(57)【要約】  保持リングの幾つかの実施態様は、複数の平面ファセットから形成された第１の部分と、境界線に沿って第１の部分に近接し、外側から下に傾斜する円錐台状の表面を含む第２の部分とを有する内面を有する。保持リングの幾つかの実施態様は、ギザギザの内面若しくは蛇行の内面、及び／又は異なる表面特性又は異なる傾斜角の代替領域を含む内面を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアヘッドに固定されるように構成された上面と、
研磨面に接触するように構成された底面と、
外側上部周囲の前記上面から外側底部周囲の前記底面まで延びる外面と、
内側上部周囲の前記上面から内側底部周囲の前記底面まで延び、前記底面に隣接する第１の部分と、境界線に沿って前記第１の部分に近接する第２の部分とを備える内面であって、前記第１の部分が、７以上の平面ファセットであって、隣接する平面ファセットが直線的なサイドエッジで結合されている平面ファセット、及び前記平面ファセットの直線的な底部エッジによって画定された前記内側底部周囲を備え、前記第２の部分が外側から下に傾斜する円錐台状の表面を含む、内面と
を含む環状本体
を備える保持リング。
【請求項２】
前記境界線が複数の湾曲したエッジを含み、ファセットに対する各湾曲したエッジが、前記ファセットの水平な中心で最も低い地点を有している、請求項１に記載の保持リング。
【請求項３】
前記環状本体が、上部及び前記上部と異なる材料の下部を含む、請求項２に記載の保持リング。
【請求項４】
各湾曲したエッジの最も低い地点が、前記上部と前記下部との間の境界線に位置合わせされる、請求項３に記載の保持リング。
【請求項５】
前記底面が、前記外面から前記内面に延びるチャネルを備える、請求項１に記載の保持リング。
【請求項６】
各チャネルが、直線的なサイドエッジで前記環状本体の前記内面に開放されている端を備える、請求項５に記載の保持リング。
【請求項７】
前記内面が第１の数のファセットを備え、前記底面が第２の数のチャネルを備え、前記第１の数が前記第２の数の整数倍である、請求項６に記載の保持リング。
【請求項８】
前記整数が３、４又は５である、請求項７に記載の保持リング。
【請求項９】
前記内面が１０から１５０の間のファセットを備える、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１０】
前記内面が６０から８０の間のファセットを備える、請求項９に記載の保持リング。
【請求項１１】
前記内面が合計で７２のファセットを備える、請求項１０に記載の保持リング。
【請求項１２】
前記内側底部周囲が正多角形である、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１３】
各平面ファセットが、双曲線に沿って円錐台状の表面と交差する、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１４】
各平面ファセットが、前記底面に実質的に垂直である、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１５】
保持リングを形成する方法であって、
円錐台状の内面を有する前記保持リングの上部を、円筒状の内面を有する前記保持リングの下部に接合することと、
複数の湾曲したエッジで前記円錐台状の表面と交差する複数の平らなファセットを形成するために、前記下部の前記内面及び前記上部の前記内面を機械加工することと
を含む方法。
【請求項１６】
各湾曲したエッジにおける最も低い地点が前記上部と前記下部との間の境界線に位置合わせされるように、前記下リングの前記内面及び前記上部の前記内面を機械加工することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
各湾曲したエッジにおける最も低い地点が前記上部と前記下部との間の境界線の上にあるように、前記下リングの前記内面及び前記上部の前記内面を機械加工することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
接合することが、接着剤で接着させること、機械的ファスナで結合すること、又はあり継ぎで固定することのうちの一又は複数を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して基板の化学機械研磨に関し、より詳細には、化学機械研磨に用いる保持リングに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は通常、導電層、半導電層、又は絶縁層をシリコンウエハに順次堆積することによって、基板上に形成される。ある製造ステップは、非平面の表面上に充填層を堆積し、非平面が露出するまで充填層を平坦化することを含む。例えば、パターニングされた絶縁層上に導電性充填層が堆積され、絶縁層内のトレンチまたは孔を充填することができる。その後充填層が、絶縁層の隆起したパターンが露出するまで研磨される。平坦化後、絶縁層の隆起したパターンの間に残っている導電層の部分が、基板上の薄膜回路の間の導電経路を提供するビア、プラグ、およびラインを形成する。