JP2008229790A - リテーナリングおよび研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨物を均一に研磨することができ、劣化を抑制するとともに、再生に手間を要しないリテーナリングおよびこのリテーナリングを有する研磨装置を提供すること。
【解決手段】リテーナリング１は、被研磨物の外周部を包囲する樹脂製の第一環状部１１と、この第一環状部１１上に設けられ、第一環状部１１よりも機械的強度の高い第二環状部１２とを備える。第一環状部１１および第二環状部１２の周縁部には、第一環状部１１と第二環状部１２とを機械的接合により固定する固定部１３が設けられている。第一環状部１１は、固定部１３よりも第二環状部１２と反対側に突出している。
【選択図】図２

Description

本発明は、リテーナリングおよびリテーナリングを有する研磨装置に関する。

近年、半導体基板上のデバイス製作工程において、製作の過程で形成される表面の凸凹、例えば層間絶縁膜表面の凸凹を研磨により平坦化する化学的機械的研磨法（以下、「ＣＭＰ」と言う）が用いられている。
ＣＭＰでは、一般に図６に示すような研磨装置１００が使用されている。
この研磨装置１００は、被研磨物（図示せず）を保持する保持部１０１と、研磨パッド１０２が貼り付けられた研磨テーブル１０３と、薬液供給口１０４とを備える。
保持部１０１は、リテーナリング１０１Ｂ（図７参照）を備える。
リテーナリング１０１Ｂは、被研磨物の飛び出しを防止するとともに、被研磨物の外周部の研磨異常を防止するためのものである。
研磨を行っている時は、研磨パッド１０２に被研磨物が押付けられ、被研磨物の最外周部の接触圧力が最大となっている。この時、図８（Ａ）に示すように、その反力で被研磨物６の最外周部から数ｍｍにわたって研磨パッド１０２に変形領域Ａが発生し、被研磨物６外周部にかかる圧力が低くなる。この結果、被研磨物６外周部の研磨量が少なくなる。

そこで、リテーナリング１０１Ｂを用い、図８（Ｂ）に示すように、被研磨物６の研磨パッド１０２に接触する面と、リテーナリング１０１Ｂの研磨パッド１０２に接触する面とを同一の高さとする。また、リテーナリング１０１Ｂの研磨パッド１０２に接触する幅を前述した変形領域Ａ以上とする。さらに、リテーナリング１０１Ｂに所定の圧力を加える。これにより、変形領域Ａが被研磨物６外周部におよぶことを防止でき、被研磨物６の外周部の研磨量が少なくなってしまうこと（研磨異常）を防止することができる。なお、図８（Ａ）、（Ｂ）中、符号１０１Ａは、被研磨物裏面に設けられるインサートパッドを示している。
リテーナリング１０１Ｂが研磨パッド１０２に接触することで、リテーナリング１０１Ｂが研磨され、不純物が研磨パッド１０２に広がって行く。ここでステンレス鋼などの合金材料を用いると、金属成分が研磨パッド１０２に広がることとなり、被研磨物６に形成されるデバイス特性に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、リテーナリング１０１Ｂに硬質プラスチックなどを用いることが考えられる。しかしながら、ステンレス鋼に比べ機械的強度が弱いため、被研磨物の処理量の増加に伴ってリテーナリングが変形してしまう。
そこで、図９に示すように、リテーナリング１０５を、研磨パッド１０２側に設けられるリング状の樹脂部分１０５Ａと、ステンレス鋼などの機械的強度の高いリング状の部分１０５Ｂとで構成することが提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２９１１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では以下のような課題がある。
図１０に示すように、リテーナリング１０５の樹脂部分１０５Ａと、ステンレス鋼などのリング状の部分１０５Ｂとは接着剤Ｓにより接合されている。樹脂部分１０５Ａと、ステンレス鋼などのリング状の部分１０５Ｂとを接着剤Ｓで固定する際、接着剤Ｓの量が不十分となったり、脱気が不充分となったりした場合には、接着剤Ｓ内部に気泡Ｈが発生する。この気泡Ｈにより、リテーナリング１０５から研磨パッド１０２に対し、圧力を均一にかけることができなくなり、圧力伝達の不均衡が生じる。これにより、研磨パッド１０２の変形領域Ａが、リテーナリング１０５下部の領域だけでなく、被研磨物６外周部との接触部分にまでおよんでしまう。そのため、被研磨物６外周部の研磨量が他の部分と異なってしまい、被研磨物６を均一に研磨することが困難となる。
また、研磨時に薬液供給口１０４から酸・アルカリ等の薬液が導入されるが、この薬液により接着剤Ｓが腐食し、リテーナリング１０５が劣化することがある。
さらに、使用済みリテーナリング１０５の再生を行う場合、樹脂部分１０５Ａのみ交換する方法を採っているが、ステンレス鋼などの機械的強度の高いリング状の部分１０５Ｂ側に接着剤Ｓが残ってしまう。そのため、接着剤Ｓの除去処理に手間がかかり、リテーナリング１０５を容易に再生することが難しい。

