特許 7187348 基板保持リング及び基板保持リング用取付部材

(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】

(24)【登録日】2022-12-02

(45)【発行日】2022-12-12

(54)【発明の名称】基板保持リング及び基板保持リング用取付部材

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/32 20120101AFI20221205BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20221205BHJP

【ＦＩ】

B24B37/32 Z

H01L21/304 622G

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019032858

(22)【出願日】2019-02-26

(65)【公開番号】P2020131418

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-09-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000005359

【氏名又は名称】富士紡ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】広田 幸史

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 基文

(72)【発明者】

【氏名】永嶌 匠

【審査官】城野 祐希

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２９９３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５１５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３０９８６７１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被研磨物を保持するための研磨装置に装着され、被研磨物を研磨する研磨パッドに接触して被研磨物の保持部分にかかる圧力制御を行う基板保持リングであって、
外周側に、円環状の取付部材を備え、
前記取付部材は、内周側に形成された取付溝に嵌入して固定された固定端部と、外周側に形成された自由端部と、を備える基板保持リング。

【請求項2】

前記自由端部は、前記固定端部より重力方向に対して上方に位置するように構成された、請求項１記載の基板保持リング。

【請求項3】

前記固定端部と前記自由端部との間に、前記固定端部と前記自由端部とを接続する接続部を備え、
前記接続部は、前記自由端部が前記固定端部より重力方向に対して上方に位置するように屈曲した、請求項１又は２に記載の基板保持リング。

【請求項4】

前記接続部は、６０～１２０度の角度で屈曲した、請求項３に記載の基板保持リング。

【請求項5】

前記取付部材は、前記固定端部と前記自由端部との間に前記固定端部と前記自由端部とを接続する接続部を備え、前記接続部は、重力方向に対して上方の面に液体を吸収可能な吸収部材が設けられた、請求項１乃至４のいずれか1項に記載の基板保持リング。

【請求項6】

研磨パッドと接触する面は溝を備えず、保持リング内周側面と外周側面を貫通する孔を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板保持リング。

【請求項7】

研磨パッドと接触する面に溝が形成された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板保持リング。

【請求項8】

基板の面を研磨するための研磨装置に装着され、被研磨物を研磨する研磨パッドに接触して被研磨物の保持部分にかかる圧力制御を行う基板保持リングの外周側に取り付けられる円環状の基板保持リング用取付部材であって、
内周側に形成された取付溝に嵌入して基板保持リングに固定される固定端部と、外周側に形成された自由端部と、を備える、基板保持リング用取付部材。

【請求項9】

前記自由端部は、前記固定端部を前記基板保持リングに固定した状態において、前記固定端部より重力方向に対して上方に位置するように構成された、請求項８記載の基板保持リング用取付部材。

【請求項10】

前記固定端部と前記自由端部との間に、前記固定端部と前記自由端部とを接続する接続部を備え、
前記接続部は、前記自由端部が前記固定端部より重力方向に対して上方に位置するように屈曲した、請求項８又は９に記載の基板保持リング用取付部材。

【請求項11】

前記接続部は、６０～１２０度の角度で屈曲した、請求項１０に記載の基板保持リング用取付部材。

【請求項12】

前記取付部材は、前記固定端部と前記自由端部との間に前記固定端部と前記自由端部とを接続する接続部を備え、前記接続部は、重力方向に対して上方の面に液体を吸収可能な吸収部材が設けられた、請求項８乃至１１のいずれか1項に記載の基板保持リング用取付部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板保持リング及び基板保持リング用取付部材に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路（ＬＳＩ）で代表される半導体デバイスの開発においては、半導体デバイスを高集積化・高速化するために、配線の微細化や積層化の方法が検討されている。

