JPH09168968A - Design of carrier head of chemical mechanical polishing device - Google Patents
Design of carrier head of chemical mechanical polishing deviceInfo
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- JPH09168968A JPH09168968A JP32207196A JP32207196A JPH09168968A JP H09168968 A JPH09168968 A JP H09168968A JP 32207196 A JP32207196 A JP 32207196A JP 32207196 A JP32207196 A JP 32207196A JP H09168968 A JPH09168968 A JP H09168968A
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Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、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
ポリシングシステムのためのキャリアヘッドに関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to chemical mechanical polishing of substrates, and more particularly to a carrier head for a chemical mechanical polishing system.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコンウエハ上への集積回路の形成
は、典型的には、導電層、半導体層や絶縁層を、連続的
に基板上へ、特にシリコンウエハ上へ堆積することによ
り行われる。各層を堆積した後は、この層をエッチング
して回路の造作(ぞうさく)を形成する。一連の層を連
続して堆積しエッチングすれば、基板の外側面ないし最
上面、即ち基板の露出面は、徐々に非平坦的になってい
く。これは、外側面とその下の基板との距離が、エッチ
ングが最も生じない領域で最も大きく、エッチングが最
も生じる領域で最も小さいために生じるものである。単
一のパターニングを有する下層については、この非平坦
の表面は一連の山(ピーク)と谷を備えており、この最
高の山と最低の谷の高さの差は7,000〜10,000
オングストローム程度であろう。複数のパターニングを
有する下層では、山と谷の高さの差は更に著しくなり、
数ミクロンにまで達することもある。2. Description of the Related Art The formation of integrated circuits on a silicon wafer is typically performed by successively depositing conductive layers, semiconductor layers and insulating layers on a substrate, especially on a silicon wafer. After each layer is deposited, the layer is etched to form the features of the circuit. By successively depositing and etching a series of layers, the outer or top surface of the substrate, ie, the exposed surface of the substrate, becomes increasingly non-planar. This occurs because the distance between the outer surface and the underlying substrate is largest in the region where etching is least likely to occur and is smallest in the region where most etching occurs. For underlayers with a single pattern, this non-planar surface has a series of peaks and troughs, and the difference in height between the highest and lowest troughs is 7,000 to 10,000.
It will be about Angstrom. In lower layers with multiple patterning, the height difference between peaks and valleys becomes even more pronounced,
It can reach up to a few microns.
【0003】この非平坦の外側面は、集積回路の製造に
おける問題を表している。外側面が平坦でなければ、フ
ォトリソグラフィーの技術によりフォトレジストのパタ
ーニングを行う際、非平坦である表面ではフォトリソグ
ラフィー装置で正確なフォーカスができなくなるため、
適当ではない場合がある。従って、この基板の表面を定
期的に平坦化(プラナライズ)して面を平坦にする必要
がある。平坦化によって、実際に、非平坦な外側面を研
磨して、導電層、半導体層や絶縁層のいずれをも取り去
って、比較的平坦でスムーズな面を形成する。平坦化に
続いて、外側層の上に更に層を堆積して造作と造作の間
のインターコネクトラインを形成してもよく、あるい
は、外側層をエッチングして下側の造作へのバイア(ビ
アないし通路)を形成してもよい。This non-planar outer surface represents a problem in integrated circuit manufacturing. If the outer surface is not flat, when patterning the photoresist by the photolithography technique, it is impossible to accurately focus the photolithography apparatus on the uneven surface.
It may not be suitable. Therefore, it is necessary to regularly planarize the surface of this substrate to planarize the surface. The planarization actually polishes the non-planar outer surface to remove any of the conductive layers, semiconductor layers or insulating layers to form a relatively flat and smooth surface. Subsequent to planarization, additional layers may be deposited on top of the outer layer to form interconnect lines between features, or the outer layer may be etched to provide vias to the underlying features. Passages) may be formed.
【0004】ケミカルメカニカルポリシングは、許容さ
れる平坦化の方法の1つである。この平坦化の方法で典
型的に必要となるのは、基板をキャリア又はポリシング
ヘッドの上に、基板の研磨しようとする面を露出するよ
うに、装着することである。そして、回転するポリシン
グパッドに対して基板を当てる。更に、キャリアヘッド
を回転させて基板と研磨面の間に更に運動を与えてもよ
い。更に、研磨剤と少なくとも1つの化学反応剤とを含
有する研磨スラリををポリシングパッドに拡げて、パッ
ドと基板の間の界面に研磨性の化学液を与えてもよい。Chemical mechanical polishing is one of the accepted methods of planarization. This planarization method typically requires mounting the substrate on a carrier or polishing head, exposing the surface of the substrate to be polished. Then, the substrate is applied to the rotating polishing pad. Further, the carrier head may be rotated to provide more movement between the substrate and the polishing surface. Further, a polishing slurry containing an abrasive and at least one chemically reactive agent may be spread over the polishing pad to provide an abrasive chemical solution at the interface between the pad and the substrate.
【0005】ケミカルメカニカルポリシングプロセスに
おける重要な因子は、基板表面の仕上げ(粗さ)と、基
板表面の平坦性(大型の立体形状がないこと)と、研磨
速度とである。平坦性と粗さとが適切でない場合は、基
板の欠陥を引き起こす。研磨速度は、1つの層の研磨に
要する時間を決める。これによりポリシング装置の最大
スループットが決まる。Important factors in the chemical mechanical polishing process are the finish (roughness) of the substrate surface, the flatness of the substrate surface (there is no large three-dimensional shape), and the polishing rate. Inappropriate flatness and roughness cause substrate defects. The polishing rate determines the time required to polish one layer. This determines the maximum throughput of the polisher.
【0006】ポリシングパッドを特定のスラリ混合物と
組合わせて選ぶことにより、特定の研磨特性を与える表
面を与えることができる。このように、研磨しようとす
るあらゆる材料に対して、パッドとスラリの組合せによ
り、研磨面が特定の仕上と平坦性を有するようにするこ
とが、理論的には可能である。パッドとスラリの組合わ
せにより、決まった研磨時間の中でこのような仕上と平
坦性とを与えることが可能である。更なる因子、例え
ば、基板とパッドの間の相対速度やパッドに基板を押し
付ける力は、研磨速度、仕上及び平坦性に影響を及ぼす
ことになる。The polishing pad can be selected in combination with a particular slurry mixture to provide a surface that imparts particular polishing characteristics. Thus, for any material to be polished, it is theoretically possible to make the polishing surface have a particular finish and flatness by a combination of pad and slurry. The combination of pad and slurry can provide such finish and flatness within a fixed polishing time. Additional factors, such as the relative speed between the substrate and the pad and the force pressing the substrate against the pad, will affect the polishing rate, finish and flatness.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】平坦性及び仕上が適切
でなければ基板の欠陥が生じるため、ポリシングパッド
とスラリの組合わせは通常、必要な仕上と平坦性によっ
て決められる。これらの制約があって、必要な仕上と平
坦性を実現するために要する研磨時間が、ポリシング装
置の最大スループットを決める。The polishing pad / slurry combination is usually dictated by the required finish and flatness, because improper flatness and finish can result in substrate defects. Given these constraints, the polishing time required to achieve the required finish and flatness determines the maximum throughput of the polishing machine.
【0008】この研磨工程のスループットを更に制約す
るのは、ポリシングパッドの「グレージング」(glazin
g) である。パッドが、加熱され且つ基板が押し付けら
れている部分で圧縮される場合に、グレージングが発生
する。ポリシングパッドの山の部分が押し下げられポリ
シングパッドの小孔が充填されれば、ポリシングパッド
の表面がよりスムーズになり研磨性が低くなる。その結
果、基板の研磨に要する時間は増加する。従って、ポリ
シングパッドの表面を定期的に研磨性の状態に戻してや
るか、あるいは、「調節してやる」ことにより、高いス
ループットを維持する必要がある。Further limiting the throughput of this polishing process is the "glazing" of the polishing pad.
g). Glazing occurs when the pad is heated and compressed in the area where the substrate is pressed. If the crests of the polishing pad are pushed down and the small holes of the polishing pad are filled, the surface of the polishing pad becomes smoother and the polishing property becomes lower. As a result, the time required for polishing the substrate increases. Therefore, it is necessary to maintain a high throughput by periodically returning the surface of the polishing pad to a polishing state or by "adjusting" the polishing pad.
【0009】集積回路の製造において更に考慮すべき点
は、プロセス及び製品の安定性である。低い欠陥率を実
現するためには、連続して処理する基板をそれぞれ、同
様の条件で研磨するべきである。各集積回路が実質的に
同じになるように、それぞれの基板をおよそ同じ量だけ
研磨するべきである。A further consideration in the manufacture of integrated circuits is process and product stability. In order to achieve a low defect rate, each of the successively processed substrates should be polished under similar conditions. Each substrate should be polished by approximately the same amount so that each integrated circuit is substantially the same.
【0010】前述の点から、研磨のスループットと平坦
性と仕上とを最適化しつつも、基板の汚染や破壊のリス
クを最小にするケミカルメカニカルポリシング装置が必
要である。From the above point of view, there is a need for a chemical mechanical polishing apparatus that minimizes the risk of substrate contamination and destruction while optimizing polishing throughput, flatness and finish.
【0011】具体的には、ポリシングしようとする基板
の表面全体に実質的に均一な圧力を与えるキャリアヘッ
ドが必要である。このキャリアヘッドは、ポリシングパ
ッドに実質的に平行な状態を保つことが可能となってい
るべきである。ポリシング中の基板の温度も制御可能で
あるべきである。Specifically, there is a need for a carrier head that provides a substantially uniform pressure over the surface of the substrate to be polished. The carrier head should be able to remain substantially parallel to the polishing pad. The temperature of the substrate during polishing should also be controllable.
【0012】本発明の更なる利点は、以下の説明に記載
されており、また一部は、以下の説明から自明なものあ
り、また、本発明の実施により習得されるものもある。
本発明の利点は、特許請求の範囲で特に指摘した要素や
組合わせにより実現されるものもある。[0012] Further advantages of the invention are set forth in the following description, and in part will be obvious from the following description, and also some will be learned by practice of the invention.
Some of the advantages of the invention may be realized by the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の具体例の1つ
は、ケミカルメカニカルポリシング装置のためのキャリ
アヘッドである。キャリアヘッドは、ハウジングと、ベ
ースと、負荷機構と、ジンバル機構ないし水平保持機構
とを有している。ベースは、基板をポリシングパッドに
対して保持する。負荷機構により、ベースが基板をポリ
シングパッドに対して押圧させる。ジンバル機構は、ハ
ウジングをベースに旋回可能な状態で接続させて、基板
とポリシングパッドとの間の境界部で第1の軸に沿って
配置されてもよいような地点の周りにベースが回転でき
るようにする。One of the embodiments of the present invention is a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus. The carrier head has a housing, a base, a load mechanism, and a gimbal mechanism or a horizontal holding mechanism. The base holds the substrate against the polishing pad. The loading mechanism causes the base to press the substrate against the polishing pad. The gimbal mechanism pivotally connects the housing to the base and allows the base to rotate about a point such that it may be located along the first axis at the interface between the substrate and the polishing pad. To do so.
