JP2000354960A - 基板をケミカルメカニカルポリシングするためのキャリヤヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い信頼性をもって基板をポリシングパッド
へローディングし、またポリシングパッドから取り外す
ことができるケミカルメカニカルポリシング装置用キャ
リヤヘッドを提供する。 【解決手段】 このケミカルメカニカルポリシング装置
用キャリヤヘッド１００は、優れたケミカルメカニカル
ポリシングのために、基板１０に係合する膨張可能リッ
プ部分１８６を備える可撓膜１１８を含んでいる。リッ
プ部分は、キャリヤヘッド内のチャンバ１９０の圧力変
化に応じて、基板とのシールを形成したりシールを解除
したりすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全体的に基板のケ
ミカルメカニカルポリシングに関し、特に、基板のケミ
カルメカニカルポリシング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
外面または最上面、すなわち基板の露出面は、徐々に非
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、キャリア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。キャリアヘッドは、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】ＣＭＰプロセスの有効性は、そのポリシン
グレート、および得られる基板表面の仕上り（小規模の
粗さがないこと）と平坦度（大規模なトポグラフィがな
いこと）によって評価することができる。ポリシングレ
ート、仕上りおよび平坦度は、パッドとスラリーの組合
せ、基板とパッドとの間の相対速度、およびパッドに基
板を押しつける力により決定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＣＭＰで遭遇する問題
の一つは、基板の中央部分が研磨不足になることが多い
点である。「センタースロウ効果」と称することができ
るこの問題は、基板の背面へ圧力を均一に加えても、発
生することがある。

【０００６】別の問題は、ポリシングが完了すると、基
板をポリシングパッド面から取り外すのが困難なことで
ある。先に述べたように、一層のスラリーがポリシング
パッドの表面に供給される。基板がポリシングパッドに
接するように配置されると、スラリーの表面張力が、基
板をポリシングパッドへ束縛する接着力を発生する。こ
の接着力が、基板をパッドから取り外すことを困難にす
ることがある。

【０００７】通常、基板は、キャリヤヘッドの下側に真
空チャックされ、キャリヤヘッドを使用することで基板
がポリシングパッドから取り外される。キャリヤヘッド
をポリシングパッドから後退させると、基板はパッドを
離れて持ち上げられる。しかし、基板をポリシングパッ
ド上に保持する表面張力が、基板をキャリヤヘッド上に
保持する真空チャックの力より大きい場合、キャリヤヘ
ッドが後退しても基板はポリシングパッド上に残ってし
まう。これにより、基板が破損したり、欠けたりするか
もしれない。さらに、基板取外しの失敗が、機械の故障
を引き起こし、人手の介入が必要になることもある。こ
れにより、ポリシング装置のシャットダウンが必要とな
り、スループットが低下する。ポリシング装置による信
頼性の高い作業を達成するためには、基板取外しプロセ
スが本質的に完璧であることがよい。

【０００８】いくつかの技術を採用して、基板とポリシ
ングパッド間の表面張力を減らしてきた。そのような技
術は、基板を水平方向にスライドさせてポリシングパッ
ドから離すことにより表面張力に打ち勝った後に、キャ
リヤヘッドを垂直方向に後退させる。しかし、この技術
では、基板がスライドしてポリシングパッドのエッジか
ら離れるとき、基板にスクラッチができたり、その他の
損傷を与えるかもしれない。また、ＣＭＰ装置の機械的
構成によっては、この技術を利用することができないこ
とがある。

【０００９】別の技術は、表面張力を小さくするために
ポリシングパッド面を処理する。しかし、この技術は必
ずしも成功するとは限らず、パッド面のそのような処理
は、逆に基板の仕上りと平面度に悪影響を及ぼして、ポ
リシングレートを低下させることがある。

【００１０】別の技術は、基板のエッジへ下向きの圧力
をかけて、大気が真空チャックプロセスと干渉すること
を防ぐシールを形成する。しかし、この技術は、キャリ
アヘッドの複雑な空気圧制御を必要とする。さらに、キ
ャリヤヘッドの構造が、基板のエッジへの加圧を阻むか
もしれない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ある態様において、本発
明は、基板のケミカルメカニカルポリシング用のキャリ
ヤヘッドに関する。このキャリヤヘッドは、ベースと、
ベースの下に延在して加圧可能チャンバを画成する可撓
膜と、を有する。可撓膜の下面は、基板用のマウント面
を与える。可撓膜は、内側部分と、外側の膨張可能リッ
プ部分と、を含む。このリップ部分は、チャンバ内の圧
力変化に応じて膨張したり、あるいは収縮するよう構成
され、マウント面に当たるように配置された基板とのシ
ールを解除したり、あるいはシールを形成するように配
置されている。

