JP2001054854A - 加圧可能な袋状部を有するキャリアヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学的機械研磨のためのキャリアヘッドを提
供すること。 【解決手段】 一定の接触面積を維持するためのＣＭＰ
キャリアヘッド内の構造において、基板をパッドに圧接
する力を確保するため下向きの圧力が上記一定の接触面
積を介して基板に加えられ分散化することができる。上
記構造は、圧力を加える間、また、ある期間にわたり圧
力を繰り返し加える間、安定に推移する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】背景 本発明は、広義には基板の化学的機械研磨に関し、特
に、化学的機械研磨のためのキャリアヘッドに関するも
のである。

【０００２】集積回路は、通常、導電性，半導電性、或
いは絶縁性の層を順次付着することによって、特にシリ
コンウェーハである基板上に形成される。各層を付着さ
せた後、それをエッチングして回路特性を生じさせる。
一連の層が逐次付着されエッチングされるので、基板の
外面もしくは最外面、即ち基板の露出面は段々と非平坦
になる。この非平坦面は、集積回路製造プロセスの露光
リソグラフィステップにおいて色々の問題を呈する。従
って、基板表面を周期的に平坦化する必要がある。

【０００３】化学的機械研磨（ＣＭＰ）は容認されてい
る平坦化の１つの方法である。この平坦化法は、通常、
基板がキャリアヘッドもしくは研磨ヘッド上に装着され
ることを必要としている。基板の露出面は回転する研磨
パッドに対峙して置かれる。研磨パッドは、「標準」パ
ッドか固定研削パッドのいずれかとし得る。標準の研磨
パッドは耐久性もしくは永続性のある粗面を有するのに
対し、固定研削パッドは閉じ込め媒体内に保持された研
磨粒子を有している。キャリアヘッドは制御された負
荷、即ち圧力を基板に作用して、この基板を研磨パッド
に圧接する。あるキャリアヘッドは可撓性メンブランを
含んでいて、これが基板に圧力を加え、該基板に負荷を
かけて研磨パッドに押し付ける。可撓性メンブランの背
後にあるチャンバの加圧もしくは排気により基板に対す
る負荷が制御される。標準の研磨パッドが使用される場
合には、少なくとも１種の化学反応剤と研磨粒子とを含
む研磨スラリーがこの研磨パッドの表面に供給される。

【０００４】ＣＭＰプロセスの有用性は、その研磨速度
と、研磨の結果得られる基板表面の仕上げ（小規模粗面
の無いこと）及び平坦度（大規模な微細構成の無いこ
と）により評価し得る。研磨速度，仕上げ及び平坦度
は、パッド及びスラリーの組合せ，基板及びパッド間の
相対速度，並びに基板をパッドに押圧する力によって求
められる。

【０００５】概要 １つの態様において、本発明はキャリアヘッドに向けら
れている。このキャリアヘッドは、ベースと、該ベース
の直下に延在して加圧可能なチャンバを形成する可撓性
メンブランと、該チャンバ内に配置される支持構造体
と、該支持構造体に作用する下向きの圧力を制御するた
め該ベース及び該可撓性メンブラン間に形成される加圧
可能な袋状部とを備えている。可撓性メンブランの下面
は装着面を提供しており、該装着面上に基板を配置でき
る。また、支持構造体の下面は、可撓性メンブランの上
面に接触するよう可動である。袋状部及び支持構造体の
少なくとも１つは、該袋状部及び該支持構造体の間に実
質的に一定の接触面積をもたらすように構成されてい
る。

【０００６】本発明の実施には以下の特徴の１つ以上を
含みうる。支持構造体は、袋状部の底面に接触する頂面
を有し上方に延びる突起部を含んでいてよい。該突起部
の頂面は袋状部の底面よりも実質的に小さくし得るの
で、支持構造体が垂直方向に運動するときに袋状部は頂
面全体と接触状態に留まる。袋状部はコンボルーション
を形成するように突起部の一面にわたり広がっている。
袋状部は、該袋状部が膨らんで支持構造体と接触したと
きに実質的に変形を受けない肉厚部を含んでいてよい。
袋状部は、ベースに接続される２つの側壁を含んでいて
よく、該２つの側壁が褶曲部を含んでいる、即ち襞付き
部分を含んでいる。肉厚部の底面及び支持構造体の頂面
の少なくとも一方に溝が形成されていてよく、加圧可能
なチャンバを通る流体連通を可能にしている。肉厚部は
窪みを有していてよく、また、支持構造体は該窪みに嵌
入する突起部を有していてよい。袋状部は可撓性メンブ
ランに接続されていてよい。袋状部の底面は、支持構造
体との一定の接触面積を提供する堅いリングを含むこと
ができる。

