供給口５、純水供給口６および洗浄液供給口７からは、研磨液（スラリ等）、純水および洗浄液をそれぞれ研磨パッド８上に所定の流量（例えば５０〜５００ｃｃ／ｍｉｎの流量）で供給できるように構成されている。
【００１４】
次に、研磨ヘッド３の具体的構造について、図２を参照して説明する。研磨ヘッド３は、円板状のヘッド本体１０がアーム（図示しない）により支持されて構成され、このヘッド本体１０の下面にリテーナリング１１が装着されると共に、ヘッド本体１０の下面に当接するようにリテーナリング１１により保持されたメンブレン１２を備えている。リテーナリング１１には、ウエハ９がメンブレン１２の下面に当接するように保持される。リテーナリング１１に保持されたウエハ９は、ヘッド本体１０およびメンブレン１２により研磨パッド８上に押圧される。このとき、リテーナリング１１も、ヘッド本体１０により研磨パッド８上に押圧されることでウエハ９の中央部と端部で荷重のばらつきが生じにくく、研磨時におけるウエハ面内での局所的な荷重集中を防止することができる。
【００１５】
さて、リテーナリング１１は、全体が樹脂で形成されており、図３ないし図５に示すように、リング状のベース部１３と、このベース部１３の下面部に等間隔に多数（複数）突設されたブロック部１４とを有している。ブロック部１４の形状は、横断面形状がほぼ半円形状である。ブロック部１４の内面１４ａは、ベース部１３の内周面１３ａと同じ曲率の曲面となるように形成されており、この内面１４ａにウエハ９の外周部が当接して保持される構成となっている。ブロック部１４の内面１４ａおよびベース部１３の内周面１３ａにメンブレン１２の外周部が当接して保持される構成となっている。
【００１６】
ブロック部１４の外周面１４ｂは、横断面形状が半円形状の曲面（即ち、半円筒状の曲面）となるように形成されている。上記ブロック部１４の外周面１４ｂは、ブロック部１４のうちの外周部１４ｂ１と、隣接するブロック部１４と対向する対向部１４ｂ２と、この対向部１４ｂ２に前記外周部１４ｂ１が接続する接続部分１４ｂ３とを有する構成となっており、これら外周部１４ｂ１、接続部分１４ｂ３、および、対向部１４ｂ２の横断面形状がすべて丸みを帯びた形状となっている。換言すると、接続部分１４ｂ３に頂点（角）が存在しない構成となっている。
【００１７】
上記構成の場合、リテーナリング１１に保持したウエハ９を研磨パッド８上に押し当てて研磨すると、リテーナリング１１のブロック部１４の下面も研磨パッド８上に押し当てられる。このように、リテーナリング１１を面で押し当て可能な構成としたことで、研磨ヘッド３によりウエハ９とブロック部１４全体が研磨パッド８に押圧されるようになるので、ウエハ９の中央部と端部で荷重のばらつきを抑えることができ、研磨時におけるウエハ面内での局所的な荷重集中により研磨特性が低下することを防止できる。
【００１８】
また、このとき、ブロック部１４の外周面１４ｂの横断面形状が半円形状であるから、ブロック部１４の外周面１４ｂの下部には頂点がなくなり、また、ブロック部１４の下面と外周面１４ｂとが交わる交線の長さは、ほぼ矩形状のブロック部（従来構成）のそれよりも短くなる。このため、ブロック部１４の角と研磨パッド８とが接触する部分の大きさは、ほぼ矩形状のブロック部（従来構成）のそれよりも小さくなる。この結果、研磨パッド８に接するブロック部１４の下面のうちの外周側部分についても、研磨時の荷重が集中し難くなることから、ブロック部１４の磨耗が進行し難くなる。
【００１９】
また、本実施形態のリテーナリング１１を用いると、研磨中のウエハ９（即ち、研磨パッド８）の温度上昇を抑制することができる。具体的には、本実施形態のリテーナリング１１を使用した研磨装置１によってウエハ９の表面に形成された酸化膜を研磨し、研磨中のウエハ９の最高温度を測定してみた。この場合、１５枚のウエハ９を研磨し、各ウエハ９の温度測定を実施した。尚、研磨液としては、例えば日立化成製のＤＬＳ−２というスラリに、花王製のＴＫ−７５という分散剤を加えたものを用いた。そして、研磨条件としては、研磨荷重を４００ｇｆ／ｃｍ２とし、研磨ヘッド３の回転数を１０７ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とし、研磨ターンテーブル２の回転数を１００ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とし、スラリ流量を１９０ｃｃ／ｍｉｎとし、分散剤流量を３．０ｃｃ／ｍｉｎとした。また、研磨パッド８としては、例えばＲＯＤＥＬ社製のＩＣ１０００を用いた。そして、上記した研磨条件下で例えば３００秒間研磨を行なった。温度測定結果をグラフにしたものを図６に示す。
【００２０】
この図６において、実線Ａは本実施形態のリテーナリング１１を用いた場合の温度測定結果を示す。尚、実線Ｂは、図７に示す比較例のリテーナリング１５を用いた場合の温度測定結果を示す。この比較例のリテーナリング１５は、図７に示すように、リング状のベース部１６と、ほぼ矩形状の多数のブロック部１７とから構成されている。このリテーナリング１５のブロック部１７の形状は、従来周知のリテーナリングのブロック部の形状と同じである。上記比較例のブロック部１７の下面のうちの外側部分で（特に、上記外側部分の両端部の頂点で）研磨時の荷重が集中するようになる。このため、ブロック部１７の磨耗が早く進行するようになる。
【００２１】
そして、図６中の実線Ａ、Ｂから、本実施形態のリテーナリング１１を用いると、研磨中のウエハ９（即ち、研磨パッド８）の温度上昇を抑制できること、具体的には、ウエハ９の最高温度を５℃程度低下できることがわかる。このため、本実施形態によれば、研磨パッド８の温度上昇を抑えることが可能になるから、研磨速度が低下しなくなり、研磨特性を安定させることができる。尚、比較例のリテーナリング１５を用いた場合は、研磨パッド８が温度上昇し、研磨速度が低下することから、研磨特性が不安定になる。
【００２２】
図８は、本発明の第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第２実施形態では、リテーナリング１１のブロック部１８の外周部１９の横断面形状を、図８に示すように、ブロック部１８の内周部２０の円弧状の横断面形状の曲率よりも大きい曲率を有する円弧状に形成した。この構成の場合、ブロック部１８は、外周部１９と、隣接するブロック部１８と対向する対向部２１と、この対向部２１に前記外周部１９が接続する接続部分２２とを有する構成となっており、このうちの外周部１９および接続部分２２の横断面形状が丸みを帯びた形状となっている。
【００２３】
尚、上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
図面中、１はＣＭＰ装置、２は研磨ターンテーブル、３は研磨ヘッド、５は研磨液供給口、８は研磨パッド、９はウエハ、１１はリテーナリング、１２はメンブレン、１３はベース部、１４はブロック部、１８はブロック部である。
【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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