(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの研磨処理に用いられるリテーナリングであって、
研磨パッドとの接触面に形成された溝と、
リング外壁に設けられるスラリー拡散手段と、
を有し、
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記溝の上面よりも下方に配置されることを特徴とするリテーナリング。
【請求項２】
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記リテーナリングの許容摩耗限界よりも上方に配置されることを特徴とする請求項１に記載のリテーナリング。
【請求項３】
前記リテーナリングの中心に対して対称な位置に配置される少なくとも一対のスラリー拡散手段、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のリテーナリング。
【請求項４】
前記溝は、前記接触面で前記リテーナリングの内周と外周の間を横切り、
前記スラリー拡散手段は、前記溝と連通または抵触しないように前記リング外壁に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリテーナリング。
【請求項５】
前記スラリー拡散手段は、前記リング外壁に開口を有する凹部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリテーナリング。
【請求項６】
前記凹部の水平断面形状は台形またはくさび型であることを特徴とする請求項５に記載のリテーナリング。
【請求項７】
前記スラリー拡散手段は、前記溝と溝の間に形成される少なくとも２つの開口を有し、２つの開口を前記リテーナリング内で接続する空間である空間部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリテーナリング。
【請求項８】
前記スラリー拡散手段は、前記リング外壁から突出する突起であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリテーナリング。
【請求項９】
前記突起は、前記溝と溝の間で前記リング外壁にそって複数配置される突起セグメントを有することを特徴とする請求項８に記載のリテーナリング。
【請求項１０】
リテーナリングが取り外し可能に取り付けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドに対向する研磨パッドを有する研磨台と、
を有し、
前記リテーナリングは、
前記研磨パッドとの接触面に形成された溝と、リング外壁に設けられたスラリー拡散手段と、を有し、
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記溝の上面よりも下方に配置されることを特徴とする研磨装置。
【請求項１１】
半導体ウェーハの上の絶縁膜に配線溝を形成し、
前記配線溝の内部及び前記絶縁膜の全面に導電膜を形成し、
請求項１０に記載の研磨装置を用いて前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記研磨の工程で、前記リテーナリングの摩耗に応じて、前記研磨パッド上に供給される研磨スラリーを前記スラリー拡散手段により前記半導体ウェーハの研磨面に分布させることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの研磨処理に用いられるリテーナリングと、これを用いた研磨装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスでは、半導体ウェーハの表面を平滑化するために化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下、「ＣＭＰ」と略称する）法が用いられている。ＣＭＰ装置では、半導体ウェーハの素子形成面を研磨パッドに押し当て、研磨面にスラリーを流しながら半導体ウェーハと研磨パッドを相対的に回転させて研磨を行う。スラリーに含まれる化学成分でウェーハの表面を変化させつつ、微小な砥粒成分で表面を研磨する。
【０００３】
半導体ウェーハの全面を均等に研磨するためには、スラリーが半導体ウェーハの表面に均一に分布されるのが望ましい。スラリーをウェーハ表面に均一に送りこむために、半導体ウェーハを保持する研磨ヘッドに取り付けられたリテーナリングの底面に、等間隔の直線溝と、リングの円周に沿ってすべての直線溝を横切る円形溝を形成する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、リテーナリングの内壁に複数の溝を形成する構成や（たとえば、特許文献２参照）、リテーナリングの底面（すなわち研磨パッドとの接触面）に、深さの異なる複数の円周溝を形成する構成（たとえば、特許文献３参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２２６８６６号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５２９７号公報
