JP3986733B2 - 化学的機械的研磨のためのリテーニングリング - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板の研磨に関したことで、もっと具体的には基板を研磨する途中に基板をリテーニングするためのリテーニングリングに関したことである。特に、本発明はCMPシステムの研磨均一性及び（又は）除去率を向上させるための表面特性を有するリテーニングリングに関したことである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造に使用されるシリコン基板及びウェーハのような薄い基板はCMPシステムを使用して研磨されることや平坦化される。一般的に、CMPシステムはキャリアプレート（carrier plate）又は圧力板（pressure plate）と回転可能な研磨テーブル（polishing table）又はプラテン（platen）によって支持される研磨パッド（polishing pad）の間に位置した基板と共に作動する。円形のリテーニングリングは普通キャリアプレートに連結される。研磨をする間、基板（例えば、半導体ウェーハ）はリテーニングリングによってキャリアプレートと研磨パッドの間に配置される。キャリアプレート及び（又は）研磨パッドは密着して異なるに運動して研磨動作を基板に伝達する。研磨パッド及び（又は）キャリアプレート（基板含み）は一般的に回転速度が違って研磨パッドと基板表面の間で相対的に運動することになる。研磨パッドと基板表面の間で側方向運動は伝達される。コロイドシリカースラリー（colloidal silica slurry）のような研磨スラリー（abrasive slurry）が研磨パッドと基板に提供され研磨を促進することになる。
【０００３】
CMPシステムのキャリアプレートとリテーニングリングはCMP装備のヘッドアセンブリ（head assembly）の一部である。キャリアプレートはキャリア基板表面に対して基板をリテーニングリングするための真空ポート（vacuum ports）又は他の装置に構成される。リテーニングリングは研磨の中にキャリアプレートで基板が離脱（dislodgement）することを防止する。従来には、リテーニングリングがキャリアプレートに固着されリテーニングリングのパッド側面が研磨の中に研磨パッド表面に接触されなかった。代わりに基板がリテーニングリングの表面以上に拡張されリテーニングリングに接触する前に研磨パッドに接触して、基板表面が研磨される。研磨の中に基板がリテーニングリング以上に拡張されるから、基板がたまにリテーニングリングと研磨パッドの間にある隙間に抜け出ることができる。
【０００４】
基板が抜け出る可能性を減らしてエッジの均一性（edge uniformity）を向上させるために、別途に作動するリテーニングリングとキャリアプレート又は圧力板を有するCMPヘッドアセンブリが持続的に開発されている。このようなシステムは“米国特許第 5,681,215 号明細書”に開示されている。システムで、個別的に研磨パッド表面側に動いたり表面から遠くになるように構成されるリテーニングリングとキャリアリングはお互いに連結されている。従って、研磨工程の中に研磨パッドに接触する位置にリテーニングリングが配置されるように調節して基板が抜け出る可能性を減らすことになる。このようなシステムを使用して、リテーニングリングが基板に前に研磨パッドに接触するように調節されながらヘッドアセンブリ及び基板が研磨パッドに密着することになる。一旦リテーニングリングが研磨パッドに接触されると、基板下部面（又は研磨された表面）と研磨パッド表面の間に所望の量の圧力を生成させるためにキャリアプレートが研磨パッドに比例して個別的に調節されることができる。
【０００５】
従来のCMPシステムの短所はCMP工程の中に基板エッジのプロファイル（profile）調節が難しいと言うことである。研磨スラリーの散布及び圧力下の研磨パッドのプロファイルは半導体基板のポスト−CMP膜厚さプロファイル（post-CMP film thickness profile）に大きな影響を及ぼす。スラリーの散布及び圧力下研磨パッドのプロファイルによるエッジプロファイル効果（edge profile effects）を明かすための試みが続けられているが、新しいサーブミクロン素子技術に要求される進歩が成らなくている。
【０００６】
図１は研磨パッド１２を支持する回転プラテン１０を有する従来のCMP研磨装置を示す図面である。ここで、研磨パッド１２はプラテン１０に接着される。例えば、水等の反応制、シリコンジオキサイド（silicon dioxide）等の研磨粒子、及び水酸化カリウム（potassium hydroxide）等の化学反応触媒を含むスラリー膜１４がスラリー注入ポイント１６によって研磨パッド１２上に提供される。個別的に動作するキャリアプレート１８とリテーニングリング２０を有するヘッドアセンブリ１１が提供され研磨用研磨パッド１２の上部面に対して基板２２を支持することになる。基板２２をホルディングするための真空ポート２４又は他の装置がキャリアプレート１８に提供される。図１の矢印に図示されたように、プラテン１０とヘッドアセンブリ１１は個別的に動くことができる。例えば、プラテン１０とヘッドアセンブリ１１は同一な方向に回転することができるが、その速度は違う。かつ、ヘッドアセンブリ１１は前後左右に動くことができる。
【０００７】
図１で分かるように、ヘッドアセンブリ１１に対してプラテン１０が相対的に動く間にリテーニングリング２０は基板２２を支持する。リテーニングリング２０の下部面（又はパッド側面）が基板２２の下部面（又はパッド側面）以上に研磨パッド１２方向に大きくて基板２２周囲の外部を回った研磨パッド１２の上部面（又は研磨側面）に接触され押しつけることになる。それから、動くことができるキャリアプレート１８がリテーニングリング２０と別途に調節され基板２２と研磨パッド１２の間に所望の圧力を加えることができる。
【０００８】
図２は平坦な下部面（又はパッド側面）３０と従来のリテーニングリング２０を裏返した図面である。図３は従来のCMP工程を通じて研磨を実行する間に研磨パッド１２、基板２２、及び従来の平坦化された表面を有するリテーニングリング２０の間の相互関係を示す図面である。図３に図示されたように、パッド１２の上部面（又は研磨側面）が基板２２とリテーニングリング２０から圧力を受けて基板２２の外部周辺エッジ及びリテーニングリング２０の内部周辺エッジまでこの圧力を伝達することになる。従って、図３に図示されたように、基板２２の外部エッジに隣接したパッド１２の上部面がアーチ形になって、研磨の中にパッド１２の上部面と基板２２の下部面（又はパッド側面）の間の“接触面積”が減少されることができる。これによって、研磨する中であるプロファイルによってフラット−ゾーン領域（flat-zone area）、即ち基板の中央に隣接した領域があんまりに多い研磨され（over-polishing）、基板２２のエッジ領域、即ちリテーニングリング２０に隣接した基板２２のエッジ領域は余り少なく研磨される（nuder-polishing）問題点が発生する。結果的に、基板２２の中央では層が薄くなり（薄くになることや）基板２２のエッジでは層が厚くになるから、例えば半導体基板の均一性が低下される。このように半導体基板の均一性が低下されると素子の収率（device yield）だけでなくエッチング及び写真工程の間に移行される半導体製造基準（semiconductor fabrication criteria）に悪影響を掛けることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した諸般問題を解決するために、本発明によるCMPリテーニングリングはCMP工程を実行するの間に基板除去率及び（又は）基板除去均一性を向上させることができる外部に傾いた表面特性を有する。研磨工程の中にCMP研磨パッドに連結された上述したCMPリテーニングリングの外部に傾いた表面形態が相互作用して研磨特性を向上させる。
【００１０】
掲示された方法及び装置の実施形態にあって、外部に傾いた表面特性を有するリテーニングリングが研磨のうちに基板下部の研磨パッドの上部面（又は研磨側面）を平坦化させることができるリテーニングリング下部面（又はパッド側面）上に提供される。研磨パッドとリテーニングリング間の相対的回転方向に対して、外部に傾いた特性を有する表面はリテーニングリングの内部周辺に又はそれと隣接した所に定まった上昇区間（leading edge）とリテーニングリングの外部周辺に又はそれと隣接した所に定まった下降区間（trailing edge）を有する。表面特性プロファイルが定まって上昇区間と下降区間の間を拡張させる。このような構成によって、外部に傾いた特性を有する表面によって研磨のうちにパッド上へストレッチング（stretching）及びプッシング（pushing）運動が実行され研磨ヘッドアセンブリ下部と研磨された基板下部の研磨パッドの上部面を平坦化させる。表面の形態は間歇的に後退された領域及び（又は）突出された領域としてCMPリテーニングリング下部面上に提供される。
【００１１】
これとして、上述したリテーニングリング表面特性によって研磨パッド上部表面が平坦化され研磨された基板のエッジプロファイル及びこれと関連した厚さ均一性（thickness uniformity）を向上させる。リテーニングリングに対して特別な要求なしもこんな長所は成就されることができる。かつ、ウェーハのエッジに関連されたヘッド間の偏差（head-to-head variation）がマルチ−ヘッド装置（multi-head machine）で減少されることができる。かつ、フラット−ゾーン性能（flat-zone performance）が向上される。｛すなわち、半導体基板のフラット−ゾーンが研磨され過ぎることがなく（not over-polishing）、かつ基板の外部周辺領域の研磨が不足することもない（not under-polishing）｝。もう一度言って、パターン集積依存度（pattern density dependency）が低いようにウェーハレベル及び２−レベル（level and di-level）の平坦度が向上される。
【００１２】
上述した外部に傾いた表面特性を有するリテーニングリングが含まれたCMP研磨システムが使用されると研磨率（polishing rate）がもっと高まってスループット（throughput）が向上される。こんな長所は上述した特性を有するリテーニングリングの表面が研磨パッド上部面と相互作用することでどのぐらい得ることができる。例えば、本発明の一実施形態ではリテーニングリング表面部位の比較的鋭いエッジが使用されパッドが調節されスラリーの運送が容易になる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置するグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、かつ当該 CMP リテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面と前記下部面とが、エッジフィレットにより結ばれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面と前記外壁面との間に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置するグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置するグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、かつ当該 CMP リテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面に、当該 CMP リテーニングリングよりも相対的に硬い材料から作られた層が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の凸部からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された連続する凸部からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の凸部からなる列および連続する凸部からなる列が、前記下部面の面上にそれぞれ複数本ずつ設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の凹部からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１６記載の発明は、平面視円弧状に形成された前記グルーブ、前記凸部からなる列、および前記凹部からなる列が、当該 CMP リテーニングリングの中心から測定して前記内壁面までの距離の約７０〜７５％の位置を中心とするとともに、当該 CMP リテーニングリングの中心から測定して前記内壁面までの距離の約５５〜６５％を半径とする円上に位置するように設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１７記載の発明は、請求項１から１６のいずれか一項に記載の CMP リテーニングリングと、前記 CMP リテーニングリングが装着されるキャリアプレートと、を具備することを特徴とする。
【００２２】
請求項１８記載の発明は、研磨パッドの上部面と接触するよう、 CMP リテーニングリングの内壁面の内側に基板を位置させる段階と、前記研磨パッドの上部面に前記 CMP リテーニングリングの下部面が接するよう、前記 CMP リテーニングリングを位置させる段階と、前記 CMP リテーニングリングの下部面と前記研磨パッドと上部面の間で相対的に回転するよう、前記 CMP リテーニングリングと前記研磨パッドを回転させる段階と、を備え、前記 CMP リテーニングリングは、請求項１から１６のいずれか一項に記載の CMP リテーニングリングであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
ここに、掲示された方法及び装置は研磨工程の間にCMPリテーニングリング（retaining ring）がCMP研磨パッド（polishing pad）に接触する任意のCMP工程システムに使用されることができる。このような研磨システムの例では（“Applied Material”から購入することができる）Mirra、Strasbaugh、SpeedFam等のような個別的に作動するCMPリテーニングリングとキャリアプレート（carrier plate）を含むが、これに限定しない。こんなシステムに対してもっと詳しい情報はここで参照した“米国特許第 5,681,215 号明細書”で得ることができる。