【０００７】別の態様において、本発明は、化学的機械
研磨装置用のキャリアヘッドに向けられている。このキ
ャリアヘッドは、ベースと、該ベースの下方に配置され
る加圧可能な第１チャンバと、該第１チャンバ内に配置
される支持構造体と、下向きの圧力を該支持構造体に加
える加圧可能な第２チャンバとを備えている。加圧可能
な第１チャンバは、可撓性メンブランから形成された第
１チャンバ壁体を有し、該可撓性メンブランが基板のた
めの装着面となる下面を有しており、また、支持構造体
は、可撓性メンブランの上面と接触する。加圧可能な第
２チャンバは、一定の接触面積にわたり支持構造体と接
触するように構成された第２チャンバ壁体を有する。

【０００８】本発明の実施には以下の特徴の１つ以上を
含みうる。支持構造体の頂面は、第２チャンバ壁体の底
面よりも実質的に小さくてよく、支持構造体が垂直方向
に運動するときに第２チャンバ壁体が頂面全体と接触状
態に留まる。第２チャンバ壁体の下面は、第２チャンバ
が加圧されたときに実質的に変形を受けない、支持構造
体に接触する肉厚部を含みうる。第２チャンバはひだ部
付きの側壁を有していてよく、また、第２チャンバ壁体
は堅いリングから形成されていてよい。第１チャンバ壁
体及び第２チャンバ壁体は単一の可撓性メンブランの一
部分であってよい。

【０００９】もう１つの態様において、本発明は、化学
的機械研磨装置用のキャリアヘッドに向けられている。
このキャリアヘッドは、ベースと、該ベースに接続され
る保持リングと、該ベースの直下に延在して加圧可能な
チャンバを形成する可撓性メンブランと、このチャンバ
内に配置された支持構造体と、保持リングが摩耗すると
きに実質的に一定の下向きの圧力を支持構造体の上面に
加えるための手段とを備えている。該可撓性メンブラン
の下面は装着面となっていて、該装着面上に基板を配置
することができる。また、支持構造体の下面は可撓性メ
ンブランの上面と接触するように可動である。

【００１０】本発明の実施には以下の特徴の１つ以上を
含みうる。実質的に一定の下向きの圧力を加えるための
手段は、褶曲部を有するメンブランを含んでいてよい。
実質的に一定の下向きの圧力を加えるための該手段は、
支持構造体の上面との実質的に一定の接触面積を与える
手段を備えた袋状部を含みうる。実質的に一定の接触面
積を与える該手段は、袋状部が加圧されるときに実質的
に変形を受けない袋状部の肉厚部、即ち袋状部が加圧さ
れるときに実質的に変形を受けない袋状部の堅い部分を
含みうる。

【００１１】本発明の利点には以下の特徴の１つ以上を
含みうる。加圧可能な袋状部は、ウェーハに対して安定
した負荷を発生し得る補助的な圧力制御を行うことがで
きる。支持構造体に加えられる圧力は、チャンバにおけ
る圧力の一次関数である。加えられたこの圧力は保持リ
ングが摩耗するときに変化しない。

【００１２】本発明のその他の利点及び特徴は、図面及
び特許請求の範囲を含め、以下の記載から明らかとなろ
う。

【００１３】詳細な説明 種々の図において、同様の要素を表わすのに同様の参照
数字が付されている。アクセント符号（’）が付けられ
た参照数字或いは添え字が付された数字は、数字を付さ
れた要素が、前の図に表わされた要素に変更を加えた機
能、動作或いは構造を有していることを表わしている。
実施例間の本発明に関係しない軽微な相違については、
アクセント符号の付いた参照数字或いは添え字の付いた
数字を付して表わされていない。

【００１４】図１を参照すると、１つ以上の基板１０
は、化学的機械研磨（ＣＭＰ＝chemical mechanical po
lishing)装置２０により研磨される。同様のＣＭＰ装置
についての説明は米国特許第５,７３８,５７４号にあ
り、その全開示内容は参照によりこの明細書に組み込ま
れる。

【００１５】ＣＭＰ装置２０は、一連の研磨ステーショ
ン２５と、基板を装入・装出するための搬送ステーショ
ン２７とを含んでいる。各研磨ステーション２５は、回
転可能なプラテン３０を含んでおり、その上に研磨パッ
ド３２のような研磨面が配置されている。基板１０が８
インチ（２００ｍｍ）又は１２インチ（３００ｍｍ）直
径のディスクであれば、プラテン３０及び研磨パッド３
２は、それぞれ直径が約２０インチ（５１０ｍｍ）又は
３０インチ（７６０ｍｍ）となろう。また、プラテン３
０及び研磨パッド３２の直径は、基板１０が６インチ
（１５０ｍｍ）直径のディスクであれば、約１２インチ
（３００ｍｍ）とし得る。大抵の研磨プロセスのため
に、プラテン駆動モータ（図示せず）は毎分３０〜２０
０回転でプラテン３０を回転させるが、もっと速いか遅
い回転速度を用いてもよい。各研磨ステーション２５
は、更に、研磨パッドの研磨状態を維持するために関連
パッドの調整装置４０を含んでいてよい。