【特許文献３】特開２００８−１５３４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＭＰ装置では、半導体ウェーハの研磨処理の枚数が増えるにつれて、リテーナリングと研磨パッドとの接触面で摩耗が生じ、リテーナリングの溝が浅くなる。リテーナリングの溝が浅くなると、研磨ヘッドと研磨パッドの接触面の隙間にスラリーが入り込んでスリップを起こし（ハイドロプレーニング）、ウェーハ面での研磨状態が不均一になる。
【０００７】
そこで、半導体ウェーハの表面に研磨材を均一に分布させるように構成されたリテーナリングと、これを用いた研磨装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様では、半導体ウェーハの研磨処理に用いられるリテーナリングは、
研磨パッドとの接触面に形成された複数の溝と、
リング外壁に設けられるスラリー拡散手段と、
を有し、
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記溝の上面よりも下方に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成により、ウェーハ表面に研磨材を均一に分布させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態のリテーナリングが適用される研磨装置の概略図である。
【図２】実施形態の基本概念を説明する図である。
【図３】実施形態のリテーナリングの底面図と、Ｘ−Ｘ'ラインで見た側面図である。
【図４】リング底面の溝とスラリー拡散手段の位置関係を説明する図である。
【図５】スラリー拡散手段配置領域を示す図である。
【図６】スラリー拡散手段の構成例を示す図である。
【図７】スラリー拡散手段の構成例を示す図である。
【図８】スラリー拡散手段の構成例を示す図である。
【図９】スラリー拡散手段の構成例を示す図である。
【図１０】スラリー拡散手段の構成例を示す図である。
【図１１】半導体装置の製造工程図である。
【図１２】半導体装置の製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、実施形態のリテーナリング１１が適用される研磨装置１の概略図である。研磨装置は、研磨ヘッド１０と、表面に研磨パッド３を有するプラテン２を含む。研磨ヘッド１０はスピンドル１４によって所定の方向に回転される。プラテン２も図示しない回転手段により回転され、研磨ヘッド１０は研磨パッド３に対して相対的に回転する。
【００１２】
研磨ヘッド１０は、ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２の内部に取り付けられたメンブレン１３と、ヘッド本体１２の下端に取り付けられたリテーナリング１１を有する。ヘッド本体１２は、半導体ウェーハＷの素子／配線形成面を研磨パッド３に対向させて、半導体ウェーハＷを保持する。メンブレン１３は、たとえばゴム等の弾性素材で形成され、研磨処理中に半導体ウェーハＷを研磨パッド３に対して所定の圧力で押圧する。ノズル５から研磨粒子を含むスラリー６を滴下しながら、研磨ヘッド１０と研磨パッド３を相対的に回転させることにより、半導体ウェーハＷの表面が研磨され、平滑化される。
【００１３】
リテーナリング１１は半導体ウェーハＷの周囲を取り囲み、研磨処理中に半導体ウェーハＷが研磨ヘッド１０から飛び出さないように規制する。一般的に、リテーナリング１１は耐熱性、耐摩耗性を有する樹脂で形成されているが、研磨処理の進行につれて、研磨パッド３との接触面が磨耗する。
【００１４】
実施形態のリテーナリング１１は、後述するように研磨パッド３との接触面が摩耗してきた場合でも、スリップを防止して、スラリー６をウェーハ面に均一に分布させる構成を有する。
【００１５】
なお、プラテン２上では研磨パッド３の表面を再生するドレッサが適宜用いられるが、発明と直接関連しないので、図示を省略する。
【００１６】
図２は、実施形態の原理を説明する図である。図２（Ａ）は研磨装置１の上面図、図２（Ｂ）は研磨ヘッド１０の側面図である。実施形態のリテーナリング１１は、その外壁面にスラリー拡散手段配置領域２０を有し、スラリー拡散手段配置領域２０内にスラリー拡散手段１５を設ける。スラリー拡散手段１５は、リテーナリング１１の外壁で、１箇所、あるいは好ましくは対向する（対角上の）２箇所に設けられる。１箇所でもスラリーの拡散効果が得られるが、対向する２箇所とすることで、研磨ヘッド１０の回転時により多くの回数でスラリーの拡散を促進することができる。また、２対、３対、４対とスラリー拡散手段１５の数を増やすことで、さらにスラリーの拡散を促進できる。図２（Ａ）の例ではリテーナリング１１の対向する領域に４対のスラリー拡散手段１５を設けてスラリーの拡散を促進しているが、リテーナリング１１の円周に沿ってほぼ一定の間隔でスラリー拡散手段１５を配置してもよい。この場合も、研磨ヘッド１０の回転時にスラリーの拡散を促進し、またスラリーを均等な方向に拡散することができる。