【００２５】
掲示された方法と装置が利用されたCMP適用の例は半導体基板又は他の形態の表面を除去する任意のCMP適用を含む。ここで使用された“基板”はシリコン又はガリウムビソ（GaAs）のような半導体ウェーハ基板を含む任意の半導体基板を称えるが、これに限定しない。ここで“基板”は特に半導体ウェーハ又はウェーハ上に形成された多様な工程層を有する半導体ウェーハを含むことは自明である。ここで、“層（layer）”は“膜（film）”と通用されることができる。例えば、一実施形態では掲示された方法と装置が64M SDRAM製品用BPSG（borophosphosilicate glass）膜をCMP工程に研磨することに使用され写真工程及び素子収率（device yield）を向上させる。適用の他の例は64M SDRAM STI-CMP工程とタングステン、銅、ポリシリコン、アルニウム、酸化物、及びこれらの化合物を含む任意のCMP工程を含むが、これに限定しない。
【００２６】
図４はCMPリテーニングリング５０の下部面（又はパッド側面）５４上に定まったアーチ形のグルーブが掘れた表面特性５２を有するリテーニングリング５０の一実施形態を示す。図５は基板６０をCMP工程に研磨するために使用する図４に図示されたリテーニングリング５０を示す。研磨工程の中に、リテーニングリング５０の下部面５４はCMP研磨パッド６２の上部面（又は研磨表面）６４に接触される。図示されたように、研磨の中にはリテーニングリング５０はCMPパッド６２の上部面６４と接触する位置と上部面６４とCMPキャリアプレート（図面に未図示）の間の位置内に基板６０が盛られて維持されるようにする。
【００２７】
図５に図示されたように、キャリアプレート（図面に未図示）、基板６０、及びリテーニングリング５０が上述したように研磨パッド６４に対してどのくらい回転することができるように研磨工程の間に研磨パッド６４及び（又は）CMPヘッドアセンブリが回転される。パッド６２とヘッドアセンブリの回転方向は（矢印が指すように）反対であることや同一であり（同一であることや）、回転軸が同一であることや違う。又は、パッド６２とリング５０のうちに一つだけ回転する。パッド６２とリング５０に対して使用された“相対回転（relative rotation）”はパッド６２及び（又は）リング５０の動作が結合して発生されたパッド６２の上部面とリング５０の下部面の間の相対回転動作差異を意味することは明白である。同時に、ヘッドアセンブリは図５の矢印が示すようにパッド６２に対して前後左右に動くことができる。研磨パッド６２に対したヘッドアセンブリと基板６０運動の任意的結合はただ一つのヘッドアセンブリ又は研磨パッド６２の回転及び（又は）ヘッドアセンブリが側面には動かない状態でのヘッドアセンブリ及び（又は）研磨パッド６２の回転を含むが、これに限定しないことは明白である。かつ、ヘッドアッセンブリは、パッド６２に対して楕円運動及び（又は）前後左右運動をすることができる。
【００２８】
図３に還ると、従来のCMP工程の間に下部パッド圧力領域３２と下部基板圧力領域３３がリテーニングリング２０の内部周辺エッジ（inner peripheral edge）から基板２２の中央に（又は中央内部に）形成されるが、周辺領域に間隙（gap）が発生して少なくとも研磨パッド１２の上部面１５と基板２２が接触する地点まで拡張される。領域３２，３３内でパッド圧力と基板圧力が低まるから、基板２２の表面を横切る圧力の均一性（pressure uniformity）が減少し酷い場合にはパッド及び基板の間に間隙が発生されることができる。従来の平坦化された表面を有するリテーニングリング２０が使用され基板２２を研磨すると、二つの偏向力（deflection force）の中に少なくとも一つによって減少されたパッド圧力と基板圧力の不必要な領域が形成されることもする。従来のリテーニングリング２０の平坦化表面が押しつけると、研磨パッドの上部面１５の強度効果（rigidity effect）によって静的偏向力（static deflection force）が生ずる。減少された圧力の領域３２，３３内には、上部面１５の強度が持続的に分離され（分離されることや）、上部面１５の強度のような多い要素による内部からの距離のための上部面１５と基板２２の間の圧力とリテーニングリング２０の平坦化面３０と上部面１５に対した基板２２の下部面（又はパッド側面）２３の間の距離のためのリテーニングリング２０及び（又は）基板２２によって加われた圧力を上部面１５に伝達する。
【００２９】
ヘッドとプレートンが回転している時、静的偏向力と共に又は交替に動的偏向力（dynamic deflection force）が発生する。このような場合に、研磨パッド１２を横切って動くヘッドアセンブリの方向と隣接したリテーニングリング２０の上昇内部周辺（leading inner periphery）の下降区間（trailing edge）が分割され、間隙領域（gap area）３２に図示されたように、上部面１５を下部に偏向させる。研磨パッド１２を横切って動くヘッドアセンブリの方向で遠く離れたリテーニングリング２０の下降内部周辺（trailing inner periphery）の上昇側（leading side）も分割され、領域３３内の研磨パッドの上部面１５を下部に偏向させる。リテーニングリング２０の上昇側の内部周辺上に動的偏向特性（dynamic deflection characteristics）が上述した静的偏向力に加われて、減少された圧力領域３２、又は上部面１５が圧力を回復し（回復することや）基板下部面２３と接触する地点の長さをもっと拡張させる。同一に、例えば、従来のリテーニングリング２０の下降側（trailing side）の内部周辺にすぐ隣接する上部面１５の面積が増加することで、減少された圧力領域３３はリテーニングリング２０の下降側の内部周辺で実質的にその長さが減少することになる。
【００３０】
図３とは反対に、上述した外部に傾いた表面特性を有するリテーニングリングは下部パッド圧力領域３２と下部基板圧力領域３３を減少させることや事実上除去することで、研磨均一性を増加させる役割をする。基板表面７０を横切るパッド圧力がもっと均一に分布するから、こんな現状を“パッド／基板圧力均一性の増加”と言う。図５を参照すると、研磨パッド６２の上部面６４をストレッチング（stretching）させるために研磨工程を実行する間に、リテーニングリング５０の下部面（又はパッド側面）５４上のアーチ形のグルーブが掘れた表面形態５２と研磨パッド６２の上部面（又は研磨表面）６４との相互作用を通じてエッジ領域６６で基板６０の下部をもっと平坦に作る。矢印６８が示すように、基板６０の中央から遠くになった外部からの方向とリテーニングリング５０の周辺からの方向内でパッド６２の上部面６４に伝達された張力（tension）によってストレッチング運動がパッド６２の上部面６４に伝達される。エッジ領域６６に図示されたように、接触／同一下降力（downforce）又はパッド／基板圧力が研磨パッド６２の上部面６４と基板６０の上部面７０の間で基板６０の先行エッジや周辺エッジまで又はその近傍まで維持される。従って、基板６０の上部面７０の間の接触面積が増加されフラットゾーン６６に含まれた基板６０の下部表面７０全般に掛かって実行される研磨の均一性を得ることができる。これによって、エッジプロファイル厚さの均一性が向上される。
【００３１】
図５をもう一度参照すると、リング５０の周辺内に位置した研磨パッド６２の上部面６４を平坦化させる上部面６４に加われた外部張力によって動的及び静的偏向力全て反作用（counteraction）を起こす。リテーニングリングがパッドと接触して回転する時、上部面６４に加われた張力が上述した特性を有するリテーニングリング表面によって伝達される。
【００３２】
図４にあって、アーチ形のグルーブが掘れた表面特性５２は各々矢印が指示するように、リング／パッドの差動回転方向（differential direction of rotation）に外部を向いて傾いている。外部に傾いた各表面特性５２は基板特性プロファイル５７に連結された上昇区間５６と下降区間５８を持っている。矢印が指示する方向内でリテーニングリング５０の下部面（又はパッド側面）５４と上部面（又は研磨表面）６４の間に相対回転が成ると、各上昇区間５６が各上昇区間５６に連結された下降区間５８より先行するように基板特性プロファイル５７は傾く。結果的に、外部に傾いた各表面特性５２は上部面６４と接触し握り締めることや上部面６４と摩擦を起こすことで、上部面６４に対して傾いた表面特性５２の動的な運動によってリテーニングリング５０の外部周辺方向に研磨パッド表面６４をプッシング（pushing）及びストレッチング（stretching）させることや変位（displacement）させる。このようなストレッチング運動をここでは“動的周辺ストレッチング（dynamic periphreal stretching）”と言う。
【００３３】
ここで使用された“傾いた表面特性プロファイル（inclined surface characteristics profile）”は表面特性の上昇区間と下降区間の間の直線形、アーチ形、又は多様なプロファイル形態を有した表面特性プロファイルを含む。多様なプロファイル形態は直線形及びアーチ形プロファイルが結合された形態、他のアーチ形プロファイル形態が結合された形態、不規則プロファイル形態（例えば、非直線形及び非アーチ形）等を含む。かつ、ここの “外部に傾いた表面特性プロファイル（outwardly inclined surface characteristics profile）” はリテーニングリング内部周辺で定義された上昇区間とリングの外部周辺に定まった対応される下降区間を有する表面特性プロファイルを言う。上昇及び下降区間はリテーニングリングの下部面と研磨パッドの上部面の間の相対回転方向に対して境界が定まって、相対回転方向内で回転する時、上昇区間が研磨パッドの上部面に対して同一なプロファイルを有する対応される下降区間より前にあることになる。“内部に傾いた表面特性プロファイル（inwardly inclined surface characteristics profile）”はリテーニングリング外部に定まった上昇区間とリングの内部周辺に定まった対応される下降区間を有する表面特性プロファイルを言う。上昇及び下降区間は上述したリング／パッド相対回転方向に対して範囲が定まる。表面特性プロファイルが実際にリテーニングリングの与えられた周辺に交差することや周辺に隣接した所だけ定まったエンド（end）を有することや、本発明では上昇又は下降区間が与えられた周辺に一番近接に配置された表面特性プロファイル領域であると上昇又は下降区間はリテーニングリングの与えられた領域に“定まった（at defined）”ことに見なすことは明白である。
【００３４】
表面特性５２によって上部面６４に加われた外部からの張力の量は上部面６４に対したリテーニングリング５０の圧力、リテーニングリング５０と上部面６４の間の相対回転速度、表面特性５２の傾斜度、表面特性５２の形態、表面特性５２の数効及び集積度等のような要素によって決定される。従って、本発明の特徴にあって、表面特性の数効と寸法を変化させ個別的環境と研磨パッド物質に合う最適の張力を得ることができるのはこの分野に通常的な知識を有した者には明白である。
【００３５】
図６は図４に図示されたアーチ形のグルーブが掘れたリング５０の表面特性のようなアーチ形の外部に傾いた表面特性５２を有するリテーニングリング５０の一実施形態を示す。特性を有するリテーニングリング５０は各々リテーニングリング５０の内壁面９０に定まった上昇区間５６とリテーニングリング５０の外壁面９２に定まった下降区間５８有する。図４に図示されたグルーブ（groove又はtrench）のようなアーチ形プロファイル５７は各上昇区間５６と下降区間５８の間に定まる。図６に図示された実施形態にあって、３６個の表面特性（例えば、グルーブ）が約８″の内部周辺直径と約１０″の外部周辺直径を有するリテーニングリング中に定義され約８″直径半導体ウェーハをホルディングするように配列される。グルーブが掘れた表面特性を含んだ表面特性は幅と深さを変化させ配列されることができる。図６の実施形態にあって、グルーブが掘れた表面特性は各々約１／４″幅と約１／４″の深さを有するが、これらの用語は下に定義されてある。
【００３６】
寸法は個別的表面特性（例えば、各々断続的な隆起（bump）と沈降（dimple）等の寸法）と言う点で示されることや、全て表面特性プロファイル寸法（例えば、断続的な多重特性（multiple characteristics）に構成されたプロファイル全て寸法又はグルーブや隆起（ridge）等の単一特性（single characteristic）に構成されたプロファイル全て寸法）と言う点で示される。
【００３７】
ここで、自然的に隆起し（隆起することや）沈降された表面特性又は表面特性プロファイルの“幅”は個別的表面特性の前後境界面の間（例えば、図８に図示されたグルーブが掘れた特性５２を有した表面の前面９９と後面９５の間）での水平距離に定まる。一実施形態にあって、約８″半導体ウェーハを研磨するように配列されたCMPリテーニングリングを使用するためのグルーブが掘れた表面特性プロファイルの幅は約１／８″又は１／２″であり、この値はもっと大きいことや小さいとしてもかつ個別的表面特性内で変わっても差し支えない。
【００３８】
ここで、沈降された表面特性又は表面特性プロファイルの深さは下部面５４のから一番遠い沈降された表面特性の境界までのリテーニングリングの下部面（パッド側面）５４の間の垂直距離（例えば、図９（ａ）や図１９に図示された下部面５４とグルーブが掘れることや沈降された底面１０２の間の垂直距離）に定まる。これと同一に、隆起された表面特性又は表面特性プロファイルの高さは下部面５４から一番遠い隆起された表面特性の境界までのリテーニングリングの下部面（又はパッド側面）５４の間の垂直距離（例えば、図１５と図２０に図示された下部面５４と隆起された表面特性のトップ（top又はapex）の間の垂直距離）に定義される。
【００３９】
