JP2008153434A - 半導体装置の製造装置及び、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＰ用リテーナーリングが磨耗してもウェハ面内の研磨均一性を安定化させることができるリテーナーリング構造を提供する。
【解決手段】リテーナーリング１の、研磨パッド８と接触する面には溝２ａ，２ｂが設けられている。同心円状の溝２ｂは、ウェハ研磨動作でのリテーナーリング１の磨耗に伴い、研磨パッド８に対するリテーナーリング１の接触面積を変化させる目的の溝である。各溝２ｂは、リテーナーリング１の外周から内周へ順に０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍの溝深さに形成されている。一方、リテーナーリング1を横切るように形成された溝２ａは、研磨剤の半導体ウェハ５表面への導入を促進することと、半導体ウェハ５に対するヘッド３のデチャックを容易にすることを目的とした溝である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法に関し、特に半導体ウェハを研磨するＣＭＰ装置（Chemical Mechanical Polishing）に備わるリテーナーリングおよび、該ＣＭＰ装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程においてパターンを加工する上で要求される半導体装置表面の平坦度レベルは、配線の微細化とともに厳しくなっている。そして、半導体装置の加工ルールがおよそ０．３５μｍより微細化されて以降、半導体装置表面を直接研磨するＣＭＰ装置が一般的に使用されるようになっている。

このＣＭＰ装置は、微細加工が施された半導体装置表面の均一性（ユニフォーミティ）と平坦性（プラナリティ）を向上させることができ、特に半導体装置表面の段差を解消する上では有効である。

図１０に従来のＣＭＰ装置のヘッド部分の概要図を示す。

ＣＭＰ装置のヘッド３は半導体ウェハ５を研磨パッド８に押し付けて研磨作用をもたらす主要部である。ヘッド３には、ヘッド３にて研磨中の半導体ウェハ５を保持する樹脂製のリテーナーリング１を有する。このリングは単に被研磨物である半導体ウェハ５をガイドするためのみではなく、半導体ウェハエッジ近傍の研磨プロファイルを調整する機能も有する。

図１１には研磨動作時にリテーナーリング１が作用する模式図を示す。研磨時はヘッド３から半導体ウェハ５裏面に、ゴム製のメンブレン６a，６ｂ，６ｃを介して、一定の圧力が作用する。この際、研磨パッド８の表面に半導体ウェハ５の表面全体を均等に加圧できることが理想であるが、研磨パッド８の下方への変形の反作用の影響により、半導体ウェハ５端部の数ｍｍ以内の領域では加圧力が不均一になる。そのため、半導体ウェハ５の周辺部を囲む形状のリテーナーリング１を設けて、上記加圧力が不均一となる領域を半導体ウェハ５の端部下面からリテーナーリング１下面にずらし、ウェハ面内の加圧力の均一化を図っている。また、リテーナーリング1の研磨パッド８への圧力を変更することで、半導体ウェハ５端部での研磨速度のプロファイルを変更することも可能である。

なお、一般的に研磨パッド８に対するリテーナーリング１の接触面はフラット形状である。その上、半導体ウェハ５への研磨剤の供給を促進するためと、ヘッド３の研磨パッド８からの脱離（デチャック）を容易にするために、一定の深さの溝が形成されている場合がある（例えば特許文献１，特許文献２など）。

上記ＣＭＰ装置による研磨動作を説明すると、ヘッド３のメンブレン６a，６ｂ，６ｃにて半導体ウェハ５を吸着した後に、研磨パッド８上に移動し、リテーナーリング１を所定の圧力にて研磨パッド８に接触させる。その後、半導体ウェハ５をメンブレン６a，６ｂ，６ｃを介して空気圧により研磨パッド８表面に押し付ける。その際、研磨パッド８にはこの中心周りの回転運動が与えられており、同時に研磨剤が供給されている。この基本動作によりウェハ表面の研磨を行う。

