JP3595011B2 - 研磨制御を改善した化学的機械的研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体処理の分野に関する。特に本発明は、一様性の高いまたコストが低減された、基板を化学的機械的に研磨するための方法及び装置に関する。本発明は、基板上の異なった場所から材料を除去する速さの一様性を改善するための装置を提供し、それによって最終的に基板から回収される有用なダイの数を増す。更に、本発明は単一の研摩パッド上で多基板を同時に研摩する為の装置と方法を提供し、それによって化学的機械的研摩装置の生産性を上げる。
【０００２】
【従来の技術】
普通ＣＭＰと称される化学的機械的研摩（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）は、基板を平面化（ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ）或いは研摩する方法である。ＣＭＰは、半導体のスライスを基板に作り上げる際の最終準備工程として用いることができ、実質的に平坦な前面と背面を提供する。ＣＭＰはまた、基板上にマイクロエレクトロニク回路を作り上げる際に基板の最外部の表面上に創られる、高所（ｈｉｇｈ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ）或いは他の非連続性部分を除去するのに用いられる。
【０００３】
典型的な先行技術のＣＭＰプロセスにおいては、化学的に反応性のあるスラリ−（ｓｌｕｒｒｙ）を受容する大きな回転研摩パド（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ）が用いられ、基板の最外部の表面を研摩する。基板を研摩パッド上に位置決めするために、その基板はキャリア内に置かれる。そのキャリアは、研摩パッド上に受容され或いはその直接上方に受容され、それは基板の表面と回転研摩パッドとの間に押し付け（ｂｉａｓ）力を維持する。そのキャリアはまた、基板を研摩パッド上で揺動、振動或いは回転させてもよい。基板の平坦な面に渡る、スラリ−で磨かれる（ｓｌｕｒｒｙ ｗｈｅｔｔｅｄ）研摩パッドの動きにより、材料が基板の表面から化学的に又物理的に研摩される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＭＰプロセスで繰返し発生する一つの問題は、基板の平坦な表面研摩に差がついてしまい、それにより基板上の場所により過剰研摩をしたり研摩不足の領域を作りだすという傾向である。普通、研摩の差が生じる基板の表面上の一つの領域は、基板のエッジに隣接する部分である。そのようなエッジの過剰研摩が生じると、研摩された基板は凸形状をとる。即ちそれは中央で厚く、エッジに沿ったところで薄い。例えばフォトリトグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）やエッチングなどにより基板がさらに処理されるとき、この厚さの相違により、基板上に高解像度の線を印刷するのが極端に困難となる。同様にして、ＣＭＰが、基板の作動面上に回路を形成する結果として生じる高所を除去するのに使われるときは、研摩の差は、過剰研摩領域に形成されるダイを物理的に破壊してしまう。
【０００５】
エッジの過剰研摩は幾つかのファクタ−によって引き起こされる。基板の表面上の研摩高進スラリ−の不均一な分布は、エッジの過剰研摩の原因となる一つのファクタ−である。基板のエッジに沿った場所のように、スラリ−がより迅速に補充されるところでは、基板はより迅速に研摩される。基板上の異なった場所における基板と研摩パッドとの間の相対的な圧力はまた、研摩率（ｒａｔｅ）に影響を与える。より高い圧力はより高い研摩率をもたらすからである。一つの相対的に高い圧力の領域は、基板エッジが研摩パッドに押し付けられるところに生じ、それにより基板エッジが、基板中心よりも迅速に研摩されることとなる。さらに、研摩パッドと基板の両方が回転するときは、基板と研摩パッドとの間の累積的運動距離（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｍｏｔｉｏｎ）は、基板のエッジ近傍で基板の中心部よりも高くなる。研摩パッドと基板との間の累積的運動距離が大きければ大きいほど、基板から除去される材料の量は大きくなる。これらのファクタ−及び他のファクタ−の結果として、通常基板エッジ部分は基板中心部よりも高い速さ（ｒａｔｅ）で研摩される。
【０００６】
基板の過剰研摩は、基板の非接触（ｎｏｎ−ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）領域においても生じる。この過剰研摩は通常、歪んだあるいはそうでなくても不適切に準備された基板に起因し、その基板をキャリアに取付けている搭載システムによって悪化させられる。普通そのキャリアは、ほぼ平坦な基板受容面を含む。適合性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）材料がこの下部面に置かれており、基板をそこに受容する。その適合性材料はポリマ−（ｐｏｌｙｍｅｒ）シ−トであってもよく、或いは基板が押し付けられ適合性のある受容面を形成するワックスのマウンド （ｍｏｕｎｄ）であってもよい。これらの適合性材料及びキャリアの下部面は、基板の所望の平坦度ほど平坦でないかもしれない。それ故、その適合背材料及び平坦な下部面は、基板が研摩パッド上に置かれたとき基板の背面側に異なった負荷をかける隆起部を含む。この異なった負荷により、平坦面および適合性材料の隆起した領域の位置に対応する研摩パッドに係合した基板の表面上に過負荷領域が作りだされる。この過負荷が発生する基板の局部的領域では、基板は過剰研摩され、基板からのダイの生産歩留まりが低くなる。
【０００７】