更に、フォトリソグラフィのために基板表面において誘電体層を平坦化する平坦化が必要とされ得る。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認知された平坦化方法の１つである。この研磨法では一般に、基板をＣＭＰ装置のキャリアまたは研磨ヘッドに取付ける必要がある。基板の露出面が、回転する研磨ディスクパッド又はベルトパッドに対して配置される。研磨パッドは、「標準的な」パッドか固定砥粒研磨パッドの何れかであり得る。標準的なパッドは耐久性のある粗い面を有する一方、固定砥粒研磨パッドは収容媒体中に保持された研磨粒子を有している。キャリアヘッドが基板に制御可能な負荷をかけ、基板を研磨パッドに押し付ける。少なくとも１つの化学反応剤を含む研磨スラリ（及び、スタンダードパッドが用いられる場合には研磨粒子）が、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
基板は、通常、保持リングによってキャリアヘッドの下に保持される。しかしながら、保持リングは、研磨パッドに接触するので、摩耗しがちであり、時折交換される。保持リングには、金属製の上部と摩耗し得るプラスチック製の下部とを有するものが存在するが、その他の保持リングは単一のプラスチック部品である。
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様では、保持リングは、キャリアヘッドに固定されるように構成された上面と、研磨面に接触するように構成された底面と、外側上部周囲の上面から外側底部周囲の底面まで延びる外面と、内側上部周囲の上面から内側底部周囲の底面まで延びる内面とを有する環状本体を含む。内面は、底面に隣接する第１の部分と、境界線に沿って第１の部分に近接する第２の部分とを含む。第１の部分は、７以上のファセットを備える。内側底部周囲は、ファセットの底部エッジによって画定される。第２の部分は、外側から下に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ  ｆｒｏｍ  ｏｕｔｓｉｄｅ  ｉｎ）傾斜する円錐台状の表面を含み得る。
【０００６】
実施態様は、以下の特徴のうちの一又は複数を含み得る。ファセットは、平面であり得る。隣接するファセットは、直線的なサイドエッジで結合していてもよい。内側底部周囲は、平面ファセットの直線的な底部エッジによって画定され得る。境界線は、複数のファセットに対応する複数の湾曲したエッジを含み、ファセットに対する各湾曲したエッジは、ファセットの水平な中心に最も低い地点を有し得る。環状本体は、上部及び上部と異なる材料の下部を含み得る。各湾曲したエッジの最も低い地点が、上部と下部との間の境界線に位置合わせされ得る。底面は、外面から内面に延びるチャネルを含み得る。各チャネルは、直線的なサイドエッジで本体の内面に開放されている端を含み得る。内面は第１の数のファセットを含み、底面は第２の数のチャネルを有し、第１の数は第２の数の整数倍数であり得る。整数は、３、４又は５であり得る。内面は、合計７２のファセットを有し得る。内側底部周囲は、正多角形であってもよい。
【０００７】
別の態様では、保持リングは、キャリアヘッドに固定されるように構成された上面と、研磨面に接触するように構成された底面と、外側上部周囲の上面から外側底部周囲の底面まで延びる外面と、内側上部周囲の上面から内側底部周囲の底面まで延びる内面とを有する環状本体を含む。内面は、平らな最内面を各々が有する複数の内に向かって延びる突出部を含む。
【０００８】
別の態様では、保持リングは、キャリアヘッドに固定されるように構成された上面と、研磨面に接触するように構成された底面と、外側上部周囲の上面から外側底部周囲の底面まで延びる外面と、内側上部周囲の上面から内側底部周囲の底面まで延びる内面とを有する環状本体を含む。最内面は、内側底部周囲に蛇行経路を提供する、複数の内に向かって延びる突出部を含む。
【０００９】
別の態様では、保持リングを形成する方法は、円錐台状の内面を有する保持リングの上部を、円筒状の内面を有する保持リングの下部に接合することと、複数の湾曲したエッジで円錐台状の表面と交差する複数の平らなファセットを形成するために、下部の内面及び上部の内面を機械加工することとを含む。
【００１０】
実施態様は、以下の特徴のうちの一又は複数を含み得る。内面は、各湾曲したエッジの最も低い地点が、上部と下部との間の境界線に位置合わせされるように、機械加工され得る。内面は、各湾曲したエッジの最も低い地点が、上部と前記下部との間の境界線の上にあるように、機械加工され得る。接合することは、接着剤で接着させること、機械的ファスナで結合すること、又はあり継ぎで固定することのうちの一又は複数を含み得る。
【００１１】
別の態様では、保持リングは、キャリアヘッドに固定されるように構成された上面と、研磨面に接触するように構成された底面と、外側上部周囲の上面から外側底部周囲の底面まで延びる外面と、内側上部周囲の上面から内側底部周囲の底面まで延びる内面とを有する環状本体を含む。内面は、異なる表面テクスチャを有する、環状本体周囲に角度のある状態で間隔が空いている複数の領域を含む。
【００１２】
