特許 6706047 化学機械研磨プロセスで利用される保持リングのプロファイルおよび表面前処理のための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6706047

(24)【登録日】2020年5月19日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】化学機械研磨プロセスで利用される保持リングのプロファイルおよび表面前処理のための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/04 20120101AFI20200525BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/04

   H01L21/304 622G

【請求項の数】9

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-213710(P2015-213710)

(22)【出願日】2015年10月30日

(65)【公開番号】特開2016-87787(P2016-87787A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2018年10月30日

(31)【優先権主張番号】62/072,659

(32)【優先日】2014年10月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド マサユキ イシカワ

(72)【発明者】

【氏名】ジョンフン オー

(72)【発明者】

【氏名】ギャレット ホー イー シン

(72)【発明者】

【氏名】チャールズ シー ギャレットソン

(72)【発明者】

【氏名】フアンボ ジャン

(72)【発明者】

【氏名】チア−リン パイ

(72)【発明者】

【氏名】ニラジ プラサード

(72)【発明者】

【氏名】フリオ デイヴィッド ムスキス

【審査官】 山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５６４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９６６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／０４

Ｂ２４Ｂ ３７／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

保持リング上に犠牲表面を形成するための治具であって、
前記保持リングの外径と実質的に一致するようにサイズが調整された治具板と、
前記保持リングの下方部分の内径側壁または外径側壁の１つに横方向負荷を与えるようになされたクランプ装置と、
を備える治具。

【請求項2】

前記クランプ装置が前記保持リングの前記下方部分の前記外径側壁を取り囲むようになされた外部クランプ装置である、請求項１に記載の治具。

【請求項3】

前記クランプ装置が１つまたは複数の環状クランプリングを備える、請求項１に記載の治具。

【請求項4】

前記クランプ装置が前記保持リングの下方部分の前記外径側壁にしっかりと適合する外側リングを備える、請求項１に記載の治具。

【請求項5】

前記外側リングが複数の締め具によって１つまたは複数の環状クランプリングに結合される、請求項４に記載の治具。

【請求項6】

前記クランプ装置が前記保持リングの前記内径側壁内部にぴったりと適合するマンドレルを備える、請求項５に記載の治具。

【請求項7】

前記マンドレルと前記治具板との間に配置されたスエージアダプタをさらに備える、請求項６に記載の治具。

【請求項8】

前記マンドレルの外周面が９０度未満の角度を含む、請求項７に記載の治具。

【請求項9】

前記クランプ装置が前記保持リングの前記下方部分の前記内径側壁を取り囲むようになされた内側クランプ装置である、請求項１に記載の治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、半導体基板などの基板を研磨するための研磨システムに関する。より詳細には、実施形態は、化学機械平坦化（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）システムにおいて使用可能な保持リングに関する。

【背景技術】

【0002】

化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）は、基板に堆積させた材料の層を平坦化するまたは研磨するために高密度集積回路の製造において通常使用されるプロセスである。キャリアヘッドは、そこに保持された基板をＣＭＰシステムの研磨ステーションへ供給し、基板を動いている研磨パッドに制御可能に付勢することができる。ＣＭＰは、基板のフィーチャ側との間で接触を行い、研磨液の存在している間に基板を研磨パッドに対して移動させることによって効果的に用いられる。材料は、化学的および機械的な作用の組合せによって研磨表面と接触している基板のフィーチャ側から除去される。研磨している間に基板から除去された粒子は、研磨液中に懸濁されるようになる。懸濁粒子は、研磨液によって基板を研磨している間に、除去される。
キャリアヘッドは、基板を取り囲み、キャリアヘッド内で基板の保持を容易にすることができる保持リングを典型的には含む。保持リングの底面は、研磨中に研磨パッドに全体的に接触する犠牲プラスチック材料から典型的には作られている。犠牲プラスチック材料は、連続した作業にわたって次第に磨耗するように設計される。

【0003】

保持リングは、従来のＣＮＣ機械加工法を使用して典型的には製造される。しかしながら、従来の機械加工法によって生成された犠牲プラスチック材料の表面は、典型的には、粗すぎ、より滑らかな表面および許容可能な平坦度を生成するように調節されなければならない。新しい保持リングの「ブレークイン」調節のための１つの方法は、保持リングを完全に機能するＣＭＰシステムに据え付けて、多数のダミーウエハによる方策を実行するステップを含む。しかしながら、この手法は、資本費用および人件費が高いため非効率である。
したがって、所望の粗さおよび表面平坦度を有する保持リングを生成する簡略化された方法および装置が必要である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

