JP3431599B2 - 化学的機械的研磨用の多層の止め輪を有するキャリア・ヘッド - Google Patents

化学的機械的研磨用の多層の止め輪を有するキャリア・ヘッド

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JP3431599B2
JP3431599B2 JP2000551919A JP2000551919A JP3431599B2 JP 3431599 B2 JP3431599 B2 JP 3431599B2 JP 2000551919 A JP2000551919 A JP 2000551919A JP 2000551919 A JP2000551919 A JP 2000551919A JP 3431599 B2 JP3431599 B2 JP 3431599B2
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景】本発明は、全体として基板の化学的機械的研磨
に関し、特に化学的機械的研磨装置用のキャリア・ヘッ
ドに関する。
【０００２】集積回路は、導電層、半導電層あるいは絶
縁層の連続的な堆積により基板、特にシリコンウェー
ハ、の上に通常形成される。各層が堆積された後に、各
層は回路フィーチャーを作るためにエッチングされる。
一連の層が順次堆積されエッチングされるにつれて、基
板の外部すなわち最上部の表面、すなわち基板の露出し
た表面は、ますます非平坦になる。この非平坦な表面
は、集積回路製造プロセスの光露光段階で問題を生ず
る。したがって、周期的に基板の表面を平坦化する必要
がある。
【０００３】化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、一般に是
認された平坦化の１つの方法である。この平坦化方法
は、基板がキャリアあるいはポリシング・ヘッドの上に
搭載されていることを通常必要とする。基板の露出した
表面は、回転しているポリシング・パッドに対して設置
される。ポリシング・パッドは、「標準の」あるいは固
定研磨パッドのいずれであってもよい。標準のポリシン
グ・パッドが耐久性のある粗い表面を有するのに対し
て、固定研磨パッドは収納媒体 (containment media)
に含まれる研磨粒子を有する。キャリア・ヘッドは、ポ
リシング・パッドに基板を押し付けるために、制御可能
な負荷すなわち圧力を基板に加える。少なくとも１つの
化学反応剤を有する研磨スラリーと、標準のパッドが使
用される場合には研磨粒子が、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、その研磨速度
により、また基板表面の仕上げ（小規模な粗さがないこ
と）と平面度（大規模なトポグラフィーがないこと）の
結果により、測定することができる。研磨速度、仕上げ
及び平面度は、パッドとスラリーの組み合わせ、基板と
パッドの間の相対速度、及びパッドに対して基板を押し
付ける力により決定される。
【０００５】ＣＭＰにおいて再発している課題は、いわ
ゆる「端部効果」、すなわち、研磨される基板の端縁が
基板の中心とは異なる速度になる傾向である。端部効果
は、基板外辺部、たとえば、２００ミリ・ウェーハの最
外部の５から１０ミリメートルにおいて、オーバーポリ
シング（基板からの材料の除去が多すぎる）を通常もた
らす。オーバーポリシングは、基板の総合的な平面度を
減少させ、基板の端縁を集積回路製造用には不適当にし
て、プロセス歩留りを減少させる。
【０００６】
【概要】１つの態様において、本発明は化学的機械的研
磨用のキャリア・ヘッドに重点を置いている。キャリア
・ヘッドは、基板マウンティング面及び研磨の間にマウ
ンティング面の下に基板を維持するための止め輪を有す
る。止め輪は、研磨の間にポリシング・パッドと接触
し、第一の材料で作られている底部表面を有する下部の
部分、ならびに、第一の材料より剛性である第二の材料
で作られている上部の部分を有する。
【０００７】本発明の具体化例は下記を含むことが可能
である。第一の材料は、化学的機械的研磨プロセスに対
してほぼ不活性であるプラスチック、たとえば、硫化ポ
リフェニレン、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、あるいは、ポリブチレン・
テレフタレートとすることができる。第二の材料は金
