JP2001025962A - 基板研磨作業で使用される保持リングの交換時期の判断 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理コストを削減する基板研磨装置および方
法を提供する。 【解決手段】 研磨装置の保持リングは、研磨面に当て
て研磨される基板周縁と接触するように露出した内側面
と、基板が研磨されている間、研磨面と接触するように
露出した底面と、予め選択された量の底面の摩耗を示す
摩耗マーカと、を備えている。内側面と、底面と、摩耗
マーカとは、化学機械研磨プロセスで使用される保持リ
ングの一部を形成することができる。ある方法では、保
持リングを用いて一つ以上の基板が研磨面に接するよう
にして研磨され、底面が摩耗マーカによって示される予
め選択された量だけ摩耗したら、リテーナの少なくとも
一部を交換すればよい。別の方法では、予め選択された
量の保持リングの摩耗を示す摩耗マーカを用いて、一つ
以上の基板が研磨面に接するようにして研磨され、摩耗
マーカが検出されると警告信号が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板研磨作業（例
えば、化学機械研磨）で使用される保持リングの交換時
期を判断する装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板（例え
ば、半導体ウェーハ）の表面を平坦化するプロセスであ
る。一般的なＣＭＰプロセスにおいて、研磨シート（ま
たはパッド）の研磨面は、研磨粒子および一つ以上の反
応化学物質を含むスラリー溶液で覆われている。研磨さ
れる基板は、基板支持面と保持リングによって形成され
る凹部内のキャリアヘッドによって、研磨面に接するよ
うに保持される。研磨面とキャリアヘッドが互いに相対
的に移動させられると、スラリーが化学機械的に基板表
面の各部を除去する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】保持リングは、基板を
キャリアヘッド上の正しい位置に保持する役割を果た
し、研磨プロセスの均一性を高める。しかし、このプロ
セスの間、保持リングは、スラリーの研磨作用を受ける
ことになり、ある時間が経過すると、保持リングの大部
分が摩耗してしまう。ある量の材料が摩耗してしまう
と、基板を所定の位置に保持する能力と研磨の均一性に
与える有益な影響力が減少してしまう。最終的には、研
磨プロセスの質と歩留りに対する悪影響を避けるため
に、保持リングを取り替えなくてはならない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】一つの態様において、本
発明は、保持リングを特徴としている。保持リングは、
研磨面に当てて研磨される基板の周縁と接触するように
露出した内側面と、基板の研磨中に研磨面と接触するよ
うに露出した底面と、予め選択された量の底面の摩耗を
示す摩耗マーカと、を備えている。

【０００５】別の態様において、本発明は、基板を研磨
面に当てて保持するように構成されたキャリアヘッド
と、基板の周縁と接触するように露出した内側面、基板
の研磨中に研磨面と接触するように露出した底面、およ
び予め選択された量の底面の摩耗を示す摩耗マーカを有
する保持リングと、を備える基板研磨装置を特徴として
いる。

【０００６】各態様は、以下の特徴のうち一つ以上を含
んでいてもよい。

【０００７】摩耗マーカは、研磨装置の外側面に配置さ
れて基板の研磨中に目視検査を受ける視覚表示器を有し
ていてもよい。視覚表示器は、色の変化を有していても
よい。この色変化は、底面と視覚表示器の位置との間の
材料組成の変化によって生じてもよいし、外側面に塗布
される着色料によって生じてもよい。摩耗マーカは、外
側面の構造上の特徴の変化を有していてもよい。構造上
の特徴の変化は、外側面から内側面へ延びる孔を含んで
いてもよい。この孔は、底面に対して鋭角を成すような
向きの直線方向に延びていることが望ましい。この他
に、構造上の特徴の変化は、底面とほぼ平行な平面を形
成する連続的な溝を含んでいてもよい。

【０００８】摩耗マーカは、底面が予め選択された量だ
け摩耗した後に底面において検出されるように露出する
ことになっていてもよい。摩耗マーカと底面は異なる材
料組成から形成されていてもよい。摩耗マーカは、高分
子材料または金属から形成されていてもよい。摩耗マー
カと底面の材料組成は、異なる反射率特性を有していて
もよい。例えば、ある実施形態では、摩耗マーカは金属
から形成され、底面は高分子材料から形成される。