保持リング、保持リング調節方法、および調節治具が開示される。一実施形態において、保持リング上に犠牲表面を形成するための治具は、保持リングの外径と実質的に一致するようにサイズが調整された治具板、および保持リングの下方部分の内径側壁または外径側壁の１つに横方向負荷を与えるようになされたクランプ装置を含む。
別の実施形態では、研磨プロセスのための保持リングが開示される。保持リングは、上方部分および下方部分を備える本体と、下方部分に配置され、約０．０００３インチ〜約０．０００１５インチのテーパ高さを有する負のテーパ面を備える犠牲表面と、を含む。
別の実施形態では、研磨プロセスのための保持リングが開示される。保持リングは、上方部分および下方部分を備えるリング状本体であって、上方部分が第１の面内に配置された平面を有するリング状本体と、下方部分に配置され、第１の面に対して負の角を成し、約０．０００３インチ〜約０．０００１５インチのテーパ高さを有する第２の面内に配置された犠牲表面と、を含む。
別の実施形態では、研磨プロセスのための保持リングを形成するための方法が提供される。本方法は、リング状本体の上方部分に治具板を結合するステップと、リング状本体の下方部分の内径側壁または外径側壁の１つに横方向負荷を与えるステップと、リング状本体の下方部分を回転している研磨パッドに向かって付勢するステップと、を含む。

【0005】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することによって本開示のより具体的な説明を行うことができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本開示の範囲を限定していると考えられるべきではなく、その理由は本開示が他の効果的な実施形態を受け入れることができるためである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】化学機械研磨システムの部分断面図である。

【図2】図１のキャリアヘッドおよび保持リングの一部に対する断面図である。

【図3】本明細書に記載されるような保持リングの一実施形態の第１の支持体構造の等角投影底面図である。

【図4】図３の線４−４に沿った保持リングの側部断面図である。

【図5】図４の保持リングの拡大部分断面図である。

【図6】保持リングの下方部分に負のテーパ面を生成するための治具の一実施形態の側部断面図である。

【図7】図６に示される治具の拡大部分断面図である。

【図8】図６および図７の治具の治具板の平面図である。

【図9A】図８の治具板の側部断面図である。

【図9B】図９Ａの治具板の拡大部分断面図である。

【図9C】保持リング上に負のテーパ面を形成するプロセスを示す概略図である。

【図9D】保持リング上に負のテーパ面を形成するプロセスを示す概略図である。

【図10】保持リングの下方部分に負のテーパ面を生成するための治具の別の実施形態の部分側部断面図である。

【図11】調節システムの一実施形態の概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

理解を容易にするために、可能な場合は、各図に共通な同一の要素を指定するために同一の参照数字が使用された。一実施形態において開示される要素は、特に詳しく説明することなく他の実施形態において有益に利用されることがあることが考えられる。
基板を研磨するために利用される保持リングならびに保持リングを調節するおよび／または磨き直すための方法が本明細書に記載される。本方法を実施するための装置は、調節および／または磨き直しを容易にする保持リングに結合された治具組立体を含む。

【0008】

図１は、化学機械研磨（ＣＭＰ）システム１００の部分断面図である。ＣＭＰシステム１００は、保持リング１１５の内側に基板１１０（ファントムで示す）を保持し、処理中に基板１１０を研磨パッド１２５の研磨面１２０に接触して載置するキャリアヘッド１０５を含む。研磨パッド１２５は、プラテン１３０上に配置される。プラテン１３０は、プラテンシャフト１３４によってモータ１３２に結合されてもよい。モータ１３２は、ＣＭＰシステム１００が基板１１０を研磨しているとき、プラテン１３０、したがって、研磨パッド１２５の研磨面１２０をプラテンシャフト１３４の軸１３６の回りに回転させる。
ＣＭＰシステム１００は、化学的な供出システム１３８およびパッドリンスシステム１４０を含むことができる。化学的な供出システム１３８は、スラリまたはイオンが除去された水などの研磨液１４４を保持する薬液タンク１４２を含む。研磨液１４４は、研磨面１２０上にスプレーノズル１４６によってスプレーされてもよい。ドレイン１４８は、研磨パッド１２５から流れ出すことがある研磨液１４４を収集することができる。収集された研磨液１４４は、不純物を除去するためにフィルターされ、再使用するために薬液タンク１４２に戻されてもよい。
パッドリンスシステム１４０は、研磨パッド１２５の研磨面１２０にイオンが除去された水１５４を供出するノズル１５２を含んでもよい。ノズル１５２は、イオンが除去された水のタンク（図示せず）に結合されている。研磨後、ノズル１５２からのイオンが除去された水１５４は、基板１１０、キャリアヘッド１０５、ならびに研磨面１２０からの屑および過剰な研磨液１４４を洗い流すことができる。パッドリンスシステム１４０および化学的な供出システム１３８は、別々の要素として描かれているが、単一の供出管が、イオンが除去された水１５４の供出および研磨液１４４の供出の両方の機能を行ってもよいことを理解されたい。