実施態様は、以下の特徴のうちの一又は複数を含み得る。複数の領域が、規則的なパターンで配置され得る。異なる表面テクスチャは、異なる粗さを含み得る。異なる粗さは、４マイクロインチから６４マイクロインチまでのＲａを有する第１の粗さと、第１の粗さ未満の第２の粗さとを含み得る。異なる表面テクスチャは、異なる方向の表面溝加工を含み得る。異なる方向は、垂直であり得る。異なる方向の１つは、内側底部周囲に平行又は垂直であり得る。異なる表面テクスチャは、異なる深さを有する表面溝加工を含み得る。
【００１３】
別の態様では、保持リングは、キャリアヘッドに固定されるように構成された上面と、研磨面に接触するように構成された底面と、外側上部周囲の上面から外側底部周囲の底面まで延びる外面と、内側上部周囲の上面から内側底部周囲の底面まで延びる内面とを有する環状本体を含む。内面は、底面に対して異なる傾きを有する、環状本体周囲に角度のある状態で間隔が空いている複数の領域を含む。
【００１４】
実施態様は、以下の特徴のうちの一又は複数を含み得る。複数の領域が、規則的なパターンで配置され得る。異なる傾きの１つは、底面に垂直であり得る。異なる傾きは、底部から最上部まで内に向かって傾斜する第１の傾きと、底部から最上部まで外に向かって傾斜する第２の傾きとを含み得る。
【００１５】
有利な点には、以下のことが含まれ得る。研磨されている基板のエッジは、複数の地点で保持リングに接触することができる。よって、基板エッジ上の圧力は、より幅広い領域にわたって分散させることができ、基板の回転を改善することができる。結果的に、研磨された基板は、より良好な厚さの均一性、例えば、ほとんど角度を有さない非対称性などを実現することができる。保持リングは、受ける摩耗が低下し、結果的に寿命がより長く成り得る。
【００１６】
一又は複数の実施形態の詳細を添付の図面及び以下の記述で説明する。他の態様、特徴及び利点は、これらの記述及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】キャリアヘッドの概略断面図である。
【図２】保持リングの概略上面斜視図である。
【図３】図２の保持リングの概略底面斜視図である。
【図４】図２の保持リングの平面の概略上面図である。
【図５】図２の保持リングの平面の概略底面図である。
【図６】図２の保持リングの概略拡大斜視図である。
【図７】図２の保持リングの概略側断面図である。
【図８】内面用の他の形状寸法を有する保持リングの一部の平面の概略断面図である。
【図９】内面用の他の形状寸法を有する保持リングの一部の平面の概略断面図である。
【図１０】内面用の他の形状寸法を有する保持リングの一部の平面の概略断面図である。
【図１１】内面用の他の形状寸法を有する保持リングの一部の平面の概略断面図である。
【図１２】内面用の他の形状寸法を有する保持リングの一部の平面の概略断面図である。
【図１３】異なる表面テクスチャの領域を含む内面を有する保持リングの一部の平面の概略断面図である。
【図１４】異なる表面テクスチャの領域を含む内面を有する保持リングの一部の概略斜視図である。
【図１５】異なる傾斜の領域を含む内面を有する保持リングの一部の概略斜視図である。
【図１６】基板に接触する内面を提供するための挿入部を有する保持リングの概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面の類似の参照番号は、類似の特徴を表す。
【００１９】
ＣＭＰ装置内の保持リングは、ＣＭＰ装置によって研磨される基板の運動を制限する内面を有している。従来型の保持リングでは、内面は円形の外周を有する。その一方で、本明細書に記載の保持リングの幾つかの実施態様は、複数の平面ファセットで形成された内面を有し、隣り合うファセットはコーナーで接合されている。本明細書に記載の保持リングの幾つかの実施態様は、ギザギザの若しくは蛇行する内面、及び／又は異なる表面特性又は異なる傾斜角の代替領域を含む内面を有している。こうして、研磨された基板の厚さの均一性が改善できる。
【００２０】
図１を参照すると、保持リング１００は、一般に、ＣＭＰ装置のキャリアヘッド５０に固定できる環状のリングである。適切なＣＭＰ装置が、米国特許第５，７３８，５７４号に記載されており、適切なキャリアヘッドが米国特許第６，２５１，２１５号及び米国特許第６，８５７，９４５号に記載されている。保持リング１００は、基板を位置決めし、センタリングし、ＣＭＰ装置の移送ステーションにおいて保持するためのロードカップ内に適合する。
【００２１】
例として、図１は、保持リング１００が上部に固定された、簡略化したキャリアヘッド５０を示す。キャリアヘッド５０は、ハウジング５２、可撓性の膜５４、加圧可能なチャンバ５６、及び保持リング１００を含む。可撓性の膜は、基板１０の装着面を提供する。基板１０が装着されると、装着面は、基板の裏面と直接接触することができる。図１に示した例では、膜５４は、保持リング１００とハウジング５４との間に固定されるが、幾つかの実施態様では、一又は複数の他の部品、例えば、クランプリングなどが、膜５４を保持するために使用できる。
【００２２】
加圧可能なチャンバ５６は、膜５４とハウジング５２との間に位置し、基板１０の前面を研磨するために、前面を研磨パッド６０の研磨面６２に対して押すように、例えば流体（気体又は液体）を用いるなどして、加圧することができる。幾つかの実施態様では、チャンバ５６内の圧力、即ち、可撓性の膜５４の基板１０上への下方への圧力は、ハウジング内の通路を通じてチャンバ５６に流体結合されているポンプ（図示せず）を用いて制御することができる。