【０００９】底面は、固有の深さを有する溝を含んでい
てもよく、摩耗マーカは、この溝の深さが摩耗によって
十分に減少した後に検出されるように露出することにな
っていてもよい。摩耗マーカは、溝内に配置される金属
面、環状リング、または一つ以上の離間した摩耗マーカ
プラグを含んでいてもよい。

【００１０】検出システムを設けてもよい。この検出シ
ステムは、摩耗マーカを検出し、摩耗マーカを検出する
と警告信号を生成するように構成されていてもよい。

【００１１】別の態様において、本発明は、基板研磨方
法を特徴としている。この方法では、保持リングを用い
て一つ以上の基板が研磨面に当てて研磨される。この保
持リングは、基板の周縁と接触するように露出した内側
面と、基板の研磨中に研磨面と接触するように露出した
底面と、予め選択された量の底面の摩耗を示す摩耗マー
カと、を有している。底面が摩耗マーカによって示され
る予め選択された量だけ摩耗すると、保持装置の少なく
とも一部が交換される。

【００１２】また、本発明は、予め選択された量の保持
リングの摩耗を示す摩耗マーカを有する基板保持リング
を含む基板キャリアを用いて一つ以上の基板が研磨面に
当てて研磨され、摩耗マーカが検出されると警告信号が
生成される基板研磨方法も特徴としている。

【００１３】摩耗マーカは光学的に検出してもよい。

【００１４】本発明の利点は以下の通りである。本発明
は、ＣＭＰプロセスの前、ＣＭＰプロセス中、またはＣ
ＭＰプロセスの後に、ＣＭＰ操作者が、保持リングの簡
単な目視検査に基づいて保持リングを交換すべき時期を
判断できるようにする。本発明は、保持リングを交換す
べき時期を自動的に判断するシステムも提供する。本発
明は、過度に摩耗した保持リングを使うことによって生
じるかもしれないプロセス品質および歩留りに対する悪
影響の危険なく、保持リングを有効に使用できるように
する。本発明は、材料のコストを削減（保持リングの早
すぎる廃棄を抑えるという形で削減）するとともに労働
コストを削減（保持リングの寿命を監視するのに必要な
ＣＭＰ操作者の時間を低減するという形で削減）するこ
とによって、処理コストを削減する。

【００１５】その他の特徴と利点は、図面と特許請求の
範囲を含む以下の説明によって明らかになるであろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、ＣＭＰ研磨シ
ステム１０は、回転シャフト１４に装着されたキャリア
ヘッド１２と、研磨パッド１６と、回転シャフト２０に
装着された回転プラテン１８とを含む。キャリアヘッド
１２は、基板２４をキャリアヘッド１２上の所定の位置
に保持するように構成された保持リング２２を含む。動
作中、キャリアヘッド１２は、研磨パッド１６の研磨パ
ッド２６に接するように基板２４を保持し、キャリアヘ
ッド１２と回転プラテン１８は互いに対して独立に回転
する。また、キャリアヘッド１２は、直線的または非直
線的な研磨軌道上を、研磨パッド２６を横切って前後に
移動させてもよい。研磨プロセスを強化するために、反
応スラリー溶液を研磨パッド２６上に供給してもよい。

【００１７】保持リング２２は、基板２４の周縁３０と
接触するように露出した内側面２８と、基板２４が研磨
されている間に研磨パッド２６と接触するように露出し
た底面３２とを含んでいる。上述のように、保持リング
２２が研磨パッド２６と反応スラリー溶液の組合せ研磨
作用をある時間にわたって受けると、保持リング２２
は、十分に摩耗してしまい、基板２４を所定の位置に保
持し、研磨作業の均一性を向上させるという機能を十分
に果たすことができなくなる。この時点で保持リング２
２は交換すべきである。以下に詳しく述べるように、保
持リング２２は、保持リング２２を交換すべき時期の判
断を容易にする摩耗マーカを含んでいる。