一実施形態にあって、８″半導体ウェーハを研磨するように配列されたCMPリテーニングリングを使用するためのグルーブが掘れた表面特性プロファイルの深さは約１／８″又は１／２″である。隆起された表面特性を有する他の実施形態にあっては、これと類似な寸法も可能である。これらにあって、深さや高さがもっと小さいことやもっと大きくても、そして個別的表面特性内で深さや高さの値が変わっても差し支えない。かつ、同一なリテーニングリング上に隆起された表面特性と沈降された表面特性が混合されることや、その上に表面特性プロファイル内でその値が変わってもやはり差し支えない。幅、深さ、及び高さの寸法が違っても、８″リテーニングリングに使用された表面特性の幅、深さ、及び高さは１２″リテーニングリングにも使用されることができる。
【００４０】
この実施形態ではリテーニングリング５０が８″半導体ウェーハに使用されたが、ここに掲示された方法及び装置は上述したCMP方法と類似な方式にリテーニングリングと研磨パッドを使用して研磨された半導体ウェーハと任意の他の基板形態を含んだ、他の寸法を有する基板（例えば、１２″、６″、４″等の直径を有した半導体ウェーハ及び他の基板）を研磨するために大きさ別に配列されたリテーニングリングを使用することができるのは明白である。かつ、任意の特別な応用で使用される多い表面特性プロファイルは所望のとおりに変化することができるのは明白である。例えば、８″半導体ウェーハを研磨するために使用された掲示された方法及び装置の他の実施形態は図６に図示されたような寸法を有したCMPリテーニングリング内に３０プロファイル（例えば、グルーブ）を使用する。
【００４１】
アーチ形の内部に傾いたプロファイル５２がリテーニングリング５０の中点（center point）から測定する時、リテーニングリング５０の内部周辺半径の大略７０％又は７５％程度の半径を有する円上に位置した中点から測定する時、リテーニングリング５０の内部周辺半径の約５５％又は６５％程度の半径を有する例示的な実施形態に図６の８″I.D.リテーニングリング上に図示されたアーチ形の表面特性が対応される。図６に図示された実施形態にあって、アーチ形プロファイル５２はリテーニングリング５０の中点から約２．８９″（inches）の半径（又はリテーニングリング５０の内部周辺半径の約７２％程度の半径）を有する円上に位置した中点から測定する時、約２．４４″の半径（又はリテーニングリング５０の内部周辺半径の約６１％程度の半径）を有する。この関係は８″より大きいことや小さい内部周辺と沈降又は隆起された構造の表面特性を有するリテーニングリングするために使用されることは自明である。かつ、この関係はただ例示に過ぎなく半径の値は与えられた百分率範囲の上限値と下限値全て又は２つのうちの何れか一方の値を超過してもよい。
【００４２】
続けて図６を参考すると、表面特性プロファイルは与えられた角でリテーニングリング５０の内壁面と外壁面の接線（tangent）と交差する形態を有したことで説明されることができる。例えば、角B-1はアーチ形プロファイル５７の接線がリテーニングリング５０の外壁面の接線と交差する所での角を示す。同じことで、角B-2はアーチ形プロファイル５７の接線がリテーニングリングの内壁面の接線と交差する所での角を示す。非アーチ形直線形プロファイルにおいて、角B-1とB-2はただ直線プロファイル形がリング５０の周辺エッジの接線と交差する角である。
【００４３】
アーチ形プロファイルの実施形態において、角B-1の範囲は大略３０°又は６０°であり、角B-2の範囲やはり大略３０°又は６０°である。この時、角B-1とB-2は一定したアーク形プロファイル（constant arc profile）に対しては同一であるが可変的アーク形プロファイル（variable arc profile）に対してはその値が違われる。直線形プロファイルの他の実施形態において、角B-1の範囲は大略８０°又は１０°であり、角B-2の範囲やはり大略８０°又は１０°である。この時、角B-1とB-2は直線形プロファイルに対しては同一であるが可変的直線形プロファイル（variable linear profile）に対してはその値が違われる。
【００４４】
直線形又はアーチ形プロファイルにおいて、角B-1とB-2が変わって、例えば、外部下降区間より狭い内部上昇区間と内部上昇区間より狭い外部下降区間を有するプロファイル（例えば、グルーブ）を提供する。逆方向の内部に傾いたスラリー転送グルーブ（slurry transfer grooves）を有する実施形態に対した他の例にあって、内部下降区間グルーブより広い外部上昇区間グルーブが使用されて内部にスラリーが転送されることを助ける。例えば、内部周辺でのアーチ形プロファイル角が外部周辺での直線形プロファイル角が合わせてこれと反対にも合わせるので、直線形及びアーチ形プロファイル角が合わせることができるのは明白である。
【００４５】
８″半導体ウェーハを研磨するためのCMPリテーニングリングに使用された表面特性プロファイルは、例えば、総計３０又は３６個程度である。これに関して、個別的“プロファイル”をリテーニングリングの下部面上に定まったグルーブ、隆起又は他の形態であることに見ることができる。このような形態は定まることや、例えばもっと小さい隆起（bumps）、インデンテーション（indentation）、突出（protrusion）等の断続的特性に成る。形態で、円（参照番号５２）は個別的表面形態又はプロファイルを示す。直径１２″半導体ウェーハを研磨するためのCMPリテーニングリングに使用されたプロファイルは、例えば総計４４又は５２個程度である。これに関して、直径１２″半導体ウェーハを研磨することに使用されたCMPリテーニングリングは約１２″程度の内部周辺直径と約１４″程度の外部周辺直径を有する。可能な他の実施形態のおいて、８″と違う直径（例えば、１２″直径）のリングは８″直径のリングに与えられたプロファイルの個数と同一なほどの多いプロファイルを有しが、８″リングと違う直径を有するリング（の直径）周り間の周り（又は直径）の比率によるプロファイルの個数は大きくなることも小さくなることもできる。
【００４６】
本発明で、先行するプロファイル総個数の範囲がただ例示的なことに過ぎなく、任意の与えられたCMPリテーニングリングのプロファイルの個数が範囲の値より小さいことや大きくても差し支えないことは明白である。かつ、ここに説明された任意の沈降又は隆起された形態の表面特性実施形態はその個数と形態にあって図６に関連して図示されて説明されたことと類似する。これは隆起（例えば、bump、ridge、等）された表面特性と沈降（例えば、groove、trench、dimple等）された表面特性を全て含む。
【００４７】
図４と図６がアーチ形及び（又は）グルーブが掘れた表面特性５２を有する確実な実施形態であるが、本発明にあってパッド表面と反対にリテーニングリングが回転する間に研磨パッドの上部面に外部張力（outward tension）を伝達することに適合な外部に傾いた表面特性を有した任意のプロファイル及び（又は）構成が使用されることができるのは明白である。このような表面特性の例は非アーチ形及び直線形又は不規則特性を含むが、これに限定しない。ここで、不規則特性はリテーニングリングが研磨パッドの上部面と反対に回転するの間に外部リング下降区間に先行する内部リング上昇区間を有する。他の可能な構成は図１３と図１９に図示された複数個の沈降（dimple）８０に構成された表面特性、図１４と図２０に図示された複数個の隆起された点（raised points）８２に隆起点表面特性、図１５に図示された複数個の連続された隆起（ridge）８４に構成された隆起された表面特性等を含むが、これに限定しない。これに関連して、図１３又は図１５は各々内部リング上昇区間５６が各表面特性５２の外部下降区間５８に先行するように回転する方向を示す。従って、図１４の隆起されたプロファイルのような断続的表面特性が提供されスラリーがよく転送されるようにする。図示された本実施形態は掲示された方法と装置を実行する時使用されることができる多様な表面特性プロファイル、構成、大きさ及び集積度のうちでただ幾つ個の例に過ぎないことは明白である。
【００４８】
又他の例示的実施形態で、図１２は前で説明した方式によって研磨パッド上に張力を伝達するための外部に傾いた表面特性５２を有したリテーニングリング５０を示す。図１２にあって、リテーニングリング５０はかつ逆方向の内部に傾いた表面特性６１が提供されリテーニングリング５０の周辺内でCMPスラリーが研磨領域内によく転送されるようにする。従って、研磨均一性と研磨率がもっと向上される。外部に傾いた表面特性５２の上昇区間と同じことで、内部に傾いた表面特性６１の上昇区間６６はリングの内部周辺ではない外部周辺上で定まったことは図１２を通じて分かる。同一に、内部に傾いた表面特性６１の下降区間はリング５０の内部周辺上に定まる。研磨を実行する間に、内部に傾いた表面特性６１によってスラリーが上昇区間６６から各グルーブ６１の下降区間６９にすぐ転送することやリング５０の内部周辺への方向内に転送することで、CMPスラリーが研磨領域に易く伝達される。
【００４９】
逆方向表面特性を有したリテーニングリング５０の一つの特別な実施形態が図１１に図示されたが、本発明によって内部に傾いた表面特性６１のもっと大きくやもっと小さい比率が外部に傾いた表面特性５２と結合されるのは明白である。勿論、外部に傾いた表面特性５２の個数が内部に傾いた表面特性より多くて上述した方式に研磨を実行するの間にパッド表面に加われた適合な張力を確保することが正しい。
【００５０】
掲示された外部に傾いた表面特性は多い他のリテーニングリング構成と結合して使用されることで、他の所で説明された場合を含んでCMP工程の間に研磨パッドに伝達された張力（tension又はstretch）の量を変化させることや増加させる。例えば、図１０と図１１は歯形態の断面とだんだん細くになる断面を有したリテーニングリング表面６８の例を示す。これと関連して、歯形態ではない断面と細くにならない断面やはり可能し、細くになる角はリテーニングリング外部周辺に内部又は外部に向くことは自明である。上述したように、図１０に図示されたリテーニングリングの表面６８がリテーニングリングの平面から約１０゜の角度で外部にだんだん細くになる。従って、このように外部に細くになる断面を外部に傾いた表面特性と結合して使用することで、CMP工程のうちに研磨パッドに伝達された張力を増加させる。
【００５１】
内部に又は外部に細くになるリテーニングリング表面に歯形態の表面を結合して使用することで、外部にもっと引かれる付加的特徴が提供されることができる。歯形態の細くになるリテーニングリング表面が図１０と図１１に図示されているが、平坦な表面及び多様な大きさの歯形態も可能することは明白である。一実施形態にあって、水平面から、例えば、約５゜又は１５゜程度の角度を成って外部にだんだん細くになることもでき内部にだんだん細くになることもできるが、この範囲を越す角度も差し支えない。細くにならない歯形態の表面もやはり差し支えない。
【００５２】
図７と図８はグルーブ５７後面の領域上で定まった角がエッジフィレット（edge fillet）、即ち“ナイフエッジ（knife edge）”を有するアーチ形のグルーブが掘れた表面特性の他の実施形態を示す。これと関連して、グルーブ又は他の表面特性の“後面”は図７と図８の矢印が示すように、回転方向に対したプロファイルの他の面を従う個別的プロファイル面を指す。摩擦が増加するから、図７と図８に図示された角がエッジフィレットが使用される。従って、張力がもっと増加することになる。図８はリテーニングリング５０の平面から約４５゜の角“Ａ”で定まった角になったエッジフィレット９８を有するグルーブ５２の断面図である。一実施形態で、約６０゜以上又は３０゜以下の角も使用されることができるが、角“Ａ”の範囲は約３０゜又は６０゜である。そして、角“Ａ”はリテーニングリング５０の上昇区間５６ではもっと大きな値を有し下降区間５８ではその角がだんだん減られることができるのは明白である。かつ、角“Ａ”は上昇区間から下降区間まで一定することもでき、反対方向にだんだん減られることもできる。図８に図示されたように、角になったエッジフィレットがグルーブが掘られた表面特性の後面の一部で定まる。かつ、角になったエッジフィレットがリテーニングリング５０の下部面５４からグルーブが掘れた表面特性５７の下面１０２まで後面の全面を横切って拡張される。
【００５３】
又他の実施形態にあって、エッジフィレットが分けられて二つ以上の断面角度を有し（有することや）アーチ形になって後面の表面が凹及び（又は）凸することになる。これと違う実施形態にあって、グルーブ５２前面の表面９９が同一な方式にエッジフィレットに細くになることやエッジフィレットと角を成す。かつ、掲示された特徴にあって、後面及び（又は）前面エッジフィレットが上述したアーチ形、非アーチ形、及び直線形表面特性を持って使用されることは明白である。
【００５４】
掲示された表面特性を有したリテーニングリング５０が任意の物質又は研磨動作を実行する時リテーニングリングで使用されることに知られた物質の混合物に形成されることは明白である。例えば、リテーニングリング５０はポリフェノール硫化物 (polyphenylsulfide；“PPS”) 等の単一物質に形成されることやPPSとステンレススチールの化合物に形成される。従って、個別的表面特性も単一物質又は化合物に形成される。例えば、図９（ａ）はグルーブが掘られた表面特性を有した化合物を使用する掲示された方法及び装置の一実施形態を示す。図９（ａ）に図示された実施形態にあって、グルーブが掘れた後面がリテーニングリング５０の残っている部分に比べて相対的に堅い（又は摩耗されない）表面９４に提供される。例えば、後面９４がPPS CMP研磨リング５０に近接することや付着された又は研磨リング５０上に位置（配置）された炭素膜（carbide layer）に構成される。だから、このように後面に比較的堅い摩耗表面９４が使用されリテーニングリング５０の寿命と摩耗特性を増加させる。例えば、比較的堅い摩耗物質にはPPS、セラミック（ceramic）、及びこれらの混合物等が含まれるが、これに限定しない。
【００５５】
図９（ａ）は一列に壁を成すグルーブが掘れた表面特性５２を有した後面の表面９６上に電位された比較的堅い摩耗表面９４を図示しているが、このような混合物は上述した任意の他の表面特性形態又は構造を使用して形成されることができるのは明白である。例えば、後面の膜９４が図７と図８に図示されたようにエッジフィレット９８を有するグルーブが掘られた表面特性に提供されることができる。他の例として、比較的堅い摩耗混合物表面が摩耗（又は研磨）されやすい表面特性プロファイルに任意の他の領域上に提供されることができる。ここで、表面特性は隆起（ridge、bump等）表面特性や沈降（dimple等）表面特性を含むが、これに限定しない。
【００５６】