このようなウェハ表面の研磨を行なうと副次的に、樹脂にて構成されたリテーナーリング１の磨耗が進行する。リテーナーリング１に最も一般的に使用されている樹脂材料はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）であるが、ウェハ１０００枚の研磨でＰＰＳのリテーナーリング１の磨耗量はおよそ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとなる。なお、接触面の溝が残留する範囲の所定の磨耗量（１．５ｍｍ程度）に達するとリテーナーリング１は交換される。その他ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＴ樹脂なども使用される場合がある。ＰＥＥＫ樹脂の場合には一般的に磨耗量はＰＰＳ樹脂の場合よりも小さく抑制される。
特開平１１-３３３７１２号公報 特開２００２−１２４４９２号公報

上記従来例のような研磨装置ではウェハ表面の研磨を繰り返していると副次的に、樹脂にて構成されたリテーナーリング１の磨耗が局所的に進行し、リテーナーリング１の研磨パッド接触面の形状が変化する。特にリテーナーリング１の最外周近傍において形状変化が生じる。その結果、リテーナーリング１の実効圧力（研磨パッド８との接触圧力）が上昇し、半導体ウェハ５のエッジ近傍での研磨レートが変化し、ウェハ表面に対する研磨の均一性が悪化するという課題があった。

この対策として、現状ではリテーナーリング１の磨耗状況に合わせながらリテーナーリング１の研磨パッド８への圧力を順次下げている。しかし、この対策はある程度は均一性悪化を抑制できるが、継続的な条件調整が必要であり生産性を大きく阻害するものであった。

また、リテーナーリング１の交換頻度を早くすることも検討されたが、これは現実的な解決策ではなかった。この理由を図１２によって説明する。図１２のグラフは、リテーナーリング１の研磨パッド８への圧力を調整しない場合における、ウェハ研磨の面内均一性とリテーナーリング１の磨耗量との相関関係を示している。尚、グラフの縦軸は下側の値ほど均一性が高い（良い）ことを示す。このグラフで注目される点は、０〜０．５ｍｍの磨耗量のようなリテーナーリング磨耗初期段階にて面内均一性が大きく変化（悪化）していることである。これは、リテーナーリング１の外周側の形状変化が特に磨耗初期段階において大きく発生して実効圧力を上昇させているためである。このように使用開始初期段階にて面内均一性の経時変化が顕在化するため、リテーナーリング１の早期交換という対策では上記課題を解決できないと言える。

さらにリテーナーリング１を構成する部材に磨耗レートの低い材料を使用することも検討したが、この対策では図１２のように面内均一性の変化が大きい磨耗初期段階がより長期間に渡って継続することになるだけで、有効な解決策にならない。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、リテーナーリングが磨耗してもウェハ面内の研磨均一性を安定化させることができるリテーナーリング構造を提供することを目的とする。

本発明の、半導体装置の製造装置は、半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドを有する。そして、半導体ウェハの研磨面をリテーナーリングと共に研磨パッドに押し付けて研磨する装置である。この研磨装置におけるリテーナーリングの研磨パッドとの接触面に、リテーナーリングの磨耗に応じて、研磨パッドに対するリテーナーリングの接触面積を増加させる形状を形成することにより、上記課題が解決される。

解決手段として、上記リテーナーリングの研磨パッドとの接触面に、深さの異なる複数の溝または穴が形成されたり、先細りのテーパーまたは曲面を有する溝または穴が形成されたりするものが考えられる。

このような構造をとると、ウェハ研磨において、リテーナーリングの磨耗に応じて複数の深さの異なる溝または穴が段階的に消滅したり、先細りのテーパーまたは曲面を有する溝または穴が段階的に縮小したりしていく。すなわち、リテーナーリングが磨耗すると接触面積が増大し、単位面積当たりの接触圧力が減少するように作用する。よって、磨耗初期から継続して研磨均一性を安定化させることができる。