【００２３】
保持リング１００は、膜５４の下で基板１０を留めるために、ハウジング５２のエッジ近くに固定されている。例えば、保持リング１００は、ハウジング５２内の通路５９を通って、保持リング１００の上面の位置合わせされたねじ式の受容凹部内へと延びる、機械式の締め具５８、例えばねじ又はボルトなどによって固定することができる。更に、上面は、保持リング１００がキャリアヘッドに固定される際の正しい位置合わせを可能にするよう、キャリアヘッド上の対応するピンと嵌合するように配置された、一又は複数の位置合わせ開孔を有することができる。
【００２４】
キャリアヘッド５０を研磨パッド６０全域で回転及び／又は並進させるための駆動軸８０を設けることができる。幾つかの実施形態において、駆動軸８０は、保持リング１００の底面の研磨パッド６０に対する圧力を制御するために上昇及び下降することができる。代替的には、保持リング１００が駆動軸８０に対して可動であり、キャリアヘッド５０は、例えば、参照により本願に組み込まれる米国特許第６，１８３，３５４号又は第７，５７５，５０４号に記載されるように、保持リング１００に対する下方への圧力を制御するために加圧可能な内部チャンバを含むことができる。
【００２５】
図２から図５を参照すると、保持リング１００の上面１１０は、ほぼ平らであるが、保持リング１００をキャリアヘッドに保持するためのファスナを受容する複数のねじ式凹部１１２を含む。オプションで、上面１１０が、保持リング１００がキャリアヘッドに固定される際に正しい位置合わせを可能にするように、キャリアヘッド上の対応する特徴、例えば突出部などと、嵌合するように配置された、一又は複数の位置合わせ特徴、例えば、開孔１１４を有することができる。オプションで、上面は、ファスナ用の凹部が位置する上昇した外側リムを含むことができる。オプションで、上面は、例えば、膜５４を把持するために、リング周囲を延びる複数の同心円リッジを含むことができる。
【００２６】
保持リング１００の底面１２０は、研磨パッドの研磨面に接触するように構成される。オプションで、底面１２０は、保持リング１００の厚さを部分的に通って延びるチャネル１２２を含むことができる。チャネル１２２の他に、底面１２０は、平らとすることができ、上面１１０に平行とすることもできる。図２から図５に示す例では、底面１２０は、１８のチャネル１２２を含むが、例えば、４から１００のチャネルなど、異なる数のチャネルであってもよい。動作中に、チャネル１２２は、研磨剤を含んでも含まなくてもよい、スラリなどの研磨液が、保持リング１００の下を基板まで流れることを可能にする。
【００２７】
チャネル１２２は、一般に直線的であり、保持リング１００の内面１３０から外面１４０まで延びることができる。チャネル１２２は、保持リング１００の周囲に、等しい角度間隔で分布させることができる。チャネル１２２、典型的には、保持リング１００及びチャネルの中心を通って延びる半径方向のセグメント（Ｒ）に対して、角度α、例えば、約３０°から約６０°、又は約４５°で配向されるが、代替的には、チャネル１２２は半径方向のセグメント（Ｒ）に沿って、即ち０°で延びることができる。
【００２８】
各チャネル１２２は、約０．７５ｍｍから約２５ｍｍ、例えば、３．１２５ｍｍの幅Ｗ（図５を参照）を有することができる。チャネルの幅のチャネル間の間隔の幅に対する割合は、１０／９０から５０／５０までとすることができる。チャネルは、それらの半径方向の長さに沿った均一の幅を有することができ、又はそれらの半径方向の長さに沿って、例えば、内径及び／又は外形で広がるなど、幅を変えることもできるだろう。様々なチャネル１２２がすべて、同一幅の形状を有することができ、又は異なるチャネルが異なる幅を有することができる。線形セグメントというよりはむしろ、チャネルを湾曲させることができる。
【００２９】
チャネル１２２の側壁１２４は、底面１２０に垂直とすることができ、又は底面１２０に対して、９０°未満の角度、例えば、４５°から８５°までの角度とすることができる。幾つかの構成では、側壁１２４が底面１２０と交差するエッジ１２６は、約０．１ｍｍを上回るがチャネル１２２の高さ未満である曲率半径又は面取り部分を有している。チャネル１２２は、保持リングの下部１０２の厚さの２５％から９０％までである深さを有することができる（図７を参照）。
【００３０】
保持リング１００の合計の厚さ、例えば、上面１１０と底面１２０との間の厚さは、約１２．５ｍｍから約３７．５ｍｍまでであり得る。
【００３１】
図２、図３及び図７を参照すると、底面１２０に隣接する保持リング１００の外面１４０の少なくとも一部１４２は、上面又は底面の平面図において円形形状を有する垂直な円筒状の表面とすることができる。幾つかの実施態様では、保持リング１００は、張り出し部分１４５を含み、張り出し部分１４５の底部は、外面１４０の水平部分１４６を画定する。この水平部分１４６は、基板ローダにおける保持リングのセンタリングを支援する、又は保持リングを周囲リングの上内側エッジに対して強固に停止させるためのリップを提供することができる。