【００１６】反応剤（例えば、酸化物研磨のための脱イ
オン水）及び化学的に反応性の触媒（例えば、酸化物研
磨のための水酸化カリウム）を含むスラリー５０は、ス
ラリー／リンス兼用アーム５２により研磨パッド３２の
表面に供給し得る。研磨パッド３２が標準のパッドであ
れば、スラリー５０は、研磨粒子（例えば、酸化物研磨
のための二酸化ケイ素）も含んでいてよい。通常、研磨
パッド３２の全体を覆い濡らすのに十分なスラリーが供
給される。スラリー／リンス兼用アーム５２は、各研磨
・調整サイクルの終りに研磨パッド３２を洗う高圧リン
ス剤を供給する幾つかのスプレーノズル（図示せず）を
含んでいる。

【００１７】回転可能なルーレット式多ヘッド回転ラッ
ク６０は、センターポスト６２により支持されると共
に、回転ラック用モータ組立体（図示せず）により、該
センターポスト上で回転ラック軸線６４の周りに回転さ
れる。多ヘッド回転ラック６０は、回転ラック軸線６４
の周りに等しい角度間隔で回転ラック支持板６６に装着
された４つのキャリアヘッドシステム７０を含んでい
る。キャリアヘッドシステムのうちの３つは基板を研磨
ステーションの上方に位置させている。キャリアヘッド
システムのうちの１つは、搬送ステーションから基板を
受け取り該基板を搬送ステーションに渡す。回転ラック
用モータは、キャリアヘッドシステム７０とそこに取り
付けられた基板とを研磨ステーション及び搬送ステーシ
ョン間で回転ラック軸線６４周りに回転させる。

【００１８】各キャリアヘッドシステム７０は、研磨ヘ
ッドもしくはキャリアヘッド１００を含んでいる。各キ
ャリアヘッド１００は、それ自身の軸線周りに別個に回
転すると共に、回転ラック支持板６６に形成された半径
方向スロット７２内で別個に横に往復動する。キャリア
駆動軸７４はスロット７２を通り延びて、キャリアヘッ
ド回転モータ７６（回転ラックカバー６８の１／４を除
去して示されている）をキャリアヘッド１００に接続す
る。各キャリアヘッドについて１つのキャリア駆動軸及
びモータがある。各モータ及び駆動軸は、キャリアヘッ
ドを横に往復動させるため半径方向駆動モータによりス
ロットに沿って線形に駆動できるスライダ（図示せず）
上に支持することができる。

【００１９】実際の研磨中、キャリアヘッドのうちの３
つは、３つの研磨ステーションのところでその上方に位
置決めされる。各キャリアヘッド１００は基板を下降し
て研磨パッド３２と接触状態にする。通常、キャリアヘ
ッド１００は、研磨パッドに接する所定位置に基板を保
持すると共に、該基板の裏面全域にわたり力を分散させ
る。また、キャリアヘッドは駆動軸からのトルクを基板
にも伝達する。

【００２０】図２を参照して、キャリアヘッド１００
は、ハウジング１０２，ベース１０４，ジンバル機構１
０６，負荷チャンバ１０８，保持リング１１０，及び基
板裏当てアセンブリ１１２を含んでいる。同様のキャリ
アヘッドについての記載は「可撓性メンブランを有する
化学的機械研磨システム用キャリアヘッド(A CARRIER H
EAD WITHA FLEXIBLE MEMBRANE FOR A CHEMICAL MECHANI
CAL POLISHING SYSTEM)」と題する１９９７年５月２１日
出願の米国特許願第０８/８６１,２６０号にあり、その
全開示内容は参照によりこの明細書に組み込まれる。

【００２１】ハウジング１０２は駆動軸７４に接続され
ていて、研磨中に回転軸線１０７周りにこの駆動軸と共
に回転することができる。回転軸線１０７は、研磨中の
研磨パッドの表面に対して実質的に垂直である。ハウジ
ング１０２の形状は、研磨すべき基板の円形形状に対応
するようにほぼ円形としてよい。垂直孔１３０がハウジ
ングを貫いて形成されていてよく、また、２つの通路１
３２，１３４がキャリアヘッドの空圧制御のためハウジ
ングを貫いて延びていてもよい。垂直孔１３０には円筒
形の軸受１３６が嵌入している。Ｏ−リング１３８は、
ハウジングを貫通する通路と駆動軸にある対応の通路と
の間に流体密のシールを形成するために使用できる。

