(57)【要約】【課題】  リテーナリングの外周側の側面が他の部材と接触する場合であっても、ウエハの被研磨面を適正に研磨し続けることが可能なＣＭＰ装置用リテーナリングを提供する。【解決手段】  外周側の側面８ｆに、非晶質の硬質炭素膜８１を形成する。この硬質炭素膜８１は、高硬度で、耐摩耗性が高く、摩擦係数が低く、しかも平滑で高い潤滑性を有するため、側面８ｆが他の部材と接触し、その接触を繰り返しても、側面８ｆが磨耗して欠損や変形などが生じることが防止される。この結果、リテーナリング８の押圧面８ａと研磨パッド３の研磨面３ａとの均一な接触が維持され、ウエハＷの被研磨面Ｗ１を適正に研磨し続けることが可能となる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを研磨パッドに押圧して化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、リング状で前記ウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングであって、
外周側の側面に、耐摩耗性が高い表面処理が施されていることを特徴とするＣＭＰ装置用リテーナリング。
【請求項２】
ウエハを研磨パッドに押圧して化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、リング状で前記ウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングであって、
外周側の側面に、摩擦係数が低い表面処理が施されていることを特徴とするＣＭＰ装置用リテーナリング。
【請求項３】
ウエハを研磨パッドに押圧して化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、リング状で前記ウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングであって、
外周側の側面に、硬質炭素膜が形成されていることを特徴とするＣＭＰ装置用リテーナリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被研磨体であるウエハを化学機械的に研磨するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学機械的研磨）装置に関し、特に、ＣＭＰ装置の保持ヘッド内に配設（装着）されてウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化、高性能化が進むに伴い、水平方向（平面上）の寸法が小さくなるとともに、垂直方向の構造が微細化、多層化されている。そして、このような微細化、多層化を実現するためには、シリコン基板などの半導体基板の平面度（平坦度）が高い必要がある。このため、ウエハの段階で平面度を高めることが求められ、このような要求に応えるものとして、ＣＭＰ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このＣＭＰ装置は、例えば、回転可能な定盤と、この定盤の上に配置された研磨パッドと、ウエハを保持して研磨パッドに押圧する保持ヘッドおよび、スラリー供給ノズルなどから構成されている。さらに、保持ヘッドは、ウエハの外周を囲うリテーナリングと、例えば、ウエハの上面を押圧する弾性体膜と、この弾性体膜とリテーナリングとヘッド本体とによって囲まれた空気室と、この空気室に加圧用空気を供給する空気供給路などから構成されている。そして、リテーナリングは、ウエハの外周を囲いウエハの飛び出しを防止するとともに、ウエハを研磨する研磨パッドの研磨面（表面）を押圧して、研磨面を平坦化、微細化（適正化）するものである。このように、リテーナリングは研磨パッドを押圧するため、研磨パッドによってリテーナリングの押圧面（研磨パッドを押圧する面）自体が研磨され、消耗されていく。
【特許文献１】特開平１１−２２６８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなＣＭＰ装置によって多くのウエハを研磨する場合、ウエハの被研磨面に適正（良好）な研磨結果が得られない場合がある。つまり、所望の表面粗さ、面内均一性、平面度などが得られなかったり、あるいはスクラッチ（かき傷）や研磨屑の付着などが発生したりする場合がある。そこで、本発明者は、調査、研究の結果、適正な研磨結果を得るには、そのひとつの条件として、リテーナリングの状態および作動が適正である必要がある、との結論を得た。すなわち、研磨パッドの研磨面を適正に平坦化、微細化する必要があり、そのためには、リテーナリングの押圧面自体の平坦度が高く、しかも表面粗さが小さい必要がある。さらに、リテーナリングの押圧面が研磨パッドの研磨面に均一に接触し、その接触面においてリテーナリングによる研磨パッドへの押圧力が、均一である必要がある。
【０００５】
一方、ＣＭＰ装置において、リテーナリングの外周側の側面（外周側面）が他の部材と接触し、他の部材に対して摺動（追従）したり、あるいは他の部材によってガイドされたりする場合がある。この場合、リテーナリングの外周側面が他の部材と接触を繰り返すことによって、リテーナリングの外周側面が磨耗し、さらには欠損や変形などが生じ、他の部材に対する摺動や、他の部材によるガイドが適正に行われなくなるおそれがある。そして、このような事態が生じると、リテーナリングの押圧面が研磨パッドの研磨面に均一に接触せずに、研磨パッドの研磨面が適正（良好）に平坦化、微細化されなかったり、リテーナリングの押圧面に偏った圧力がかかり押圧面の消耗が大きくなったりする。その結果、ウエハの被研磨面が適正（良好）に研磨されない、つまり、所望の表面粗さ、面内均一性、平面度などが得られなかったり、スクラッチや研磨屑の付着などが発生したりする、という問題が生じるおそれがある。
【０００６】