【0003】

配線の微細化や積層化のための技術として、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」という。）等の種々の技術が採用されている。ＣＭＰの一般的な方法は、円形の研磨定盤（プラテン）上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面に研磨液（スラリー）を保持させ、研磨パッドに半導体基板（半導体ウエハ）の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力（研磨圧力）を加えた状態で、研磨定盤及び半導体基板の双方を回転させ酸化膜等の絶縁膜や導電体膜を有する被研磨物の表面を平坦化する。研磨中の基板エッジ部には応力が加わりやすく、基板エッジ部での膜の剥がれや基板エッジ部の過研磨が生じる場合がある。そこで、リテーナリングで基板エッジ部の圧力制御を行うことにより、エッジ部に強い圧力がかかることを防いでいる。

【0004】

このようなリテーナリングを有する研磨装置として、上下方向に伸縮自在な接続シートを有するリテーナリングが開示されている（例えば、特許文献１又は２参照）。これらの技術では、接続シートがリテーナリングとリテーナリングガイドあるいはシリンダとの間の隙間を埋めることで、研磨液がトップリング内に侵入することを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－１３１９４６号公報

【文献】特開２０１１－１４３５３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上下動するリテーナリングに追従できるよう接続シートは、伸縮可能なゴムなどの弾性部材からなる蛇腹状部材で構成されている。そのため、蛇腹状の奥に入り込んだ研磨液が乾燥により固化し、研磨パッド上に落下することで基板に傷をつけてしまいスクラッチの要因となっていた。

【0007】

また、近年スラリー成分には、強酸や強アルカリ成分が含まれることもあり、これらの成分によりゴムが劣化し伸縮性が低下するおそれがあった。リテーナリングの製品寿命に到達するより早く接続シートが製品寿命を迎えた場合、従来の接続シートはリテーナリングと接着剤等により固定されているため、接続シートを交換するために接続シートよりも高価なリテーナリングまでも交換する必要があり、製造コストや作業工程の面での課題があった。

【0008】

本発明は、スクラッチの要因を発生させず、長期にわたり使用が可能で、作業性が高い基板保持リング及び基板保持リング用取付部材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る基板保持リングは、被研磨物を保持するための研磨装置に装着する基板保持リングであって、外周側に、円環状の取付部材を備え、取付部材は、内周側に形成され固定された固定端部と、外周側に形成された自由端部と、を備える。

【0010】

この態様によれば、内周側に形成されリング部に固定された固定端部と、外周側の端部に形成された自由端部と、を備え、取付部材がリング部から外周側に形成されることで、研磨パッドから飛散した研磨液が研磨装置内部へ浸入することを防止できる。また、取付部材の自由端部は、研磨装置とは接続せず、また接触しないように構成することで、取付部材が伸縮性を有する必要がなく、剛性の高い部材とすることができるので、研磨液の成分に対し劣化しにくく、取付部材を長期にわたり使用することができる。また、取付部材が１箇所のみで固定されているため、取付部材が劣化した場合には交換が容易で、コスト面や作業性の面で効果が高い。

【0011】

本発明の他の一態様では、自由端部は、固定端部より重力方向に対して上方に位置するように構成されていてもよい。この態様では、研磨パッドからの研磨液の飛散防止効果をより高めることができるうえ、研磨装置内部の潤滑油が落下した場合に取付部材により受けることができるので、研磨パッド上に落下することで基板を汚染してしまうことを防止できる。

【0012】

本発明の他の一態様では、固定端部と自由端部との間に、固定端部と自由端部とを接続する接続部を備え、接続部は、自由端部が固定端部より重力方向に対して上方に位置するように屈曲していてもよい。また、接続部は、６０～１２０度の角度で屈曲してもよい。この態様では、研磨装置に適した取付部材の構成を採用し得る。

【0013】

本発明の他の一態様では、取付部材は、固定端部と自由端部との間に固定端部と自由端部とを接続する接続部を備え、接続部は、重力方向に対して上方の面に液体を吸収可能な吸収部材が設けられていてもよい。この態様では、仮に、取付部材の上部に研磨液が飛散した場合でも、この吸収部材により研磨液を吸収することができる。