【００１２】本発明の実施形態は、以下の一つ以上を含
んでいてもよい。可撓膜の一部は、リップ部分を形成す
るように折り畳むことができる。リップ部分は、流体が
流れるようにチャンバと連通するポケットを含んでいて
もよい。リップ部分は、上側部分と、下側部分と、上側
部分および下側部分間に配置されたポケットと、を含ん
でいてもよい。可撓膜は、上側部分に接合されたエッジ
部分を更に含んでいてもよい。可撓膜は、エッジ部分に
接合された第１の端部およびリテーナリングに固定され
た第２の端部を有する環状翼部分を更に含んでいてもよ
い。スペーサがリップ部分のエッジ部分を包囲して、リ
ップ部分の構造的完全性を維持してもよい。リップ部分
は、チャンバが排気されるときに基板とのシールを形成
してもよい。リップ部分は、チャンバが加圧されるとき
に基板とのシールを解除してもよい。

【００１３】別の態様では、本発明は、ケミカルメカニ
カルポリシングの方法に関する。基板は、キャリヤヘッ
ドの可撓膜のマウント面に接するように位置決めされ、
可撓膜は、キャリヤヘッド内で加圧可能チャンバを画成
する。この可撓膜は、流体が流れるようにチャンバと連
通する膨張可能リップ部分を含んでいる。チャンバは、
膨張可能リップ部分を収縮させて基板とのシールを形成
するように排気される。基板は、第１の位置から第２の
位置へ搬送される。

【００１４】本発明の利点は、以下の事項を含むことで
きる。基板は、高い信頼性をもってポリシングパッドへ
ローディングすることができ、またポリシングパッドか
ら取り外すことができる。基板と可撓膜との間に捕捉さ
れた空気の除去を可能とすることにより、ポリシング
中、基板に一様な荷重が付加される。

【００１５】本発明の他の利点と特徴は、図面および特
許請求の範囲に加えて、以下の説明から明らかになるで
あろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】同様な構成要素を示すために、同
様な参照番号が種々の図面の中で使用される。添字は、
変更された機能、動作または構造を構成要素が有するこ
とを示している。

【００１７】図１を参照すると、１枚以上の基板１０
が、ケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）装置２０
によりポリシングされる。同様のＣＭＰ装置の説明は、
米国特許第５，７３８，５７４号で見ることができる。
この全開示は、本明細書に援用される。

【００１８】ＣＭＰ装置２０は、下部マシンベース２２
を含んでおり、このマシンベースは、その上に取り付け
られたテーブルトップ２３と、着脱可能な上部外カバー
（図示せず）と、を備えている。テーブルトップ２３
は、一連のポリシングステーション２５と、基板をロー
ディングおよびアンローディングする搬送ステーション
２７と、を支持する。搬送ステーションは、三つのポリ
シングステーションとともに略正方形の配置を形成して
いてもよい。

【００１９】各ポリシングステーションは、ポリシング
パッド３２が載置される回転プラテン３０を含んでい
る。基板１０が８インチ（２００ｍｍ）または１２イン
チ（３００ｍｍ）径のディスクの場合、プラテン３０お
よびポリシングパッド３２は、それぞれ直径が約２０イ
ンチまたは３０インチとなる。プラテン３０は、マシン
ベース２２の内側に配置されたプラテン駆動モータ（図
示せず）に接続することができる。大抵の研磨プロセス
では、プラテン駆動モータは、毎分３０〜２００回転で
プラテン３０を回転させるが、それより遅いまたは速い
回転速度を使用することもできる。各ポリシングステー
ションは、ポリシングパッドの研磨条件を維持するため
に、対応するパッドコンディショナ装置４０を更に含ん
でいてもよい。

【００２０】反応剤（例えば、酸化物ポリシング用の純
水）および化学反応触媒（例えば、酸化物ポリシング用
の水酸化カリウム）を含むスラリ５０は、スラリ／リン
ス共用アーム５２によってポリシングパッド３２の表面
に供給することができる。ポリシングパッド３２が標準
パッドである場合、スラリ５０に研磨粒子（例えば酸化
物ポリシング用の二酸化ケイ素）を含ませてもよい。通
常は、ポリシングパッド３２の全体を覆って湿潤するの
に十分なスラリが供給される。スラリ／リンスアーム５
２は、ポリシングサイクルおよびコンディショニングサ
イクルの各々の最後にポリシングパッド３２の高圧リン
スを行う数個のスプレーノズル（図示せず）を含んでい
る。

【００２１】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とカバー６８を含んでおり、下
部マシンベース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、マシンベース２２内に配置されたカルーセルモー
タアセンブリによってセンターポスト６２上でカルーセ
ル軸６４を中心として回転する。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上においてカル
ーセル軸６４の周りに等角度間隔で取り付けられた４個
のキャリヤヘッドシステム７０を含んでいる。これらの
キャリヤヘッドシステムの３個は、基板を受け取って保
持し、基板をポリシングステーションのポリシングパッ
ドに押し付けることによって基板をポリシングする。キ
ャリヤヘッドシステムの１個は、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へ基
板を受け渡す。カルーセルモータは、キャリヤヘッドシ
ステムおよびキャリヤヘッドシステムに取り付けられた
基板を、ポリシング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の周りに軌道運動させることが
できる。