基板上に過剰研摩領域が作られるということの結果として生じるダイの生産歩留まりの低下に加え、基板を順番に処理するために大きな回転研摩パッドを使用するということは本来的に効率が悪い。基板の表面積は研摩パッドの表面積の２０％より大きくないのが普通である。それ故、如何なる時点においても、研摩パッド材料の殆どは基板と接触していない。回転研摩パッドの表面積の活用度を高める一つの方法は、研摩パッド上で多数の基板を同時に処理することである。しかしながらＣＭＰ装置の使用者は、そうすることを躊躇する。それは、基板はクラックが発生するかもしれないし或いはその他の欠陥が生じるかもしれず、かけらやその他の汚染物質が、回転する研摩パッドによって、その研摩パッド上で同時に処理されている全ての基板に移送されるからである。
【０００８】
それ故、（１）基板の面上の各別々の位置或いは領域間における材料除去率の一様性を高めること、（２）研摩パドの活用度を高めること、を可能とするＣＭＰ研摩装置の必要性が存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、化学的機械的研摩装置の、材料除去率の一様性或いは活用度を増すのに有用な多数の実例を含む化学的機械的研摩装置及び方法である。第一の実施例では、その装置は、研摩パッドに対して基板の外側面の選択された部分に異なった負荷をかける基板キャリアを含む。エッジの過剰研摩が起ると、そのキャリアは基板の中心部における研摩パッドと基板との間の圧力を増すように形成されており、そうでなければ基板のエッジに近傍に生じたであろう高材料除去率を補償する。本発明の第二の実施例では、キャリアは、研摩パッドに対して基板の最外部表面の全ての部分に等しく負荷をかけるように形成されている。研摩パッドに対して基板に等しく負荷をかけることによって、適合性材料或いはキャリア下部面上の隆起によって引き起こされる局部的過剰研摩の発生が低減され或いは完全に防止される。さらに、基板エッジ部における基板と研摩パッドの間のより大きな累積的運動距離の結果として生じるエッジの過剰研摩を抑制するために、研摩パッドがゆっくりと回転している間、基板は研摩パッド上で軌道運動させてもよい。キャリアは、基板を回転することなく軌道運動させるために、或いは基板をそれが軌道運動している間に所望の速度で回転させるように制御してもよい。研摩パッドの回転速度と比較して基板の回転速度を精密に制御することによって、基板の異なった別々の位置或いは領域における異なった累積的運動距離によって引き起こされる基板の研摩量の差は、低減され或いは防止される。
【００１０】
本発明の第三の実施例では、単一の研摩パッド上に同時に多数の基板を置いて負荷をかけるために多数の基板キャリアが提供される。多数キャリア実施例の一つのサブ実施例においては、研摩パッドは回転的に揺動される。研摩パッドを回転的に揺動させることによって、多数の基板の何れか一つと接触している研摩パッドの領域は、その他の基板と接触している研摩パッドの領域から隔離される。本発明の別のサブ実施例においては、研摩パッドは一本の溝或いは多数の溝を含んでおり、その溝は処理中に生じうる基板のかけらを集めるように形成されている。本発明の多数キャリア実施例のさらに別のサブ実施例においては、研摩パッドは静止位置に維持されており、多葉状の（ｍｕｌｔｉ−ｌｏｂｅｄ）溝が、研摩パッド内であって、基板が研摩パッド上に受容される位置のすぐ下に置かれている。その多葉状の溝は、基板と研摩パッド間に接触及び非接触領域を提供し、スラリ−が、基板と研摩パッド間の非接触領域に補充されるようになっている。
【００１１】
【実施例】
先ず、本発明の概略を説明する。
【００１２】
本発明は、改善された一様性と歩留まりをもって大きな研摩パッド上で基板を研摩するための多数の実施例を提供する。ここで述べる本発明の各実施例においては、基板１２は、図１の研摩装置１０のような研摩装置上で、研摩パッド２２に押し付けられ、好ましくは制御された回転をもって軌道路（ｏｒｂｉｔａｌ ｐａｔｈ）を運動をする。研摩パッド２２は回転運動をするのが好ましいが、基板１２がそれに対して運動させられている間静止状態に維持されてもよい。
【００１３】
図１及び２に示される本発明の実施例においては、基板キャリア２４が基板１２を受容しまた基板１２を回転研摩パッド２２上に位置決めするように提供されている。キャリア２４はトランスファ−ケ−ス５４に連結されており、そのトランスファケ−スは、キャリア２４とその中に受容されている基板１２とを研摩パッド２２上で軌道路に沿って動かし、また研摩装置１０のベ−ス１４のような固定点に関してキャリア２４及び基板１２の回転方向を同時に制御するように形成されている。キャリア２４は、基板１２のエッジに隣接してかけられている基板上の負荷と比べて基板１２の中心部に選択的に差別的に負荷をかけるように形成されている。基板１２の中心部に差別的に負荷をかけることによって、基板１２の中心部における材料除去率は、基板１２のエッジに隣接した部分の材料除去率と合致するように調整される。
【００１４】
図３に示される発明の実施例においては、基板キャリアは、研摩パッド２２に対して基板１２の全ての位置或いは領域に等しく負荷をかける、前面基準（ｆｒｏｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）キャリア２００として形成されている。このことにより、基板１２の非接触で差別的に負荷のかけられた領域があることから結果として生じる、基板１２上の非接触過剰研摩領域の発生が減る。
【００１５】
図４から６までに示される本発明の実施例においては、単一の研摩パッド３０２或いは４００上で多数の基板１２を同時に研摩するための装置が示されている。図４と５では、多数の基板１２が分離研摩パッド３０２に押し付けられており、その分離研摩パッドは何れか一つの基板１２と接触している分離研摩パッド３０２の領域が、その上で研摩される他の基板１２と接触しないようにするために、回転的に揺動運動するのが好ましい。図６には、葉状研摩パッド４００が示されており、それはその表面内にロ−ブ（ｌｏｂｅｓ）４０４即ち凹み（ｒｅｃｅｓｓｅｓ）を有している。そのロ−ブは、グル−プ状に密集しており、基板１２が単一グル−プのロ−ブ４０４に対して軌道運動しても、回転運動をしても、振動しても、揺動しても或いは他の熊様で動かされてもいいようになっている。葉状研摩パッド４００は静止状態を維持するのが好ましく、また基板１２と葉状研摩パッド４００との間の全ての相対運動が基板１２を動かすことによって与えられるのが好ましい。