【0009】

キャリアヘッド１０５は、シャフト１５６に結合されている。シャフト１５６は、モータ１５８に結合され、このモータ１５８がアーム１６０に結合されてもよい。モータ１５８を利用して、キャリアヘッド１０５をアーム１６０に対して線形運動で横に（Ｘおよび／またはＹ方向に）移動させることができる。また、キャリアヘッド１０５は、キャリアヘッド１０５をアーム１６０および／または研磨パッド１２５に対してＺ方向に移動させるように構成されたアクチュエータ１６２を含む。また、キャリアヘッド１０５は、キャリアヘッド１０５をアーム１６０に対して中心線１６６（また、これは回転軸であってもよい）の回りに回転させるロータリアクチュエータまたはモータ１６４に結合されている。モータ１５８、１６４、およびアクチュエータ１６２は、キャリアヘッド１０５を研磨パッド１２５の研磨面１２０に対して位置決めする、および／または移動させる。一実施形態において、モータ１５８、１６４は、キャリアヘッド１０５を研磨面１２０に対して回転させ、処理中に基板１１０を研磨パッド１２５の研磨面１２０に付勢するようにダウンフォースを与える。

【0010】

キャリアヘッド１０５は、可撓性膜１７０を収納する本体１６８を含む。可撓性膜１７０は、基板１１０と接触するキャリアヘッド１０５の下側の表面を提供する。本体１６８および可撓性膜１７０は、保持リング１１５によって取り囲まれている。保持リング１１５は、スラリの輸送を促進する複数の溝１７２（１つが示されている）を有してもよい。

【0011】

また、キャリアヘッド１０５は、可撓性膜１７０に隣接する１つまたは複数のブラダー、例えば、外部ブラダー１７４および内部ブラダー１７６を含むことができる。上で論じたように、可撓性膜１７０は、基板１１０がキャリアヘッド１０５内に保持されているとき、基板１１０の裏側と接触する。ブラダー１７４、１７６は、ブラダー１７４、１７６に選択的に流体を供出して可撓性膜１７０に力を印加する第１の可変圧力源１７８Ａに結合されている。一実施形態において、ブラダー１７４は、可撓性膜１７０の外部ゾーンに力を印加し、一方ブラダー１７６は、可撓性膜１７０の中心ゾーンに力を印加する。ブラダー１７４、１７６から可撓性膜１７０に印加される力は、基板１１０の部分に伝達され、基板１１０および研磨パッド１２５の研磨面１２０に転写されるエッジと中心間の圧力プロファイルを制御するために使用されてもよい。第１の可変圧力源１７８Ａは、可撓性膜１７０を介して基板１１０の個々の領域への力を制御するために、流体をブラダー１７４、１７６のそれぞれに独立して供出するように構成される。さらに、キャリアヘッド１０５内で基板１１０の裏側に、基板１１０の保持を容易にする吸引力を印加するために、真空ポート（図示せず）がキャリアヘッド１０５内に設けられてもよい。本開示から恩恵を得るようになされてもよいキャリアヘッド１０５の例には、他のメーカーから入手可能なキャリアヘッドの中でもとりわけ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、 Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから入手可能なＴＩＴＡＮ ＨＥＡＤ（商標）、ＴＩＴＡＮ ＣＯＮＴＯＵＲ（商標）およびＴＩＴＡＮ ＰＲＯＦＩＬＥＲ（商標）キャリアヘッドが含まれる。
一実施形態において、保持リング１１５は、アクチュエータ１８０によって本体１６８に結合されている。アクチュエータ１８０は、第２の可変圧力源１７８Ｂによって制御される。第２の可変圧力源１７８Ｂは、保持リング１１５をキャリアヘッド１０５の本体１６８に対してＺ方向に移動させるアクチュエータ１８０から流体を供給するまたは除去する。第２の可変圧力源１７８Ｂは、モータ１６２によって行われる移動とは無関係に保持リング１１５をＺ方向に移動させるようになされている。第２の可変圧力源１７８Ｂは、アクチュエータ１８０および／もしくは保持リング１１５に負圧または正圧を印加することによって、保持リング１１５の移動を行うことができる。一態様において、研磨プロセス中に保持リング１１５を研磨パッド１２５の研磨面１２０に向かって付勢するように、保持リング１１５に圧力が印加される。