属、たとえば、スチール、アルミニウム、またはモリブ
デン、あるいはセラミックスとすることができる。下部
の部分は、研磨される基板より厚く、たとえば、約１０
０から４００ミルの間にすることができる。第一の材料
は、ショアーＤスケールで約８０から９５の間のデュロ
メーター測定値を与えることができる。第二の材料は、
第一の材料の弾性率の約１０倍から１００倍、たとえ
ば、５０倍を有することができる。下部の部分は、上部
の部分に対して、たとえば緩硬性エポキシを使用して接
着して取り付けられてもよく、あるいは圧入されてもよ
い。
【０００８】本キャリア・ヘッドの他の態様において、
下部の部分は第一の弾性率を有する第一の材料で作ら
れ、上部の部分は第二の弾性率を有する第二の材料で作
られており、また第二の弾性率は、研磨の間に止め輪の
下部表面の偏向を実質的に防止するように、第一の弾性
率より十分に大きいように選択されている。
【０００９】本キャリア・ヘッドの他の態様において、
下部の部分は第一の弾性率を有する第一の材料で作ら
れ、上部の部分は第二の弾性率を有する第二の材料で作
られており、また第二の弾性率は、止め輪がキャリア・
ヘッドに係合される止め輪の下部表面の変形を実質的に
防止するように、第一の弾性率より十分に大きいように
選択されている。
【００１０】他の態様において、本発明は、基板用のマ
ウンティング面を有するキャリア・ヘッドのための止め
輪に重点を置いている。止め輪は、研磨の間にポリシン
グ・パッドと接触するための底部表面を有し、化学的機
械的研磨プロセスにおいて不活性である第一の材料で作
られている全体として環状の下部の部分、ならびに、下
部の部分に係合されており、第一の材料より剛性である
第二の材料で作られている全体として環状の上部の部分
を有する。
【００１１】他の態様において、回転可能なポリシング
・パッドと、ポリシング・パッドの上にスラリーを分配
するためのスラリー供給源と、基板マウンティング面及
び研磨の間にマウンティング面の下に基板を維持するた
めの止め輪を有するキャリア・ヘッドを有する化学的機
械的研磨装置に、本発明は重点を置いている。止め輪
は、研磨の間にポリシング・パッドと接触し、第一の材
料で作られた下部の部分、ならびに、第一の材料より剛
性である第二の材料で作られた上部の部分を有する。
【００１２】本発明の利点には下記を含むことが可能で
ある。端部効果は減少し、結果として基板の平面度及び
仕上げは改良される。
【００１３】本発明の他の利点及び特徴は、図面及び特
許請求の範囲を含む以下の説明から明白であろう。
【００１４】
【詳細説明】図１を参照すると、１つ以上の基板１０が
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置２０により研磨され
る。同種のＣＭＰ装置の記述は、米国特許第５，７３
８，５７４号に見ることができ、その開示の全体は参考
文献として本明細書に含まれる。
【００１５】ＣＭＰ装置２０は、その上に搭載されたテ
ーブル・トップ２３及び除去可能な上部外側カバー（図
示せず）を有する下部機械ベース２２を有する。テーブ
ル・トップ２３は、一連のポリシング・ステーション２
５ａ、２５ｂ及び２５ｃ、ならびに基板のローディング
及びアンローディングのためのトランスファー・ステー
ション２７を支持している。トランスファー・ステーシ
ョン２７は、３つのポリシング・ステーション２５ａ、
２５ｂ及び２５ｃと共に、全体として正方形の配置を形
成してもよい。
【００１６】各ポリシング・ステーション２５ａ−２５
ｃは、その上にポリシング・パッド３２を設置した回転
可能なプラテン３０を有する。基板１０が８インチ（２
００ミリ）あるいは１２インチ（３００ミリ）の直径の
ディスクであれば、プラテン３０及びポリシング・パッ
ド３２は、それぞれ約２０インチあるいは３０インチの
直径である。プラテン３０は、機械ベース２２の中に配
置されたプラテン駆動モータ（図示せず）に接続される
ことができる。多くの研磨プロセスに対して、プラテン
駆動モータは、毎分３０から２００回転でプラテン３０
を回転させるが、より低速あるいは高速の回転速度が使
用されてもよい。各ポリシング・ステーション２５ａ−
２５ｃ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・コンディショナー装置４０をさ