【００１７】
図２（Ｂ）に示すように、リテーナリング１１の底面、すなわち研磨パッド３との接触面には、スラリー６をリテーナリング１１の内側に取り込む溝１１１が形成されている。通常は、磨耗により溝１１１の深さが所定の深さまで低減すると、ウェーハ面内での均一な研磨が難しくなり、リテーナリング１１は交換される。リテーナリング１１の溝１１１の摩耗が進行していないときは、スラリー６は溝１１１からリテーナリング１１の内側に取り込まれ、研磨ヘッド１０の回転によりリテーナリング１１の反対側に拡散される。
【００１８】
リテーナリング１１の溝１１１が摩耗して浅くなってくると、溝１１１によるスラリーの取り込みと掃出が不十分になり、スリップしやすくなる。
【００１９】
実施形態では、この問題を解決するために、リング外壁に、スラリー拡散手段１５を配置する。リング外壁にスラリー拡散手段１５を配置することで、スラリー６の拡散を促進してスリップを防止する。スラリー６の材料の選択によってリテーナリングへの接触の仕方が変化する場合があり、接触の仕方によってスラリー拡散手段１５は好適な位置を種々選択できる。
【００２０】
より好ましくは、スラリー拡散手段１５の下面は、リテーナリング１１の高さ方向で、溝１１１の上面よりも下方に配置する。溝１１１が無くなるよりも前にスラリー６の接触の仕方によってスリップが発生しやすくなる場合があり、溝１１１が無くなるよりも前にスラリー６の拡散をより促進してスリップを防止する。適宜位置を調整することで好適なタイミングでスラリー６を拡散することができる。
【００２１】
さらにより好ましくは、スラリー拡散手段１５はリテーナリング１１の高さ方向で、溝１１１の許容摩耗限界よりも上方に配置する。スラリー拡散手段１５は、溝１１１が浅くなって許容摩耗限界に近づいてきたときにスラリー６の拡散をより促進してスリップを防止する。さらに、溝１１１が十分に機能しているときでも、研磨パッド３上に過剰のスラリー６が滴下されたとき、研磨パッド３上にスラリー６のたまりができたときなどに、スラリー６を効果的に拡散させることができる。
【００２２】
スラリー拡散手段１５は、研磨パッド３上に滴下されたスラリー６を研磨ヘッド１０の反対側へ行き渡らせることのできる任意の構成を有する。好ましくは、スラリー拡散手段１５は、リテーナリング１１の底面に形成された溝１１１と抵触または連通しないように設けられている。
【００２３】
図３は、リテーナリング１１の底面図と、Ｘ−Ｘ'断面でみたときの研磨ヘッド１０の側面図を示す。図３（Ａ）の底面図において、リテーナリング１１の底面１１５に、一定間隔で溝１１１が形成されている。溝１１１は、リテーナリング１１の外周から内周まで横切っている。各溝１１１は、リテーナリング１１の接線に対して、回転方向Ｒ２に鋭角θ１で傾斜している。これは、研磨ヘッド１０の回転時にスラリーを取り込みやすくするためである。
【００２４】
リテーナリング１１の直径は処理する半導体ウェーハＷのサイズに応じて決定され、半導体ウェーハＷの直径に数ミリの遊びを持たせたサイズである。溝１１１の幅と数は、スラリー６をウェーハ面に取り込みやすいように適宜設定されている。
【００２５】
リテーナリング１１の外壁１１２側に、１つ以上のスラリー拡散手段１５を配置する。２つ（一対）のスラリー拡散手段１５が配置される場合は、好ましくはリテーナリング１１の対向する位置（対角上）に設けられる。これにより、１箇所に配置する場合よりも研磨ヘッド１０の回転によりスラリーを拡散させる回数を増やし、スラリーの拡散を促進することができる。図３（Ａ）では、図２（Ａ）と同様にリテーナリング１１の対向する領域に４組（８個）のスラリー拡散手段１５が描かれており、１対のスラリー拡散手段１５を配置する場合よりも、さらにスラリーの拡散を促進することができる。スラリー拡散手段１５の配置位置はこの例に限定されず、溝１１１と溝１１１の間の領域の２つ置き、または１つ置きに設けられてもよい。あるいは、すべての溝１１１と溝１１１の間の外壁１１２に設けられてもよい。スラリー拡散手段１５の数を増やすことで、スラリー拡散効果がより促進される。また、２組以上のスラリー拡散手段１５を配置する場合に、スラリー拡散手段１５の間の距離が等分されるように配置して、スラリーが均等な方向に拡散されるようにしてもよい。
【００２６】
図３（Ｂ）の側面図で、リテーナリング１１の外壁１１２に設けられるスラリー拡散手段１５は、内壁１１３側に連通していない。また、スラリー拡散手段１５は、溝１１１と抵触または連通しないように配置されている。スラリー拡散手段１５の役割は、リテーナリング１１の溝１１１が浅くなってスリップが発生しやすくなってきたときに、スラリーを研磨ヘッド１０の反対側へ拡散させることにある。また、溝１１１が十分に深い場合でも、過剰のスラリーが研磨パッド３上に溜まったときなどにスラリー拡散手段１５が有効に機能して、スラリーを拡散させウェーハ面に行き渡らせることができる。