【００３２】
外面１４０は、垂直な円筒部分１４２を水平部分１４６に結合する、例えば、外側から下に角度を有する円錐台状の表面など、傾斜部分１４４を含むことができる。上面１１０に隣接する保持リング１００の外面１４０の一部１４８は、垂直な円筒状の表面とすることができる。上面１１０に隣接する外面１４０の円筒状の部分１４８は、底面１２０に隣接する円筒状の部分１４２より大きな直径を有することができる。
【００３３】
図２、図３、図６及び図７を参照すると、円筒状の表面の代わりに、底面１２０に隣接する内面１３０の部分１３２は、複数のファセット１５０で形成される。各ファセットは、平らな垂直面であり、垂直エッジ１５２に沿って隣接するファセットに接合する。各ファセットの平らな垂直面は、底面１２０に実質的に垂直とすることができる。幾つかの構成では、部分１３２の垂直方向の厚さは、図６に示されるように、チャネル１２２の深さより大きい。
【００３４】
ファセット１５０は、直線的な下方エッジ１５４に沿って底面１２０と交差する。底面１２０に沿ったファセット１５０の直線的なエッジ１５４は、コーナーで互いに結合する。したがって、底部の平面図において、結合された下方エッジ１５４は、多角形を形成することができる（ファセットの数は、この多角形構造が図５で見ることができないほど大きい）。各対の隣接するファセット間の角度は同一とすることができ、結合された下方エッジ１５４が正多角形を形成する。
【００３５】
図示した例において、内面１３０の部分１３２は、７２のファセット１５０を有している。しかしながら、保持リング１００は、１０から１５０のファセットを有することができるだろう。例えば、保持リング１００は、２５から１００のファセット、例えば、６０から８０のファセットを有することができるだろう。幾つかの実施態様では、保持リング１００は、７２のファセットを有している。約７２のファセットを有する利益は、優れた研磨均一性を提供するように見えることである。
【００３６】
図示された例では、各ファセット１５０は、同一の幅（下方エッジ１５４に沿った距離）を有している。しかしながら、幾つかの実施態様において、幾つかのファセットは、他のファセットと異なる幅を有している。例えば、ファセットは、規則的なパターンで配置された幅の広いファセット、例えば、１つおきのファセット又は３つおきのファセットなどと共に配置することができる。同様に、図示した例では、各ファセット１５０は、同一の高さを有しているが、幾つかの実施態様では、幾つかのファセットは、他のファセットと異なる高さを有している。
【００３７】
ファセット１５０の数は、チャネル１２２の数の整数倍とすることができる。例えば、１つのチャネル１２２は、内面１３０に２つ、３つ、４つ又は５つのファセット毎に提供され得る。幾つかの実施態様では、底面１２０の各チャネル１２２は、隣接するファセット１５０の間のエッジ１５２で内面１３０と交差する。代替的には、底面１２０の各チャネル１２２は、特定のファセット１５０を画定するエッジ１５２の間に形成される領域で内面１３０と交差することができ、即ち、チャネルは、隣接するファセット１５０の間でエッジ１５２と重ならない。
【００３８】
平均して、保持リング１００の底面１２０の幅、即ち、内面１３０と外面１４０との間の距離は、約２．５ｃｍから約５．０ｃｍである。
【００３９】
部分１３２上に位置する内面１３０の一部１３４は、底面１２０に平行な平面内に円形の断面を有している。この部分１３４は、上面１１に隣接し、下に延びることができる。この部分１３４は、傾斜させることができ、例えば、外側から下に角度を有する円錐台状の表面などとすることができる。
【００４０】
各平らなファセット１５０は、湾曲したエッジ１５６に沿って部分１３４の円錐面に交差する。特に、ファセット１５０は、それらの横方向の中心、即ち、対向するエッジ１５２から等距離の場所より、近接するエッジ１５２の方が高さがある。要するに、湾曲したエッジ１５６は、各エッジ１５２から離れるように下がり、最も低い地点がファセット１５０の対向するエッジ１５２から等距離である。表面１３４が円錐台状であり、ファセット１５０が垂直であると仮定すると、各湾曲したエッジ１４６は、双曲線を画定するだろう。
【００４１】
図１に戻り、保持リング１００の内面１３０は、可撓性の膜５４の下面２４０とともに、基板受容凹部９０を画定する。保持リング１００は、基板１０が基板受容凹部９０から脱するのを防止する。
【００４２】
一般に、基板は円形であり、約２００ｍｍから約３００ｍｍの直径を有する。保持リング１００に対して基板１０の位置を移動できるように、上面図又は底面図での凹部９０のサイズは、一般に、基板１０の面積より大きい。検討目的で、保持リング１００の内側半径（ＩＲ）は、保持リングの平面図において、保持リング１００の中心Ｃと、２つの対向するエッジ１５２の間で等距離のファセット１５０の中心点との間の距離として定義される。内径（内側半径ＩＲの２倍）は、基板半径よりわずかに、例えば、約１〜５ｍｍほど大きい。例えば、直径３００ｍｍの基板について、保持リングは、約３０１〜３０５ｍｍの内径を有することができる。
【００４３】