また、上記リテーナーリングの、研磨パッドとの接触面の外周部に、テーパーまたは凸状曲面が形成されたり、段差が多段に形成されたりするものが考えられる。

このような構造をとると、ウェハ研磨において、リテーナーリングの磨耗に応じてリテーナーリングの、研磨パッドとの接触面側のリング幅が段階的に拡大していく。これにより、上記構造の作用と同様、研磨均一性の経時変化を抑制することができる。

また、上記リテーナーリングの、研磨パッドとの接触面側の外周部が、その他の部分と異なる物性の材料で構成されているものが考えられる。

このような構造をとると、ウェハ研磨において、リテーナーリングの磨耗に応じてリテーナーリングの、研磨パッドとの接触面側のリング形状が段階的に大きくなっていく。これにより、上記構造の作用と同様、研磨均一性の経時変化を抑制することができる。

なお、特許文献１及び２にもＣＭＰ装置用リテーナーリングの構造が開示されているが、それらの開示内容では上記課題を解決することはできないと言える。以下、その理由を述べる。

特許文献１に開示される技術は、リテーナーリングの幅拡大に伴い、発熱による研磨の影響が確認され、それを抑制するためにリテーナーリングに溝を形成するものである。こうした溝により摩擦による発熱の抑制、研磨剤の供給、排出の効率を改善するものと記載されている。

溝形成によって接触抵抗を小さくして発熱を抑制するということは、溝を消失させる構成ではないと言え、また、溝深さについての言及が無いことから、本願の構成とは異なるものであり、本願の目的を達成することは出来ない。

特許文献２は、リテーナーリングに溝を形成し、溝内部より研磨剤を供給することで、研磨剤の供給効率を改善させるものである。実施の形態の説明の［００４８］に、研磨剤の供給のための溝に傾斜を形成し、リテーナーリング内周部の押圧する面積を確保する主旨の記載がある。

溝に傾斜を形成しているが、研磨剤を供給するための溝を徐々に消失させる構成であるならば、研磨剤の供給効率が低下していくことになり、この文献記載の発明の目的である研磨剤供給効率の向上は図れないことは明白である。よって、本発明の目的・構成とは異なるものである。

以上のように本発明に関連する公知文献を２つ例示したが、本発明にて達成しようとする目的に対して、その効果を得られるものがなかった。本発明ではこれらを鑑みて明確な効果を効率良く得られるような独自の構成としたものである。

本発明によれば、ウェハ研磨装置にて課題となっているリテーナーリングの磨耗に伴う研磨特性の変動を抑制し、半導体装置の平坦性を悪化させ製品の歩留まりを低下することを自動的に抑制することが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明にあたって、図１０に示した背景技術の構成と同一のものには同一符号を用いる。

（第１の実施形態）
図1は、本発明の第１の実施形態に用いられるリテーナーリングの研磨パッドと接触する面側から見た平面図である。リテーナーリング１の、研磨パッド８と接触する面には溝２ａ，２ｂが設けられている。

このようなリテーナーリング１は図１０に示すように、ＣＭＰ装置の主要部であるヘッド３に装着されている。ヘッド３の上部にはヘッド３に回転運動を与えるスピンドル４が設けられている。また、ヘッド３にはリテーナーリング１の他に、半導体ウェハ５を吸着し、研磨時の半導体ウェハ５裏面に圧力を印加するためのメンブレン６が装着されている。メンブレン６はいくつかの領域に分割されており、ウェハ最外周領域のメンブレン６ａ、この内側の領域のメンブレン６ｂ、ウェハ外周側を除く広い領域のメンブレン６ｃによって異なる圧力を印加できるようになっている。これにより、研磨パッド８表面に半導体ウェハ５の表面を等分布荷重で押し付けることを可能にしている。

さらに、本例のＣＭＰ装置はヘッド３の圧力を受けるプラテン７を有する。プラテン７上には、ヘッド３にて吸着した半導体ウェハ５の表面が押し付けられる研磨パッド８が付着されている。このプラテン７はその中心部周りに回転可能である。