【００１６】
次に、本発明の研摩装置を説明する。
【００１７】
図１には、ここで説明する本発明の何れの実施例を用いて基板１２を研摩するためにも有用な研摩装置１０が示されている。本装置１０は、ここで説明する本発明の各実施例にとって有用であるが、図解を容易にするために、キャリア２４と研摩パッド２２と関連づけて描かれている。本研摩装置１０は一般的に、回転可能なプラテン１６及びその上の研摩パッド２２を支えるベ−ス１４と、基板１２を受容し、基板１２を研摩パッド２２上に位置決めするキャリア２４と、研摩パッド２２に関して基板１２に負荷をかけまた運動させるようにキャリア２４に接続されたトランスファ−ケ−ス５４とを含む。研摩パッド２２を回転させたい場合は、図示しないモ−タ及び歯車組立体がベ−ス１４の下側に配設され、プラテン１６の下側の中心に接続されプラテン１６を回転させる。プラテン１６は、軸受でベ−ス１４から支持されてもいいし、或いはモ−タと歯車組立体がプラテン１６を回転すると同時に支持してもよい。研摩パッド２２は、プラテン１６の上面に置かれており、それによりモ−タと歯車組立体によって回転させられる。
【００１８】
研摩パッド２２の研摩特性を高めるためにスラリ−が研摩パッド２２上に提供される。スラリ−は、スラリ−を研摩パッド２２上に滴下させ或いは他の方法で計量しながら供給するスラリ−ポ−ト２３を通して研摩パッド２２に供給してもよいし、或いはプラテン１６及び研摩パッド２２の下側を通して供給し、研摩パッド２２を通して上方向に基板１２まで流れるようにしてもよい。研摩パッド２２とスラリ−は、基板１２を望み通りに研摩できるように選ばれる。研摩パッド２２の組成としては、織られたポリウレタン（ｗｏｖｅｎ ｐｏｌｙｅｕｒｅｔｈａｎｅ）材料とするのが望ましい。それは例えばＩＣ１０００或いはス−バ
ＩＶ（Ｓｕｂａ ＩＶ）であり、ペンシルバニア州のニュ−ア−ク（Ｎｅｗａｒｋ）のロ−デル（Ｒｏｄｅｌ）から入手できる。基板上に堆積した材料の選択的エッチングを高める一つのスラリ−組成は、５％のＮａＯＨ、５％のＫＯＨ及びおよそ２００ｎｍのサイズを有するコロイドシリカ（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）を有する水溶液である。当業者であれば、基板１２に所望の研摩を与える為に、研摩パッド２２の材料及びスラリ−の組成を容易に改変することができるであろう。
【００１９】
キャリア２４を研摩パッド２２に関して適切に位置決めするために、トランスファケ−ス５４は、研摩パッド２２の上方に伸延しているクロスバ−３６に接続されている。クロスバ−３６は、一対の対向した位置にある垂直部材３８、３９及びバイアシング（ｂｉａｓｉｎｇ）ピストン４０とにより、研摩パド２２の上方に位置決めされている。クロスバ−３６は、その第一の端部４４において垂直部材３８にヒンジで接続されるのが好ましく、またその第二の端部４６でバイアシングピストン４０に接続されるのが好ましい。第二の垂直部材３９は、バイアシングピストン４０に隣接して設けられており、クロスバ−３６の第二の端部４６の下方向の運動を制限するための垂直方向の止め具を提供する。キャリア２４上の基板１２を交換するために、クロスバ−３６はバイアシングピストン４０からと取り外すことができ、またクロスバ−３６の第二の端部４６は、クロスバ−３６に接続されたキャリア２４を研摩パッド２２から持ち上げるために、引っ張り上げられる。次に基板１２が交換され、キャリア２４が基板１２の面２６を研摩パッド２２に対して置くために下げられる。
【００２０】
本発明の研磨装置のトランスファ−ケ−スにつき説明する。
【００２１】
図１及び２を参照すると、研摩パッド２２上の基板１２の好ましい軌道運動及び制御された回転運動を与えるのに必要なトランスファ−ケ−ス５４の構造の形態及び詳細が示されている。ここでも図解の便のために、トランスファ−ケ−ス５４はキャリア２４と関係づけて描かれている。しかしながら、トランスファ−ケ−ス５４は前面基準キャリア２００を含む、軌道運動をする如何なるキャリアをも互換的に駆動できるように特に構成されている。トランスファ−ケ−ス５４は、クロスバ−３６の下に釣り下げられており、キャリア２４をクロスバ−３６に結合している。一般的にトランスファ−ケ−ス５４は、駆動軸５６及びハウジング５８とを含む。駆動軸５６は、クロスバ−３６を貫通して上方に延びており、クロスバ−３６にしっかりと接続されたモ−タ−及び駆動組立体５０に接続しており、またハウジング５８を貫通して下方向に延びており、モ−タ及び駆動組立体５０の回転運動をキャリア２４の軌道運動的及び制御された回転運動に変換するようになっている。駆動軸５６を回転させるために、駆動ベルト５２が駆動軸５６をモ−タ及び歯車組立体５０に接続している。さらに、駆動スプロケット８８が、ハウジング５８の外表面上に置かれている。この駆動スプロケット８８は、クロスア−ム３６上に置かれたハウジング駆動モ−タ９０に、駆動ベルト６１によって接続されている。ハウジング５８はその上にスプロケット８８を有するものとして示されているが、例えば滑車或いはプ−リ−のような、回転運動を転送するための他の形態で、スプロケット８８を容易に置き換えることができる。
【００２２】
次に図２を参照すると、トランスファ−ケ−ス５４の内部詳細構造が示されている。ハウジング５８は、内側の固定ハブ５７と外側の回転ハブ５９とを有する。ハウジング５８の内側の固定ハブ５７は、好ましくは複数のボルト或いは他の取外し可能な部材（図示せず）によって、クロスバ−３６の下側にしっかりと取付けられている。外側の回転ハブ５９は、好ましくは上部及び下部のテ−パ−付きベアリングによって、内側の固定ハブ５７に軸受接続されている。これらのベアリングは、外側の回転ハブ５９を垂直方向に支えており、一方外側の回転ハブ５９が内側の固定ハブ５７に関して回転できるようにしている。駆動軸５６は、ハウジング５８の内側の固定ハブ５７を貫通して伸延しており、駆動軸５６を垂直方向に支え、また駆動軸５６が内側の固定ハブ５７に関して回転できるようにしているテ−パ−付きベアリングによって、同様にその中に支えられている。外側の回転ハブ５９を回転させるために、スプロケット８８がその上に直接搭載されている。