【００２２】各キャリヤヘッドシステムは、研磨ヘッド
またはキャリヤヘッド１００を含んでいる。各キャリヤ
ヘッド１００は、自らの軸を中心として独立に回転し、
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内を独立して横方向に振動する。キャリヤ駆
動軸７４はスロット７２を通って延在し、キャリヤヘッ
ド回転モータ７６（カバー６８の４分の１を除去して示
す）をキャリヤヘッド１００に接続する。各ヘッドに
は、ひとつのキャリヤ駆動軸とモータがある。各モータ
および駆動軸は、キャリヤヘッドを横方向に振動させる
ために、ラジアル駆動モータによりスロットに沿って直
線的に駆動させることができるスライダ（図示せず）上
に支持することができる。

【００２３】実際のポリシング中、３個のキャリヤヘッ
ドは、３個のポリシングステーションおよびその上方に
位置する。各キャリヤヘッド１００は、基板を下降させ
てポリシングパッド３２に接触させる。一般に、キャリ
ヤヘッド１００は、基板をポリシングパッドに接触させ
て所定位置に保持し、力を基板の背面全体に分散させ
る。さらに、キャリヤヘッドは駆動軸から基板へトルク
を伝える。

【００２４】図２および図３を参照すると、キャリヤヘ
ッド１００は、ハウジング１０２、ベース１０４、ジン
バル機構１０６、ローディングチャンバ１０８、リテー
ナリングｌｌ０、および基板バッキングアセンブリ１１
２を含む。同様のキャリヤヘッドの説明は、Ｚｕｎｉｇ
ａ他による米国特許出願第０８／８６１，２６０号「ケ
ミカルメカニカルポリシングシステム用の可撓膜を有す
るキャリアヘッド」（１９９７年５月２１日出願、本発
明の譲受人に譲渡済）に見られる。この全開示は、本明
細書に援用される。

【００２５】ハウジング１０２は駆動軸７４に連結され
ており、ポリシング中はポリシングパッドの表面に実質
的に垂直な回転軸１０７を中心として、ポリシング中に
駆動軸とともに回転することができる。ローディングチ
ャンバ１０８は、ハウジング１０２とベース１０４との
間に配置されており、荷重つまり下向きの圧力をベース
ｌ０４に加える。また、ポリシングパッド３２に対する
ベース１０４の垂直方向位置は、ローディングチャンバ
１０８により制御される。

【００２６】基板バッキングアセンブリｌｌ２は、支持
構造体ｌｌ４、支持構造体ｌｌ４をベースｌ０４に連結
する撓みダイヤフラムｌｌ６、および支持構造体ｌｌ４
に連結された可撓性部材または可撓膜１１８を含んでい
る。可撓膜１１８は、支持構造体１１４の下方に延在し
て、基板用のマウント面１９２を提供する。可撓膜１１
８、支持構造体ｌｌ４、撓みダイヤフラムｌｌ６、ベー
スｌ０４、およびジンバル機構１０６間のシールされた
空間は、加圧可能チャンバ１９０を画成する。チャンバ
１９０を加圧すると、可撓膜１１８が下方に押され、基
板がポリシングパッドに押し付けられる。第１ポンプ
（図示せず）をチャンバ１９０に連通させることでチャ
ンバ内の圧力を制御し、これにより、基板に加わる可撓
膜の下向きの力を制御することができる。

【００２７】ハウジング１０２は、ポリシングされる基
板の円形の外形に対応するように略円形の形状を有して
いてもよい。円筒形ブッシュ１２２が、ハウジングを貫
通する垂直穴１２４に嵌入していてもよく、二つの通路
１２６と１２８が、キャリヤヘッドの空気圧制御のため
にハウジングを貫通して延在していてもよい。

【００２８】ベース１０４は、硬質材料から形成される
略リング形の本体であり、ハウジング１０２の下に配置
される。通路１３０は、ベースを貫通して延在していて
もよく、また二つの取付具１３２および１３４は、ハウ
ジング１０２とベース１０４との間に可撓性チューブを
接続して通路１２８を通路１３０へ連通させるための取
付点を与えることができる。

【００２９】弾性および可撓性の膜１４０をクランプリ
ング１４２によってベース１０４の下面に取り付けるこ
とにより、ブラダー１４４を形成することができる。ク
ランプリング１４２は、ねじまたはボルト（図示せず）
によってベース１０４に固定することができる。第２の
ポンプ（図示せず）をブラダー１４４に接続し、流体、
例えば空気などのガスをブラダーに出入りさせることに
よって支持構造体ｌｌ４への下向き圧力を制御してもよ
い。特に、ブラダー１４４を用いることで、支持構造体
１１４の支持プレート１７０からの突起１７９（図３を
参照）が可撓膜１１８の中央領域を基板１０に押し付け
るようにすることができ、これにより基板の中央部へ追
加圧力を加えることができる。

【００３０】ジンバル機構１０６は、ベース１０４がポ
リシングパッドの表面と実質的に平行な状態を維持でき
るように、ベース１０４がハウジング１０２に対して旋
回できるようにする。ジンバル機構１０６は、通路１５
４に嵌入して円筒ブッシュ１２２を貫通するジンバルロ
ッド１５０と、ベース１０４に固定された撓みリング１
５２と、を含んでいる。ジンバルロッド１５０は、通路
１５４に沿って垂直に滑動することによりベース１０４
の垂直運動を与えることができるが、ハウジング１０２
に対するベース１０４の横方向の運動は阻止する。

