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JP2001526969A - ケミカルメカニカルポリシング装置用の着脱式リテーナリングを有するキャリヤヘッド - Google Patents

ケミカルメカニカルポリシング装置用の着脱式リテーナリングを有するキャリヤヘッド

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Publication number
JP2001526969A
JP2001526969A JP2000526333A JP2000526333A JP2001526969A JP 2001526969 A JP2001526969 A JP 2001526969A JP 2000526333 A JP2000526333 A JP 2000526333A JP 2000526333 A JP2000526333 A JP 2000526333A JP 2001526969 A JP2001526969 A JP 2001526969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
retainer ring
carrier head
substrate
recess
ring
Prior art date
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Granted
Application number
JP2000526333A
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English (en)
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JP4223682B2 (ja
Inventor
ハン チェン，
スティーヴン， エム． ズニガ，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JP2001526969A publication Critical patent/JP2001526969A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4223682B2 publication Critical patent/JP4223682B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 基板ローディング中に基板をセンタリングするために使用することができる着脱式保持リングを有するケミカルメカニカルポリシング装置用キャリヤヘッドである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として基板のケミカルメカニカルポリシングに関し、特に、ケ
ミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、通常、導電層、半導体層あるいは絶縁層の連続的な堆積により基
板、特にシリコンウェーハ上に形成される。各層が堆積された後、基板は回路図
形を形成するためにエッチングされる。一連の層が連続的に堆積されエッチング
されるにつれて、基板の外側面または最上面、すなわち基板の露出面は、徐々に
平坦になる。この非平坦面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィ工程
で問題となる。したがって、定期的に基板表面を平坦化する必要がある。
【０００３】 ケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）は、平坦化の認められた方法の一つ
である。この平坦化方法は、通常、キャリヤヘッドまたは研磨ヘッド上に基板を
取り付けることを必要とする。基板の露出面は、回転しているポリシングパッド
に接するように配置される。ポリシングパッドは、「標準の」パッドであっても
よいし、固定砥粒パッドであってもよい。標準ポリシングパッドが耐久性のある
粗面を有するのに対して、固定砥粒パッドは封入媒体の中に保持された研磨粒子
を有する。キャリヤヘッドは、基板に制御可能な荷重、すなわち圧力を加え、基
板をポリシングパッドへ押し付ける。少なくとも一種類の化学反応剤を（標準パ
ッドが使用されるときは、研磨粒子も）有する研磨スラリーが、ポリシングパッ
ドの表面に供給される。
【０００４】 キャリヤヘッドは、通常は、リテーナリングを含んでいる。リテーナリングは
、基板の周囲に位置し、ポリシングの間、基板がキャリヤヘッドの下方の凹部に
保持されるようにする。リテーナリングは、キャリヤヘッドに直接固定されてい
てもよいし、軟質コネクタ（例えば、軟質膜やベローズ）によってキャリヤヘッ
ドに連結されていてもよい。
【０００５】 ポリシングを行うため、基板は、キャリヤヘッドにロードされ、キャリヤヘッ
ドによってポリシングパッドに接するように配置される。ローディング動作は、
通常、リテーナリングによって画成された凹部に基板を位置合わせするセンタリ
ング装置を含んだ搬送ステーションで行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＭＰ中に起こる問題の一つは、一部のキャリヤヘッド設計において、リテー
ナリングがポリシングパッド面の上方に位置する点のまわりに自由に旋回できる
ことである。この旋回運動によって、リテーナリングの一方の側が上がり、他方
の側が下がる。これにより、ポリシングパッド上に圧力が不均一に分布し、ポリ
シングの均一性が低下する。