【００２３】
トランスファ−ケ−スの軌道運動駆動部につき説明する。
【００２４】
キャリア２４を軌道運動させるように軌道運動を与えるために、駆動軸５６の下端にクロスア−ム６０が設けられている。クロスア−ム６０は第一の端部と第二の端部を含む。クロスア−ム６０の第一の端部は、その中に駆動軸５６の下端部を受容し、またクロスア−ム６０の第二の端部は、そこから下方向に伸延する第二の軸６４を支えている。第二の軸６４の下端部は、その末端部をキャリアプレ−ト８０の中心に置いており、そのキャリアプレ−トはキャリア２４の上端を形成している。軸受組立体７９がキャリアプレ−ト８０に備わっており、第二の軸６４の下端部を受容している。駆動軸５６が回転すると、それはクロスア−ム６０の第二の端部を、ひいてはそこから下方向に伸延している軸６４を、円弧上にスイ−プ（ｓｗｅｅｐｓ）する。この円弧の半径は、駆動軸５６と第二の軸６４との間の距離であるが、キャリア２４が動く軌道路の半径を定める。第二の軸６４が軸受７９に接続していることによって、第二の軸６４がキャリア２４を軌道路に沿って押すと、キャリア２４が第二の軸６４に関して回転運動できるようになっている。第二の軸６４の下端部はまた、基板１２を研摩パド２２に押し付けるとき、キャリア２４が支えられるしっかりとした軸受点を形成する。
【００２５】
トランスファ−ケ−スの回転補償部につき説明する。
【００２６】
軸６４のキャリア２４への接続は、キャリア２４に伝わる回転力が最小限になるように形成されており、また基板１２が研摩パッド２２上で軌道運動する際、基板１２とキャリア２４の回転を最小限にするように形成されている。しかしながら、基板１２と研摩パッド２２との間の、及びキャリア２４と第二の軸６４との間の動的相互作用のため、基板１２はそれが軌道運動をする際ゆっくりと回転して（ｐｒｅｃｅｓｓ）しまう。基板１２が軌道運動する際の回転を抑制或いは防止するために、回転補償組立体６２がハウジング５８の下側に備えられ、基板１２が軌道運動する際それをしっかりと（ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）位置決めするようになっている。このしっかりとした位置決めをするために、補償組立体６２はハウジング５８の外側回転ハブ５９の下側に配設された内歯リング歯車７０とクロスア−ム６０のすぐ下の第二の軸６４に取付けられたピニオン歯車７４とを含む。ピニオン歯車７４は、リング歯車７０の歯と噛み合う外側に歯を切った面と、第二の軸６４上の軸受７７に受容されている内側直径とを含む。ピニオン歯車７４は、ピニオン歯車７４からキャリアプレ−ト８０内の一対の合わせ凹み （ｍａｔｉｎｇ ｒｅｃｅｓｓｅｓ）７５内に伸延する一対のピン７３によってキャリアプレ−ト８０に関して回転的に固定されている。それ故、第二の軸６４が軌道運動すると、軸６４の軌道運動は軸受７９においてキャリアプレ−ト８０に伝えられ、ピニオン歯車７４の回転運動はピン７３を通じてキャリアプレ−ト８０に伝えられる。
【００２７】
補償組立体６２があるために、ＣＭＰ装置の使用者はキャリア２４の運動の回転成分を変えることができ、それによってキャリア２４が軌道運動する際のキャリア２４の回転を防止し或いは正確に制御することができる。クロスア−ム６０が駆動軸５４に関して回転運動する際、それはリング歯車７０の内周周りにピニオン歯車７４をスイ−プする。ピニオン歯車７４の歯とリング歯車７０の歯とは噛み合っているので、リング歯車７０の歯がピニオン歯車７４の歯と同速度で動いていない限り、ピニオン歯車７４はリング歯車７０に関して回転する。駆動軸５６を同時に回転させながらハウジング５８の外側の回転ハブ５９を回転させることによって、第二の軸６４の周りのピニオン歯車７４の、またそれに取付けられたキャリア２４の実効回転運動は制御することができる。例えば、リング歯車７０が、キャリア２４が一軌道運動する際にピニオン歯車７４を完全に一回転させるに十分なスピ−ドで回転するならば、ピニオン歯車７４は、そしてひいてはそれに取付けられた軌道運動キャリア７４はベ−ス１０のような固定基準点に関して回転しない。さらに、キャリア２４の回転速さは、駆動軸５６及びハウジング５８の外部回転ハブ５９の相対回転速さを単に変えることによって、研摩パッド２２の回転速さに合致させることもできるしそれと変えることもできる。この物理的現象は、リング歯車７０とピニオン歯車７４の相対速さを変えることによって、キャリア２４が軌道運動する際その回転速度を制御するのに用いられる。
【００２８】
トランスファ−ケ−ス５４のその形状のお陰でＣＭＰ装置の使用者は、基板１２を研摩する際面２６上の異なった場所における相対スピ−ドを制御するすることによって、基板１２の面２６に渡る研摩率の一様性を厳密に制御することができる。基板１２が、研摩パッド２２上の軌道路内をキャリア２４によって動かされる際、プラテン１６及び研摩パッド２２は、モ−タ及び歯車組立体（図示せず）によって回転させられる。基板１２の軌道運動スピ−ドと研摩パッド２２の回転スピ−ドとが一緒になって、基板の表面２６における公称スピ−ド、１８００から４８００ｃｍ／分を与える。その軌道運動半径は１インチより小さく、研摩パッド２２は比較的低スピ−ド、１０ｒｐｍより低いスピ−ドで回転するのが好ましく、また５ｒｐｍより低速度とするのが最も好ましい。
【００２９】
軌道運動している基板１２は、ハウジング５８をベルト６１を通してモ−タ９１によって選択的に回転することによって、回転させられるかもしれないし或いは回転せずに軌道運動するかもしれない。軌道運動している基板１２を研摩パッド２２と同じスピ−ドで回転することによって、研摩パッド２２と基板１２上の各点との間の累積的運動距離は一様に維持できる。それ故、基板の異なった領域において累積的運動距離が異なることに起因する過剰研摩が防止される。さらに、もしそれが望ましいならば、基板のエッジ部分と研摩パッド２２との間の相対的運動距離を基板の中心部の点と比べて増やすために、基板の回転スピ−ドを研摩パッド２２の回転スピ−ドと変えてもよい。もし望ましいならば、基板１２は研摩パッド２２の方向とは逆の回転方向に動かされてもよい。