らに有してもよい。
【００１７】反応剤（たとえば、酸化物研磨用の脱イオ
ン水）及び化学反応触媒（たとえば、酸化物研磨用の水
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により、ポリシング・パッド３２の表
面に供給されてもよい。ポリシング・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（たとえ
ば、酸化物研磨用の二酸化珪素）をさらに含んでもよ
い。通常、ポリシング・パッド３２の全体をカバーし、
濡らす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・サイクルの終了と共に、ポリシング・パッド３２に
高圧リンスを供給するいくつかのスプレーノズル（図示
せず）を有する。
【００１８】カルーセル支持プレート６６及びカバー６
８を有する回転可能なマルチヘッド・カルーセル６０
は、下部機械ベース２２の上に設置されている。カルー
セル支持プレート６６は、センター・ポスト６２により
支持され、センター・ポスト６２の上で、機械ベース２
２の中に配置されたカルーセル・モータ組立体により、
カルーセル軸６４の周りに回転される。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の上に
カルーセル軸６４の周囲に等角度で搭載された４つのキ
ャリア・ヘッド装置７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ
を有する。キャリア・ヘッド装置の３つは、基板を受
け、保持し、ポリシング・ステーション２５ａ−２５ｃ
のポリシング・パッドに基板を押し付けることにより基
板を研磨する。キャリア・ヘッド装置の１つは、トラン
スファー・ステーション２７から基板を受け取り、トラ
ンスファー・ステーション２７へ基板を送出する。カル
ーセル・モータは、キャリア・ヘッド装置７０ａ−７０
ｄとそれに取り付けられた基板を、ポリシング・ステー
ションとトランスファー・ステーションの間で、カルー
セル軸６４の周囲に旋回させることができる。
【００１９】各キャリア・ヘッド装置７０ａ−７０ｄ
は、研磨あるいはキャリア・ヘッド１００を有する。各
キャリア・ヘッド１００は、それ自身の軸の周囲を独立
して回転し、カルーセル支持プレート６６の中に形成さ
れたラジアル・スロット７２の中を独立して横に往復す
る。キャリア駆動軸７４は、キャリア・ヘッド回転モー
タ７６（カバー６８の４分の１を取り除いて示す）をキ
ャリア・ヘッド１００に接続するために、スロット７２
を通して延びている。各ヘッドに対して、１つのキャリ
ア駆動軸とモータがある。各モータ及び駆動シャフト
は、キャリア・ヘッドを横に往復させるために、半径方
向駆動モータによりスロットに沿って直線的に駆動され
るスライダ（図示せず）の上に支持されていてもよい。
【００２０】実際の研磨の間は、キャリア・ヘッドの中
の３個、たとえば、キャリア・ヘッド装置７０ａ−７０
ｃは、各ポリシング・ステーション２５ａ−２５ｃの上
に位置している。各キャリア・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
的には、キャリア・ヘッド１００は、ポリシング・パッ
ドに対して所定の位置に基板を保持し、基板の裏面にわ
たって力を分散させる。キャリア・ヘッドは、駆動シャ
フトから基板へのトルクも伝達する。
【００２１】図２において、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、ローディング・チャンバ１０８、止め輪１１０、
及び基板裏当て組立体１１２を有する。同種のキャリア
・ヘッドの記述は、Ｚｕｎｉｇａ他による、１９９６年
１１月８日出願の、本発明の被譲渡人に譲渡された、化
学的機械的研磨装置用の可撓膜を有するキャリア・ヘッ
ドと題する、米国特許出願番号第０８／７４５，６７０
号に見ることができ、その開示の全体は参考文献として
本明細書に含まれる。
【００２２】ハウジング１０２は、研磨の間ポリシング
・パッドの表面にほぼ垂直の回転軸１０７の周囲に回転
軸１０７と共に研磨中に回転するように、駆動シャフト
７４に接続することができる。ローディング・チャンバ
１０８は、負荷すなわち下方への圧力をベース１０４に