【０００７】 他の問題は、リテーナリングを周期的に交換しなければならないことである。
しかし、リテーナリングの交換は難しく、キャリヤヘッドを完全に分解する必要
がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一つの態様では、本発明は、ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤ
ヘッドに関する。このキャリヤヘッドは、凹部を有するハウジング、基板受取面
、および基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能
なリテーナリングを備えている。シールがリテーナリングと摺動自在に係合して
、リテーナリングが前記凹部に配置されるときにハウジングおよびリテーナリン
グ間に加圧可能チャンバを形成する。
【０００９】 他の態様では、前記キャリヤヘッドは、凹部を有するハウジング、基板受取面
、基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能なリテ
ーナリング、ならびにリテーナリングが前記凹部に配置されるとハウジングおよ
びリテーナリング間に形成される減圧可能なチャンバを備えている。チャンバ内
の圧力は、リテーナリングを前記凹部内に維持するか、あるいはリテーナリング
をハウジングから解放するように選択することができる。
【００１０】 他の態様では、キャリヤは、本体部分および本体部分を取り囲んで凹部を画成
する実質的に環状のフランジを含むハウジングと、基板受取面と、リテーナリン
グが基板受取面を取り囲むように凹部内に配置することの可能な横方向に移動可
能なリテーナリングと、ハウジングおよびリテーナリング間に加圧可能チャンバ
を形成するシールと、を備えている。本体部部は、外向きに突出した環状リムを
有し、リテーナリングは、ポリシング中に環状リムに接触する。
【００１１】 他の態様では、キャリヤヘッドは、凹部を有するハウジングと、基板受取面と
、基板受取面を取り囲むように前記凹部に配置することの可能な解放可能リテー
ナリングと、リテーナリングをキャリヤヘッドに機械的に固定せずにリテーナリ
ングが前記凹部に配置されるときにハウジングおよびリテーナリング間に減圧可
能チャンバを形成するシールと、を備えている。
【００１２】 本発明の実施形態には、以下の事項が含まれていてもよい。基板受取面は、第
２の加圧可能チャンバを形成するようにハウジングに連結された軟質膜であって
もよい。シールは、四つのＯリングを含んでいてもよい。最初の二つのＯリング
がリテーナリングの内側面および外側面に接触し、次の二つのＯリングがハウジ
ングと前記最初の二つのＯリングとの間に配置されようになっていてもよい。環
状リムは、前記凹部への開口に隣接していてもよく、また、リテーナリングに加
えられるトルクを減少させるように研磨面に十分に接近して配置されていてもよ
い。
【００１３】 他の態様では、本発明は、リテーナリングに関する。このリテーナリングは、
ポリシングパッドと接触する底面と、キャリヤヘッドの下方に基板を保持する内
側面と、この内側面およびポリシングパッドによって画成される凹部へ基板を導
くための内側に傾斜した部分を含むテーパ付き上面と、を備えている。
【００１４】 他の態様では、本発明は、基板をキャリヤヘッドへロードする方法に関する。
凹部、基板受取面を有するキャリヤヘッドと解放可能なリテーナリングが支持面
上に配置される。リテーナリングが支持面上に支持されるようにリテーナリング
がキャリヤヘッドから解放され、次に、キャリヤヘッドが移動させられて支持面
から離れる。リテーナリングおよび支持面によって画成された凹部内に基板が配
置され。基板マウント面が凹部内で基板と接触するような位置にキャリヤヘッド
を移動させられる。
【００１５】 本発明の実施形態には、次の事項が含まれていてもよい。支持面は、ポリシン
グパッドであってもよく、また、基板および／またはリテーナリングを、ポリシ
ング中にポリシングパッドに接するようにロードしてもよい。支持面は搬送ステ
ーション内に位置していてもよく、また、基板および／またはリテーナリングを
キャリヤヘッドに真空チャックしてもよい。ロボットアームを用いて基板を凹部
の上に配置し、ロボットアームから基板を解放することにより、基板を配置する
ことができる。基板が凹部内へ下げられると、リテーナリングのテーパ付き上面
によって基板をセンタリングすることができる。リテーナリングおよびハウジン
グ間のチャンバに圧力を加えてリテーナリングをキャリヤヘッドから押し出すこ
とにより、またはリテーナリングをキャリヤヘッドに対して保持する真空チャッ
ク動作を中断することにより、リテーナリングを解放することができる。
【００１６】 本発明の利点には次の事項が含まれる。このリテーナリングは、研磨均一性が
実質的に改善されるように旋回する。更に、このリテーナリングは、取外しや交
換が比較的容易である。搬送ステーションのセンタリング装置の代わりに単純な
支持面を用いることができ、あるいは搬送ステーション全体を取り除くことがで
きる。これにより、ＣＭＰ装置のコストと複雑性を低減することができる。
【００１７】 本発明の他の利点と特徴は、図面と特許請求の範囲を含む下記の説明から明ら
かになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。１枚以上の基板１０をケミカルメカニカルポリシング
（ＣＭＰ）装置２０で研磨する。同様のＣＭＰ装置２０の説明は、本発明の譲受
人に譲渡されたPerlovらによる米国係属出願第０８／５４９，３３６号「ケミカ