【００３１】略リング形の回転ダイヤフラム１６０の内
側エッジは、内側クランプリング１６２によりハウジン
グ１０２へクランプすることができる。外側クランプリ
ング１６４は、回転ダイヤフラム１６０の外側エッジを
ベース１０４にクランプすることができる。このように
して、回転ダイヤフラム１６０は、ハウジング１０２お
よびベース１０４間の空間をシールして、ローディング
チャンバ１０８を画成する。第３のポンプ（図示せず）
をローディングチャンバへ連通することにより、ローデ
ィングチャンバ１０８内の圧力と、ベース１０４へ加え
られる荷重を制御することができる。

【００３２】リテーナリング１１０は、例えばボルト
（図示せず）によってベース１０４の外側エッジに固定
された略円環体とすることができる。流体がローディン
グチャンバ１０８内へ圧送され、ベース１０４が下方に
押されると、リテーナリング１１０も下方に押されて、
ポリシングパッド３２へ荷重を加える。リテーナリング
１１０の底面１９４は実質的に平坦とすることができ、
あるいはリテーナリングの外側から基板へのスラリ輸送
を容易にするために複数の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１９６は、基板がキ
ャリヤヘッドの下から逃げるのを妨ぐように基板と係合
する。

【００３３】基板バッキングアセンブリｌｌ２の支持構
造体１１４は、支持プレート１７０、環状下側クランプ
１７２、および環状上側クランプ１７４を含む。支持プ
レート１７０は、複数の貫通孔１７６が形成された略デ
ィスク状の硬質部材とすることができる。支持プレート
１７０の外側面は、約３ｍｍ幅の隙間だけリテーナリン
グ１１０の内側面１９６から分離してもよい。約２〜４
ｍｍ（例えば３ｍｍ）の幅Ｗ１を有する環状凹部１７８
を支持プレート１７０の外側エッジに形成することがで
きる。さらに、突起１７９（図３を参照）が、支持プレ
ートの底面の中央領域から下方に延在していてもよい。
この突起は、支持プレートの底にキャリヤフィルムを取
り付けることにより形成してもよいし、支持プレートと
一体に形成してもよい。支持プレート１７０は、突起１
７９の上方の領域を通る孔を含んでいなくてもよい。こ
の他に、支持プレートと突起の両方を貫通して孔が延在
していてもよい。

【００３４】基板バッキングアセンブリ１１２の撓みダ
イヤフラム１１６は、略平坦な円環である。撓みダイヤ
フラムｌｌ６の内側エッジは、ベース１０４とリテーナ
リング１１０との間にクランプされ、撓みダイヤフラム
ｌｌ６の外側エッジは下側クランプ１７２と上側クラン
プ１７４との間にクランプされる。撓みダイヤフラム１
１６は、可撓性および弾性ではあるが、径方向および接
線方向で硬質とすることができる。撓みダイヤフラムｌ
ｌ６は、ネオプレン（登録商標）などのゴム、ＮＹＬＯ
Ｎ（商標）やＮＯＭＥＸ（商標）などのエラストマ被覆
布、プラスチック、またはガラス繊維などの複合材料か
ら形成することができる。

【００３５】可撓膜ｌｌ３は、クロロプレン、エチレン
プロピレンゴム、シリコンなどの可撓性かつ弾性の材料
から形成された略円形のシートである。可撓膜ｌｌ８
は、内側部分１８０、支持プレート１７０のエッジの周
りに延在して支持プレートと下側クランプ１７２との間
でクランプされる環状エッジ部分１８２、および内側部
分１８０とエッジ部分１８２との間の連結部１８４から
外側に延在して、キャリヤヘッドにロードされた基板の
外周部に接触する可撓リップ部分１８６を含んでいる。
連結部１８４は、支持プレートｌ７０の凹部１７８のほ
ぼ下方に配置され、内側部分１８０またはエッジ部分１
８２よりも厚く、例えば約２倍の厚さがある。

【００３６】リップ部分１８６は、くさび形とすること
ができ、連結部の厚さにほぼ等しい厚さから、可撓膜１
１８の内側部分１８０の厚さとほぼ等しい、その外側リ
ムにおける厚さに至るテーパをつけることができる。リ
ップ部分１８６の外側リム１８８は基板に向けて傾斜さ
せることができる。特に、チャンバ１９０が排気され可
撓膜１１８が上方に引かれても、リップ部分１８０のリ
ム１８８が依然として支持プレート１７０上の突起ｌ７
９の下に延在するように、リップ部分は十分に下方へ延
在しているのがよい。こうすれば、突起１７９が基板エ
ッジへの加圧を阻止したとしても、基板と可撓膜ｌｌ８
との間にシールを確実に形成することができる。以下で
より詳細に述べるように、リップ部分１８６は、ポリシ
ングパッドからの基板の取り外しを補助する。