本発明によれば、被研磨物の外周部を保持するリテーナリングであって、前記被研磨物の外周部を包囲する樹脂製の第一環状部と、この第一環状部上に設けられ、前記第一環状部よりも機械的強度の高い第二環状部とを備え、前記第一環状部および前記第二環状部の周縁部には、前記第一環状部と前記第二環状部とを機械的接合により固定する固定部が設けられ、前記第一環状部は、前記固定部よりも前記第二環状部と反対側に突出しているリテーナリングが提供される。

この発明によれば、リテーナリングには、第一環状部と第二環状部とを固定するための固定部が設けられている。そして、第一環状部は、固定部よりも第二環状部と反対側に突出している。従って、研磨を行う際には、固定部を研磨パッドに接触させず、第一環状部のみを研磨パッドに接触させることができる。これにより、リテーナリングから研磨パッドにかかる圧力が均一となり、研磨パッドの変形領域が、研磨パッドの被研磨物外周部との接触部分に及ぶことを防止できる。これにより、被研磨物外周部の研磨量が他の部分と異なってしまうことを防止でき、被研磨物を均一に研磨することができる。
また、固定部は、第一環状部と第二環状部とを機械的接合により固定するものであるため、従来のような接着剤の腐食が起こらず、リテーナリングの劣化を抑制することができる。さらに、リテーナリングのリサイクル時の接着剤の除去が不要となり、リテーナリングを容易に再生することができる。

また、本発明によれば、研磨パッドと、被研磨物を保持するとともに、この研磨パッドに被研磨物を接触させる保持部とを備える研磨装置において、前記保持部は、上述したリテーナリングを有する研磨装置を提供することができる。

本発明によれば、被研磨物を均一に研磨することができ、劣化を抑制するとともに、再生に手間を要しないリテーナリングおよびこのリテーナリングを有する研磨装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
まず、図１〜３を参照して、本実施形態のリテーナリングの概要について説明する。なお、尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のリテーナリング１は、被研磨物６の外周部を保持し、被研磨物６とともに研磨パッド２１に接触するものである。
このリテーナリング１は、被研磨物６の外周部を包囲する樹脂製の第一環状部１１と、この第一環状部１１上に設けられ、第一環状部１１よりも機械的強度の高い第二環状部１２とを備える。
第一環状部１１および第二環状部１２の周縁部には、第一環状部１１と第二環状部１２とを機械的接合により固定する固定部１３が設けられている。
第一環状部１１は、固定部１３よりも第二環状部１２と反対側に突出している。すなわち、第一環状部１１の研磨パッド２１側の面は、固定部１３の研磨パッド２１側の面よりも研磨パッド２１側に突出している。

次に、リテーナリング１について、詳細に説明する。
図１および図２に示すように、リテーナリング１は、樹脂製の第一環状部１１と、第二環状部１２と、固定部１３を備える。なお、図１は、リテーナリング１の断面図を示し、図２は、図１の丸で囲った部分の拡大図を示す。
第一環状部１１は、円環状に形成されたものである。研磨を行う際には、第一環状部１１の内周側に被研磨物６（図３参照）が嵌め込まれることとなる。
このような第一環状部１１は、樹脂製であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂を含有する。この第一環状部１１は、被研磨物６、例えば、基板を研磨する際に、研磨パッド２１（図３参照）に接触する。
第二環状部１２は、第一環状部１１上に配置されており、円環状に形成されたものである。この第二環状部１２は、第一環状部１１よりも機械的強度の高い部材で構成されている。例えば、ステンレス鋼等の金属製である。