【００１８】図２を参照すると、ある実施形態では、保
持リング２２は、底部（または摩耗）層３４と上部（ま
たは支持）層３６とを含む。摩耗マーカ３８は、保持リ
ング２２の外側面に配置された視覚表示器を有してい
る。この視覚表示器は、基板２４が研磨されている間に
目視検査を受ける。この実施形態では、摩耗マーカ３８
は、底部層３４と上部層３６との間の色変化から成り立
っている。これらの層は、異なる材料組成から構成され
ている。底部層２２は、悪影響を与えずに研磨パッド１
６の研磨パッド２６と接触することができるＴＥＦＬＯ
Ｎ（商標）母材（例えば、DuPontから入手可能なＺＹＭ
ＡＸＸ（商標）構成材）などの材料から形成される。上
部層３６もまた、望ましくは、悪影響を与えずに研磨パ
ッド２６と接触することができる材料（例えば、繊維強
化ＴＥＦＬＯＮ（商標）母材）から形成される。底部層
３４と上部層３６の異なる色は、ＴＥＦＬＯＮ（商標）
母材中に異なる繊維を埋め込むことによって達成され
る。例えば、層３４は、母材中に埋め込まれた炭素繊維
によって黒く見せることができ、上部層３６は、母材の
中に埋め込まれたＫＥＶＬＡＲ（商標）繊維によってベ
ージュに見せることができる。

【００１９】上部および底部層３６、３４を形成するた
めに他の材料の組み合わせを使用することもできる。ま
た、異なる色の３個以上の層を使用することもできる。
例えば、底部層３４と上部層３６との間に一つ以上の中
間層が配置されていてもよい。これらの中間層は、ＣＭ
Ｐ操作者に対して複数の警告表示を行うように異なる色
を有していてもよい。各層は、予め選択した保持リング
２２の摩耗量に対応させることができ、また各層は、特
定の一組のＣＭＰプロセス許容差パラメータに対して保
持リング２２を交換すべき時期を示してもよい。例え
ば、底部層３４に近い中間層は、比較的厳しい許容差パ
ラメータを有するＣＭＰプロセスで使用された場合に保
持リング２２を交換すべき時期を示すのに対し、上部層
３６により近い中間層は、より厳しくない許容差パラメ
ータを有するＣＭＰプロセスで使用された場合に保持リ
ング２２を交換すべき時期を示す。

【００２０】底部層３４の厚さ（従って、摩耗マーカ３
８の位置）は、保持リング２２の性能が深刻に劣化する
までに保持リング２２の底面３２が摩耗できる量に対応
して選択される。この量は、研磨プロセスの性質（例え
ば、保持リング２２が摩耗する速度）、研磨耐性、およ
び保持リング２２が徐々に薄くなることが研磨プロセス
に及ぼす特定の影響に応じて異なる。

【００２１】作業中、ＣＭＰ操作者は、ＣＭＰプロセス
の前、ＣＭＰプロセス中またはＣＭＰプロセスの後に保
持リング２２の外側面を目視検査し、底部層３４の色が
もはや見えなくなったら、操作者は保持リング２２を交
換すればよい。あるいは、基板研磨システム８７（図８
に関連して後述する）で使用される場合、この研磨シス
テムは、自動的に保持リング２２を交換すべき時期を検
出することができる。例えば、底部層３４の反射率が上
部層３６の反射率と異なっていたら、研磨システムは、
保持リング２２の位置において検出される信号強度の変
化に基づいて、底部層３４が摩耗しきった時点を検出す
る。反射率の違いを得るために、例えば、底部層３４
は、ＰＰＳ（商標）機械プラスチック（アメリカ合衆国
カリフォルニア州サクラメントのInterstate Plastic社
から市販）やポリウレタン組成物のような熱可塑性樹脂
から形成することができ、上部層３６は、金属（例え
ば、アルミニウムやステンレス鋼）から形成することが
できる。この他に、底部層３４と上部層３６は、異なる
色の材料から形成してもよい。

【００２２】図３に示すように、別の実施形態では、摩
耗マーカ４０は、底面３２とほぼ平行な平面を形成し、
保持リング２２を形成する物質とは異なる色を持つ物質
のリングからなる。例えば、保持リング２２は、淡色の
ポリウレタン材料から形成することができ、摩耗マーカ
４０は、保持リング２２の外側面に塗布される（または
注入される）濃い色の着色料（例えば、塗料や染料）か
ら形成することができる。作業中、ＣＭＰ操作者は、Ｃ
ＭＰプロセスの前、ＣＭＰプロセス中またはＣＭＰプロ
セスの後で保持リング２２の外側面を目視検査し、摩耗
マーカ４０がもはや見えなくなったら、操作者は保持リ
ング２２を交換すればよい。