【0014】

本発明の他の一態様では、研磨パッドと接触する面は溝を備えず、保持リング内周側面と外周側面を貫通する孔を有してもよく、研磨パッドと接触する面に溝が形成されてもよい。

【0015】

本発明の他の態様として、基板の面を研磨するための研磨装置に装着する基板保持リングの外周側に取り付けられる円環状の基板保持リング用取付部材と捉えることもできる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、スクラッチ要因を発生させず、長期にわたり使用が可能で、作業性が高い基板保持リング及び基板保持リング用取付部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る基板保持リングの全体構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る基板保持リングに用いる取付部材の構成を示す図である。

【図3】図２の取付部材の他の構成を示す図である。

【図4】図１の基板保持リングを研磨装置に取り付けた状態を示す図である。

【図5】他の実施形態に係る基板保持リングの構成を示す図である。

【図6】他の実施形態に係る基板保持リングの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態（以下「本実施形態」という。）について説明する（なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。）。

【0019】

［本実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る基板保持リング１の全体構成を示す図である。図１（Ａ）は斜視図であり（Ｂ）は断面図であり（Ｃ）は基板保持リング１の背面を示す図である。図１（Ａ）に示すとおり、基板保持リング１は、円環状に形成され、リング部１０と、リング部１０の外周側に取り付けられた取付部材２０とを備える。

【0020】

リング部１０は、各面が、使用時に研磨パッドに当接する当接面１１と、研磨装置に装着する装着面１２と、ウエハ等の基板の外周縁と接触可能な内周面１３と、取付部材２０を取り付ける取付面１４と、を備える断面方形状のリング部材である。

【0021】

リング部１０は、樹脂からなり、材質としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、これらのプラスチックのうちの一又は複数の組み合わせ、又はこれらのプラスチックのうちの一又は複数と、例えばガラス又は炭素繊維などの充填剤などの複合材料を含むことができる。

【0022】

当接面１１は、研磨装置に取り付けた際に研磨面側に位置し、図１（Ａ）に示すとおり、表面に複数（ここでは２４本）の溝１１１を有する。溝１１１は、その平面形状が、内周側は直線状に形成され外周側は台形状に形成され、全体として内周側から外周側に向かって溝幅が拡張した略Ｙ字形状となっている。基板面が研磨パッドで研磨される際に、研磨パッド表面に保持された研磨液は、この溝１１１を通してリング部１０の内部／外部に、流入／排出される。

【0023】

装着面１２は、研磨装置に接続するための面であり、基板保持リング１は、この装着面１２から研磨装置に対して固定される。また、内周面１３は、基板を保持する面である。

【0024】

取付面１４は、リング部１０の外周側に略垂直に形成された面であって、取付面１４には、溝１１１あるいは図６に示す貫通孔１３２よりも研磨時に上方となる位置に、取付部材２０を固定するための取付溝１４１（図１（Ｂ）参照）が外周に一周にわたって形成されている。

【0025】

以上のリング部１０は、製作した型に射出成形により、または、樹脂ブロックからの切削加工により製作される。また、取付面１４における取付溝１４１は、切削により作製してもよい。

【0026】

（取付部材の構成）
続いて、取付部材２０の構成について図１及び図２を用いて説明する。取付部材２０は、図１及び図２に示すとおり、円環状に形成され、内周側に形成されてリング部１０に固定された固定端部２１と、外周側に形成された自由端部２２と、を備える。取付部材２０は、また、固定端部２１と自由端部２２との間に、固定端部２１と自由端部２２とを接続する接続部２３を備える。取付部材２０は、内周側の固定端部２１を、リング部１０の取付面１４に形成された取付溝１４１に嵌入して固定されている。

