(57)【要約】本発明の目的は、化学機械式研磨装置において半導体ウェーハを保持するための止め輪（１０，３０）を提供するものであって、従ってエッジ効果がないばかりでなく、エポキシ接着剤によりメタルリングと接続されたプラスチックエレメントの時間及びコストを要する交換が排除されている。この目的のために、止め輪は単一コンポーネントとして埋め込まれ、かつプラスチック材料で構成されている。止め輪は、第一前方側面に止め輪を研磨装置の研磨面に設置するための支持面（１８）を形成していて、第一前方側面と軸方向に反対側の側面にアセンブリエレメント（１６，４０）を備えており、それにより止め輪は研磨装置に取り付けることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ用化学機械式研磨装置のための止め輪において；
該止め輪が一体形構造であってプラスチック材料で作られており、該止め輪は、該研磨装置の研磨面に該止め輪を支持するための支持面を、第一前方側面に形成していて、さらに該止め輪を該研磨装置に取り付けるためのフィッティングエレメントを該第一前方側面と軸方向に反対側の側面に含んでいることを特徴とする；
止め輪。
【請求項２】
該止め輪が少なくとも二層又は二つのコンポーネントによるサンドイッチ構造に作られていることを特徴とする、請求項１に記載の止め輪。
【請求項３】
該プラスチック材料が熱可塑性材料、熱硬化性プラスチック材料、エラストマ及び／又はプラスチック組成物であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の止め輪。
【請求項４】
該プラスチック材料が、補強されたプラスチック材料、詳しくは強化プラスチック材料であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の止め輪。
【請求項５】
該プラスチック材料が、該フィッティングエレメントを含んでいる側面と比較してより少ない含有率の補強物質を該第一前方側面に隣接して有していることを特徴とする、請求項４に記載の止め輪。
【請求項６】
剥離低減添加剤及び／又は摩耗低減添加剤が該プラスチック材料に混合されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の止め輪。
【請求項７】
該止め輪が、該プラスチック材料に埋め込まれかつ該止め輪と同心に配置されたメタルリングを備えていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の止め輪。
【請求項８】
該フィッティングエレメントが該メタルリングに保持されていることを特徴とする、請求項７に記載の止め輪。
【請求項９】
該メタルリングが完全に該プラスチック材料により囲まれていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の止め輪。
【請求項１０】
該メタルリングがシートメタルリングであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の止め輪。
【請求項１１】
該シートメタルリングが穴あきシートメタルリングであることを特徴とする、請求項１０に記載の止め輪。
【請求項１２】
該シートメタルリングがほぼ円筒形状であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の止め輪。
【請求項１３】
該シートメタルリングが環状ディスク形状であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の止め輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば特許文献１に開示されているような化学機械式研磨装置において半導体ウェーハを保持するための止め輪に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、集積回路は、ウェーハに導体層、半導体層、絶縁体層を順次蒸着させることにより半導体基板、特にシリコンウェーハ上に形成されている。各層の蒸着後、回路機能を作り出すためにエッチングが行なわれる。一連の層が順次蒸着されエッチングされた後に、半導体基板の一番上の表面、すなわち基板の最外表面は著しく非平面状になっている。この非平面状表面は集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィーステップにおいて問題を生じる。従って半導体基板表面を定期的に平坦化あるいは水平化する必要がある。
【０００３】
いわゆる化学機械式研磨（ＣＭＰ）がこの目的に許容される一つの方法である。この平坦化方法は、通常基板、すなわち半導体ウェーハをキャリヤヘッド又は研磨ヘッドに取りつける必要がある。続いて基板の露出面は回転式研磨パッドに押しつけられる。基板を研磨パッドに押しつけるために、制御された力がキャリヤヘッドを介して基板に作用される。少なくとも一つの化学的に活性な物質及び研磨粒子を含んでいる研磨剤が研磨パッド表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰプロセスにおいて繰返されている問題は、いわゆるエッジ効果（edge effect）、すなわち研磨される基板の端部が基板の中心と異なる速度で研磨される傾向があることである。このことは端部において、２００mm直径のウェーハで最大５〜１０mmの研磨超過を招いている。
【０００５】
研磨超過は基板全体の平坦度を損ない、基板の端部を集積回路製造に不適切なものとし、従ってプロセスの生産性を低下させる。
【０００６】
この問題を解決するために、特許文献１は止め輪を二つの部分で作ることを教示していて、第一部分は剛な材料すなわち金属部分で作られていて、第二部分は剛性の小さなプラスチック材料で作られており、従って、一方で研磨にさらされ、他方で半導体ウェーハに接触する際に半導体ウェーハを損傷しないようになっている。