又他の実施形態にあって、掲示された表面特性が研磨パッドをよく調節させることができる。従って、研磨工程のうちに研磨パッドの上部面に対したリテーニングリングの表面特性が相互作用してCMPシステムの除去率特性が向上される。その上、混合物質が選択されパッドをもっと調節するために研磨の中に研磨パッド上部面と接触する混合物表面の荒さ（roughness）を増加させることでパッド調節力を向上させる。又他の実施形態にあって、研磨材又は他のパッド調節特性がリテーニングリングの下部面（又はパッド側面）に伝達され混合物質を使用しなくてもパッド調節力を向上させることができる。従って、一つ以上の掲示された表面特性が本分野に通常的な技術を有した者に適切すると判断される任意の方式に結合され研磨を実行するうちに研磨された基板エッジフィレット及び（又は）除去率が向上されることは明白である。かつ、上述した任意の物質又は基板特性構成が他の要素と結合されて適切な個別的応用が可能することは明白である。
【００５７】
又他の実施形態にあって、例えば図２１に図示されたアーチ形のグルーブが掘れた表面特性プロファイル１１２を部分的に拡張させることで、不安全表面特性プロファイルやリテーニングリングの内部周辺から外部周辺までリングを横切ってただ部分的に拡張された表面特性プロファイルが提供されることができる。図２１に図示されたように、表面特性プロファイル１１２がリング５０の外部周辺から内部に拡張されることができる。しかし、プロファイル１１２はリング５０の外部周辺と交差しなくて、代わりに外部周辺の内部に隣接した地点まで拡張される。又は、部分的に拡張した表面特性プロファイルがリングの内部周辺や外部周辺と交差しなくリテーニングリング５０の内部周辺と外部周辺の間で定まり、代わりに内部周辺の外部に隣接した地点の一段や外部周辺が内部に隣接した他段でその拡張が終了される。そして、部分的に拡張した表面特性プロファイルは一つ以上の形態（embodiments又はfeatures）、例えば隆起された表面特性、直線形表面特性プロファイル、断続的表面特性、その他の混合特性等を含むが、これに限定しない。部分的に拡張した表面特性プロファイルはかつ同一なリテーニングリングの表面で完全に拡張した内部特性プロファイルと結合されることができる。
【００５８】
ただ幾つ通りの結合例は比較的多い総数の表面特性プロファイル（８″ウェーハを研磨するためのリテーニングリング上に約３５又は３７個のプロファイル）を有する比較的大きな角度のエッジフィレット（約４０°又は５０°のエッジフィレット）、比較的小さい総数の表面特性プロファイル（８″ウェーハを研磨するためのリテーニングリング上に約２８又は３２個のプロファイル）に結合された（上述したような）比較的大きな角度のエッジフィレット、（上述したような）比較的多い総数のプロファイルに結合された比較的小さな角度のエッジフィレット（約４０°又は５０°のエッジフィレット）、及び（上述したような）比較的小さい総数のプロファイルを有する（上述したような）比較的小さな角度のエッジフィレットを有する直線形又はアーチ形表面特性を含む。
【００５９】
本発明の特性によると、掲示された表面特性に提供されたCMPリテーニングリングは研磨のうちにリテーニングリング下部面（又はパッド側面）と研磨パッドが接触すると任意の形態のCMP研磨システム、パッド物質及び（又は）研磨スラリーに利用されることができるのは明白である。適切なシステムの例が説明されている。適切な研磨パッド物質の例はRodelの“IC 1000”、Polytexの“SUPREME”等を含むが、これに限定しない。適切なCMPスラリーの例はCabot“SS25”、Cabot“SS12”等を含むが、これに限定しない。
【００６０】
以下の例は例示に過ぎなく、本発明の範囲や請求範囲を限定しない。
【００６１】
二つのシリコンウェーハを比較した次例にあって、８″BPSGパターニングされたウェーハと８″ブランク膜ウェーハは従来のリテーニングリングを使用して研磨される。この場合、“IC 1000”パッドを有するApplied Materialの“Mirra”CMP研磨システムと表面が平坦な従来のApplied Materialの“AEP”リテーニングリングを使用して研磨が実行される。Cabot“SS25”に構成されたCMPスラリーが使用される。膜とリテーニングリングの間で１．４psi圧力差に８４秒間研磨が実行される。
【００６２】
後続研磨で、各シリコンウェーハの厚さは“optiprobe 2600 UV”を使用して求まる。パターニングされたウェーハの厚さに対した簡単な例示が図１７に図示されてあり、ブランク膜に対した結果が後述の表１に提示されている。
【００６３】
これを通じて分かるように、従来のリテーニングリングを持ってパターニングされたウェーハを研磨すると、中央の厚さが８８２７Åになりエッジの厚さ範囲は６５０３Å又は７５７２Åになる。もう一度言うと、２３２４Åの厚さ範囲を有することになる。研磨のうちに平均除去率は“５３００Å／分”になることを分かる。従来のリテーニングリングを持ってブランク膜を研磨すると、中央の厚さが５７４６Åになりエッジの厚さ範囲は４７２３Åになる。もう一度言うと、１０２３Åの厚さ範囲を有することになる。研磨のうちに平均除去率は“５３２６Å／分”になることを分かる。
【００６４】
例でパターニングされたBPSGとブランク膜の数値は多様な条件でCMPシステムの性能を示す。これによって、パターニングされたウェーハ上での向上された研磨性能が平坦面でもっとよく示される。もっと敏感な膜及び（又は）CMP工程を通じて与えられたCMPリテーニングリングがどんなに動作することかを分かるために、ブランク膜ウェーハをエッジでもっと精密に測定することになる。
【００６５】
〔例１〕
本例は“例Ａ（前記段落００６２〜前記段落００６５に記載した例）”と同一な工程、同一な形態のCMPシステム、及び同一な形態のパターニングされたBPSGシリコンを使用して“例Ａ”の工程を繰り返す。しかし、本例は一実施形態で掲示された表面特性を有するリテーニングリングを使用する。特に、リテーニングリングは図４に図示されたことと同一な表面特性と４５°のエッジフィレットを持って配置される。
【００６６】
図１８は上述した表面特性を有したリテーニングリングに得られたウェーハの厚さを簡単に示す図面である。研磨が終わった後にウェーハの厚さを測定すると、中間厚さは８８２４Åである反面エッジ厚さは６３８８Å又は７４３０Åの厚さ範囲を有する。もう一度言うと、１９８６Åの厚さ範囲を有する。研磨のうちに、平均除去率は“５８００Å／分”になる。
【００６７】
このような結果を通じて掲示された表面特性を有したリテーニングリングは従来のリテーニングリングと比べて向上された除去率と向上された厚さ均一性を提供することになるのを分かる。特に、エッジプロファイル厚さが向上される。
【００６８】
〔例２〕
本例は“例Ａ”と同一な工程、同一な形態のCMPシステム、及び同一な形態のブランク膜ウェーハを使用して“例Ａ”の工程を繰り返す。しかし、本例は一実施形態で掲示された表面特性を有するリテーニングリングを使用する。特に、“例１”で使用された結果同一なリテーニングリングが“例２”の研磨動作で使用される。
【００６９】
図１６は８″ブランク膜ウェーハ上に実施された研磨動作の結果を示す図面である。表１は従来のリテーニングリングと掲示された表面特性を有するリテーニングリングに対したブランク膜研磨結果を示す。
【表１】
【００７０】
本例の結果を通じてパターニングされたウェーハ上の平面を保護しているブランク膜でエッジ性能が向上されることを分かる。図１６と表１によると、表面特性を有するリテーニングリングに対したブランクに除去率が増加されることを分かる。かつ、掲示された表面特性によってウェーハ厚さ均一性が向上される。これとして、従来リテーニングリングでの厚さが１０２３Åである反面、平均厚さ範囲は５０９Åになる。もう一度言って、従来の平坦な表面特性を有するリテーニングリングでの標準偏差率が４．９６％である反面、掲示された表面特性を有するリテーニングリングでの標準偏差率は２．０６％である。従って、掲示された表面特性が提供され研磨されたウェーハ厚さ均一性が向上され研磨除去率も高まる。
【００７１】
【発明の効果】
このように、上述した表面特性を有するリテーニングリングを使用することで研磨されたウェーハ厚さ均一性が向上される。かつ、研磨工程を実施する途中に研磨除去率が増加することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 独立的に作動するリテーニングリングとキャリアプレート装置を有する従来の化学的機械的研磨（chemical mechanical polishing；以下“CMP”）システムの簡易断面図である。
【図２】 従来CMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図３】 半導体基板をCMP工程に研磨するの間に使用される従来のCMPリテーニングリングの簡易部分斜視図である。
【図４】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図５】 半導体基板をCMP工程に研磨するの間使用されるアーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図６】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図７】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する本発明の実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易斜視図である。
【図８】 アーチ形のグルーブが掘られた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図９】 （ａ）および（ｂ）はアーチ形のグルーブが掘られた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図１０】 外部に行くほど減られる下部面を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図１１】 内部に行くほど減られる下部面を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図１２】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１３】 アーチ形のディンプル形表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１４】 アーチ形のバンプ形表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１５】 アーチ形のリブ形表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１６】 平坦な表面を有する従来のCMPリテーニングリングと表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングを使用する平坦化された８″BPSGウェーハのCMP工程のための直径スキャンニング除去率を示すグラフである。
【図１７】 平坦化された表面を有する従来のCMPリテーニングリングを利用したCMP工程以後の中央及び平坦厚さを示す、64M SDRAM層間絶縁（interlayer dielectric；以下“ILD”）研磨ウェーハの簡易斜視図である。
【図１８】 表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるリテーニングリングを利用したCMP工程以後の中央及び平坦厚さを示す、64M SDRAM層間絶縁研磨ウェーハの簡易斜視図である。
【図１９】 図１２のCMPリテーニングリングの簡易断面図である。
【図２０】 図１３のCMPリテーニングリングの簡易断面図である。
【図２１】 部分的に拡大されたアーチ形のグルーブが掘られた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【符号の説明】
５０ リテーニングリング
５２ 表面特性
５４ 下部面（又はパッド側面）
５７ プロファイル
６０ 基板
６２ 研磨パッド
６４ 上部面（又は研磨表面）
６６ エッジ領域
６８ リテーニングリングの表面
７０ 基板表面
９０ 内壁面
９２ 外壁面
９８ エッジフィレット
【発明の属する技術分野】
本発明は基板の研磨に関したことで、もっと具体的には基板を研磨する途中に基板をリテーニングするためのリテーニングリングに関したことである。特に、本発明はCMPシステムの研磨均一性及び（又は）除去率を向上させるための表面特性を有するリテーニングリングに関したことである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造に使用されるシリコン基板及びウェーハのような薄い基板はCMPシステムを使用して研磨されることや平坦化される。一般的に、CMPシステムはキャリアプレート（carrier plate）又は圧力板（pressure plate）と回転可能な研磨テーブル（polishing table）又はプラテン（platen）によって支持される研磨パッド（polishing pad）の間に位置した基板と共に作動する。円形のリテーニングリングは普通キャリアプレートに連結される。研磨をする間、基板（例えば、半導体ウェーハ）はリテーニングリングによってキャリアプレートと研磨パッドの間に配置される。キャリアプレート及び（又は）研磨パッドは密着して異なるに運動して研磨動作を基板に伝達する。研磨パッド及び（又は）キャリアプレート（基板含み）は一般的に回転速度が違って研磨パッドと基板表面の間で相対的に運動することになる。研磨パッドと基板表面の間で側方向運動は伝達される。コロイドシリカースラリー（colloidal silica slurry）のような研磨スラリー（abrasive slurry）が研磨パッドと基板に提供され研磨を促進することになる。
【０００３】
CMPシステムのキャリアプレートとリテーニングリングはCMP装備のヘッドアセンブリ（head assembly）の一部である。キャリアプレートはキャリア基板表面に対して基板をリテーニングリングするための真空ポート（vacuum ports）又は他の装置に構成される。リテーニングリングは研磨の中にキャリアプレートで基板が離脱（dislodgement）することを防止する。従来には、リテーニングリングがキャリアプレートに固着されリテーニングリングのパッド側面が研磨の中に研磨パッド表面に接触されなかった。代わりに基板がリテーニングリングの表面以上に拡張されリテーニングリングに接触する前に研磨パッドに接触して、基板表面が研磨される。研磨の中に基板がリテーニングリング以上に拡張されるから、基板がたまにリテーニングリングと研磨パッドの間にある隙間に抜け出ることができる。