【００３０】
本発明の研磨装置の基板キャリアを説明する。
【００３１】
図２を参照すると、キャリア２４の好ましい一実施例の構造が詳細に示されている。キャリア２４はその中に内部バイアシング部材３０を含んでおり、その部材は研摩パッド２２上で基板１２に負荷をかけるのに用いられる一次的及び二次的力の応用を選択的に制御し、また基板１２に軌道運動を伝える外部スリ−ブ部分１３０を含む。内部バイアシング部分３０は、上部バイアシング部分１０２及び下部本体部分１０４とを含む。
【００３２】
キャリアの上部バイアシング部分１０２は、研摩パッド２２に対して基板１２に負荷をかけるために与えられる一次的圧力を制御するように形成されている。一次的負荷圧力を制御するために、キャリア２４の上部バイアシング部分１０２は、研摩パッド２２に対して基板１２に負荷をかけるように選択的に加圧される空洞１１２として形成されている。空洞１１２は、その上端を形成しているキャリアプレ−ト８０と、下部本体部分の上面と、キャリアプレ−ト８０から下方向に伸延し下部本体部分１０４で終わるベロ−ズ１１０とによって画成されている。ベロ−ズ１１０は、キャリア２４の実質的な捩じれを防止するのに十分な剛性を与えるおよそ１０００分の８インチの厚さのステンレス鋼で製作するのが好ましい。ベロ−ズ１１０は、空洞１１４の外壁として働き、またそれはキャリアプレ−ト８０から基板１２へ回転運動を伝える働きもする。
【００３３】
キャリア２４の下部本体部分１０４は、基板１２の異なる場所における基板１２と研摩パッド２２との間の負荷圧力を微妙に調整するのに使われる。下部本体部分１０４は、一般的には正しい（ｒｉｇｈｔ）円形の中空部材であり、スリ−ブ部分１３０内に受容されており、またベロ−ズ１１０の下端部と下部本体部分１０４との間の接続を形成している一般的に円形の上部壁１３８を有する。外部円形壁１４０が、円形部材１３２から下方に伸延しており、下部輪郭壁１４２で終わっている。円形部材１３２と外部壁１４０と下部輪郭壁１４２がチャンバ−１４４の外部境界を形成している。下部輪郭壁１４２は、ほぼ平坦な外側表面１５２と輪郭のついた内側表面とを有する。好ましくは、下部輪郭壁１４２の内側表面の輪郭は、壁１４２の外周からその半径のおよそ三分の一の位置まで広がっている第一のテ−パ−付き部分１４６と、テ−パ−付き部分１４６のどの部分よりも薄い、壁１４２の中心部における一定厚さの薄膜１５０を形成する平坦部分１４８とを含む。壁１４２の外側或いは下部の表面１５２は平坦であり、それはその上にフィルム１５４、好ましくは閉じたセル（ｃｌｏｓｅｄ ｃｅｌｌ）のフィルムの層を受容しているのが好ましい。スリ−ブ１３０の下端部は、壁１４２の外側面１５２及びその上のフィルム１５４を越えて下側に伸延しており、壁１４２と一緒になって、下部基板受容凹み２８を形成している。
【００３４】
スリ−ブ部分１３０は、その中に内部バイアシング部分３０の部品を受容し、これらの部品及び基板１２を軌道路内で案内するように形成されている。スリ−ブ部分１３０は、上部の一般的に正しい環状（ｒｉｇｈｔ ａｎｎｕｌａｒ）部材１３２であって、その上端部においてキャリアプレ−ト８０の下端部に接続されている部材と、下部の一般的に正しい環状リング１３４とを含む。その円環リング１３４は、環状部材１３２の下側に接続され、環状部材１３２とリング１３４との接続部に配設された円形のリ−フ（ｌｅａｆ）バネ１２８によって下方向に押し付けられ研摩パッド２２に係合することができるようになっている。スリ−ブ部分１３０は、強い実質的に剛性のある部材を提供し、その部材はその中に下部本体部分１０４を受容し、軌道路を通してその下部本体部分１０４を案内する。円形リング１３４は、適合性部材（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ｍｅｍｂｅｒ）であるのが好ましく、その部材は基板１２がそれに負荷をかけると僅かに順応する。
【００３５】
基板１２と研摩パッド２２との間に負荷圧力を与えるために、空洞１１２及びチャンバ−１４４に、加圧状態で流体を供給しなければならない。さらに、空洞１１２に供給される流体は、チャンバ−１４４に供給される流体とは違った圧力に独立して維持できなければならない。それらの流体を供給するために、駆動軸５６はその中を長手方向に伸延する一対の流路１６０、１６２を含む。同様に、第二の軸６４は、その中を長手方向に伸延する一対の流路１６０’，１６２’を含む。回転ユニオン１６４が、駆動軸５４の上端部に備えられ、流路１６０、１６２に流体を供給する。回転ユニオンはまた、クロスア−ム６０の、駆動軸５４と第二の軸６４との双方への接続部にも置かれており、またクロスア−ム６０は一対の貫通する通路（図示せず）を含み、その通路は回転ユニオンと連携して、流体を流路１６０から流路１６０’に、また流路１６２から流路１６２’に流す。流路１６０’は流体を加圧状態で供給し、空洞１１２を選択的に加圧する。ホ−ス１２４が、流路１６２’の下部端末部に回転フィッティングで接続されており、流路１６２’から下部本体部分にある開口１２６に延びており、流体を下部本体部分１０４のチャンバ−１４４に供給するようになっている。その流体は、絞られた出力の多数の調整されたガス供給、調整された加圧液体源或いは他の加圧された流体供給を有するポンプのような可変圧力源から供給されるのが好ましい。
【００３６】
研摩パッド２２に対して基板１２に負荷をかけるために、ベロ−ズの空洞１１２及びチャンバ−１４４に流体が加圧状態で供給される。ベロ−ズの空洞１１２に流体によって与えられる圧力は、キャリア２４に対して負荷をかける部品の重量及びキャリア２４それ自身の重量と一緒になって、研摩パッド２２に対する基板１２の一次的負荷圧力０．３から０．７ｋｇ／ｃｍ^２ を創り出す。もし基板１２が研摩される際エッジ部分の過剰研摩が生じないならば、チャンバ−１４４は大気圧に保たれる。しかしながら、基板１２のエッジ部分に過剰研摩が生じるならば、基板１２の中心部を下方向に研摩パッド２２に対して付加的に差別的に押し付けるに十分な距離だけ、輪郭のついた下部壁１４４特にその中心部の平坦部分１４８を外側にたわませるに十分な圧力でチャンバ−１４４が加圧される。チャンバ−１４４に供給される圧力は、基板１２のエッジにおける研摩率を均一化するために、基板１２の中心部の研摩率を増やすように、平坦部分１４８のたわみを制御するために変えてもよい。与えられた半導体研摩操作に対して望ましいたわみ量は、一旦研摩とエッジ部の過剰研摩の履歴が確立されると、製造中に定められるであろう。