【0027】

ここで、取付部材２０は、その素材として、線膨張率が５～２０×１０^-5／Ｋを満たす樹脂を用いるのが好ましい。

【0028】

具体的には、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＩ（ポリ＋Ｃ１７エーテルイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）などのスーパーエンジニアリングプラスチックの他、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦ（フェノール樹脂）、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン樹脂）、ＡＳ（アクリロニトリル－スチレン樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の耐薬品性に優れる樹脂が使用できる。なかでも汎用的に使用されているＰＰやＰＶＣが好ましい。

【0029】

なお、上記範囲の線膨張率が望ましい理由は次のとおりである。すなわち、取付部材２０をリング部１０の取付面１４に嵌入して固定するに当たっては、取付部材２０を加熱によりリテーナリングを膨張させて取付溝１４１の凹部にはめ込み、冷却時に収縮し固定する方法を採るためである。ただし、これは望ましい実施形態を示すものであり、本発明はこれに限られるものではない。

【0030】

取付部材２０は、図２（Ｂ）に示すとおり、接続部２３は、その断面形状が、固定端部２１から水平方向に突出したのち、自由端部２２に向かって立ち上がって壁面を形成して、略Ｌ字状を形成している。

【0031】

なお、ここでの取付部材２０の形状は一例を示すものであり、取付部材２０の形状については、基板保持リング１が研磨装置に取り付けられた状態において、自由端部２２が、固定端部２１より重力方向に対して上方に位置するように構成されていれば具体的形状については問わない。

【0032】

取付部材２０の他の形状として図３に示す態様もとり得る。例えば、図３（Ａ）に取付部材２０Ａとして示すとおり、接続部２３をＬ字状とせず、直線状に上方に向けた構成としてもよい。また、図３（Ｂ）に取付部材２０Ｂとして示すとおり、接続部２３を上方に湾曲させた構成としてもよい。また、接続部２３の屈曲角度は、図３（Ｃ）に取付部材２０Ｃとして示すとおり、６０°としてもよく、図３（Ｄ）に取付部材２０Ｄとして示すとおり、１２０°としてもよく、また、６０°と１２０°との間の角度によっても構成可能である。

【0033】

取付部材２０の厚みは０．５～４．０ｍｍで固定端部２１と自由端部２２との間隔（自由端部２２と外周面１４の間の最短距離）が５～２０ｍｍである。突起部の厚みは一定であっても、変動しても構わない。

【0034】

（基板保持リング１の取付状態）
続いて、図４を用いて、基板保持リング１が研磨装置に取り付けられた状態について説明する。図４に示すとおり、研磨装置Ｇは、装置本体を構成する上部材Ｇ１、中間部材Ｇ２及び下部材Ｇ３と、外周側に設けられた円筒状部材Ｇ４と、リングガイドＧ５とを備えており、基板保持リング１は、リングガイドＧ５の内側において、装着面１２と上リング部材Ｇ６とをネジ留めすることで固定されている。

【0035】

ここでリングガイドＧ５は、基板保持リング１を囲うように配されており、基板保持リング１は上リング部材Ｇ６に固定され、基板保持リング１はリテーナリングエアバック（Ｇ４の内側の空白部を囲う膜材）により、研磨パッド表面状態に応じて上下動可能な状態となっている。そして、リングガイドＧ５と上リング部材Ｇ６とが上下に摺動するので両者の間に潤滑剤が塗布されている。

【0036】

このとき、基板保持リング１において、リング部１０の取付面１４に取り付けられた取付部材２０は、リング部１０から外周方向であって、特にリングガイドＧ５よりも外周側に突出しており、また、その自由端部２２は、リングガイドＧ５をはじめ研磨装置Ｇのいずれの構成とも接続せず、また接触しない構成となっている。そのため、取付部材２０は、上述した潤滑剤の受け皿になるとともに、研磨面から跳ねかえる研磨液がリングガイドＧ５と上リング部材Ｇ６との間に入りこまないよう機能する。