【０００４】
基板が抜け出る可能性を減らしてエッジの均一性（edge uniformity）を向上させるために、別途に作動するリテーニングリングとキャリアプレート又は圧力板を有するCMPヘッドアセンブリが持続的に開発されている。このようなシステムは“米国特許第 5,681,215 号明細書”に開示されている。システムで、個別的に研磨パッド表面側に動いたり表面から遠くになるように構成されるリテーニングリングとキャリアリングはお互いに連結されている。従って、研磨工程の中に研磨パッドに接触する位置にリテーニングリングが配置されるように調節して基板が抜け出る可能性を減らすことになる。このようなシステムを使用して、リテーニングリングが基板に前に研磨パッドに接触するように調節されながらヘッドアセンブリ及び基板が研磨パッドに密着することになる。一旦リテーニングリングが研磨パッドに接触されると、基板下部面（又は研磨された表面）と研磨パッド表面の間に所望の量の圧力を生成させるためにキャリアプレートが研磨パッドに比例して個別的に調節されることができる。
【０００５】
従来のCMPシステムの短所はCMP工程の中に基板エッジのプロファイル（profile）調節が難しいと言うことである。研磨スラリーの散布及び圧力下の研磨パッドのプロファイルは半導体基板のポスト−CMP膜厚さプロファイル（post-CMP film thickness profile）に大きな影響を及ぼす。スラリーの散布及び圧力下研磨パッドのプロファイルによるエッジプロファイル効果（edge profile effects）を明かすための試みが続けられているが、新しいサーブミクロン素子技術に要求される進歩が成らなくている。
【０００６】
図１は研磨パッド１２を支持する回転プラテン１０を有する従来のCMP研磨装置を示す図面である。ここで、研磨パッド１２はプラテン１０に接着される。例えば、水等の反応制、シリコンジオキサイド（silicon dioxide）等の研磨粒子、及び水酸化カリウム（potassium hydroxide）等の化学反応触媒を含むスラリー膜１４がスラリー注入ポイント１６によって研磨パッド１２上に提供される。個別的に動作するキャリアプレート１８とリテーニングリング２０を有するヘッドアセンブリ１１が提供され研磨用研磨パッド１２の上部面に対して基板２２を支持することになる。基板２２をホルディングするための真空ポート２４又は他の装置がキャリアプレート１８に提供される。図１の矢印に図示されたように、プラテン１０とヘッドアセンブリ１１は個別的に動くことができる。例えば、プラテン１０とヘッドアセンブリ１１は同一な方向に回転することができるが、その速度は違う。かつ、ヘッドアセンブリ１１は前後左右に動くことができる。
【０００７】
図１で分かるように、ヘッドアセンブリ１１に対してプラテン１０が相対的に動く間にリテーニングリング２０は基板２２を支持する。リテーニングリング２０の下部面（又はパッド側面）が基板２２の下部面（又はパッド側面）以上に研磨パッド１２方向に大きくて基板２２周囲の外部を回った研磨パッド１２の上部面（又は研磨側面）に接触され押しつけることになる。それから、動くことができるキャリアプレート１８がリテーニングリング２０と別途に調節され基板２２と研磨パッド１２の間に所望の圧力を加えることができる。
【０００８】
図２は平坦な下部面（又はパッド側面）３０と従来のリテーニングリング２０を裏返した図面である。図３は従来のCMP工程を通じて研磨を実行する間に研磨パッド１２、基板２２、及び従来の平坦化された表面を有するリテーニングリング２０の間の相互関係を示す図面である。図３に図示されたように、パッド１２の上部面（又は研磨側面）が基板２２とリテーニングリング２０から圧力を受けて基板２２の外部周辺エッジ及びリテーニングリング２０の内部周辺エッジまでこの圧力を伝達することになる。従って、図３に図示されたように、基板２２の外部エッジに隣接したパッド１２の上部面がアーチ形になって、研磨の中にパッド１２の上部面と基板２２の下部面（又はパッド側面）の間の“接触面積”が減少されることができる。これによって、研磨する中であるプロファイルによってフラット−ゾーン領域（flat-zone area）、即ち基板の中央に隣接した領域があんまりに多い研磨され（over-polishing）、基板２２のエッジ領域、即ちリテーニングリング２０に隣接した基板２２のエッジ領域は余り少なく研磨される（nuder-polishing）問題点が発生する。結果的に、基板２２の中央では層が薄くなり（薄くになることや）基板２２のエッジでは層が厚くになるから、例えば半導体基板の均一性が低下される。このように半導体基板の均一性が低下されると素子の収率（device yield）だけでなくエッチング及び写真工程の間に移行される半導体製造基準（semiconductor fabrication criteria）に悪影響を掛けることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した諸般問題を解決するために、本発明によるCMPリテーニングリングはCMP工程を実行するの間に基板除去率及び（又は）基板除去均一性を向上させることができる外部に傾いた表面特性を有する。研磨工程の中にCMP研磨パッドに連結された上述したCMPリテーニングリングの外部に傾いた表面形態が相互作用して研磨特性を向上させる。
【００１０】
掲示された方法及び装置の実施形態にあって、外部に傾いた表面特性を有するリテーニングリングが研磨のうちに基板下部の研磨パッドの上部面（又は研磨側面）を平坦化させることができるリテーニングリング下部面（又はパッド側面）上に提供される。研磨パッドとリテーニングリング間の相対的回転方向に対して、外部に傾いた特性を有する表面はリテーニングリングの内部周辺に又はそれと隣接した所に定まった上昇区間（leading edge）とリテーニングリングの外部周辺に又はそれと隣接した所に定まった下降区間（trailing edge）を有する。表面特性プロファイルが定まって上昇区間と下降区間の間を拡張させる。このような構成によって、外部に傾いた特性を有する表面によって研磨のうちにパッド上へストレッチング（stretching）及びプッシング（pushing）運動が実行され研磨ヘッドアセンブリ下部と研磨された基板下部の研磨パッドの上部面を平坦化させる。表面の形態は間歇的に後退された領域及び（又は）突出された領域としてCMPリテーニングリング下部面上に提供される。
【００１１】
これとして、上述したリテーニングリング表面特性によって研磨パッド上部表面が平坦化され研磨された基板のエッジプロファイル及びこれと関連した厚さ均一性（thickness uniformity）を向上させる。リテーニングリングに対して特別な要求なしもこんな長所は成就されることができる。かつ、ウェーハのエッジに関連されたヘッド間の偏差（head-to-head variation）がマルチ−ヘッド装置（multi-head machine）で減少されることができる。かつ、フラット−ゾーン性能（flat-zone performance）が向上される。｛すなわち、半導体基板のフラット−ゾーンが研磨され過ぎることがなく（not over-polishing）、かつ基板の外部周辺領域の研磨が不足することもない（not under-polishing）｝。もう一度言って、パターン集積依存度（pattern density dependency）が低いようにウェーハレベル及び２−レベル（level and di-level）の平坦度が向上される。
【００１２】
上述した外部に傾いた表面特性を有するリテーニングリングが含まれたCMP研磨システムが使用されると研磨率（polishing rate）がもっと高まってスループット（throughput）が向上される。こんな長所は上述した特性を有するリテーニングリングの表面が研磨パッド上部面と相互作用することでどのぐらい得ることができる。例えば、本発明の一実施形態ではリテーニングリング表面部位の比較的鋭いエッジが使用されパッドが調節されスラリーの運送が容易になる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置するグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、かつ当該 CMP リテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面と前記下部面とが、エッジフィレットにより結ばれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面と前記外壁面との間に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置するグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置するグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、かつ当該 CMP リテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面に、当該 CMP リテーニングリングよりも相対的に硬い材料から作られた層が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の凸部からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された連続する凸部からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の凸部からなる列および連続する凸部からなる列が、前記下部面の面上にそれぞれ複数本ずつ設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の発明は、内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有する CMP リテーニングリングにおいて、前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の凹部からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１６記載の発明は、平面視円弧状に形成された前記グルーブ、前記凸部からなる列、および前記凹部からなる列が、当該 CMP リテーニングリングの中心から測定して前記内壁面までの距離の約７０〜７５％の位置を中心とするとともに、当該 CMP リテーニングリングの中心から測定して前記内壁面までの距離の約５５〜６５％を半径とする円上に位置するように設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１７記載の発明は、請求項１から１６のいずれか一項に記載の CMP リテーニングリングと、前記 CMP リテーニングリングが装着されるキャリアプレートと、を具備することを特徴とする。
【００２２】
請求項１８記載の発明は、研磨パッドの上部面と接触するよう、 CMP リテーニングリングの内壁面の内側に基板を位置させる段階と、前記研磨パッドの上部面に前記 CMP リテーニングリングの下部面が接するよう、前記 CMP リテーニングリングを位置させる段階と、前記 CMP リテーニングリングの下部面と前記研磨パッドと上部面の間で相対的に回転するよう、前記 CMP リテーニングリングと前記研磨パッドを回転させる段階と、を備え、前記 CMP リテーニングリングは、請求項１から１６のいずれか一項に記載の CMP リテーニングリングであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
ここに、掲示された方法及び装置は研磨工程の間にCMPリテーニングリング（retaining ring）がCMP研磨パッド（polishing pad）に接触する任意のCMP工程システムに使用されることができる。このような研磨システムの例では（“Applied Material”から購入することができる）Mirra、Strasbaugh、SpeedFam等のような個別的に作動するCMPリテーニングリングとキャリアプレート（carrier plate）を含むが、これに限定しない。こんなシステムに対してもっと詳しい情報はここで参照した“米国特許第 5,681,215 号明細書”で得ることができる。
【００２５】
掲示された方法と装置が利用されたCMP適用の例は半導体基板又は他の形態の表面を除去する任意のCMP適用を含む。ここで使用された“基板”はシリコン又はガリウムビソ（GaAs）のような半導体ウェーハ基板を含む任意の半導体基板を称えるが、これに限定しない。ここで“基板”は特に半導体ウェーハ又はウェーハ上に形成された多様な工程層を有する半導体ウェーハを含むことは自明である。ここで、“層（layer）”は“膜（film）”と通用されることができる。例えば、一実施形態では掲示された方法と装置が64M SDRAM製品用BPSG（borophosphosilicate glass）膜をCMP工程に研磨することに使用され写真工程及び素子収率（device yield）を向上させる。適用の他の例は64M SDRAM STI-CMP工程とタングステン、銅、ポリシリコン、アルニウム、酸化物、及びこれらの化合物を含む任意のCMP工程を含むが、これに限定しない。
【００２６】
図４はCMPリテーニングリング５０の下部面（又はパッド側面）５４上に定まったアーチ形のグルーブが掘れた表面特性５２を有するリテーニングリング５０の一実施形態を示す。図５は基板６０をCMP工程に研磨するために使用する図４に図示されたリテーニングリング５０を示す。研磨工程の中に、リテーニングリング５０の下部面５４はCMP研磨パッド６２の上部面（又は研磨表面）６４に接触される。図示されたように、研磨の中にはリテーニングリング５０はCMPパッド６２の上部面６４と接触する位置と上部面６４とCMPキャリアプレート（図面に未図示）の間の位置内に基板６０が盛られて維持されるようにする。
【００２７】