加えるように、ハウジング１０２とベース１０４の間に
配置されている。ポリシング・パッド３２に対するベー
ス１０４の垂直の位置も、ローディング・チャンバ１０
８により制御される。
【００２３】基板裏当て組立体１１２は、支持構造１１
４、支持構造１１４をベース１０４に接続している撓み
ダイアフラム１１６、及び支持構造１１４に接続された
可撓性の部材あるいは膜１１８を有する。可撓膜１１８
は、基板に対してマウンティング面１２０を用意するた
めに、支持構造１１４の下に延びている。ベース１０４
と基板裏当て組立体１１２の間に位置するチャンバ１９
０の加圧は、基板をポリシング・パッドに対して押し付
けるように、可撓膜１１８を下向きに押す。
【００２４】ハウジング１０２の形状は、研磨される基
板の円形の輪郭に対応するために、通常円形である。円
筒状のブシュ１２２をハウジングを介して垂直の導孔１
２４に適合させることができ、キャリア・ヘッドの空気
制御のために、２つの流路１２６及び１２８がハウジン
グを介して延びることができる。
【００２５】ベース１０４は、ハウジング１０２の下に
位置する全体として環状の胴部である。ベース１０４
は、アルミニウム、ステンレス鋼あるいは繊維により強
化されたプラスチックのような剛性の材料で形成するこ
とができる。流路１３０はベースを介して延びることが
可能であり、２つの取付具１３２及び１３４は、流路１
２８を流路１３０に流体的に結合するために、ハウジン
グ１０２とベース１０４の間に可撓管を接続するための
取付点を用意することができる。
【００２６】ブラダー１４４を定めるために、弾性のあ
る可撓膜１４０をクランプ・リング１４２によってベー
ス１０４の下部表面に取り付けることができる。クラン
プ・リング１４２は、ねじ、あるいはボルト（図示せ
ず）によって、ベース１０４に固定することができる。
流体たとえば空気のようなガスをブラダーの中にあるい
はブラダーから導き、それによって支持構造１１４及び
可撓膜１１８に対する下方への圧力を制御するために、
第一のポンプ（図示せず）をブラダー１４４に接続する
ことができる。
【００２７】ジンバル機構１０６は、ポリシング・パッ
ドの表面にベースがほぼ平行しているように、ベース１
０４がハウジング１０２に対して枢動することを可能に
する。ジンバル機構１０６は、円筒状のブシュ１２２及
びベース１０４に固定されている撓みリング１５２を介
して流路１５４に適合しているジンバル・ロッド１５０
を有する。ジンバル・ロッド１５０は、ベース１０４に
垂直の動きを与えるために流路１５４に沿って垂直に滑
動することができるが、ハウジング１０２に対するベー
ス１０４のどのような横の動きも防止する。
【００２８】ローリング・ダイアフラム１６０の内縁
は、インナー・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、アウター・クラ
ンプ・リング１６４は、ローリング・ダイアフラム１６
０の外縁をベース１０４にクランプすることができる。
したがって、ローリング・ダイアフラム１６０は、ロー
ディング・チャンバ１０８を定めるために、ハウジング
１０２とベース１０４の間のスペースを封止する。ロー
リング・ダイアフラム１６０は、全体として環状の厚さ
６０ミルのシリコン薄板でもよい。第二のポンプ（図示
せず）は、ローディング・チャンバ内の圧力とベース１
０４に印加される負荷を制御するために、ローディング
・チャンバ１０８に流体的に接続されることができる。
【００２９】基板裏当て組立体１１２の支持構造１１４
は、ベース１０４の下に配置されている。支持構造１１
４は、サポート・プレート１７０、下部環状クランプ１
７２及び上部環状クランプ１７４を有する。サポート・
プレート１７０は、それを通過する複数のアパーチャー
１７６を有する全体としてディスク形の剛性の部材とす
ることができる。さらに、サポート・プレート１７０
は、下向きに突出しているリップ１７８を、その外縁に
有してもよい。
【００３０】基板裏当て組立体１１２の撓みダイアフラ
ム１１６は、全体として平坦な環状の環である。撓みダ
イアフラム１１６の外縁は、ベース１０４と止め輪１１
０の間にクランプされ、撓みダイアフラム１１６の内縁
は、下部クランプ１７２と上部クランプ１７４の間にク
ランプされている。撓みダイアフラム１１６は可撓性で
あり、弾性であるが、半径方向及び接線方向には剛性で
