(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性を向上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。【解決手段】研磨対象物Ｗを研磨パッド３に押圧して研磨を行う研磨装置の研磨ヘッドに装着し、研磨パッド３に対して押圧可能なリテーナリング９であって、前記研磨パッド３との接触面は、内周半径Ｒａと外周半径Ｒｂとの中間の半径Ｒｍで前記研磨ヘッド側から研磨パッド３に押圧力を及ぼす押圧中心円に対して、前記押圧中心円の内側の接触面積が前記押圧中心円の外側の接触面積よりも大きくなるように形成されている。【選択図】図３
2015123532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を研磨パッドに押圧して研磨を行う研磨装置の研磨ヘッドに装着し、研磨パッドに対して押圧可能なリテーナリングであって、
前記研磨パッドとの接触面は、内周半径と外周半径との中間の半径で前記研磨ヘッド側から研磨パッドに押圧力を及ぼす押圧中心円に対して、前記押圧中心円の内側の接触面積が前記押圧中心円の外側の接触面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするリテーナリング。
【請求項２】
請求項１に記載のリテーナリングにおいて、
前記研磨パッドとの接触面に、前記接触面積の関係を満たすように同心円状の溝が形成されていることを特徴とするリテーナリング。
【請求項３】
請求項１に記載のリテーナリングにおいて、
前記研磨パッドとの接触面に、前記接触面積の関係を満たすように円周方向に配列された溝あるいは孔が形成されていることを特徴とするリテーナリング。
【請求項４】
請求項１に記載のリテーナリングにおいて、
前記研磨パッドとの接触面に、前記接触面積の関係を満たすように分岐を有する溝が形成されていることを特徴とするリテーナリング。
【請求項５】
請求項１に記載のリテーナリングにおいて、
前記研磨パッドとの接触面は、前記押圧中心円より内側方向のみに存在することを特徴とするリテーナリング。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のリテーナリングを研磨ヘッドに装着していることを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載のリテーナリングを研磨ヘッドに装着している研磨装置を使用して研磨対象を研磨する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】
本発明の実施形態は、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】
半導体ウエハなどを研磨する装置としてＣＭＰ（chemical mechanical polishing；化学的機械研磨）装置などの研磨装置がある。研磨処理においては、半導体ウエハを研磨ヘッドに保持させて研磨布の上を移動させて研磨を行う。研磨ヘッドには半導体ウエハを保持させるために外周部に円環状のリテーナリングが装着されている。
【０００３】
研磨ヘッドは、半導体ウエハに対して一定の圧力をかけると共に、リテーナリングにも圧力を調整してかけながら研磨処理を行うことで、研磨プロファイルを調整している。この場合、リテーナリングに高い圧力をかけるとリテーナリングの磨耗に偏りが生じ、半導体ウエハとリテーナリングの隙間が広がる。この結果、リテーナリングの圧力の効きが低下し、所望する研磨プロファイルが維持できなくなることがある。
【０００４】
このため、同等の研磨プロファイルを確保するにはより高い圧力をリテーナリングにかける必要がある。しかし、リテーナリングに高い圧力をかけると、リテーナリング自体の磨耗が加速する。一方、リテーナリングの径方向の幅を狭くすることで、半導体ウエハとリテーナリングとの隙間が拡大することを抑制できる。しかし、この場合には、研磨布側との接触面積が小さくなることで、同等の研磨プロファイルを確保するにはより高い圧力を付与する必要があり、リテーナリングの寿命が極端に短くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９３７２９４号公報
【特許文献２】特許第４５３４１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態では、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法による研磨装置に装着するリテーナリングにおいて、耐摩耗性を向上できるリテーナリングを提供し、さらにリテーナリングを用いた研磨装置および研磨方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態のリテーナリングは、研磨対象物を研磨パッドに押圧して研磨を行う研磨装置の研磨ヘッドに装着し、研磨パッドに対して押圧可能なリテーナリングであって、前記研磨パッドとの接触面は、内径と外径との中間を通り前記研磨ヘッド側から研磨パッドに押圧する押圧中心円に対して、前記押圧中心円の内側の接触面積が前記押圧中心円の外側の接触面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における研磨装置の概略的な構成図
【図２】研磨ヘッドの模式的な縦断側面図
【図３】リテーナリングの断面図（ａ）、リテーナリングの部分平面図（ｂ）
【図４】新品のリテーナリングの断面図（ａ）、使用を重ねたリテーナリングの断面図（ｂ）
【図５】研磨対象の研磨前の断面図（ａ）、研磨後の断面図（ｂ）
【図６】リテーナリングの断面のプロファイル
【図７】比較のために測定した従来相当のリテーナリングによる半導体ウエハの周辺部の研磨量で、新品の場合（ａ）、使用を重ねたもの（中古）の場合（ｂ）