【００２７】
スラリー拡散手段１５のリテーナリング１１の高さ方向の位置については、上述したようにスラリーとリテーナリング１１との接触の仕方によって適宜選択できる。図３（Ｂ）では、良好な配置例として、スラリー拡散手段１５の下面を、リテーナリング１１の高さ方向で溝１１１の上面よりも下方に配置している。これにより、溝１１１が無くなるよりも前にスラリーの拡散をより促進してスリップを防止することができる。
【００２８】
さらには、スラリー拡散手段１５はリテーナリング１１の高さ方向で、溝１１１の許容摩耗限界よりも上方に位置することが好ましい。この点にについて、図４を参照して説明する。
【００２９】
図４は、リテーナリング１１の底面１１５に形成された溝１１１と、スラリー拡散手段１５の位置関係を示す図である。リテーナリング１１の底面１１５の構成を、対応する位置での内壁１１３と外壁１１２と合わせて描いている。
【００３０】
交換直後のリテーナリング１１の高さ（厚さ）は、たとえば半導体ウェーハＷの厚さの３〜１０倍程度であり、一例として３〜５ｍｍである。リテーナリング１１の底面１１５の幅は、研磨対象である半導体ウェーハＷの径にもよるが、１２インチ（約３００ｍｍ）の半導体ウェーハＷを研磨する場合、たとえば２０〜２５ｍｍである。
【００３１】
リテーナリング１１の底面１１５に形成される溝１１１の初期の高さｔ０は、リテーナリング１１の高さの５／１０〜９／１０の範囲で適宜選択される。一例として、リテーナリング１１の高さが３．５ｍｍのときに、２．５〜３．０ｍｍの高さ（深さ）の溝１１１が形成される。溝１１１の幅ｗは、たとえば３．０〜３．５ｍｍである。
【００３２】
スラリー拡散手段１５の下端１５ａは、リテーナリング１１の高さ方向で、リテーナリング１１の許容摩耗限界ＬＡよりも上側に配置される。スラリー拡散手段１５の下端１５ａはまた、溝１１１の天井よりも低い位置にあるのが好ましい。
【００３３】
溝１１１の初期の高さｔ０を２．５ｍｍとすると、溝１１１が初期状態の２／５〜３／５（この例では１．０〜１．５ｍｍ）磨耗したとき、あるいはリテーナリング１１の厚さが２／７〜３／７低減したときに、リテーナリング１１は交換される。交換が必要になるときの磨耗位置が許容摩耗限界ＬＡであり、スラリー拡散手段１５は、リテーナリング１１の底面１１５の初期位置から１．５ｍｍの高さよりも上方に配置される。
【００３４】
スラリー拡散手段１５のスラリー拡散手段１５の高さ（厚さ）ｈは、その下端位置を基準に、スラリーを十分に拡散することができ、かつリテーナリング１１の強度を損なわない範囲で決定される。一例として、スラリー拡散手段１５の高さ（厚さ）ｈは、０．５ｍｍ〜１ｍｍである。
【００３５】
スラリー拡散手段１５は、リテーナリング１１の外壁１１２側に設けられる。スラリー拡散手段１５は、たとえば外壁１１２から内壁１１３側に入り込むポケット状のくぼみである。この場合、破線で示すように、スラリー拡散手段配置領域２０は溝１１１と抵触または連通せず、リテーナリング１１の強度を損なわない範囲で設定される。
【００３６】
図５は、半導体ウェーハＷの処理枚数が増大して、リテーナリング１１の溝１１１が摩耗した状態を示す。
【００３７】
リテーナリング１１の底面１１５（すなわち研磨パッド３との接触面）の初期位置をＢ０とする。溝１１１の初期の高さはｔ０である。研磨処理の進行により厚さｔ１に相当する量が磨耗し、溝１１１の深さがｔ０−ｔ１になったときに、リテーナリング１１の底面位置が許容摩耗限界ＬＡに達する。許容摩耗限界ＬＡに達すると、リテーナリング１１は交換される。
【００３８】
スラリー拡散手段１５が無い場合、リテーナリング１１の摩耗量が許容摩耗限界ＬＡに近づいてくると、スラリーを溝１１１から十分に取り込むことが困難になり、研磨パッド３上のスラリーのたまりによりスリップが発生する。
【００３９】
これに対し、実施形態のリテーナリング１１では、溝１１１が浅くなって許容摩耗限界ＬＡに近づくとスラリー拡散手段１５が機能し、研磨パッド３上に滴下されるスラリーを研磨ヘッド１０の反対側まで分散させる。分散されたスラリーは溝１１１からリテーナリング１１の内側に取り込まれやすくなる。
【００４０】
また、スラリー６の材料の選択によっては、スラリー６のリテーナリングへの接触の仕方はさまざま変化するため、スラリー拡散手段１５の機能を開始させる位置は上記に限られるものではない。
【００４１】
さらにまた、溝１１１が無くなる前にスラリー６のリテーナリングの接触の仕方によってスリップが発生する場合があり、スラリー拡散手段１５の下面は溝１１１の上面よりも下方で有ることがより望ましい。
【００４２】
スラリー拡散手段配置領域２０は、リテーナリング１１の強度を損なわない限り、リテーナリング１１の外壁１１２側の適切な範囲に形成することができる。以下で、スラリー拡散手段１５の具体例をいくつか呈示する。