ルメカニカルポリシング用連続処理システム」（１９９５年１０月２７日出願）
に見られる。この開示内容は、本明細書に援用されている。
【００１９】 ＣＭＰ装置２０は、下部マシンベース２２を含んでいる。この下部マシンベー
ス２２は、テーブルトップ２３が装着されており、また、着脱自在の上部外カバ
ー（図示せず）を有している。テーブルトップ２３は、一連の研磨ステーション
２５ａ、２５ｂおよび２５ｃ、および搬送ステーション２７を支持する。搬送ス
テーション２７は、三つの研磨ステーション２５ａ、２５ｂおよび２５ｃと共に
ほぼ四角形の配置を形成してもよい。搬送ステーション２７は、ローディング装
置（図示せず）から個々の基板１０を受け取る機能、基板を洗浄する機能、基板
をキャリヤヘッド（後述する）へロードする機能、基板をキャリヤヘッドから受
け取る機能、再び基板を洗浄する機能、最後に基板をローディング装置に搬送し
て戻す機能という多数の機能を発揮する。
【００２０】 各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃには、ポリシングパッド３２が載置される
回転プラテン３０が含まれている。基板１０が８インチ（２００ミリメートル）
径ディスクである場合には、プラテン３０およびポリシングパッド３２の直径は
約２０インチである。プラテン３０は、プラテン駆動軸（図示せず）によってプ
ラテン駆動モータ（図示せず）に連結することができる。
【００２１】 各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃには、付随するパッドコンディショナ装置
４０が更に含まれていてもよい。各パッドコンディショナ装置４０は、独立に回
転するコンディショナヘッド４４および付随する洗浄槽４６を保持する回転アー
ム４２を有している。コンディショナ装置がポリシングパッドの状態を維持する
ので、ポリシングパッドは、回転している間、押し付けられた基板を効果的に研
磨する。
【００２２】 反応剤（たとえば、酸化物ポリシングのための純水）および化学反応触媒（た
とえば、酸化物ポリシングのための水酸化カリウム）を含むスラリー５０は、ス
ラリー／リンス共用アーム５２によって研磨パッド３２の表面に供給される。ポ
リシングパッド３２が標準パッドである場合、スラリー５０は、研摩粒子（例え
ば、酸化物ポリシングのための二酸化シリコン）を含むことができる。研磨パッ
ド３２全体をカバーして湿潤させるために、十分なスラリーが供給される。スラ
リー／リンスアーム５２は、各ポリシングコンディショニングサイクルの終了時
に研磨パッド３２の高圧リンスを行う数個のスプレーノズル（図示せず）を有す
る。
【００２３】 回転マルチヘッドカルーセル６０は、カルーセル支持プレート６６およびカバ
ー６８を含んでおり、下部機械ベース２２の上方に配置されている。カルーセル
支持プレート６６は、センターポスト６２によって支持されており、マシンベー
ス２２内に位置するカルーセルモータ（図示せず）によってカルーセル軸６４の
周りにセンターポスト６２上を回転する。マルチヘッドカルーセル６０は、カル
ーセル軸６４の周りに等角度間隔でカルーセル支持プレート６６上に取り付けら
れた四つのキャリヤヘッドシステム７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、および７０ｄを有
している。キャリアヘッドシステムの三つは基板を受け取って保持し、それらの
基板を研磨ステーション２５ａ〜２５ｃの研磨パッド３２に押し付けることによ
ってポリシングする。キャリアヘッドシステムの一つは、搬送ステーション２７
から基板を受け取り、また、搬送ステーション２７に基板を搬送する。カルーセ
ルモータは、キャリヤヘッドシステム７０ａ〜７０ｄ、およびこれらに取り付け
られた基板を、研磨ステーションと搬送ステーションとの間でカルーセル軸６４
を中心として軌道運動させることができる。
【００２４】 各キャリヤヘッドシステム７０ａ〜７０ｄには、研磨ヘッドまたはキャリヤヘ
ッド１００が含まれている。各キャリヤヘッド１００は、独立して自身の軸の周
りを回転し、また、カルーセル支持プレート６６内に形成されたラジアルスロッ
ト７２内で独立に横方向に振動する（図２も参照のこと）。キャリヤ駆動軸７４
は、駆動軸ハウジング７８（図３を参照）を貫通して延在し、キャリヤヘッド回
転モータ７６をキャリヤヘッド１００に連結する（カバー６８の１／４を取り外
すことにより図１に示されている）。各ヘッドに対して、一つのキャリヤ駆動軸
とモータがある。
【００２５】 カルーセル６０のカバー６８を取り外した図２について説明する。カルーセル
支持プレート６６の上部は、四つのスロット付きキャリヤヘッド支持スライダ８
０を支持する。各スライダ８０は、ラジアルスロット７２の一つと位置合わせさ
れており、ラジアル振動モータ８７によってスロットに沿って動かすことができ
る。四つのモータ８７は、カルーセル支持プレート６６のラジアルスロット７２
に沿って四つのスライダを独立に移動させるように、独立に動作することができ
る。
【００２６】 図３について説明する。駆動モータ７６の上部の回転継手９０は、三つ以上の
流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９２ｃを駆動軸７４中の三つ以上のチャネル９
４ａ、９４ｂおよび９４ｃにそれぞれ連結する。ポンプ、ベンチュリ管、圧力レ
ギュレータなどの三つの真空または圧力ソース９３ａ、９３ｂおよび９３ｃ（以
後、簡単に「ポンプ」と呼ぶ）が、それぞれ流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９