【0014】別の具体例では、キャリアヘッドは、ハウ
ジングと、ベースと、負荷機構と、ジンバル機構ないし
水平保持機構とを有している。ジンバル機構はハウジン
グをベースに接続させて、ベースを回転させるように
し、また、水平方向の力をベースからハウジングへと伝
達できるようにする。In another embodiment, the carrier head has a housing, a base, a load mechanism, and a gimbal mechanism or horizontal holding mechanism. The gimbal mechanism connects the housing to the base to rotate the base and to transfer horizontal forces from the base to the housing.
【0015】キャリアヘッドは、第1の軸と実質的に垂
直な第2の軸の周りに回転してもよい。負荷機構は、ベ
ースをハウジングに接続させてこれらの間にチャンバを
形成得る、フレキシブルなシールを有していてもよい。
ジンバル機構は、キャリアに接続されるジンバルレース
と、ハウジングの中の通路の中をスライドするジンバル
ロッドと、ジンバルロッドに接続するベアリングとを有
していてもよい。ギャップにより、ロッドが通路の天井
部から隔てられてもよい。ジンバルレースは、ベアリン
グの球状の外側面と係合する球状の内側面を有してい
る。また、ジンバル機構は、ベアリングの外側面をジン
バルレースの内側面に対して強制するばねを有していて
もよい。The carrier head may rotate about a second axis substantially perpendicular to the first axis. The loading mechanism may have a flexible seal that allows the base to be connected to the housing to form a chamber therebetween.
The gimbal mechanism may include a gimbal race connected to the carrier, a gimbal rod sliding in a passage in the housing, and a bearing connected to the gimbal rod. A gap may separate the rod from the ceiling of the passage. The gimbal race has a spherical inner surface that engages the spherical outer surface of the bearing. The gimbal mechanism may also include a spring that forces the outer surface of the bearing against the inner surface of the gimbal race.
【0016】別の具体例では、ケミカルメカニカルポリ
シング装置のためのキャリアヘッドは、ハウジングと、
ベースと、負荷機構と、実質的に水平に伸びてベースを
ハウジングに接続させて第1の軸の周りにベースを回転
させるピン(又は複数のピン)とを備えている。In another embodiment, a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus includes a housing,
A base, a load mechanism, and a pin (or pins) extending substantially horizontally to connect the base to the housing and rotate the base about a first axis.
【0017】ハウジングは、ピンがその中を通る垂直に
細長いアパーチャーを有していてもよい。スライダーが
この細長アパーチャーにフィットしていてもよく、ま
た、ピンがスライダーの穴の中を伸張していてもよい。
スライダーはアパーチャーの中で垂直方向に実質的に自
由に動くことができるが、横方向の動きは実質的に制限
される。The housing may have a vertically elongated aperture through which the pin passes. The slider may fit into this elongated aperture and the pin may extend through a hole in the slider.
The slider is substantially free to move vertically within the aperture, but lateral movement is substantially limited.
【0018】別の具体例では、キャリアヘッドは、ハウ
ジングと、ベースと、負荷機構と、保持リング組立体と
を備えている。ベースは、本体と、第1の環状フランジ
とを有し、ギャップによりフランジが本体から隔てられ
ている。保持リングは、このギャップの中にフィットす
る第2の環状フランジを有している。環状のU字型のブ
ラダーが、フランジとベースの間のギャップに配置され
ている。In another embodiment, the carrier head includes a housing, a base, a loading mechanism, and a retaining ring assembly. The base has a body and a first annular flange, the gap separating the flange from the body. The retaining ring has a second annular flange that fits within this gap. An annular U-shaped bladder is located in the gap between the flange and the base.
【0019】フレキシブルな流体コネクターが、チャン
バの中のハウジングとベースの間を通過して、ハウジン
グの中の通路をU字型ブラダーにつなげてもよい。A flexible fluid connector may pass between the housing in the chamber and the base to connect the passage in the housing to the U-shaped bladder.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】図1A〜Eは、基板の平坦面上に
層を堆積するプロセスを例示する。図1Aに示すよう
に、基板10は、アルミニウム等のメタル層14で平坦
な半導体シリコンウエハ12をコーティングして処理し
てもよい。次いで、図1Bに示すように、メタル層14
の上にフォトレジスト層16をのせてもよい。その後、
詳細は後述するがフォトレジスト層16を光像に曝露
し、図1Cに示すようにパターニングを有するフォトレ
ジスト層16’を形成してもよい。図1Dに示すよう
に、パターニングを有するフォトレジスト層16’を形
成した後、メタル層14の露出面をエッチングして、メ
タル島14’を形成する。最後に、図1Eに示すよう
に、残留フォトレジストを除去する。1A-E illustrate a process for depositing a layer on a flat surface of a substrate. As shown in FIG. 1A, the substrate 10 may be treated by coating a flat semiconductor silicon wafer 12 with a metal layer 14 such as aluminum. Then, as shown in FIG.
A photoresist layer 16 may be placed on top of. afterwards,
As will be described in more detail below, the photoresist layer 16 may be exposed to a light image to form a patterned photoresist layer 16 'as shown in FIG. 1C. As shown in FIG. 1D, after forming a photoresist layer 16 ′ having patterning, the exposed surface of the metal layer 14 is etched to form a metal island 14 ′. Finally, as shown in FIG. 1E, the remaining photoresist is removed.
【0021】図2A〜Bは、基板上に層を連続的に堆積
することの困難さを例示する。図2Aに示すように、二
酸化珪素等の絶縁層20を、メタル島14’の上に形成
してもよい。絶縁層20の外側面22は、その下のメタ
ル島の構造体とほぼ正確に同じ形状を有しており、一連
の山と谷を形成するため、外側面22は非平坦である。
下にあるパターニング層の上に多数の層を堆積してエッ
チングすれば、外側面が更に複雑となるだろう。2A-B illustrate the difficulty of successively depositing layers on a substrate. As shown in FIG. 2A, an insulating layer 20 such as silicon dioxide may be formed on the metal island 14 '. The outer surface 22 of the insulating layer 20 has substantially the same shape as the underlying metal island structure and is non-planar to form a series of peaks and valleys.
Depositing and etching multiple layers on the underlying patterning layer will further complicate the outer surface.
【0022】図2Bに示すように、基板10の外側面2
2が平坦でなければ、その上に配置されるフォトレジス
ト層25も平坦ではなくなる。フォトレジスト層のパタ
ーニングは、典型的にはフォトリソグラフィー装置によ
って行われるが、この装置では、フォトレジスト上に光
像の焦点を合せる。この光像の装置は、典型的には、サ
ブミクロン〜ハーフミクロンのサイズの造作に対して
は、焦点深度が約0.2〜0.4ミクロンである。フォ
トレジスト層25があまり平坦ではない場合、即ち、外
側面22の山と谷の高さの差の最大が光像装置の焦点深
度よりも大きい場合は、表面22全体に光像を正確にフ
ォーカスすることが不可能になってしまうだろう。下に
あるパターニング層が1層によって形成される被平坦性
に光像装置が適合していたとしても、多数のパターニン
グ層の堆積後は、その高さの差の最大値が焦点深度を越
えるだろう。As shown in FIG. 2B, the outer surface 2 of the substrate 10
If the 2 is not flat, the photoresist layer 25 placed on it is also not flat. Patterning of the photoresist layer is typically performed by a photolithographic apparatus, which focuses a light image on the photoresist. The optical imaging device typically has a depth of focus of about 0.2 to 0.4 microns for submicron to half micron size features. If the photoresist layer 25 is not very flat, that is, if the maximum difference between the heights of the peaks and valleys on the outer surface 22 is larger than the depth of focus of the optical imaging device, the optical image is accurately focused on the entire surface 22. Would be impossible to do. Even if the optical imager is compatible with the flatness of the underlying patterning layer formed by one layer, the maximum height difference will exceed the depth of focus after deposition of multiple patterning layers. Let's do it.
【0023】焦点深度を改善したフォトリソグラフィー
装置を新たに設計することは高価につくので、行うわな
い方がよいだろう。更に、集積回路の造作のサイズが小
型化するにつれて、波長の短い光を使わざるを得なくな
り、その結果、用いることができる焦点深度が更に小さ
くなる。Redesigning a photolithography apparatus with improved depth of focus is expensive and should not be done. Moreover, as the size of integrated circuit features shrinks, shorter wavelength light is obliged to be used, resulting in a smaller usable depth of focus.
【0024】図2Cに示すように、解決策は、外側面を
平坦化することである。平坦化の工程では、メタルであ
れ半導体であれ絶縁体であれ外側面を削り取り、実質的
にスムーズで平坦な外側面22を形成する。このように
すれば、フォトリソグラフィー装置のフォーカシングを
正確に行うことが可能となる。平坦化の工程は、山と谷
の差が焦点深度を越えないようにする必要がある場合に
のみ実施すればよく、あるいは、平坦化の工程は、パタ
ーニング層の上に新しい層を堆積する度に行ってもよ
い。As shown in FIG. 2C, the solution is to flatten the outer surface. In the planarization step, the outer surface, whether metal, semiconductor, or insulator, is ground to form a substantially smooth and flat outer surface 22. This makes it possible to accurately perform focusing of the photolithography apparatus. The planarization step need only be performed if the difference between the peaks and valleys does not exceed the depth of focus, or the planarization step is performed every time a new layer is deposited on the patterning layer. You may go to.
【0025】研磨の工程は、メタルで、半導体、又は絶
縁体に行うことができる。特定の反応性剤と、研磨粒子
と、触媒とを、研磨しようとする面に応じて変えればよ
い。本発明は、上掲の層のいずれにも適用できる。The polishing step can be performed on a metal, a semiconductor, or an insulator. The specific reactive agent, abrasive particles, and catalyst may be changed according to the surface to be polished. The present invention can be applied to any of the layers listed above.
【0026】図3に示すように、本発明に従ったケミカ
ルメカニカルポリシングシステム50は、ポリシング装
置60に隣設する搬入装置80を有している。搬入装置
80は、回転及び伸張が可能なアーム62を、オーバー
ヘッドトラック64より懸下して有している。図におい
ては、オーバーヘッドトラック64を部分的に破断して
ポリシング装置を更に明確に示している。アーム62
は、真空ポートつきブレード67とカセットクロー68
とを有するリスト組立体66のところで終了している。As shown in FIG. 3, the chemical mechanical polishing system 50 according to the present invention has a carry-in device 80 adjacent to the polishing device 60. The carry-in device 80 has an arm 62 capable of rotating and extending, suspended from an overhead track 64. In the figure, the overhead track 64 is partially broken away to show the polishing device more clearly. Arm 62
Is a blade 67 with vacuum port and cassette claw 68
And ends at the wrist assembly 66 with.
【0027】基板10がポリシングシステム50のカセ
ット70内に搬入されて、保持ステーション72内に配
置され、又は、タブ74内に直接配置される。アーム6
4上のカセットクロー68を用いて、カセット70を把
持し、保持ステーション72からタブ74へと移動させ
てもよい。タブ74は、脱イオン水などの液体浴75で
満たされていてもよい。ブレード67は真空ステーショ
ンにより、タブ74内のカセット70からの個々の基板
を固定し、基板をカセット70から取り出し、ポリシン
グ装置80へと基板を搬入させる。ポリシング装置80
による基板の研磨が終了すれば、ブレード67が基板を
同じカセット70又は別のカセットへと戻す。カセット
70内の基板全てが研磨されれば、クロー68はカセッ
ト70をタブ74から取り出し保持ステーションへとカ
セットを戻してもよい。The substrate 10 is loaded into the cassette 70 of the polishing system 50 and placed in the holding station 72 or directly in the tab 74. Arm 6
The cassette claw 68 on 4 may be used to grip the cassette 70 and move it from the holding station 72 to the tab 74. The tub 74 may be filled with a liquid bath 75 such as deionized water. The blade 67 secures the individual substrates from the cassette 70 within the tub 74 by a vacuum station, removes the substrates from the cassette 70, and loads the substrates into the polishing apparatus 80. Polishing device 80
When the polishing of the substrate by (1) is completed, the blade 67 returns the substrate to the same cassette 70 or another cassette. Once all the substrates in the cassette 70 have been polished, the claw 68 may remove the cassette 70 from the tab 74 and return the cassette to the holding station.