【００２２】ベース１０４は、ハウジング１０２の直下
に配置されたほぼ堅いリング状もしくはディスク状部材
である。このベース１０４の下面には、袋状部１４４を
画成するため弾性を有する可撓性メンブラン１４０をク
ランプリング１４２により取着し得る。メンブラン１４
０は、クロロプレン(chloropene)，エチレンプロピレン
ゴム，シリコン，或いは布補強エラストマーから構成し
得る。クランプリング１４２は、複数のねじ又はボルト
１４６（図２の左側に１つのボルトのみ示されている）
によってベース１０４に取り付けられる。通路１４８
は、クランプリングとベースを貫いて延びていてよく、
そして２つの取付具１４９は、通路１３４を袋状部１４
４に流体の流れが可能に接続するようハウジング１０２
及びベース１０４間に可撓管（図示せず）を結合するた
めの取着個所を提供し得る。例えば空気のような気体で
ある流体を袋状部１４４の内部或いは外部に向けるため
に、第１ポンプ（図示せず）をこの袋状部１４４に接続
し得る。１９９７年５月２３日に出願され本発明の譲受
人に譲渡された米国特許願第０８/８６２,３５０号に記
載されているように、作動可能な弁１５８を通路１４８
に配置して基板検知機能を提供することができる。上述
の米国特許願の全開示内容は参照によりこの明細書に組
み込まれる。

【００２３】ベース１０４の一部と考えてよいジンバル
機構１０６は、該ベースが研磨パッドの表面と実質的に
平行のまま該ベースがハウジング１０２に関して旋回す
るのを許容する。ジンバル機構１０６は、円筒形の軸受
１３６内に嵌るジンバルロッド１５０と、ベース１０４
に取り付けられる可撓性リング１５２とを含んでいる。
ジンバルロッド１５０は、ベース１０４の垂直運動を可
能とするために垂直孔１３０に沿って垂直方向に滑動し
得るが、ハウジング１０２に関するベース１０４のどん
な横方向運動も防止している。このジンバルロッド１５
０は、該ジンバルロッドの全長に延びる第１通路１５４
を含んでいてよい。

【００２４】ほぼリング状の圧延(rolling)ダイアフラ
ム１６０の内縁部は内側クランプリング１６２によりハ
ウジング１０２にクランプされることができ、外側クラ
ンプリング１６４は圧延ダイアフラム１６０の外縁部を
ベース１０４にクランプすることができる。従って、圧
延ダイアフラム１６０はハウジング１０２及びベース１
０４間のスペースをシールして、負荷チャンバ１０８を
画成する。第２ポンプ（図示せず）は通路１３２により
この負荷チャンバ１０８に流体の流れが可能に接続され
て、該負荷チャンバ１０８における圧力及びベース１０
４に加えられる負荷を制御する。

【００２５】保持リング１１０は、例えばボルト１２８
によりベース１０４の外縁部のところで取り付けられる
ほぼ環状のリングでよい。流体がポンプにより負荷チャ
ンバ１０８内に送り込まれ、ベース１０４が下方に押さ
れるときに、保持リング１１０も下方に押されて研磨パ
ッド３２に負荷を与える。保持リング１１０の底面１２
４は、実質的に平らであってよく、或いは、保持リング
の外側から基板へのスラリーの搬送を容易にするように
複数のチャンネルを有していてよい。保持リング１１０
の内側面１２６は基板に係合してそれがキャリアヘッド
の直下から逃げるのを防止する。

【００２６】基板裏当てアセンブリ１１２は、支持構造
体１１４，可撓性部材もしくはメンブラン１１８，及び
スペーサリング１１６を含んでいる。可撓性メンブラン
１１８は、クロロプレン又はエチレンプロピレンゴム、
或いはシリコンのような可撓性且つ弾性の材料から形成
されたほぼ円形のシートである。可撓性メンブラン１１
８の中央部１８０は支持構造体１１４の下方に広がっ
て、基板に係合する装着面を提供する。可撓性メンブラ
ンの周辺部１８２は、キャリアヘッドに、例えば、ベー
ス１０４又は保持リング１１０に取り付けられるべく支
持構造体１１４及びスペーサリング１１６間の蛇行路に
延びている。可撓性メンブラン１１８は、流体密のシー
ルを形成するためベース１０４及び保持リング１１０間
にクランプされたリム部分１８４で終端していてよい。
可撓性メンブラン１１８及びベース１０４間のスペーサ
は加圧可能なチャンバ１２０を画成する。このチャンバ
１２０に通路１５４を介してポンプ（図示せず）を流体
接続して、チャンバ１２０の圧力を制御し、従って基板
にかかる装着面の下向きの力を制御し得る。研磨パッド
３２に関するベース１０４の垂直位置もまた負荷チャン
バ１０８により制御される。加えて、チャンバ１２０は
排気され、可撓性メンブラン１１８を上方へ引っ張り、
それにより基板をキャリアヘッドに真空でチャックす
る。また、可撓性メンブラン１１８は、１９９８年９月
８日に出願され本発明の譲受人に譲渡された米国特許願
第０９/１４９,８０６号に記載されたように、真空チャ
ックの信頼性を改善するため舌状部１８６と肉厚部１８
８とを含んでいる。上述の米国特許願の全体は参照によ
りこの明細書に組み込まれる。