２ｃに接続されていてもよい。三つの圧力センサまたは圧力計９６ａ、９６ｂお
よび９６ｃが、それぞれ流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９２ｃに接続されてい
てもよく、調節弁９８ａ、９８ｂおよび９８ｃが、それぞれ流体ライン９２ａ、
９２ｂおよび９２ｃに接続されていてもよい。ポンプ９３ａ〜９３ｃ、圧力計９
６ａ〜９６ｃおよび調節弁９８ａ〜９８ｃは、汎用ディジタルコンピュータ９９
に適切に接続される。コンピュータ９９は、ポンプ９３ａ〜９３ｃを動作させて
、キャリヤヘッド１００に空気圧式に動力を供給することができる。
【００２７】 実際のポリシング中、キャリヤヘッドのうちの三つ、例えばキャリヤヘッドシ
ステム７０ａ〜７０ｃは、対応する研磨ステーション２５ａ〜２５ｃに配置され
、あるいは対応する研磨ステーション２５ａ〜２５ｃの上方に配置される。各キ
ャリヤヘッド１００は、基板を下げてポリシングパッド３２と接触させる。すで
に述べたように、スラリー５０は、基板のケミカルメカニカルポリシング用の媒
体として働く。
【００２８】 一般的に、キャリヤヘッド１００は、ポリシングパッドに接触する位置に基板
を保持し、基板の裏面全体にわたって力を分配する。キャリヤヘッドは、キャリ
ヤヘッド駆動軸から基板へトルクを伝達する。
【００２９】 図４について説明する。キャリヤヘッド１００は、ハウジング１０２、軟質部
材または軟質膜１０４、可撓性バッキング部材１０６、およびリテーナリング１
１０を含む。ハウジング１０２は、ポリシングパッドの表面に実質的に垂直な回
転軸１１２の周りにポリシング中に回転する駆動軸７４に接続することができる
。軟質膜１０４は、ハウジング１０２に接続することができ、ハウジングの下に
延在して基板のマウント面を設けることができる。リテーナリング１１０は、ポ
リシング中、マウント面１０８の下に基板を保持する。可撓性バッキング部材１
０６は、基板をキャリヤヘッドにチャックすることを可能にする波形面または凹
凸面を設ける。
【００３０】 ハウジング１０２は、研磨すべき基板の円形構造に対応するようにほぼ円形で
ある。ハウジングには、略円筒状の本体部分１２０、および本体部分の周りに延
在して略Ｕ形のギャップ１２４を形成する環状フランジ部分１２２が含まれてい
る。内側環状凹部１２６および外側環状凹部１２８は、ギャップ１２４の相対す
る側において、本体部分１２０の外側面およびフランジ部分１２２の内側面にそ
れぞれ形成することができる。内側および外側環状凹部は、シーリング機構を保
持して、リテーナリングをハウジングに対してシールする。
【００３１】 リテーナリング１１０は、本体部分１２０およびフランジ部分１２２間のギャ
ップ１２４に配置することができる。リテーナリング１１０は、ポリシングパッ
ドに接触する底面１４０を有する略円環状のリングである。底面１４０は、実質
的に平坦であってもよく、ポリシング中にスラリーが基板に達することを可能に
する溝またはチャネルを有していてもよい。リテーナリング１１０の内側面１４
２は、基板受取凹部１１４を軟質膜１０４のマウント面１０８と共に画成する。
リテーナリング１１０は、基板を基板受取凹部１１４に保持し、横方向の荷重を
基板からハウジングに伝達する。リテーナリングの上面１４８は、リテーナリン
グがギャップ１２４に嵌合できるようにテーパが付けられている。この上面は、
内側に傾斜した部分１４９を含んでいる。
【００３２】 図５について説明する。ポリシング作業中、リテーナリング１１０は、ハウジ
ング１０２の本体部分１２０およびフランジ部分１２２間のギャップ１２４に配
置される。リテーナリング１１０とハウジング１０２との間に摺動自在なシール
を設けるために、Ｏリングを用いることができる。Ｏリングは、また、リテーナ
リング１１０とハウジング１０２との間に加圧可能なチャンバ１５０を形成する
。二つのＯリング１５２および１５４を内側凹部１２６に配置することができ、
更に二つのＯリング１５６および１５８を外側凹部１２８に配置することができ
る。各凹部では、一方のＯリングが他方のＯリングよりも高い圧縮性を有してい
てもよい。Ｏリング１５２は、Ｏリング１５４よりも圧縮性が高くてもよく、同
様に、Ｏリング１５６は、Ｏリング１５８よりも圧縮性が高くてもよい。Ｏリン
グ１５４は、リテーナリング１１０の内側面１４２と摺動自在に係合し、Ｏリン
グ１５２は、Ｏリング１５４と本体部分１２０との間の空間をシールする。一方
、Ｏリング１５８は、リテーナリング１１０の外側面１４４と摺動自在に係合し
、Ｏリング１５６は、Ｏリング１５８とフランジ部分１２２との間の空間をシー
ルする。Ｏリングアセンブリは、リテーナリング１１０がリテーナリングおよび
ハウジング間の流体シールを維持しつつ縦方向に移動できるようにする。更に、
Ｏリングアセンブリは、リテーナリング１１０がリテーナリングおよびハウジン
グ間にシールを設けつつ横方向に移動できるようにする。
【００３３】 Ｏリングは、必要に応じてチャンバ１５０を加圧または減圧できるように十分
に密にリテーナリングと係合する。しかしながら、すでに述べたように、Ｏリン
グは、リテーナリングによる垂直運動が可能になる程度に十分に緩くなっている
。Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力は、キャリヤヘッドがポリシングパ
ッドから離れて持ち上げられるときにリテーナリングがギャップ１２４内に保持
されるようなものとすることができる。この場合、リテーナリングは、ギャップ
から手動で引き出すことにより、あるいはチャンバ内の圧力を上げてギャップか
ら強制的に排出することにより、ギャップ１２４から取り出される。この他に、
Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力は、キャリヤヘッドが持ち上げられる
ときにリテーナリングをギャップ１２４内に保持するためには不十分なものであ
ってもよい。この場合、チャンバ１５０を減圧することにより、リテーナリング
がキャリヤヘッドに真空チャックされる。
【００３４】 ポンプ９３ａ（図３を参照）は、流体ライン９２ａ、回転継手９０、駆動軸７
４中のチャネル９４ａ、およびハウジング１０２中の通路１３４（図４を参照）
に接続されていてもよい。流体、例えば空気などのガスは、チャンバへまたはチ
ャンバからポンプ輸送され、リテーナリング１１０に加わる荷重を制御する。流
体をチャンバ１５０へポンプ輸送すると、リテーナリング１１０は下向きに押さ
れる。一方、チャンバから流体を排出すると、リテーナリング１１０が引き上げ
られるにつれてチャンバ容積が小さくなる。このように、チャンバ１５０を用い
ることで、ポリシングパッドに調節可能な荷重を加え、リテーナリングの垂直位
置を制御することができる。更に、チャンバ１５０を減圧することにより、リテ
ーナリングをキャリヤヘッドに真空チャックすることができる。
【００３５】 ポリシング中、ポリシングパッドからの摩擦力は、リテーナリングをキャリヤ
ヘッドの前側に向かって、すなわちポリシングパッドの回転と同じ方向に押す傾
向がある。これにより、リテーナリング１１０の内側面１４２の一方の側が、ハ
ウジング１０２の本体部分１２０から水平に突出する環状リム１３６に押し付け
られる。環状リム１３６とリテーナリング１１０との間の接触点は、リテーナリ
ングの旋回の中心点となる。この旋回点は、リテーナリングの前縁部においてポ
リシングパッド面の付近に位置するので、リテーナリングに加えられるトルクが
小さくなる。従って、リテーナリングはより安定になり、チャンバによって生じ
た下向きの圧力はリテーナリングの底面にわたって均一に分配される。
【００３６】 リテーナリング１１０は、ボルトまたはネジ、接着剤、軟質コネクタ、あるい
は止め部品によって機械的に固定されることによりギャップ１２４に保持される
のではなく、摩擦力によって、または真空チャックによってギャップ１２４に保
持される。従って、リテーナリングの交換がより簡便である。すでに述べたよう
に、Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力に応じて、リテーナリングをギャ
ップ１２４から単純に引き出すこともできるし、チャンバ１５０内の圧力を高め
ることによりギャップ１２４から押し出すこともできる。この他に、リテーナリ
ングがキャリヤヘッドに真空チャックされる場合には、チャック動作を中断する
ことによりリテーナリングを解放することもできる。
【００３７】 図４に戻ると、バッキング部材１０６は、ハウジング１０２の下に固定される
。バッキング部材１０６は、波形または凹凸のある下面１６０を有している。具
体的には、バッキング部材は、隆起および対応するくぼみの規則的なアレイを有
する可撓性材料からつくることができる。例えば、バッキング部材は、中間領域
１６４によって接続されたエアポケットまたは膨張可能セルのアレイを含んでい
てもよい。セル１６２は、チャネル（図示せず）によって連通させてバッキング
部材内に単一のキャビティ１６８を形成することができる。これらのセルは、下
面に隆起領域を設け、セル間の中間領域は下面に谷を設ける。
【００３８】 バッキング部材１０６およびその使用方法の詳細な説明は、本発明の譲受人に
譲渡されたZunigaらによる同時継続出願「ケミカルメカニカルポリシング装置用
の軟質部材および可撓性バッキング部材を含むキャリヤヘッド」（速達郵便受領
番号ＥＭ２０２５３９９２４ＵＳ）に見られる。この開示内容は、本明細書に援
用される。
【００３９】 バッキング部材１０６をハウジング１０２に取り付けるため、ネジまたはボル
ト（図示せず）が、バッキング部材の周辺付近における中間領域中の孔（図示せ
ず）を貫通して延在し、ハウジング中の受取凹部（図示せず）に入っていてもよ
い。更に、チャネル１７６が中心を通るねじ込みネジ１７２は、ハウジング１０
２を貫通する通路１３２にセルの一つを接続することができる。
【００４０】 ポンプ９３ｂ（図３を参照）は、流体ライン９２ｂ、回転継手９０、駆動軸７
４中のチャネル９４ｂおよびハウジング１０２中の通路１３２を介してキャビテ
ィ１６８に接続されていてもよい。ポンプ９３ｂが流体、例えば空気などのガス
をキャビティ１６８に送ると、バッキング部材は膨張させられ、拡大する。一方
、ポンプ９３ｂがキャビティ１６８を排気すると、バッキング部材が収縮する。
【００４１】 軟質膜１０４は、クロロプレンやエチレンプロピレンゴムなどの柔軟質弾性材
料からつくられたほぼ円形のシートとすることができる。軟質膜１０４の突出縁
部（図４および図５を参照）は、ハウジング１０２の本体部分１２０の外側円筒
面内の環状溝１８２に嵌入することができる。また、軟質膜１０４は、マウント
面を全体的に張った状態に維持するために、リテーナリングに全体的に隣接して
位置する厚手環状部分１８４を含むことができる。軟質膜の一部１８６は、厚手
部分１８４から突出縁部１８０まで内向きに延在する。
【００４２】 ポリシング中、基板１０は、基板の裏面が軟質膜１０４のマウント面１０８に
接した状態で基板受取凹部１１４に配置される。軟質膜１０４とハウジング１０
２との間の空間は、チャンバ１９０を画成する。ポンプ９３ｃ（図３を参照）は
、流体ライン９２ｃ、回転継手９０、駆動軸７４中のチャネル９４ｃ、およびハ