【0012】

上で論じたように、保持リング１１５は、基板１１０の研磨中に研磨面１２０と接触することができる。化学的な供出システム１３８は、研磨中に研磨面１２０および基板１１０に研磨液１４４を供出することができる。保持リング１１５内に形成された溝１７２は、研磨液１４４および混入した研磨屑を、保持リング１１５を介しておよび基板１１０から離れるように輸送するのを促進する。基板１１０を処理した後、基板１１０は、キャリアヘッド１０５から除去されてもよい。

【0013】

図２は、キャリアヘッド１０５および図１の保持リング１１５の一部に対する断面図である。キャリアヘッド１０５は、第１の支持体構造２００Ａおよび第２の支持体構造２００Ｂを含むことができる。第２の支持体構造２００Ｂは、基板１１０を研磨パッド１２５に付勢するために使用され得るが、第１の支持体構造２００Ａは、基板をキャリアヘッド１０５内に保持する。第２の支持体構造２００Ｂは、第２の支持体構造２００Ｂをキャリアヘッド１０５の本体１６８に取り付けられた屈曲性ダイアフラム２１５に固定するための上側クランプ２０５および下側クランプ２１０を有することができる。この配置によって、基板１１０を研磨している間、第２の支持体構造２００Ｂの垂直移動が可能となる。下側クランプ２１０の底面は、第２の支持体構造２００Ｂの一部として一斉に移動するブラダー１７４および可撓性膜１７０に結合されている。

【0014】

保持リング１１５は、リング状であってもよく、図１に示されるキャリアヘッド１０５の中心線１６６を共有する中心線を含んでもよい。また、キャリアヘッド１０５の第１の支持体構造２００Ａは、底面２２０、内径側壁２２５、および外径側壁２３０を有する保持リング１１５を含むことができる。保持リング１１５は、単一の材料の塊から形成することができる本体２３５から構成されてもよい。あるいは、本体２３５は、２つ以上の部分から形成されてもよい。本体２３５の各部分は、本体２３５のリング形状を形成するために互いに適合する１つまたは複数の部分を含むことができる。一実施形態において、保持リング１１５の本体２３５は、単一の一体型の構造である。別の実施形態では、保持リング１１５の本体２３５は、２つ以上のリング状部分から形成される。例えば、保持リング１１５は、下方部分２４５に取り付けられた上方部分２４０を有することができる。接着層２５０を使用して、保持リング１１５の上方部分２４０を保持リング１１５の下方部分２４５に接合することができる。接着層２５０は、エポキシ材料、ウレタン材料、またはアクリル材料であってもよい。

【0015】

本体２３５、または少なくとも上方部分２４０は、ステンレス鋼、アルミニウム、モリブデンもしくは別の耐プロセス性金属などの金属材料または合金、あるいはセラミックまたはセラミック充填ポリマープラスチック、あるいはこれらまたは他の適切な材料の組合せから形成されてもよい。一例において、本体２３５の上方部分２４０は、ステンレス鋼などの金属から形成されてもよい。さらに、本体２３５、または少なくとも下方部分２４５は、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ＥＲＴＡＬＹＴＥ（登録商標）ＴＸ、ＰＥＥＫ、ＴＯＲＬＯＮ（登録商標）、ＤＥＬＲＩＮ（登録商標）、ＰＥＴ、ＶＥＳＰＥＬ（登録商標）、ＤＵＲＡＴＲＯＬ（登録商標）、あるいはこれらまたは他の適切な材料の組合せなどのプラスチック材料から作製されてもよい。一例において、本体２３５の下方部分２４５は、セラミック材料から作製されてもよい。一実施形態において、上方部分２４０は、剛性を提供するが、下方部分２４５は、研磨パッド１２５の研磨面１２０と接触する犠牲表面２５５を提供する。犠牲表面２５５は、研磨プロセス中に磨耗する傾向があり、多数のサイクルの後に置き換えられなければならない。