研磨処理中に、保持リング１００を含むキャリアヘッド５０は、研磨パッド６０に対して移動する。研磨パッド６０の基板１０に対する摩擦は、基板１０を保持リング１００の内面１３０に押しつける。ファセット型構造のため、少なくともある期間、基板１０は、内面１３０の少なくとも２つのファセット１５０に接触する。
【００４４】
しかしながら、基板１０の半径は保持リング１００の内面１３０の半径よりも小さいので、基板１０と内面１３０とは異なる角速度を有する。その結果、基板１０に接触する対の（又は組など）のファセット１５０は、時間とともにシフトすることになる。要するに、保持リング１００は、基板１０に対して回転する。
【００４５】
保持リング１００の内面１３０の摩耗は、基板１０に接触する円筒状の内面を有する保持リングと比較して、低減することができるか、保持リング周囲に均等に分散することができる。任意の特定の理論に限定されずに、保持リングの内面が円筒状であるとき、円形の外側周囲を有する基板は、単一の場所で内面と接触する。これに対して、複数の接点は、内面１３０に対する基板１０の力をより広く分散させることができ、したがって、任意の特定の地点での総力、及び摩耗を低減する。摩耗の低減により、保持リングの耐用寿命を延ばすことができる。
【００４６】
再び任意の特定の理論に限定されずに、保持リング１００と基板１０との間の相対的な運動中に、基板は、ファセット１５０の間のエッジ１５２に位置するチャネル１２２又はチャネル開孔の何れかと直接的ポイントツーポイント接触をしない。一般に、保持リング１００において、チャネル１２２は、保持リングがリングの他の部分よりも容易に損傷又は破損する傾向にある高ストレス領域を形成することができる。チャネル１２２と基板１０との間の直接的なポイントツーポイント接点を除去するために、高ストレス領域は、基板１０の直接的影響から保護することができ、保持リングへの損傷の可能性を低減することができる。結果として、保持リングの摩耗が低減し、保持リングを長期間使用することができる。
【００４７】
幾つかの研磨プロセスでは、基板１０と保持リング１００との間の相対的な運動が、研磨された基板の非対称性を低減し、ウエハ内の均一性を向上させることができる。非対称性を有する研磨された基板では、研磨された基板が、角度座標と共に変化する厚さ変動を有している。再び任意の特定の理論に限定されずに、単一の接触状況と比較して、基板１０と保持リング１００との間の複数の接触により、基板１０をキャリアヘッド５０に対して回転させることができ、したがって、キャリアヘッド５０からの任意の非対称な圧力分布の影響を角度的に分散させ、これにより非対称性が発生する可能性又は非対称性の量を低減する。
【００４８】
底面１２０を含む保持リング１００の少なくとも下面１０２は、ＣＭＰ処理に対して化学的に不活性である材料から形成することができる。材料は、基板エッジが保持リング１００に対して接触しても基板のチップ又はクラックが生じない十分な弾性を有すべきである。しかしながら、材料は、キャリアヘッドが保持リング１００に対し下方への圧力を付与する際に基板受容凹部内へと押し出されるほどの弾性を有するべきでない。下部１０２の材料は、保持リング１００の下部１０２が磨滅することは容認可能であるものの、耐久性があり低い摩耗率を有すべきである。
【００４９】
例えば、保持リング１００の下部１０２は、ＣＭＰ処理で化学的に不活性なプラスチック製とすることができる。プラスチックは、ショアＤ硬度計で約８０〜９５のデュロメータ測定値を有する可能性がある。一般に、プラスチックの弾性率は、約０．３〜１．０ｘ１０６ｐｓｉの範囲とすることができる。適したプラスチックは、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリブチレン  ナフタレン（ＰＢＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、これらのプラスチックのうちの一又は複数の組み合わせ、又はこれらのプラスチックのうちの一又は複数と、例えばガラス又は炭素繊維などの充填剤などの複合材料を含むことができる（例えば、これらから成ることができる）。ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）の利点は、信頼性が高く保持リングの材料としてよく用いられるということである。
【００５０】
保持リング１００の上部１０４は、少なくとも下部１０２と同じくらい剛性の材料から作ることができる。幾つかの実施態様では、上部１０４は、下部１０２より剛性な材料から作ることができる。例えば、上部１０４は、アルミニウム若しくはステンレス鋼などの金属、セラミック材料、又は下部１０２のプラスチックよりも剛性なプラスチックとすることができる。幾つかの実施態様では、上部１０４は、例えば、２％以内など、下部と同一の剛性を有しているが、例えば、汚染物質、含有物又はボイドなどの内部欠陥の割合が大きいなど、品質が低く、したがって安価である。
【００５１】
例えば、エポキシなどの接着剤は、下部１０２を上部１０４に接合するために使用することができる。代替的に又は加えて、機械的ファスナ及び／又はあり継ぎは、下部１０２を上部１０４に接合するために使用することができるだろう。
【００５２】