【００２３】図４（ａ）および（ｂ）を参照すると、別
の実施形態では、摩耗マーカ４２は、保持リング２２の
外側面に形成される環状溝４４から成り、底面３２とほ
ぼ平行な平面を形成する。環状溝４４の位置は（よっ
て、摩耗マーカ４２の位置も）、保持リング２２の性能
が深刻に劣化するまでに保持リング２２の底面３２が摩
耗できる量に対応して選択される。保持リング２２は、
保持リング２２の底面３２が溝４４まで摩耗してしまっ
たことをＣＭＰ操作者が目視によって確認したときに交
換すればよい。

【００２４】図５（ａ）および（ｂ）に示すように、別
の実施形態では、摩耗マーカ４６は、保持リング２２の
外側面から内側面２８へ延びる一つ以上の角度付き通気
孔４８、５０、５２及び５４から構成することができ
る。通気孔４８〜５４は、図示のように、保持リング２
２の外側面から内側面２８へ直線的な方向で延び、底面
３２に対して鋭角を成すような向きになっていることが
望ましい。保持リング２２の外側面に通気孔４８〜５２
が現れる位置（従って、摩耗マーカ４６の位置）は、保
持リング２２の性能が深刻に劣化するまでに保持リング
２２の底面３２が摩耗できる量に対応して選択される。
保持リング２２の底面３２が、保持リング２２の外側面
の通気孔４８〜５４が形成された位置まで摩耗してしま
ったことをＣＭＰ操作者が目視で確認したときに、保持
リング２２を交換すればよい。通気孔には角度が付いて
いるので、研磨パッドは、保持リング２２の外側面にお
いて通気孔４８〜５４が形成された位置まで保持リング
２２の底部３２が摩耗した後に形成される溝の一部にの
み面する。

【００２５】図６（ａ）および（ｂ）を参照すると、別
の保持リングの実施形態は、底面３２が予め選択された
量だけ摩耗してしまった後に保持リング２２の底面３２
において検出されるように露出する摩耗マーカ５６を含
んでいる。本実施形態では、摩耗マーカ５６は、保持リ
ング２２内に埋め込まれた内部リング５８から形成され
る。内部リング５８は、保持リング２２の材料組成とは
異なる材料から形成される。保持リング２２は、悪影響
を与えずに研磨パッド１６の研磨パッド２６と接触する
ことができる材料、例えば繊維強化ＴＥＦＬＯＮ（商
標）母材（例えば、DuPontから市販されているＺＹＭＡ
ＸＸ（商標）構成材）から形成することができる。内部
リング５８もまた、悪影響を与えることなく研磨パッド
２６と接触することができる材料（例えば、繊維強化Ｔ
ＥＦＬＯＮ（商標）母材）から形成されることが望まし
い。ＴＥＦＬＯＮ（商標）母材中に異なる繊維を埋め込
むことによって、内部リング５８と保持リング２２の異
なる検出特性を得ることができる。例えば、内部リング
５８は、母材に埋め込まれた炭素繊維によって黒く見せ
ることができ、保持リング２２は、母材に埋め込まれた
ＫＥＶＬＡＲ（商標）繊維によってベージュに見せるこ
とができる。別の実施形態では、保持リング２２を高分
子材料（例えば、ポリウレタン）から形成し、内部リン
グ５８を金属（例えば、アルミニウムまたはステンレス
鋼）から形成してもよい。

【００２６】内部リング５８は、保持リング２２内に深
さ６０だけ延び、深さ６０は、保持リング２２の性能が
深刻に劣化するまでに保持リング２２の底面３２が摩耗
できる量に対応して選択される。上述のように、この量
は、研磨作業の性質（例えば、保持リング２２の研磨速
度）、研磨耐性、保持リング２２が徐々に薄くなってい
くことの研磨プロセスへの特定の影響によって異なる。