そこでこの発明は、リテーナリングの外周側の側面が他の部材と接触する場合であっても、ウエハの被研磨面を適正に研磨し続けることが可能なＣＭＰ装置用リテーナリング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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ウエハを研磨パッドに押圧して化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、リング状で前記ウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングであって、外周側の側面に、耐摩耗性が高い表面処理が施されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、ウエハを研磨パッドに押圧して化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、リング状で前記ウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングであって、外周側の側面に、摩擦係数が低い表面処理が施されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、ウエハを研磨パッドに押圧して化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、リング状で前記ウエハの外周を囲うＣＭＰ装置用リテーナリングであって、外周側の側面に、硬質炭素膜が形成されている（硬質炭素コーティングがされている）ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、リテーナリングの外周側の側面に、耐摩耗性が高い表面処理が施されているため、リテーナリングの外周側の側面が他の部材と接触を繰り返しても、外周側の側面が磨耗して欠損や変形などが生じることが防止される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、リテーナリングの外周側の側面に、摩擦係数が低い表面処理が施されているため、外周側の側面（他の部材との接触面）の方向に働く力、つまり摩擦力が小さい。このため、リテーナリングの外周側の側面が他の部材と接触を繰り返しても、外周側の側面が磨耗して欠損や変形などが生じることが防止される。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、リテーナリングの外周側の側面に硬質炭素膜が形成されている。この硬質炭素膜は、高硬度で、耐摩耗性が高く、摩擦係数が低いという特性を有し、しかも、高い潤滑性を有している。このため、リテーナリングの外周側の側面が他の部材と接触を繰り返しても、外周側の側面が磨耗して欠損や変形などが生じることが防止される。
【００１３】
これらの結果、請求項１〜３に記載の発明によれば、リテーナリングの外周側の側面が他の部材と接触を繰り返しても、他の部材に対する摺動や、他の部材によるガイドが適正に行われ、リテーナリングの押圧面と研磨パッドの研磨面との均一な接触（全面にわたる均一な面接触）が維持される。このため、多くのウエハを研磨する場合でも、研磨パッドの研磨面が適正に平坦化、微細化され、また、リテーナリングの押圧面の消耗が大きくなることもなく、ウエハの被研磨面を適正に研磨し続けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態に係るＣＭＰ装置１の概略構成を示す正面図である。このＣＭＰ装置１は、後述するリテーナリング（ＣＭＰ装置用リテーナリング）８を除き、広く一般に使用されているＣＭＰ装置と同等の構成であり、ここでは詳細な説明を省略するが、回転可能な定盤２と、この定盤２の上に配置された研磨パッド３（クロスなど）と、保持ヘッド４と、スラリー供給ノズル５およびドレッサー６（目立て手段）とを備え、ウエハＷを化学機械的に研磨するものである。
【００１６】
保持ヘッド４は、ウエハＷを保持してその被研磨面Ｗ１を研磨パッド３に押圧するものであり、回転（自転）しならが研磨パッド３上を移動できるようになっている。この保持ヘッド４は、図２に示すように、ヘッド本体７と、このヘッド本体７の下部に配設されたリテーナリング８と、このリテーナリング８内に位置しウエハＷの上面Ｗ２を押圧する弾性体膜９とを備えている。そして、ヘッド本体７とリテーナリング８と弾性体膜９とによって囲まれた空気室１０に加圧用空気が供給され、弾性体膜９を介してウエハＷを研磨パッド３に押圧するものである。
【００１７】
リテーナリング８は、ウエハＷの外周を囲いウエハＷが保持ヘッド４から飛び出すのを防止するとともに、ウエハＷを研磨する研磨パッド３の研磨面３ａ（ウエハＷの被研磨面Ｗ１と面接触する表面）を押圧し、平坦化、微細化（適正化）するものである。すなわち、研磨パッド３の研磨面３ａは、スラリー（研磨材）５ａによって平面度が低く、表面粗さが粗くなっており、リテーナリング８によって研磨面３ａの平面度を高くし、かつ表面粗さを小さくするものである。
【００１８】
このリテーナリング８は、耐薬品性や機械的特性などを考慮して、この実施の形態では、ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ；ポリフェニレンサルファイド、エンジニアリングプラスチック）材で構成され、図３〜５に示すようなリング状（円環状）をしており、中心線と重なる垂直面による断面形状は四角形となっている。研磨パッド３の研磨面３ａを押圧する押圧面８ａ側には、研磨屑を逃がす（排出する）ための凹状の逃がし溝８ｂが複数形成されている。
【００１９】
また、押圧面８ａの背面に位置するリテーナリング８の背面８ｃ側には、雌ネジ８ｅが形成されたネジインサート８ｄが複数挿入されている。すなわち、このネジインサート８ｄは略円筒形で、外周に雄ネジが形成され、内周に雌ネジ８ｅが形成されているものである。そして、このネジインサート８ｄを介して、リテーナリング８をヘッド本体７（保持ヘッド４）に装着できるようになっている。また、図示していないが、ＣＭＰ装置１においては、リテーナリング８の外周側の側面（以下、適宜「外周側面」という）８ｆが他の部材と接触し、リテーナリング８が他の部材に対して摺動したり、あるいは他の部材によってガイドされたりする場合がある。