【0016】

上記のように、従来の保持リングは、従来のＣＮＣ機械加工法を使用して製造されている。これらの方法によって達成される表面仕上がり（平均表面粗さ（Ｒａ））および平坦度は、典型的には、それぞれ約１６Ｒａおよび０．００１インチである。これらのレベルの機械公差および仕上がりは、機械加工されたままの保持リングが研磨中に許容できない量の粒子を生成するため、生産に値するパーツを生み出さない。さらに、全体的に平坦な（０．００１インチ）プロファイルを有する従来の保持リングは、研磨パッド面のトポロジを十分に制御せず、したがって生産での使用に先立って広範囲にわたるブレークインプロセスを必要とすることが示された。
最適な研磨は、犠牲表面２５５上に負のテーパを有する（すなわち、保持リング１１５の内径側壁２２５の厚さが、外径側壁２３０の厚さよりもわずかに薄い）保持リング１１５を使用して達成されることが見出された。さらに、保持リング１１５の犠牲表面２５５の粗さを約１６Ｒａよりもはるかに小さな粗さに変えることによって、粒子が低減するばかりでなく研磨が改良されることが見出された。

【0017】

図３は、本明細書に記載されるような保持リング１１５の一実施形態の第１の支持体構造２００Ａの等角投影底面図である。溝１７２が形成された犠牲表面２５５は、本体２３５に結合されている。本体２３５は、約１１インチ〜約１２インチの内側寸法３００（例えば、直径）および約１２インチ〜約１３．５インチの外側寸法３０５（例えば、直径）を含むことができる。また、複数の孔３１０が、（図１および図２に示す）キャリアヘッド１０５への取り付けを容易にするために本体２３５を貫いて形成されている。
図４は、図３の線４−４に沿った保持リング１１５の側部断面図である。下方部分２４５は、上方部分２４０に結合されている。また、下方部分２４５は、円錐形のテーパ４００を含む犠牲表面２５５を含む。一部の実施形態では、円錐形のテーパ４００は、約１７５度〜約１８５度である。

【0018】

図５は、図４の保持リング１１５の拡大部分断面図である。保持リング１１５の下方部分２４５の犠牲表面２５５は、負のテーパ面５００を含む。負のテーパ面５００は、内径側壁２２５の厚さＴ’と外径側壁２３０の厚さＴ’’との差によって規定される。厚さＴ’と厚さＴ’’間の差は、約０．０００３インチ〜約０．０００１５インチ、例えば、約０．０００２インチであってもよいテーパ高さ５０５によって規定されてもよい。一部の実施形態では、負のテーパ面５００は、０．００２インチ未満の平坦度および鏡面仕上げ（すなわち、約４マイクロインチ〜約５マイクロインチＲＭＳ）を含むことができる。

【0019】

保持リングを形成するための方法および装置
図６は、保持リング１１５の下方部分２４５の犠牲表面２５５上に負のテーパ面５００を生成するための治具６００の一実施形態の側部断面図である。治具６００は、保持リング１１５が負のテーパ面５００を形成するために結合されるときに、研磨モジュール（図示せず）上に載置されてもよい。図１１を参照して以下でより詳細に説明するように、研磨プロセスは、研磨パッドを使用して、負のテーパ面５００を形成するために行われる。
図７は、図６に示す治具６００の拡大部分断面図である。治具６００は、クランプ装置６０５、外側クランプリング６１０、および治具板６１５を含む。外側クランプリング６１０は、下方部分２４５の外径側壁２３０をぴったりと受ける内側寸法を含むことができる。クランプ装置６０５および治具板６１５は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属材料から作られてもよい。一実施形態において、クランプ装置６０５は、保持リング１１５の下方部分２４５への横方向負荷を制御する外部クランプ装置を備える。外側クランプリング６１０は、ポリエーテルエーテルケトン材料または等価な耐久性のあるプラスチック材料から作られてもよい。外側クランプリング６１０は、外径側壁２３０を支持することによって保持リング１１５の下方部分２４５の外径側壁２３０の研磨速度を低減させることができる。これによって、外径側壁２３０に対する内径側壁２２５の研磨速度に関してさらなる制御を行う。さらに、この外側クランプリング６１０の存在によって、外径側壁２３０のエッジにおけるフィレットの形成を制御することができる。