【００２７】作業中、ＣＭＰ操作者は、ＣＭＰプロセス
の前または後に保持リング２２の底面３２を目視検査す
ることができ、内部リング５８の底面が現れたら、操作
者は保持リング２２を交換すればよい。この他に、基板
研磨システム８７（図８に関連して後述する）で使用さ
れる場合、研磨システムは、自動的に保持リング２２を
交換すべき時期を検出できる。例えば、内部リング５８
の反射率が保持リング２２の反射率と異なっている場合
（例えば、内部リング５８が金属から形成され、保持リ
ング２２が高分子材料から形成される場合）、研磨シス
テムは、保持リング２２の位置において検出される信号
強度の変化に基づいて、底面３２が十分に摩耗した時点
を検出する。

【００２８】別の実施形態では、内部リング５８の代わ
りに、保持リング２２の材料組成とは異なる材料から形
成された一つ以上の離間した摩耗マーカプラグ（ピン）
を用いることができる。これらの摩耗マーカプラグは、
内部リング５８の位置に対応する環状通路に沿って分布
し、内部リング５８と同じ深さだけ保持リング２２の中
に延びている。

【００２９】図７（ａ）および（ｂ）を参照すると、別
の実施形態では、保持リング２２は、それぞれ固有の深
さ７０を有する複数の角度付き溝６２、６４、６６及び
６８と、保持リング２２の材料組成とは異なる材料から
形成された複数の離間した摩耗マーカプラグ（またはピ
ン）７２、７４、７６及び７８から成る摩耗マーカとを
含む。プラグ７２〜７８は、溝の深さが摩耗によって十
分に減少した（この深さは固有深さ７０よりも小さい）
後、（例えば、自動光検出によって）検出される。プラ
グ７２〜７８は、保持リング２２の材料組成とは異なる
材料から形成される。保持リング２２は、悪影響を与え
ることなく研磨パッド１６の研磨パッド２６と接触する
ことができる材料、例えば繊維強化ＴＥＦＬＯＮ（商
標）母材（例えば、DuPontから市販されているＺＹＭＡ
ＸＸ（商標）構成材）から形成することができる。プラ
グ７２〜７８もまた、悪影響を与えることなく研磨パッ
ド２６と接触することができる材料、例えば繊維強化Ｔ
ＥＦＬＯＮ（商標）母材から形成されることが望まし
い。ＴＥＦＬＯＮ（商標）母材中に異なる繊維を埋め込
むことによって、プラグ７２〜７８および保持リング２
２の異なる検出特性を得ることができる。例えば、プラ
グ７２〜７８は、母材に埋め込まれた炭素繊維によって
黒く見せることができ、保持リング２２は、母材に埋め
込まれたケブラー（商標）繊維によってベージュに見せ
ることができる。別の実施形態では、保持リング２２は
高分子材料（例えば、ポリウレタン）から形成すること
ができ、プラグ７２〜７８は金属（例えば、アルミニウ
ムやステンレス鋼）から形成することができる。

【００３０】別の実施形態では、摩耗マーカプラグ７２
〜７８は、保持リング２２の材料組成とは異なる材料で
あって、溝６２〜６８の底面に沿って配置される層（ま
たは被膜）によって置き換えることができる。適切な層
は、保持リング２２が十分に摩耗して取り替えられるべ
き時に生じる光学的な反応とは異なる初期の光学的反応
を、底面３２が摩耗してしまう前に生じる層を含む。例
えば、これらの層は、反射材料（例えば、アルミニウム
またはステンレス鋼）から形成される。

【００３１】図８に関して後述する基板研磨システムで
使用される場合、研磨システムは、作業中、保持リング
２２を交換すべき時期を自動的に検出することができ
る。例えば、プラグ７２〜７８の光学的性質が保持リン
グ２２の光学的性質と異なる場合（例えば、プラグ７２
〜７８が金属から形成され、保持リング２２が高分子材
料から形成されている場合）、研磨システムは、プラグ
７２〜７８の位置において検出される光学信号の強度の
変化に基づいて、底面３２が十分に摩耗した時点を検出
する。すなわち、保持リング２２の底面が摩耗するに従
って、プラグ７２〜７８は窓９０に近づき、その結果、
検出される光学信号の強度に変化が生じる。