もよい。撓みダイアフラム１１６は、ネオプレンのよう
なゴム、ナイロン（商標名）あるいはノーメックス（商
標名）のようなエラストマーを塗布した織物、プラスチ
ック、あるいは、ガラスファィバーのような複合材で作
成することができる。
【００３１】可撓膜１１８は、クロロプレンあるいはエ
チレン・プロピレン・ゴムのような可撓性で弾性のある
材料で形成された全体として円形の薄板である。可撓膜
１１８の一部は、サポート・プレートと下部クランプ１
７２の間にクランプされるように、サポート・プレート
１７０の端縁の周りに延びている。
【００３２】可撓膜１１８、支持構造１１４、撓みダイ
アフラム１１６、ベース１０４、及びジンバル機構１０
６の間の封止された容積は、加圧可能なチャンバ１９０
を定めている。第三のポンプ（図示せず）は、チャンバ
内の圧力したがって基板上の可撓膜の下方への力を制御
するために、チャンバ１９０に流体的に接続されること
ができる。
【００３３】止め輪１１０は、ベース１０４の外縁に、
たとえば、ボルト１９４（図２の断面図に一方のみを示
す）によって固定された全体として環状の環とすること
ができる。流体がローディング・チャンバ１０８に送り
込まれ、ベース１０４が下向きに押されると、止め輪１
１０も、ポリシング・パッド３２に負荷を加えるように
下向きに押される。止め輪１１０の内部表面１８８は、
可撓膜１１８のマウンティング面１２０と連係して、基
板収容陥凹部１９２を定める。止め輪１１０は、基板が
基板収容陥凹部から逃れるのを防止する。
【００３４】図３において、止め輪１１０は、ポリシン
グ・パッドに接触することができる底部表面１８２を有
する環状の下部の部分１８０、及び、ベース１０４に接
続された環状の上部の部分１８４を含む複数の部分を有
する。下部の部分１８０は、接着層１８６を使用して上
部の部分１８４に接着されてもよい。
【００３５】下部の部分は、ＣＭＰプロセスで化学的に
不活性な材料で形成される。さらに、止め輪に対する基
板端部の接触が基板の欠損あるいは亀裂を生じないよう
に、下部の部分１８０は十分に弾性であるべきである。
他方、下部の部分１８０は、止め輪に対する下方への圧
力が下部の部分１８０を基板収容陥凹部１９２の中に突
き出させるほど弾性であるべきではない。具体的にいう
と、下部の部分１８０の材料は、ショアーＤスケールで
約８０−９５のデュロメーター測定値を有することがで
きる。一般に、下部の部分１８０の材料の弾性率は、約
０．３−１．０×１０の６乗ポンド毎平方インチの範囲
とすることができる。下部の部分はさらに耐久性である
べきであり、低い摩耗率を有するべきである。しかし、
下部の部分１８０が徐々に摩耗することは、基板端部が
内部表面１８８の中に深いグルーブを切ることを防止す
ることが明らかなので、許容できる。たとえば、下部の
部分１８０は、米国インディアナ州、エヴァンズビルの
ＤＳＭエンジニアリング・プラスチックからテクトロン
（商標名）の商品名で入手できる硫化ポリフェニレン
（ＰＰＳ）のようなプラスチックで作ることができる。
米国デラウエア州ウィルミントンのデュポンから入手で
きるデルリン（商標名）、ポリエチレン・テレフタレー
ト（ＰＥＴ）、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥ
ＥＫ）あるいは、ポリブチレン・テレフタレート（ＰＢ
Ｔ）あるいは、やはりデュポンから入手できるＺＹＭＡ
ＸＸ（商標名）のような複合材、のような他のプラスチ
ックも適当であるかもしれない。
【００３６】下部の部分１８０の厚さＴ１は、基板１０
の厚さＴｓより大きくあるべきである。具体的にいう
と、下部の部分は、基板がキャリア・ヘッドにより固定
されているときに、基板が接着層と擦れあわないほど
に、十分厚くあるべきである。他方、下部の部分が厚す
ぎれば、止め輪の底部表面は、下部の部分の可撓性の性
質による変形を受けやすいであろう。下部の部分１８０
の初期の厚さは、約２００から４００ミル（溝の深さが
１００から３００ミル）とすることができる。溝が摩耗
したときに、下部の部分は交換することが可能である。
したがって、下部の部分は約１００から４００ミルの間
の厚さＴ１を有することになる。止め輪が溝を有しなけ
れば、残りの厚さが基板の厚さとほぼ等しくなったとき
に、下部の部分は交換することができる。
【００３７】下部の部分１８０の底部表面は、ほぼ平坦