【0020】

クランプ装置６０５は、互いにおよび／または締め具６４０を使用して外側クランプリング６１０に固定される２つの環状リング６２０および６２５を含むことができる。締め具の一方は、調整締め具であってもよいが、もう一方の締め具は、弛み止め締め具であってもよい。別の複数の締め具６４５を使用して、治具板６１５を保持リング１１５の上方部分２４０に結合することができる。クランプ装置６０５、特に環状リング６２５は、上方部分２４０の外側表面から放射状に外方向に延在する肩部６３０に載っていてもよい。締め具６４０および締め具６４５をしっかりと締めることによって、治具６００が保持リング１１５と一体化するように、治具板６１５および外側クランプリング６１０の結合を促進する。外側クランプリング６１０を利用することによって、負のテーパ面５００を形成している間、保持リング１１５の下方部分２４５を研磨パッド（図示せず）の表面に対してまっすぐに維持する。犠牲表面２５５に対する外側クランプリング６１０の下部表面６５０の調整によって、研磨プロセス中の研磨パッドのはね返りを制御し、犠牲表面２５５のテーパにおよび／または保持リング１１５の下方部分２４５の外径側壁２３０に影響を及ぼす。治具６００は、保持リング１１５の下方部分２４５の外径側壁２３０に制御された横方向負荷をかけるために利用される外径治具を備えることができる。外側クランプリング６１０は、保持リング１１５の下方部分２４５の外径側壁２３０上に固定境界を維持するためにさらに利用されてもよい。下方部分２４５の外径側壁２３０上の固定境界がない場合は、内径側壁２２５に印加された横力は、外側クランプリング６１０の下部表面６５０へ向かって材料変形を誘起するというよりはむしろ下方部分２４５の外径を不都合に変位させ、拡大させる可能性がある。

【0021】

図８は、図６および図７の治具６００の治具板６１５の平面図である。治具板６１５は、図６および図７に示す締め具６４５を受けるための複数の開口部８０５が形成された円形本体８００を含むことができる。開口部８０５のそれぞれは、図３に示す保持リング１１５の上方部分２４０の孔３１０と同数でおよび／または同一の場所に設けられてもよい。さらに、円形本体８００は、上部表面におもり８２０（１つだけが示されている）を取り付けるための取り付け機構８１５を含むことができる。おもり８２０を使用して、研磨プロセス中に治具６００および保持リング１１５に印加されるダウンフォースを調整することができる。円形本体８００は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属材料から作られてもよい。

【0022】

図９Ａは、図８の治具板６１５の側部断面図である。円形本体８００は、図３に示す保持リング１１５の本体２３５の外形寸法３０５と実質的に同一（例えば、＋／−．０３インチ以下）の外径９００を含むことができる。一部の実施形態では、治具板６１５は、（図６および図７に示す）保持リング１１５の上方部分２４０と接触するプロファイルド面９０５を含む。プロファイルド面９０５は、（図５に示す）保持リング１１５の下方部分２４５の負のテーパ面５００を生み出すために、調節中に下方部分２４５を変形させる正のテーパを含むことができる。
図９Ｂは、図９Ａの治具板６１５の拡大部分断面図である。一部の実施形態では、プロファイルド面９０５は、円形本体８００の内径表面９１５に隣接する平坦部分９１０を含むことができる。正のテーパ９２０の形態をしたテーパ部分は、円形本体８００の外径表面９２５と隣接することができる。治具板６１５の正のテーパ９２０は、ＩＤがＯＤよりも厚くなるように規定されてもよい。正のテーパ９２０は、一実施形態において約０．００７インチ〜約０．００３インチのオフセット寸法９３０によって規定されてもよい。一例において、オフセット寸法９３０は、約０．００５インチである。

【0023】

図９Ｃおよび図９Ｄは、保持リング１１５上に負のテーパ面５００を形成するプロセスを示す概略図である。図９Ｃに示すように、保持リング１１５は、（治具板６１５に取り付けられたときに）変形リング９３５として処理される。言いかえれば、保持リング１１５は、変形させた状態で処理される（犠牲表面２５５が正のテーパ角９３８を有するようにさせる）。治具板６１５に取り付けられたときに変形リング９３５を処理することによって、犠牲材料９４０を、研磨パッド（図示せず）の研磨面に接触する変形リング９３５の部分から除去する。研磨プロセスによって、変形リング９３５を治具板６１５から除去する前に、正のテーパ角９３８を平坦面または平面９４５に変形させる。平面９４５は、プロファイルド面９０５と向かい合う治具板６１５の表面９５０と実質的に平行であってもよい。別の態様では、治具板６１５のテーパ角９５５は、変形リング９３５の正のテーパ角９３８と実質的に等しくてもよい。

【0024】

変形リング９３５の処理および治具板６１５からの除去の後、図９Ｄに示すように、保持リング１１５は、（犠牲表面２５５が負のテーパ面５００を有する）中立状態に弛緩する。一実施形態において、治具板６１５のテーパ角９５５は、保持リング１１５の所望の負のテーパ面５００と正反対である。一態様では、治具板６１５上の正のテーパ角９５５は、保持リング１１５上に負のテーパ面５００を生成する。