【実施例１】
【００４３】
図６は、実施例１のスラリー拡散手段１５を示す。図６（Ａ）はリテーナリング１１の上面図、図６（Ｂ）は概略斜視図である。
【００４４】
実施例１のスラリー拡散手段１５は、溝１１１と溝１１１の間の外壁１１２に形成された矩形のポケット空間１５１である。ポケット空間１５１は、言い換えると外壁１１２の表面に設けられる凹部である。この例で、ポケット空間１５１の下面は、リテーナリング１１の高さ方向で、溝１１１の上面よりも下方に位置する。また、ポケット空間１５１は許容摩耗限界ＬＡの上側に位置する。円周方向に沿ったポケット空間１５１の開口の長さＬは、リテーナリング１１の外周における溝１１１と溝１１１の間の距離の１／５〜４／５である。１／５よりも短くなるとスラリーを十分に拡散させることが困難になる。４／５よりも長くなると、溝１１１と抵触するおそれがあり、リテーナリング１１の強度に影響する。
【００４５】
ポケット空間１５１の奥行ｄは、ポケット開口の長さＬに応じて、溝１１１と抵触しない範囲で適宜設定される。
【００４６】
ポケット空間１５１の高さｈは、リテーナリング１１の高さの１／１０〜２／１０である。１／１０よりも小さくなると、スラリーを十分に拡散することができない。２／１０よりも大きくなると、リテーナリング１１の上面側の強度が低下する。
【００４７】
溝１１１の深さが浅くなってきたときに、研磨ヘッド１０がＲ２の方向に回転すると、スラリーはポケット空間１５１の中に入り込む。ポケット空間１５１に取り込まれたスラリーは、遠心力により研磨ヘッド１０の反対側で外へ投げ出される。その結果、スラリーは研磨ヘッド１０の周囲にまんべんなく拡散される。拡散されたスラリーは、溝１１１からリテーナリング１１の内側に取り込まれる。
【００４８】
これにより、研磨ヘッド１０のスリップを防止して、スラリーをウェーハ面に均一に行き渡らせることができる。
【実施例２】
【００４９】
図７は、実施例２のスラリー拡散手段１５を示す。図７（Ａ）はリテーナリング１１の上面図、図７（Ｂ）は概略斜視図である。
【００５０】
実施例２のスラリー拡散手段１５は、溝１１１と溝１１１の間の外壁１１２に形成されるポケット空間１５２である。ポケット空間１５２は、言い換えると外壁１１２の表面に設けられる凹部である。この例で、ポケット空間１５２の下面は、リテーナリング１１の高さ方向で溝１１１の上面よりも下方に位置する。また、ポケット空間１５２は、許容摩耗限界ＬＡの上側に位置する。ポケット空間１５２の水平断面または面内方向での形状は台形型である。回転方向Ｒ２の先端側の内壁１５２ａは、接線方向に対して鋭角で傾斜しており、回転方向Ｒ２に向かって開いている。リテーナリング１１の接線と内壁１５２ａが成す内角θ２は、溝１１１が底面１１５を横切る角度と同じであっても異なっていてもよい。
【００５１】
ポケット空間１５２の回転方向Ｒ２の後端側の内壁１５２ｃは、リテーナリング１１の接線と垂直（径方向と平行）であってもよいし、回転方向Ｒ２の後ろ側に向かって傾斜していてもよい。
【００５２】
リテーナリング１１の外壁１１２でのポケット空間１５２の開口の長さＬは、ポケット空間１５２の奥の壁１５２ｂの円周方向の長さよりも長くなっている。ポケット空間１５２の奥行ｄはリテーナリング１１の強度を損なわない範囲内で、適宜選択することができる。
【００５３】
図７の構成は、研磨ヘッド１０の回転により、実施例１よりも効率的にスラリーをポケット空間１５２の内部に取り込んで、研磨ヘッド１０の反対側にスラリーを拡散させやすい。
【実施例３】
【００５４】
図８は、実施例３のスラリー拡散手段１５を示す。図８（Ａ）はリテーナリング１１の上面図、図８（Ｂ）は概略斜視図である。
【００５５】
実施例３のスラリー拡散手段１５３は、水平断面（面内方向）でくさび型のポケット空間１５３を形成する。ポケット空間１５３は、言い換えると外壁１１２の表面に設けられる凹部である。図６及び図７と同様に、ポケット空間１５３の下面は、リテーナリング１１の高さ方向で、溝１１１の上面よりも下方に位置し、許容摩耗限界ＬＡの上側に位置する。
【００５６】
ポケット空間１５３は、リテーナリング１１の回転方向Ｒ２の先端側の外壁１１２から内周側に向かって斜めに延びる内壁１５３ａと、回転方向Ｒ２の後端側で径方向に延びる内壁１５３ｂで三角形の空間を形成している。内壁１５３ｂは、必ずしも径方向と平行（接線と垂直）でなくてもよく、回転方向Ｒ２の後端側に向かって開いていてもよい。
【００５７】
ポケット空間１５３の開口の円周方向の長さＬと内角θ３は、溝１１１と溝１１１の間の領域でスラリーを効率的に取り込み、かつリテーナリング１１の強度を損なわない範囲で適宜設計される。ポケット空間１５３の奥行ｄも、同様の基準で適宜決定される。
【００５８】