【図８】比較のために測定した従来相当のリテーナリングの断面のプロファイルで、新品の場合（ａ）、使用を重ねたもの（中古）の場合（ｂ）
【図９】第２実施形態を示すリテーナリングの断面図（ａ）、使用を重ねたリテーナリングの断面のプロファイル（ｂ）
【図１０】第３実施形態を示す２つのリテーナリングの部分平面図
【図１１】第４実施形態を示すリテーナリングの平面図
【図１２】第５実施形態を示す研磨対象の研磨前の断面図（ａ）、研磨後の断面図（ｂ）
【図１３】第６実施形態を示すリテーナリングの断面図
【図１４】使用状態でのリテーナリングと研磨パッドとの様子を示す作用説明図
【図１５】第７実施形態を示すリテーナリングの部分斜視図
【図１６】リテーナリングの平面図
【図１７】第８実施形態を示すリテーナリングの部分斜視図
【図１８】リテーナリングの平面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、上下左右の方向についても、後述する半導体基板における回路形成面側を上とした場合の相対的な方向を示し、必ずしも重力加速度方向を基準としたものとは一致しない。
【００１０】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図８を参照して説明する。
図１は、例えば半導体ウエハＷとして１２インチ径（直径約３０ｃｍ）の研磨を行うＣＭＰ研磨装置の研磨部１の概略構成を模式的に示している。研磨部１は図示しない制御装置により駆動制御される。研磨部１のターンテーブル２は、上面部に研磨パッド３が貼り付けられ、中央部下方に回転軸２ａを介してモータにより回転駆動される。研磨部１に設けられたアームなどによりターンテーブル２上で移動可能に設けられた研磨ヘッド４を備えている。研磨ヘッド４は、下面に半導体ウエハＷが装着された状態で回転駆動されターンテーブル２上で研磨処理が行われる。研磨ヘッド４は、上方に設けられたヘッド軸４ａにより上下動し、研磨時には研磨パッド３に当接する高さまで下降する。また、研磨ヘッド４のヘッド軸４ａは、タイミングベルトを介してモータなどを備えた駆動機構５に連結され、制御装置により所定の回転数で回転駆動制御される。ターンテーブル２の上面には、スラリー（研磨液）を滴下する研磨液供給ノズル６が設けられている。
【００１１】
図２は研磨ヘッド４の縦断面を模式的に示している。研磨ヘッド４は、円盤状で下面に凹部を有する研磨ヘッド本体７とその下面外周部に圧力室８を介して装着されたリテーナリング９とを備えている。研磨ヘッド本体７は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。リテーナリング９は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００１２】
研磨ヘッド本体７の凹部内には半導体ウエハＷを保持した状態で上下動可能なチャッキングプレート１０が収容されている。チャッキングプレート１０は金属材料で形成したものや、金属汚染や終点検出感度の観点から例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、フッ素系樹脂やセラミックスなどの伝導性や磁性を持たない材料で形成することもできる。チャッキングプレート１０の下面部には、半導体ウエハＷを押圧するための圧力室１１が設けられている。圧力室１１は、チャッキングプレート１０の下面部に取り付けられる複数の周壁部を有し、これにより、チャッキングプレート１０との間に４つの圧力室１１ａ〜１１ｄとして配置されている。圧力室１１ａ〜１１ｄは、半導体ウエハＷに均一な圧力が付与できるよう弾性膜で形成されており、具体的には、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム（ＰＵ）、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。また、弾性膜を形成するゴム材としては、例えば硬度（ｄｕｒｏ）が２０〜６０のものが好適である。リテーナリング９を押圧する圧力室８についても同様の材料により形成されている。
【００１３】
圧力室１１ａ〜１１ｄは、チャッキングプレート１０の下面の中心部から同心状に形成されている。中央部に円形状をなす圧力室１１ａが設けられ、その外周部に円環状の圧力室１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとして隣接して配置されている。各圧力室１１ａ〜１１ｄおよび前述したリテーナリング９に対応して設けられた圧力室８には、それぞれに対して、独立して加圧流体として例えば空気を供給可能に給気管が設けられ、それぞれの圧力が調整される。
【００１４】
図３は本実施形態にかかるリテーナリング９の形状を示すもので、図３（ａ）はリテーナリング９を径方向に切断した断面を示し、図３（ｂ）はリテーナリング９の研磨パッド３と接触する側の面の平面図を示している。リテーナリング９は、内周半径Ｒａ（例えば１５０ｍｍ）、外周半径Ｒｂ（例えば１６５ｍｍ）で径方向の幅寸法が１５ｍｍ程度の円環状をなし、厚さＴ（例えば４０ｍｍ）で形成されている。リテーナリング９は、半導体ウエハＷが内側に収容された状態で、内周面に半導体ウエハＷの外周面が当接した状態で使用される。
【００１５】
リテーナリング９の研磨パッド３と接触する側の面（下面）には同心円状の２本の溝９ａ、９ｂが形成されている。２本の溝９ａ、９ｂは、外側に寄せた位置に形成されている。研磨パッド３と接触する面積は、内周側の部分が大きくなるように設定されている。この実施形態では、内周側端部から８ｍｍおよび１２ｍｍの位置を通る同心円（半径１５８ｍｍおよび半径１６２ｍｍ）を中心に径方向に２ｍｍ幅で溝９ａ、９ｂを形成している。この構成では、リテーナリング９の研磨パッド３と接触する面は、溝９ａ、９ｂを形成している分だけ減るものの、全体としてはほぼ同等の接触面積を確保できているので、リテーナリング荷重としては従来型のものと同等の設定で所望の研磨プロファイルを実現できる。また、リテーナリング９の周方向にはスラリーを流通させるための切断溝９ｃが所定角度毎に径方向に指向して形成されている。なお、スラリーを流通させるための切断溝９ｃは、研磨条件に応じて、設けるタイプと設けないタイプのものを使い分けることができる。