であってもよく、あるいは、止め輪の外側から基板への
スラリーの搬送を容易にするために、複数のチャネルを
有してもよい。
【００３８】止め輪１１０の上部の部分１８４は、金
属、たとえば、ステンレス鋼、モリブデン、あるいはア
ルミニウム、あるいはセラミックス、たとえば、アルミ
ナ、あるいは他の代表的な材料のような、剛性の材料で
作られている。上部の部分の材料は、約１０−５０×１
０の６乗ポンド毎平方インチの弾性率、すなわち下部の
部分の材料の弾性率の約１０倍から１００倍、を有する
ことができる。たとえば、下部の部分の弾性率は約０．
６×１０の６乗ポンド毎平方インチであってもよく、上
部の部分の弾性率は約３０×１０の６乗ポンド毎平方イ
ンチであってもよく、したがって比率は約５０対１であ
る。上部の部分１８４の厚さＴｓは、下部の部分１８２
の厚さＴ１より大きくあるべきである。具体的にいう
と、上部の部分は、約３００−５００ミルの厚さＴ２を
有することができる。
【００３９】接着層１８６は、２液性の緩硬性エポキシ
でもよい。緩硬性とは、エポキシが接着するまでに数時
間から数日程度かかることを通常示す。エポキシは、米
国ジョージア州、シャンブリーのマグノリア・プラスチ
ックから入手できるマグノボンド６３７５（商標名）で
もよい。あるいは、上部の部分にねじを使用して接着し
て取り付けられる、あるいは圧入される代わりに。
【００４０】止め輪の底部表面の平面度が端部効果に関
連していることは明白である。具体的にいうと、底部表
面が非常に平坦であれば、端部効果は減少する。止め輪
が比較的可撓性であれば、たとえばボルト１９４により
止め輪がベースに係合される所で、止め輪は変形する恐
れがある。この変形は、非平坦な底部表面を作り、その
結果端部効果を増加させる。止め輪はキャリア・ヘッド
上に設置後にラップ仕上げまたは機械加工することがで
きるが、ラッピングは、基板を損傷しあるいはＣＭＰプ
ロセスを汚染する恐れがある破片を底部表面に埋め込む
傾向があり、機械加工は多くの時間を必要として不便で
ある。他方、ステンレス鋼の環のような完全に剛性の止
め輪は、亀裂に基板を生じ、あるいはＣＭＰプロセスを
汚染するおそれがある。
【００４１】本発明による止め輪を使用すると、止め輪
１１０の上部の部分１８４の剛性は、全体がＰＰＳのよ
うな可撓性の材料で作られた止め輪と比較して、止め輪
の全体の曲げ剛性を、たとえば３０−４０倍増加させ
る。剛性の上部の部分によって与えられる増加した剛性
は、ベースに止め輪を取り付けることによるこの変形を
減少あるいは除去し、その結果端部効果を減少させる。
さらに、止め輪は、キャリア・ヘッドに固定された後
に、ラップ仕上げされる必要がない。さらに、ＰＰＳの
下部の部分はＣＭＰプロセスで不活性であり、基板端部
の欠損あるいは亀裂を防止するために十分に弾性であ
る。
【００４２】本発明による止め輪の増加した剛性の他の
利点は、パッドの圧縮性に対する研磨プロセスの感度を
減少させることである。どのような特定の理論にも限定
されずに、特に可撓性の止め輪について、端部効果に対
する１つの実現可能な寄与は、止め輪の「偏向」と呼ぶ
ことができるものである。具体的にいうと、キャリア・
ヘッドの立ち下がり区間における止め輪の内部表面上の
基板端部の力は、止め輪を偏向させる、すなわち、ポリ
シング・パッドの表面に平行な軸の周りに僅かに局部的
にねじる恐れがある。これは止め輪の内径をポリシング
・パッドの中に、より深く押し付け、ポリシング・パッ
ドの上に生じる圧力を増加させ、ポリシング・パッドの
材料を「流出させ」、基板の端縁に向かって排出させ
る。ポリシング・パッドの材料の排出は、ポリシング・
パッドの弾性特性に依存する。したがって、パッドの中
に偏向することができる比較的可撓性の止め輪は、パッ
ド材料の弾性特性に対して研磨プロセスを非常に高感度
にする。しかし、剛性の上部の部分により与えられる増
加した剛性は、止め輪の偏向を減少させ、その結果、パ
ッドの変形、パッドの圧縮性に対する感度、及び端部効
果を減少させる。
【００４３】本発明を多くの実施例に関して説明した。
しかし、本発明は図に示し説明した実施例に制限される
ものではない。より正確に言えば、本発明の範囲は添付
した特許請求の範囲により定められる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】化学的機械的研磨装置の分解斜視図である。
