(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨ヘッドに保持された被研磨材料の表面を研磨パッドに押圧して平坦化研磨を行う研磨装置において、被研磨材料の外周部の研磨量を安定させることが可能な研磨ヘッドの研磨リングを提供する。【解決手段】研磨リングは、凹部１６（第１の凹部）を有するリング１０（第１のリング）と、凹部１６に嵌合した凸部２２（第１の凸部）を有するリング２０（第２のリング）と、を備えている。【選択図】図１
2008260086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の凹部を有する第１のリングと、
前記第１の凹部に嵌合した第１の凸部を有する第２のリングと、
を備えることを特徴とする研磨リング。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨リングにおいて、
前記第１のリングは、
基部と、
前記基部に固定され、前記第１の凸部を挟持する挟持部と、
を含む研磨リング。
【請求項３】
請求項２に記載の研磨リングにおいて、
前記挟持部は、ネジによって前記基部に固定されている研磨リング。
【請求項４】
請求項２または３に記載の研磨リングにおいて、
前記挟持部は、
前記第１および前記第２のリングの内側から前記第１の凸部を支持する第１の部材と、
前記第１および前記第２のリングの外側から前記第１の凸部を支持する第２の部材と、
を含む研磨リング。
【請求項５】
請求項４に記載の研磨リングにおいて、
前記第１および前記第２の部材は共に、平面視で円弧状をしており、
前記挟持部は、３つ以上の前記第１の部材と、３つ以上の前記第２の部材とを含む研磨リング。
【請求項６】
請求項２乃至５いずれかに記載の研磨リングにおいて、
前記挟持部の、前記第１の凸部に接する部分は、クサビ状をしており、
前記第１の凸部の、前記挟持部に接する部分は、クサビ状をしている研磨リング。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の研磨リングにおいて、
前記第１の凸部は、前記第２のリングの円周方向に沿って延在しており、
前記円周方向に垂直な断面において、前記第１の凸部の幅は、前記第１のリングに近づくにつれて広くなっている研磨リング。
【請求項８】
請求項１に記載の研磨リングにおいて、
前記第１の凸部は、ネジによって前記第１のリングに固定されている研磨リング。
【請求項９】
請求項８に記載の研磨リングにおいて、
前記ネジは、前記第１の凸部の側面から当該第１の凸部の内部に入り込んでいる研磨リング。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載の研磨リングにおいて、
前記第１のリングは、当該第１のリングの円周方向と交差する方向に延在する第２の凹部を更に有し、
前記第２のリングは、当該第２のリングの円周方向と交差する方向に延在し、前記第２の凹部に嵌合した第２の凸部を更に有する研磨リング。
【請求項１１】
請求項１乃至１０いずれかに記載の研磨リングにおいて、
前記第１のリングは、金属によって構成されており、
前記第２のリングは、樹脂によって構成されている研磨リング。
【請求項１２】
請求項１乃至１１いずれかに記載の研磨リングにおいて、
前記第１のリングの内周面と前記第２のリングの内周面とが揃っており、
前記第１のリングの外周面と前記第２のリングの外周面とが揃っている研磨リング。
【請求項１３】
請求項１乃至１２いずれかに記載の研磨リングを備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の研磨装置において、
当該研磨装置は、ＣＭＰ装置である研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨リング、およびそれを備える研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化、高性能化に伴い、その微細化や多層化が益々進められている。半導体基板上のデバイス製作工程においても、製作の過程で形成される表面の凸凹、例えば層間絶縁膜表面の凸凹を研磨により平坦化する化学的機械的研磨法（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）が用いられてきている。
【０００３】
図７は、ＣＭＰ装置の一般的な構成を示す断面図である（例えば特許文献１）。このＣＭＰ装置は、半導体基板等の被研磨材料１１１を保持する研磨ヘッド１１２、研磨ヘッド１１２の下部に環状に設置された研磨リング１１４、研磨パッド１１３が貼付された研磨テーブル１１５、および薬液供給口１１６を備えている。研磨リング１１４は、研磨パッド１１３の表面を押圧しつつ、被研磨材料１１１の横方向の動きを制限してその飛び出しを防止する。また、研磨リング１１４は、被研磨材料１１１の外周部の研磨異常を防止する機能も有する。研磨の際には、研磨パッド１１３に被研磨材料１１１が押付けられ、被研磨材料１１１の外周部の接触圧力が最大となっている。