図８の構成も、溝１１１が摩耗して浅くなってきたときに、研磨パッド３上のスラリーを効果的にポケット空間１５３の中に取り込んで研磨ヘッド１０の反対側へ拡散させることができる。これにより、研磨ヘッド１０のスリップを防止して、スラリーをウェーハ面に均一に行き渡らせることができる。
【実施例４】
【００５９】
図９は、実施例４のスラリー拡散手段１５を示す。図９（Ａ）はリテーナリング１１の上面図、図９（Ｂ）は概略斜視図である。
【００６０】
実施例４のスラリー拡散手段１５は、リテーナリング１１の外壁１１２に設けられたトンネル空間１５４である。トンネル空間１５４は、言い換えると外壁１１２の表面に設けられ、少なくとも２つの開口を有し、２つの開口をリテーナリング１１の内部で接続する空間である。図６〜図８と同様に、トンネル空間１５４の下面は、リテーナリング１１の高さ方向で、溝１１１の上面よりも下方に位置し、許容摩耗限界ＬＡの上側に位置する。
【００６１】
トンネル空間１５４は、リテーナリング１１の溝１１１と溝１１１の間の外壁１１２に２つの開口１５４ｄと１５４ｅを有する。開口１５４ｄは、回転方向Ｒ２の先端側に配置され、開口１５４ｅは、回転方向Ｒ２の後端側に配置される。
【００６２】
開口１５４ｄと開口１５４ｅは、３つの空間１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃにより接続されている。回転方向Ｒ２の先端側に位置する空間１５４ａは、リテーナリング１１の接線方向に対して内角θ４で傾斜して内周方向に延びている。内角θ４は溝１１１の傾斜の角度と同じであってもよいし、異なっていてもよい。空間１５４ａは、奥行きよりも開口１５４ｄが広くなっている。
【００６３】
回転方向Ｒ２の後端側に位置する空間１５４ｃは、開口１５４ｅから内周側に向かって平行に延びる空間であってもよいし、空間１５４ａと同様に、開口１５４ｅから内周側に向かって狭くなっていてもよい。
【００６４】
空間１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃの円周に沿ったそれぞれの長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３と内角θ４、及び奥行きｄは、開口１５４ｄからスラリーを効率的に取り込んで開口１５４ｅから排出でき、かつリテーナリング１１の強度を損なわない範囲で、適宜選択することができる。一例として、内角θ４を３０°〜４５°に設定し、Ｌ１とＬ２とＬ３を合わせた長さを、溝１１１と溝１１１の間の距離の５／１０〜９／１０に設定する。
【００６５】
図９の例では、開口１５４ｄと開口１５４ｅは、３つの空間１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃで接続されているが、Ｖ字を形成する２つの空間、またはアーチ型の１つのトンネル空間で接続されていてもよい。そのような変形例でも、溝１１１が摩耗して浅くなってきたときに効率的にスラリーを取り込んで、研磨ヘッド１０の反対側に分散させることができる。その結果、スリップを防止して、半導体ウェーハＷの面内での研磨の均一性を保つことができる。
【実施例５】
【００６６】
図１０は、実施例５のスラリー拡散手段１５を示す。図１０（Ａ）はリテーナリング１１の上面図、図１０（Ｂ）は概略斜視図、図１０（Ｃ）は変形構成を示す。
【００６７】
実施例１〜４では、スラリー拡散手段１５はポケットまたはトンネル状のくぼみ（凹部）として形成されていた。実施例５では、スラリー拡散手段１５は、溝１１１と溝１１１の間の外壁１１２に配置される突起１５５である。突起１５５の下面は、リテーナリング１１の高さ方向で溝１１１の上面よりも下方に位置し、許容摩耗限界ＬＡの上側に位置する。
【００６８】
突起１５５の円周方向に沿った長さＬは、溝１１１へのスラリーの取り込みを妨げず、かつ過剰のスラリーを効率的に拡散させることのできる長さに設計されている。突起１５５の厚さｈは、たとえば、リテーナリング１１の高さの１／１０〜４／１０である。１／１０よりも薄くなるとスラリーを十分に拡散することができない。また、スラリー拡散手段としての突起１５５の強度が不十分になるおそれがある。４／１０よりも厚くなると、許容摩耗限界ＬＡに近付きすぎて、設計された研磨の摩擦力に影響するおそれがある。
【００６９】
突起１５５の突出幅Ｗは、リテーナリング１１の幅（内周と外周の間の距離）の１／５〜３／５である。１／５よりも小さいとスラリーを効率的に拡散することが困難になる。３／５よりも大きいと、研磨ヘッド１０の回転速度に影響する。
【００７０】
実施例１〜４のスラリー拡散手段１５は、いったんスラリーをポケット空間１５１〜１５３またはトンネル空間１５４に取り込んでから、遠心力により研磨ヘッド１０の反対側に投げ出すことでスラリーを分散させていた。
【００７１】
実施例５では、磨耗により溝１１１が浅くなってきたときに、突起１５５で直接スラリーを拡散し、スラリーを溝１１１からリテーナリング１１の内側に取り込む。これにより研磨ヘッド１０のスリップを防止し、半導体ウェーハＷの面内での研磨の均一性を保つことができる。
