(57)【要約】【課題】  慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができるリテーナリングを提供する。【解決手段】  ウエハＷを化学機械的に研磨するＣＭＰ装置１の保持ヘッド４内に配設され、リング状でウエハＷの外周を囲うとともに、研磨パッド３の研磨面３ａを押圧するリテーナリング８において、研磨面３ａを押圧する押圧面８ａの表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤の上に配置された研磨パッドと、ウエハを保持して前記研磨パッドに押圧する保持ヘッドとを備え、前記ウエハを化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、前記保持ヘッド内に配設され、リング状で前記ウエハの外周を囲うとともに、前記研磨パッドの研磨面を押圧するＣＭＰ装置用リテーナリングであって、
前記研磨パッドの研磨面を押圧する押圧面の表面粗さが中心線平均粗さで０．２μｍ以下である、
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】
本発明は、ウエハ（被研磨体）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、半導体基板（シリコン基板など）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装置が用いられている。
【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、研磨パッドの研磨面（表面）を押圧し、ウエハを研磨する研磨パッドの研磨面を平坦化、微細化（適正化）するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【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、このような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。このため、リテーナリングを定期的に新たなリテーナリングに交換しなければならないが、新たなリテーナリングの押圧面の表面粗さが大きいと、所定の研磨性能が得られない。すなわち、ウエハの被研磨面に研磨屑の付着やスクラッチ（かき傷）などが生じたりする。このため、リテーナリングを交換した場合には、製品ウエハ（製品として生産されるウエハ）の研磨を開始する前に、新たに装着したリテーナリングの慣らし研磨をする必要があった。すなわち、新たなリテーナリングをＣＭＰ装置の保持ヘッドに装着し、数十枚から数百枚のダミーウエハ（慣らし用ウエハ）を研磨し、適正な研磨性能が得られることを確認した後に、製品ウエハの研磨を開始する必要があった。そして、このような慣らし研磨には多くの時間と労力とを要し、ウエハの生産稼働率を低下させる要因となっていた。
【０００５】
そこで本発明は、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができる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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、定盤の上に配置された研磨パッドと、ウエハを保持して前記研磨パッドに押圧する保持ヘッドとを備え、前記ウエハを化学機械的に研磨するＣＭＰ装置において、前記保持ヘッド内に配設され、リング状で前記ウエハの外周を囲うとともに、前記研磨パッドの研磨面を押圧するＣＭＰ装置用リテーナリングであって、前記研磨パッドの研磨面を押圧する押圧面の表面粗さが中心線平均粗さで０．２μｍ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明者は、試験、研究を重ね、リテーナリングの押圧面の表面粗さを中心線平均粗さで０．２μｍ以下にすることで、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えられることを見出した。そして、請求項１に記載の発明によれば、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができるものである。すなわち、リテーナリングの押圧面の表面粗さが中心線平均粗さで０．２μｍ以下であると、リテーナリングをＣＭＰ装置の保持ヘッドに装着した直後から、あるいは慣らし研磨を短時間行った後に、高い研磨性能が得られる。つまり、リテーナリングの押圧面によって研磨パッドの研磨面が良好に（高いレベルにまで）平坦化、微細化され、ウエハの被研磨面への研磨屑の付着やスクラッチ（かき傷）などの発生が激減される。この結果、慣らし研磨に要する時間と労力とを最小限に抑え、ＣＭＰ装置の生産稼働率を向上させることが実効的に可能となる。