また、研磨パッド８上には、研磨パッド８の研磨剤の目詰まりを除去するドレッサ９が配置されている。さらに、プラテン７の中央付近の上方には、研磨剤を供給する研磨剤ノズル１０が存在する。

図２は本例のＣＭＰ装置の全体構成を示す上面図である。この図に示されるように、本例のＣＭＰ装置は、半導体ウェハを保持および加圧するヘッド３と、ヘッド３に旋回運動を与えるクロス１２と、表面に研磨パッド８を有し研磨の為に回転運動するプラテン７と、研磨パッド８の表面状態を調整するドレッサ９と、ヘッド３に対して半導体ウェハ５を着脱させるロード／アンロード部１３などを有している。さらに、半導体ウェハ５を搬送するロボット１４と、洗浄機構１５と、加工する半導体ウェハ５を装置の外部とやり取りするインターフェイス１６とを有している。

次に、本発明の第１の実施形態に使用したリテーナーリング１について詳述する。

リテーナーリング１は、図１に示すようにリテーナーリング１を横切るように形成された溝２ａと、同心状の溝２ｂとを混在させた構成となっている。

リテーナーリング1を横切るように形成された溝２ａは従来例と同様の目的の溝である。すなわち、スラリーと呼ばれる研磨剤の半導体ウェハ５表面への導入を促進することと、半導体ウェハ５に対するヘッド３のデチャックを容易にすることを目的とした溝である。そのため、溝深さは想定された使用期間において溝が消失しない深さとし、例えば２ｍｍとした。

同心円状の溝２ｂは、ウェハ研磨動作でのリテーナーリング１の磨耗に伴い、研磨パッド８に対するリテーナーリング１の接触面積を変化させる目的の溝である。本実施形態では、各々の溝２ｂの溝深さを変えている。例えば、各溝２ｂの溝深さをリテーナーリング１の外周から内周へ順に０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍの深さにしている。各溝２ｂの溝幅は例えばリテーナーリング１の幅２０ｍｍに対して２ｍｍとする。研磨処理を繰り返すと、ぞれぞれの溝２ｂは０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍの深さの溝順に消滅していき、リテーナーリング１の研磨パッド８に対する接触面における溝２ｂの占有率が低下していくように設定した。言い換えれば、リテーナーリング１の磨耗が進むと、研磨パッド８との接触面積が増大して、単位面積当たりの接触圧力（リテーナーリング１の研磨パッド８への圧力）が減少するようにした。

リテーナーリング１の材料例としてはＰＥＴ，ＰＰＳ，ＰＥＥＫなどが挙げられる。

次に、上記構造のリテーナーリング１を有するＣＭＰ装置の動作について説明する。

図２を参照すると、先ず、インターフェイス１６からロード/アンロード部１３にロボット１４により半導体ウェハ５が搬送され、ロード/アンロード部１３にフェイスダウンで載置される。その後、ヘッド３が半導体ウェハ５を吸着する。クロス１２が回転運動することにより、ヘッド３は、プラテン７に付着された研磨パッド８上に移動する（ヘッド回転軌跡３ａ参照）。その後、回転運動するプラテン７上の研磨パッド８に、研磨剤ノズル１０から研磨剤を供給しながら、ヘッド３は半導体ウェハ５を接触させる。このとき、一般的にはリテーナーリング１、メンブレン６の順に所定の圧力が印加される。

所定の時間が経過した後、半導体ウェハ５がヘッド３と共に研磨パッド８からデチャックされ、ロード/アンロード部１３を経て、洗浄機構１５で洗浄された後、インターフェイス１６へと搬送される。この基本的な動作をウェハ毎に繰り返す。

上記基本動作を繰り返していくと、例えばウェハ１０００枚の研磨でリテーナーリング１には、材質にもよるがＰＰＳ樹脂の場合、およそ０．１〜０．５ｍｍの磨耗が生じる。

本発明では、リテーナーリング１を横切るように形成された溝２ａはリテーナーリング１の磨耗では消失せず残留するため、研磨剤のウェハ表面への供給能力や、ヘッド３のウェハからのデチャックに悪影響はない。