ウジング１０２中の通路１３０を経てチャンバ１９０に接続されていてもよい。
ポンプ９３ｃが流体、例えば空気などのガスをチャンバ１９０に送ると、軟質膜
１０４は下向きに押される。従って、チャンバ１９０の加圧は、基板をポリシン
グパッドに押し付ける。一方、ポンプ９３ｃがチャンバ１９０を減圧すると、膜
が引き上げられる。
【００４３】 リテーナリング１１０は、基板をキャリヤヘッド内へのローディング中にセン
タリングするために用いることができる。以下で詳細に説明されるように、これ
によってＣＭＰ装置は、搬送ステーションがなくても機能できるようになる。あ
るいは、基板のローディングを依然として搬送ステーションで行ってもよいが、
搬送ステーション内のセンタリング機構は取り除くことができる。
【００４４】 図６について説明する。キャリヤヘッド１００は、最初、リテーナリング１１
０を研磨面３４と接触させた状態でポリシングパッド３２上に位置している。リ
テーナリング１１０を押し下げるために流体がチャンバ１５０内に送られ、ハウ
ジング１０２は、例えば駆動軸の上端の空気圧アクチュエータ（図示せず）によ
って持ち上げられ、ポリシングパッド３２から離れる。
【００４５】 したがって、図７に示されるように、ハウジング１０２が持ち上げられてポリ
シングパッドから離れると、リテーナリング１１０がパッド上に残る。このため
、リテーナリングの内側面の内側の空間は、ポリシングパッド上に基板受取凹部
１９２を画成する。
【００４６】 図８について説明する。ロボットアーム１９５は、真空アタッチメント等によ
って基板１０を運ぶので、通常は基板受取凹部１９２の上方に配置される。ロボ
ットアーム１９５は、基板を基板受取凹部内で正確にセンタリングする必要はな
く、適度の誤差限界が許容される。ロボットアーム１９５への真空供給は、基板
がロボットアームから外れてテーパ付き上面１４８の内側傾斜部分１４９によっ
て基板受取凹部１９２に導入されるように停止される。
【００４７】 このようにして、図９に示されるように、ロボットアーム１９５が後退した後
、基板はリテーナリングによって適切にセンタリングされている。
【００４８】 図１０について説明する。基板が基板受取凹部１９２に配置された後、ハウジ
ング１０２が空気圧アクチュエータ等によって下げられるので、リテーナリング
１１０がギャップ１２４に挿入される。次に、ポリシングステップのために基板
に下向きの荷重に加えるように、流体がチャンバ１９０内に送られる。更に、ポ
ンプ９３ａは、流体をチャンバ１５０へ送ることで、リテーナリング１０によっ
て基板に加えられる荷重を制御することができる。
【００４９】 基板をポリシングパッドから取り出すために、流体がバッキング部材１０６の
キャビティ１６８へ送られる。これによりバッキング部材１０６が膨張するので
、その下面が軟質膜１０４の上面に接触する。次に、チャンバ１９０を排気して
基板をマウント面に真空チャックする。具体的には、チャンバの排気は、基板を
マウント面に当てて保持するバッキング部材および軟質膜間の低圧ポケットをつ
くる。最後に、キャリヤヘッドが持ち上げられてポリシングパッドから離れる。
前述のように、Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力によっては、キャリヤ
ヘッドがポリシングパッドから持ち上げられるときにリテーナリング１１０がキ
ャリヤヘッドに真空チャックされるようにチャンバ１５０を排気することもでき
る。この他に、リテーナリングを真空チャックしないか、あるいはチャンバ１５
０内の圧力を高くすることによって、リテーナリングを次の基板とともに用いる
ためにポリシングパッド上に残すこともできる。
【００５０】 上述のように、着脱式リテーナリング１１０は、複雑で費用のかかる搬送装置
を使用せずに基板をキャリヤヘッドにロードできるようにする。特に、基板は、
ポリシングパッドにおいてキャリヤヘッドにロードすることができるので、搬送
ステーションを取り除くことができ、その結果、ＣＭＰ装置のコストとサイズを
大きく減少させることができる。この他に、搬送ステーションにおけるセンタリ
ング装置は、単純な支持面と交換することができる。この場合、搬送ステーショ
ンの支持面が研磨ステーションにおける研磨面の代わりに用いられる以外、ロー
ディングプロセスは図６〜図１０を参照して述べたように進行する。更に、キャ
リヤヘッドは、ローディング手順後に搬送ステーションから研磨ステーションへ
移送される。
【００５１】 本発明は、多くの好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、図示
および説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の
範囲によって定義される通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ケミカルメカニカルポリシング装置の分解斜視図である。
【図２】 上部ハウジングを取り外したカルーセルの概略平面図である。
【図３】 ３〜３線に沿った図２のカルーセルの断面図を部分的に示し、ケミカルメカニ
カルポリシング装置によって用いられる圧力レギュレータの概略図を部分的に示
している。
【図４】 キャリヤヘッドの概略断面図である。
【図５】 図４のキャリヤヘッドの一部分の拡大図である。