【００１６】
本実施形態においては、リテーナリング９の研磨パッド３との接触面の面積が、外周側よりも内周側が大きくなるように溝９ａ、９ｂを形成した。これは、リテーナリング９の使用に伴う磨耗量を内周側と外周側とで不均衡が発生しないようにするためである。発明者らの認識では、リテーナリングの研磨パッドと接触する面に同心円状の溝を形成していない従来タイプのものでは、内周側の接触面が外周側の接触面より多く磨耗する傾向にあることを見出している。この結果、リテーナリングの厚さ寸法が内周側において外周側よりも薄くなり、内周側が研磨パッドに接触せずに浮いた状態となる。
【００１７】
これは、研磨処理中にリテーナリングが外周側に拡張するように引っ張られる傾向があるためと推定できる。その場合、リテーナリングは、上部に位置している圧力室から幅方向において中央部にて研磨パッド側に押圧されていることにも関連していると予想される。
【００１８】
したがって、圧力室８からの押圧力を考慮すると、リテーナリング９に受ける押圧の中心よりも内周側の接触面積を大きくすることが偏った磨耗を抑制する効果につながることが推定できる。本実施形態におけるリテーナリング９は、このような事情を考慮して溝９ａ、９ｂが配置形成されている。なお、リテーナリング９の研磨パッド３と接触する面の面積を二等分する半径Ｒｓを求めると、次式（１）のように表すことができる。
【００１９】
Ｒｓ＝√[（Ｒａ２＋Ｒｂ２）／２]                （１）
一方、内周半径Ｒａと外周半径Ｒｂとの間の中間半径Ｒｍは、次式（２）で表される。
Ｒｍ＝（Ｒａ＋Ｒｂ）／２                        （２）
内周半径Ｒａと外周半径Ｒｂとは必ずＲａ＜Ｒｂの関係があるから、面積を二等分する半径Ｒｓと中間半径Ｒｍとの間には、次式（３）の関係がある。
【００２０】
Ｒｓ＞Ｒｍ                                      （３）
したがって、面積を二等分する半径Ｒｓよりも外側の接触面積Ｓｏｕｔを内側の接触面積Ｓｉｎよりも小さくするように溝９ａ、９ｂを設けると良い。
【００２１】
次に、本実施形態における研磨処理について図４〜図６も参照して説明する。研磨対象としての半導体ウエハＷは次のように加工されたものが準備される。図５（ａ）に示すように、半導体ウエハＷは、シリコン基板１００に第１絶縁膜としてのシリコン窒化膜（ＳｉＮ）１０１を例えば膜厚１５ｎｍで形成している。
【００２２】
この後、溝１０２（例えば深さ２００ｎｍ）を形成し、続いて、溝１０２内およびシリコン窒化膜１０１上に、第２絶縁膜としてＮＳＧ（non-doped silicate glass）膜１０３を例えば膜厚３５０ｎｍで成膜する。ここでは第１絶縁膜としてシリコン窒化膜１０１、第２絶縁膜としてＮＳＧ膜１０３を用いたが、これに限定されるものではなく、ＴＥＯＳ(テトラエトキシシラン)酸化膜、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、水素添加シリコンカーバイド膜（ＳｉＣＨ）、窒素添加シリコンカーバイド膜（ＳｉＣＮ）、炭素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）、炭化水素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＣＨ）、多結晶シリコン膜（poly-Ｓｉ）からなる群から選択される少なくとも一種の絶縁材料を用いて形成することができる。
【００２３】
次いで、ＣＭＰ法の研磨処理によりシリコン窒化膜１０１上のＮＳＧ膜１０３を除去するが、ここで本実施形態のリテーナリング９を研磨装置１に装着して使用する。上述した研磨装置１にて、研磨液供給ノズル６から、砥粒としてセリア（酸化セリウム；ＣｅＯ２）を含有するスラリーを供給する。ここでは、粒子径１００ｎｍのセリアを１ｗｔ％含んだスラリーを所定の流量で研磨パッド３上に滴下して研磨する。
【００２４】
研磨条件は、例えば研磨荷重：４００ｇｆ／ｃｍ２、リテーナリング荷重：４４０ｇｆ／ｃｍ２、研磨ヘッド回転速度：１００ｒｐｍ、研磨テーブル回転速度：１０５ｒｐｍで、テーブル電流値（ＴＣＭ；table current monitor）によってＮＳＧ膜１０３の除去を検出する。ＮＳＧ膜１０２の研磨時のテーブル電流値に対して、ＮＳＧ膜１０３が研磨除去されてシリコン窒化膜１０１が露出したときのテーブル電流値が異なることから研磨終了を判定することができる。
【００２５】
これにより、図５（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷの溝１０１内にＮＳＧ膜１０２を埋め込んだ状態に研磨することができる。このとき、上記のようにテーブル電流値で研磨終了の検出を行う場合でも、従来のリテーナリングを使用する場合には、半導体ウエハＷの全体ではなく部分的に過研磨状態あるいは研磨不足状態が発生することがある。過研磨状態ではシリコン窒化膜１０１も研磨されて全体が薄くなり、研磨不足状態ではシリコン窒化膜１０１上にＮＳＧ膜１０３が残存した状態となる。
【００２６】
次に、本実施形態におけるリテーナリング９を用いた研磨を実施した場合について説明する。研磨処理を実施すると、半導体ウエハＷの周辺部がリテーナリング９の内周面に当接した状態となる。リテーナリング９が未使用に近い状態の場合には、図４（ａ）に示すように、断面は矩形状をなしている。この状態では、リテーナリング９の研磨パッド３と接触する面の最も内周側の位置は、内周面とほぼ同じ位置で、半導体ウエハＷの外周とほぼ同じである。