【００７２】
溝１１１と溝１１１の間の外壁１１２に配置される突起１５５は、必ずしもひとつでなくてもよい。図１０（Ｃ）に示すように、複数の突起セグメント１５５ａ〜１５５ｄに分割して配置してもよい。突起セグメント１５５ａ〜１５５ｄのそれぞれの円周に沿った長さＬ５は同じであってもよいし、異なっていてもよい。セグメントとセグメントの間の空間Ｓも同じであってもよいし、異なっていてもよい。突起セグメントの数は、スラリーを効率的に拡散できる範囲で適宜決定される。
＜半導体装置の製造＞
図１１及び図１２は、実施形態の研磨装置１を用いた半導体装置の製造工程図である。図１１（Ａ）において、半導体ウェーハＷ上の絶縁膜５５及び５４に、所定の形状のトレンチ５６、５７とビアホール５８を形成する。トレンチ５６、５７及びビアホール５８は通常のフォトリソグラフィ法を用いて、図示しないレジストパターンを形成し、反応性エッチング等を用いて形成する。絶縁膜５５はたとえばシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜であり、レジストパターンが転写された後は、下層の絶縁膜５４のエッチングのためのハードマスクとしても機能する。絶縁膜５４はたとえば低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜である。
【００７３】
ビアホール５８は、下層の配線層のＣｕ拡散防止膜５３を貫通して下層配線５１に到達し、ビアホール５８内に下層配線５１の表面が露出している。Ｃｕ拡散防止膜５３は、たとえばＳｉＣで形成されている。トレンチ５７とビアホール５８で、デュアルダマシン配線溝が形成される。
【００７４】
下層配線５１、５２のさらに下層の基板表面とその直上には、トランジスタやキャパシタ等の素子が形成されているが、本発明と直接関係がないので図示を省略する。
【００７５】
図１１（Ｂ）において、配線溝５６、５７及びビアホール５８の内壁に、バリアメタル６１と図示しないめっきシード層を形成し、たとえば電界めっきにより銅（Ｃｕ）等の導電膜６２を成長して、ビアホール５８とトレンチ５６、５７内を埋め込む。このときのめっき処理により、絶縁膜５５上にも導電膜６２が成長する。絶縁膜５５上に成長する導電膜６２の厚さは、たとえば０．５〜１．０μｍである。
【００７６】
図１２（Ａ）において、バリアメタル６１が露出するまで導電膜６２を研磨して、表面を平坦化する。これによりＣｕ配線６３、６４とビアプラグ６５が形成される。Ｃｕ配線６３とビアプラグ６５で、デュアルダマシン配線を形成する。
【００７７】
さらに、図１２（Ｂ）において、余分なバリアメタル６１を除去し、絶縁膜５５をＡ−Ａラインの高さまで研磨して、半導体装置５０が作製される。
【００７８】
図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）の工程で、実施形態の研磨装置１が用いられる。研磨装置１のリテーナリング１１は、外壁１１２にスラリー拡散手段１５（たとえばポケット空間１５１〜１５３、トンネル空間１５４、突起１５５等）を有する。研磨パッド３上へのスラリーの滴下状態によらず、スラリーをまんべんなく拡散することができる。また、プラテン研磨装置１の処理枚数の進行につれてリング底面の溝１１１が摩耗し浅くなってきても、研磨パッド３上のスラリーを拡散させる。これにより、スラリーのたまりによる研磨パッド３に対するリテーナリング１１のスリップを防止し、導電膜６２や絶縁膜５５を均一に平坦化することができる。
【００７９】
なお、図１２（Ａ）の導電膜６２の研磨と、図１２（Ｂ）のバリアメタル６１及び絶縁膜５５の研磨は、異なる種類のスラリーを用いてもよい。たとえば、導電膜６２をＣｕで形成し、バリアメタル６１をタンタル（Ｔａ）またはＴａとＴａＮの積層とする場合は、図１２（Ａ）の研磨は、ＣｕとＴａの選択比が高いスラリーを用いる。スラリーの種類や半導体ウェーハの処理枚数にかかわらず、研磨装置１を用いることでウェーハ面にスラリーを均一に分布させることができる。
【００８０】
配線６３、６４の上方にさらに層間絶縁膜を成膜して、図１１と図１２の工程を繰り返して積層数を増やしてもよい。その場合も、実施形態の研磨装置１を用いてスラリーを拡散させ、ウェーハの表面を平滑化することができる。
【００８１】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
半導体ウェーハの研磨処理に用いられるリテーナリングであって、
研磨パッドとの接触面に形成された溝と、
リング外壁に設けられるスラリー拡散手段と、
を有するリテーナリング。
（付記２）
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記溝の上面よりも下方に配置されることを特徴とする付記１に記載のリテーナリング。
（付記３）