【図６】 図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図７】 図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図８】 図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図９】 図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図１０】 図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ズニガ， スティーヴン， エム． アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ソークエル， ロス ローブルズ ロード 351 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 AB08 CB01 DA06 DA17

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドであ
    って、 凹部を有するハウジングと、 基板受取面と、 前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能な
    リテーナリングと、 前記リテーナリングと摺動自在に係合して、前記リテーナリングが前記凹部に
    配置されるときに前記ハウジングおよび前記リテーナリング間に加圧可能チャン
    バを形成するシールと、 を備えるキャリヤヘッド。
  2. 【請求項２】 前記基板受取面が、第２の加圧可能チャンバを形成するよう
    に前記ハウジングに連結された軟質膜を含んでいる、請求項１記載のキャリヤヘ
    ッド。
  3. 【請求項３】 前記シールが少なくとも一つのＯリングを含んでいる、請求
    項１記載のキャリヤヘッド。
  4. 【請求項４】 前記シールには第１内側Ｏリングおよび第２内側Ｏリング、
    および第１外側Ｏリングおよび第２外側Ｏリングが含まれており、前記第１Ｏリ
    ングが前記第２Ｏリングよりも低い圧縮性を有している、請求項１記載のキャリ
    ヤヘッド。
  5. 【請求項５】 前記第１内側Ｏリングおよび第１外側Ｏリングが前記リテー
    ナリングの内側面および外側面にそれぞれ接触し、前記第２内側Ｏリングおよび
    第２外側Ｏリングが前記ハウジングと前記第１内側Ｏリングおよび前記第１外側
    Ｏリングとの間にそれぞれ配置される、請求項４記載のキャリヤヘッド。
  6. 【請求項６】 前記ハウジングは、本体部分および前記本体部分を取り囲ん
    で凹部を形成する実質的に環状のフランジを含んでおり、前記内側Ｏリングが前
    記本体部分の外側面の内側凹部に実質的に配置され、前記外側Ｏリングが前記フ
    ランジの内側面の環状外側凹部に実質的に配置されている、請求項５記載のキャ
    リヤヘッド。
  7. 【請求項７】 前記ハウジングは、本体部分および前記本体部分を取り囲ん
    で前記凹部を形成する実質的に環状のフランジを含んでいる、請求項１記載のキ
    ャリヤヘッド。
  8. 【請求項８】 前記本体部分は、ポリシング中に前記リテーナリングの一部
    に接触する外向きに突出した環状リムを含んでいる、請求項７記載のキャリヤヘ
    ッド。
  9. 【請求項９】 前記リテーナリングはテーパの付いた上面を含んでいる、請
    求項１記載のキャリヤヘッド。
  10. 【請求項１０】 前記凹部が実質的に環状であり、前記リテーナリングが実
    質的に環状である、請求項１記載のキャリヤヘッド。
  11. 【請求項１１】 前記リテーナリングが前記キャリヤヘッドに機械的に固定
    されていない、請求項１記載のキャリヤヘッド。
  12. 【請求項１２】 ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドで
    あって、 凹部を有するハウジングと、 基板受取面と、 前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能な
    リテーナリングと、 前記リテーナリングが前記凹部に配置されると前記ハウジングおよび前記リテ
    ーナリング間に形成される減圧可能なチャンバと、 を備え、前記チャンバ内の圧力を、前記リテーナリングを前記凹部内に維持する
    か、あるいは前記リテーナリングを前記ハウジングから解放するように選択する
    ことができる、前記キャリヤヘッド。
  13. 【請求項１３】 基板をキャリヤヘッドへロードする方法であって、 解放可能なリテーナリングおよび基板マウント面を有するキャリヤヘッドを支
    持面上に配置するステップと、 前記リテーナリングが前記支持面上に支持されるように前記リテーナリングを
    前記キャリヤヘッドから解放するステップと、 前記キャリヤヘッドを移動させて前記支持面から離すステップと、 前記リテーナリングおよび前記支持面によって画成された凹部内に基板を配置
    するステップと、 前記基板マウント面が前記凹部内で前記基板と接触するような位置に前記キャ
    リヤヘッドを移動させるステップと、 を備える方法。
  14. 【請求項１４】 前記支持面がポリシングパッドを構成している、請求項１
    ３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 ポリシング中に前記基板が前記ポリシングパッドに接する
    ように前記基板をロードするステップを更に備える、請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ポリシング中に前記リテーナリングが前記ポリシングパッ
    ドに接するように前記リテーナリングをロードするステップを更に含む、請求項
