JP2011224731A - リテーナリングおよびリテーナリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学機械研磨装置に用いられるリテーナリングにおいて、自己および研磨パッドの摩耗を低く抑えることができ、長寿命化が図れるリテーナリングおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】研磨ヘッド４に保持されたウェハ５を回転する研磨パッド６に押し付けるとともにスラリーを供給して研磨する際に、研磨ヘッド４に支持されて研磨パッド６に接触しつつウェハ５の周囲を包囲するリテーナリング１であって、ＰＰＳ樹脂やＰＥＥＫ樹脂などの熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物の成形体であり、特にディスクゲートを用いた金型で射出成形された射出成形体である。
【選択図】図１

Description

この発明は、研磨装置用のリテーナリングに関し、特に化学機械研磨の研磨装置用のリテーナリングに関する。

近年において、半導体デバイスは、高集積化や高性能化により、その素子構造が微細化および多層配線化されている。半導体デバイスは、薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行なう微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程で製造するため、多層化に伴い、半導体デバイス表面の凹凸が増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイス表面の凹凸が増えると、薄膜形成時の歩留まり低下や、リソグラフィ工程における露光時にレンズ焦点が部分的に合わなくなり微細パターンの形成が困難になるなどのおそれがある。よって、半導体デバイスの微細化や多層化を実現するために、半導体デバイスの基体となるウェハの表面が高い平坦度を有することが求められ、半導体デバイスの製造工程における平坦化技術が重要になっている。

ウェハの高度な平坦化を実現する装置として、ウェハを化学的かつ機械的に研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））装置が知られている。該装置は、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、ウェハを保持して研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと、シリカなどの研磨剤と化学薬品との混合物である研磨用スラリーを研磨パッドの研磨面上に供給するノズルなどから構成されている。研磨ヘッドは、ウェハを囲うリテーナリングと、ウェハの上面を押圧する弾性体などを備えている。リテーナリングは、ウェハの外周を囲い、研磨時のウェハの位置ずれや飛び出しを防止するとともに、ウェハの外周縁部の研磨異常を防止するものである。該装置において、上記スラリーを研磨パッドの研磨面上に供給しつつ、研磨ヘッドに保持されたウェハを研磨パッドの研磨面に摺接させることで、ウェハ表面の凹凸部分を化学的に反応させると同時に、それを物理的に除去して平坦化する。

ここで、リテーナリングをセラミックスなどの硬質材料で形成すると、耐摩耗性に優れるものの、ウェハの外周縁部は損傷するなどのおそれがある。このため、リテーナリングとしては、エンジニアリングプラスチックなどの樹脂で形成された樹脂製リング単独からなるものや、リテーナリング全体の剛性を高めるため、ウェハを囲む樹脂製リングを金属製リングなどによって補強した複層構造のものが提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。これらの複層構造において、リング相互の接合は、主に、接着剤による接着や、ボルトによる連結によりなされている。

特許文献１では、リテーナリングを構成する樹脂材料として、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと記す）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記す）樹脂、ポリベンゾイミダゾール（以下、ＰＢＩと記す）樹脂、およびポリアミドイミド樹脂などが記載されている。また、特許文献２では、同材料として、エポキシガラス、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール（以下、ＰＯＭと記す）樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリレート、および高密度ポリエチレンなどが記載されている。また、特許文献３では、同材料として、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂、ポリエチレン樹脂、ＰＯＭ樹脂、ポリアミド樹脂、全芳香族ポリイミド樹脂、およびＰＢＩ樹脂などが記載されている。また、特許文献４では、同材料として、ロックウェル硬度６０以下でかつ曲げ弾性率１ＧＰａ以下の樹脂（例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＴＦＥ樹脂）などが記載されている。

特許文献５では、リテーナリングを構成する樹脂材料として、超高分子量ポリエチレン樹脂が記載されている。また、リテーナリングの温度上昇の抑制や強度向上のため、上記超高分子量ポリエチレン樹脂に、カーボンブラック、カーボンファイバー、アセチレンブラック、炭素繊維、黒鉛粉末などの有機充填材や、ガラスビーズ、シリカ、タルク、ステアリン酸カルシウム、炭酸カルシウム、アドマパウダーなどの無機充填材を含有できることが記載されている。