図１に示した同心円状の複数の溝２ｂは、夫々、リング外周側から内側へ順番に０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍの深さの溝としており、リテーナーリング磨耗に伴い各溝がリング外周側から内側の順番で消滅していく。その結果、リテーナーリング１の研磨パッド８との接触面における溝占有率が低下し、接触面積は増加する。

一方、リテーナーリング１の研磨パッド８との接触面の形状に関しては特にリング最外周部において磨耗が進行し、接触面形状が変化する。従来構造の場合には、このリング外周側の形状変化に起因するリング接触圧の上昇が、特に磨耗量が少ない初期段階にて、ウェハの研磨均一性に著しく変化をもたらしていた（図１２）。これ対し、本発明ではそのような接触圧の上昇を、磨耗の進行に応じた溝占有率の低下すなわち接触面積の増加で相殺（オフセット）して、均一性悪化の課題を解消させている。特に、使用開始初期段階にて顕在化していた均一性の著しい低下を抑制することが可能となる。また、リテーナーリング１の磨耗の進行に合わせて自動的に接触面積が増加する構造であるので、リテーナーリング１の実効圧力に影響する研磨装置本体側の設定圧力を磨耗状態毎に調整することなく、面内均一性の安定化が図れる。

なお、リテーナーリング１の磨耗は特に外周側から進行するため、同心円状の複数の溝２ｂの夫々の溝深さをリング外周側から内側へ順番に消滅できる深さに設定し、上記のように磨耗の進行に応じて接触面積を増加できるようにした。

以上のように本実施形態によれば、ＣＭＰ装置にて課題となっているリテーナーリングの磨耗に起因する研磨特性の変動を抑制できる。その結果、半導体装置の層間膜などの平坦化において均一性（ユニフォーミティ）が従来技術よりも一層良好になり、製品の歩留まりを向上させられる。

図３に、本発明の効果をグラフで示す。このグラフは図１２と同様で、横軸はリテーナーリングの磨耗量、縦軸は面内均一性を示している。図１２に示す従来例のグラフと比較して、リテーナーリング磨耗初期段階にて顕在化していた面内均一性の変化が抑制され、使用開始から長期間に渡って面内均一性が安定していることが判る。一方、図１２の従来例のグラフでは、例えば０．１〜０．５ｍｍの磨耗量を生じるウェハ１０００枚の研磨で、研磨の度に面内均一性が悪化している。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明するが、第１の実施形態のＣＭＰ装置と異なる部分についての説明のみとする。

図４は本発明の第２の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。

本実施形態では、リテーナーリング１の、研磨パッド８と接触する面においてリテーナーリング１に同心状に設けられた夫々の溝２ｂの底面が、凹状曲面に加工されている。

例えば各溝２ｂの溝深さをリテーナーリング１の外周から内周へ順に０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとすると、各溝２ｂの底面にはＲ０．０５ｍｍ程度の凹状の曲面加工部１７を形成した。

各溝２ｂの底面が平面である場合は磨耗の進行で溝が急に消滅することになり、そのときの衝撃が懸念されるが、曲面加工部１７はそれを緩衝する作用をもたらす。

また、他の効果として、溝の直角加工部に固着し易い性質を持つスラリー、例えば酸化セリウムのようなスラリーに対しても、曲面加工部１７は固着を抑制したり、凝固したスラリーの脱離によるスクラッチを抑制したりすることが可能となる。この形態は、スラリー導入目的の溝２ａの加工においても有効である。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を説明する。ここでも、第１の実施形態のＣＭＰ装置と異なる部分についての説明のみとする。

図５は本発明の第３の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。

本実施形態では、リテーナーリング１の、研磨パッド８と接触する面においてリテーナーリング１に同心状に設けられた夫々の溝が、同じ深さで、溝の底に向かって次第に細くなっている。すなわち、上記同心状の各溝が図５のようにテーパーを有する溝２ｃであり、第１の実施形態のように複数の種類の深さの溝２ｂではない点が異なる。