【００２７】支持構造体１１４は、チャンバ１２０の内
側に配置されていて、基板のチャッキング中に該基板に
対する堅い構造を提供し、チャンバ１２０が排気される
ときに該基板及び可撓性メンブランの上向きの運動を制
限し、更に、可撓性メンブラン１１８の所望形状を維持
する。具体的には、支持構造体１１４は、複数の穴１７
６が貫通形成されたディスク状の板部分１７０と、この
板部分１７０から上方に延びるほぼ環状のフランジ部分
１７４とを有する概ね堅い部材とすることができる。該
支持構造体１１４は「浮動性」であってよく、即ちキャ
リアヘッドの残部に固定されておらず、可撓性メンブラ
ンにより所定位置に保持してもよい。

【００２８】スペーサリング１１６は、保持リング１１
０及び支持構造体１１４の間に配置されるほぼ環状の部
材である。具体的には、このスペーサリング１１６は、
フランジ部分１７４を越えて半径方向の外方に延びる支
持構造体１１４の部分の上方に配置してもよい。

【００２９】作動中、流体がチャンバ１２０内に圧送さ
れて、可撓性メンブラン１１８により基板に加えられる
下向きの圧力を制御する。研磨が終了すると、ベース１
０４及び支持構造体１１４を持ち上げ研磨パッドから離
すために、負荷チャンバ１０８は排出もしくは排気され
る。また、スペーサリング１１６は支持構造体１１４上
に載っているので、このスペーサリングも持ち上げられ
て研磨パッドから離れることになる。

【００３０】更に、流体は、研磨中に袋状部１４４に注
入されるか、或いは袋状部１４４から排出し得る。流体
が送り出され袋状部の中に入ると、同袋状部１４４は下
方に向かって膨らみ、支持構造体１１４及び可撓性メン
ブラン１１８に作用する下向きの圧力を発生する。支持
構造体１１に作用する下向きの圧力により、支持構造体
の底面が可撓性メンブラン１１８の頂面に圧接されて、
１９９７年８月８日に出願され本発明の譲受人に譲渡さ
れた米国特許願第０８/９０７,８１０号に論じられてい
るように、基板の局所領域に作用する圧力を制御する。
上述の米国特許願の全体は参照によりこの明細書に組み
込まれる。また、研磨後、袋状部１４４を使用して、可
撓性メンブラン１１８を基板１０に圧接させて、チャン
バ１２０が排気されるときに、流体密のシールを形成す
ると共に、可撓性メンブランに対する基板の真空チャッ
キングを確実にすることができる。ポンプが袋状部１４
４を空にすれば、袋状部１４４は収縮して支持構造体１
１４との接触を止めることになる。

【００３１】ＣＭＰにおいて再び起こる問題は、基板を
研磨パッドに圧接する不安定な力である。不安定な力は
研磨特性が最適状態に至らない結果になる。また、力が
基板毎に異なると、異なる補助的な圧力が基板毎に異な
る研磨結果を生ずることになる。仮に袋状部１４４内の
圧力が接続ポンプにより一定に保持されるとすると、袋
状部１４４により支持構造体１１４に加えられる下向き
の力は、袋状部及び支持構造体間の接触面積がある期間
にわたり一定に止まっていれば、一定に保持される。ま
た、袋状部における圧力が変化しながらこの接触面積が
一定に止まっていれば、支持構造体にかかる下向きの力
は、袋状部１４４における圧力の一次関数となろう。袋
状部及び支持構造体間の接触面積を一定にするという目
標は、図３〜図６に例示したような幾つかの構造によっ
て達成することができる。

【００３２】図３を参照して、袋状部１４４は、フラン
ジ部分１７４の頂部にある突起部３０２を下方に押すの
に使用できる。突起部３０２は、袋状部１４４及び支持
構造体間１１４の接触面積を実質的に一定にすることが
できる。具体的には、突起部３０２は袋状部１４４より
も十分に小さいので、同袋状部は、支持構造体の垂直位
置に関係なく、突起部の全頂面に接触する。突起部３０
２の寸法は、１つの実施形態では、メンブラン１４０の
下面の半径方向幅の約５０％〜６０％である。具体的に
は、突起部は０.２２〜０.２３ｉｎの半径方向幅と約
４.５ｉｎ²の表面積とを有する。支持構造体１１４には
スロットもしくは孔１７２が設けられていて、袋状部１
４４の外側のボリューム３０４とチャンバ１２０の残部
との間の流体連通を可能としている。