【0028】ポリシング装置80は、テーブルトップ8
3が上に装着された下側の機械土台82と、着脱可能な
上外側カバー(図示せず)とを有している。図4に最も
良く表されているが、テーブルトップ83は、一連のポ
リシングステーション100a、100b、100c
と、移送ステーション105とを支持している。移送ス
テーション105は、3つのポリシングステーション1
00a、100b、100cと略方形の配置を構成して
いる。移送ステーション105は複数の機能を有し、そ
れは、搬入装置60から基板10を受容する機能と、基
板を洗浄する機能と、基板をキャリアヘッド内へ搬入す
る機能(詳細は後述)と、基板をキャリアヘッドから受
容する機能と、基板を再び洗浄する機能と、基板をカセ
ットに戻す搬入装置へと基板を戻す機能とを有してい
る。The polishing device 80 comprises the table top 8
3 has a lower mechanical base 82 mounted on the upper side and a removable upper outer cover (not shown). As best shown in FIG. 4, the table top 83 includes a series of polishing stations 100a, 100b, 100c.
And a transfer station 105. The transfer station 105 includes three polishing stations 1
00a, 100b, 100c form a substantially rectangular arrangement. The transfer station 105 has a plurality of functions, namely, a function of receiving the substrate 10 from the loading device 60, a function of cleaning the substrate, a function of loading the substrate into the carrier head (details will be described later), and a function of loading the substrate. It has a function of receiving from the carrier head, a function of cleaning the substrate again, and a function of returning the substrate to the carry-in device for returning the substrate to the cassette.
【0029】各ポリシングステーション100a、10
0b又は100cは、ポリシングパッド120が上に置
かれる、回転可能なプラーテン110を有している。各
ポリシングステーション100a、100b及び100
cは、組合わせのパッドコンディショナー装置130を
更に有していてもよい。それぞれのパッドコンディショ
ナー装置は、回転可能なアーム132を有し、このアー
ム132は、独立して回転するコンディショナーヘッド
134と、組合わせの洗浄ベイズン136とを有してい
る。コンディショナー装置は、ポリシングパッドの状態
を制御して、ポリシングパッドに圧迫されている基板が
回転している間に有効に研磨できるようにしている。Each polishing station 100a, 10
0b or 100c has a rotatable platen 110 on which a polishing pad 120 is placed. Each polishing station 100a, 100b and 100
c may further include a combined pad conditioner device 130. Each pad conditioner device has a rotatable arm 132, which has an independently rotatable conditioner head 134 and a combination cleaning basin 136. The conditioner device controls the condition of the polishing pad to enable effective polishing while the substrate pressed against the polishing pad is rotating.
【0030】隣接し合うポリシングステーション100
a、100b、100c及び移送ステーション105の
間に、2つの中間洗浄ステーション140a及び140
bまたはそれ以上が配置されていてもよい。この洗浄ス
テーションは、基板がポリシングステーションからポリ
シングステーションへと移動する間に基板をリンスす
る。Adjacent polishing stations 100
a, 100b, 100c and the transfer station 105 between the two intermediate cleaning stations 140a and 140.
b or more may be arranged. The rinsing station rinses the substrate as it moves from polishing station to polishing station.
【0031】回転可能なマルチヘッドのカルーセル15
0が、下側の機械土台82の上の位置を与えられる。カ
ルーセル150は、中心ポスト152に支持され、この
上で、土台82内部に配置されたカルーセルモーターに
よりカルーセル軸154の周りを回転する。中心ポスト
152は、カルーセル支持板156とカバー158Tを
支持する。マルチヘッドのカルーセル150は、4つの
キャリアヘッドシステム160a、160b、160
c、160dを有している。キャリアヘッドシステムの
うちの3つは、基板を受容して保持し、ポリシングステ
ーション100a、100b、100cのプラーテン1
10上でポリシングパッド120に基板を圧迫すること
により、基板を研磨するものである。キャリアヘッドシ
ステムのうちの1つは、移送ステーション105から基
板を受容し、移送ステーション105へと基板を搬出す
る。Rotatable multi-head carousel 15
Zero is given the position above the lower machine base 82. The carousel 150 is supported by a central post 152, on which a carousel motor disposed inside the base 82 rotates about a carousel axis 154. The center post 152 supports the carousel support plate 156 and the cover 158T. The multi-head carousel 150 includes four carrier head systems 160a, 160b, 160.
c and 160d. Three of the carrier head systems receive and hold substrates and platen 1 of polishing stations 100a, 100b, 100c.
The substrate is polished by pressing the substrate against the polishing pad 120 on the substrate 10. One of the carrier head systems receives the substrate from the transfer station 105 and carries it out to the transfer station 105.
【0032】好適な具体例では、4つのキャリアヘッド
システム160a〜160dが、カルーセル支持板15
6の上に、カルーセル軸154の周りに同じ角度の間隔
で載置される。中心ポスト152がカルーセル支持板1
56を支持し、カルーセルモーターにより、カルーセル
支持板156を回転させてキャリアヘッドシステム16
0a〜160dと、これらに付いている基板を、カルー
セル軸の周りを軌道上に回転させる。In the preferred embodiment, four carrier head systems 160a-160d are connected to the carousel support plate 15.
6 is mounted around the carousel axis 154 at equal angular intervals. The center post 152 is the carousel support plate 1
56, and the carousel support plate 156 is rotated by the carousel motor to rotate the carrier head system 16
0a to 160d and the substrates attached thereto are rotated on the orbit around the carousel axis.
【0033】キャリアヘッドシステム160a〜160
dは、ポリシングヘッドないしキャリアヘッド180を
有している。キャリアヘッド180のそれぞれは、自身
の軸の周りを回転し、支持板156に形成された半径方
向スロット182内をそれぞれ独立して水平に往復運動
する。キャリア駆動シャフト184が、キャリアヘッド
回転モーター186をキャリアヘッド180に接続させ
る(カバー158の4分の1を外して示してある)。各
ヘッドにはそれぞれ、1つのキャリアモーターシャフト
とモーターをがある。Carrier head systems 160a-160
d has a polishing head or carrier head 180. Each of the carrier heads 180 rotates about its own axis and independently reciprocates horizontally within a radial slot 182 formed in the support plate 156. Carrier drive shaft 184 connects carrier head rotary motor 186 to carrier head 180 (shown with quarter cover 158 removed). Each head has one carrier motor shaft and one motor, respectively.
【0034】キャリアヘッド180の底部に付いている
基板を、ポリシングヘッド160a〜160dにより昇
降してもよい。カルーセルシステム全体としての利点
は、ポリシングヘッドシステムが基板を受け取って研磨
と洗浄のための配置させるために要する縦ストロークは
短くて済むことである。必要な縦ストロークに適合させ
るため、入力制御信号(例えば、空気圧、水力又は電気
信号)を加えてポリシングヘッドシステムのキャリアヘ
ッド180を伸縮させる。具体的には、入力制御信号に
より、ウエハ受容リセスを有する下側キャリア部材を、
静置されている上側キャリア部材と相対的に縦方向に運
動させる。The substrate attached to the bottom of the carrier head 180 may be moved up and down by the polishing heads 160a to 160d. An advantage of the carousel system as a whole is that the polishing head system takes a short vertical stroke to receive the substrate and place it for polishing and cleaning. An input control signal (eg, pneumatic, hydraulic or electrical signal) is applied to extend or retract the carrier head 180 of the polishing head system to accommodate the required vertical stroke. Specifically, the input control signal causes the lower carrier member having the wafer receiving recess to
It is moved vertically relative to the stationary upper carrier member.
【0035】実際に研磨している間は、キャリアヘッド
のうちの3つ、即ちポリシングヘッドシステム160a
〜160cのそれぞれのキャリアヘッドがそれぞれ、ポ
リシングステーション100a〜100cのそれぞれの
上の位置を占める。回転プラーテン110のそれぞれ
が、上面が研磨スラリでウェットになっているポリシン
グパッドを支持している。キャリアヘッド180が基板
を下げてポリシングパッド120と接触するようにな
り、研磨スラリが、基板又はウエハを化学的研磨及び機
械的研磨するための媒体として作用する。During the actual polishing, three of the carrier heads, namely the polishing head system 160a.
.About.160c each occupy a position above each polishing station 100a-100c. Each of the rotating platens 110 supports a polishing pad whose top surface is wet with polishing slurry. The carrier head 180 lowers the substrate into contact with the polishing pad 120, and the polishing slurry acts as a medium for chemical and mechanical polishing of the substrate or wafer.
【0036】基板が研磨される毎に、コンディショナー
装置130によりポリシングパッド120の状態を調節
する。ポリシングパッド120の中心と外縁との間を往
復運動することにより、アーム132がコンディショナ
ーヘッド134を、ポリシングパッド120全面に対し
てスイープさせる。コンディショナー134は、ニッケ
ルコーティングのダイヤモンド面などの研磨面を有して
いる。コンディショナーヘッド134の研磨面を、回転
しているポリシングパッド120に圧迫し、パッドを削
って調節する。The conditioner device 130 adjusts the condition of the polishing pad 120 each time the substrate is polished. The arm 132 sweeps the conditioner head 134 over the entire surface of the polishing pad 120 by reciprocating between the center and the outer edge of the polishing pad 120. The conditioner 134 has a polishing surface such as a nickel-coated diamond surface. The polishing surface of the conditioner head 134 is pressed against the rotating polishing pad 120, and the pad is ground and adjusted.
【0037】使用においては、ポリシングヘッド180
は、例えばキャリアヘッドシステムの4番目160d
が、最初にウエハ移送ステーション105の上方に配置
される。カルーセル150が回転している間は、キャリ
アヘッドシステム160a、160b、160c、16
0dを、ポリシングステーション100a、100b、
100c並びに移送ステーション105の上に配置させ
る。カルーセル150により、ポリシングステーション
のそれぞれが、最初に移送ステーション105の上、次
にポリシングステーション100a〜100cの1つ以
上の上、そして移送ステーション05に戻るように、一
連として配置できるようになる。In use, the polishing head 180
Is, for example, the fourth 160d of the carrier head system.
Are first placed above the wafer transfer station 105. While the carousel 150 is rotating, the carrier head systems 160a, 160b, 160c, 16
0d is the polishing station 100a, 100b,
100c and transfer station 105. Carousel 150 allows each of the polishing stations to be arranged in series, first on transfer station 105, then on one or more of polishing stations 100a-100c, and back on transfer station 05.