固定部１３は、第一環状部１１と第二環状部１２とを機械的接合により固定するためのものである。固定部１３は、第一環状部１１の外周部に設けられた雄ねじ部１３１と、第二環状部１２の外周部に設けられた雌ねじ部１３２とを備える。
雄ねじ部１３１は、第一環状部１１と一体的に形成されており、第一環状部１１と同じ樹脂製である。雄ねじ部１３１の外周面には、ねじが刻設されている。雄ねじ部１３１の上面は、第一環状部１１の第二環状部１２側の表面と同位置にある。
また、雄ねじ部１３１の下面（研磨装置２に組み込んだ際に研磨パッド２１側に位置する面）は、第一環状部１１の研磨パッド２１側の面よりも第二環状部１２側に位置している。すなわち、第一環状部１１は、雄ねじ部１３１よりも第二環状部１２と反対側に突出しているといえる。

雌ねじ部１３２は、第二環状部１２と一体的に形成されており、第二環状部１２と同じ材料で構成される。雌ねじ部１３２にはねじ穴が形成され、ねじ穴の内周面にはねじが刻設されている。このねじ穴の上面は、第二環状部１２の第一環状部１１側の面よりも、上方に位置している。従って、雄ねじ部１３１の上面と、雌ねじ部１３２のねじ穴の上面との間には隙間が形成される。このような隙間を形成することで雄ねじ部１３１を雌ねじ部１３２のねじ穴に押し込みすぎた場合であっても雄ねじ部１３１が損傷してしまうことを防止できる。
また、雌ねじ部１３２の下面は、（研磨装置２に組み込んだ際に研磨パッド２１側に位置する面）は、第一環状部１１の研磨パッド２１側の面よりも第二環状部１２側に位置している。すなわち、第一環状部１１は、雌ねじ部１３２よりも第二環状部１２と反対側に突出しているといえる。

このような、固定部１３の雌ねじ部１３２と雄ねじ部１３１とを螺合することで、第一環状部１１と第二環状部１２とが固定されリテーナリング１が組み立てられる。

以上のような構造のリテーナリング１は、図３に示すように研磨装置２に組み込まれる。
この研磨装置２は、研磨テーブル２２と、被研磨物６を保持する保持部２３と、薬液を供給するノズル２４とを備える。
研磨テーブル２２は、回転可能に構成されており、この研磨テーブル２２の表面には、研磨パッド２１が設けられている。
保持部２３は、被研磨物６を保持するとともに、研磨の際に、被研磨物６を研磨パッド２１に押圧する。この保持部２３は、研磨ヘッド２３１と、この研磨ヘッド２３１の下部に配置されるリテーナリング１とを備える。研磨ヘッド２３１は、リテーナリング１に保持された被研磨物６を、回転、揺動するものである。研磨ヘッド２３１と被研磨物６との間には、インサートパッド２３２が配置される。
リテーナリング１には、エアクッション（図示せず）により荷重が加えられ、被研磨物６の研磨パッド２１に対する押圧力とは別に、リテーナリング１に加わる圧力を調整できる構造となっている。

このような研磨装置２では、リテーナリング１に被研磨物６を保持させ、リテーナリング１を研磨ヘッド２３１に装着する。リテーナリング１に保持された被研磨物６を研磨パッド２１に押圧するとともに、研磨ヘッド２３１および研磨テーブル２２を回転させ、ノズル２４から薬液を供給する。これにより、被研磨物６の研磨が行われる。なお、研磨が行われる際、リテーナリング１の第一環状部１１は、研磨パッド２１に接触した状態となるが、固定部１３は研磨パッド２１には接触しない。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
リテーナリング１には、第一環状部１１と第二環状部１２とを固定する固定部１３が設けられている。そして、第一環状部１１は、固定部１３よりも第二環状部１２と反対側に突出している。すなわち、第一環状部１１の研磨パッド２１側の面は、固定部１３の研磨パッド２１側の面よりも研磨パッド２１側に突出しているといえる。従って、第一環状部１１の研磨パッド２１側の面のみを研磨パッド２１に接触させることができる。これにより、リテーナリング１から研磨パッド２１にかかる圧力が均一となり、研磨パッド２１の変形領域が、研磨パッド２１の被研磨物６外周部との接触部分に及ぶことを防止できる。そのため、被研磨物６を均一に研磨することができる。