実用新案登録第３０８５４８０号 特開２０００−８４８３６号公報 特開２００３−３１１５９３号公報 特開２００５−５０８９３号公報 特開２００５−１６９５６８号公報

上記リテーナリングにおいて、ウェハを囲む樹脂製リングは、ウェハとともに研磨パッドに押し付けられるものであるため、研磨パッドによって押圧面（摺動面）が研磨されて摩耗する。研磨異常防止のため、リテーナリングは摩耗すると新品との交換が必要となる。さらに、交換した際には、実際の製品となるウェハの研磨の前に、所望の研磨性能を得るため、慣らし用のウェハを用いて慣らし研磨を行なう必要がある。慣らし研磨には、多くの時間がかかるため、リテーナリングの交換回数が多いと、ウェハの製造効率が低下する。

このため、リテーナリングの摩耗を低く抑えて長寿命化することが望まれている。しかし、上記特許文献１〜５に記載された樹脂材料の場合では、耐摩耗性の点で必ずしも十分とはいえない。また、リテーナリングでは、摩耗を低く抑えると同時に、相手材となる研磨パッドの摩耗も防止する必要があるが、樹脂材料および無機充填材の種類や、その配合量によっては、研磨パッドの摩耗を促進するおそれがある。

研磨時においてリテーナリングの摩耗が多いと、リテーナリングの摩耗粉によって、研磨パッドが目詰まりするという不具合が生じるおそれがある。さらに、リテーナリングの摩耗粉が研磨パッド上に残留した状態で研磨を継続すると、ウェハの表面にマイクロスクラッチや、残留パーティクル等が発生するなどのおそれもある。

また、複層構造のリテーナリングにおいて、樹脂製リングを成形した後に、これを金属製リング等と接着剤により接着すると、脱脂不良や硬化不良などの接着不良が生じるおそれがある。また、ボルトによる連結によりなされている場合では、ウェハの研磨時の振動などにより、ボルトが緩み平坦化の精度を維持できないおそれがある。

その他、樹脂製リングの成形方法によっては、成形体内部にウェルドを有し、耐摩耗性に劣る場合がある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、化学機械研磨装置に用いられるリテーナリングにおいて、自己および研磨パッドの摩耗を低く抑えることができ、長寿命化が図れるリテーナリングおよびその製造方法を提供することを課題としている。

本発明のリテーナリングは、研磨ヘッドに保持されたウェハを回転する研磨パッドに押し付けるとともにスラリーを供給して研磨する際に、上記研磨ヘッドに支持されて上記研磨パッドに接触しつつ上記ウェハの周囲を包囲するリテーナリングであって、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物の成形体であることを特徴とする。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末の配合割合が、上記熱可塑性エンジニアリングプラスチック１００体積部に対して１０〜２０体積部であることを特徴とする。

上記熱可塑性エンジニアリングプラスチックが、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ樹脂であることを特徴とする。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、粒子径１５０μｍ以下の粉末であることを特徴とする。特に、５０％粒子径５０μｍ以下の粉末であることを特徴とする。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、ＰＴＦＥ樹脂の焼結体を粉砕した粉砕粉末であることを特徴とする。また、上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、アスペクト比３以下の粉末であることを特徴とする。

上記リテーナリングは、ウェルドを有さない成形体であることを特徴とする。特に、ウェルドを有さない射出成形体であることを特徴とする。また、上記リテーナリングは、ディスクゲートを用いて射出成形された射出成形体であることを特徴とする。

上記リテーナリングは、金属基材とインサート成形された射出成形体であることを特徴とする。

本発明のリテーナリングの製造方法は、研磨ヘッドに保持されたウェハを回転する研磨パッドに押し付けるとともにスラリーを供給して研磨する際に、上記研磨ヘッドに支持されて上記研磨パッドに接触しつつ上記ウェハの周囲を包囲するリテーナリングの製造方法であって、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物からなるペレットを射出成形機に投入して、あらかじめ金属基材が配置されたディスクゲートを用いた金型によって射出成形する工程と、成形された成形体から機械加工によってディスクゲートを削除する工程とを有することを特徴とする。さらに、ディスクゲートを削除する工程の後に、上記研磨パッドと接触する上記リテーナリングの摺動面を研磨する工程を有することを特徴とする。