【0038】図5A〜Fは、カルーセルと、ウエハ
(W)等の基板の挿入及びキャリアヘッドシステム16
0a〜160dの一連の運動に関するカルーセルの運動
を示す。図5Aに示すように、第1のウエハ(W#1)
が搬入装置から移送ステーション105へと搬入され、
そこで、ウエハが洗浄され、キャリアヘッド180、例
えば第1のキャリアヘッドシステム160aへと搬送さ
れる。そして、カルーセル150を支持中心ポスト15
2上で反時計方向に回転して、図5Bに示すように、ウ
エハ(W#1)を有する第1のキャリアヘッドシステム
160aが第1のポリシングステーション100aに位
置するようにし、そこではウエハW#1の第1の研磨工
程が行われる。第1のポリシングステーション100a
でウエハ(W#1)を研磨している間、搬入装置から移
送ステーション105へと第2のウエハ(W#2)を搬
送し、そこから、この時点で移送ステーション105の
上方の位置を占めている第2のキャリアヘッドシステム
160bへと搬送する。そして、カルーセル150を再
び反時計方向に90゜回転させ、図5Cに示すように、
第1のウエハ(W#1)を第2のポリシングステーショ
ン100bの上方に配置させ第2のウエハ(W#2)を
第1のポリシングステーション100aの上方に配置さ
せる。第3のキャリアヘッドシステム100cは、移送
ステーション105の上方に配置されており、ここか
ら、搬入システム60からの第3のウエハ(W#3)を
受容する。好適な具体例では、図5(g)に示すステー
ジの間は、第2のポリシングステーション100bにあ
るウエハ(W#1)は、第1のポリシングステーション
100aにあるときよりも細かな粒子の研磨材で研磨さ
れる。次のステージでは、図5Dに例示されるように、
カルーセル150を再び反時計方向に90゜回転させ
て、ウエハ(W#1)を第3の研磨ステーション100
cの上、ウエハ(W#2)を第2の研磨ステーション1
00bの上、ウエハ(W#3)を第1の研磨ステーショ
ン100aの上の、それぞれの位置を占めるようにしつ
つ、第4のキャリアヘッドシステム160dが搬入装置
60から第4のウエハ(W#4)を受容するようにす
る。第3のポリシングステーションでの研磨の工程で
は、第2のポリシングステーション100bでの研磨の
工程よりも細かく研磨がなされることが好ましい。この
ステージの終了後、カルーセル150を再び回転させ
る。しかし、ここでは、反時計方向に90゜回転させる
のではなく、カルーセル150を時計方向に270゜回
転させる。1方向に連続して回転することを避けること
により、カルーセル150は、複雑なロータリーカップ
リングではなく、簡単な可とう性の流体及び電気のコネ
クションを用いることができる。この回転により、図5
Eに示すように、ウエハ(W#1)が移送ステーション
105の上に、ウエハ(W#2)が第3のポリシングス
テーション100cの上に、ウエハ(W#3)が第2の
ポリシングステーション100bの上に、ウエハ(W#
4)が第1のポリシングステーション100aの上に、
それぞれ配置されることになる。ウエハ(W#2)〜
(W#4)の研磨が行われている間、ウエハ(W#1)
は移送ステーション105で洗浄され、キャリアヘッド
システム160aから搬入装置60へと戻される。最後
に、図5Fに示すように、第5のウエハ(W#5)が第
1のキャリアヘッドシステム160a内に搬入される。
このステージの後、このプロセスを反復する。5A to 5F show a carousel and insertion of a substrate such as a wafer (W) and a carrier head system 16.
4 illustrates carousel motion for a series of motions from 0a to 160d. As shown in FIG. 5A, the first wafer (W # 1)
From the loading device to the transfer station 105,
There, the wafer is cleaned and transported to the carrier head 180, eg, the first carrier head system 160a. Then, the carousel 150 is supported to support the center post 15.
2 is rotated counterclockwise so that the first carrier head system 160a with the wafer (W # 1) is located at the first polishing station 100a, as shown in FIG. The # 1 first polishing step is performed. First polishing station 100a
The second wafer (W # 2) is transferred from the carry-in device to the transfer station 105 while polishing the wafer (W # 1) at the same time, and from there, occupies a position above the transfer station 105 at this point. The second carrier head system 160b. Then, the carousel 150 is rotated again by 90 ° counterclockwise, and as shown in FIG. 5C,
The first wafer (W # 1) is arranged above the second polishing station 100b and the second wafer (W # 2) is arranged above the first polishing station 100a. The third carrier head system 100c is located above the transfer station 105 from which it receives the third wafer (W # 3) from the loading system 60. In a preferred embodiment, during the stage shown in FIG. 5 (g), the wafer (W # 1) at the second polishing station 100b has finer grain polishing than when it was at the first polishing station 100a. The material is polished. In the next stage, as illustrated in Figure 5D,
The carousel 150 is again rotated counterclockwise by 90 ° to move the wafer (W # 1) to the third polishing station 100.
wafer (W # 2) on the second polishing station 1
00b, the fourth carrier head system 160d moves the wafer (W # 3) from the carry-in device 60 to the fourth wafer (W # 4) while occupying the respective positions on the first polishing station 100a. ) To accept. It is preferable that the polishing step in the third polishing station is finer than the polishing step in the second polishing station 100b. After the end of this stage, the carousel 150 is rotated again. However, here, the carousel 150 is rotated clockwise by 270 ° instead of being rotated counterclockwise by 90 °. By avoiding continuous rotation in one direction, the carousel 150 can use simple flexible fluid and electrical connections rather than complex rotary couplings. Due to this rotation,
As shown in E, the wafer (W # 1) is on the transfer station 105, the wafer (W # 2) is on the third polishing station 100c, and the wafer (W # 3) is on the second polishing station 100b. On top of the wafer (W #
4) is on the first polishing station 100a,
It will be arranged respectively. Wafer (W # 2)
Wafer (W # 1) while (W # 4) is being polished
Are washed at the transfer station 105 and returned from the carrier head system 160a to the carry-in device 60. Finally, as shown in FIG. 5F, the fifth wafer (W # 5) is loaded into the first carrier head system 160a.
After this stage, the process is repeated.
【0039】図6に示すように、システム160aなど
のキャリアヘッドシステムにより、基板を下げて、ポリ
シングステーション100aなどのポリシングステーシ
ョンに係合するようにする。前述のように、ポリシング
ステーションのそれぞれは、ポリシングパッド120を
支持する堅固なプラーテン110を有している。基板1
0が直径8インチ(200mm)のディスクである場合
は、プラーテン110及びポリシングパッド120は、
直径約20インチ(約500mm)となろう。プラーテ
ン110は、ステンレス鋼の駆動シャフトによりプラー
テン駆動モーター(図示せず)に接続する回転可能なア
ルミニウム又はステンレス鋼であることが好ましい。ほ
とんどの研磨プロセスでは、駆動モーターによりプラー
テン110(120)を30〜200rpm(revolutio
ns per minute)で回転させるが、これよりも低い回転速
度や高い回転速度を採用してもよい。A carrier head system, such as system 160a, lowers the substrate into engagement with a polishing station, such as polishing station 100a, as shown in FIG. As mentioned above, each of the polishing stations has a rigid platen 110 supporting a polishing pad 120. Substrate 1
If 0 is an 8 inch (200 mm) diameter disk, the platen 110 and polishing pad 120 are
It will be about 20 inches in diameter. The platen 110 is preferably rotatable aluminum or stainless steel that is connected to a platen drive motor (not shown) by a stainless steel drive shaft. In most polishing processes, the drive motor drives the platen 110 (120) at 30-200 rpm (revolutio
The rotation speed is lower than this, but a lower rotation speed or a higher rotation speed may be adopted.
【0040】ポリシングパッド120は、粗い表面12
2を有する硬いコンポジット材料製である。ポリシング
パッド120は、厚さ50milの硬い上層124と、
厚さ50milの軟らかい下層126とを有していても
良い。上層124は、ポリウレタンを充填材と混合した
材料製であることが好ましい。下層126は、ウレタン
で濾した圧縮したフェルト繊維から構成される材料製で
あることが好ましい。上層がIC-400(商品名)、下層が
SUBA-4(商品名)で構成される普通の2層ポリシングパ
ッドが、米国デラウエア州ニューアークのRodel社から
入手可能である。具体例の1つでは、ポリシングパッド
120は、圧力感知接着層128により接着される。The polishing pad 120 has a rough surface 12.
Made of a rigid composite material having 2. The polishing pad 120 includes a hard upper layer 124 having a thickness of 50 mil,
It may have a soft underlayer 126 with a thickness of 50 mils. The upper layer 124 is preferably made of a material in which polyurethane is mixed with a filler. The lower layer 126 is preferably made of a material composed of compressed felt fibers that have been strained with urethane. The upper layer is IC-400 (trade name), the lower layer is
A common two-layer polishing pad composed of SUBA-4 (trade name) is available from Rodel, Inc. of Newark, Del., USA. In one embodiment, polishing pad 120 is adhered by pressure sensitive adhesive layer 128.
【0041】キャリアヘッドシステムのそれぞれが、回
転可能なキャリアヘッドを有している。このキャリアヘ
ッドは、上面22をポリシングパッド120の外側面1
22に押して面を押し下げ、基板10を保持する。通常
はステップ100aで行われる主となるポリシングのス
テップでは、キャリアヘッド180が約4〜10psi
の力を基板10に対して加える。これに続くステーショ
ンでは、キャリアヘッド180はこれよりも大きな力を
かけてもよく、あるいは、小さな力をかけてもよい。例
えば、通常はステーション100cで行われる最終のポ
リシングのステップでは、キャリアヘッド180には約
3psiの力がかけられる。キャリア駆動モーター18
6(図4参照)により、キャリアヘッド180が約30
〜200rpmの回転数で回転する。好ましい具体例で
は、プラーテン110とキャリアヘッド180は、実質
的に同じ速度で回転する。Each of the carrier head systems has a rotatable carrier head. The carrier head has an upper surface 22 on the outer surface 1 of the polishing pad 120.
The substrate 10 is held by pushing the substrate 22 by pushing down on the surface. In the main polishing step, which is usually done in step 100a, the carrier head 180 is about 4-10 psi.
Is applied to the substrate 10. At subsequent stations, the carrier head 180 may exert more or less force. For example, in the final polishing step, which typically takes place at station 100c, carrier head 180 is subjected to a force of about 3 psi. Carrier drive motor 18
6 (see FIG. 4), the carrier head 180 has about 30
Rotate at ~ 200 rpm. In the preferred embodiment, platen 110 and carrier head 180 rotate at substantially the same speed.
【0042】反応剤と、研磨粒子(例えば、酸化物の研
磨には二酸化珪素)と、化学反応触媒(例えば、酸化物
の研磨には水酸化カリウム)とを有するスラリ190
が、スラリ供給管195によりポリシングパッド120
の表面に供給される。ポリシングパッド120全体をカ
バーしてウェットとするよう、充分なスラリが供給され
る。A slurry 190 having a reactant, abrasive particles (eg, silicon dioxide for polishing oxides), and a chemical reaction catalyst (eg, potassium hydroxide for polishing oxides).
However, the slurry supply pipe 195 causes the polishing pad 120 to
Supplied to the surface. Sufficient slurry is supplied to cover the entire polishing pad 120 and make it wet.
【0043】ケミカルメカニカルポリシングは、相当に
複雑なプロセスであり、単純なウェットサンディングと
は異なるものである。ポリシングプロセスでは、スラリ
190中の反応性剤が上層20の導電性、半導電性又は
絶縁性の面22と反応し、また、研磨粒子と反応して、
反応性のサイトを形成する。ポリシングパッド、研磨粒
子及び反応性剤の基板との相互作用が、ポリシング中に
生じる。Chemical mechanical polishing is a rather complex process and differs from simple wet sanding. In the polishing process, the reactive agent in the slurry 190 reacts with the conductive, semi-conductive or insulating surface 22 of the upper layer 20 and with the abrasive particles,
Form reactive sites. Interaction of the polishing pad, abrasive particles, and reactive agent with the substrate occurs during polishing.