【０００４】
この時、図８（ａ）に示すように、上記接触圧力の反力で被研磨材料１２１の外周部から数ｍｍの領域にわたって、研磨パッド１２２に変形領域１２３が発生し、被研磨材料１２１の外周部にかかる圧力が低くなる。この結果、被研磨材料１２１の外周部の研磨量が少なくなる。なお、同図において被研磨材料１２１は、被研磨材保持部１２４によって保持されている。被研磨材料１２１と被研磨材保持部１２４との間には、インサートパッド１２５が介在している。
【０００５】
このように被研磨材料１２１の外周部の研磨量が少なくなるという研磨異常は、図８（ｂ）に示すようにして抑制することができる。すなわち、研磨リング１２６の研磨パッド１２２に接触する面と、被研磨材料１２１の研磨パッド１２２に接触する面とを揃える。さらに、研磨リング１２６と研磨パッド１２２とが接触する領域の幅を、上述した研磨パッド１２２の変形領域１２３の幅以上とする。この結果、同図に示すように、変形領域１２３が被研磨材料１２１の外周部にかかることが防止される。
【０００６】
また、この研磨リング１２６は、５００ｇ／ｃｍ２（≒７ｐｓｉ）程度の加重をかけられて、研磨パッド１２２に押し付けられている。したがって、研磨時には、研磨リング１２６を構成する物質が、研削されて不純物となって研磨パッド１２２に広がって行く。それゆえ、研磨リング１２６にステンレス鋼等の金属材を用いると、金属成分が研磨パッド１２２に広がることになり、被研磨材料１２１に形成されるデバイスの特性に悪影響を及ぼす場合がある。このため、ポリフェニレンサルファイドまたはポリエーテルエーテルケトン等の樹脂材を用いることが考えられる。しかし、樹脂材は、金属材に比べ機械的強度が弱いため、研磨を続けるうちに変形し、所要の性能が維持できなくなってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、機械的強度を高めるべく、図９に示すように、研磨リング１２６を、金属部分１２７および樹脂部分１２８からなる２層構造にすることが考えられる。樹脂部分１２８は、ネジ１２９によって金属部分１２７に固定され、研磨パッド側に配置されている。しかし、この場合には、ネジ１２９を受ける溝部が形成される領域を確保するため、樹脂部分１２８を厚くする必要がある。また、研磨時に圧力を加えた場合、ネジ１２９が存在する部分とその他の部分とで圧力分布が相違することになり、その影響が被研磨材料の加工後の形状に及んでしまう。
【０００８】
以上の問題を回避すべく、従来は、図１０（ａ）に示す様に、樹脂部分１３１と金属部分１３２とが接着剤によって互いに固定された、２層構造の研磨リングが用いられていた。樹脂部分１３１と金属部分１３２との固定に際しては、図１０（ｂ）に示すように、接着面の前処理としてブラスト処理（ステップＳ４１０）、接着前洗浄（ステップＳ４１１）、乾燥（ステップＳ４１２）、接着工程として接着（ステップＳ４１３）、乾燥（ステップＳ４１４）、および接着工程の後処理としてはみ出した接着剤を除去する後加工（ステップＳ４１５）が必要となる。
【特許文献１】特開平１１−２９１１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１０（ａ）に示した研磨リングにおいては、接着剤が設けられる領域を確保する必要があるため、図１１に示すように樹脂部分１３１に凸部１３３が形成される。同図は、図１０（ａ）の点線で囲まれた部分を拡大して示している。この凸部１３３は、金属部分１３２に当接している。凸部１３３以外の部分では、樹脂部分１３１と金属部分１３２との間に接着剤１３４が介在している。
【００１０】
しかしながら、かかる構造では、当該研磨リングが研磨パッドに及ぼす圧力が不均一になってしまう。つまり、接着剤１３４の強度が凸部１３３のそれよりも弱いため、図１１中に矢印で示すように、凸部１３３の真下で圧力が最大となり、そこから遠ざかるにつれて圧力が小さくなる。矢印は、太いほど圧力が大きいことを意味している。これでは、図８（ａ）で説明した変形領域の存在に起因する研磨異常を充分に抑制することができない。
【００１１】
かかる問題は、接着剤１３４の量が不充分な場合に顕著となる。接着剤１３４の強度がさらに弱まるためである。また、接着剤１３４の脱気が不充分だった場合、上記問題は一層顕著となる。接着剤１３４の脱気が不充分であると、接着剤１３４の内部に気泡１３５等が発生する。すると、その影響を受けて接合面１３７の状態が変化し、圧力伝達の不均衡が生じるためである。また、接着剤１３４は、研磨時に薬液供給口から導入される酸・アルカリ等の薬液によって劣化して行く。図１１には、接着剤１３４の端部１３６が劣化した様子を示している。このことは、研磨リングが研磨パッドに及ぼす圧力の不均一性を増大させる結果につながってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による研磨リングは、第１の凹部を有する第１のリングと、上記第１の凹部に嵌合した第１の凸部を有する第２のリングと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この研磨リングにおいては、第１および第２のリングに、それぞれ凹部および凸部が設けられている。