本発明のリテーナリングは、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物の成形体であるので、従来のリテーナリングと比較して耐摩耗特性に優れ、長寿命化が図れる。また、摩耗粉の発生が少なく研磨パッドの目詰まりが少ない。また、低摩擦特性にも優れるので、摺接相手材となる研磨パッドの摩耗を抑制できる。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末の配合割合が、熱可塑性エンジニアリングプラスチック１００体積部に対して１０〜２０体積部であるので、リテーナリングの耐摩耗特性を損ねることなく低摩擦特性が優れる。

上記熱可塑性エンジニアリングプラスチックが、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ樹脂であるので、リテーナリングの耐摩耗特性が他の熱可塑性エンジニアリングプラスチックを用いる場合と比較して特に優れる。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、粒子径１５０μｍ以下であるので、耐摩耗特性と低摩擦特性が高次元で優れる。また、上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、５０％粒子径５０μｍ以下であるので、さらに耐摩耗特性と低摩擦特性が高次元で優れる。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、ＰＴＦＥの焼結体を粉砕した粉砕粉末であるので、樹脂組成物中での分散性に優れる。また、上記ＰＴＦＥ焼成粉末が、アスペクト比３以下の粉末であるので、樹脂組成物中での分散性に特に優れる。これらの結果、該樹脂組成物の成形体であるリテーナリングは、耐摩耗特性と低摩擦特性が優れる。

上記リテーナリングが、ウェルドを有さない成形体であるので、内部密度が均一であり耐摩耗特性が均一となる。また、上記リテーナリングが、ウェルドを有さない射出成形体であるので、金属基材とインサート成形が可能であり、内部密度が均一であり耐摩耗特性が均一となる。また、上記リテーナリングはディスクゲートを用いた金型で射出成形された射出成形体であるので、成形体内部にウェルドのないリテーナリングが容易に製造できる。

上記リテーナリングが、金属基材とインサート成形された射出成形体であるので、リテーナリングと金属基材との一体化をリテーナリングの成形時に同時に行なえる。

本発明のリテーナリングの製造方法は、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物からなるペレットを射出成形機に投入して、あらかじめ金属基材が配置されたディスクゲートを用いた金型によって射出成形する工程と、成形された成形体から機械加工によってディスクゲートを削除する工程とを有するので、成形体内部にウェルドがなく、耐摩耗特性と低摩擦特性が優れたリテーナリングを容易に製造することができる。また、金属基材とインサート成形されるので、樹脂製リングを金属基材に接着やボルトにより固定する従来の方法と比較して、製造工程が簡略化できる。さらに、従来の方法と比較して、樹脂製リテーナリングと金属基材との間で、脱脂不良や硬化不良などの接着不良が生じないという利点もある。

本発明のリテーナリングを用いた化学機械研磨装置の一部断面図である。 本発明のリテーナリングの一実施例を示す図である。図２（ａ）はリテーナリングの正面図であり、図２（ｂ）はリテーナリングの断面図である。 スラスト型摩擦摩耗試験機を示す図である。

リテーナリングには、上述のように自己摩耗を抑制するとともに、研磨パッドの摩耗を抑制するため、耐摩耗特性かつ低摩擦特性が要求される。しかし、化学機械研磨工程における研磨は、化学的・物理的に複雑なプロセスであるため、従来、一般的な樹脂材料の分野において、耐摩耗特性と低摩擦特性に優れる材料の組み合わせ（樹脂材料、無機充填材）と考えられているものでも、化学機械研磨工程においては十分な特性を発揮できるとは限らない。本発明は、化学機械研磨工程において使用されるリテーナリングにおいて、優れた耐摩耗特性と低摩擦特性を付与し得る材料の組み合わせや製造方法を見出したものである。

本発明のリテーナリングを用いた化学機械研磨装置を図１に基づいて説明する。図１に示すように、該装置は、回転する研磨定盤７と、該定盤上に配置された研磨パッド６と、ウェハ５を保持してこれを研磨パッド６に押圧する研磨ヘッド４と、研磨用スラリーを研磨パッド６の研磨面上に供給するノズル（図示省略）などから構成されている。研磨ヘッド４は、ウェハ５の外周を囲うリテーナリング１と、インサートパッド（弾性体）８を支持している。研磨ヘッド４は、インサートパッド（弾性体）８を介してウェハ５を押圧している。研磨用スラリーは、シリカ粒子やアルミナ等の研磨材を含む酸・アルカリ溶液などであり、ウェハの種類に応じて適宜選択される。