幾つかの実施態様では、ファセット１５０と内面の円錐部分１３４との間の湾曲したエッジ１５６における最も低い地点は、上リング１０４と下リング１０２との間の境界線として位置合わせされる、即ち同一の高さにすることができる。しかしながら、幾つかの実施態様では、湾曲したエッジ１５６における最も低い地点は、上リング１０４と下リング１０２との間の境界線上にある。
【００５３】
保持リングを製造するために、上リング１０４は、円錐台状の内面１３４で形成することができ、下リング１０２は、垂直な円筒状の表面で形成することができる。下リング１０２は、上リング１０４に接合される。次に、内面１３０は、ファセット１５０を形成するために機械加工される。上リング１０４及び下リング１０２は、材料の適切なブロックを機械加工することによって、又は射出成形することによって、形成することができる。
【００５４】
保持リング１００は、上述のものに代わり一又は複数の他の特徴を有することもできる。幾つかの実施形態で、保持リング１００は、研磨中、保持リングの内部から外部へもしくは外部から内部へと流体、例えば気体又は液体を通過させるよう、内面から外面まで、水平に延びるか又は保持リング本体を通る水平から小さな角度で延びる、一又は複数の貫通孔を有する。貫通孔は、保持リングの周囲で均等に離間し得る。
【００５５】
幾つかの実施態様では、保持リングの一又は複数の表面、例えば、内面１３０及び／又は外径面１４０は、膜でコーティングすることができる。膜は、疎水性又は親水性の膜とすることができ、及び／又は保護膜として機能することができる。例えば、膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はダイヤモンドのような炭素とすることができる。
【００５６】
図１から図７について記載される平らなファセット型の正多角形に加え、保持リングの内面は、他の形状寸法を有することができる。例えば、図８から図１２を参照すると、保持リングの内面１３０は、複数の内に向かって延びる突出部２００を有することができる。突出部は、第１の半径Ｒ１を有する円から、内に向かってより小さな第２の半径Ｒ２を有する円まで延びることができる（図８に示される）。内面１３０の形状寸法の例は、ジグザグ、ギザギザ、台形、正弦波を含むが、他の形状寸法も可能である。保持リングの内面周囲には、間隔を空けて配置された７から１５０の突出部が存在し得る。突出部は、保持リング周囲に等角度の間隔で配置することができる。代替的には、突出部の間の間隔は、例えば、規則的なパターンで、変更することができる。
【００５７】
例えば、図８から図１０に示されるように、幾つかの実施態様に関して、各突出部は、そのエッジで、すぐ隣接する突出部に接合することができる。例えば、各対の隣接する突出部の間の領域は、第１の半径Ｒ１によって画定される円に実質的に接する平らな表面又は弧状の表面を含まないことができる。図８は、三角形としての突出部を示すが、台形（図１０に示される）、正弦波（図１２に示される）及び半円など他の形状寸法が可能である。加えて、各突出部の内側先端及び／又は各突出部の間の交点は、丸みを帯びていてもいい。
【００５８】
図９から図１１に示されるように、幾つかの実施態様に関して、各突出部２００の最内部は、内側の第２の半径Ｒ２において、例えば、平らなファセットなど、平らな表面２０２とすることができる。例えば、図９を参照すると、突出部２００は、平らな表面２０２と平らな側面２０６とを有するギザギザの形状寸法を形成する。最内面の平らな又は湾曲した領域２０４は、外側の第１の半径Ｒ１において各突出部２００を分離することができる。ギザギザの形状寸法に関して、各平らな表面２０２は、約９０°の角度で、例えば、８５〜９０°の角度で、その表面の隣接する平らな側面２０６と交差することができる。
【００５９】
図１０及び図１１を参照すると、突出部２００は、平らな内面２０２及び平らな側面２０６を有する台形である。台形の突出部２００に関して、平らな内面２０２と平らな側面２０６との間の角度は、１１５〜１４５°とすることができる。図１０において、突出部２００が、外側の第１の半径Ｒ１において平らな又は湾曲した領域２０４によって分離されるのに対し、図１１では、各突出部２００は、平らな又は湾曲した領域２０４がなくても、その突出部のエッジにおいてすぐ隣接する突出部に接合される。
【００６０】
図１２を参照すると、突出部２００は、波状の表面を形成することができ、例えば、底部内側エッジは、蛇行経路を形成することができる。各突出部は、実質的に正弦曲線とすることができる。この実施態様の潜在的利点は、突出部の間に鋭角がないため、コーナーでスラリが付着したり乾燥したりする可能性が低下し、したがって、欠陥が低減される可能性があることである。
【００６１】
図１３を参照すると、内面１３０の部分は、例えば異なる表面粗さなどの異なる表面テクスチャ、又は例えば垂直対水平の溝加工、若しくは異なる深さを有する表面溝加工などの異なる方向での表面溝加工を有することができる。例えば、内面１３０は、弧状のセグメント２１２と異なる表面テクスチャを有する弧状のセグメント２１０を含むことができる。幾つかの実施態様では、異なる表面テクスチャを有する、例えば弧状セグメントなどの部分は、規則的パターンで、例えば、滑らかさと粗さとが交互であったり、水平な溝加工と垂直な溝加工とが交互であったりするなどの交互パターンで配置される。保持リングの内面周囲には、間隔を空けて配置された７から１５０の部分が存在し得る。部分は、保持リング周囲に等角度の間隔で配置することができる。代替的には、部分の間隔は、例えば、規則的なパターンで、変更することができる。各部分は、同一の弧状の長さを有することができるが、これは必須ではない。