【００２７】
そして、研磨回数が増えてリテーナリング９の使用を重ねた後は、図４（ｂ）に示すように、研磨パッド３と接触する面が溝９ａ、９ｂを境界としてそれぞれの接触面部が丸みを帯びた形状に磨耗していることがわかる。このとき、リテーナリング１９の内周側の位置から研磨パッド３との接触位置までの距離（作用点距離Ｓ）は、溝９ａ、９ｂを設けた場合には短くすることができ、半導体ウエハＷとの隙間が広がるのを抑制している。これによって、半導体ウエハＷの外周部の過研磨が抑制できる。
【００２８】
図６は、上記したリテーナリング９の使用を重ねた後での断面のプロファイルを示している。この結果から、内周側の磨耗に加えて、溝９ａ、９ｂの近傍においても磨耗が大きくなることで、全体としてほぼ均一な磨耗状態を呈している。
【００２９】
また、このリテーナリング９を用いた研磨処理では、荷重を高くしていないので、磨耗速度も変らないので、同等の従来相当のリテーナリングを使用した場合に比べて、寿命が短くなることを抑制することができる。なお、この実施形態では、リテーナリング９の溝９ａ、９ｂの幅や位置を図３に示したように設定した場合で説明しているが、上記の効果を得るための設定の変更は可能である。
【００３０】
上記実施形態によれば、リテーナリング９に溝９ａ、９ｂを形成して、外周側の接触面積を小さくしたので、研磨対象である半導体ウエハＷの研磨量について、高い制御性をもって研磨処理を実行することができる。これにより、リテーナリング９の使用を重ねた場合でも、欠けショット部を含む、半導体ウエハＷの外周まで均一に研磨することが、長期間に渡って実施することができるようになる。この結果、生産性の向上のみならず、半導体ウエハ外周部の過研磨による膜剥がれや保護膜が抜けることによる部分的な薬液の浸み込みなどによる、メタルの溶解なども問題についても解決を図ることができる。
【００３１】
＜比較のための実測結果と本実施形態の効果の比較＞
次に、上記のようなリテーナリング９を得るに至った経緯について簡単に説明する。すなわち、発明者らは、リテーナリングが研磨処理を重ねるに従ってどのような形状に磨耗していくのかを実測により見出した。発明者らはＣＭＰ法による研磨処理で装着しているリテーナリングについて、従来相当のものと、本実施形態で提案するものとについて、使用による磨耗量の増加に伴い、半導体ウエハＷが周辺部において研磨量が変化することを測定した。
【００３２】
図７（ａ）は、従来型の新品のリテーナリングを取り付けた研磨ヘッドで２００ｎｍ研磨した半導体ウエハ（半径１５０ｍｍ）の外周部よりも半径方向に２０ｍｍ内側の範囲（Wafer Position １３０〜１５０ｍｍ）のエリアの研磨量（Removal Amount）プロファイルを示している。この結果では、半導体ウエハは、最外周部までほぼ均一に研磨されていることがわかった。一方、図７（ｂ）には、使用回数を重ねた中古（例えば半導体ウエハを３０００枚処理した後のもの）のリテーナリングを取り付けた研磨ヘッドで研磨したときの研磨量プロファイルを示している。この結果では、外周部から径方向に１０ｍｍ程度内側の領域（１４０ｍｍ付近）で２００ｎｍ程度の研磨量であったのに比べ、最外周に相当する最外周から径方向に２ｍｍ程度内側の領域（１４８ｍｍ付近）では、２倍近く（４００ｎｍ程度）の研磨量となっていた。
【００３３】
図８（ａ）、（ｂ）は、上述の場合の従来型のリテーナリングの断面の形状を示すプロファイルである。図８（ａ）は、新品の状態でのリテーナリングの断面形状のプロファイルであり、半導体ウエハＷの最外周位置（Wafer Position １５０ｍｍ）から径方向（Wafer Position）に幅寸法１５ｍｍ（Wafer Position １６５ｍｍ）で、厚さ寸法が４０ｍｍの外形形状を示している。図８（ｂ）は、図７（ｂ）で示した使用回数を重ねた中古リテーナリングの断面形状を示している。図８（ｂ）からわかるように、リテーナリングは、半導体ウエハ側（内周側）の磨耗が激しく、半導体ウエハと接触する内周側から研磨パッドと接触する作用点までの距離が１０ｍｍ以上になる（Wafer Position １５０〜１６０ｍｍの範囲）。このときリテーナリングの荷重を倍以上に上昇させて評価を行ったが、この場合でもプロファイルの改善効果はあまり得られなかった。
【００３４】
また、上記のように内周側が大きく磨耗することから、発明者らは、リテーナリングの幅寸法を５ｍｍにして試してみたところ、内周側と外周側とで磨耗の偏りは少なくなった。しかし、このリテーナリングを用いて従来型と同じ研磨プロファイルを確保しようとするとリテーナリング荷重を２倍程度に設定する必要がある。しかし、荷重を大きく設定すると、リテーナリングの磨耗速度は４倍程度まで増大し、この結果リテーナリングそのものの使用寿命が非常に短くなってしまう。
【００３５】
以上の結果に鑑みて、本実施形態で説明したリテーナリング９のように、研磨パッド３との接触面積が、圧力室８側からの研磨パッド３側への押圧力の中心よりも内側の接触面積を大きくできるように構成した。これにより、上述したように均一な研磨を長期間に渡って実施することができるようになった。
【００３６】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態を示すもので、第１実施形態と異なるところは、図９（ａ）に示すように、リテーナリング１９を用いて研磨を行う点と、このときの研磨処理における研磨パッド３として単層パッドのものを用いたところである。
【００３７】