【0044】カルーセル150のカバー158が取り除
かれている図7に示されるように、カルーセル支持板1
56は、4つのキャリアヘッドシステム160a〜16
0dを支持している。カルーセル支持板は、およそ放射
方向に伸張し90゜の間隔で配向する4つのスロット1
82を有している。スロット182は、クローズエンド
(図示のように)であってもよく、あるいは、オープン
エンドであってもよい。支持板156の上部が、4つの
スロットを有するキャリアヘッド支持スライド200を
支持している。スライド200のそれぞれが、スロット
182の1つに沿って調心し、支持板156に対して放
射方向の通路に沿って自由に移動する。2つのリニアベ
アリング組立体201がスロット182のそれぞれを囲
み、スライド200のそれぞれを支持している。As shown in FIG. 7, the carousel support plate 1 is shown with the cover 158 of the carousel 150 removed.
56 is four carrier head systems 160a-16
0d is supported. The carousel support plate has four slots 1 that extend approximately radially and are oriented at 90 ° intervals.
82. The slot 182 may be closed end (as shown) or open end. The upper portion of the support plate 156 supports a carrier head support slide 200 having four slots. Each of the slides 200 is centered along one of the slots 182 and is free to move along a radial path relative to the support plate 156. Two linear bearing assemblies 201 surround each of the slots 182 and support each of the slides 200.
【0045】図7及び8の双方に示されるように、リニ
アベアリング組立体201のそれぞれは、支持板156
に固定されるレール202と、レールを把持するスライ
ド200に固定される2本のハンド(これらの一方のみ
が図8に示される)とを有している。ベアリング206
により、ハンドのそれぞれがレール202から隔てられ
て、これらの間に自由でスムーズな運動を与えている。
このように、リニアベアリング組立体により、スライド
200がスロット182に沿って自由に動く事が可能と
なる。As shown in both FIGS. 7 and 8, each of the linear bearing assemblies 201 includes a support plate 156.
And a two hands (only one of which is shown in FIG. 8) fixed to the slide 200 holding the rail. Bearing 206
Thus, each of the hands is separated from the rail 202 and gives a free and smooth motion between them.
Thus, the linear bearing assembly allows slide 200 to move freely along slot 182.
【0046】ベアリングストップ208が、レール20
2の1つの外側の端部にしっかりと固定され、スライド
がレールのこの端部から偶発的に落ちることを防止す
る。スライド200のそれぞれのアームの1つは、ここ
に図示しないが、スライドの末端近くに固定される再循
環ボールのねじ切り受容キャビティ又はナットを有して
いる。このねじ切りキャビティ又はナットは、支持板1
56に載置されるスライドオシレーターモータ212に
よって駆動されるウォームギア親ねじ210を有してい
る。モーター212が親ねじ210を廻せば、スライド
200が半径方向に動く。カルーセル支持板156のス
ロット182に沿って4つのスライド200を独立に運
動させるため、4つのモーター212は独立に動作可能
である。The bearing stop 208 is the rail 20.
Tightly secured to the outer end of one of the two, preventing the slide from accidentally falling from this end of the rail. One of each arm of slide 200 has a recirculation ball threaded receiving cavity or nut, not shown here, which is secured near the end of the slide. This threaded cavity or nut is a support plate 1
It has a worm gear lead screw 210 driven by a slide oscillator motor 212 mounted on 56. When the motor 212 turns the lead screw 210, the slide 200 moves in the radial direction. The four motors 212 are independently operable to independently move the four slides 200 along the slots 182 of the carousel support plate 156.
【0047】スライド200のそれぞれが、光学位置セ
ンサ224と連動している。水平に伸びるウィング22
2を有する、アングルアイアン220が、スライド20
0のそれぞれのウォームの側に付いている。支持板15
6には光学位置センサ224が固定されている。センサ
224の高さは、ウィング222がセンサ224の2つ
のジョーを通過するように与えられ、また、センサ22
4のスロット182に沿った線形の位置は、スライド2
00が一番内側の位置から一番外側の位置へ動くときに
ウィング222がセンサ224の一方の側から他方の側
へと通過するように、与えられる。スライドの位置が、
モーター212への入力又はこれに取り付けたエンコー
ダーによってモニタされるが、このモニタの方法は間接
的なものであり、誤差が蓄積してしまう。光学位置セン
サ224が電子的なモニタを調整し、また、機械制御の
電力停止又は同様の損失がある場合に特に有用である。Each slide 200 is associated with an optical position sensor 224. Wings 22 extending horizontally
Angle iron 220 having 2 slide 20
On each side of the 0 worm. Support plate 15
An optical position sensor 224 is fixed at 6. The height of sensor 224 is such that wing 222 passes through the two jaws of sensor 224, and sensor 22
Linear position along slot 182 of four slides 2
Wings 222 are provided to pass from one side of sensor 224 to the other side as 00 moves from the innermost position to the outermost position. The position of the slide is
It is monitored by an input to the motor 212 or an encoder attached thereto, but this monitoring method is indirect, and errors are accumulated. The optical position sensor 224 adjusts the electronic monitor and is particularly useful when there is a machine controlled power outage or similar loss.
【0048】キャリアヘッド組立体は、それぞれが、キ
ャリアヘッド180と、キャリア駆動シャフト184
と、キャリアモーター186と、これを包囲する非回転
シャフトハウジング226とを有しており、4つのスラ
イド200のそれぞれに固定されている。駆動シャフト
226は、対の組になっている下側リングベアリング2
42と、1組の上側リングベアリング244とにより、
駆動シャフト184を保持している。キャリアヘッド組
立体のそれぞれは、ポリシング装置80から離れて組み
立てられることができ、締められていない状態でカルー
セル支持板156のスライド200のアーム同士の間の
スロット182の中に滑り込むことができ、そこで締め
られてスライドを把持することができる。The carrier head assemblies each include a carrier head 180 and a carrier drive shaft 184.
, A carrier motor 186, and a non-rotating shaft housing 226 surrounding the carrier motor 186, and are fixed to each of the four slides 200. The drive shaft 226 is a pair of lower ring bearings 2
42 and the pair of upper ring bearings 244,
Holds the drive shaft 184. Each of the carrier head assemblies can be assembled separately from the polishing device 80 and can be slid into the slot 182 between the arms of the slide 200 of the carousel support plate 156 where it is untightened. It can be tightened to grip the slide.
【0049】駆動モーター186の上部のロータリーカ
ップリング230が、4本の流体又は電気のライン23
2を駆動シャフト184の4つのチャンネル234(図
8は断面図のためチャンネルを2つしか示していない)
につなぐ。駆動シャフト184のベースフランジ238
に形成された傾斜通路236により、4つのチャンネル
234がキャリアヘッド180の受容チャンネルに接続
される。更に詳細を後述するが、チャンネル234を用
いキャリアヘッド180に空気圧で動力を与えて、キャ
リアヘッドの温度を制御し、また、基板をキャリアヘッ
ドの底部に真空チャックする。The rotary coupling 230 on top of the drive motor 186 provides four fluid or electrical lines 23.
Two drive shafts 184 with four channels 234 (FIG. 8 shows only two channels due to cross-section)
Connect to. Base flange 238 of drive shaft 184
The four channels 234 are connected to the receiving channels of the carrier head 180 by the inclined passages 236 formed in the. As will be described in more detail below, the channel 234 is used to pneumatically power the carrier head 180 to control the temperature of the carrier head and to vacuum chuck the substrate to the bottom of the carrier head.
【0050】図9に模式的に示されるように、キャリア
ヘッド180は、3つの主要な組立体から成っている。
即ち、ベース組立体250と、ハウジング組立体252
と、保持リング組立体254とである。これらの組立体
のそれぞれの詳細は、以下に説明する。As shown diagrammatically in FIG. 9, the carrier head 180 consists of three main assemblies.
That is, the base assembly 250 and the housing assembly 252.
And the retaining ring assembly 254. Details of each of these assemblies are described below.
【0051】ベース組立体250は基板10に負荷を与
え、即ち、基板10をポリシングパッド120に押圧す
る。ハウジング組立体252は、駆動シャフト184に
接続し、駆動シャフト184によって回転する。トルク
ピン256がハウジング組立体252をベース組立体2
50に接続して、トルクをベース組立体へと伝達しこれ
を回転させる。ベース組立体250はジンバル機構25
8を有しており、これにより、ベース組立体250及び
保持リング組立体254が、基板10とポリシングパッ
ド120との境界部で地点260の周りに2次元的に旋
回することができるようになる。ジンバル機構258
は、「負荷を受けていない状態」であり、即ち、ハウジ
ング組立体252からジンバル機構を介してベース組立
体250へ至る下向きの力は、与えられていない。しか
し、ジンバル機構258は、例えば基板とポリシングパ
ッドの間の摩擦力による剪断力等のあらゆる側負荷をハ
ウジング組立体252に伝達し、このとき基板への圧力
の非均一性に影響することはない。更に、ジンバル機構
258は、ベース組立体が駆動シャフトと同じ軸の周り
を回転する事を保持する。The base assembly 250 loads the substrate 10, ie, presses the substrate 10 against the polishing pad 120. The housing assembly 252 connects to and is rotated by the drive shaft 184. Torque pin 256 connects housing assembly 252 to base assembly 2
Connect to 50 to transfer torque to the base assembly for rotation. The base assembly 250 is a gimbal mechanism 25.
8 which allows the base assembly 250 and the retaining ring assembly 254 to pivot two-dimensionally around a point 260 at the interface between the substrate 10 and the polishing pad 120. . Gimbal mechanism 258
Is in an "unloaded state", that is, no downward force is applied from the housing assembly 252 to the base assembly 250 via the gimbal mechanism. However, the gimbal mechanism 258 transfers any side load to the housing assembly 252, such as shear due to friction between the substrate and the polishing pad, without affecting the non-uniformity of pressure on the substrate. . Further, the gimbal mechanism 258 keeps the base assembly rotating about the same axis as the drive shaft.
【0052】シール262が、ハウジング組立体252
を保持リング組立体254へ接続して、圧力チャンバ2
64を形成する。流体、好ましくはエアが、ポンプ輸送
により、駆動シャフト184のチャンネル234の1つ
を介して圧力チャンバ264を出入りして、ベース組立
体へ与えられる負荷を制御する。ジンバル機構258
は、ハウジング組立体250に対して垂直にスライド可
能であり、側負荷の伝達を継続するようにし、また、ベ
ース組立体が駆動シャフトと同じ軸の周りを回転してい
る状態を、ベース組立体とハウジング組立体の距離によ
らず保持するようにする。A seal 262 is included in the housing assembly 252.
To the retaining ring assembly 254 to connect the pressure chamber 2
64 are formed. A fluid, preferably air, pumps in and out of the pressure chamber 264 through one of the channels 234 of the drive shaft 184 to control the load applied to the base assembly. Gimbal mechanism 258
Is slidable vertically with respect to the housing assembly 250 to allow side load transmission to continue and the base assembly rotating about the same axis as the drive shaft. It should be held regardless of the distance between the housing and the housing assembly.
