JP6252734B2 - 化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下、ＣＭＰとする）装置用リテーナリング構造物およびその製造方法に関するものであって、より詳細には、ＣＭＰ工程中において、シリコンウエハ（ｗａｆｅｒ）の位置を固定させるリテーナリング構造物の金属材リングの外部露出を防止することにより、金属材リングの汚染と腐食を予防することができ、耐久性を向上させ、低価格で製造可能な金属材を用いることにより、製造コストを低減することができ、商品性を増大させることができるＣＭＰ装置用リテーナリング構造物およびその製造方法に関するものである。

一般に、半導体素子の高速化および高集積化に伴い、多層配線構造における配線層数の増加と配線パターンの微細化に対する要求がますます高まり、多層配線技術がサブミクロン工程において重要な課題である。

特に、０．３５μｍ以下の工程時代に入るにつれ、微細パターンの形成を実現するための露光装置の焦点深度に対する工程マージンが減少することにより、十分な焦点深度を確保するためにチップ領域にわたる広域平坦化技術が要求される。

したがって、広域平坦化を実現するために、化学機械的研磨（ＣＭＰ）と呼ばれる技術が現在広く利用されており、かかる技術が半導体素子製造工程に必須として適用されているだけでなく、次世代素子について盛んな研究が行われている。そして、前記ＣＭＰ技術は、素子の高速化を実現するために、多層配線が要求される論理型素子に多く適用されているだけでなく、記憶型素子においても、多層化に伴って次第に適用する傾向にある。

そして、前記ＣＭＰ装置で機械的な作用を担当するために、ウエハを固定する研磨ヘッドにはリテーナリング（ｒｅｔａｉｎｅｒ ｒｉｎｇ）が設けられており、このようなリテーナリングは、ホールディングされたウエハの定位置を固定するのに用いられる。

しかし、前記リテーナリングは、樹脂材のプラスチックでのみ製造されていて、強度が弱いだけでなく、ＣＭＰ工程前に行われるリング自体の平坦化作業時に必要な時間が多くなり、カバーボルト締めによる力の不均衡により偏磨耗が発生する問題があった。

これにより、金属とプラスチックのような樹脂材で製造したリングを用いるが、金属材のリングと樹脂材リングとの結合が困難で、これにより、作業性が減少するだけでなく、結合時にボンディングや溶接などが利用されるが、その機能が不十分で、不均一な結合により偏磨耗が発生する問題があった。

さらに、金属材のリングに形成されたボルト孔などが外部に露出することにより、研磨材などによる汚染が発生するだけでなく、腐食しやすく、耐久性が減少する問題を抱えていた。

そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、リテーナリング構造物の金属材リングの外部露出を防止することにより、金属材リングの汚染と腐食を予防することができ、耐久性を向上させ、低価格で製造可能な金属材を用いることにより、製造コストを低減することができ、商品性を増大させることができるＣＭＰ装置用リテーナリング構造物およびその製造方法を提供することである。

上記の目的は本発明によって達成され、本発明の一態様により、化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物は、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔が上面に形成される金属材のインサートリングと、上面が開放された中空部を有する胴体と、前記胴体の側面に長手方向に形成された１つ以上の長い溝部とを有し、前記インサートリングの孔に押し込まれてタップ加工される樹脂材のインサートピンと、前記インサートピンおよび前記インサートリングを取り囲んで形成される外部リングとを含むことを特徴とする。

本発明の他の態様により、化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物は、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔が上面に形成されるが、内側には雌ねじ山が形成される金属材のインサートリングと、上面が開放された中空部を有する円筒状の胴体と、前記胴体の側面に雄ねじ山とが形成され、前記インサートリングの孔にねじ結合されてタップ加工される樹脂材のインサートピンと、前記インサートピンおよび前記インサートリングを取り囲んで形成される外部リングとを含む。