【００３７】
キャリア２４は基板１２の中心近傍で研摩パッド２２と基板１２との間の負荷力を増やすように補償力を与えるものとして説明してきたが、それはまた基板１２の中心部における圧力を低減し中心部の過剰研摩に対処するのに使用してもよい。これはチャンバ−１４４内の流体を排出することによって達成できる。さらに、キャリア２４の形態は、基板１２のエッジ部分により大きな力を与えるように変えてもよいし、或いは下部輪郭壁１４２の輪郭を変えることによって基板１２上の別の半径の位置により大きな力をかけるように変えてもよい。
【００３８】
本発明の研磨装置の別の基板キャリアを説明する。
【００３９】
図３には、キャリアの別の実施例が示されており、これはトランスファ−ケ−ス５４と一緒に使用するのが好ましいものである。この別の実施例においては、基板キャリアは前面基準（ｆｒｏｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）キャリア２００として形成されており、研摩パッド２２に対して平等に基板１２の面２６に負荷をかけるようになっている。前面基準キャリア２００は、ウエハの裏側に平等に負荷をかけ、このことにより基板１２の前面は平等に負荷がかけられる。即ち研摩パッド２２に対して前面基準（ｆｒｏｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ）となる。前面基準キャリア２００は、上部軸の受容部分２０６を有する正しい円形の本体２０４と、その上部軸の受容部分２０６から下方向に伸延する外周壁２０８とを含み、それらが一緒になってブラダ−（ｂｌａｄｄｅｒ）空洞１１０の境界を形成している。トランスファ−ケ−ス５４の第二の軸６４の下端部は、軸の受容部分２０６の中心部にある軸受に受容されており、軌道運動を前面基準キャリア２００に伝えるようになっている。第二の軸６４はまた、研摩パッド２２上の基板１２に負荷をかける際にキャリア２００が乗る、垂直方向の剛性のある軸受点も与える。前面基準キャリア２００の回転を制御するために、トランスファ−ケ−ス５４のピン７３がピニオン歯車７４から下の方向に伸延しており、キャリア２００の軸の受容部分２０６内の合わせ穴（ｍａｔｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅｓ）７５に受容されている。
【００４０】
ブラダ−空洞２１０は、弾力性のあるゴム状のブラダ−２１４をその中に受容するように形成されている。ブラダ−空洞２１０の下端部２１２は開いており、その中に基板１２を受容できる大きさになっている。基板１２はキャリアの下端部２１２に受容されると、キャリアの開口端２１２に渡って広がっているブラダ−２１４に接触する。基板１２のブラダ−空洞２１０内への内側方向の配置を制限するため、またブラダ−２１４が加圧されていないときブラダ−２１４がブラダ−空洞の中に収縮するのを防止するため、ブラダ−空洞２１０の下端部２１２の内側であってブラダ−２１４の外被内に制限板２１６が置かれている。制限板はブラダ−空洞２１０の内壁にしっかりと接続されており、それを越えて広がっているブラダ−２１４の部分が、ブラダ−空洞２１０の内壁と制限板２１６のエッジとの間に縮み込むようになっている。或いは、ブラダ−空洞２１０の内壁はその中に多数の凹んだ溝（ｒｅｃｅｓｓｅｄ ｇｒｏｏｖｅｓ）を含んでおり、また制限板２１６はその凹みに受容される複数のタブ（ｔａｂｓ）を含む。ブラダ−２１４はまたタブを越えて凹みの中に伸延していてもよいし、或いはタブがブラダ−２１４を通過して伸延していてもよいし、またタブの周りの領域はシ−ルされておりブラダ−２１４の完全さを維持している。基板１２をブラダ−空洞の開口端２１２に保持するために、下方向に延びる壁２０８の下端部にスリ−ブ２２０が備えられている。スリ−ブ２２０は、プラスチック材料のような適合性のある材料で製造するのが好ましく、その適合性材料は基板がそれに対して負荷をかけられたときに僅かに順応するようなものである。スリ−ブ２２０は、スリ−ブ２２０と下方向に伸延する壁２０８との間の境界面に置かれた円形リ−フバネ或いは他の押し付け部材（図示せず）によって、下方向に押し付けられ研摩パッド２２と係合するようになっているのが好ましい。
【００４１】
前面基準キャリア２００は、軌道運動をまた選択的回転運動を前面基準キャリア２００に伝えるように形成されたトランスファ−ケ−ス５４によって、研摩パッド２２上に位置決めされるのが好ましい。研摩パッド２２に対して基板１２の一次的負荷を与えるために、ブラダ−２１４は加圧される。ブラダ−中に空気を供給するために、駆動軸５８及び第二の軸６４を貫通したル−トを通して、好ましくは空気のような流体が供給される。ブラダ−２１４が加圧されると、それはブラダ−空洞２１０内で膨張し、基板１２を研摩パッド２２に対して下方向に押し付ける。同時に、膨張するブラダ−２１４は制限板２１６から分離し、キャリア２００の本体２０４を基板１２に関して僅かに上方に上昇させる。しかしこの動きは第二の軸６４の固定下端部によって制限される。それ故、ブラダ−２４１がさらに加圧されると、キャリア２００の本体２０４は第二の軸６４の下端部上に乗っかり、基板１２上の負荷が増える。前面基準キャリア２００によって基板１２上にかけられた負荷は、研摩パッド２２に対して平等に基板の面２６に負荷をかける。それは、ブラダ−２１４は基板１２の後ろ側に不平等な負荷をかけることがないからである。それ故、基板１２がキャリア上の或いは適合性のある材料内の隆起した領域によって不平等な力がかけられたときに普通生じるような、研摩の格差は実質的に排除される。
【００４２】