該装置において、研磨用スラリーを研磨パッド６の研磨面上に供給しつつ、研磨ヘッド４に保持されたウェハ５を研磨パッド６の研磨面に摺接させて研磨することで、ウェハ５の表面（図中の下面）の凹凸部分を化学的に反応させると同時に、それを物理的に除去して平坦化する。リテーナリング１は、この研磨の際において、研磨ヘッド４に支持されて研磨パッド６に接触しつつウェハ５の周囲を包囲するものであり、ウェハ５の水平方向の位置ずれや、ウェハ５の外周縁部の損傷を防止している。

本発明のリテーナリングの一例を図２に基づいて説明する。図２（ａ）はリテーナリングの正面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示す。リテーナリング１は、樹脂製リング２と、これと一体化された金属製基材３とからなる。金属製基材３は、ステンレス（ＳＵＳ３１６等）や合金などからなる。また、樹脂製リング２および金属製基材３は、ともに断面長方形の円環形状であり、樹脂製リング２における金属製基材３との接合面の反対面（摺動面）において、研磨パッド６と緊密に当接する（図１参照）。樹脂製リング２が、その内径側でウェハ５の周囲を包囲している（図１参照）。リテーナリング１のサイズは、ウェハ５のサイズにより適宜決定され、例えば、内径φ３００ｍｍ×外径φ３５０ｍｍ×厚さ１９ｍｍのものがある。また、研磨用スラリーの流路確保等のために、樹脂製リング２の内径をウェハ５よりも若干大きく設定し、ウェハ５と樹脂製リング２との間に若干の隙間を持たせることもできる（図１参照）。

樹脂製リング２は、研磨パッドとの摺動面に放射状の溝２ａが形成されている。該溝２ａにより、研磨時にリテーナリングの外側から内側へ研磨用のスラリーを効率よく供給でき、また、研磨屑の排出を容易にできる。溝２ａの形状としては、図２（ａ）に示すものの他、半径方向に直線状の溝や、ラッパ状の拡径部を有する溝などであってもよい。その他、溝２ａの配置や個数についても適宜調整できる。

各図において、樹脂製リングと金属製基材との２層構造からなるリテーナリングについて説明したが、本発明のリテーナリングは、樹脂製リングのみからなるものであってもよい。

本発明のリテーナリング（樹脂製リング）は、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物の成形体である。熱可塑性エンジニアリングプラスチックは、構造用および機械部材に適合している熱可塑性の樹脂で、主に工業用途に使用され耐熱性が１００℃以上のものである。

本発明で使用できる熱可塑性エンジニアリングプラスチックとしては、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド６，６樹脂、ポリアミド６Ｔ樹脂、ポリアミド９Ｔ樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。上記熱可塑性エンジニアリングプラスチックの中でも、成形体の耐摩耗性と低摩擦特性に優れ、耐薬品性にも優れることから、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ樹脂を用いることが好ましい。

ＰＰＳ樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、硫黄結合によって連結された下記式（１）に示すポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。下記式（１）の構造を持つＰＰＳ樹脂は、融点が約２８０℃、ガラス転移点が９３℃であり、極めて高い剛性と、優れた耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性、耐薬品性、摺動特性などを有する。ＰＰＳ樹脂は、その分子構造により、架橋型、半架橋型、直鎖型、分岐型等などのタイプがあるが、本発明ではこれらの分子構造や分子量に限定されることなく使用できる。

ＰＥＥＫ樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、カルボニル基とエーテル結合によって連結された下記式（２）に示すポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。下記式（２）の構造を持つＰＥＥＫ樹脂は、融点が約３４０℃、ガラス転移点が１４３℃であり、優れた耐熱性、耐衝撃性、耐摩耗性、耐薬品性、摺動特性などに加え、優れた溶融成形性を有する。