【００３３】適用例当りの基準での一定の力は、袋状部
及び支持構造体間に一定の接触面積を維持すると共に、
非常に従順（低剛性）な袋状部を使用することによって
実現される。具体的には、メンブラン１４０は、袋状部
が加圧されるときに褶曲部もしくはコンボルーションを
形成する。このコンボルーションは、メンブランの壁体
の緊張を最小にする横揺れの中心(rolling hinge)とし
て機能する。

【００３４】複数研磨動作の後、保持リングの底面は漸
次摩耗し、その結果、保持リングの厚さが変化してく
る。この厚さの変化によりベース１０４及び袋状部１４
４は研磨パッド３２に接近してくる。支持構造体１１４
は、研磨パッドに載っている基板上に置かれているの
で、保持リングが摩耗するにつれて、袋状部１４４及び
支持構造体１１４間のスペースが減少する。しかし、メ
ンブラン１４０は突起部３０２の周りを包んでいるた
め、支持構造体が袋状部に関して垂直方向にシフトする
ときでも、メンブランは一定の接触面積を維持する。接
触面積が一定に留まり、そしてメンブランは非常に従順
であるから、保持リングが摩耗しているときに支持構造
体に加えられる圧力と袋状部における圧力との間には実
質的に何の変化もない。

【００３５】図４を参照すると、別の実施例において
は、可撓性メンブラン１４０ａはその底面で統合され
て、一定寸法の突起部４０１を形成する。可撓性メンブ
ラン１４０ａが可撓性材料で形成されていても、図４に
示すように大きさが形成されているときには、突起部４
０１は、一定寸法のその堅い形状を維持する、即ち、圧
力が袋状部１４４ａ内で高くなるときときに変形しない
ことになる。突起部４０１の底部に形成された複数のス
ロット４０２は空気が袋状部と支持構造体との間に通る
のを許容する。この構造はボリューム３０４がチャンバ
１２０の残部と流体連通するのを可能とし、これによ
り、突起部４０１が横方向に運動する可能性が低減す
る。従って、突起部４０１は、横方向に安定した状態に
留まると共に、支持構造体１１４ａに関して実質的に一
定の接触面積を維持する。或いは、突起部４０１は、可
撓性メンブラン１４０ａの底面に付加される外部構造と
することができ、また、突起部は適当な堅い材料から形
成することができる。突起部４０１及び支持構造体１１
４ａの接触面積はこうしてある期間にわたり一定に留ま
って、支持構造体１１４ａに作用する下向きの圧力を確
実に安定させる。また、メンブラン１４０ａは、メンブ
ラン壁体の緊張を最小にするため造りつけの褶曲部もし
くはコンボルーション４０４を含んでいる。これはメン
ブランを確実に非常に従順にするので、コンボルーショ
ンがシフトし、そして支持構造体がベースに関して移動
するときに、下向きの圧力は実質的に変化しない状態に
留まる。

【００３６】図５に示す他の実施例において、支持構造
体１１４ｂ及び袋状部１４４ｂ間の接触面積は、可撓性
メンブラン１１８ｂの延長部として形成された一定寸法
の隆起部５０１によって提供される。この実施例におい
て、袋状部１４４ｂを囲む別個のメンブランは存在しな
い。代わりに、メンブラン１１８ｂの周辺部は支持構造
体１１４ｂの周りを上方に延びて袋状部に接続する。メ
ンブラン１１８ｃにある隆起部５０１は支持構造体の頂
面５０８上に配置されており、そして肉薄部５０６が隆
起部５０１から上方に延びて、袋状部１４４ｂの側壁を
形成している。隆起部５０１の底面には環状の窪み５１
０が形成されている。

【００３７】環状の突起部５０２は支持構造体１１４ｂ
の頂面５０８上に形成されている。この突起部５０２は
窪み５１０に嵌入していて、支持構造体１１４ｂを案内
して隆起部５０１と接触状態にする。突起部５０２の半
径方向幅は隆起部５０１の半径方向幅のほぼ２５％〜３
０％としてもよい。突起部５０２は、支持構造体１１４
ｂに関して隆起部５０１が左右に水平に移動するのを防
止する。

【００３８】図６Ａは本発明のもう１つの実施例を示し
ており、この実施例において、袋状部１４４ｃの壁体は
ひだ部６０３を有する弾性管６０１から形成されてい
る。この弾性管６０１は、例えばゴムであるエラストマ
ーのような種々の弾性材料から形成することができる。
該弾性管６０１は、ひだ部を折り畳んだり広げたりする
ことによって収縮・拡張するベローズのように作用す
る。該ひだ部は、袋状部の底面の形状を変形させたり、
或いは弾性管を緊張させたりすることなく袋状部が下方
に膨張するのを可能にする。袋状部１４４ｃが加圧され
るときに、弾性管６０１の壁体は拡張し、袋状部１４４
ｃの底面は支持構造体１１４ｃに接触する。弾性管６０
１は垂直に方向付けられており、そして堅い頂部６０２
及び堅い底部リング６０４はそれぞれ頂部及び底部の開
口のところで弾性管に接着されている。１つの実施例に
おいて、リングは鋼で形成されている。堅い底部リング
６０４は支持構造体１１４ｃ及び袋状部１４４ｃ間の接
触面積を確実に実質的に一定にする。このキャリアヘッ
ドは、メンブラン１１８を支持構造体１１４に固定する
クランプリング６１０と、支持構造体をベースに接続す
る別個の可撓部材６１２とを含んでいる。可撓部材６１
２の一端は、保持リング１１０とベース１０４との間に
取り込まれた外側可撓クランプリング６１４により保持
してよく、可撓部材６１２の他端は、内側可撓クランプ
リング６１６と支持構造体１１４のフランジ１７４との
間にクランプしてよい。