溝２ｃの底部は第２の実施形態のように凹状曲面に加工されていてもよい。

このような形態をとると、リテーナーリング磨耗時の溝占有率と接触面積との相関関係を、リテーナーリングの磨耗進行に伴う接触圧の変化に合わせ易くなる。

なお、上記技術思想を同心状の各溝の溝深さを変えることと組み合わせることは可能であり、この場合、リテーナーリング接触圧の制御性が更に向上する。

（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を説明する。ここでも、第１の実施形態のＣＭＰ装置と異なる部分についての説明のみとする。

図６は本発明の第４の実施形態に用いられるリテーナーリングの研磨パッドと接触する面側から見た平面図である。

本実施形態では、リテーナーリング１の、研磨パッド８と接触する面において、リテーナーリング１を横切るように形成された溝２ａと、複数種類の深さで穴加工された複数の穴加工部１８とが混在している。

リテーナーリング1を横切るように形成された溝２ａは従来例と同様の目的の溝である。すなわち、スラリーの半導体ウェハ５表面への導入を促進することと、半導体ウェハ５に対するヘッド３のデチャックを容易にすることを目的とした溝である。そのため、溝深さは想定された使用期間において溝が消失しない深さとし、例えば２ｍｍとした。

一方、複数の穴加工部１８は、ウェハ研磨動作でのリテーナーリング１の磨耗に伴い、研磨パッド８に対するリテーナーリング１の接触面積を変化させる目的の溝である。そのため、各々の穴加工部１８の穴深さを変えている。例えば０．１ｍｍと０．２ｍｍの２種類の深さの穴加工によって複数の穴加工部１８を配設した。

上記第１，第２および第３の実施形態の溝２ｂ，２ｃなどの例と同様、リテーナーリング磨耗とともに穴加工部１８の占有率が低下していくことで接触面積の調整が図れる。

なお、穴加工部１８の加工において穴底に凹面状の曲面加工がなされても良い。あるいは、穴底にいくほど穴が細くなるようにテーパー加工がなされても良い。これらの形状の効果は第２，第３の実施形態の例と同様である。

（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を説明する。ここでも、第１の実施形態のＣＭＰ装置と異なる部分についての説明のみとする。

図７は本発明の第５の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態の同心状の溝２ｂに替えて、リテーナーリング１の研磨パッド接触面側の外周部分にテーパー部１９ａを形成した。外周部の加工にテーパー加工（面取り加工）を用いたが、曲面加工も可能である。

さらに、リテーナーリング１の研磨パッド接触面側の内周部にもテーパー部１９ｂを有しても良い。但し、このテーパー部１９ｂは、研磨動作時にリテーナーリング１内の半導体ウェハ５が外側へスリップアウトすることがないように形成する必要がある。そのため、スリップアウトしないテーパー高さ、例えばテーパー最大高さ０．４ｍｍにするならば、テーパー部１９ｂはリテーナーリング内周全体に形成してもよい。あるいは、リテーナーリング内周部に部分的にテーパー部１９ｂを形成すれば実施可能である。この場合にはテーパー高さの制約はない。なお、内周部の加工についてもテーパー加工ではなく、曲面加工でも良い。

上記のように本例では、磨耗初期段階に特に磨耗が進行して形状変化が生じるリテーナーリング１の研磨パッド接触面側の外周端部（直角部）を、そのようなリング最外周側の形状変化が磨耗初期段階で生じないように、予めテーパー形状または曲面形状に加工しておいた。これにより、使用開始初期段階にて面内均一性が大きく変化する問題を解消させた。

上記構成により、使用開始から磨耗の進行につれて研磨パッド接触面側のリング幅が徐々に拡大していく。その結果、磨耗量に応じて自動的にリテーナーリング１の実効圧力（研磨パッド８との接触圧）を等比級数的に下げることができる。以上により、研磨均一性の継続・安定化をもたらすことができる。