【図２】本発明によるキャリア・ヘッドの概略断面図で
ある。
【図３】止め輪を示す図２のキャリア・ヘッドの拡大図
である。
【符号の説明】
１０ 基板 ２０ 化学的機械的研磨装置 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ ポリシング・ステーション ２７ トランスファー・ステーション ３０ プラテン ３２ ポリシング・パッド ４０ パッド・コンディショナー装置 ５０ スラリー ６０ マルチヘッド・カルーセル ７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ キャリア・ヘッド装
置 １００ キャリア・ヘッド １１０ 止め輪 １８０ 下部の部分 １８７ 上部の部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オスターヘルド， トーマス， エイ チ. アメリカ合衆国， カリフォルニア州, マウンテン ヴュー， バーバラ ア ヴェニュー 1195 (72)発明者 ローゼンバーグ， ローレンス， エ ム. アメリカ合衆国， カリフォルニア州, サン ノゼ， ホリー アン プレイ ス 1152 (56)参考文献 特開 平９−19863（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−291162（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−10057（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 37/04 H01L 21/304 622

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学的機械的研磨のためのキャリア・ヘ
    ッドの止め輪であって、 研磨の間にポリシング・パッドと接触し、第一の材料で
    作られている、底部表面を有する下部の部分と、 前記第一の材料より剛性である第二の材料で作られてい
    る、上部の部分と、を有する、 ボルトによってキャリア・ヘッドのベースの外縁に固定
    されるようになっている全体として環状の止め輪。
  2. 【請求項２】 化学的機械的研磨のためのキャリア・ヘ
    ッドの止め輪であって、 前記キャリヤヘッドが、ベースと、止め輪と、基板裏当
    て組立体とを含み、 前記基板裏当て組立体が、支持構造、該支持構造をベー
    スに接続している撓みダイアフラム、及び該支持構造に
    接続された可撓膜を有し、 前記撓みダイアフラムの外縁が前記ベースと前記止め輪
    との間にクランプされ、前記撓みダイアフラムの内縁が
    前記支持構造の上部クランプと下部クランプとの間にク
    ランプされ、 前記ベースと、前記基板裏当て組立体との間にチャンバ
    が形成され、該チャンバの加圧が、基板をポリシング・
    パッドに対して押し付けるように、可撓膜を下向きに押
    すようになっており、 前記撓みダイアフラムを前記ベースと前記止め輪との間
    に加圧可能に封止してクランプするために、前記止め輪
    の前記上部の部分に、断面形状にして凹凸になっている
    部分が設けられており、 前記止め輪が、研磨の間にポリシング・パッドと接触
    し、第一の材料で作られている、底部表面を有する環状
    の下部の部分と、 前記第一の材料より剛性である第二の材料で作られてい
    る、キャリア・ヘッドのベースに接続される環状の上部
    の部分と、を有する止め輪。
  3. 【請求項３】 キャリア・ヘッドが、ベースと、止め輪
    と、基板裏当て組立体とを含み、 前記基板裏当て組立体が、支持構造、該支持構造をベー
    スに接続している撓みダイアフラム、及び該支持構造に
    接続された可撓膜を有し、 前記撓みダイアフラムの外縁が前記ベースと前記止め輪
    との間にクランプされ、前記撓みダイアフラムの内縁が
    前記支持構造の上部クランプと下部クランプとの間にク
    ランプされ、 前記ベースと、前記基板裏当て組立体との間にチャンバ
    が形成され、該チャンバの加圧が、基板をポリシング・
    パッドに対して押し付けるように、可撓膜を下向きに押