図５に図示されたように、キャリアプレート（図面に未図示）、基板６０、及びリテーニングリング５０が上述したように研磨パッド６４に対してどのくらい回転することができるように研磨工程の間に研磨パッド６４及び（又は）CMPヘッドアセンブリが回転される。パッド６２とヘッドアセンブリの回転方向は（矢印が指すように）反対であることや同一であり（同一であることや）、回転軸が同一であることや違う。又は、パッド６２とリング５０のうちに一つだけ回転する。パッド６２とリング５０に対して使用された“相対回転（relative rotation）”はパッド６２及び（又は）リング５０の動作が結合して発生されたパッド６２の上部面とリング５０の下部面の間の相対回転動作差異を意味することは明白である。同時に、ヘッドアセンブリは図５の矢印が示すようにパッド６２に対して前後左右に動くことができる。研磨パッド６２に対したヘッドアセンブリと基板６０運動の任意的結合はただ一つのヘッドアセンブリ又は研磨パッド６２の回転及び（又は）ヘッドアセンブリが側面には動かない状態でのヘッドアセンブリ及び（又は）研磨パッド６２の回転を含むが、これに限定しないことは明白である。かつ、ヘッドアッセンブリは、パッド６２に対して楕円運動及び（又は）前後左右運動をすることができる。
【００２８】
図３に還ると、従来のCMP工程の間に下部パッド圧力領域３２と下部基板圧力領域３３がリテーニングリング２０の内部周辺エッジ（inner peripheral edge）から基板２２の中央に（又は中央内部に）形成されるが、周辺領域に間隙（gap）が発生して少なくとも研磨パッド１２の上部面１５と基板２２が接触する地点まで拡張される。領域３２，３３内でパッド圧力と基板圧力が低まるから、基板２２の表面を横切る圧力の均一性（pressure uniformity）が減少し酷い場合にはパッド及び基板の間に間隙が発生されることができる。従来の平坦化された表面を有するリテーニングリング２０が使用され基板２２を研磨すると、二つの偏向力（deflection force）の中に少なくとも一つによって減少されたパッド圧力と基板圧力の不必要な領域が形成されることもする。従来のリテーニングリング２０の平坦化表面が押しつけると、研磨パッドの上部面１５の強度効果（rigidity effect）によって静的偏向力（static deflection force）が生ずる。減少された圧力の領域３２，３３内には、上部面１５の強度が持続的に分離され（分離されることや）、上部面１５の強度のような多い要素による内部からの距離のための上部面１５と基板２２の間の圧力とリテーニングリング２０の平坦化面３０と上部面１５に対した基板２２の下部面（又はパッド側面）２３の間の距離のためのリテーニングリング２０及び（又は）基板２２によって加われた圧力を上部面１５に伝達する。
【００２９】
ヘッドとプレートンが回転している時、静的偏向力と共に又は交替に動的偏向力（dynamic deflection force）が発生する。このような場合に、研磨パッド１２を横切って動くヘッドアセンブリの方向と隣接したリテーニングリング２０の上昇内部周辺（leading inner periphery）の下降区間（trailing edge）が分割され、間隙領域（gap area）３２に図示されたように、上部面１５を下部に偏向させる。研磨パッド１２を横切って動くヘッドアセンブリの方向で遠く離れたリテーニングリング２０の下降内部周辺（trailing inner periphery）の上昇側（leading side）も分割され、領域３３内の研磨パッドの上部面１５を下部に偏向させる。リテーニングリング２０の上昇側の内部周辺上に動的偏向特性（dynamic deflection characteristics）が上述した静的偏向力に加われて、減少された圧力領域３２、又は上部面１５が圧力を回復し（回復することや）基板下部面２３と接触する地点の長さをもっと拡張させる。同一に、例えば、従来のリテーニングリング２０の下降側（trailing side）の内部周辺にすぐ隣接する上部面１５の面積が増加することで、減少された圧力領域３３はリテーニングリング２０の下降側の内部周辺で実質的にその長さが減少することになる。
【００３０】
図３とは反対に、上述した外部に傾いた表面特性を有するリテーニングリングは下部パッド圧力領域３２と下部基板圧力領域３３を減少させることや事実上除去することで、研磨均一性を増加させる役割をする。基板表面７０を横切るパッド圧力がもっと均一に分布するから、こんな現状を“パッド／基板圧力均一性の増加”と言う。図５を参照すると、研磨パッド６２の上部面６４をストレッチング（stretching）させるために研磨工程を実行する間に、リテーニングリング５０の下部面（又はパッド側面）５４上のアーチ形のグルーブが掘れた表面形態５２と研磨パッド６２の上部面（又は研磨表面）６４との相互作用を通じてエッジ領域６６で基板６０の下部をもっと平坦に作る。矢印６８が示すように、基板６０の中央から遠くになった外部からの方向とリテーニングリング５０の周辺からの方向内でパッド６２の上部面６４に伝達された張力（tension）によってストレッチング運動がパッド６２の上部面６４に伝達される。エッジ領域６６に図示されたように、接触／同一下降力（downforce）又はパッド／基板圧力が研磨パッド６２の上部面６４と基板６０の上部面７０の間で基板６０の先行エッジや周辺エッジまで又はその近傍まで維持される。従って、基板６０の上部面７０の間の接触面積が増加されフラットゾーン６６に含まれた基板６０の下部表面７０全般に掛かって実行される研磨の均一性を得ることができる。これによって、エッジプロファイル厚さの均一性が向上される。
【００３１】
図５をもう一度参照すると、リング５０の周辺内に位置した研磨パッド６２の上部面６４を平坦化させる上部面６４に加われた外部張力によって動的及び静的偏向力全て反作用（counteraction）を起こす。リテーニングリングがパッドと接触して回転する時、上部面６４に加われた張力が上述した特性を有するリテーニングリング表面によって伝達される。
【００３２】
図４にあって、アーチ形のグルーブが掘れた表面特性５２は各々矢印が指示するように、リング／パッドの差動回転方向（differential direction of rotation）に外部を向いて傾いている。外部に傾いた各表面特性５２は基板特性プロファイル５７に連結された上昇区間５６と下降区間５８を持っている。矢印が指示する方向内でリテーニングリング５０の下部面（又はパッド側面）５４と上部面（又は研磨表面）６４の間に相対回転が成ると、各上昇区間５６が各上昇区間５６に連結された下降区間５８より先行するように基板特性プロファイル５７は傾く。結果的に、外部に傾いた各表面特性５２は上部面６４と接触し握り締めることや上部面６４と摩擦を起こすことで、上部面６４に対して傾いた表面特性５２の動的な運動によってリテーニングリング５０の外部周辺方向に研磨パッド表面６４をプッシング（pushing）及びストレッチング（stretching）させることや変位（displacement）させる。このようなストレッチング運動をここでは“動的周辺ストレッチング（dynamic periphreal stretching）”と言う。
【００３３】
ここで使用された“傾いた表面特性プロファイル（inclined surface characteristics profile）”は表面特性の上昇区間と下降区間の間の直線形、アーチ形、又は多様なプロファイル形態を有した表面特性プロファイルを含む。多様なプロファイル形態は直線形及びアーチ形プロファイルが結合された形態、他のアーチ形プロファイル形態が結合された形態、不規則プロファイル形態（例えば、非直線形及び非アーチ形）等を含む。かつ、ここの “外部に傾いた表面特性プロファイル（outwardly inclined surface characteristics profile）” はリテーニングリング内部周辺で定義された上昇区間とリングの外部周辺に定まった対応される下降区間を有する表面特性プロファイルを言う。上昇及び下降区間はリテーニングリングの下部面と研磨パッドの上部面の間の相対回転方向に対して境界が定まって、相対回転方向内で回転する時、上昇区間が研磨パッドの上部面に対して同一なプロファイルを有する対応される下降区間より前にあることになる。“内部に傾いた表面特性プロファイル（inwardly inclined surface characteristics profile）”はリテーニングリング外部に定まった上昇区間とリングの内部周辺に定まった対応される下降区間を有する表面特性プロファイルを言う。上昇及び下降区間は上述したリング／パッド相対回転方向に対して範囲が定まる。表面特性プロファイルが実際にリテーニングリングの与えられた周辺に交差することや周辺に隣接した所だけ定まったエンド（end）を有することや、本発明では上昇又は下降区間が与えられた周辺に一番近接に配置された表面特性プロファイル領域であると上昇又は下降区間はリテーニングリングの与えられた領域に“定まった（at defined）”ことに見なすことは明白である。
【００３４】
表面特性５２によって上部面６４に加われた外部からの張力の量は上部面６４に対したリテーニングリング５０の圧力、リテーニングリング５０と上部面６４の間の相対回転速度、表面特性５２の傾斜度、表面特性５２の形態、表面特性５２の数効及び集積度等のような要素によって決定される。従って、本発明の特徴にあって、表面特性の数効と寸法を変化させ個別的環境と研磨パッド物質に合う最適の張力を得ることができるのはこの分野に通常的な知識を有した者には明白である。
【００３５】
図６は図４に図示されたアーチ形のグルーブが掘れたリング５０の表面特性のようなアーチ形の外部に傾いた表面特性５２を有するリテーニングリング５０の一実施形態を示す。特性を有するリテーニングリング５０は各々リテーニングリング５０の内壁面９０に定まった上昇区間５６とリテーニングリング５０の外壁面９２に定まった下降区間５８有する。図４に図示されたグルーブ（groove又はtrench）のようなアーチ形プロファイル５７は各上昇区間５６と下降区間５８の間に定まる。図６に図示された実施形態にあって、３６個の表面特性（例えば、グルーブ）が約８″の内部周辺直径と約１０″の外部周辺直径を有するリテーニングリング中に定義され約８″直径半導体ウェーハをホルディングするように配列される。グルーブが掘れた表面特性を含んだ表面特性は幅と深さを変化させ配列されることができる。図６の実施形態にあって、グルーブが掘れた表面特性は各々約１／４″幅と約１／４″の深さを有するが、これらの用語は下に定義されてある。
【００３６】
寸法は個別的表面特性（例えば、各々断続的な隆起（bump）と沈降（dimple）等の寸法）と言う点で示されることや、全て表面特性プロファイル寸法（例えば、断続的な多重特性（multiple characteristics）に構成されたプロファイル全て寸法又はグルーブや隆起（ridge）等の単一特性（single characteristic）に構成されたプロファイル全て寸法）と言う点で示される。
【００３７】
ここで、自然的に隆起し（隆起することや）沈降された表面特性又は表面特性プロファイルの“幅”は個別的表面特性の前後境界面の間（例えば、図８に図示されたグルーブが掘れた特性５２を有した表面の前面９９と後面９５の間）での水平距離に定まる。一実施形態にあって、約８″半導体ウェーハを研磨するように配列されたCMPリテーニングリングを使用するためのグルーブが掘れた表面特性プロファイルの幅は約１／８″又は１／２″であり、この値はもっと大きいことや小さいとしてもかつ個別的表面特性内で変わっても差し支えない。
【００３８】
ここで、沈降された表面特性又は表面特性プロファイルの深さは下部面５４のから一番遠い沈降された表面特性の境界までのリテーニングリングの下部面（パッド側面）５４の間の垂直距離（例えば、図９（ａ）や図１９に図示された下部面５４とグルーブが掘れることや沈降された底面１０２の間の垂直距離）に定まる。これと同一に、隆起された表面特性又は表面特性プロファイルの高さは下部面５４から一番遠い隆起された表面特性の境界までのリテーニングリングの下部面（又はパッド側面）５４の間の垂直距離（例えば、図１５と図２０に図示された下部面５４と隆起された表面特性のトップ（top又はapex）の間の垂直距離）に定義される。
【００３９】
一実施形態にあって、８″半導体ウェーハを研磨するように配列されたCMPリテーニングリングを使用するためのグルーブが掘れた表面特性プロファイルの深さは約１／８″又は１／２″である。隆起された表面特性を有する他の実施形態にあっては、これと類似な寸法も可能である。これらにあって、深さや高さがもっと小さいことやもっと大きくても、そして個別的表面特性内で深さや高さの値が変わっても差し支えない。かつ、同一なリテーニングリング上に隆起された表面特性と沈降された表面特性が混合されることや、その上に表面特性プロファイル内でその値が変わってもやはり差し支えない。幅、深さ、及び高さの寸法が違っても、８″リテーニングリングに使用された表面特性の幅、深さ、及び高さは１２″リテーニングリングにも使用されることができる。
【００４０】
この実施形態ではリテーニングリング５０が８″半導体ウェーハに使用されたが、ここに掲示された方法及び装置は上述したCMP方法と類似な方式にリテーニングリングと研磨パッドを使用して研磨された半導体ウェーハと任意の他の基板形態を含んだ、他の寸法を有する基板（例えば、１２″、６″、４″等の直径を有した半導体ウェーハ及び他の基板）を研磨するために大きさ別に配列されたリテーニングリングを使用することができるのは明白である。かつ、任意の特別な応用で使用される多い表面特性プロファイルは所望のとおりに変化することができるのは明白である。例えば、８″半導体ウェーハを研磨するために使用された掲示された方法及び装置の他の実施形態は図６に図示されたような寸法を有したCMPリテーニングリング内に３０プロファイル（例えば、グルーブ）を使用する。
【００４１】
アーチ形の内部に傾いたプロファイル５２がリテーニングリング５０の中点（center point）から測定する時、リテーニングリング５０の内部周辺半径の大略７０％又は７５％程度の半径を有する円上に位置した中点から測定する時、リテーニングリング５０の内部周辺半径の約５５％又は６５％程度の半径を有する例示的な実施形態に図６の８″I.D.リテーニングリング上に図示されたアーチ形の表面特性が対応される。図６に図示された実施形態にあって、アーチ形プロファイル５２はリテーニングリング５０の中点から約２．８９″（inches）の半径（又はリテーニングリング５０の内部周辺半径の約７２％程度の半径）を有する円上に位置した中点から測定する時、約２．４４″の半径（又はリテーニングリング５０の内部周辺半径の約６１％程度の半径）を有する。この関係は８″より大きいことや小さい内部周辺と沈降又は隆起された構造の表面特性を有するリテーニングリングするために使用されることは自明である。かつ、この関係はただ例示に過ぎなく半径の値は与えられた百分率範囲の上限値と下限値全て又は２つのうちの何れか一方の値を超過してもよい。