本発明のさらに他の態様により、化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物の製造方法は、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔を金属材のインサートリングの上面に形成させるステップと、上面が開放された中空部を有する胴体と、前記胴体の側面に長手方向に形成された１つ以上の長い溝部とを有する樹脂材の複数のインサートピンを前記インサートリングの複数の孔に結合させるステップと、前記インサートピンが結合された前記インサートリングを金型に装着させ、樹脂材を射出させ、前記インサートリングを樹脂材で取り囲んで外部リングを形成させるステップと、前記インサートピンにタップ加工するステップとを含むことを特徴とする。

本発明のさらに他の態様により、化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物の製造方法は、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔を金属材のインサートリングの上面に形成させるが、内側には雌ねじ山を形成させるステップと、上面が開放された中空部を有する円筒状の胴体と、前記胴体の側面に雄ねじ山とが形成され、樹脂材の複数のインサートピンを前記インサートリングの複数の孔にねじ結合させるステップと、前記インサートピンが結合された前記インサートリングを金型に装着させ、樹脂材を射出させ、前記インサートリングを樹脂材で取り囲んで外部リングを形成させるステップと、前記インサートピンにタップ加工するステップとを含むことを特徴とする。

本発明のかかる構成およびその方法により、樹脂材リングによって取り囲まれる金属材リングの外部露出を防止することにより、金属材リングの汚染と腐食を予防することができ、耐久性を向上させ、低価格で製造可能な金属材を用いることにより、製造コストを低減することができ、商品性を増大させることができる効果が発生する。

本発明の好ましい一実施形態にかかるＣＭＰ装置を概略的に示す図である。 本発明の好ましい一実施形態にかかるリテーナリング構造物のインサートリングの概略的な斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態にかかるリテーナリング構造物のインサートピンの概略的な斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態にかかるインサートピンをインサートリングに押し込むことを示す図である。 本発明の好ましい一実施形態にかかるリテーナリング構造物の概略的な斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかるインサートピンをインサートリングに押し込むことを示す図である。 本発明の好ましい一実施形態にかかるリテーナリング構造物を製造するためのフローチャートである。

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるように詳細に説明するために、本発明の最も好ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明し、また、本発明を説明するにあたり、図面全体にわたって同一の部分には同一の図面符号を用いる。

図示のように、図面符号１０で表した、本発明にかかるリテーナリング構造物は、以下、図１を参照して説明する。

まず、ＣＭＰ装置は、本体１０８と、研磨ヘッド１１２とから構成されるが、前記本体１０８は、上面に装着される研磨プラテン１１０と、この研磨プラテン１１０の上面に設けられる研磨パッド１０６とを含む。

前記研磨ヘッド１１２には、ウエハ１００を固定するリテーナリング構造物１０と、この構造物１０が装着される研磨ハウジング１０２および回転アーム１０４とから構成され、前記回転アーム１０４によって研磨ハウジング１０２が回転運動をする。

前記研磨プラテン１１０は、その上面に前記ウエハ１００の表面が互いに接触して研磨が行われる研磨パッド１０６が具備され、その下側に駆動手段が連結された回転駆動軸１１４が形成され、前記駆動手段により、前記研磨プラテン１１０は軌道（ｏｒｂｉｔａｌ）運動をする。

前記リテーナリング構造物１０は、図２ないし図５に示されるように、前記化学機械的研磨装置のヘッド１１２に結合するための複数の孔１５が上面に形成される金属材のインサートリング（ｉｎｓｅｒｔ ｒｉｎｇ）１４と、このインサートリング１４の孔１５に押し込まれてタップ加工される樹脂材のインサートピン１６と、このインサートピン１６および前記インサートリング１４を取り囲んで形成される外部リング１２とを含む。

この時、前記インサートピン１６は、図３に示されるように、上面が開放された中空部を有する胴体１７と、この胴体１７の側面に長手方向に形成された２つの長い溝部１８とを有する。

前記溝部１８の提供は、後述する射出工程で射出物として用いられる樹脂材が前記溝部１８に流入し、これにより、前記インサートピン１６が後で形成される外部リング１２と一体に形成されるため、前記インサートピン１６に設けられるタップ加工を容易にするためである。