【００３７】ある実施例では、可撓膜ｌｌ８の内側部分
とエッジ部分の厚さを約２９〜３３ミルとすることがで
き、連結部は、厚さを約６０〜６６ミルとし、エッジ部
分から内側に約ｌ〜５ｍｍ（例えば３．５ｍｍ）延在す
ることができる。リップ部分は、内側部分１８０から約
０〜３０°（例えば１５°）の角度で下方に延在させる
ことができ、また、エッジ部分１８２を越えて約１〜５
ｍｍ（例えば３．５ｍｍ）延在させることができる。

【００３８】前述のように、ＣＭＰで再発するひとつの
問題は、基板中央のポリシング不足である。キャリヤヘ
ッド１００を用いることで、センタースロウ効果を低減
し、あるいは最小限に抑えることができる。特に、基板
受取り面の中心付近に位置する略円形の接触領域内で可
撓膜の上面と接触する突起１７９を支持プレート１７０
に設けることによって、基板中央のポリシング不足とな
りうる領域へ追加の圧力をブラダー１４４によって加え
ることができる。この追加圧力は、１９９７年８月８日
出願の米国特許出願第０８／９０７，８１０号で検討さ
れているように、基板の中央におけるポリシングレート
を高め、ポリシングの均一性を改善し、センタースロウ
効果を低減する。なお、この出願の全開示は本明細書に
援用される。

【００３９】ポリシングが完了すると、基板を可撓膜１
１８へ真空チャックするために、流体がチャンバ１９０
から排出される。次いで、ローディングチャンバ１０８
が排気され、ベース１０４とバッキング構造体ｌｌ２が
持ち上げられてポリシングパッドから離される。

【００４０】上記のように、ＣＭＰにおける別の問題
は、ポリシングパッドから基板を取り外すことが困難な
ことである。しかしながら、キャリヤヘッド１００はこ
の問題を実質的に解消する。

【００４１】図４（ａ）を参照する（簡単のため、基板
の取り付け及び取り外しに関連する要素だけを図４
（ａ）および（ｂ）に示す）。チャンバ１９０が排気さ
れると、可撓膜ｌｌ８の内側部分１８０が内側に引かれ
る。これは、基板背面と可撓膜のマウント面との間の空
間内の圧力を低下させる。この圧力低下により、リップ
部分１８６が基板の外周部分に当たるように引っ張ら
れ、両者の間にシールが形成される。これは、可撓膜へ
の基板の効果的な真空チャックを提供する。このよう
に、ローディングチャンバ１０８が排気されると、基板
１０は、キャリヤヘッドへ確実に保持される。さらに、
シールを形成するために基板外周上の可撓膜の部分へ下
向きの力をさらに加える必要がないように、シールは十
分な気密性・液密性を持っている。その結果、キャリア
ヘッド内の空気圧制御をさらに必要とすることなくシー
ルを実装することができる。

【００４２】図４（ｂ）を参照すると、基板をキャリヤ
ヘッドから取り外すため、流体がチャンバ１９０内へ圧
送される。これにより、内側部分１８０は外側に膨出
し、それにより連結部１８４が下方に旋回する。その結
果、リップ部分１８６が基板から離れて上昇するよう
に、リップ部分１８６が上向きに旋回する。このこと
が、可撓膜と基板との間のシールを解除し、可撓膜の内
側部分からの下向き圧力が、基板をキャリヤヘッドから
取り外す。連結部１８４の厚さは、可撓膜ｌｌ８の内側
部分が下方へ付勢されたときにリップ部分が上方に確実
に回るために十分な剛性を与えるように選択するのがよ
い。

【００４３】図５を参照すると、キャリヤヘッド１００
ａは、リップ部分１８６ａの上で折りたためる可撓膜１
１８ａを含んでいる。この実施形態による利点は、支持
プレート１７０の円筒形外面とリテーナリング１１０の
内側面との間の隙間が小さくなることである。可撓膜ｌ
１８ａのエッジ部分１８２ａは、リップ部分１８６ａの
上に延在して連結部１８４ａに接続する折りたたみ部１
９８を含んでいる。折りたたみ部１９８は、支持プレー
ト１７０の凹部１７８ａに嵌まることができる。支持プ
レート１７０は、支持プレートと一体に形成された突起
１７９をさらに含んでいてもよい。

【００４４】図６を参照すると、別の実施形態では、キ
ャリヤヘッド１００ｂは、内側部分１８０ｂを有する可
撓膜ｌｌ８ｂ、支持プレートｌ７０のエッジの周りに延
在する環状エッジ部分２００、エッジ部分２００の上端
からリテーナリング１１０およびベース１０４まで径方
向外向きに延在して、これらの間に固定される翼部分２
０２、ならびにキャリヤヘッド内にロードされた基板の
外周部分と接触する膨張可能周囲リップ部分２０６を含
む。翼部分２０２は可撓膜へ一体的に接合され、図３お
よび図５の撓み部品１１６の代わりをする。エッジ部分
２００は、おおむね翼部分２０２と膨張可能リップ部分
２０６との間に配置される。スペーサリング２０８は、
翼部分とエッジ部分との隙間へ延在する内方延在フラン
ジ２１０を含んでいる。後で説明するように、スペーサ
リングはエッジ部分をほぼ包囲し、チャンバｌ９０が加
圧されるときに膨張可能リップ部分２０６の構造的完全
性を維持する。