【００４２】
続けて図６を参考すると、表面特性プロファイルは与えられた角でリテーニングリング５０の内壁面と外壁面の接線（tangent）と交差する形態を有したことで説明されることができる。例えば、角B-1はアーチ形プロファイル５７の接線がリテーニングリング５０の外壁面の接線と交差する所での角を示す。同じことで、角B-2はアーチ形プロファイル５７の接線がリテーニングリングの内壁面の接線と交差する所での角を示す。非アーチ形直線形プロファイルにおいて、角B-1とB-2はただ直線プロファイル形がリング５０の周辺エッジの接線と交差する角である。
【００４３】
アーチ形プロファイルの実施形態において、角B-1の範囲は大略３０°又は６０°であり、角B-2の範囲やはり大略３０°又は６０°である。この時、角B-1とB-2は一定したアーク形プロファイル（constant arc profile）に対しては同一であるが可変的アーク形プロファイル（variable arc profile）に対してはその値が違われる。直線形プロファイルの他の実施形態において、角B-1の範囲は大略８０°又は１０°であり、角B-2の範囲やはり大略８０°又は１０°である。この時、角B-1とB-2は直線形プロファイルに対しては同一であるが可変的直線形プロファイル（variable linear profile）に対してはその値が違われる。
【００４４】
直線形又はアーチ形プロファイルにおいて、角B-1とB-2が変わって、例えば、外部下降区間より狭い内部上昇区間と内部上昇区間より狭い外部下降区間を有するプロファイル（例えば、グルーブ）を提供する。逆方向の内部に傾いたスラリー転送グルーブ（slurry transfer grooves）を有する実施形態に対した他の例にあって、内部下降区間グルーブより広い外部上昇区間グルーブが使用されて内部にスラリーが転送されることを助ける。例えば、内部周辺でのアーチ形プロファイル角が外部周辺での直線形プロファイル角が合わせてこれと反対にも合わせるので、直線形及びアーチ形プロファイル角が合わせることができるのは明白である。
【００４５】
８″半導体ウェーハを研磨するためのCMPリテーニングリングに使用された表面特性プロファイルは、例えば、総計３０又は３６個程度である。これに関して、個別的“プロファイル”をリテーニングリングの下部面上に定まったグルーブ、隆起又は他の形態であることに見ることができる。このような形態は定まることや、例えばもっと小さい隆起（bumps）、インデンテーション（indentation）、突出（protrusion）等の断続的特性に成る。形態で、円（参照番号５２）は個別的表面形態又はプロファイルを示す。直径１２″半導体ウェーハを研磨するためのCMPリテーニングリングに使用されたプロファイルは、例えば総計４４又は５２個程度である。これに関して、直径１２″半導体ウェーハを研磨することに使用されたCMPリテーニングリングは約１２″程度の内部周辺直径と約１４″程度の外部周辺直径を有する。可能な他の実施形態のおいて、８″と違う直径（例えば、１２″直径）のリングは８″直径のリングに与えられたプロファイルの個数と同一なほどの多いプロファイルを有しが、８″リングと違う直径を有するリング（の直径）周り間の周り（又は直径）の比率によるプロファイルの個数は大きくなることも小さくなることもできる。
【００４６】
本発明で、先行するプロファイル総個数の範囲がただ例示的なことに過ぎなく、任意の与えられたCMPリテーニングリングのプロファイルの個数が範囲の値より小さいことや大きくても差し支えないことは明白である。かつ、ここに説明された任意の沈降又は隆起された形態の表面特性実施形態はその個数と形態にあって図６に関連して図示されて説明されたことと類似する。これは隆起（例えば、bump、ridge、等）された表面特性と沈降（例えば、groove、trench、dimple等）された表面特性を全て含む。
【００４７】
図４と図６がアーチ形及び（又は）グルーブが掘れた表面特性５２を有する確実な実施形態であるが、本発明にあってパッド表面と反対にリテーニングリングが回転する間に研磨パッドの上部面に外部張力（outward tension）を伝達することに適合な外部に傾いた表面特性を有した任意のプロファイル及び（又は）構成が使用されることができるのは明白である。このような表面特性の例は非アーチ形及び直線形又は不規則特性を含むが、これに限定しない。ここで、不規則特性はリテーニングリングが研磨パッドの上部面と反対に回転するの間に外部リング下降区間に先行する内部リング上昇区間を有する。他の可能な構成は図１３と図１９に図示された複数個の沈降（dimple）８０に構成された表面特性、図１４と図２０に図示された複数個の隆起された点（raised points）８２に隆起点表面特性、図１５に図示された複数個の連続された隆起（ridge）８４に構成された隆起された表面特性等を含むが、これに限定しない。これに関連して、図１３又は図１５は各々内部リング上昇区間５６が各表面特性５２の外部下降区間５８に先行するように回転する方向を示す。従って、図１４の隆起されたプロファイルのような断続的表面特性が提供されスラリーがよく転送されるようにする。図示された本実施形態は掲示された方法と装置を実行する時使用されることができる多様な表面特性プロファイル、構成、大きさ及び集積度のうちでただ幾つ個の例に過ぎないことは明白である。
【００４８】
又他の例示的実施形態で、図１２は前で説明した方式によって研磨パッド上に張力を伝達するための外部に傾いた表面特性５２を有したリテーニングリング５０を示す。図１２にあって、リテーニングリング５０はかつ逆方向の内部に傾いた表面特性６１が提供されリテーニングリング５０の周辺内でCMPスラリーが研磨領域内によく転送されるようにする。従って、研磨均一性と研磨率がもっと向上される。外部に傾いた表面特性５２の上昇区間と同じことで、内部に傾いた表面特性６１の上昇区間６６はリングの内部周辺ではない外部周辺上で定まったことは図１２を通じて分かる。同一に、内部に傾いた表面特性６１の下降区間はリング５０の内部周辺上に定まる。研磨を実行する間に、内部に傾いた表面特性６１によってスラリーが上昇区間６６から各グルーブ６１の下降区間６９にすぐ転送することやリング５０の内部周辺への方向内に転送することで、CMPスラリーが研磨領域に易く伝達される。
【００４９】
逆方向表面特性を有したリテーニングリング５０の一つの特別な実施形態が図１１に図示されたが、本発明によって内部に傾いた表面特性６１のもっと大きくやもっと小さい比率が外部に傾いた表面特性５２と結合されるのは明白である。勿論、外部に傾いた表面特性５２の個数が内部に傾いた表面特性より多くて上述した方式に研磨を実行するの間にパッド表面に加われた適合な張力を確保することが正しい。
【００５０】
掲示された外部に傾いた表面特性は多い他のリテーニングリング構成と結合して使用されることで、他の所で説明された場合を含んでCMP工程の間に研磨パッドに伝達された張力（tension又はstretch）の量を変化させることや増加させる。例えば、図１０と図１１は歯形態の断面とだんだん細くになる断面を有したリテーニングリング表面６８の例を示す。これと関連して、歯形態ではない断面と細くにならない断面やはり可能し、細くになる角はリテーニングリング外部周辺に内部又は外部に向くことは自明である。上述したように、図１０に図示されたリテーニングリングの表面６８がリテーニングリングの平面から約１０゜の角度で外部にだんだん細くになる。従って、このように外部に細くになる断面を外部に傾いた表面特性と結合して使用することで、CMP工程のうちに研磨パッドに伝達された張力を増加させる。
【００５１】
内部に又は外部に細くになるリテーニングリング表面に歯形態の表面を結合して使用することで、外部にもっと引かれる付加的特徴が提供されることができる。歯形態の細くになるリテーニングリング表面が図１０と図１１に図示されているが、平坦な表面及び多様な大きさの歯形態も可能することは明白である。一実施形態にあって、水平面から、例えば、約５゜又は１５゜程度の角度を成って外部にだんだん細くになることもでき内部にだんだん細くになることもできるが、この範囲を越す角度も差し支えない。細くにならない歯形態の表面もやはり差し支えない。
【００５２】
図７と図８はグルーブ５７後面の領域上で定まった角がエッジフィレット（edge fillet）、即ち“ナイフエッジ（knife edge）”を有するアーチ形のグルーブが掘れた表面特性の他の実施形態を示す。これと関連して、グルーブ又は他の表面特性の“後面”は図７と図８の矢印が示すように、回転方向に対したプロファイルの他の面を従う個別的プロファイル面を指す。摩擦が増加するから、図７と図８に図示された角がエッジフィレットが使用される。従って、張力がもっと増加することになる。図８はリテーニングリング５０の平面から約４５゜の角“Ａ”で定まった角になったエッジフィレット９８を有するグルーブ５２の断面図である。一実施形態で、約６０゜以上又は３０゜以下の角も使用されることができるが、角“Ａ”の範囲は約３０゜又は６０゜である。そして、角“Ａ”はリテーニングリング５０の上昇区間５６ではもっと大きな値を有し下降区間５８ではその角がだんだん減られることができるのは明白である。かつ、角“Ａ”は上昇区間から下降区間まで一定することもでき、反対方向にだんだん減られることもできる。図８に図示されたように、角になったエッジフィレットがグルーブが掘られた表面特性の後面の一部で定まる。かつ、角になったエッジフィレットがリテーニングリング５０の下部面５４からグルーブが掘れた表面特性５７の下面１０２まで後面の全面を横切って拡張される。
【００５３】
又他の実施形態にあって、エッジフィレットが分けられて二つ以上の断面角度を有し（有することや）アーチ形になって後面の表面が凹及び（又は）凸することになる。これと違う実施形態にあって、グルーブ５２前面の表面９９が同一な方式にエッジフィレットに細くになることやエッジフィレットと角を成す。かつ、掲示された特徴にあって、後面及び（又は）前面エッジフィレットが上述したアーチ形、非アーチ形、及び直線形表面特性を持って使用されることは明白である。
【００５４】
掲示された表面特性を有したリテーニングリング５０が任意の物質又は研磨動作を実行する時リテーニングリングで使用されることに知られた物質の混合物に形成されることは明白である。例えば、リテーニングリング５０はポリフェノール硫化物 (polyphenylsulfide；“PPS”) 等の単一物質に形成されることやPPSとステンレススチールの化合物に形成される。従って、個別的表面特性も単一物質又は化合物に形成される。例えば、図９（ａ）はグルーブが掘られた表面特性を有した化合物を使用する掲示された方法及び装置の一実施形態を示す。図９（ａ）に図示された実施形態にあって、グルーブが掘れた後面がリテーニングリング５０の残っている部分に比べて相対的に堅い（又は摩耗されない）表面９４に提供される。例えば、後面９４がPPS CMP研磨リング５０に近接することや付着された又は研磨リング５０上に位置（配置）された炭素膜（carbide layer）に構成される。だから、このように後面に比較的堅い摩耗表面９４が使用されリテーニングリング５０の寿命と摩耗特性を増加させる。例えば、比較的堅い摩耗物質にはPPS、セラミック（ceramic）、及びこれらの混合物等が含まれるが、これに限定しない。
【００５５】
図９（ａ）は一列に壁を成すグルーブが掘れた表面特性５２を有した後面の表面９６上に電位された比較的堅い摩耗表面９４を図示しているが、このような混合物は上述した任意の他の表面特性形態又は構造を使用して形成されることができるのは明白である。例えば、後面の膜９４が図７と図８に図示されたようにエッジフィレット９８を有するグルーブが掘られた表面特性に提供されることができる。他の例として、比較的堅い摩耗混合物表面が摩耗（又は研磨）されやすい表面特性プロファイルに任意の他の領域上に提供されることができる。ここで、表面特性は隆起（ridge、bump等）表面特性や沈降（dimple等）表面特性を含むが、これに限定しない。
【００５６】
又他の実施形態にあって、掲示された表面特性が研磨パッドをよく調節させることができる。従って、研磨工程のうちに研磨パッドの上部面に対したリテーニングリングの表面特性が相互作用してCMPシステムの除去率特性が向上される。その上、混合物質が選択されパッドをもっと調節するために研磨の中に研磨パッド上部面と接触する混合物表面の荒さ（roughness）を増加させることでパッド調節力を向上させる。又他の実施形態にあって、研磨材又は他のパッド調節特性がリテーニングリングの下部面（又はパッド側面）に伝達され混合物質を使用しなくてもパッド調節力を向上させることができる。従って、一つ以上の掲示された表面特性が本分野に通常的な技術を有した者に適切すると判断される任意の方式に結合され研磨を実行するうちに研磨された基板エッジフィレット及び（又は）除去率が向上されることは明白である。かつ、上述した任意の物質又は基板特性構成が他の要素と結合されて適切な個別的応用が可能することは明白である。
【００５７】
又他の実施形態にあって、例えば図２１に図示されたアーチ形のグルーブが掘れた表面特性プロファイル１１２を部分的に拡張させることで、不安全表面特性プロファイルやリテーニングリングの内部周辺から外部周辺までリングを横切ってただ部分的に拡張された表面特性プロファイルが提供されることができる。図２１に図示されたように、表面特性プロファイル１１２がリング５０の外部周辺から内部に拡張されることができる。しかし、プロファイル１１２はリング５０の外部周辺と交差しなくて、代わりに外部周辺の内部に隣接した地点まで拡張される。又は、部分的に拡張した表面特性プロファイルがリングの内部周辺や外部周辺と交差しなくリテーニングリング５０の内部周辺と外部周辺の間で定まり、代わりに内部周辺の外部に隣接した地点の一段や外部周辺が内部に隣接した他段でその拡張が終了される。そして、部分的に拡張した表面特性プロファイルは一つ以上の形態（embodiments又はfeatures）、例えば隆起された表面特性、直線形表面特性プロファイル、断続的表面特性、その他の混合特性等を含むが、これに限定しない。部分的に拡張した表面特性プロファイルはかつ同一なリテーニングリングの表面で完全に拡張した内部特性プロファイルと結合されることができる。