したがって、当業者にとっては、前記溝部１８の形状と数に制限を設けないことが容易に分かるはずである。

また、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔が上面に形成される前記インサートリング１４の内側には雌ねじ山を形成させ、前記インサートピン１６の内側には雄ねじ山を形成させ、前記インサートリング１４と前記インサートピン１６とをねじ結合させることができることを、当業者は容易に分かるはずである。

さらに、図６のように、インサートピン１６の先端部位である突出部３０を形成させ、その先端部位を射出する金型の一定部位に固定させ、射出工程を終えた後、前記インサートピン１６の先端部位である突出部３０を切断し、タップ工程を提供するようにその形状を設けることができる。

したがって、前記インサートリング１４は、前記外部リング１２によって取り囲まれるだけでなく、前記研磨装置のヘッドに結合するためのボルト孔が外部に露出しないため、比較的低価格の金属材で製造されてもかまわない。

本発明のかかる構成によるリテーナリング構造物の製造方法を、以下、図７を参照して説明する。

まず、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔１５を金属材のインサートリング１４の上面に形成させ（Ｓ１２）、このインサートリング１４の複数の孔１５に樹脂材の複数のインサートピン１６を結合させる（Ｓ１４）。

その後、前記インサートピン１６が結合された前記インサートリング１４を金型に装着させ、樹脂材を射出させ、前記インサートリング１４を樹脂材で取り囲む外部リング１２を形成させる（Ｓ１６）。

最後に、前記インサートピン１６にタップ加工することにより、前記インサートリング１４は外部に露出する面がなくなる（Ｓ１８）。

この時、上述のように、前記インサートピン１６は、上面が開放された中空部を有する胴体１７と、この胴体１７の側面に長手方向に形成された２つの長い溝部１８とを有する。

そして、上述のように、前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔が上面に形成される前記インサートリング１４の内側には雌ねじ山を形成させ、前記インサートピン１６の内側には雄ねじ山を形成させ、前記インサートリング１４と前記インサートピン１６とをねじ結合させることができる。

さらに、これとは異なり、インサートピン１６を、前記射出ステップで前記金型に装着され、射出後切削加工される突出部３０と、前記胴体の一端部に連結され、射出後タップ加工される胴体とからなるように形成することができる。

本発明は、記載された実施形態にかかる化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物およびその製造方法に限定されるものではなく、本発明の思想および範囲を逸脱しない範囲内で多様に修正および変形可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。したがって、そのような変形例または修正例は本発明の特許請求の範囲に属する。

１０：リテーナリング構造物
１２：外部リング
１４：インサートリング
１５：孔
１６：インサートピン
１７：胴体
１８：溝部

Claims (2)

1. 化学機械的研磨装置（ＣＭＰ）用リテーナリング構造物において、
   前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔が上面に形成されるが、内側には雌ねじ山が形成される金属材のインサートリング（ｉｎｓｅｒｔ ｒｉｎｇ）と、
   上面が開放された中空部を有する円筒状の胴体と、前記胴体の側面に雄ねじ山とが形成され、前記インサートリングの孔にねじ結合されてタップ加工される樹脂材のインサートピンと、
   前記インサートピンおよび前記インサートリングを取り囲んで形成される外部リングとを含むことを特徴とする化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物。
2. 化学機械的研磨装置（ＣＭＰ）用リテーナリング構造物の製造方法において、
   前記化学機械的研磨装置のヘッドに結合するための複数の孔を金属材のインサートリングの上面に形成させるが、内側には雌ねじ山を形成させるステップと、
   上面が開放された中空部を有する円筒状の胴体と、前記胴体の側面に雄ねじ山とが形成され、樹脂材の複数のインサートピンを前記インサートリングの複数の孔にねじ結合させるステップと、
   前記インサートピンが結合された前記インサートリングを金型に装着させ、樹脂材を射出させ、前記インサートリングを樹脂材で取り囲んで外部リングを形成させるステップと、
   前記インサートピンにタップ加工するステップとを含むことを特徴とする化学機械的研磨装置用リテーナリング構造物の製造方法。