【００３２】図７（ｃ）に示すように、検出される光学
信号の信号対雑音比を改善するために、またはプラグ７
２〜７８が研磨パッド１６の研磨パッド２６に接触する
のを防ぐために、あるいはその両方の目的で、プラグ７
２〜７８は、溝６２〜６８内の各凹部８０、８２、８４
及び８６の中に埋め込まれている。

【００３３】図８を参照すると、ある実施形態では、基
板研磨システム１０のプラテン１８が光路８８を含んで
おり、研磨パッド１６は、監視システム９２が発生する
光に対して少なくとも半透明（ほぼ透過性）の材料（例
えば、ポリウレタン）から形成される窓９０を含んでい
る。作業中、監視システム９２は、レーザ光線９４（例
えば、少なくともその一部が光路８８と窓９０を通過す
る）を発生する。光線９４の一部は、保持リング２２お
よび基板２４の一つ以上の層から部分的に反射されて光
線９６を生成する。この光線９６の強度は、層が基板２
４から除去されると変化し、保持リング２２の光学的特
性（例えば、反射率）が時間とともに変化するにつれて
変化する。例えば、基板２４の表面層が部分的に反射性
で部分的に透過性である場合、光線９６は、異なる表面
から反射される少なくとも二つの光線から形成されるこ
とになり、光線９６の強度は、成分光線が強め合うよう
に干渉するか弱め合うように干渉するか（この特性は、
主に基板２４の表面層の厚さの関数である）に応じて変
化する。表面層が実質的に反射性である場合、光線９６
の強度は、表面層が研磨されると著しく減少する。監視
システム９２は、研磨プロセスの間、光線９６の強度の
変化を監視して、基板２４の表面から除去された材料の
量を判断し、研磨プロセスの終点を判断し、保持リング
２２を交換すべき時期を判断する。監視システム９２が
周期的に基板２４を調べられるように、監視システム９
２の動作はキャリアヘッド１２の動きと連係している。
特に、監視システム９２は、基板２４が窓９０の上に配
置されたときにレーザをトリガするように構成されてい
る。この他に、監視システム９２は、基板２４が窓９０
の上に配置されたときに検出器を覆うシャッターを開放
するように構成されていてもよい。

【００３４】図９（ａ）および（ｂ）を参照すると、監
視システム９２は、以下のように、保持リング２２を交
換する時期を自動的に判断する。最初の時刻Ｔ０（保持
リング２２を交換すべき時よりも前）において、監視シ
ステム９２は、キャリアヘッド１２の幅寸法にわたる光
線９６の強度を検出する。結果として得られる強度の分
布１００は、保持リング２２に対応する位置１０２、１
０４における比較的低い（または高い）強度と、基板２
４に対応する位置１０６における比較的高い（または低
い）強度という特徴を有する。それよりも後の時刻Ｔ１
（保持リング２２が十分に摩耗して交換すべき時期より
も後であり、通常、１５００〜４０００枚の基板が研磨
された後）では、監視システム９２によって検出された
結果得られる強度の分布１０８は、保持リング２２に対
応する位置において、時間Ｔ０に検出された強度と比較
して、より高い＋｜ΔΙ｜（またはより低い−｜ΔΙ
｜）検出強度を有するという特徴を有している。保持リ
ング２２から受光した光の検出強度（１１０，１１２）
が、選択された閾値よりも多い量（すなわち、｜ΔΙ｜
＞Ι_Threshold）だけ初期強度（１０２，１０４）を上
回ると（または下回ると）、監視システム９２は、保持
リング２２を交換すべきであることを示す警告信号を生
成する。選択される閾値（Ι_Threshold）は、保持リン
グ２２の特性、使用される摩耗マーカのタイプと組成、
及び監視システム９２の特性に依存することに留意され
たい。また、保持リング２２から受けた光の検出強度
は、使用される基板２４、保持リング２２及び摩耗マー
カの光学的特性に応じて、基板２４から受光した光の検
出強度を上回る（または下回る）ことがあることに注意
すべきである。

【００３５】他の実施形態も特許請求の範囲に含まれ
る。本発明は、他の基板研磨の設計を用いて実施するこ
とも可能である。例えば、回転プラテン１８及び研磨パ
ッド１６は、異なる回転研磨システム設計を用いて実施
してもよいし、直線駆動機構および直線研磨パッドで置
き換えてもよい。