第２実施形態においては、図９（ａ）に示すように、リテーナリング９と同じように、リテーナリング１９として、溝１９ａ、１９ｂを形成することに加えて、内周側にも同心円状の溝１９ｃを形成し、内周側から溝１９ｃまでの間の接触面の距離を短くすることで、研磨時の磨耗で生じる緩やかな傾斜もでないようにした。また、全体的な磨耗のバランス取る為に溝１９ａ−１９ｂ間の距離を外側で短くすることで、第１実施形態で述べたリテーナリング１９の研磨パッド３と接触する側の面の接触面積についての関係を満たすようにしている。
【００３８】
この実施形態においても、第１実施形態と同様に、半導体ウエハＷの最外周の研磨プロファイルとしては、研磨ヘッド４の内部に設けた圧力室１１ｄのエリアの圧力調整が有効であるが、実際には、研磨パッド３の沈み込みやリバウンドなどの影響が大きい為、リテーナリング１９の圧力も非常に重要である。
【００３９】
この実施形態では、研磨パッド３として単層パッドのものを採用しており、この研磨特性を調査している。この場合、特に最外周が過研磨傾向となる場合のプロセスでは、リテーナリング１９の圧力が低い条件（７０ｇｆ／ｃｍ２）でも、外周部の過研磨傾向を抑制できる。一方、リテーナリング１９の消耗状態によっても研磨特性が変化することが分かってきた。第１実施形態と同様に、リテーナリング１９の磨耗量が内周側と外周型とで偏りを生じており、この結果、リテーナリング１９の内周側の位置から研磨パッド３との接触位置までの距離が、半導体ウエハＷとの隙間が広がるとリテーナリング１９の効きが低下して半導体ウエハＷの外周部の過研磨が抑制できなくなってしまうと考えられる。このように、単層パッドの研磨パッド３を用いる場合では、研磨条件の各条件に対する依存性が大きく、リテーナリング１９の磨耗量自体は少なくなるものの、半導体ウエハＷの研磨プロファイルへの影響は大きくなる。
【００４０】
図９（ｂ）は、使用を重ねた後の中古のリテーナリング１９についてプロファイルを測定した結果を示している。この図からわかるように、リテーナリング１９の内周側すなわち内周面から溝１９ｃまでの間の接触面の磨耗による傾きを抑制することが可能となった。また、これによって、リテーナリング１９の寿命を短くすることなく、半導体ウエハＷ外周を含めた研磨プロファイルの安定性を確保することが可能となる。
【００４１】
このような第２実施形態によれば、研磨パッド３として単層パッドのものを採用する場合でも、内周側にさらに溝１９ｃを形成したリテーナリング１９を用いることで接触面を均一な磨耗量とすることができ、これによって半導体ウエハＷの外周側の研磨量を過研磨状態を抑制することができ、リテーナリング１９の長寿命化を図ることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
図１０（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、第１実施形態において研磨液供給ノズル６に供給するスラリーに加えて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）との選択比が確保できるように、高分子の界面活性剤を添加したスラリーを供給して研磨処理を実施するものである。
【００４３】
この実施形態では、図１０（ａ）に示すように、リテーナリング２９として、外周側に切り欠き部が露出する溝２９ａを設けている。また、リテーナリング２９は、スラリー流通用の溝２９ｂで周方向に複数部分に分割されている。溝２９ａは、分割された各部分に対応して配置形成され、リテーナリング２９の周方向に同心円上に並ぶように配置された状態とされている。第１実施形態あるいは第２実施形態で示したリテーナリング９、１９のような溝形状を設ける場合に、研磨条件によっては全体的な磨耗のバランスが十分にとれない場合があり、この実施形態のような場合に対応すべく、上記したようなリテーナリング２９を使用するものである。
この場合に、上記したリテーナリング２９の構成は、外周側に円形の溝２９ａを設けることで、研磨パッド３との接触面積の条件は、内周側が外周側よりも広くなることで満たされている。
【００４４】
上記したリテーナリング２９を採用したのは、発明者らによる次のような測定結果に基づくものである。すなわち、本実施形態におけるように高選択比のスラリーを採用する場合に、その研磨特性を詳細に調査した。その結果、特に最外周が過研磨傾向のプロセスでは、リテーナリングの圧力が高い条件（例えば４４０ｇｆ／ｃｍ２）でも、外周部の過研磨傾向を抑制できるが、やはりリテーナリングの消耗状態によっても研磨特性が変化することが分かってきた。
【００４５】
したがって、第１実施形態、第２実施形態と同様に、リテーナリングの磨耗が偏り、半導体ウエハＷとの隙間が広がると（作用点距離Ｓが大きくなること）リテーナリングの効きが低下する。このため、研磨対象となる半導体ウエハＷの外周部の過研磨が抑制できなくなってしまうからである。本実施形態におけるリテーナリング２９では、研磨処理の繰り返しに伴う消耗が、内周側において抑制できるようにしたものである。
【００４６】
このような第３実施形態によれば、溝２９ａを形成したリテーナリング２９を採用することで、研磨処理の繰り返しによって溝２９ａの肩部での磨耗が促進されるようになる。これにより、リテーナリング２９全体としての磨耗のバランスが改善し、リテーナリング２９の寿命を短くすることなく、研磨対象となる半導体ウエハＷの外周を含めた研磨プロファイルの安定性を確保することが可能となる。
【００４７】
なお、図１０（ａ）に示したリテーナリング２９に代えて、図１０（ｂ）に示すようなリテーナリング３９を採用することもできる。リテーナリング３９は、外周側に円形の孔３９ａを設けている。また、リテーナリング３９は、スラリー流通用の溝３９ｂで周方向に複数部分に分割されている。円形の孔３９ａは、分割された各部分に対応して３個ずつ配置形成され、リテーナリング３９の周方向に同心円状に並ぶように配置された状態とされている。なお、孔３９ａは、円形に限らず、適宜の形状を設定することができる。