【００４５】膨張可能リップ部分２０６は、可撓膜ｌｌ
８ｂのエッジ部分２００および内側部分１８０ｂから径
方向外向きに延在する。リップ部分２０６は、外周部分
２００および内側部分１８０ｂとの間に位置する可撓膜
の部分を上側部分２１６と下側部分２１８とに折りたた
むことにより形成することができる。上側部分２１６お
よび下側部分２１８間の空間は、チャンバ１９０と連通
するポケット２２０を画成する。膨張可能リップ部分２
０６の外側リム２２２は、基板に向けて傾斜させること
ができる。特に、膨張可能リップ部分２０６のリム２２
２が支持プレート１７０上の突起１７９の下に延在する
ように、膨張可能リップ部分２０６は、十分に下方に延
在しているのがよい。これにより、突起１７９が基板エ
ッジへの加圧を阻止する場合であっても、基板と可撓膜
ｌｌ８ｂとの間にシールを確実に形成することができ
る。

【００４６】ある実施例では、可撓膜１１８ｂの内側部
分１８０ｂの厚さを約２９〜３３ミルとし、エッジ部分
２００の厚さを約１５０〜２５０ミルとすることができ
る。リップ部分２０６は、内側部分１８０ｂから約０〜
３０°（例えば１５°）の角度で下方へ延在させること
ができ、また、エッジ部分２００を越えて約１〜５ｍｍ
（例えば３．５ｍｍ）延在させることができる。

【００４７】図７を参照すると、キャリヤヘッド１００
ｂはポリシング作業中に基板へ一定の荷重をかけるよう
に使用される。ポリシング作業を実行するには、まず基
板１０が、可撓膜ｌｌ８ｂへ真空チャックされ、ポリシ
ングパッド３２上に配置される。真空チャックの手順
は、チャンバ１９０を排気し、基板１０と可撓膜１１８
ｂの膨張可能リップ部分２０６との間にシールを形成す
ることにより実行される。この手順中、可撓膜と基板と
の間に空気が捕捉される。この捕捉空気は、除去されな
いと、ポリシング作業中に硬質の物体（例えば、支持プ
レートから下方に延在する突起）によって基板背面へ荷
重を加えるときに基板上へ力を作用させ、これにより基
板への均一な荷重の付加を妨げることがある。

【００４８】膨張可能リップ部分２０６は、捕捉空気を
排除する手段を提供する。ポリシングパッド３２上に基
板を配置した後、流体をチャンバ１９０に圧送してチャ
ンバを加圧し、基板に均一な荷重を加える。膨張可能リ
ップ部分２０６のポケット２２０は、チャンバ１９０と
連通しており、流体の流入によって同じく加圧され、膨
張可能リップ部分２０６を膨張させる。矢印ＡＡは、チ
ャンバ１９０とポケット２２０の加圧を示す。ポケット
が加圧されるのにともない、膨張可能リップ部分２０６
が膨張する。リップ部分の膨張により、可撓膜のリブが
基板から離され、それによりリップ部分と基板との間の
シールが解除される。その結果、ポリシング作業開始時
に荷重が基板へ加えられると、可撓膜ｌｌ８ｂと基板と
の間に捕捉されている空気は強制的に排出される。

【００４９】エッジ部分２００を囲むスペーサ２０８
は、チャンバ１９０およびポケット２２０内の圧力によ
ってエッジ部分２００が過度に遠くに押し出され膨張可
能リップ２０６が変形することを防止することにより、
加圧手順全体を通じて、膨張可能リップ部分２０６がそ
の構造的完全性を維持できるようにする。

【００５０】図８および図９を参照すると、膨張可能リ
ップ部分２０６は、ポリシング作業後に基板をポリシン
グパッドから取り外す信頼性の高い手段を提供する。ポ
リシング手順が完了すると、基板をポリシングパッドか
ら取り外すためにチャンバ１９０が排気される。矢印Ｂ
Ｂは、チャンバ１９０の排気を示す。チャンバ１９０の
排気により、膨張した膨張可能リップ部分２０６は収縮
し、矢印ＣＣによって示されるように、大気圧が膨張可
能リップ部分２０６に働く。なお、膨張可能リップ部分
２０６に大気圧が作用していることを示すために、スペ
ーサ２０８の図示は省略している。

【００５１】図９に示すように、チャンバ１９０のさら
なる排気により、可撓膜ｌｌ８ｂが上方へ持ち上げられ
る。可撓膜ｌｌ８ｂと基板との間の低圧領域２８１が、
可撓膜ｌｌ８ｂの持ち上げにより生成される。可撓膜１
１８ｂの全体にわたる圧力差は、リップ部分２０６を基
板にしっかりと押しつける。リップ部分２０６と基板と
の間のシール力は、可撓膜ｌｌ８ｂを基板から離そうと
する力に比例する。したがって、ポリシングパッドから
基板を取り外すためにキャリヤヘッド１００ｂが上方へ
持ち上げられると、リップ部分２０６はしっかりと基板
を保持する。