    すようになっており、 前記撓みダイアフラムを前記ベースと前記止め輪との間
    に加圧可能に封止してクランプするために、前記止め輪
    の前記上部の部分に、断面形状にして凹凸になっている
    部分が設けられている、請求項１記載の止め輪。
  4. 【請求項４】 該底部表面に複数のチャネルを有する、
    請求項１〜３の何れか１項記載の止め輪。
  5. 【請求項５】 前記止め輪の上部の部分の外周部に、前
    記ベース下部と相補的関係にある、断面形状にしたとき
    に段差状になる部分が設けられ、前記止め輪とベースと
    が嵌合するようになっている請求項１〜４の何れか１項
    記載の止め輪。
  6. 【請求項６】 前記第一の材料が、化学的機械的研磨プ
    ロセスに対して不活性である請求項１〜５の何れか１項
    記載の止め輪。
  7. 【請求項７】 前記第一の材料が、プラスチックである
    請求項１〜６の何れか１項記載の止め輪。
  8. 【請求項８】 前記第一の材料が、硫化ポリフェニレ
    ン、ポリエチレン・テレフタート、ポリエーテル・エー
    テル・ケトン及びポリブチレン・テレフタートからなる
    群から選択される請求項１〜７の何れか１項記載の止め
    輪。
  9. 【請求項９】 前記第一の材料が、硫化ポリフェニレン
    である請求項１〜８の何れか１項記載の止め輪。
  10. 【請求項１０】 前記第一の材料が、ショアーＤスケー
    ルで約８０から９５の間のデュロメータ測定値を与える
    請求項１〜９の何れか１項記載の止め輪。
  11. 【請求項１１】 第一の材料は、０．３〜１．６×１０
    6ポンド／インチ2の弾性率を有する請求項１〜１０の何
    れか１項載の止め輪。
  12. 【請求項１２】 前記下部の部分は、厚さが研磨される
    基板より厚い請求項１〜１１の何れか１項記載の止め
    輪。
  13. 【請求項１３】 前記下部の部分は、厚さが約１００ミ
    ルから４００ミルの間である請求項１〜１２の何れか１
    項記載の止め輪。
  14. 【請求項１４】 前記第二の材料は、金属である請求項
    １〜１３の何れか１項記載の止め輪。
  15. 【請求項１５】 前記第二の材料は、ステンレス、アル
    ミニウム、モリブデンからなる群から選択される金属で
    ある請求項１〜１４の何れか１項記載の止め輪。
  16. 【請求項１６】 前記第二の材料は、セラミックスであ
    る請求項１〜１３の何れか１項記載の止め輪。
  17. 【請求項１７】 前記第二の材料は、１０〜５０×１０
    6ポンド／インチ2の弾性率を有する請求項１〜１６の何
    れか１項記載の止め輪。
  18. 【請求項１８】 前記第二の材料は、前記第一の材料の
    弾性率の約１０倍から１００倍の弾性率を有する請求項
    １〜１７の何れか１項記載の止め輪。
  19. 【請求項１９】 前記第二の材料は、前記第一の材料の
    弾性率の約５０倍の弾性率を有する請求項１〜１８の何
    れか１項記載の止め輪。
  20. 【請求項２０】 前記上部の部分は、厚さが約３００ミ
    ルから５００ミルの間である請求項１〜１９の何れか１
    項記載の止め輪。
  21. 【請求項２１】 前記下部の部分は第一の弾性率を有
    し、前記上部の部分は第二の弾性率を有し、前記第二の
    弾性率は前記第一の弾性率より十分に大きいように選択
    されている請求項１〜２０の何れか１項記載の止め輪。
  22. 【請求項２２】 前記下部の部分は、前記上部の部分に
    接着して取り付けられている請求項１〜２１の何れか１
    項記載の止め輪。
  23. 【請求項２３】 前記接着は、緩硬性（slow curing）
    エポキシである接着剤でなされている請求項２２記載の
    止め輪。
  24. 【請求項２４】 前記下部の部分は、前記上部の部分に
    圧入されている請求項１〜２３の何れか１項記載の止め
    輪。
  25. 【請求項２５】 前記下部の部分は、前記上部の部分に
    ねじを使用して接着して取り付けられている請求項１〜
    ２４の何れか１項記載の止め輪。
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