【００４８】
（第４実施形態）
図１１は第４実施形態を示すもので、第１実施形態と異なる部分について説明する。図１１は、リテーナリング４９の研磨パッド３との接触面側の平面図を示すものである。この図１１において、リテーナリング４９には、溝４９ａおよび溝４９ｂが形成されている。溝４９ａは、リテーナリング４９の接触面を周方向に分割するように径方向で傾斜するように形成されている。この溝４９ａはスラリーの流通用の溝としても機能する。また、溝４９ｂは、溝４９ａの中間部位から分岐して外周方向にさらに傾斜をつけた状態で形成されている。この場合、リテーナリング４９の研磨パッド３との接触面の面積は、内周側が外周側よりも広くなる条件を満たしている。
【００４９】
上記のようにリテーナリング４９を構成したので、研磨処理に際しては第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、リテーナリング４９の溝４９ａ、４９ｂの径方向からの傾斜角度は、適宜の角度に設定することができる。また、溝４９ａ、４９ｂの幅寸法や、形成本数についても、適宜減らしたり増やしたりすることができる。
【００５０】
（第５実施形態）
図１２は第５実施形態を示すものである。この実施形態は、実際に研磨対象として以下に示す構成の半導体ウエハＷを研磨処理した場合の例を示すものである。研磨対象となる半導体ウエハＷと研磨条件は次のとおりである。
【００５１】
図１２（ａ）は、半導体ウエハＷの半導体素子が形成された部分の上部構成の断面を示している。シリコン基板２００は、上面部に半導体素子が作りこまれ、この上面に第１絶縁膜２０１が形成されている。第１絶縁膜２０１にはタングステン（Ｗ）プラグ２０２が上下を貫通するように形成されている。第１絶縁膜２０１の上面に低誘電率の第２絶縁膜２０３および第３絶縁膜２０４が順次形成され、積層絶縁膜とされている。第２絶縁膜２０３は、比誘電率が２．５未満の低誘電率絶縁材料により構成することができる。第２絶縁膜２０３としては、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、ポリメチルシロキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾシクロブテンなどの有機樹脂を主成分とする膜、および多孔質シリカ膜などのポーラス膜からなる群から選択される少なくとも一種を用いて形成することができる。ここでは、第２絶縁膜２０３は、例えばブラックダイヤモンド（商標）技術により低誘電率膜を８０ｎｍで形成している。
【００５２】
第３絶縁膜２０４は、キャップ絶縁膜として作用し、第２絶縁膜２０３より大きな比誘電率を有する絶縁材料により形成することができる。第３絶縁膜２０４は、例えば、ＴＥＯＳ(テトラエトキシシラン), ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、 ＳｉＣＮ、 ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種の比誘電率２．５以上の絶縁材料を用いて形成することができる。ここでは、第３絶縁膜２０４は、例えばＳｉＯＣを用いて膜厚１６０ｎｍで形成した。
【００５３】
上記構成の第２絶縁膜２０３および第３絶縁膜２０４からなる積層絶縁膜に、溝２０５を例えば深さ２４０ｎｍで形成し、第１絶縁膜２０１およびタングステンプラグ２０２の上面を露出させている。第３絶縁膜２０４上および溝２０５内にバリアメタルとしてのチタン（Ｔｉ）膜２０６が例えば膜厚１０ｎｍで形成されている。チタン膜２０６の上面に、溝２０５内を埋め込むように、銅（Ｃｕ）膜２０７が膜厚１２００ｎｍで形成されている。
【００５４】
次に、上記構成の半導体ウエハＷの研磨処理について説明する。第１実施形態で示した構成の研磨装置を用いてＣＭＰ研磨を実施する。ここでは、研磨装置の研磨ヘッド４に、上記のように加工を施した半導体ウエハＷを設置し、研磨液供給ノズル６からスラリーを供給する。スラリーは、例えば酸化剤として過硫酸アンモニウム（１．５ｗｔ％）、錯体形成剤としてキナルジン酸（０．３ｗｔ％）、有機酸としてシュウ酸（０．１ｗｔ％）、粒子としてコロイダルシリカ（０．６ｗｔ％）、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル（０．０５ｗｔ％）を用いる。また、上記のスラリーは、純水、水酸化カリウムにてｐＨを９に調整されている。研磨テーブル３に供給するスラリーの流量は３００ｍｌ／ｍｉｎ程度である。
【００５５】
研磨条件としては、研磨荷重を３００ｇｆ／ｃｍ２、研磨ヘッド４の回転速度を１０５ｒｐｍ、研磨テーブル４の回転速度を１００ｒｐｍとし、研磨時間は銅（Ｃｕ）のオールクリア（研磨除去状態）をＥＣＭ（渦電流法によるＣｕ有無の検知）によって検出する方式としている。
【００５６】
上記の条件にて研磨処理を実施して図１２（ｂ）に示すように仕上げる。すなわち、半導体ウエハＷは、第３絶縁膜２０４上の銅（Ｃｕ）膜２０７およびチタン（Ｔｉ）膜２０６が研磨によって除去され、第３絶縁膜２０４が露出された状態となり、且つ、溝２０５内にチタン膜２０６を介して銅膜２０７が埋め込まれた状態に加工される。
【００５７】
上記した第１実施形態あるいは第２実施形態で示したように、リテーナリング９あるいは１９に同心円状の溝９ａ、９ｂを設けたことで、スラリーの流れ込みとともに研磨の進行と共に発生する「削れかす」などの排出効率も改善されたことで、リテーナリングへ９あるいは１９の堆積物の量が大幅に削減された。また、リテーナリング９あるいは１９を用いることで、半導体ウエハＷへのスラリーの供給効率が改善され、研磨速度が向上することも確認できた。
【００５８】