本発明で使用できるＰＴＦＥ焼成粉末は、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成した粉末である。上記ＰＴＦＥ樹脂としては、−（ＣＦ_２−ＣＦ_２）ｎ−で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（−Ｃ_ｐＦ_２ｐ−Ｏ−）（ｐは１−４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ_２）_ｑ−）（ｑは１−２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末は、上記ＰＴＦＥ樹脂の粉末を加熱焼成したものでも、上記粉末を成形体とし、これを加熱焼成して焼結体とした後に、粉砕して粉末にしたもののいずれであってもよい。ＰＴＦＥ樹脂の焼結体を粉砕して粉末にしたもののほうが、樹脂組成物中での分散性に優れ、成形体であるリテーナリングの耐摩耗特性と低摩擦特性が優れるため好ましい。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末は、アスペクト比が３以下の粉末であることが好ましい。アスペクト比が３をこえる場合では、樹脂組成物中での分散性に劣り、成形体であるリテーナリングの耐摩耗特性等が低下するおそれがある。

また、上記ＰＴＦＥ焼成粉末は、その粒子径が１５０μｍ以下の微粒子であることが好ましい。粒子径が１５０μｍをこえると、成形体であるリテーナリングの耐摩耗特性が低下するおそれがある。また、その５０％粒子径が５０μｍ以下の微粒子であることが好ましい。５０％粒子径が５０μｍをこえると、上記同様、成形体であるリテーナリングの耐摩耗特性が低下するおそれがある。

５０％粒子径（メディアン径）は、レーザー解析粒度分布測定装置により、粒子径と固体粒子量との粒度分布曲線を求めた場合において、全体固体粒子量に対する積算固体粒子量が５０％となる粒子径である。なお、レーザー解析粒度分布測定装置としては、リーズ・アンド・ノースラップ社製マイクロトラックＨＲＡがある。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末は、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末であってもよい。該処理より、均一分散性がより優れるようになる。

本発明で使用できるＰＴＦＥ焼成粉末の市販品としては、喜多村社製：ＫＴ３００Ｍ、ＫＴ４００Ｍ、ＫＴＬ６１０、ＫＴＬ４５０、ＫＴＬ８Ｎ、ＫＴＬ１０Ｎ、旭硝子社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、住友３Ｍ社製：ホスタフロンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、加熱焼成後にγ線または電子線等を照射した粉末としては、喜多村社製：ＫＴＬ６１０、ＫＴＬ４５０、ＫＴＬ８Ｎ、ＫＴＬ１０Ｎなどが挙げられる。

上記ＰＴＦＥ焼成粉末の配合割合は、上記熱可塑性エンジニアリングプラスチック１００体積部に対して１０〜２０体積部であることが好ましい。ＰＴＦＥ焼成粉末の配合割合が１０体積部未満であると、成形体であるリテーナリングの低摩擦特性に劣り、研磨パッドを摩耗しやすくなる。一方、ＰＴＦＥ焼成粉末の配合割合が２０体積部をこえると、成形体であるリテーナリングの耐摩耗特性が劣るおそれがある。ＰＴＦＥ焼成粉末の配合割合を上記範囲内とすることで、後述する実施例に示すうように、成形体であるリテーナリングにおいて、耐摩耗特性を損ねることなく低摩擦特性が優れる。

リテーナリング（樹脂製リング）を形成する樹脂組成物において、上記熱可塑性エンジニアリングプラスチックおよびＰＴＦＥ焼成粉末のほかに、他の任意の配合材を配合してもよい。この場合、ＰＴＦＥ焼成粉末より多量の配合は耐摩耗性と低摩擦特性を低下させるので好ましくない。また、ウィスカや繊維物などのアスペクト比が高く配向性が高い配合材は、相手材である研磨パッドの摩耗を促進させるため避けることが好ましい。最も好ましい態様は、上記熱可塑性エンジニアリングプラスチックに、上記ＰＴＦＥ焼成粉末のみを配合することである。

本発明のリテーナリング（樹脂製リング）は、以上の材料からなる樹脂組成物の成形体である。上記各材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、粉末原料をヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。また、配合材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。成形方法としては、射出成形、押出し成形、加熱圧縮成形などのいずれを採用してもよいが、ウェルドを有さない成形体とできる成形方法が好ましい。ウェルドを有さない成形体とすることで、内部密度が均一となり、耐摩耗特性が均一となる。