【００２０】
このような外周側面８ｆに、図６、７に示すように、非晶質の硬質炭素膜８１が形成されている（硬質炭素コーティングがされている）。この硬質炭素膜８１は、主として、炭化水素あるいは、炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス構造）の硬質薄膜であり、ダイヤモンド結合とグラファイト結合とが混在した構造を有し、高硬度で、耐摩耗性が高く、摩擦係数が低いという特性を有している。つまり、硬質炭素膜８１が形成されていることで、外周側面８ｆに、耐摩耗性が高い表面処理と摩擦係数が低い表面処理とが施されているものである。さらに、この硬質炭素膜８１は、非晶質であるため表面が極めて平滑で、グラファイトの特性により高い潤滑性を有し、その他に、高い電気絶縁性や化学的安定性などを有している。また、硬質炭素膜８１の硬度や耐摩耗性は、リテーナリング８の母材（ＰＰＳ材）よりもはるかに高く、摩擦係数（比例定数μ）は、０．２以下（約０．１）である。
【００２１】
このような硬質炭素膜８１が、外周側面８ｆが他の部材と接触し得る範囲に形成されている。すなわち、この実施の形態では、図６に示すように、背面８ｃ端から押圧面８ａ側に向けて、深さＤ１の範囲の外周側面８ｆに硬質炭素膜８１が形成されている。ここで、背面８ｃ端から逃がし溝８ｂの端部までの深さをＤ２とした場合、深さＤ１は深さＤ２に近く、しかも深さＤ２よりも小さく（浅く）設定されている。また、図７に示すように、硬質炭素膜８１は、外周側面８ｆに対して均一の厚さで形成され、その製法は問わないが、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって形成されている。
【００２２】
以上のような構成のリテーナリング８によれば、高硬度で、耐摩耗性が高く、摩擦係数が低く、しかも平滑で高い潤滑性を有する非晶質の硬質炭素膜８１が、外周側面８ｆに形成されている。このため、外周側面８ｆが他の部材と接触し、その接触を繰り返しても、外周側面８ｆが磨耗して欠損や変形などが生じることが防止される。すなわち、硬質炭素膜８１の低い摩擦係数や高い潤滑性によって外周側面８ｆ（他の部材との接触面）の方向に働く力つまり摩擦力が小さく、しかも、硬質炭素膜８１の高い耐摩耗性によって外周側面８ｆが磨耗しにくい。このため、外周側面８ｆが他の部材と接触を繰り返しても、外周側面８ｆの磨耗が著しく低減される。この結果、リテーナリング８の外周側面８ｆが他の部材と接触を繰り返しても、他の部材に対する摺動（追従）や、他の部材によるガイドが適正に行われ、リテーナリング８の押圧面８ａと研磨パッド３の研磨面３ａとの均一な接触（全面にわたる均一な面接触）が維持される。このため、多くのウエハＷを研磨する場合でも、研磨パッド３の研磨面３ａが適正に平坦化、微細化され、また、リテーナリング８の押圧面８ａの消耗が大きくなることもなく、ウエハＷの被研磨面Ｗ１を適正に研磨し続けることが可能となる。
【００２３】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、リテーナリング８がＰＰＳ製であるが、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ  ｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ；ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌｓ；ポリアセタール）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ポリイミド）など、その他のエンジニアリングプラスチック製であってもよい。また、上記の実施の形態では、リテーナリング８が一体構造（１層構造）であるが、２層構造のリテーナリングであってもよい。すなわち、例えば、研磨パッド３側にエンジニアリングプラスチック製のリングを配置し、その上にステンレス鋼製のリングを重ね合わせた２層構造のリテーナリングであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態に係るＣＭＰ装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１のＣＭＰ装置の保持ヘッドの概略断面図である。
【図３】図２の保持ヘッド内のリテーナリングの正面図である。
【図４】図３のリテーナリングの底面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図３のＢ部拡大図である。
【図７】図６のＣ部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１        ＣＭＰ装置
２        定盤
３        研磨パッド
３ａ      研磨面
４        保持ヘッド
５        スラリー供給ノズル
５ａ      スラリー
６        ドレッサー
７        ヘッド本体
８        リテーナリング
８ａ      押圧面
８ｂ      逃がし溝
８ｃ      背面
８ｄ      ネジインサート
８ｆ      外周側面（外周側の側面）
８１      硬質炭素膜
９        弾性体膜
１０      空気室
Ｗ        ウエハ
Ｗ１      被研磨面
【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】
2010045194.tif 000007
【図６】
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【図７】
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