    １５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記支持面が搬送ステーション内に配置されている、請求
    項１３記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記基板を前記キャリヤヘッドに真空チャックするステッ
    プと、前記キャリヤヘッドを研磨ステーションに移動させるステップと、を更に
    備える、請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドに真空チャック
    するステップと、前記キャリヤヘッドを研磨ステーションに移動させるステップ
    と、を更に備える、請求項１７記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記基板が前記凹部内へ下げられると前記基板が前記リテ
    ーナリングのテーパ付き上面によってセンタリングされる、請求項１３記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記基板マウント面が前記凹部内で前記基板と接触するよ
    うな位置に前記キャリヤヘッドを移動させるステップは、前記リテーナリングを
    前記キャリヤヘッド内の凹部に配置するステップを含んでいる、請求項１３記載
    の方法。
  22. 【請求項２２】 前記凹部内に前記基板を配置するステップは、ロボットア
    ームを用いて前記基板を前記凹部の上に配置するステップと、前記ロボットアー
    ムから前記基板を解放するステップと、を含んでいる、請求項１３記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記リテーナリングを解放するステップは、前記リテーナ
    リングおよびハウジング間のチャンバ内の圧力を上げて前記リテーナリングを前
    記キャリヤヘッドから押し出すステップを含んでいる、請求項１３記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記リテーナリングを解放するステップは、前記リテーナ
    リングを前記キャリヤヘッドに対して保持する真空チャック動作を中断するステ
    ップを含んでいる、請求項１３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 ケミカルメカニカルポリシング装置であって、 回転ポリシングパッドと、 前記ポリシングパッド上に基板を配置するキャリヤヘッドであって、凹部を有
    するハウジングと、基板受取面と、前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に
    解放可能に配置することの可能なリテーナリングと、前記リテーナリングと摺動
    自在に係合して、前記リテーナリングが前記凹部に配置されるときに前記ハウジ
    ングおよび前記リテーナリング間に加圧可能チャンバを形成するシールと、を含
    んでいるキャリヤヘッドと、 前記キャリヤヘッドを回転させるように前記ハウジングに接続された駆動軸と
    、 を備える装置。
  26. 【請求項２６】 前記チャンバ内の圧力を制御するように前記チャンバに連
    通したポンプを更に備える請求項２５記載の装置。
  27. 【請求項２７】 ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドで
    あって、 外向きに突出した環状リムを有する本体部分および前記本体部分を取り囲んで
    凹部を画成する実質的に環状のフランジを含むハウジングと、 基板受取面と、 横方向に移動可能なリテーナリングと、 前記ハウジングおよび前記リテーナリング間に加圧可能チャンバを形成するシ
    ールと、 を備え、前記リテーナリングは、前記リテーナリングが前記基板受取面を取り囲
    み、かつ前記リテーナリングがポリシング中に前記環状リムに接触するように前
    記凹部に配置することができる、キャリヤヘッド。
  28. 【請求項２８】 前記環状リムが前記凹部への開口に隣接している、請求項
    ２７記載のキャリヤヘッド。
  29. 【請求項２９】 ポリシング中、前記リテーナリングに加えられるトルクを
    減少させるように前記環状リムが研磨面に十分に接近して配置される、請求項２
    ７記載のキャリヤヘッド。
  30. 【請求項３０】 ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドで
    あって、 凹部を有するハウジングと、 基板受取面と、 前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に配置することの可能な解放可能リ
    テーナリングと、 前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドに機械的に固定せずに前記リテーナ
    リングが前記凹部に配置されるときに前記ハウジングおよび前記リテーナリング
    間に減圧可能チャンバを形成するシールと、 を備えるキャリヤヘッド。
  31. 【請求項３１】 ポリシングパッドと接触する底面と、 キャリヤヘッドの下方に基板を保持する内側面と、 前記内側面および前記ポリシングパッドによって画成される凹部へ前記基板を
    導くための内側に傾斜した部分を含むテーパ付き上面と、 を備えるリテーナリング。
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