本発明のリテーナリングの製造方法としては、ディスクゲートを用いた金型によって金属基材とインサート成形（射出成形）する方法を採用することが好ましい。具体的には、（１）熱可塑性エンジニアリングプラスチックにＰＴＦＥ焼成粉末が配合された樹脂組成物からなるペレットを射出成形機に投入して、あらかじめ金属基材が配置されたディスクゲートを用いた金型によって射出成形する工程と、（２）成形された成形体から機械加工によってディスクゲートを削除する工程とを有する製造方法が好ましい。

（１）の工程において、樹脂組成物のペレットは、上述の混合・混練手段により得ることができる。ディスクゲートは、成形体（リテーナリング）を形成する円環形状キャビティの内壁全周にわたり設けられるゲートである。金型のキャビティ内に、金属基材として円環形状で断面長方形の金属リングを予め配置しておき、上記樹脂組成物をインサート成形（射出成形）して、該金属リングと並列で一体化された円環形状で断面長方形の樹脂製リングを成形する（図２参照）。成形後のディスクゲートは、（２）の工程において、機械加工によって削除する。

また、半導体ウェハを研磨する化学機械研磨装置では、高い精度が要求されることから、上記成形体を得た後に、さらに、研磨パッドと接触するリテーナリングの摺動面を研磨する工程を追加することが好ましい。

以上の製造方法により、耐摩耗特性と低摩擦特性が優れたリテーナリングを容易に製造することができる。特にディスクゲートを用いることで、ウェルドの無いリテーナリングが容易に製造できる。また、上記方法では、樹脂製リングと金属基材との一体化を樹脂製リングの成形時に同時に行なえるので、樹脂製リングを金属基材に接着やボルトにより固定する従来の方法と比較して、製造工程が簡略化できる。さらに、上記従来の方法と比較して、樹脂製リテーナリングと金属基材との間で、脱脂不良や硬化不良などの接着不良が生じない。

本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。

各実施例および各比較例に用いた樹脂組成物の配合材料を以下に示す。
（１）ＰＰＳ樹脂：東ソーサスティール社製；１６０Ｎ
（２）ＰＥＥＫ樹脂：ビクトレックス社製；ＰＥＥＫ１５０Ｐ
（３）ＰＴＦＥ樹脂粉末１（焼成）：喜多村社製；ＫＴ３００Ｍ（最大粒子径１４８μｍ、５０％粒子径４０±５μｍ（マイクロトラックＨＲＡ））
（４）ＰＴＦＥ樹脂粉末２（焼成）：喜多村社製；ＫＴＬ６１０（最大粒子径６３μｍ、５０％粒子径１２±３μｍ（マイクロトラックＨＲＡ））
（５）ＰＴＦＥ樹脂粉末３（未焼成）：三井・デュポンフロロケミカル社製；テフロン（登録商標）７Ｃ
（６）ポリイミド樹脂粉末：宇部興産社製；ＵＩＰ−Ｒ
（７）酸化チタン粉末：石原産業社製；タイペークＣＲ−６０

実施例１〜実施例３および比較例１〜比較例４
表１に示す割合の樹脂組成物からなる成形用ペレットを射出成形機に投入して、ディスクゲートを用いた金型によって射出成形してリング状試験片（φ１７×φ２１×１０ｍｍ）を得た。成形後のゲート部は機械加工によって削除した。得られたリング状試験片を以下の摩擦摩耗試験に供し、摩擦係数、摩耗高さを測定するとともに、相手材の摩耗状態を確認した。結果を表１に併記する。

＜摩擦摩耗試験＞
図３に示すスラスト型摩擦摩耗試験機を用いた。リング状試験片９が負荷軸１１に取り付けられ、相手材（研磨パッド）１０が回転軸１２に取り付けられている。リング状試験片９の内径側空間１３に研磨用スラリーが充填される。この状態で、リング状試験片９は、負荷軸１１により荷重Ｗを負荷されながら、回転軸１２とともに所定の回転数で回転する相手材（研磨パッド）１０と摺接する。リング状試験片９を回転させた際のリング状試験片９と相手材１０との摺動面に生じる摩擦力をロードセルにより測定する。試験後の動摩擦係数、摩耗高さを測定し、相手材である研磨パッドの摩耗状態を目視により確認する。具体的な試験条件等を下記に示す。