【００６２】
例えば、弧状セグメント２１２は、弧状セグメント２１０よりも粗くてもよい。例えば、弧状セグメント２１２が、４〜２０００マイクロインチ、例えば８〜６４マイクロインチのＲａ粗さを有しているのに対して、弧状のセグメント２１０は、約２マイクロインチまで下がるＲａ粗さを有する可能性がある。
【００６３】
別の例として、図１４を参照すると、弧状セグメント２１２は、弧状セグメント２１０と異なる方向における溝加工を有することができる。弧状セグメント２１２の溝加工方向は、弧状セグメント２１０の溝加工方向に対して垂直とすることができるのに対して、他の角度、例えば、２０〜９０°も可能である。例えば、図１４に示されるように、幾つかの実施態様では、弧状セグメント２１０、２１２は、水平の溝加工と垂直の溝加工とを交互に繰り返す。しかしながら、例えば、斜め左と斜め右とを交互に繰り返すなど、他の配向も可能である。加えて、３つ以上の表面テクスチャのより複雑なパターンも可能である。
【００６４】
上記の異なる表面テクスチャは、上記実施形態のファセット１５０又は突出部２００に適用することができる。よって、異なるファセット１５０及び突出部２００は、異なる表面テクスチャ、例えば、異なる表面粗さ、又は異なる方向への表面溝加工を有することができる。また、幾つかの実施態様では、異なる表面テクスチャを有するファセット又は突出部は、規則的パターンで、例えば、滑らかさと粗さとが交互であったり、水平な溝加工と垂直な溝加工とが交互であったりするなどの交互パターンで配置される。
【００６５】
上記様々な実施形態では、底面１２０に隣接する内面１３０の部分１３２は垂直である（研磨面に対して垂直である）が、内面１３０のこの部分１３２は、例えば垂直から３０°までの角度で、傾斜することができるだろう。
【００６６】
加えて、図１５を参照すると、底面１２０に隣接する内面１３０の部分１３２は、異なる傾斜を含む部分を有することができる。例えば、内面１３０は、水平面に対して、ファセット又は弧状のセグメント２２２と異なる、傾斜角を有するファセット又は弧状のセグメント２２０を含むことができる。幾つかの実施態様では、例えば、ファセット又は弧状セグメントなどの部分は、例えば、交互パターンなどの規則的なパターンで配置される。例えば、図１５に示されるように、ファセット又は弧状セグメント２２０が外に向かって（底部から上部に）傾斜するのに対して、ファセット又は弧状セグメント２２２は、内に向かって（底部から上部に）傾斜する。しかしながら、例えば、垂直対傾斜、又は小さな傾斜角対大きな傾斜角など、他の組み合わせも可能である。保持リングの内面周囲には、間隔を空けて配置された７から１５０の部分が存在し得る。部分は、保持リング周囲に等角度の間隔で配置することができ、又は部分の間隔は、例えば規則的なパターンなどで変更することができる。
【００６７】
上記の表面の異なる傾斜角は、上記実施形態のファセット１５０又は突出部２００に適用することができる。よって、異なるファセット１５０及び突出部２００は、異なる傾斜角を有することができる。傾斜角の変化は、表面テクスチャの変化と組み合わせることもできる。
【００６８】
図１６を参照すると、基板と接触する内面１３２を有する保持リングの一部は、挿入部１０６の上及び半径方向外側に延びるリング１０８の凹部に適合する挿入部１０６とすることができる。内面１３２が長期使用により損傷又は摩耗するようになると、挿入部１０６は、新しい挿入部１０６と交換することができる。
【００６９】
保持リングは、異なる材料による２以上の積層領域から形成することができ、又は、例えば固体プラスチックリングなどの均質組成物の単一のリングとすることができる。存在する場合、チャネルは、特徴の通常点に位置合わせすることができ、又は異なるチャネルは、特徴の上の異なる点と交差することができる。存在する場合、チャネルは、保持リングの底面の５％から９０％の範囲を覆うことができる。保持リングの外面は、ステップ又はリップを含むことができるか、又は単一の垂直な円筒状の又は円錐台状の表面とすることができる。この概念は、例えば、直径４〜１８インチ又はそれ以上の基板用保持リングなど、異なるサイズの保持リングに適用可能である。
【００７０】
本発明の複数の実施形態を説明してきた。それでもなお、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく様々な修正が行われうることが理解されるだろう。したがって、他の実施態様も、以下の特許請求の範囲内にある。
【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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【国際調査報告】
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