【００３６】監視システム９２は、光線９４を保持リン
グ２２の外側面に向けるように構成されていてもよい。
この構成は、図２〜図５の実施形態と組み合わせて使用
することができ、これにより、底面３２が摩耗するとき
に、保持リング２２の外側面の光学的特性の変化を検出
することができる。

【００３７】さらに別の実施形態も特許請求の範囲内に
含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板キャリアヘッドと回転プラテンに装着され
た研磨パッドとを含む基板研磨装置の部分断面側面図で
ある。

【図２】異なる材料組成から成る底部層と上部層とを有
する保持リングの斜視図である。

【図３】保持リングの外側面の周りに配置される着色リ
ングから成る摩耗マーカを有する保持リングの斜視図で
ある。

【図４】（ａ）は、保持リングの外側面の周りに配置さ
れる溝から成る摩耗マーカを有する保持リングの斜視図
であり、（ｂ）は、４Ｂ−４Ｂ線に沿った図４（ａ）の
保持リングの側断面図である。

【図５】（ａ）は、保持リングの外側面から内側面へ延
びる複数の通気孔から成る摩耗マーカを有する保持リン
グの斜視図であり、（ｂ）は、５Ｂ−５Ｂ線に沿った図
５（ａ）の保持リングの断面側面図である。

【図６】（ａ）は、異なる材料（または色）の保持リン
グに埋め込まれた一つの材料（または色）の内部環状リ
ングを有する保持リングの斜視図であり、（ｂ）は、Ｂ
−６Ｂ線に沿った図６（ａ）の保持リングの側断面図で
ある。

【図７】（ａ）は、保持リングの溝内に配置される複数
の筒状の摩耗マーカから成る摩耗マーカを有する溝付き
保持リングの底面図であり、（ｂ）は、７Ｂ−７Ｂ線に
沿った図７（ａ）の保持リングの側断面側面図であり、
（ｃ）は、保持リングの溝内に配置される複数の筒状の
摩耗マーカから成る摩耗マーカを有する別の溝付き保持
リングの側断面図である。

【図８】基板キャリアヘッドと、回転プラテンに装着さ
れた研磨パッドと、光学検出装置と含む基板研磨装置の
側面図である。

【図９】基板キャリアヘッドの幅寸法の距離にわたって
作成された、図８の光学検出システムによって検出され
た光の強度のグラフであり

【符号の説明】

１０…基板研磨システム、１２…キャリアヘッド、１４
…回転シャフト、１６…研磨パッド、１８…回転プラテ
ン、２０…回転シャフト、２２…保持リング、２４…基
板、２６…研磨面、２８…内側面、３０…周縁、３２…
底面、３４…底部層、３６…上部層、３８…摩耗マー
カ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン エム． ズニガ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ソークウェル， ロス ローブルズ ロー ド 351 (72)発明者 ブレット ダブリュー． アダムス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， メサ オーク コート 946 (72)発明者 マヌーチャー ビラング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス ガトス， ファーヴル リッジ ロ ード 18836 (72)発明者 キーン チュウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， スイート 292， ハ ルフォード アヴェニュー 1556 Ｆターム(参考） 3C034 AA07 BB71 BB93 CA13 CA22 CB01 DD01 3C058 AA07 AB04 AC02 BA07 BB02 BC01 CB05 DA17