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記リテーナリングの許容摩耗限界よりも上方に配置されることを特徴とする付記１または２に記載のリテーナリング。
（付記４）
前記リテーナリングの中心に対して対称な位置に配置される少なくとも一対のスラリー拡散手段、
を有することを特徴とする付記１乃至３に記載のリテーナリング。
（付記５）
前記溝は、前記接触面で前記リテーナリングの内周と外周の間を横切り、
前記スラリー拡散手段は、前記溝と連通または抵触しないように前記リング外壁に配置されていることを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載のリテーナリング。
（付記６）
前記スラリー拡散手段は、前記リング外壁に開口を有する凹部であることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載のリテーナリング。
（付記７）
前記凹部は、前記リテーナリングの回転方向の先端側に、前記リテーナリングの接線に対して鋭角を成す傾斜面を有することを特徴とする付記６に記載のリテーナリング。
（付記８）
前記凹部の水平断面形状は台形またはくさび型であることを特徴とする付記７に記載のリテーナリング。
（付記９）
前記スラリー拡散手段は、前記溝と溝の間に形成される少なくとも２つの開口を有し、２つの開口を前記リテーナリング内で接続する空間である空間部であることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載のリテーナリング。
（付記１０）
前記空間部は、前記リテーナリングの回転方向の先端側に、前記リテーナリングの接線に対して鋭角を成す傾斜面を有することを特徴とする付記９に記載のリテーナリング。
（付記１１）
前記スラリー拡散手段は、前記リング外壁から突出する突起であることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載のリテーナリング。
（付記１２）
前記突起は、前記溝と溝の間で前記リング外壁に沿って複数配置される突起セグメントを有することを特徴とする付記１１に記載のリテーナリング。
（付記１３）
リテーナリングが取り外し可能に取り付けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドに対向する研磨パッドを有する研磨台と、
を有し、
前記リテーナリングは、
前記研磨パッドとの接触面に形成された溝と、リング外壁に設けられたスラリー拡散手段と、を有することを特徴とする研磨装置。
（付記１４）
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記溝の上面よりも下方に配置されることを特徴とする付記１３に記載の研磨装置。
（付記１５）
前記スラリー拡散手段の下面は、前記リテーナリングの高さ方向で、前記リテーナリングの許容摩耗限界よりも上方に配置されることを特徴とする付記１３または１４に記載の研磨装置。
（付記１６）
半導体ウェーハの上の絶縁膜に配線溝を形成し、
前記配線溝の内部及び前記絶縁膜の全面に導電膜を形成し、
付記１３に記載の研磨装置を用いて前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１７）
前記研磨の工程で、前記リテーナリングの摩耗に応じて、前記研磨パッド上に供給される研磨スラリーを前記スラリー拡散手段により前記半導体ウェーハの研磨面に分布させることを特徴とする付記１６に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００８２】
１  研磨装置
２  プラテン
３  研磨パッド
５  ノズル
６  スラリー
１０  研磨ヘッド
１１  リテーナリング
１２  ヘッド本体
１３  メンブレン
１４  スピンドル
１５  スラリー拡散手段
５０  半導体装置
５４、５５  絶縁膜
５６、５７、５８  配線溝
６２  導電膜
６３、６４  配線
１１１  溝
１１２  リング外壁
１１３  リング内壁
１１５  リング底面（研磨パッドとの接触面）
１５１、１５２、１５３  ポケット空間
１５４  トンネル空間
１５５  突起
１５５ａ〜１５５ｄ  突起セグメント
【図１】
0006643918.tif 000002
【図２】
0006643918.tif 000003
【図３】
0006643918.tif 000004
【図４】
0006643918.tif 000005
【図５】
0006643918.tif 000006
【図６】
0006643918.tif 000007
【図７】
0006643918.tif 000008
【図８】
0006643918.tif 000009
【図９】
0006643918.tif 000010
【図１０】
0006643918.tif 000011
【図１１】
0006643918.tif 000012
【図１２】
0006643918.tif 000013