【００５２】図１０は、ポリシング作業後におけるキャ
リヤヘッド１００ｂからの基板取外し手順を示してい
る。基板がキャリヤヘッドにチャックされると、キャリ
ヤヘッド１００ｂは基板を持ち上げてポリシングパッド
３２から離し、キャリヤヘッドが搬送ステーション（図
示せず）の上方に位置決めされるまでカルーセルが回転
する。矢印ＤＤで示すように、チャンバ１９０およびポ
ケット２２０が加圧される。エッジ部分２００を囲むス
ペーサ２０８は、チャンバ１９０およびポケット２２０
内の圧力がエッジ部分２００を過度に遠くへ押し出すこ
とを阻止するとともに膨張可能リップ部分２０６を変形
させることを阻止することによって、膨張可能リップ部
分２０６がその構造的完全性を維持できるようにする。
チャンバ１９０およびポケット２２０の加圧により、可
撓膜ｌｌ８ｂが広がり、膨張可能リップ部分２０６が膨
張する。エッジ部分の膨張により、可撓膜のリムは基板
から強制的に離され、それにより、リップ部分２０６と
基板との間のシールが解除される。次いで、基板は、搬
送ステーション上に降下する。膨張可能リップ部分２０
６は、ポリシング作業後にチャンバ１９０およびポケッ
ト２２０の加圧によってキャリヤヘッドから基板を取り
外す信頼性の高い手段をキャリヤヘッド１００ｂに提供
する。

【００５３】図１１を参照すると、別の実施形態におい
て、キャリヤヘッド１００ｃは、リテーナリング１１０
に固定された撓み部品１１６と、支持プレート１７０お
よび下側クランプ１７２間に固定されたリム２２４を有
する可撓膜１１８ｃと、を含んでいる。可撓膜１１８ｃ
は、膨張可能リップ部分２０６ｃを含んでいる。スペー
サ２０８ｃは、チャンバ１９０が加圧されるときに膨張
可能リップ部分２０６ｃの構造的完全性が維持されるよ
うにエッジ部分２００ｃを包囲している。

【００５４】図１１のキャリヤヘッド１００ｃのポリシ
ングおよび基板取外し手順は、キャリヤヘッド１００ｂ
に関して前述した手順と実質的に同様である。

【００５５】本発明を多くの実施形態の観点から説明し
てきたが、本発明は、図示および記載された実施形態に
限定されるものではなく、本発明の範囲は、特許請求の
範囲によって定められる。

【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】本発明に係るキャリヤヘッドの概略断面図であ
る。

【図３】図２のキャリヤヘッドの拡大図であり、可撓膜
のエッジにある可撓リップを示す。

【図４】図２に示すキャリヤヘッドの図であり、キャリ
アヘッドから基板を取り外す方法を示している。

【図５】可撓膜のエッジ部分がリップ部分の上に延在す
るキャリヤヘッドの断面図である。

【図６】可撓膜が膨張可能リップ部分を含むキャリヤヘ
ッドの概略断面図である。

【図７】図６のキャリヤヘッドを使用してポリシングパ
ッド上の基板を研磨する方法を示す図である。

【図８】図６のキャリヤヘッドを使用してポリシングパ
ッドから基板を取り外す方法を示す図である。

【図９】図６のキャリヤヘッドを使用してポリシングパ
ッドから基板を取り外す方法を示す図である。

【図１０】図６に示すキャリヤヘッドを使用してキャリ
ヤヘッドから基板を取り外す方法を示す図である。

【図１１】膨張可能リップ部分を備える可撓膜と別個の
撓み部品とを含むキャリヤヘッドの概略断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０…ＣＭＰ装置、２２…マシンベース、
２５…ポリシングステーション、２７…搬送ステーショ
ン、３０…プラテン、３２…ポリシングパッド、７４…
キャリヤ駆動軸、７６…キャリヤヘッド回転モータ、１
００…キャリヤヘッド、１０２…ハウジング、１０４…
ベース、１０６…ジンバル機構、１０７…回転軸、１０
８…ローディングチャンバ、１１０…リテーナリング、
１１８…可撓膜、１８０…内側部分、１８２…エッジ部
分、１８６…リップ部分、１９０…加圧可能チャンバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン エム． ズニガ 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 (72)発明者 ハン チー． チェン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， オヤマ プレイス 1530