しかも、慣らし研磨に要する時間が最小限化されるため、ダミーウエハを慣らし研磨することによる研磨屑が減少し、研磨屑によるウエハ（製品ウエハ）へのスクラッチ（かき傷）や不純物の付着などの発生率もさらに減少する。この結果、ウエハの生産品質が向上、安定化し、不良品低減によって生産性がさらに向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係わる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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、研磨パッド３の研磨面３ａ（表面）を押圧し、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と面接触する部位）を平坦化、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（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、このような研磨面３ａをリテーナリング８によって平面度を高くし、かつ表面粗さを小さくするものである。
【００１２】
このリテーナリング８は、耐薬品性や機械的性質などを考慮して、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に示すようなリング状をしており、研磨パッド３の研磨面３ａを押圧する押圧面８ａには、研磨屑を逃がす（排出する）溝状のスリット８ｂが複数形成されている。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。
【００１３】
このようなリテーナリング８の押圧面８ａの表面粗さは、中心線平均粗さ（算術平均粗さ、Ｒａ）で０．２μｍ以下に設定（加工）されている。これは、本発明者が、試験、研究を重ね、押圧面８ａの表面粗さを中心線平均粗さで０．２μｍ以下にすることで、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えられることを見出したことによるものである。そのことを証するデータを図４に示す。
【００１４】
このデータは、各表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）における慣らし研磨後のディフェクト数などを示したものである。すなわち、図中「ダミーウエハ１０枚後のディフェクト数（ＤＮ１）」は、ダミーウエハ（慣らし用ウエハ）を１０枚研磨した後に、１０枚目のダミーウエハ上に確認されたディフェクトの数を示している。ここで、ディフェクトには、研磨屑などの異物やスクラッチ（かき傷）などのすべての不良要素が含まれる。図中「ダミーウエハ研摩枚数（ＰＮ）」は、ダミーウエハの研磨枚数を示している。図中「ＰＮ枚後のディフェクト数（ＤＮ２）」は、ダミーウエハをＰＮ枚研磨した後に、ＰＮ枚目のダミーウエハ上に確認され大きさ（長さ）が０．１６μｍよりも大きいディフェクトの数を示している。図中「ＤＮ２中のスクラッチ数（ＳＮ）」は、ディフェクト数ＤＮ２中において大きさ（長さ）が１．０μｍよりも大きいスクラッチの数を示している。
【００１５】
また、ダミーウエハによる慣らし研磨条件は、以下のとおりである。
【００１６】
スラリ：ＳＳ−２５（Ｃａｂｏｔ社製）
研磨パッド：ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社製）
ダミーウエハ１枚当りの研磨時間：６０秒
ダミーウエハへの研磨圧力（押圧力）：２１０ｈＰａ
このデータから明らかなように、リテーナリング８の押圧面８ａの表面粗さＲａが０．２μｍよりも大きい場合（表面粗さＲａが０．４μｍや０．３μｍの場合）には、図５に示すように、ダミーウエハを１０枚研磨した後のディフェクト数ＤＮ１が数百に達するのに対し、表面粗さＲａが０．２μｍ以下では２０以下に激減する。また、押圧面８ａの表面粗さＲａが０．２μｍよりも大きい場合には、数百枚（ＰＮ枚）のダミーウエハを研磨した後に、ディフェクト数ＤＮ２が３０程度に達するのに対し、表面粗さＲａが０．２μｍ以下では１０枚のダミーウエハを研磨しただけで、ディフェクト数ＤＮ２が２０以下となる。さらには、押圧面８ａの表面粗さＲａが０．２μｍよりも大きい場合には、ディフェクト数ＤＮ２中のスクラッチ数ＳＮが５〜１０程度あるのに対し、表面粗さＲａが０．２μｍ以下ではほとんどスクラッチがないものである。
【００１７】