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨面に当てて研磨される基板の周縁と
   接触するように露出した内側面と、 基板の研磨中に前記研磨面と接触するように露出した底
   面と、 予め選択された量の底面の摩耗を示す摩耗マーカと、を
   備える保持リング。
2. 【請求項２】 外側面を更に備える請求項１記載の保持
   リングであって、前記外側面に配置され、前記基板の研
   磨中に目視検査を受ける視覚表示器を前記摩耗マーカが
   含んでいる、請求項１記載の保持リング。
3. 【請求項３】 前記視覚表示器は色の変化を有してい
   る、請求項２記載の保持リング。
4. 【請求項４】 前記色変化は、前記底面と前記視覚表示
   器の位置との間の材料組成の変化によって生じる、請求
   項３記載の保持リング。
5. 【請求項５】 前記色変化は、前記外側面に塗布される
   着色料によって生じる、請求項３記載の保持リング。
6. 【請求項６】 前記摩耗マーカは、前記外側面の構造上
   の特徴の変化を有している、請求項２記載の保持リン
   グ。
7. 【請求項７】 前記構造上の特徴の変化は、前記外側面
   から前記内側面へ延びる孔を含んでいる、請求項６記載
   の保持リング。
8. 【請求項８】 前記孔は、底面に対して鋭角を成すよう
   な向きの直線方向に延びている、請求項７記載の保持リ
   ング。
9. 【請求項９】 前記構造上の特徴の変化は、前記底面と
   実質的に平行な平面を形成する連続的な溝を含んでい
   る、請求項６記載の保持リング。
10. 【請求項１０】 外側面を更に備える請求項１記載の保
    持リングであって、前記摩耗マーカは、前記底面が予め
    選択された量だけ摩耗した後に前記底面において検出さ
    れるように露出する、請求項１記載の保持リング。
11. 【請求項１１】 前記摩耗マーカおよび底面は、異なる
    材料組成から形成されている、請求項１０記載の保持リ
    ング。
12. 【請求項１２】 前記摩耗マーカが高分子材料から形成
    されている請求項１１記載の保持リング。
13. 【請求項１３】 前記摩耗マーカが金属から形成されて
    いる請求項１１記載の保持リング。
14. 【請求項１４】 前記摩耗マーカおよび底面の材料組成
    は、異なる反射率特性を有している、請求項１１記載の
    保持リング。
15. 【請求項１５】 前記摩耗マーカが金属から形成され、
    前記底面が高分子材料から形成されている請求項１４記
    載の保持リング。
16. 【請求項１６】 前記底面は、固有の深さを有する溝を
    含んでおり、前記摩耗マーカは、前記溝の深さが摩耗に
    よって十分に減少した後に検出されるように出する、請
    求項１０記載の保持リング。
17. 【請求項１７】 前記摩耗マーカは、前記溝内に配置さ
    れた金属面を含んでいる、請求項１６記載の保持リン
    グ。
18. 【請求項１８】 前記摩耗マーカは、環状リングを含ん
    でいる、請求項１６記載の保持リング。
19. 【請求項１９】 前記摩耗マーカは、一つ以上の離間し
    た摩耗マーカプラグを含んでいる、保持リング請求項１
    ６記載の保持リング。
20. 【請求項２０】 研磨面に当てて研磨される基板の周縁
    と接触する内側面手段と、 前記基板の研磨中に前記研磨面と接触する底面手段と、 前記底面が予め選択された量だけ摩耗したことを示す摩
    耗マーカ手段と、を備える保持リング。
21. 【請求項２１】 基板を研磨面に当てて保持するように
    構成されたキャリアヘッドと、 基板の周縁と接触するように露出した内側面、基板の研
    磨中に前記研磨面と接触するように露出した底面、およ
    び予め選択された量の前記底面の摩耗を示す摩耗マーカ
    を有する保持リングと、を備える基板研磨装置。
22. 【請求項２２】 前記摩耗マーカを検出し、前記摩耗マ
    ーカの検出時に警告信号を生成するように構成された光
    学検出システムを更に備える請求項２１記載の装置。
23. 【請求項２３】 保持リングを用いて一つ以上の基板を
    研磨面に当てて研磨するステップであって、前記保持リ
    ングは、基板の周縁と接触するように露出した内側面
    と、基板の研磨中に前記研磨面と接触するように露出し
    た底面と、予め選択された量の前記底面の摩耗を示す摩
    耗マーカとを有しているステップと、 前記底面が前記摩耗マーカによって示される予め選択さ
    れた量だけ摩耗したときに、前記保持リングの少なくと
    も一部を交換するステップと、を備える基板研磨方法。
24. 【請求項２４】 予め選択された量の保持リングの摩耗
    を示す摩耗マーカを有する基板保持リングを含む基板キ
    ャリアを用いて、一つ以上の基板を研磨面に当てて研磨
    するステップと、 前記摩耗マーカが検出されると警告信号を生成するステ
    ップと、を備える基板研磨方法。
25. 【請求項２５】 前記摩耗マーカを光学的に検出するス
    テップを更に備える請求項２４記載の方法。