試験機：スラスト型摩擦摩耗試験機
研磨パッド：ニッタ・ハース社製ＳＵＢＡ４００（ＳＵＳ基材に接着；φ８×φ３３×５ｍｍ）
研磨用スラリー：ＣＡＢＯＴ社製ＣＭＰスラリー
面圧：０．１３ＭＰａ
周速：５５ｍ／ｍｉｎ
試験時間：１０時間
評価対象：（１）１０時間後の摩擦係数
（２）１０時間後の試験片の摩耗高さ（４ヶ所測定の平均値）
（３）１０時間後の研磨パッドの摩耗状態（目視）
試験数：ｎ＝２

実施例１〜３は、自己摩耗および研磨パッドの摩耗も少なく、従来品の樹脂組成である比較例１および２より優れている。また、ＰＴＦＥ焼成粉末を配合しない比較例３および４は、研磨パッドの摩耗は少ないが、自己摩耗が多く、リテーナリング材の摩耗粉が研磨パッドに多く入り込んでいたことから、ウェハの研磨性能が低下すると考えられる。

本発明のリテーナリングは、自己および研磨パッドの摩耗を低く抑えることができ、長寿命化が図れるので、半導体ウェハなどを研磨する化学機械研磨装置のリテーナリングとして好適に利用できる。

１ リテーナリング
２ 樹脂製リング
３ 金属製基材
４ 研磨ヘッド
５ ウェハ
６ 研磨パッド
７ 研磨定盤
８ インサートパッド（弾性体）
９ リング状試験片
１０ 相手材（研磨パッド）
１１ 負荷軸
１２ 回転軸
１３ 内径側空間

Claims (14)

1. 研磨ヘッドに保持されたウェハを回転する研磨パッドに押し付けるとともにスラリーを供給して研磨する際に、前記研磨ヘッドに支持されて前記研磨パッドに接触しつつ前記ウェハの周囲を包囲するリテーナリングであって、
   該リテーナリングは、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにポリテトラフルオロエチレン焼成粉末が配合された樹脂組成物の成形体であることを特徴とするリテーナリング。
2. 前記ポリテトラフルオロエチレン焼成粉末の配合割合が、前記熱可塑性エンジニアリングプラスチック１００体積部に対して１０〜２０体積部であることを特徴とする請求項１記載のリテーナリング。
3. 前記熱可塑性エンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のリテーナリング。
4. 前記熱可塑性エンジニアリングプラスチックが、ポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のリテーナリング。
5. 前記ポリテトラフルオロエチレン焼成粉末が、粒子径１５０μｍ以下の粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のリテーナリング。
6. 前記ポリテトラフルオロエチレン焼成粉末が、５０％粒子径５０μｍ以下の粉末であることを特徴とする請求項５記載のリテーナリング。
7. 前記ポリテトラフルオロエチレン焼成粉末が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の焼結体を粉砕した粉砕粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項記載のリテーナリング。
8. 前記ポリテトラフルオロエチレン焼成粉末が、アスペクト比３以下の粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載のリテーナリング。
9. 前記リテーナリングは、ウェルドを有さない成形体であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項記載のリテーナリング。
10. 前記リテーナリングは、ウェルドを有さない射出成形体であることを特徴とする請求項９記載のリテーナリング。
11. 前記リテーナリングは、ディスクゲートを用いた金型で射出成形された射出成形体であることを特徴とする請求項１０記載のリテーナリング。
12. 前記リテーナリングは、金属基材とインサート成形された射出成形体であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項記載のリテーナリング。
13. 研磨ヘッドに保持されたウェハを回転する研磨パッドに押し付けるとともにスラリーを供給して研磨する際に、前記研磨ヘッドに支持されて前記研磨パッドに接触しつつ前記ウェハの周囲を包囲するリテーナリングの製造方法であって、
    該リテーナリングの製造方法は、熱可塑性エンジニアリングプラスチックにポリテトラフルオロエチレン焼成粉末が配合された樹脂組成物からなるペレットを射出成形機に投入して、あらかじめ金属基材が配置されたディスクゲートを用いた金型によって射出成形する工程と、成形された成形体から機械加工によってディスクゲートを削除する工程とを有することを特徴とするリテーナリングの製造方法。
14. ディスクゲートを削除する工程の後に、前記研磨パッドと接触する前記リテーナリングの摺動面を研磨する工程を有することを特徴とする請求項１３記載のリテーナリングの製造方法。

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