【００３９】図６Ｂは、管６０１’の代替実施例の拡大
図であり、この実施例において、底部リング６０４’
は、底部のエラストマー材料６０８に埋設された補強リ
ング６０６を含んでいる。更に、頂部リング６０２’
は、袋状部アセンブリをベースに固定するクランプリン
グ６２０を含んでいる。

【００４０】本発明を特定の実施例に関して説明してき
たが、該実施例は、本発明を例示するものであって、制
限的に解釈されるべきではない。その他の実施例は冒頭
の特許請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】化学的機械研磨装置の分解斜視図である。

【図２】本発明の一実施例によるキャリアヘッドの略断
面図である。

【図３】図２のキャリアヘッドの拡大図であり、支持構
造体との一定接触面積を有する加圧可能な袋状部を示し
ている。

【図４】袋状部を形成するメンブランと突起部を有して
いるキャリアヘッドの略断面図である。

【図５】単一メンブランが２つの加圧可能なチャンバを
画成しているキャリアヘッドの略断面図である。

【図６Ａ】袋状部の管がひだ部付きの側壁を有している
キャリアヘッドの略断面図である。

【図６Ｂ】ひだ部付きの側壁を有する袋状部の管の別の
実施例の拡大概要図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０…化学的機械研磨装置、２５…研磨ス
テーション、２７…搬送ステーション、３０…プラテ
ン、３２…研磨パッド、４０…調整装置、５０…スラリ
ー、５２…スラリー／リンス兼用アーム、６０…ルーレ
ット式多ヘッド回転ラック、６２…センターポスト、６
４…回転ラック軸線、６６…回転ラック支持板、６８…
回転ラックカバー、７０…キャリアヘッドシステム、７
２…スロット、７４…キャリア駆動軸、７６…キャリア
ヘッド回転モータ、１００…キャリアヘッド、１０２…
ハウジング、１０４…ベース、１０６…ジンバル機構、
１０７…回転軸線、１０８…負荷チャンバ、１１０…保
持リング、１１２…基板裏当てアセンブリ、１１４…支
持構造体、１１６…スペーサリング、１１８…可撓性メ
ンブラン、１３０…垂直孔、１３２、１３４…通路、１
４０…可撓性メンブラン、１４２…クランプリング、１
４４…袋状部、１４６…ねじ又はボルト、１４８…通
路、１４９…取付具、１５０…ジンバルロッド、１５４
…第１通路、１６０…圧延ダイアフラム、１６２…内側
クランプリング、１７０…ディスク状板部分、１７４…
フランジ部分、１７６…複数の穴、１８０…可撓性メン
ブランの中央部、１８２…可撓性メンブランの周辺部、
１８４…リム部分、１８６…舌状部、１８８…肉厚部、
３０２…突起部、３０４…ボリューム、４０１…突起
部、４０２…スロット、４０４…コンボルーション、５
０１…隆起部、５０２…突起部、５０６…肉薄部、５０
８…頂面、５１０…窪み、６０１…弾性管、６０２…頂
部、６０３…ひだ部、６０４…底部リング、６１０…ク
ランプリング、６１２…可撓部材、６１４…外側可撓ク
ランプリング、６１６…内側可撓クランプリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン 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 ローブルス ロード 351 (72)発明者 フランク エー． ボーズ アメリカ合衆国， オレゴン州， ヒルズ ボーロー， エヌダブリュー アッシュフ ォード サークル 3079