【0053】保持リング組立体254は、ポリシングパ
ッド120の運動により生じる剪断力により基板10が
その下のキャリアヘッド180から押され出ることを、
防止する。保持リング組立体254は、キャリアヘッド
180の外側エッジから下に突き出てポリシングパッド
120に接触する。The retaining ring assembly 254 prevents the substrate 10 from being pushed out of the carrier head 180 beneath it due to the shearing forces created by the movement of the polishing pad 120.
To prevent. Retaining ring assembly 254 projects downwardly from the outer edge of carrier head 180 to contact polishing pad 120.
【0054】この構成は、数多くの利点を有している。
第1に、圧力チャンバ264が負荷を、駆動シャフトの
下の基板中心にではなく、基板全体に実質的に均等に与
える事である。第2に、ポリシングパッド120上で基
板10を保持するベース組立体の底面266が駆動シャ
フト184に対して旋回することができるのでポリシン
グパッドと平行の状態が保たれるため、基板の端から端
まで負荷を均等に与えることができる事である。第3
に、ハウジング組立体252はトルクをベース組立体2
50の底面266に非常に近い部分へと伝達して、キャ
リアヘッド上の張力を低減し負荷の不均一性を改善す
る。基板全体に不均等に圧力を与えてしまう他のポリシ
ングシステムとは異なり、キャリアヘッド180は、ウ
エハ10全体に均等に圧力を分布させ、これは、ポリシ
ングパッド120の非均一領域の上をキャリアヘッドが
移動するときでもそのようである。This configuration has a number of advantages.
First, the pressure chamber 264 provides a load substantially evenly across the substrate rather than in the substrate center under the drive shaft. Second, the bottom surface 266 of the base assembly that holds the substrate 10 on the polishing pad 120 can be pivoted relative to the drive shaft 184 so that it remains parallel to the polishing pad and thus end to end of the substrate. It is that the load can be evenly applied. Third
In addition, the housing assembly 252 provides torque to the base assembly 2
Transfer to a portion of the 50 very close to the bottom surface 266 to reduce tension on the carrier head and improve load non-uniformity. Unlike other polishing systems that apply pressure unevenly across the substrate, the carrier head 180 distributes pressure evenly across the wafer 10, which is above the non-uniform areas of the polishing pad 120. Even when they move.
【0055】図8及び9に示されるように、キャリアヘ
ッド180は、ハウジング組立体252を介して駆動シ
ャフト184に接続される。下記に更に詳細を説明する
が、ハウジング組立体252はハブ420を有してい
る。数本のドエルピン438がハブ420及びフランジ
238の中の対になったドエル穴に配置され、駆動シャ
フト184の環状チャンネル236をキャリアヘッドの
受容チャンネル436に外周的に調心する(図13参
照)。駆動シャフト184が回転するときは、ドエルピ
ン438がトルクをハウジング組立体252へと伝達
し、これを駆動シャフトと同じ軸の周りに回転させる。
このハブはねじ切りネック430を有し、これに周縁ナ
ット240が取り付けられる。この周縁ナットはリップ
を有し、これがフランジ238の頂部の上にフィットし
て、駆動シャフト184をキャリアヘッド180に固定
する。As shown in FIGS. 8 and 9, the carrier head 180 is connected to the drive shaft 184 via the housing assembly 252. The housing assembly 252 includes a hub 420, as described in further detail below. Several dowel pins 438 are located in the mating dowel holes in the hub 420 and flange 238 to circumferentially align the annular channel 236 of the drive shaft 184 with the receiving channel 436 of the carrier head (see FIG. 13). .. As the drive shaft 184 rotates, the dowel pin 438 transfers torque to the housing assembly 252, causing it to rotate about the same axis as the drive shaft.
The hub has a threaded neck 430 to which a peripheral nut 240 is attached. The peripheral nut has a lip that fits over the top of the flange 238 to secure the drive shaft 184 to the carrier head 180.
【0056】図10に示されるように、ベース組立体2
50は、ディスク状のキャリアヘッドを有し、これは基
板10に接触することもできるほぼ平坦な底面266を
有している。キャリアベース270は、アルミニウム又
はスチールでもよい。キャリアベース270の頂面27
4は、レッジ278に包囲される円形のベイズン276
を有している。ベイズン276は、リム282に包囲さ
れる平坦な環状面280を有している。堀284によ
り、キャリアベース270の中心で環状面280からス
クワットな円錐状のタレット286が隔てられる。円錐
タレット286は、傾斜した側部290を有する平坦な
頂部288を有している。円錐タレット286の中心
は、浅い円錐状の窪み292になっている。円錐状窪み
292は、頂部288の円筒状窪みの中にフィットする
ディスク状のインサート293の中に形成されてもよ
い。As shown in FIG. 10, the base assembly 2
50 has a disk-shaped carrier head, which has a substantially flat bottom surface 266 that can also contact the substrate 10. The carrier base 270 may be aluminum or steel. Top surface 27 of carrier base 270
4 is a circular basin 276 surrounded by a ledge 278.
have. Basin 276 has a flat annular surface 280 surrounded by rim 282. The moat 284 separates the squat conical turret 286 from the annular surface 280 at the center of the carrier base 270. The conical turret 286 has a flat top 288 with sloped sides 290. The center of the conical turret 286 is a shallow conical depression 292. The conical recess 292 may be formed in a disc-shaped insert 293 that fits into the cylindrical recess of the top 288.
【0057】複数の導管294は、キャリアベース27
0の中心軸の周りに均等に配置され、キャリアベース2
70の本体部分298の中を通って底面266から環状
面280へと伸張する。環状のフランジ300がレッジ
278の外側エッジ302から下向きに突き出ており、
また、U字型ギャップ304がフランジ300と本体部
分298とにより形成されている。A plurality of conduits 294 are provided in carrier base 27
0 evenly arranged around the central axis of the carrier base 2
It extends through the body portion 298 of 70 from the bottom surface 266 to the annular surface 280. An annular flange 300 projects downwardly from the outer edge 302 of the ledge 278,
Also, a U-shaped gap 304 is formed by the flange 300 and the body portion 298.
【0058】ジンバル機構258は、円錐タレット28
6の上方に配置され、ベース組立体250がハウジング
組立体250に対して2次元的に回転することを可能と
する。ジンバル機構258は、ジンバル本体310と、
ジンバルレース360とを有している。具体例の1つで
は、ジンバル機構258はスチールで形成されている。
ジンバル本体310は、円筒状のジンバルロッド311
を有しており、その頂面312はベアリングベース31
4から突き出ている。ベアリングベース314は、球状
の外面316を有している。図11に示されるように、
ベアリングベース314の内面318は、円錐状の窪み
320を有しており、これはベースが完全に組み上がっ
たときには円錐タレット286にはめ込まれる。The gimbal mechanism 258 includes the conical turret 28.
6 above and allows the base assembly 250 to rotate in two dimensions relative to the housing assembly 250. The gimbal mechanism 258 includes a gimbal body 310,
And a gimbal race 360. In one embodiment, gimbal mechanism 258 is made of steel.
The gimbal body 310 includes a cylindrical gimbal rod 311.
Has a top surface 312, and the top surface 312 has a bearing base 31.
It projects from 4. The bearing base 314 has a spherical outer surface 316. As shown in FIG.
The inner surface 318 of the bearing base 314 has a conical recess 320 that fits into the conical turret 286 when the base is fully assembled.
【0059】円筒状通路322が、図11に示されるよ
うに、窪み320の中心から上向きに突き出て、ジンバ
ルロッド311の中まで至っている。円筒通路322
は、直径が減少する3つに長手方向部分に分解される。
円筒通路322は、ガイドピン324を有している。ガ
イドピン324の頂部はノブ326になっており、これ
が通路322の最上最狭の部分328の中にフィットす
る。ガイドピン324の底部は、円錐タレット286の
円錐窪み292に係合する球状の突起部332を有する
ディスク330を有している。ばね334は、ベベル付
きワッシャーを積み重ねて形成することができ、通路3
22のステップないしショルダー336とディスク33
0の頂部との間にフィットして、ジンバルに「予備負荷
を与え」、即ち、ベアリングベース314に一定の上向
き圧力を与える。As shown in FIG. 11, the cylindrical passage 322 projects upward from the center of the depression 320 and reaches the inside of the gimbal rod 311. Cylindrical passage 322
Are broken down into three parts of decreasing diameter.
The cylindrical passage 322 has a guide pin 324. The top of the guide pin 324 is a knob 326, which fits within the uppermost narrowest portion 328 of the passage 322. The bottom of the guide pin 324 has a disk 330 with a spherical protrusion 332 that engages the conical recess 292 of the conical turret 286. The spring 334 can be formed by stacking beveled washers, and the passage 3
22 steps or shoulders 336 and disc 33
Fitting with the zero top, "preloads" the gimbal, ie, provides a constant upward pressure on the bearing base 314.
【0060】図10に戻れば、環状の冷却板340がベ
イズン276の中の環状面280の上に置かれている。
ジンバルロッド311が、冷却板340の中心開口34
2の中を突き抜けている。冷却板340は、薄い内側リ
ング344と、厚い外側リング346とを有している。
厚い外側リング346は、リム282の内面に隣接し、
且つ、リム282とおよそ同じ高さである。冷却板34
0の下側348は、環状面280に対して置かれてい
る。冷却板340の下側348は、一連のグルーブを有
している。図12に更に明確に理解されるように、これ
らグルーブは、冷却板340の下側の端から端まで伸び
る、一連の同心の円形チャンネル352を形成する。隣
接し合う円形チャンネル352同士は、クロスチャンネ
ル353により接続される。冷却板340が環状面28
0にしっかりと押圧されるときは、これらチャンネル
は、水等のクーラント流体を流動させるための通路35
0を形成する。連続したクロスチャンネル353は、1
80゜の間隔をおいて配置され、クーラント流体が内側
円形チャンネルの中に入る前に外側円形チャンネル全体
の中を必ず流れるようにする。2つの接続導管644及
び646が、冷却板340の下側348から、内側リン
グ344及び外側リング346を介して、上面354へ
と至り、チャンネル352の流入口356及び排出口3
57を、2つの継手652及び654へと接続する(図
19A及び図19B参照)。通路350には、渦型や単
純な1つの円形等、数多くの形状が可能である。Returning to FIG. 10, an annular cooling plate 340 is placed on the annular surface 280 in the basin 276.
The gimbal rod 311 is attached to the central opening 34 of the cooling plate 340.
It penetrates through 2. The cooling plate 340 has a thin inner ring 344 and a thick outer ring 346.
A thick outer ring 346 abuts the inner surface of the rim 282,
Moreover, it is approximately the same height as the rim 282. Cooling plate 34
The lower side 348 of 0 rests against the annular surface 280. The lower side 348 of the cooling plate 340 has a series of grooves. As will be more clearly understood in FIG. 12, the grooves form a series of concentric circular channels 352 extending across the lower edge of the cooling plate 340. Adjacent circular channels 352 are connected by a cross channel 353. The cooling plate 340 has an annular surface 28.
When pressed firmly to zero, these channels provide passageways 35 for the flow of a coolant fluid such as water.
Form 0. 1 continuous cross channel 353
The 80 ° spacings ensure that the coolant fluid flows through the entire outer circular channel before entering the inner circular channel. Two connecting conduits 644 and 646 lead from the lower side 348 of the cooling plate 340, through the inner ring 344 and the outer ring 346, to the upper surface 354, and the inlet 356 and outlet 3 of the channel 352.
57 is connected to the two fittings 652 and 654 (see FIGS. 19A and 19B). The passage 350 can have many shapes, such as a vortex shape or a simple circular shape.