【００５８】
ただ幾つ通りの結合例は比較的多い総数の表面特性プロファイル（８″ウェーハを研磨するためのリテーニングリング上に約３５又は３７個のプロファイル）を有する比較的大きな角度のエッジフィレット（約４０°又は５０°のエッジフィレット）、比較的小さい総数の表面特性プロファイル（８″ウェーハを研磨するためのリテーニングリング上に約２８又は３２個のプロファイル）に結合された（上述したような）比較的大きな角度のエッジフィレット、（上述したような）比較的多い総数のプロファイルに結合された比較的小さな角度のエッジフィレット（約４０°又は５０°のエッジフィレット）、及び（上述したような）比較的小さい総数のプロファイルを有する（上述したような）比較的小さな角度のエッジフィレットを有する直線形又はアーチ形表面特性を含む。
【００５９】
本発明の特性によると、掲示された表面特性に提供されたCMPリテーニングリングは研磨のうちにリテーニングリング下部面（又はパッド側面）と研磨パッドが接触すると任意の形態のCMP研磨システム、パッド物質及び（又は）研磨スラリーに利用されることができるのは明白である。適切なシステムの例が説明されている。適切な研磨パッド物質の例はRodelの“IC 1000”、Polytexの“SUPREME”等を含むが、これに限定しない。適切なCMPスラリーの例はCabot“SS25”、Cabot“SS12”等を含むが、これに限定しない。
【００６０】
以下の例は例示に過ぎなく、本発明の範囲や請求範囲を限定しない。
【００６１】
二つのシリコンウェーハを比較した次例にあって、８″BPSGパターニングされたウェーハと８″ブランク膜ウェーハは従来のリテーニングリングを使用して研磨される。この場合、“IC 1000”パッドを有するApplied Materialの“Mirra”CMP研磨システムと表面が平坦な従来のApplied Materialの“AEP”リテーニングリングを使用して研磨が実行される。Cabot“SS25”に構成されたCMPスラリーが使用される。膜とリテーニングリングの間で１．４psi圧力差に８４秒間研磨が実行される。
【００６２】
後続研磨で、各シリコンウェーハの厚さは“optiprobe 2600 UV”を使用して求まる。パターニングされたウェーハの厚さに対した簡単な例示が図１７に図示されてあり、ブランク膜に対した結果が後述の表１に提示されている。
【００６３】
これを通じて分かるように、従来のリテーニングリングを持ってパターニングされたウェーハを研磨すると、中央の厚さが８８２７Åになりエッジの厚さ範囲は６５０３Å又は７５７２Åになる。もう一度言うと、２３２４Åの厚さ範囲を有することになる。研磨のうちに平均除去率は“５３００Å／分”になることを分かる。従来のリテーニングリングを持ってブランク膜を研磨すると、中央の厚さが５７４６Åになりエッジの厚さ範囲は４７２３Åになる。もう一度言うと、１０２３Åの厚さ範囲を有することになる。研磨のうちに平均除去率は“５３２６Å／分”になることを分かる。
【００６４】
例でパターニングされたBPSGとブランク膜の数値は多様な条件でCMPシステムの性能を示す。これによって、パターニングされたウェーハ上での向上された研磨性能が平坦面でもっとよく示される。もっと敏感な膜及び（又は）CMP工程を通じて与えられたCMPリテーニングリングがどんなに動作することかを分かるために、ブランク膜ウェーハをエッジでもっと精密に測定することになる。
【００６５】
〔例１〕
本例は“例Ａ（前記段落００６２〜前記段落００６５に記載した例）”と同一な工程、同一な形態のCMPシステム、及び同一な形態のパターニングされたBPSGシリコンを使用して“例Ａ”の工程を繰り返す。しかし、本例は一実施形態で掲示された表面特性を有するリテーニングリングを使用する。特に、リテーニングリングは図４に図示されたことと同一な表面特性と４５°のエッジフィレットを持って配置される。
【００６６】
図１８は上述した表面特性を有したリテーニングリングに得られたウェーハの厚さを簡単に示す図面である。研磨が終わった後にウェーハの厚さを測定すると、中間厚さは８８２４Åである反面エッジ厚さは６３８８Å又は７４３０Åの厚さ範囲を有する。もう一度言うと、１９８６Åの厚さ範囲を有する。研磨のうちに、平均除去率は“５８００Å／分”になる。
【００６７】
このような結果を通じて掲示された表面特性を有したリテーニングリングは従来のリテーニングリングと比べて向上された除去率と向上された厚さ均一性を提供することになるのを分かる。特に、エッジプロファイル厚さが向上される。
【００６８】
〔例２〕
本例は“例Ａ”と同一な工程、同一な形態のCMPシステム、及び同一な形態のブランク膜ウェーハを使用して“例Ａ”の工程を繰り返す。しかし、本例は一実施形態で掲示された表面特性を有するリテーニングリングを使用する。特に、“例１”で使用された結果同一なリテーニングリングが“例２”の研磨動作で使用される。
【００６９】
図１６は８″ブランク膜ウェーハ上に実施された研磨動作の結果を示す図面である。表１は従来のリテーニングリングと掲示された表面特性を有するリテーニングリングに対したブランク膜研磨結果を示す。
【表１】
本例の結果を通じてパターニングされたウェーハ上の平面を保護しているブランク膜でエッジ性能が向上されることを分かる。図１６と表１によると、表面特性を有するリテーニングリングに対したブランクに除去率が増加されることを分かる。かつ、掲示された表面特性によってウェーハ厚さ均一性が向上される。これとして、従来リテーニングリングでの厚さが１０２３Åである反面、平均厚さ範囲は５０９Åになる。もう一度言って、従来の平坦な表面特性を有するリテーニングリングでの標準偏差率が４．９６％である反面、掲示された表面特性を有するリテーニングリングでの標準偏差率は２．０６％である。従って、掲示された表面特性が提供され研磨されたウェーハ厚さ均一性が向上され研磨除去率も高まる。
【００７１】
【発明の効果】
このように、上述した表面特性を有するリテーニングリングを使用することで研磨されたウェーハ厚さ均一性が向上される。かつ、研磨工程を実施する途中に研磨除去率が増加することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 独立的に作動するリテーニングリングとキャリアプレート装置を有する従来の化学的機械的研磨（chemical mechanical polishing；以下“CMP”）システムの簡易断面図である。
【図２】 従来CMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図３】 半導体基板をCMP工程に研磨するの間に使用される従来のCMPリテーニングリングの簡易部分斜視図である。
【図４】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図５】 半導体基板をCMP工程に研磨するの間使用されるアーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図６】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図７】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する本発明の実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易斜視図である。
【図８】 アーチ形のグルーブが掘られた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図９】 （ａ）および（ｂ）はアーチ形のグルーブが掘られた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図１０】 外部に行くほど減られる下部面を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図１１】 内部に行くほど減られる下部面を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの一部を示す簡易断面図である。
【図１２】 アーチ形のグルーブが掘れた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１３】 アーチ形のディンプル形表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１４】 アーチ形のバンプ形表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１５】 アーチ形のリブ形表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【図１６】 平坦な表面を有する従来のCMPリテーニングリングと表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングを使用する平坦化された８″BPSGウェーハのCMP工程のための直径スキャンニング除去率を示すグラフである。
【図１７】 平坦化された表面を有する従来のCMPリテーニングリングを利用したCMP工程以後の中央及び平坦厚さを示す、64M SDRAM層間絶縁（interlayer dielectric；以下“ILD”）研磨ウェーハの簡易斜視図である。
【図１８】 表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるリテーニングリングを利用したCMP工程以後の中央及び平坦厚さを示す、64M SDRAM層間絶縁研磨ウェーハの簡易斜視図である。
【図１９】 図１２のCMPリテーニングリングの簡易断面図である。
【図２０】 図１３のCMPリテーニングリングの簡易断面図である。
【図２１】 部分的に拡大されたアーチ形のグルーブが掘られた表面特性を有する掲示された方法と装置の一実施形態によるCMPリテーニングリングの簡易斜視図である。
【符号の説明】
５０ リテーニングリング
５２ 表面特性
５４ 下部面（又はパッド側面）
５７ プロファイル
６０ 基板
６２ 研磨パッド
６４ 上部面（又は研磨表面）
６６ エッジ領域
６８ リテーニングリングの表面
７０ 基板表面
９０ 内壁面
９２ 外壁面
９８ エッジフィレット
Claims (9)
- 内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有するCMP リテーニングリングにおいて、
前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置し、前記リテーニングリングの回転方向に対して外部に傾いたグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、かつ当該CMPリテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面と前記下部面とが、エッジフィレットにより結ばれていることを特徴とするCMPリテーニングリング。 - 内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有するCMPリテーニングリングにおいて、
前記内壁面と前記外壁面との間に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置し、前記リテーニングリングの回転方向に対して外部に傾いたグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、
当該CMPリテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面と前記下部面とは、エッジフィレットにより結ばれていることを特徴とするCMPリテーニングリング。 - 内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有するCMP リテーニングリングにおいて、
前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置し、前記リテーニングリングの回転方向に対して外部に傾いたグルーブが、前記下部面の面上に複数本設けられており、かつ当該CMPリテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面に、当該CMPリテーニングリングよりも相対的に硬い材料から作られた層が設けられていることを特徴とするCMPリテーニングリング。 - 当該CMPリテーニングリングの回転方向後側に位置するグルーブの壁面に、当該CMPリテーニングリングよりも相対的に硬い材料から作られた層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のCMPリテーニングリング。
- 前記グルーブが、平面視円弧状に形成されているとともに、一端が他端よりも回転方向前側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のCMPリテーニングリング。
- 前記下部面の面上に複数個の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のCMPリテーニングリング。
- 前記複数個の凹部が、前記内壁面から前記外壁面にかけて複数本の列をなすとともに、各列が平面視円弧状となるよう配置されていることを特徴とする請求項６に記載のCMPリテーニングリング。
- 内壁面、外壁面、および化学的機械的研磨を実行するときに研磨パッドの上部面と接触する下部面を有するCMPリテーニングリングにおいて、
前記内壁面に一端が位置するとともに、前記外壁面に他端が位置する規則正しく配列された複数個の隆起点からなる列が、前記下部面の面上に複数本設けられており、
前記隆起点からなる列が、平面視円弧状に形成されているとともに、一端が他端よりも回転方向前側に位置するように形成されていることを特徴とするCMPリテーニングリング。 - 当該CMPリテーニングリングの厚みが、前記外壁面から前記内壁面にかけて漸次薄くなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のCMPリテーニングリング。
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