なお、上記リテーナーリングの外周端部や内周端部へのテーパー加工または曲面加工においては、ＣＭＰ装置にて実際に使用したリテーナーリングの磨耗形状を解析して、その形状に加工部の形状を近似させても良い。また、リテーナーリング外周端部に対するテーパー加工部のテーパー高さ、テーパー角や、曲面加工部の曲率などを変更することにより研磨均一性の調整が可能である。

（第６の実施形態）
次に本発明の第６の実施形態を説明する。ここでも、第１の実施形態のＣＭＰ装置と異なる部分についての説明のみとする。

図８は本発明の第６の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態の同心状の溝２ｂに替えて、リテーナーリング１の研磨パッド接触面側の外周部に多段の段差部２０を形成した。

すなわち、本例では、磨耗初期段階に特に磨耗が進行して形状変化が生じるリテーナーリング１の研磨パッド接触面側の外周端部（直角部）を、そのような磨耗初期のリング外周側の形状変化を無くす目的で、図８のように直角部を段階的に繰り返す形状に変更した。これにより、使用開始初期段階にて面内均一性が大きく変化する問題を解消させた。段差部２０の段数は多いほど好ましい。

上記構成により、使用開始から磨耗の進行につれて研磨パッド接触面側のリング幅が段階的に拡大していく。その結果、磨耗量に応じて自動的にリテーナーリング１の実効圧力（研磨パッド８との接触圧）を等比級数的に下げることができる。以上により、ウェハ研磨における面内均一性を安定化させることができる。

なお、段差部２０の段差の幅と段差の段数、高さの組み合わせにより研磨均一性の調整が可能である。

（第７の実施形態）
次に本発明の第７の実施形態を説明する。ここでも、第１の実施形態のＣＭＰ装置と異なる部分についての説明のみとする。

図９は本発明の第７の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態の同心状の溝２ｂに替えて、リテーナーリング１の研磨パッド接触面側の外周部（直角部）を、他の部分と物性の異なる材料で形成した。

すなわち、本例では、磨耗初期段階に特に磨耗が進行して形状変化が生じるリテーナーリング１の研磨パッド接触面側の外周端部（直角部）を、そのような形状変化による局所的な接触圧力変化を早く収束させる目的で、他の部分と比較して相対的に硬度が低い低硬度材料９に変更した。さらに、この低硬度材料９の部分と他の部分との接合界面は図９のように斜面にした。これにより、使用開始初期段階にて顕在化していた面内均一性の経時変化を抑制した。

上記構成により、リテーナーリング１の使用開始からリング外周端の低硬度材料９の部分の磨耗が他の部分よりも早い速度で進行し、リング外周側の偏磨耗が加速する。その結果、直ぐに低硬度材料９の接合界面が露出し始める。それから、研磨パッド接触面全体の磨耗に応じて低硬度材料９の占有率が徐々に低下していき、その反対に、低硬度材料９以外の他の部分の研磨パッド接触面側のリング形状は徐々に拡大していく。以上により、磨耗量に応じて自動的にリテーナーリング１の実効圧力（研磨パッド８との接触圧）を等比級数的に下げることができる。よって、ウェハ研磨における面内均一性を使用開始から安定化させることができる。

なお、低硬度材料９に替えて、相対的に磨耗レートが高い樹脂を適用しても良い。

以上に本発明の実施の形態を複数例挙げて説明したが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で上記各種形態を適宜組み合わせることも可能である。