また、従来のように、樹脂部分とリング状の部分とを接着剤により固定する場合、接着面積を大きく確保する必要がある。そこで、図１１に示すように、樹脂部分１０５Ａに凸部１０５Ａ１を設けることが考えられる。しかしながら、凸部１０５Ａ１を設けると、リテーナリング１０５側から研磨パッドにかかる圧力が凸部１０５Ａ１に集中し、リテーナリング１０５から研磨パッドにかかる圧力が非常に不均一になる。これにより、研磨パッドの変形領域が、リテーナリング１０５下部の領域だけでなく、被研磨物６外周部との接触部分にまでおよんでしまう。そのため、被研磨物６外周部の研磨量と、他の部分との研磨量とが異なってしまう。
これに対し、本実施形態では前述したように、固定部１３を研磨パッド２１に接触させず、第一環状部１１のみを研磨パッド２１に接触させることにより、リテーナリング１から研磨パッド２１にかかる圧力を均一にさせることができる。これにより、研磨パッド２１の変形領域が、研磨パッド２１の被研磨物６外周部との接触部分に及ぶことを防止できる。

また、固定部１３は、第一環状部１１と第二環状部１２とを機械的接合により接合するものであるため、従来のような接着剤の腐食が起こらず、リテーナリング１の劣化を抑制することができる。さらに、リテーナリング１のリサイクル時の接着剤の除去が不要となり、リテーナリング１を容易に再生することができる。

また、本実施形態では、固定部１３が第一環状部１１の外周部に設けられた雄ねじ部１３１と、第二環状部１２の外周部に設けられた雌ねじ部１３２とから構成されている。雄ねじ部１３１と雌ねじ部１３２とを螺合するだけで、第一環状部１１と第二環状部１２とを固定することができ、リテーナリング１を簡単に組み立てることができる。
さらに、雄ねじ部１３１を第一環状部１１と一体的に成形するとともに、雌ねじ部１３２を第二環状部１２と一体的に成形することで、リテーナリング１を構成する部材点数の増加を防止することができる。
また、雄ねじ部１３１と雌ねじ部１３２とを螺合することにより、第一環状部１１と第二環状部１２とを強固に固定することができる。

（第二実施形態）
図４，５を参照して、第二実施形態について説明する。図４は、本実施形態のリテーナリング３の断面図であり、図５は、図４の丸で囲んだ部分の拡大図である。
本実施形態と、前記実施形態とでは、固定部の構造が異なる。他の点については、前記実施形態と同様である。
本実施形態のリテーナリング３の固定部３３は、第一環状部１１の周縁部から突出した突起部３３１と、突起部３３１が係合する支持部３３２と、支持部３３２を第二環状部１２に接続するための突起部３３４および接続部材３３３とを備える。
なお、本実施形態では、固定部３３は、第一環状部１１および第二環状部１２の内周側、外周側それぞれに設けられている。
突起部３３１は、第一環状部１１の外周部および内周部から、それぞれ外方に突出している。この突起部３３１は、第一環状部１１と一体的に形成されており、第一環状部１１と同じ材料で構成される。

支持部３３２は、円環状に構成されている。この支持部３３２は断面略Ｌ字型形状であり、Ｌの先端部分で、突起部３３１を受け、支持する。この支持部３３２は、例えば、第二環状部１２と同じ材料で構成することができる。支持部３３２は、第二環状部１２の内周側、外周側それぞれに配置される。また、支持部３３２の研磨パッド２１側の表面は、第一環状部１１の研磨パッド２１側の表面よりも窪んでいる。換言すると、第一環状部１１は、支持部３３２よりも第二環状部１２と反対側に突出しているといえる。
このような支持部３３２の研磨パッド２１側の面と、第一環状部１１の内側面のうち、支持部３３２よりも研磨パッド２１側に突出した部分とで形成される段差部分には、被研磨物６が嵌め込まれ、リテーナリング３に被研磨物６が保持されることとなる。