また、Ｏｘ−ＣＭＰ（酸化膜ＣＭＰ）処理で発生するリテーナリング９あるいは１９の磨耗ほどではないが、研磨検知後に付加するＴｕ−ＣＭＰ（タッチアップＣＭＰ）でもリテーナリング９あるいは１９が、偏って磨耗することが分かった。詳細は省略するが、この場合でも、リテーナリング９あるいは１９を用いることで、Ｔｕ−ＣＭＰでのリテーナリングの磨耗の偏りを改善できていることが確認できた。
【００５９】
Ｃｕ／Ｔｕ−ＣＭＰ、すなわちＣｕ−ＣＭＰ（銅ＣＭＰ）の研磨処理に続けてタッチアップＣＭＰを行うシリーズ処理では、Ｃｕ−ＣＭＰで発生する「削りかす」の堆積量の低減や、Ｔｕ−ＣＭＰでのリテーナリングの磨耗の偏りが改善することで、スクラッチの低減とリテーナリング９、１９の寿命を長くすることができるようになった。これは、リテーナリング９、１９に形成する溝９ａ、９ｂ、１９ａ〜１９ｃの幅や位置を規定して実施したが、接触面積の条件を満たす範囲内で適宜の変更を行うことができる。
【００６０】
なお、従来のリテーナリングでは、リテーナリング自体はほとんど磨耗しないが、研磨かすがＣｕ（銅）と錯体を形成し、リテーナリングの溝に堆積することがある。このリテーナリングの溝内の堆積物が、研磨処理中に剥がれると研磨対象物でのスクラッチ発生の原因となっていた。
このような第５実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
（第６実施形態）
図１３および図１４は第６実施形態を示すものである。以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。
図１３（ａ）、（ｂ）は研磨ヘッド本体７にリテーナリング５９を装着した状態の縦断側面を示している。なお、図１３（ａ）、（ｂ）においては、チャッキングプレート１０、メンブレン１１および半導体ウエハＷは図示を省略している。図１３（ａ）に示すように、リテーナリング５９の研磨パッド３との接触面部５９ａは、内周側に位置する部分のみ設けられている。したがって、圧力室８による研磨パッド３側への押圧力の中心線ｍよりも内周側に接触面部５９ａが位置している。
【００６２】
このようなリテーナリング５９を構成したので、使用時においては、図１３（ｂ）に示すように、リテーナリング５９の接触面部５９ａが内側に変位する状態となる。リテーナリング５９が上方から圧力室８により研磨パッド３側に圧力を受けているので、圧力の中心線ｍの方向に押圧力を受けている。リテーナリング５９の接触面部５９ａは、リテーナリング５９が上方から受ける押圧力に対して接触面部５９ａが内周側に位置しているので、外周側から内周側に変位するように力を受ける。
【００６３】
この状態では、リテーナリング５９は、圧力室８から受ける押圧力が、図１４に示すように、リテーナリング５９の接触面部５９ａが半導体ウエハＷ側に変位するように作用している。この結果、リテーナリング５９の接触面部５９ａは、内周側の接触圧力よりも外周側の接触圧力が高くなる傾向となり、内周側の磨耗が低減するようになる。なお、図１４では、リテーナリング５９の傾斜状態や、リバウンド高さの違いを説明するために、各部の変位の程度を強調して示している。
【００６４】
さらに、図１４に示しているように、リテーナリング５９の接触面部５９ａと半導体ウエハＷとの間の間隔を狭めることとなり、研磨パッド３のリバウンド高さｈも低減させることができる。半導体ウエハＷの素子形成部分Ｗａがリバウンドに寄り受ける影響が小となり、半導体ウエハＷの外周部においても研磨性能の向上を図ることができる。
【００６５】
なお、従来方式のリテーナリングを用いる場合には、接触面部がリテーナリングの全幅に対応しているので、圧力室８からの押圧力で外周側に開く傾向となる。このため、リテーナリングの接触面部と半導体ウエハＷとの間の間隔が広がり、リバウンド高さが高くなる傾向になる。この結果、従来方式のリテーナリングではリバウンドによって、半導体ウエハＷの外周部において素子形成部Ｗａが均一に研磨できなくなる傾向にあった。
【００６６】
このような第６実施形態によれば、リテーナリング５９として、外縁部に段差を設けてリテーナリング５９の押圧中心より内側のみパッドに接触する接触面部５９ａを設けた。これにより、リテーナリング５９に内側に向いた力が働き、内側にリテーナが傾斜することで圧力空白域が少なくなり、リテーナリングと半導体ウエハ端部の距離が短くなり、研磨パッドのリバウンドによる半導体ウエハＷの外周部における過研磨を抑制することができる。
【００６７】
（第７実施形態）
図１５および図１６は第７実施形態を示すものである。以下、第６実施形態と異なる部分について説明する。
図１５（ａ）はリテーナリング６９の一部の外観を示している。図１６はリテーナリング６９の研磨パッド３と接触する側からみた平面図を示している。この実施形態では、リテーナリング６９として、段差により形成した接触面部６９ａを内周側に位置して設ける構成としている。そして、リテーナリング６９には、これに加えて複数のスリット６９ｂを内周面に周方向に並ぶように所定間隔で設けている。
【００６８】
リテーナリング６９のスリット６９ｂは、圧力室８側から接触面部６９ａ側に向かって広くなるくさび状に設けられている。また、スリット６９ｂは、図１６にも示しているように、径方向に対して内周側で広く、外周側に狭くなるくさび状に設けられている。リテーナリング６９のスリット６９ｂは、圧力室８側の面では小さいくさび状であり、研磨パッド３側の面では大きいくさび状となっている。これにより、リテーナリング６９は、接触面部６９ａがスリット６９ｂにより周方向に分割された状態に形成され、圧力室８側では一体に繋がった状態に形成されている。
【００６９】
上記のようにリテーナリング６９を構成しているので、第６実施形態と同様にして研磨処理を実施する場合には、接触面部６９ａが内周側に傾斜する力を受けるときに、スリット６９ｂが形成されている分傾斜し易くなる。これにより、接触面部６９ａが内周側に傾斜すると、図１５（ｂ）に示すように、スリット６９ｂの部分が狭くなるようにして内側に傾斜する。