次に本発明の多数基板研摩形態を説明する。
【００４３】
図４には、単一の回転プラテン１６上で多数の半導体１２を研摩するための、別の装置が示されている。このもう一つの実施例では、二つの研摩ヘッド３００、３００’が分割された研摩パッド３０２上に置かれている。各ヘッド３００、３００’は、分割された研摩パッド３０２に関して、軌道運動してもよいし、揺動運動してもよいし、振動運動してもよいし、回転運動してもよく、または他の方法で配置されてもよい。ヘッド３００、３００’は、キャリア２４として、前面基準キャリア２００として、或いは分割された研摩パッド３０２に対して基板１２を保持することができる他のキャリア形態として形成してもよい。ヘッド３００、３００’は、その中で基板１２を分割された研摩パッド３０２に関して動かすように軌道運動させるのが好ましいが、その代りに、分割された研摩パッド３０２に関して運動を与えるために振動させてもよいし、揺動運動させてもよいし或いは回転運動させてもよい。
【００４４】
単一研摩パッド上で多数の基板１２を研摩することに伴う一つの問題は、基板１２が欠けたりクラックが入ったりするかもしれないということであり、これがＣＭＰ装置使用者によって懸念されているところである。もし基板１２が欠けると、損傷した基板１２のかけらが移動して、一つ或いはそれより多くの他の基板１２と接触し、それを傷つけ得る。本発明は、分割した研摩パッド３０２を回転的に揺動運動させることによってこの問題を克服している。そのようにすれば、ヘッド３００内の基板１２に接触している分割された研摩パッド３０２の何れの部分も、ヘッド３００’内の基板１２とは接触し得ないし、逆もまた同様であるからである。この運動をさせるために、分割された研摩パッド３０２は先ず第一の回転方向に動き、次に逆の回転方向に動く。図５に示されるようにベ−ス１４の下側に二方向モ−タ３１０が備えられており、分割された研摩パッド２２を逆方向に順番に回転させるように選択的に作動させる。分割された研摩パッド３０２を何れかの方向に動かすだけでは不十分であり、分割された研摩パッド３０２の何れかの部分が２以上の基板１２と接触してしまう。このことにより確実に、分割された研摩パッド３０２のおよそ二分の一がヘッド３００の下だけで動き、また分割された研摩パッド３０２のおよそ二分の一がヘッド３００’の下でのみ動くこととなる。さらに、一つの基板１２から他の基板へ汚染物質が移動するのを防ぐために、一つの基板１２から発生した如何なる微粒子をも受容し集めるための溝３０４が分割された研摩パッド３０２内に設けられてもよい。さらに、溝３０４が用いられるときは、研摩パッドは連続的に回転させてもよい。かけらや他の微粒子状の汚染物質は溝３０４に集まり、別の基板１２に接触することはないからである。
【００４５】
プテラン１６と分割された研摩パッド３０２とを回転的に揺動運動させるために、引き金（ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ）手段が備えられ、二方向モ−タ３１０を、所望の回転運動をした後で逆回転させる。モ−タの逆回転を起すための一つの装置が図５に示されている。この引き金手段は、プラテン１６の下のベ−ス１４に接続された電磁ピックアップ３０６を含む。一対の磁石３０８はプラテン１６の下側に取付けられており、プラテン１６の逆回転が生じるまでに望まれる所望の円弧（ａｒｃｕａｔｅ）運動に等しい円弧距離だけ離れている。何れかの磁石３０８がピックアップ３０６の近傍に入ると、信号がコントロ−ラ−に送られる。こうするとコントロ−ラ−が二方向モ−タ３１０を逆回転させ、それによってモ−タ及びプラテン１６の回転運動を逆にする。このようにしてプラテン１６は、モ−タが停止或いは解放されるまで、磁石３０８の間で回転的に揺動運動する。
【００４６】
本発明の葉状（ｌｏｂｅｄ）研摩パッドを説明する。
【００４７】
図６には、一以上の基板１２を同時に研摩するのに有用な葉状研摩パッド４００のさらに別の実施例が示されている。この実施例では、葉状研摩パッド４００はその中に一以上の多葉溝部材４０２を含み、その部材はその上に基板１２を受容する位置の研摩パッド４００上にある。各溝部材４０２は、中央の凹んだ領域４０６から放射状に伸延する複数の葉（ｌｏｂｅｓ）４０４を含む。各葉４０４は、円弧端４１０で終わる、対向して延びている側部４０８を有する、実質的に三角形状をしているのが好ましい。葉４０４は平坦な側部を有するものとして示されているけれども、他の形態が特に企図されている。例えば葉４０４は曲線状であってもよいし、或いは葉４０４はパッド４００の密集した領域内に形成された、直線の或いは曲線のプロフィルを有する、複数の凹み（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｓ）を画成していてもよい。さらに、葉４０４は、スラリ−が研摩パッド２２を通して中央の凹み領域４０６に供給され、葉４０４にまで至るように、中央の凹み領域４０６で相互に接続しているのが好ましい。一つの葉も使用できるけれども、少なくとも二つの葉４０４が備えられるのが好ましい。葉４０４の寸法は、葉４０４の間の研摩パッド４００の材料と共に、葉４０４が研摩パッド４００上の基板１２の軌道運動の、振動運動の、揺動運動の或いは回転運動の全進路に等しい領域上に広がるように決められる。葉状溝部材４０２は、図１から３に示されるトランスファ−ケ−ス５４のような、回転位置制御を有する軌道運動駆動部材によって駆動される、軌道キャリアと共に使用されるのが好ましく、また葉状研摩パッド４００は静止位置に保持される。また、葉状研摩パッド４００は、静止した或いは運動している基板１２の下で揺動運動し、振動運動し或いは軌道運動し、基板１２と葉状研摩パッド４００との間に相対的な運動を与えてもよい。葉４０４は、葉状研摩パッド４００に係合する基板の表面にスラリ−補充溜りを与え、基板１２が葉状研摩パッド４００上で研摩される際その表面にスラリ−を連続的に補充する。図６には、葉状溝メンバ−４０２は単一の葉状研摩パッド４００上で多数の基板１２を研摩するための形態で示されているけれども、葉状研摩パッド４００は基板１２より僅かに大きく寸法を決め、単一の基板１２を順番に（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）その上で処理するようにしてもよい。