【0025】

１つの動作原理は、保持リング１１５を剛性の治具板６１５に取り付け、締め具６４５を使用して、ダウンフォース（例えば、約３６インチ／ポンド）を印加することによって、治具板６１５の正のテーパ９２０に比例した正のテーパ角９３８を保持リング１１５の下方部分２４５の犠牲表面２５５に誘起するということである。誘起された正のテーパ角９３８は、保持リング１１５の下方部分２４５の外径側壁２３０によって規定された面に対する内径側壁２２５の均一な変位（例えば、およそ０．００１インチの変位）によって特徴付けられる。正のテーパ９２０は、正のテーパ角９３８の大きさに影響を及ぼすために、修正されてもよいことに留意されたい。例えば、治具板６１５の正のテーパ９２０が大きくなるほど、調節に先立って保持リング１１５により大きな正のテーパ角９３８が生み出される。内径側壁２２５の変位は、底面２２０から材料が非対称に除去されるため調節中におよそゼロに低減する。保持リング１１５は、締め具６４５を除去した後、中立状態に弛緩し、こうして負のテーパ面５００を有する仕上がり状態が達成される。

【0026】

図１０は、保持リング１１５の下方部分２４５の犠牲表面２５５上に負のテーパ面５００を生成するための治具１０００の別の実施形態の部分側部断面図である。治具１０００は、以下の例外を除いて図６および図７の治具６００と実質的に同じであってもよい。治具６００は、保持リング１１５の下方部分２４５の外径側壁２３０に結合するために利用されるが、治具１０００は、保持リング１１５の下方部分２４５の内径側壁２２５に結合するために利用される。
治具１０００は、保持リング１１５の下方部分２４５の内径側壁２２５に制御された横方向負荷をかけるために利用される内部締りばめスエージ治具を備えてもよい。また、治具６００に利用される治具板６１５は、治具１０００と共に使用されてもよい。しかしながら、クランプ装置１００５は、本実施形態においては内部クランプ装置である。クランプ装置１００５は、複数の締め具１００７（図１０の部分断面図では１つだけが示されている）を含む。各締め具１００７は、保持リング１１５の下方部分２４５の内径側壁２２５内部にぴったりと適合するマンドレル１０１０を貫いて形成された孔に配置される。スエージアダプタ１０１５は、マンドレル１０１０に隣接して配置され、締め具１００７がマンドレル１０１０をスエージアダプタ１０１５に結合する。スエージアダプタ１０１５は、保持リング１１５の上方部分２４０の内面に形成された肩部１０２０とインターフェースすることができる。締め具６４５を使用して、治具板６１５およびスエージアダプタ１０１５を保持リング１１５に取り付けることができる。一部の実施形態では、マンドレル１０１０の外周面１０２５は、約９０度未満の角度αを含むことができる。一実施形態において、角度αは、約８９度〜約８５度以下である。マンドレル１０１０の周辺の下部表面１０３０は、保持リング１１５の下方部分２４５の内径側壁２２５間で測定された直径よりも約０．００２インチ〜約０．００４インチ大きくてもよい。より大きな寸法によって、締りばめが得られ、保持リング１１５の下方部分２４５を放射状に外方向に扇形に開く働きをさせることができる。マンドレル１０１０は、内径側壁２２５内に圧入され、それによって内径側壁２２５を広げ、内径側壁２２５の均一な変位が達成されるように、保持リング１１５の下方部分２４５を扇形に開く（例えば、およそ０．００１インチ）。

【0027】

図１１は、本明細書に記載されるような保持リング上に負のテーパ面５００を生成するための調節システム１１００の一実施形態の概略斜視図である。調節システム１１００は、研磨パッド１１１０が回転自在に配置されたプラテン１１０５を含む。研磨パッド１１１０は、半導体基板を研磨する際に典型的に利用される高分子材料を含む研磨パッドであってもよい。本明細書に記載されるような（保持リング（図示せず）に結合された）治具６００または治具１０００などの治具１１１５は、研磨パッド１１１０に面する（図６、図７および図１０に示す）犠牲表面２５５を有する研磨パッド１１１０上に載置される。ホイール１１２０および／またはヨーク１１２５などの保持部材を利用して、プラテン１１０５の回転中に治具１１１５を研磨パッド１１１０上に保持することができる。治具１１１５の中心線は、プラテン１１０５の（図１に示す軸１３６と同じ）回転軸からオフセットされている。治具１１１５の回転は、調節中にプラテン１１０５の回転によって誘起される。治具１１１５の回動速度は、プラテン１１１５の回動速度に比例してもよい。