【０００７】
化学機械式研磨におけるエッジ条件のために、特許文献１は、止め輪のプラスチック部分とメタルリングとをお互いにエポキシ接着剤で結合することを教示している。代りに、二つの部分を圧力ばめで一体に結合することも教示している。
【０００８】
実際上、二つの解決方法は適切なものではない。
【０００９】
二つの部分をエポキシ接着剤で結合する場合、プラスチック部分が金属部分にしっかりと保持される一方で、プラスチック部分が多くの研磨を受けた後で止め輪を再調整することには問題がある。現在のプラクティスでは、完成した止め輪を製造者に送ることになっていて、製造者においてプラスチック部分が機械的に除去され、続いて金属部分が、接着剤残留物を熱分解するために約２００℃まで加熱される。従って、金属部分は接着剤の最終残留物を除去するためにサンドブラストされねばならなくて、その後新しいプラスチックリングが接着剤で取り付けられる。
【００１０】
時間を要しコストのかかる手順のために、止め輪は非常に高価なものになっている。さらに、プラスチック部分より著しく高い製造コストの金属部分は、接着剤の熱分解のための昇温処理及びそのために必要とされるサンドブラスト処理のために、わずかなサイクルに耐えるだけである。
【００１１】
金属部分とプラスチック部分とが圧力ばめにより結合される場合、使用済プラスチックリングを交換することは容易であるけれど、プラスチック部分と金属部分とを結合するための圧力ばめは、研磨時に生じる力に確実に耐えるのに適切なものではないことが判明している。
【特許文献１】米国特許第６２５１２１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、前述の問題を克服した止め輪を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本目的は以下の発明により達成されていて、該止め輪が一体形構造であってプラスチック材料で作られており、該止め輪は、該研磨装置の研磨面に該止め輪を支持するための軸受面を、第一前方側面に形成していて、さらに該止め輪を該研磨装置に取り付けるためのフィッティングエレメントを該第一前方側面と軸方向に反対側の側面に含んでいる。
【００１４】
新歩性のある構造の止め輪は対コスト効果のある製造を可能にし、かつ止め輪は著しく摩耗した後に全体を排除することができる。
【００１５】
止め輪に対して十分な安定性を付与するために、すなわち、止め輪が研磨時に幾何学的形状の変化を受けないことを保証し、従って半導体ウェーハから不均一な材料の除去をもたらさないことを保証するために、プラスチック材料は、その機械的性質に基づいて選択される。
【００１６】
止め輪は好ましくは少なくとも二層あるいは二つのコンポーネントのサンドイッチ形状で作られる。
【００１７】
プラスチック材料は、例えば熱可塑性材料熱硬化プラスチック材料、エラストマ及び／又はプラスチック組成物を含んでいてもよい。
【００１８】
プラスチック材料を補強して使用する場合、特に強化プラスチックの場合、著しく広範囲のプラスチック材料が使用可能である。
【００１９】
第一前方側面、すなわち研磨装置の研磨面に止め輪を支持するための支持面を形成する側面に隣接するプラスチック材料が、フィッティングエレメントを含んでいる側面と比較して補強材料を含んでいないか又は含有率が小さいことが望ましい。
【００２０】
このことは、研磨装置に保持された部分において機械的安定性が良くなった部分をもたらしていて、その部分は、その幾何学的形状における止め輪全体を安定化している。摩耗が発生する側面において、止め輪は安定性が悪く特に固くなくて、従って処理される半導体ウェーハとプラスチック材料との間の接触が柔軟なものになっている。
【００２１】
摩耗を減らし、トライボロジー特性を最大化するために剥離低減添加剤及び／又は損耗低減添加剤、例えばＰＴＥＥ、ポリマイド、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ほう素、ナノ粒子等がプラスチック材料に付加されてもよい。
【００２２】
補強材料を止め輪の中心部、特にフィッティングエレメントが配設される部分に限定することが考えられる。このことが、止め輪への必要な剛性と幾何形状的完全性とを付与し、荷重の片寄りが生じても、止め輪とウェーハとの間の接触はウェーハへのどのような損傷も与えない。なぜならウェーハが柔軟なプラスチック材料と接触するだけだからである。
【００２３】
別の解決方法は、止め輪がメタルリングを備えていることで、メタルリングはプラスチック材料に埋め込まれ、かつ止め輪に同心に配置されている。メタルリングは、必要な剛性と幾何学形状的完全性とを備えた止め輪を提供し、一方周囲のプラスチック材料は、処理される半導体ウェーハがいずれの機械的損傷を受けないことを保証している。
【００２４】
フィッティングエレメントが、好ましくはメタルリングに保持されているので、当然のことであるが止め輪を研磨装置に取り付けるようになっているフィッティングエレメントは、止め輪が研磨装置に正しく設置され、従って止め輪の幾何学的構造形状を維持されることを保証している。
【００２５】
プラスチック材料に囲まれているメタルリングは、特に上部側面すなわち研磨装置に対面している止め輪の側面はプラスチックにおおわれていなくてもよい。というのはこの部分はウェーハ材料と接触しないからである。止め輪のこの側面は、化学機械式研磨プロセスの化学剤にほとんどあるいは全然さらされない。
【００２６】
しかしながら、メタルリングをプラスチック材料で完全に囲んでしまうことは好適なことである。というのは、金属材料は、化学機械式研磨に使用される化学剤によるケミカルアタックに対してプラスチック材料により完全に保護されるので、広範囲の金属材料がメタルリングの製造に利用可能となるからである。