【0037】

（作用効果）
以上のような基板保持リング１の構成によれば、内周側に形成されリング部１０に固定された固定端部２１と、外周側の自由端部２２と、を備え、取付部材２０がリング部１０から外周側に突出して形成されることで、研磨装置Ｇによる研磨加工において、研磨パッドから飛散した研磨液が研磨装置Ｇの内部、例えば、リングガイドＧ５の内周面と上リング部材Ｇ６との隙間へ浸入することを防止できる。

【0038】

また、取付部材２０の自由端部２２は、リングガイドＧ５をはじめ研磨装置Ｇのいずれの構成とも接続せず、また接触しないため、取付部材２０が研磨液の成分により劣化した場合にも、取付部材２０のみの交換が可能であるうえ、一方の端部のみを取り付ければよいため、コスト面や作業性の面で効果が高い。

【0039】

また、取付部材２０の自由端部２２は、固定端部２１より重力方向に対して上方に位置するように構成されているため、研磨装置Ｇ内部の潤滑油が落下した場合に取付部材２０により受けることができるので、研磨パッド上に落下した油剤により基板を汚染してしまうことを防止できる。また、研磨パッドからの研磨液の飛散防止効果が高い。

【0040】

また、取付部材２０の接続部２３が、自由端部２２が固定端部２１より重力方向に対して上方に位置するように屈曲させたり、６０～１２０度の角度で屈曲させることが可能であるので、研磨装置に適した取付部材の構成を採用し得る。

【0041】

以上のような本実施形態の基板保持リング１によれば、スクラッチ要因を発生させず、長期にわたり使用が可能で、作業性が高い基板保持リング及び基板保持リング用取付部材を提供することができる。

【0042】

［他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限られず、例えば、以下に示すような態様も包含するものである。なお、すでに示した実施形態と同様の構成については適宜説明及び図面上における符号の指摘を省略する。

【0043】

（リング部の他の構成）
本発明では、リング部１０の構成は実施形態で示した例に限られず、例えば、図５又は図６に示す例も採用し得る。

【0044】

図５に示すリング部１０は、当接面１１ａの構成が上記実施形態と異なる。すなわち、当接面１１ａにおける溝１１１ａが、円周上に一筋形成されている例である。

【0045】

また、図６は、リング部１０の当接面１１ｂには溝などの構成は設けず、内周面１３ｂにおいて、内周側から外周側へ貫通する貫通孔１３２を複数（ここでは、１１個）設けた例である。この貫通孔１３２は、内周面１３ｂの高さ方向で略半分程度の位置から、固定端部２１よりも研磨時に下方となる位置に向かって重力方向で下方（図中は上方）に向かって形成されている。以上のようなリング部１０の構成においても、上述した実施形態における効果と同様の効果を奏し得る。

【0046】

（その他の構成）
取付部材２０の接続部２３の上面（重力方向に対して上方の面）に、液体を吸収可能な吸収部材を設けることも可能である。これにより、仮に、基板保持リング１の上面に研磨液が飛散した場合でも、この吸収部材により研磨液を吸収することができる。吸収部材としては吸水ポリマー、吸水シート、吸水スポンジ等が望ましい。

【0047】

また、基板保持リング１におけるリング部１０の取付面１４は、研磨パッド方向（重力方向に対して下方）に凸となるような曲面としてもよい。これにより、リング部１０においても、研磨液の飛散を防止でき、取付部材２０の効果を高めることができる。

【0048】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0049】

１…基板保持リング、１０…リング部、１１，１１ａ，１１ｂ…当接面、１１１，１１１ａ…溝、１２…装着面、１３，１３ａ，１３ｂ…内周面、１３２…貫通孔、１４…取付面、１４１…取付溝、２０…取付部材、２１…固定端部、２２…自由端部、２３…接続部、Ｇ…研磨装置、Ｇ１…上部材、Ｇ２…中間部材、Ｇ３…下部材、Ｇ４…円筒状部材、Ｇ５…リングガイド、Ｇ６…上リング部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】