【0028】

調節方法
負のテーパ面５００を有する保持リング１１５を生成するための調節方法について説明する。生産基板を研磨するためのＣＭＰツールが稼働状態のままであってもよいように、調節方法は、スタンドアロンの調節システム１１００を利用する。調節システム１１００は、本格的なＣＭＰシステムによく似ているが、劇的に低コストである。一旦犠牲表面２５５が研磨パッド１１１０に面するように、治具１１１５が位置決めされると、約１５〜３０分間約６５ｒｐｍで、または鏡面仕上げが犠牲表面２５５上で達成されるまで、プラテン１１０５を回転さることができる。市販のＣＭＰスラリなどのスラリを、保持リング１１５の調節中に毎分約６５ミリリットルの割合で研磨パッド１１１０の中心に分散させてもよい。調節後、保持リング１１５は、治具１１１５から取り外されてもよく、次いで、負のテーパ面５００のプロファイルを、例えば、レーザおよび座標測定方法によって検証することができる。犠牲表面の消耗のためにもはやテーパ仕様に合わない使用済み保持リング１１５を磨き直すために、保持リング１１５の下方部分２４５全体が除去されるように、磨耗した犠牲表面２５５は、旋盤によって除去されてもよい。保持リング１１５の上方部分２４０は、上方部分２４０のバージン材料を露出させるためにさらに機械加工されてもよい。次いで、新しい下方部分２４５を上方部分２４０に付着させることができ、新しい下方部分２４５を有する保持リング１１５を、上記のような治具１１１５に結合することができる。次いで、前述したように負のテーパ面５００を生成するために、上記の調節レジームを調節システム１１００に対して行うことができる。あるいは、下方部分２４５全体を置き換えることなく保持リング１１５を磨き直すために、磨耗した犠牲表面２５５は、底面２２０から０．０１インチ〜０．０８インチを旋盤除去することによって再調節されてもよい。次いで平坦な底面（例えば、犠牲表面２５５）を有する保持リング１１５を治具１１１５に結合することができ、次いで上記の調節レジームが、前述したように負のテーパ面５００を生成するように調節システム１１００に対して行われてもよい。

【0029】

前述したことは、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が本開示の基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよい。

【符号の説明】

【0030】

１００ ＣＭＰシステム
１０５ キャリアヘッド
１１０ 基板
１１５ 保持リング
１２０ 研磨面
１２５ 研磨パッド
１３０ プラテン
１３２ モータ
１３４ プラテンシャフト
１３６ 軸
１３８ 供出システム
１４０ パッドリンスシステム
１４２ 薬液タンク
１４４ 研磨液
１４６ スプレーノズル
１４８ ドレイン
１５２ ノズル
１５４ イオンが除去された水
１５６ シャフト
１５８ モータ
１６０ アーム
１６２ アクチュエータ
１６４ モータ
１６６ 中心線
１６８ 本体
１７０ 可撓性膜
１７２ 溝
１７４ ブラダー
１７６ ブラダー
１７８Ａ 可変圧力源
１７８Ｂ 可変圧力源
１８０ アクチュエータ
２００Ａ 支持体構造
２００Ｂ 支持体構造
２０５ 上側クランプ
２１０ 下側クランプ
２１５ ダイアフラム
２２０ 底面
２２５ 内径側壁
２３０ 外径側壁
２３５ 本体
２４０ 上方部分
２４５ 下方部分
２５０ 接着層
２５５ 犠牲表面
３００ 内側寸法
３０５ 外側寸法
３１０ 孔
４００ 円錐形のテーパ
５００ 負のテーパ面
５０５ テーパ高さ
６００ 治具
６０５ クランプ装置
６１０ 外側クランプリング
６１５ 治具板
６２０ 環状リング
６２５ 環状リング
６３０ 肩部
６４０ 締め具
６４５ 締め具
６５０ 下部表面
８００ 円形本体
８０５ 開口部
８１５ 取り付け機構
８２０ おもり
９００ 外径
９０５ プロファイルド面
９１０ 平坦部分
９１５ 内径表面
９２０ 正のテーパ
９２５ 外径表面
９３０ オフセット寸法
９３５ 変形リング
９３８ 正のテーパ角
９４０ 犠牲材料
９４５ 平面
９５０ 表面
９５５ テーパ角
１０００ 治具
１００５ クランプ装置
１００７ 締め具
１０１０ マンドレル
１０１５ スエージアダプタ
１０２０ 肩部
１０２５ 外周面
１０３０ 下部表面
１１００ 調節システム
１１０５ プラテン
１１１０ 研磨パッド
１１２０ ホイール
１１２５ ヨーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10】

【図11】