そして、これらの凹部および凸部が嵌合している。これにより、接着剤を介在させることなしに、第１および第２のリングを互いに固定することができる。このため、被研磨材料の外周部の研磨量を安定させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被研磨材料の外周部の研磨量を安定させることが可能な研磨リング、およびそれを備える研磨装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００１６】
図１は、本発明による研磨リングの第１実施形態を示す断面図である。この研磨リングは、凹部１６（第１の凹部）を有するリング１０（第１のリング）と、凹部１６に嵌合した凸部２２（第１の凸部）を有するリング２０（第２のリング）と、を備えている。本実施形態においてリング１０およびリング２０は、それぞれ金属および樹脂によって構成されている。
【００１７】
リング１０は、基部１２および挟持部１４を含んでいる。挟持部１４は、基部１２に固定されており、凸部２２を挟持している。挟持部１４は、ネジ３０によって基部１２に固定されている。基部１２および挟持部１４は、それぞれ上述の凹部１６の底面および側面に露出している。図１中に点線で示すように、挟持部１４の凸部２２に接する部分、および凸部２２の挟持部１４に接する部分は、共にクサビ状をしている。なお、基部１２および挟持部１４は、同一の金属によって構成されてもよいし、相異なる金属によって構成されてもよい。
【００１８】
また、挟持部１４は、リング１０，２０の内側（図１中の左側）から凸部２２を支持するプレート１４ａ（第１の部材）と、リング１０，２０の外側（図１中の右側）から凸部２２を支持するプレート１４ｂ（第２の部材）と、を含んでいる。
【００１９】
図２は、リング２０および挟持部１４を示す平面図である。同図のI−I線に沿った断面が、図１の断面に相当する。ただし、図２は、当該研磨リングの組立時の様子を示している。具体的には、リング２０の凸部２２を両側から挟持部１４のプレート１４ａ，１４ｂで挟み込む際の様子を示している。同図からわかるように、プレート１４ａ，１４ｂは共に、平面視で円弧状をしている。本実施形態の挟持部１４は、３つのプレート１４ａと、３つのプレート１４ｂとによって構成されている。また、凸部２２は、リング２０の円周方向に沿って延在している。
【００２０】
さらに、リング２０には、当該リング２０の円周方向と交差する方向に延在する凸部２４（第２の凸部）も形成されている。凸部２４は、隣り合うプレート１４ａの端部によって挟持される。同様に、凸部２４は、隣り合うプレート１４ｂの端部によっても挟持される。
【００２１】
リング１０，２０の円周方向に垂直な断面（図１の断面）において、凸部２２の幅は、リング１０に近づくにつれて広くなっている。また、図１からわかるように、リング１０の内周面Ｓ１とリング２０の内周面Ｓ２とが揃っている。同様に、リング１０の外周面Ｓ３とリング２０の外周面Ｓ４とも揃っている。
【００２２】
本実施形態の研磨リングは、ＣＭＰ装置等の研磨装置に好適に適用することができる。例えば、図７において研磨リング１１４を図１の研磨リングで置き換えたものが、本実施形態に係るＣＭＰ装置に相当する。その場合、リング２０が研磨パッド１１３側に配置されることになる。
【００２３】
本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、リング１０およびリング２０に、それぞれ凹部１６および凸部２２が設けられている。そして、これらの凹部１６および凸部２２が嵌合している。これにより、接着剤を介在させることなしに、リング１０，２０を互いに固定することができる。このため、リング１０とリング２０との接合面の状態が安定し、研磨リングが研磨パッドに及ぼす圧力（荷重）が均一になる。よって、被研磨材料の外周部の研磨量を安定させることが可能となる。
【００２４】
ところで、使用済み研磨リングは、樹脂部分を交換して再生利用される場合がある。その場合、図１１に示した例では、機械的強度の高い金属部分１３２に接着剤１３４が残ってしまう。それにより、接着剤１３４の除去処理に手間がかかるため、容易に再生することができないという問題がある。この点、本実施形態によれば、リング１０，２０の固定が接着剤を介さずに行われているため、かかる問題を回避することができる。すなわち、研磨リングを再生する際に行う樹脂部分の交換が容易となる。
【００２５】
また、接着剤を用いた場合には、図１０（ｂ）で説明したように、２つのリングの固定に多くの工程が必要となる。これに対して、本実施形態においては、図３に示すように、ネジ留め（ステップＳ３１）だけでリング１０，２０を固定することが可能である。すなわち、２つのリングの固定に要する工程数を削減することができる。
【００２６】