突起部３３４は、第二環状部１２の外周部上端、内周部上端からそれぞれ外方に突出したものである。この突起部３３４の下部に支持部３３２が配置され、この突起部３３４と、支持部３３２とを接続部材３３３であるねじにより固定することで、支持部３３２が、第二環状部１２に接続されることとなる。

このような本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
本実施形態では、固定部３３は、第一環状部１１および第二環状部１２の内周側、外周側それぞれに設けられている。そのため、固定部３３により第一環状部１１および第二環状部１２を強固に固定することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、第二環状部を金属製としたが、これに限らず、第一環状部よりも機械的強度の高いものであればよい。例えば、第二環状部をセラミックス製としてもよい。
また、第一実施形態では、固定部１３が第一環状部１１に設けられた雄ねじ部１３１と、第二環状部１２に設けられた雌ねじ部１３２とから構成されているとしたが、これに限られず、第一環状部に雌ねじ部を設け、第二環状部に雄ねじ部を設けてもよい。
さらに、固定部の接合形態は、前記各実施形態で示したものに限られず、機械的接合であればよい。例えば、嵌合により、第一環状部と第二環状部とを接合するものであってもよい。

本発明の第一実施形態にかかるリテーナリングの断面図である。 リテーナリングの要部を拡大した断面図である。 研磨装置を示す模式図である。 本発明の第二実施形態にかかるリテーナリングの断面図である。 リテーナリングの要部を拡大した断面図である。 従来の研磨装置を示す模式図である。 従来のリテーナリングを示す断面図である。 （Ａ）は、従来の研磨装置における被研磨物の研磨の状態を示す図である。（Ｂ）は、リテーナリングを用いた従来の研磨装置における被研磨物の研磨の状態を示す図である。 リテーナリングを用いた従来の研磨装置における被研磨物の研磨の状態を示す図である。 従来のリテーナリングの要部の断面図である。 接着剤を使用したリテーナリングの要部の断面図である。

符号の説明

１ リテーナリング
２ 研磨装置
３ リテーナリング
６ 被研磨物
１１ 第一環状部
１２ 第二環状部
１３ 固定部
２１ 研磨パッド
２２ 研磨テーブル
２３ 保持部
２４ ノズル
３３ 固定部
１００ 研磨装置
１０１ 保持部
１０１Ａ インサートパッド
１０１Ｂ リテーナリング
１０２ 研磨パッド
１０３ 研磨テーブル
１０４ 薬液供給口
１０５ リテーナリング
１０５Ａ 樹脂部分
１０５Ａ１ 凸部
１０５Ｂ リング状の部分
１３１ 雄ねじ部
１３２ 雌ねじ部
２３１ 研磨ヘッド
２３２ インサートパッド
３３１ 突起部
３３２ 支持部
３３３ 接続部材
３３４ 突起部
Ａ 変形領域
Ｈ 気泡
Ｓ 接着剤

Claims (4)

1. 被研磨物の外周部を保持するリテーナリングであって、
   前記被研磨物の外周部を包囲する樹脂製の第一環状部と、この第一環状部上に設けられ、前記第一環状部よりも機械的強度の高い第二環状部とを備え、
   前記第一環状部および前記第二環状部の周縁部には、前記第一環状部と前記第二環状部とを機械的接合により固定する固定部が設けられ、
   前記第一環状部は、前記固定部よりも前記第二環状部と反対側に突出しているリテーナリング。
2. 請求項１に記載のリテーナリングにおいて、
   前記固定部は、前記第一環状部および前記第二環状部のうちいずれか一方の周縁部に設けられた雄ねじ部と、前記第一環状部および前記第二環状部うちいずれか他方の周縁部に設けられ、前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部とを備えるリテーナリング。
3. 請求項１に記載のリテーナリングにおいて、
   前記固定部は、前記第一環状部の周縁部から突出した突起部と、前記第二環状部に接続されるとともに、前記突起部を支持する支持部とを備えるリテーナリング。
4. 研磨パッドと、被研磨物を保持するとともに、この研磨パッドに前記被研磨物を接触させる保持部とを備える研磨装置において、
   前記保持部は、請求項１から３のいずれかに記載のリテーナリングを有する研磨装置。

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