以上のように、表面粗さＲａが０．２μｍを境（臨界値）として（図５参照）、研磨性能が著しく向上し、リテーナリング８の押圧面８ａの表面粗さを中心線平均粗さで０．２μｍ以下にすることで、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができる。すなわち、押圧面８ａの表面粗さＲａが０．２μｍ以下であると、リテーナリング８をＣＭＰ装置１の保持ヘッド４に装着した直後から、あるいは慣らし研磨を短時間行った後に、高い研磨性能が得られるものである。つまり、リテーナリング８の押圧面８ａによって研磨パッド３の研磨面３ａが良好に（高いレベルにまで）平坦化、微細化される。そして、表面粗さＲａが０．２μｍよりも大きい場合に比べて、ウエハＷの被研磨面Ｗ１への研磨屑の付着やスクラッチなどの発生が激減する。例えば、ウエハＷの要求精度（要求仕様）上、ウエハＷの被研磨面Ｗ１上に、０．１６μｍよりも大きいディフェクトの数（ＤＮ２）が２０以下でなければならないとすると、リテーナリング８の押圧面８ａの表面粗さＲａが０．４μｍの場合には、２５０枚以上のダミーウエハを研磨しなければならない。同様に、表面粗さＲａが０．３μｍの場合には、１００枚以上のダミーウエハを研磨しなければならない。これに対し、表面粗さＲａが０．２μｍ以下の場合には、１０枚以下のダミーウエハを研磨すればよいことになる。
【００１８】
この結果、慣らし研磨に要する時間と労力とを最小限に抑え、ウエハＷの生産稼働率を向上させることが実効的に可能となる。しかも、慣らし研磨に要する時間が最小限化されるため、ダミーウエハを慣らし研磨することによる研磨屑が減少し、研磨屑によるウエハＷへのスクラッチ（かき傷）や不純物の付着などの発生率もさらに減少する。この結果、ウエハＷの生産品質が向上、安定化し、不良品低減によって生産性がさらに向上される。
【００１９】
ところで、リテーナリング８の押圧面８ａの表面粗さを中心線平均粗さで０．２μｍ以下にすることで、上記のように、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができるが、表面粗さを中心線平均粗さで０．０１μｍ以下にすることで、慣らし研磨に要する時間をさらに最小限にすることができる。すなわち、図４に示すように、押圧面８ａの表面粗さＲａが０．２μｍの場合には、例えば、ダミーウエハを１０枚研摩した後のディフェクト数ＤＮ１が２０であるのに対し、表面粗さＲａが０．０１μｍ以下ではディフェクト数ＤＮ１が１０以下となる。そして、ウエハＷの要求精度が上がり、ウエハＷの被研磨面Ｗ１上に、０．１６μｍよりも大きいディフェクトの数（ＤＮ２）が１０以下でなければならないとしても、表面粗さＲａが０．０１μｍ以下のリテーナリング８では、１０枚以下のダミーウエハを研磨することで要求精度が得られるものである。
【００２０】
ところで、本実施形態では、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、押圧面８ａの表面粗さを中心線平均粗さで０．２μｍ以下にすることで、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができることは勿論である。また、本実施形態では、リテーナリング８がＰＰＳ製で一体構造（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、ステンレス鋼製の第１リングとエンジニアリングプラスチック製の第２リングとを重ね合わせた２層構造のリテーナリングにおいて、下層に位置する第２リングの押圧面の表面粗さを中心線平均粗さで０．２μｍ以下にすることで、慣らし研磨に要する時間を最小限に抑えることができる。さらに、２層構造のリテーナリングの第１リングと第２リングとが、ボルト締めによって締結されている場合や、接着剤によって接合されている場合であってもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係わるＣＭＰ装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるＣＭＰ装置の保持ヘッドの概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係わるＣＭＰ装置用リテーナリングの正面図（ａ）と底面図（ｂ）である。
【図４】リテーナリングの押圧面の各表面粗さにおける慣らし研磨後のディフェクト数などを示す図である。
【図５】リテーナリングの押圧面の表面粗さと、ダミーウエハを１０枚研磨した後のディフェクト数との関係を示す両対数グラフである。
【符号の説明】
【００２２】
１          ＣＭＰ装置
２          定盤
３          研磨パッド
３ａ        研磨面
４          保持ヘッド
５          スラリ供給ノズル
５ａ        スラリ
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        スリット
８ｃ        背面
８ｄ        ネジインサート
８ｅ        雌ネジ
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】
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