【0061】ジンバルレース360は、ジンバル本体3
10の周りにフィットし、冷却板340の開口342の
中を通って伸びて、キャリアベース270上に置かれ
る。ジンバルレース360は平坦な外側部品362を有
しており、これは環状面280及び堀284の中にフィ
ットするくさび状の内側部品364の上に置かれてい
る。くさび状部品364の球状の内面366は、ベアリ
ングベース314の球状外面に係合する。平坦な部品3
62の外側エッジは、内側リング344の内側エッジ3
70の上方にフィットするリップ368を有している。The gimbal race 360 includes the gimbal body 3
It fits around 10, extends through the openings 342 in the cooling plate 340 and is placed on the carrier base 270. The gimbal race 360 has a flat outer piece 362 that rests on a wedge-shaped inner piece 364 that fits within the annular surface 280 and the moat 284. The spherical inner surface 366 of the wedge component 364 engages the spherical outer surface of the bearing base 314. Flat parts 3
The outer edge of 62 is the inner edge 3 of the inner ring 344.
It has a lip 368 that fits over 70.
【0062】外側部品362の下側372は、円形のグ
ルーブ374を有している。ジンバルレース360が環
状面280に対向して配置されているときは、円形グル
ーブ374が導管294と調心して接続通路を形成す
る。導管(図示せず)が平坦部品362の中を伸張し
て、グルーブ通路374を継手(図示せず)に接続させ
る。この継手は、キャリア駆動シャフト184のチャン
ネルの1つに接続していてもよい。チャンネル234、
グルーブ374及び導管294を介して真空を与えて、
キャリアヘッド180の底面266に基板10をチャッ
クしてもよい。あるいは、エアの圧力をチャンネル23
4、グルーブ通路374及び導管294に与えて、基板
10を底面266から解放してもよい。2つのOリング
376及び378は、ラバー製であってもよく、これら
が、環状面280の円形のグルーブ380及び382の
中にフィットして、グルーブ通路374をシールしても
よい。The lower side 372 of the outer part 362 has a circular groove 374. When the gimbal race 360 is positioned opposite the annular surface 280, the circular groove 374 aligns with the conduit 294 to form a connecting passage. A conduit (not shown) extends through the flat piece 362 to connect the groove passage 374 to a fitting (not shown). This joint may connect to one of the channels of the carrier drive shaft 184. Channel 234,
A vacuum is applied through groove 374 and conduit 294,
The substrate 10 may be chucked on the bottom surface 266 of the carrier head 180. Alternatively, the pressure of the air is applied to the channel 23
4, groove passage 374 and conduit 294 may be provided to release substrate 10 from bottom surface 266. The two O-rings 376 and 378 may be made of rubber and may fit into the circular grooves 380 and 382 of the annular surface 280 to seal the groove passage 374.
【0063】ボルト386が、ジンバルレース360の
ボルト穴387の中にフィットし、キャリアベース27
0の対応するねじ切りボルト穴388に係合する。具体
例の1つでは、ボルトが8本ある(断面図で斜視図であ
るため、4つしか示されていない)。ボルト386はジ
ンバルレース360を適所に保持する。くさび部品36
4は、ジンバル本体310を適所に保持し、ばね334
をキャリアベース270とジンバル本体310との間で
圧縮する。平坦部品362のリップ368は、クーラン
ト板340をベイズン276の適所に保持する。Oリン
グ(図示せず)が内側エッジ370の円形具体例(図示
せず)の中にフィットして、クーラント板の内側エッジ
をシールする。The bolt 386 fits into the bolt hole 387 of the gimbal race 360, and the carrier base 27
0 corresponding threaded bolt holes 388. In one specific example, there are eight bolts (only four are shown because it is a perspective view in cross-section). Bolts 386 hold the gimbal race 360 in place. Wedge parts 36
4 holds the gimbal body 310 in place and the spring 334
Between carrier base 270 and gimbal body 310. The lip 368 of the flat piece 362 holds the coolant plate 340 in place on the basin 276. An O-ring (not shown) fits within the circular embodiment (not shown) of the inner edge 370 to seal the inner edge of the coolant plate.
【0064】ジンバル本体310がジンバルレース36
0によって一旦固定されれば、ばね334がベアリング
ベース314に力を与えてこれをジンバルレース360
の内面に対して押し付ける。更に、ばね334がガイド
ピン324の球状突起部332を円錐窪み292の中へ
と押し付けるだろう。この圧力により、キャリアベース
の中心を外側に、おそらく数百マイクロインチほど押す
ことになるであろうため、キャリアベースの底面266
は平坦ではなくなってしまう。従って、ベース組立体2
50が組み立てられる前に、底面266をラッピング
し、即ちポリシングして、非常に平坦な表面に回復させ
る。The gimbal body 310 is the gimbal race 36.
Once fixed by the zero, the spring 334 exerts a force on the bearing base 314 to force it into the gimbal race 360.
Press against the inner surface of. Additionally, the spring 334 will press the spherical protrusion 332 of the guide pin 324 into the conical recess 292. This pressure will push the center of the carrier base outward, perhaps hundreds of microinches, so that the bottom surface 266 of the carrier base is
Is no longer flat. Therefore, the base assembly 2
Before the 50 is assembled, the bottom surface 266 is lapped or polished to restore a very flat surface.
【0065】ベース組立体250は随意、キャリアベー
ス270と基板10との間に配置されるウェットなキャ
リアフィルムを有していてもよい。キャリアフィルム3
90の上面392は、例えば接着剤等により、キャリア
ベース270の底面266に取り付けられてもよい。キ
ャリアフィルム390の穴394は、キャリアベース2
70の導管294に調心する。各導管294に対して1
つの穴394がある。キャリアフィルム390の底面3
96は、ウエハに接触することになる。キャリアフィル
ム390は、厚さ20mil(1mil=約25.4μ
m)のウレタンのフィルムであってもよい。キャリアフ
ィルム390は、僅かに圧縮性を有しており、基板の表
面と共形になる。また、キャリアフィルム390は、ポ
リシング中に基板のスリップを防止するクッションとし
て機能する。The base assembly 250 may optionally include a wet carrier film disposed between the carrier base 270 and the substrate 10. Carrier film 3
The top surface 392 of 90 may be attached to the bottom surface 266 of the carrier base 270 by, for example, an adhesive or the like. The hole 394 of the carrier film 390 is formed in the carrier base 2
Align 70 conduits 294. 1 for each conduit 294
There is one hole 394. Bottom surface 3 of carrier film 390
96 will contact the wafer. The carrier film 390 has a thickness of 20 mil (1 mil = about 25.4 μ).
It may be a urethane film of m). The carrier film 390 is slightly compressible and conforms to the surface of the substrate. The carrier film 390 also functions as a cushion to prevent substrate slip during polishing.
【0066】ベース組立体250はまた、ローラーケー
ジ組立体等のリニアローラーベアリング400を有して
いる。リニアローラーベアリング400は、中空の円筒
管である。多数の小さなベアリング402が、この円筒
管の内面404と外面406との間のギャップにセット
される。リニアローラーベアリング400の内面404
は、ジンバルロッド311の周りにぴったりとフィット
する。小さなベアリング402は、表面404及び40
6に接触する回転横軸の周りを回転する。ローラーベア
リング400は、ジンバルロッド311をスムーズに上
下させる。The base assembly 250 also includes a linear roller bearing 400 such as a roller cage assembly. The linear roller bearing 400 is a hollow cylindrical tube. A number of small bearings 402 are set in the gap between the inner surface 404 and the outer surface 406 of this cylindrical tube. Inner surface 404 of linear roller bearing 400
Fit snugly around the gimbal rod 311. The small bearing 402 has surfaces 404 and 40.
Rotate around the horizontal axis of rotation that contacts 6. The roller bearing 400 moves the gimbal rod 311 up and down smoothly.
【0067】図13に示されるように、ハウジング組立
体252は、逆ボウル状のキャリアハウジング410を
有している。ハウジング組立体252は、アルミニウム
製である。キャリアハウジング410の底面412は、
円錐ハブ414と、この円錐ハブの中間の円筒キャビテ
ィ416とを有している。円筒キャビティ416は、底
部ではオープンであるが、頂部では天井部418により
クローズドである。キャリアハウジング410の上面4
19は、環状領域422の上方に突き出る円筒ハブ42
0を有している。円形のリッジ424が環状領域422
を包囲し、下側レッジ426が円形リッジ424の周り
に伸びている。フランジ428は、ボウル状のキャリア
ハウジング410の側部を形成するが、このフランジが
レッジ426のエッジから下向きに突き出る。キャリア
ベース270のフランジ300の下側リムと、キャリア
ハウジング410のフランジ428とは、およそ同じ高
さを有している。しかし、以下に説明するように、ベー
ス組立体250はハウジング組立体252に対し垂直方
向に可動であるため、フランジ300及び428は相互
に相対的に運動することが可能である。As shown in FIG. 13, the housing assembly 252 has an inverted bowl-shaped carrier housing 410. The housing assembly 252 is made of aluminum. The bottom surface 412 of the carrier housing 410 is
It has a conical hub 414 and a cylindrical cavity 416 intermediate the conical hub. The cylindrical cavity 416 is open at the bottom but closed at the top by the ceiling 418. Upper surface 4 of carrier housing 410
19 is a cylindrical hub 42 protruding above the annular region 422.
It has 0. Circular ridge 424 defines annular region 422.
And a lower ledge 426 extends around the circular ridge 424. The flange 428 forms the side of the bowl-shaped carrier housing 410, which projects downwardly from the edge of the ledge 426. The lower rim of the flange 300 of the carrier base 270 and the flange 428 of the carrier housing 410 have approximately the same height. However, as will be described below, the base assembly 250 is vertically movable relative to the housing assembly 252 so that the flanges 300 and 428 are movable relative to each other.
【0068】円筒状ハブ420は、ねじ切りネック43
0と、円形面434の2つの垂直ドエルピン穴432
(このうち1つのみ図示)とを有している。数個の傾斜
導管がハブ420の中を下側面412から円形面434
へと伸びている。駆動シャフト184のチャンネルのそ
れぞれに対して、1つづつ傾斜導管436がある。ハブ
420の頂面434に挿入されているOリング437
が、各導管436を包囲している(図11参照)。2本
のドエルピン438をドエルピン穴432の中に入れ
て、駆動シャフトフランジ238の対のドエルピン穴
(図示せず)の中にドエルピンがフィットするようにキ
ャリアヘッドを持ち上げることにより、キャリアヘッド
180を駆動シャフト184に取り付けてもよい。これ
により、傾斜通路236を導管436に調心する。そし
て、ねじ切り周縁ナット240をねじ切りネック374
にねじ止めしてキャリアヘッド180を駆動シャフト1
84にしっかりと取り付けることが可能である。The cylindrical hub 420 has a threaded neck 43.
0 and two vertical dowel pin holes 432 on the circular surface 434
(Only one of these is shown). Several slanted conduits extend through the hub 420 from the lower surface 412 to the circular surface 434.
Is growing. There is one inclined conduit 436 for each of the channels of drive shaft 184. O-ring 437 inserted into top surface 434 of hub 420
Surrounds each conduit 436 (see FIG. 11). Drive the carrier head 180 by inserting two dowel pins 438 into the dowel pin holes 432 and lifting the carrier head so that the dowel pins fit within the pair of dowel pin holes (not shown) in the drive shaft flange 238. It may be attached to the shaft 184. This aligns the inclined passage 236 with the conduit 436. Then thread the threaded peripheral nut 240 into the threaded neck 374.