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板のケミカルメカニカルポリシング用
   のキャリヤヘッドであって、 べースと、 加圧可能なチャンバを画成するように前記ベースの下に
   延在する可撓膜と、を備え、前記可撓膜の下面は、基板
   用のマウント面を形成し、前記可撓膜は、内側部分およ
   び膨張可能外側リップ部分を含んでおり、前記リップ部
   分は、前記チャンバ内の圧力変化に応じて膨張または収
   縮するように構成され、かつ前記マウント面に接するよ
   うに配置された前記基板とのシールを解除または形成す
   るように構成されている、キャリヤヘッド。
2. 【請求項２】 前記リップ部分を画成するように前記可
   撓膜の一部が折りたたまれる請求項１記載のキャリヤヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 前記リップ部分が、前記チャンバと連通
   するポケットを含んでいる、請求項２記載のキャリヤヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 前記リップ部分が、上側部分、下側部
   分、および前記上側部分と前記下側部分との間に配置さ
   れたポケットを含んでいる、請求項１記載のキャリヤヘ
   ッド。
5. 【請求項５】 前記可撓膜が、前記上側部分に接合され
   たエッジ部分を更に含んでいる、請求項４記載のキャリ
   ヤヘッド。
6. 【請求項６】 前記可撓膜が環状翼部分を更に含んでお
   り、この環状翼部分は、前記エッジ部分に接合された第
   １端部およびリテーナリングに固定された第２端部を有
   している、請求項５記載のキャリヤヘッド。
7. 【請求項７】 前記リップ部分の構造的完全性を維持す
   るように前記リップ部分のエッジ部分を取り囲むスペー
   サを更に備える請求項１記載のキャリヤヘッド。
8. 【請求項８】 前記チャンバが排気されるときに前記リ
   ップ部分が前記基板とのシールを形成するようになって
   いる請求項１記載のキャリヤヘッド。
9. 【請求項９】 前記チャンバが加圧されるときに前記リ
   ップ部分が前記基板とのシールを解除するようになって
   いる請求項８記載のキャリヤヘッド。
10. 【請求項１０】 基板のケミカルメカニカルポリシング
    用のキャリヤヘッドであって、 ベースと、 加圧可能なチャンバを画成するとともに基板用のマウン
    ト面を形成するように前記ベースの下に延在する可撓膜
    と、を備え、前記可撓膜は、膨張可能リップ部分を画成
    する折りたたみ部分を含んでおり、前記リップ部分は、
    前記チャンバが排気されるときに前記基板の周辺領域と
    のシールを形成するように構成および配置されている、
    キャリヤヘッド。
11. 【請求項１１】 前記チャンバが加圧されるときに前記
    リップ部分が前記基板とのシールを解除するようになっ
    ている請求項１０記載のキャリヤヘッド。
12. 【請求項１２】 前記リップ部分がポケットを含んでい
    る、請求項１０記載のキャリヤヘッド。
13. 【請求項１３】 前記ポケットが前記チャンバと連通し
    ている、請求項１２記載のキャリヤヘッド。
14. 【請求項１４】 回転ポリシングパッドと、 キャリヤヘッドと、を備えるケミカルメカニカルポリシ
    ング装置であって、前記キャリヤヘッドが、 べースと、 加圧可能なチャンバを画成するように前記ベースの下に
    延在する可撓膜と、を備え、前記可撓膜の下面は、基板
    用のマウント面を形成し、前記可撓膜は、膨張可能リッ
    プ部分を含んでおり、基板が前記マウント面に接するよ
    うに配置されたときに、前記リップ部分が前記チャンバ
    内の圧力変化に応じて前記基板とのシールを形成または
    解除するように前記リップ部分が配置および構成されて
    いる、ケミカルメカニカルポリシング装置。
15. 【請求項１５】 キャリヤヘッドの可撓膜のマウント面
    に接するように基板を位置決めするステップであって、
    前記可撓膜は、前記キャリヤヘッド内に加圧可能チャン
    バを画成し、前記可撓膜は、このチャンバと連通する膨
    張可能リップ部分を含んでいるステップと、 前記チャンバを排気して前記膨張可能リップ部分を収縮
    させ、前記基板とのシールを形成するステップと、 前記基板を第１の位置から第２の位置へ搬送するステッ
    プと、を備えるケミカルメカニカルポリシング方法。
16. 【請求項１６】 キャリヤヘッドの可撓膜のマウント面
    に接するように基板を位置決めするステップであって、
    前記可撓膜は、前記キャリヤヘッド内に加圧可能チャン
    バを画成し、前記可撓膜は、このチャンバと連通する膨
    張可能リップ部分を含んでいるステップと、 基板をポリシングパッド上へ配置するステップと、 前記チャンバを加圧して前記リップ部分を膨張させ、前
    記基板と前記リップ部分との間のシールを解除するステ
    ップと、を備えるケミカルメカニカルポリシング方法。
17. 【請求項１７】 キャリヤヘッドの可撓膜のマウント面
    に接するように基板を位置決めするステップであって、
    前記可撓膜は、前記キャリヤヘッド内に加圧可能チャン
    バを画成し、前記可撓膜は、このチャンバと連通する膨
    張可能リップ部分を含んでいるステップと、 前記基板をポリシングするステップと、 前記基板のポリシング後、前記チャンバを排気して前記
    リップ部分と基板との間にシールを形成するステップ
    と、 前記基板をポリシングパッドからアンローデングステー
    ションへ搬送するステップと、 前記チャンバを加圧して前記リップ部分を膨張させ、前
    記基板と前記リップ部分との間のシールを解除して、前
    記基板を前記アンローデングステーション上へ位置決め
    するステップと、を備えるケミカルメカニカルポリシン
    グ方法。