【００４８】
ここでは葉状溝部材４０２が使われるように説明したが、他の溝形態も基板１２の下側にスラリ−を供給するのに用いることができる。例えば、研摩パッド２２が回転しているならば、パッドはその中に、研摩パッド２２の表面内で放射状にまた好ましくは放射状に且つ周方向に伸延する一以上の溝を含んでもよい。このようにして、研摩パッド２２が基板１２の下を通過する際、グル−ブは基板の下をスイ−プし基板にスラリ−を補充する。そのような溝は、ここに同時に提出されたタリ−（Ｔａｌｉｅｈ）のスラリ−分布が改善された化学的機械的研摩装置と題する米国特許出願で詳細に議論されている。
【００４９】
結論としては、以上述べた実施例は、局部的な過剰研摩の発生を低減し、また単一の研摩パッド上で多数の基板を同時に研摩する装置を提供することによって、化学的機械的研摩によって処理された基板から生産される有用なダイの数を増やすのに用いることのできる装置を提供している。ここで開示された改善は、それがなければ化学的機械的研摩処理に固有の制限の結果として生じる、基板上に作られる欠陥のあるダイの数を低減する。ここでは特定の材料及び寸法が説明されたけれども、当業者であればここに開示された寸法や材料は本発明の範囲から逸脱することなしに変更できるということが理解できるであろう。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、局部的な過剰研磨を防止し、ダイの生産歩留りを高める。
【００５１】
本発明の、以上述べたような或いは他の特徴及び利点は、実施例の記載を以下の図面と合わせて読むことによって明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の研摩装置の部分断面斜視図である。
【図２】図２は、図１の研摩装置の基板キャリアと駆動組立体の断面図である。
【図３】図３は、図２の基板キャリアの別の実施例の断面図である。
【図４】図４は、図１の研摩装置の別の実施例の斜視図であって、研摩パッド上で二つの研摩ヘッドが作動している状態を示す図である。
【図５】図５は、図４の装置を５−５において断面した部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の研摩パッドの別の実施例の上面図であり、別の研摩パッド形態の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１０…研磨装置、１２…基板、１６…プラテン、２２…研磨パッド、２３…スラリーポート、２４…基板キャリア、３６…クロスバー、３８、３９…垂直部材、４０…バイヤシングピストン、５４…トランスファケース。

Claims (16)

1. 基板を研磨するためのキャリアヘッドであって、
   基板の裏面を受けて基板の表面を研磨パッドに相対するように配置する基板受容部と、
   可圧型の第１のチャンバを備え、基板の裏面の中心部と中心部を囲む周辺部とで異なる負荷圧力を与える偏与圧部材と、
   偏与圧部材上に下向きの力を作用させるための可圧型の第２のチャンバと、
   を有するキャリアヘッド。
2. 第１のチャンバが、基板受容部の基板受容面を与える下壁を有する、請求項１に記載のキャリアヘッド。
3. 下壁が、別々の部分において別々の厚さを有する、請求項２に記載のキャリアヘッド。
4. 下壁の厚さが、中心から放射方向に変化する、請求項３に記載のキャリアヘッド。
5. 下壁と基板の間に配置された順応材料を更に備える、請求項２に記載のキャリアヘッド。
6. キャリアヘッドが更に、駆動軸に接続するためのハウジングを備え、
   第２のチャンバは、ハウジングと偏与圧部材の間に配置される、請求項１に記載のキャリアヘッド。
7. 第２のチャンバが、ベローズである、請求項１に記載のキャリアヘッド。
8. 基板を基板受容部の下に保持するための保持リングを更に備える、請求項１に記載のキャリアヘッド。
9. 基板を研磨するためのキャリアヘッドであって、
   基板の裏面を受けて基板の表面を研磨パッドに相対するように配置する基板受容部と、
   第１のチャンバを有し、基板受容部に下向きの力を作用させて基板受容部を基板の裏面に押圧する、第１の偏与圧部材であって、基板の裏面の中心部と中心部を囲む周縁部とで異なる負荷圧力を与える、前記第１の偏与圧部材と、
   第２のチャンバを有し、第１の偏与圧部材に下向きの力を作用させる第２の与圧部材と、
   を備えるキャリアヘッド。
10. 第１のチャンバが、基板受容部の基板受容面を与える下壁を有し、下壁が、別々の部分において別々の厚さを有する、請求項９に記載のキャリアヘッド。
11. キャリアヘッドが更に、駆動軸に接続するためのハウジングを備え、ハウジング内には第２の与圧部材が配置される、請求項９に記載のキャリアヘッド。
12. 第１の偏与圧部材が外側環状壁を有し、第２の与圧部材が基板の裏面に対する外側環状壁の負荷を制御することが可能である、請求項９に記載のキャリアヘッド。
13. 基板を研磨するためのキャリアヘッドであって、
    開口を有するハウジングと、
    開口を覆う、たわみ可能な薄膜であって、前記たわみ可能な薄膜は、開口を覆うことで前記たわみ可能な薄膜とハウジングの間に可圧型のチャンバを形成し、前記たわみ可能 な薄膜の上面はチャンバに接し前記たわみ可能な薄膜の下面は基板裏面に接触する基板受容面を与える前記たわみ可能な薄膜と、
    前記可圧型のチャンバの内側に配置される硬質の板と、
    を備える、キャリアヘッド。
14. 硬質の板が、前記たわみ可能な薄膜の内向きの移動を防止するように配置される、請求項１３に記載のキャリアヘッド。
15. 前記たわみ可能は薄膜が、ブラダーを形成する、請求項１３に記載のキャリアヘッド。
16. 前記たわみ可能な薄膜が、ゴム製である、請求項１３に記載のキャリアヘッド。

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