【００２７】
止め輪を補強するための最も簡単なメタルリングの形状は、シートメタルリングである。詳しくは、これは穴あき又は貫通穴を備えていて、従って、プラスチック材料が貫通穴を通過することにより、プラスチック材料とメタルリングとの間に能動的接続が確立される。
【００２８】
止め輪の軸方向における剛性が非常に重要であって、ほぼ円筒形状のすなわち円筒状壁面の形状のシートメタルリングが好ましくは使用される。
【００２９】
代りに、金属で作られたリング状ディスクが使用されてもよくて、より厚いシートメタル材料が必要とされる。
【００３０】
本発明におけるこれらの利点及びさらなる利点とが、添付円を参照して以下に詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１Ａ−１Ｄは本発明における止め輪１０を図示していて、止め輪１０は強化プラスチック材料で作られ、ほぼ長方形断面を有している。
止め輪１０は、軸方向に突出している円周カラー１４を外周囲１２に隣接して有しており、ねじ山付きブッシュ１６が等角度間隔で円周カラー１４に組み込まれている。ねじ山付きブッシュ１６は止め輪を化学機械式研磨装置に取り付けるようになっている。
【００３２】
止め輪１０におけるカラー１４と反対側の側面が、支持面１８を形成していて、研磨装置が運転される場合、止め輪１０は支持面により研磨装置の研磨面に支持される。
【００３３】
止め輪１０は対コスト効果的にプラスチックで作られているので、支持面１８が摩耗すると止め輪１０は全体として問題なく排除され、止め輪１０のパーツを再使用する問題は不要なものとされている。
【００３４】
図１Ｂは図１Ａにおける矢視Ａ−Ａから見た本発明における止め輪１０を図示している。図１Ｃは、図１Ｂの断面を表わす拡大図である。図１Ｄは、本発明における止め輪１０の斜視図である。
【００３５】
円周カラー１４は、研磨装置へ向いている表面上に研磨装置における相補的な突起と差し込み状態で係合するための開口部２０を有していて、研磨装置に対して止め輪１０を正しい角度で配向することを容易にし、ねじ山付きブッシュ１０を研磨装置における対応する貫通穴と自動的に整列させることを可能にしており、その貫通穴を通してねじボルトが延伸している。
【００３６】
他の形状の止め輪３０の実施形態を図２Ａ−２Ｄに図示する。止め輪３０の構造は止め輪１０とは以下の点で異なっていて、メタルリング３２がプラスチック材料の補強エレメントとしてプラスチック材料に埋め込まれている。メタルリングは止め輪３０と同心に配列されていて、穴あきシート材料で作られている。
【００３７】
従って、メタルリング３２周囲にプラスチック材料を射出する場合、プラスチック材料は穴あき材料の貫通穴を通過し、従って能動的接続でメタルリング３２を止め輪３０と固定する。
【００３８】
止め輪３０は研磨装置と対面する側面にカラー３４を有していて、そのカラー３４は止め輪３０の外円周表面３６に隣接して配置され軸方向に突出している。止め輪３０を研磨装置に取り付けるためのねじ山付きブッシュ４０はカラー３４の部分に等角度間隔で配置されている。
【００３９】
ねじ山付きブッシュ４０と研磨装置の対応するねじボルトとのアライメントを容易にするために、カラー３４が研磨装置における突起と係合するための開口部４２を有していて、従って止め輪３０の正しい角度での組立を保証するようになっている。
【００４０】
プラスチック材料でほぼ完全に囲まれたメタルリング３２を使用するために、プラスチック材料は特に研磨装置の研磨面からの剥離に対する抵抗仕様に適合するようになっている範囲から選択することができる。
【００４１】
止め輪３０の剛性は、メタルリング（３２）（環状ディスク）の安定性と幾何学的形状の完全性とにより保証されている。
【００４２】
メタルリング３２はねじ山付きブッシュ４０を同時的に担持するようになっていて、メタルリング３２はねじ山付きブッシュ４０と共に射出成形工具にプレハブ状態で設置することができ、射出成形によりプラスチックの内部に埋込むことができる。メタルリング３２が止め輪３０のプラスチック材料によりほぼ完全に囲まれるために、メタルリング３２を作るメタル材料は広範囲の材料から選択することができる。というのはメタルリングと、半導体ウェーハの化学機械式研磨に使用される化学剤との間のどのような接触もないからである。従って腐蝕の問題を考慮する必要がないからである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明における第一実施形態である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明における第一実施形態である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明における第一実施形態である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明における第一実施形態である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明における止め輪の実施形態である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明における止め輪の実施形態である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明における止め輪の実施形態である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明における止め輪の実施形態である。
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【国際調査報告】
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