【００７０】
このような第７実施形態によっても、第６実施形態と同様の作用効果を得る事ができるとともに、第６実施形態に比べて、リテーナリング６９の内周側の面にスリット６９ｂを設けることで、接触面部６９ａを内側に傾斜しやすくすることができる。これにより、研磨中にリテーナリング６９が内側に傾斜することで、リテーナリング６９と半導体ウエハＷの端部の距離が短くなり、研磨パッド３のリバウンドによる半導体ウエハＷの端部の過研磨を抑制することができる。
【００７１】
（第８実施形態）
図１７および図１８は第８実施形態を示すものである。以下、第７実施形態と異なる部分について説明する。
図１７（ａ）はリテーナリング７９の一部の外観を示している。図１８はリテーナリング７９の研磨パッド３と接触する側の面からみた平面図を示している。第８実施形態では、リテーナリング７９として、周方向に多数のリングパーツ８０に分割し、これらを連結リング８１により連結した構成としている。また、各リングパーツ８０には、第７実施形態と同様にして、段差により形成される接触面部８０ａを内周側に位置して設ける構成としている。
【００７２】
リングパーツ８０は、互いに間隔を設けて連結リング８１により連結されており、連結リング８１の軸周りの方向に回転変位可能に設けられている。リングパーツ８０は、連結リング８１に固定して弾性変形により回動させる構成としても良いし、連結リング８１に回動可能に支持して回動させる構成としてもよい。
【００７３】
上記のようにリテーナリング７９を構成しているので、第７実施形態と同様にして研磨処理を実施する場合には、接触面部８０ａが内周側に傾斜するように力を受けるようになる。このとき、リングパーツ８０は、連結リング８１の軸周りに回転して内周側に傾斜する。リングパーツ８０は、隣接するリングパーツ８０と一定距離を設けて連結リング８１に取り付けられているので、内周側への回転に対して接触することなく変位可能である。
【００７４】
したがって、このような第８実施形態によっても、リテーナリング７９を分割することで、内周側に傾斜しやすくすることができる。これにより、研磨中にリテーナリング７９が内周側に傾斜することで、リテーナリング７９と半導体ウエハＷの外周部との距離が短くなり、研磨パッド３のリバウンドによる半導体ウエハＷの外周部の過研磨を抑制することができる。
【００７５】
なお、上記実施形態では、リテーナリング７９として、連結リング８１によりリングパーツ８０を連結する構成としているが、連結リング８１は、円形状のものを用いることもできるし、多角形状のものを用いることもできる。また、連結リング８１は、一体に形成されたものを用いることができるし、多数の棒をリング状に連結して構成することもできる。
【００７６】
（他の実施形態）
上記実施形態で説明したもの以外に次のような変形形態に適用することができる。
上記各実施形態は、単独の構成でも実施できるし、複数の実施形態を複合的に構成した場合でも実施することができる。
半導体ウエハＷ以外のウエハを研磨することもできる。
リテーナリングの溝の形状や配置の仕方は、研磨パッド側と接触する部分の面積が、内周側の接触面積が外周側の接触面積よりも広くする条件を満たしていれば、様々なものが採用できる。
リテーナリングに同心円状の溝を形成する構成では、実施形態で示したように２本あるいは３本設ける場合に限らず、１本設けるようにしてもよいし、４本以上設ける構成とすることもできる。
【００７７】
リテーナリングに形成する溝は、同心円状に配置する構成であれば、矩形状あるいは円形状以外にも種々の形状のものを設けることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７８】
以下は、本実施形態に含まれるリテーナリングを示すものである。
（１）研磨対象物を研磨パッドに押圧して研磨を行う研磨装置の研磨ヘッドに装着し、研磨パッドに対して押圧可能なリテーナリングであって、前記研磨パッドとの接触面は、内周半径と外周半径との中間の半径で前記研磨ヘッド側から研磨パッドに押圧力を及ぼす押圧中心円に対して、前記押圧中心円の内側の接触面積が前記押圧中心円の外側の接触面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするリテーナリングにおいて、
内径側の面に垂直方向に開口部を有し、且つ径方向の径が大となる方向に向かって前記開口部が狭くなる形状のスリットを有することを特徴とするリテーナリング。
【００７９】
（２）上記した（１）のリテーナリングにおいて、
前記スリットの垂直方向の開口部は、前記研磨パッドとの接触面から離れた側から接触面に向かって広がるように形成されていることを特徴とするリテーナリング。
【００８０】
（３）上記した（１）の前提部分のリテーナリングにおいて、
周方向に沿って複数のブロックに分割されていることを特徴とするリテーナリング。
（４）上記した（３）のリテーナリングにおいて、
前記複数のブロックは、周方向に配置される単一のリングあるいは複数の軸を連結してなるリングに軸周りに回動可能に支持されていることを特徴とするリテーナリング。
【符号の説明】
【００８１】
図面中、２はターンテーブル、３は研磨パッド、４は研磨ヘッド、８は圧力室、９、１９、２９、３９、４９、５９、６９、７９はリテーナリング、９ａ、９ｂ、１９ａ、２９ａ、１９ｃ、２９ａは溝、１１、１１ａ〜１１ｄは圧力室、３９ｂは孔、５９ａ、６９ａ、８０ａは接触面部、６９ｂはスリット、８０はリングパーツ、８１は連結リング、Ｗは半導体ウエハを示す。
【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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