また本発明の形態は、酸化膜などの層間膜の平坦化工程のみならず、金属プラグまたは金属配線（ダマシン）の形成過程において、埋め込み膜の不要部を除去する際の金属膜研磨工程などにおいても適用可能であり、特に被研磨対象を限定しないことは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態に用いられるリテーナーリングの研磨パッドと接触する面側から見た平面図である。 本発明を適用するＣＭＰ研磨装置の全体の構成を示す上面図である。 本発明の効果を示すために、面内均一性とリテーナーリング磨耗量との相関をとったグラフである。 本発明の第２の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。 本発明の第３の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。 本発明の第４の実施形態に用いられるリテーナーリングの研磨パッドと接触する面側から見た平面図である。 本発明の第５の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。 本発明の第６の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。 本発明の第７の実施形態に用いられるリテーナーリングの要部断面図である。 本発明の、半導体装置の製造装置であるＣＭＰ装置のヘッド部分の概要図を示す。 図１０のＣＭＰ装置の研磨動作時にリテーナーリングが作用する模式図である。 従来技術の、ウェハ研磨の面内均一性とリテーナーリングの磨耗量との相関関係を示すグラフである。

符号の説明

１ リテーナーリング
２ａ 研磨剤導入および／またはデチャック容易化の為の溝
２ｂ 圧力調整用の溝
３ ヘッド
３ａ ヘッド回転軌跡
４ スピンドル
５ 半導体ウェハ
６ａ，６ｂ，６ｃ メンブレン
７ プラテン
８ 研磨パッド
９ ドレッサ
１０ 研磨剤ノズル
１１ メンブレンサポート
１２ クロス
１３ ロード／アンロード部
１４ ロボット
１５ 洗浄機構
１６ インターフェイス
１７ 曲面加工部
１８ 穴加工部
１９ａ，１９ｂ テーパー部
２０ 段差部
２１ 低硬度材料

Claims (11)

1. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有し、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造装置において、
   前記リテーナーリングの前記研磨パッドとの接触面に、前記リテーナーリングの磨耗に応じて、前記研磨パッドに対する前記リテーナーリングの接触面積を増加させる形状を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有し、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造装置において、
   前記リテーナーリングの前記研磨パッドとの接触面に、深さの異なる複数の溝または穴が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
3. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有し、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造装置において、
   前記リテーナーリングの前記研磨パッドとの接触面に、先細りのテーパーまたは曲面を有する溝または穴が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
4. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有し、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造装置において、
   前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面の外周部に、テーパーまたは凸状曲面が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
5. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有し、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造装置において、
   前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面の外周部に、段差が多段に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
6. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有し、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造装置において、
   前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面側の外周部が、その他の部分と異なる物性の材料で構成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
7. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用い、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造方法において、
   前記リテーナーリングの前記研磨パッドとの接触面に、深さの異なる複数の溝または穴を形成しておき、ウェハ研磨において、前記リテーナーリングの磨耗に応じて当該複数の溝または穴が段階的に消滅していくことにより、前記リテーナーリングの実効圧力を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用い、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造方法において、
   前記リテーナーリングの前記研磨パッドとの接触面に、先細りのテーパーまたは曲面を有する溝または穴を形成しておき、ウェハ研磨において、前記リテーナーリングの磨耗に応じて当該溝または穴が段階的に縮小していくことにより、前記リテーナーリングの実効圧力を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用い、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造方法において、
   前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面の外周部に、テーパーまたは凸状曲面を形成しておき、ウェハ研磨において、前記リテーナーリングの磨耗に応じて前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面側のリング幅が段階的に拡大していくことにより、前記リテーナーリングの実効圧力を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用い、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造方法において、
    前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面の外周部に段差を多段に形成しておき、ウェハ研磨において、前記リテーナーリングの磨耗に応じて前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面側のリング幅が段階的に拡大していくことにより、前記リテーナーリングの実効圧力を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 半導体ウェハを保持するヘッドと、該ヘッドに保持された前記半導体ウェハの外周を囲むリテーナーリングと、前記半導体ウェハの研磨面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用い、前記半導体ウェハの研磨面を前記リテーナーリングと共に前記研磨パッドに押し付けて研磨する半導体装置の製造方法において、
    前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面側の外周部をその他の部分と異なる物性の材料で構成しておき、ウェハ研磨において、前記リテーナーリングの磨耗に応じて前記リテーナーリングの、前記研磨パッドとの接触面側のリング形状が段階的に大きくなっていくことにより、前記リテーナーリングの実効圧力を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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