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリアヘッドであって、 ベースと、 該ベースの直下に延在して加圧可能なチャンバを形成す
   る可撓性メンブランであって、該可撓性メンブランの下
   面が装着面を提供していて、該装着面上に基板を配置で
   きる該可撓性メンブランと、 該チャンバ内に配置される支持構造体であって、該支持
   構造体の下面が該可撓性メンブランの上面に接触するよ
   う可動である該支持構造体と、 該支持構造体に作用する下向きの圧力を制御するため該
   ベース及び該可撓性メンブラン間に形成される加圧可能
   な袋状部とを備え、該袋状部及び該支持構造体の少なく
   とも１つが、該袋状部及び該支持構造体の間に実質的に
   一定の接触面積をもたらすように構成されている、キャ
   リアヘッド。
2. 【請求項２】 該支持構造体が、該袋状部及び該支持構
   造体の間に実質的に一定の接触面積をもたらすように構
   成されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
3. 【請求項３】 該支持構造体は、該袋状部の底面に接触
   する頂面を有し上方に延びる突起部を含み、該突起部の
   該頂面は該袋状部の該底面よりも実質的に小さくて、該
   支持構造体が垂直方向に運動するときに該袋状部が該頂
   面全体と接触状態に留まる、請求項２に記載のキャリア
   ヘッド。
4. 【請求項４】 該袋状部はコンボルーションを形成する
   ように該突起部の一面にわたり広がっている、請求項３
   に記載のキャリアヘッド。
5. 【請求項５】 該袋状部は、該袋状部及び該支持構造体
   の間に実質的に一定の接触面積をもたらすように構成さ
   れている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
6. 【請求項６】 該袋状部は、該袋状部が膨らんで該支持
   構造体と接触したときに実質的に変形を受けない肉厚部
   を含んでいる、請求項５に記載のキャリアヘッド。
7. 【請求項７】 該袋状部は更に、該ベースに連結される
   ２つの側壁を含み、該２つの側壁が褶曲部を含んでい
   る、請求項６に記載のキャリアヘッド。
8. 【請求項８】 該肉厚部の底面及び該支持構造体の頂面
   の少なくとも一方に溝が形成されていて、該加圧可能な
   チャンバを通る流体連通を可能にしている、請求項６に
   記載のキャリアヘッド。
9. 【請求項９】 該肉厚部は窪みを有し、該支持構造体は
   該窪みに嵌入する突起部を有する、請求項６に記載のキ
   ャリアヘッド。
10. 【請求項１０】 該袋状部は該可撓性メンブランに接続
    されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
11. 【請求項１１】 該袋状部は、該袋状部の側壁を形成す
    るひだ部を含む、請求項５に記載のキャリアヘッド。
12. 【請求項１２】 該袋状部の底面は、該支持構造体との
    一定の接触面積を提供する堅いリングを含む、請求項１
    １に記載のキャリアヘッド。
13. 【請求項１３】 第２の可撓性メンブランが該ベースの
    下方に延在して加圧可能な袋状部を形成している、請求
    項１に記載のキャリアヘッド。
14. 【請求項１４】 化学的機械研磨装置用のキャリアヘッ
    ドであって、 ベースと、 該ベースの下方に配置されると共に、可撓性メンブラン
    から形成された第１チャンバ壁体を有し、該可撓性メン
    ブランが基板のための装着面となる下面を有している加
    圧可能な第１チャンバと、 該第１チャンバ内に配置されて、該可撓性メンブランの
    上面と接触する支持構造体と、 下向きの圧力を該支持構造体に加えると共に、一定の接
    触面積にわたり該支持構造体と接触するように構成され
    た第２チャンバ壁体を有する加圧可能な第２チャンバ
    と、を備えるキャリアヘッド。
15. 【請求項１５】 該支持構造体の頂面は、該第２チャン
    バ壁体の底面よりも実質的に小さくて、該支持構造体が
    垂直方向に運動するときに該第２チャンバ壁体が該頂面
    全体と接触状態に留まる、請求項１４に記載のキャリア
    ヘッド。
16. 【請求項１６】 該第２チャンバ壁体の下面は、該第２
    チャンバが加圧されたときに実質的に変形を受けない、
    該支持構造体に接触する肉厚部を含んでいる、請求項１
    ４に記載のキャリアヘッド。
17. 【請求項１７】 該第２チャンバはひだ部付きの側壁を
    有する、請求項１４に記載のキャリアヘッド。
18. 【請求項１８】 該第２チャンバ壁体は堅いリングから
    形成されている、請求項１７に記載のキャリアヘッド。
19. 【請求項１９】 該第１チャンバ壁体及び該第２チャン
    バ壁体は単一の可撓性メンブランの一部分である、請求
    項１４に記載のキャリアヘッド。
20. 【請求項２０】 化学的機械研磨装置用のキャリアヘッ
    ドであって、 ベースと、 該ベースに接続される保持リングと、 該ベースの直下に延在して加圧可能なチャンバを形成す
    る可撓性メンブランであって、該可撓性メンブランの下
    面が装着面となっていて、該装着面上に基板を配置する
    ことができる該可撓性メンブランと、 該チャンバ内に配置された支持構造体であって、該支持
    構造体の下面が該可撓性メンブランの上面と接触するよ
    うに可動である該支持構造体と、 該保持リングが摩耗するときに実質的に一定の下向きの
    圧力を該支持構造体の上面に加えるための手段と、を備
    えるキャリアヘッド。