また、凸部２４が設けられているため、リング１０，２０が円周方向（回転方向）に相対的にずれるのを防ぐことができる。
（第２実施形態）
【００２７】
図４は、本発明による研磨リングの第２実施形態を示す断面図である。この研磨リングは、凹部１６を有するリング１０と、凹部１６に嵌合した凸部２２を有するリング２０と、を備えている。
【００２８】
第１実施形態ではリング１０が複数の部品（基部１２および挟持部１４）によって構成された例を示したが、本実施形態ではリング１０が一体に形成されている。また、リング１０，２０の円周方向に垂直な断面（図４の断面）において、凸部２２の幅は一定である。凸部２２は、ネジ３０によってリング１０に固定されている。ネジ３０は、凸部２２の側面から当該凸部２２の内部に入り込んでいる。
【００２９】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれリング１０およびリング２０を示す平面図である。これらの図のIV−IV線に沿った断面が、図４の断面に相当する。図５（ａ）に示すように、リング１０には、当該リング１０の円周方向と交差する方向に延在する凹部１８（第２の凹部）が形成されている。また、図５（ｂ）に示すように、リング２０には、当該リング２０の円周方向と交差する方向に延在し、凹部１８に嵌合する凸部２４（第２の凸部）が形成されている。
【００３０】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、被研磨材料の外周部の研磨量を安定させることができるとともに、研磨リングを再生する際に行う樹脂部分の交換が容易となる。また、図６に示すように、ネジ留め（ステップＳ６１）だけでリング１０，２０を固定することが可能なので、リング１０，２０の固定に要する工程数を削減することができる。また、凹部１８および凸部２４が設けられているため、リング１０，２０が円周方向（回転方向）に相対的にずれるのを防ぐことができる。さらに、本実施形態によれば、第１実施形態よりも少ない部品数で研磨リングを構成できるという利点も得られる。
【００３１】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、第１実施形態においては、挟持部１４を構成する各プレート１４ａ，１４ｂの個数が３である場合を例示した。しかし、各プレート１４ａ，１４ｂの個数は、２であってもよいし、４以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による研磨リングの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の研磨リングの組立時の様子を示す平面図である。
【図３】第１実施形態において第１および第２のリングの固定に要する工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明による研磨リングの第２実施形態を示す断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図４中の第１のリングおよび第２のリングを示す平面図である。
【図６】第２実施形態において第１および第２のリングの固定に要する工程を示すフローチャートである。
【図７】ＣＭＰ装置の一般的な構成を示す断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、従来技術の問題点を説明するための断面図である。
【図９】従来の研磨リングの構成を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、従来の研磨リングの構成を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の研磨リングにおいて樹脂部分と金属部分との固定に要する工程を示すフローチャートである。
【図１１】図１０（ａ）の研磨リングの問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    リング
１２    基部
１４    挟持部
１４ａ    プレート
１４ｂ    プレート
１６    凹部
１８    凹部
２０    リング
２２    凸部
２４    凸部
３０    ネジ
【図１】
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【図２】
2008260086.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008260086.tif 000008
【図７】
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【図８】
2008260086.tif 000010
【図９】
2008260086.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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