Screw the carrier head 180 onto the drive shaft 1
It can be securely attached to 84.
【0069】ハウジング組立体252はまたプレーンブ
ッシング440を有しており、このプレーンブッシング
はステンレス鋼製であってもよい。ブッシング440
は、その外面442が円錐ハブ414と隣接するよう
に、円筒キャビティ416の中にフィットする。ハウジ
ング組立体252がベース組立体250上まで下げられ
たときは、リニアローラーベアリング400はブッシン
グ440の内面444に係合する。円筒状キャビティ4
16は、ジンバルロッド311の頂面312がキャビテ
ィ416の天井部418に接触しないように十分深くな
っている。これにより、ジンバル本体310を介して基
板10に圧力がかかることを防止し、即ち、下向きの力
をハウジング組立体252からジンバル機構258を介
してベース組立体250へ伝達させるための接触面が存
在しなくなる。Housing assembly 252 also includes a plain bushing 440, which may be made of stainless steel. Bushing 440
Fits into the cylindrical cavity 416 such that its outer surface 442 abuts the conical hub 414. The linear roller bearing 400 engages the inner surface 444 of the bushing 440 when the housing assembly 252 is lowered onto the base assembly 250. Cylindrical cavity 4
16 is deep enough so that the top surface 312 of the gimbal rod 311 does not contact the ceiling 418 of the cavity 416. This prevents pressure from being applied to the substrate 10 via the gimbal body 310, that is, there is a contact surface for transmitting a downward force from the housing assembly 252 to the base assembly 250 via the gimbal mechanism 258. Will not do.
【0070】図13を参照し、シール262は、リム2
82よりも大きな半径を有する外側クランプリング45
0を有している。外側クランプリング450は、方形の
断面を有し、固定されない状態でレッジ278上に置か
れてもよい。外側クランプリングは、均等な間隔で配置
された12個のねじ切りリセス452(このうち4個の
み図示)を有していてもよい。Referring to FIG. 13, the seal 262 is the rim 2
Outer clamp ring 45 having a radius greater than 82
It has 0. The outer clamp ring 450 has a square cross-section and may rest on the ledge 278 in an unfixed manner. The outer clamp ring may have twelve evenly spaced threaded recesses 452 (only four of which are shown).
【0071】また、シール262は、厚さ60mils
のシリコーンで形成されたロール可能なダイアフラム4
60を有している。ロール可能なダイアフラム460
は、リング状であり、平坦な外部462と内側エッジ4
64とを有している。ロール可能なダイアフラム460
の内側部分は、キャリアベース270のリム282上に
置かれ、その内側エッジ464は、リム282の内側エ
ッジに沿って通じるリング466の中にフィットする。
ロール可能なダイアフラム460の外側部分は、外側ク
ランプリング450の上に置かれる。ロール可能なダイ
アフラム460は12個のスロット468を有してもよ
く、これらは、外側クランプリング450の12個のリ
セス452と調心されてもよい。The seal 262 has a thickness of 60 mils.
Rollable diaphragm 4 made of silicone
60. Rollable diaphragm 460
Is a ring-shaped, flat outer 462 and inner edge 4
64 and. Rollable diaphragm 460
Of the carrier base 270 rests on the rim 282 of the carrier base 270, and its inner edge 464 fits within a ring 466 that runs along the inner edge of the rim 282.
The outer portion of rollable diaphragm 460 rests on outer clamp ring 450. Rollable diaphragm 460 may have twelve slots 468, which may be aligned with twelve recesses 452 in outer clamp ring 450.
【0072】内側クランプリング470を用いて、ロー
ルするダイアフラム460をベース組立体250にシー
ルする。内側クランプリング470が、冷却板340の
上面354の上に主に載っている。内側クランプリング
470は、キャリアベース270のリム282の上方に
突き出る外側リップ472を有している。内側クランプ
リング470は、冷却板340の厚い外側リング346
の合せねじ切りリセス478に調心される12個の穴4
76を有していてもよい(図13には2個のみ示されて
いる)。ねじ山ねじ474が、各穴476の中を通過
し、ねじ切りリセス478と係合する。これらねじを締
めて、ダイアフラム460の膨らみ464をしっかりと
リセス466の中に保持する。更に、Oリング(図示せ
ず)を、リセス478とリム282との間に配置される
円形グルーブ480に配置してもよい。ダイアフラム4
60の膨らみ及びグルーブ480のOリングが、冷却板
340の外側エッジをシールする。An inner clamp ring 470 is used to seal the rolling diaphragm 460 to the base assembly 250. Inner clamp ring 470 primarily rests on top surface 354 of cooling plate 340. The inner clamp ring 470 has an outer lip 472 that projects above the rim 282 of the carrier base 270. The inner clamp ring 470 is a thick outer ring 346 of the cooling plate 340.
12 holes 4 aligned with the mating thread cutting recess 478
It may have 76 (only two are shown in FIG. 13). Thread screw 474 passes through each hole 476 and engages threaded recess 478. The screws are tightened to hold the bulge 464 of diaphragm 460 securely within recess 466. Additionally, an O-ring (not shown) may be placed in the circular groove 480 located between the recess 478 and the rim 282. Diaphragm 4
The bulge of 60 and the O-ring of groove 480 seal the outer edge of cold plate 340.
【0073】ハウジング組立体252がベース組立体2
50の上まで下がったときに、シール262が完全にな
ることが可能である。キャリアハウジング410は、レ
ッジ426に形成された、均等な間隔で配置された12
個のボルト穴484を有していてもよい(図13には5
個だけ図示)。これらボルト穴は、ダイアフラム460
のスロット468と調心される。12個のねじ(5個の
み図示)486がキャリアハウジング410の穴484
の中及びダイアフラム460のスロット468の中を伸
びて、外側クランプリング450のねじ切りリセス45
2に係合する。ねじ486を締めれば、外側クランプリ
セス450がダイアフラム460の外部をキャリアハウ
ジング410の底面412に対して固定する。このよう
に、ハウジング組立体252とベース組立体250との
間の空間がシールされて、圧力チャンバ264を形成す
る。The housing assembly 252 is the base assembly 2
It is possible for the seal 262 to be complete when it is lowered above 50. The carrier housings 410 are formed on the ledge 426 and are evenly spaced apart.
It may have one bolt hole 484 (5 in FIG. 13).
(Only shown). These bolt holes are used for the diaphragm 460.
Aligned with slot 468 of the. Twelve screws (only five shown) 486 fit into holes 484 in carrier housing 410
Through the slot 468 of the diaphragm 460 and the threaded recess 45 of the outer clamp ring 450.
2 is engaged. When the screw 486 is tightened, the outer clamp recess 450 secures the outside of the diaphragm 460 to the bottom surface 412 of the carrier housing 410. In this way, the space between housing assembly 252 and base assembly 250 is sealed to form pressure chamber 264.
【0074】図14に示されるように、保持リング組立
体254がベース組立体250及びハウジング組立体2
52に取り付けられる。図14は、ベース組立体及びハ
ウジング組立体が逆になっており、また、組み上がった
保持リング組立体がその位置にまで下げられたところを
示している。後述するが、保持リング組立体254を作
動させて、基板10をキャリアヘッド180の下の適所
に保持するために、ポリシングパッド120に対して押
圧することができる。保持リング組立体254を作動さ
せてベース組立体250に対して垂直方向に上下させる
ことができるが、保持リング組立体はベース組立体と共
に回転する。As shown in FIG. 14, the retaining ring assembly 254 includes a base assembly 250 and a housing assembly 2.
It is attached to 52. FIG. 14 shows the base assembly and housing assembly inverted, and the assembled retaining ring assembly lowered to that position. As will be described below, the retaining ring assembly 254 can be actuated to press against the polishing pad 120 to hold the substrate 10 in place under the carrier head 180. The retaining ring assembly 254 can be actuated to move vertically up and down relative to the base assembly 250, but the retaining ring assembly rotates with the base assembly.
【0075】保持リング組立体254は、略J字型の断
面を有する環状ピストンフレーム490を有している。
保持リング組立体254は、アルミニウム製であっても
よい。ピストンフレーム490は、放射方向に伸びるク
ロス部品492と、クロス部品492の内側エッジから
下向きに突き出る内側環状フランジ494と、クロス部
品492の外側エッジから下向きに突き出る外側環状フ
ランジ496とを有している。内側フランジ494は、
ベース組立体250のU字型ギャップ304の内側にフ
ィットする。外側フランジ496は、内側フランジより
も長く、ハウジング組立体252の外側フランジ428
の周囲にフィットする。Retaining ring assembly 254 includes an annular piston frame 490 having a generally J-shaped cross section.
Retaining ring assembly 254 may be made of aluminum. The piston frame 490 has a radially extending cross piece 492, an inner annular flange 494 that projects downward from an inner edge of the cross piece 492, and an outer annular flange 496 that projects downward from an outer edge of the cross piece 492. . The inner flange 494 is
It fits inside the U-shaped gap 304 of the base assembly 250. The outer flange 496 is longer than the inner flange and the outer flange 428 of the housing assembly 252.
Fit around.
【0076】図15に示されるように、リップ498が
クロス部品492の内側エッジから横方向外向きに突き
出る。キャリアベース270は、本体298の底部から
外向きに突き出る合せリップ500を有している。キャ
リアヘッド180が組み上がったときは、リップ498
はリップ500にほぼ接触している。As shown in FIG. 15, a lip 498 projects laterally outward from the inner edge of the cross piece 492. The carrier base 270 has a mating lip 500 that projects outwardly from the bottom of the body 298. When the carrier head 180 is assembled, the lip 498
Is almost in contact with the lip 500.
【0077】図11及び14に示されるように、外側フ
ランジ496がクロス部品492の上方に伸張して、リ
ッジ506を形成する。リッジ506は垂直方向に、外
側面504を越えて突き出る。As shown in FIGS. 11 and 14, outer flange 496 extends above cross piece 492 to form ridge 506. The ridge 506 projects vertically beyond the outer surface 504.
【0078】保持リング組立体254はまた、保持リン
グ510を有している。保持リング510は、クロス部
品492の外面504に取り付けられている。保持リン
グ510は略平坦なリングであり、これはプラスチック
製であってもよく、内側リング部分514よりも薄い外
側リング部分512を有している。外側リング512は
リッジ506に隣接し、且つ、およそ同じ高さである。
8個の均等な間隔で配置されたねじ切りリセス(図示せ
ず)が、クロス部品492の外面504に形成されても
よく、また、これらのリセスのそれぞれが、外側リング
512の中を頂部から底部へと貫くボルト穴(図示せ
ず)を有していてもよい。ボルト(図示せず)が、各ボ
ルト穴を通って上面504の合せリセスの中へ挿入さ
れ、保持リング510をピストンフレーム490に取り
付ける。Retaining ring assembly 254 also includes retaining ring 510. The retaining ring 510 is attached to the outer surface 504 of the cross piece 492. The retaining ring 510 is a generally flat ring, which may be made of plastic and has an outer ring portion 512 that is thinner than the inner ring portion 514. The outer ring 512 is adjacent to the ridge 506 and is approximately the same height.
Eight evenly spaced threading recesses (not shown) may be formed in the outer surface 504 of the cross piece 492, and each of these recesses may be in the outer ring 512 from top to bottom. It may have a bolt hole (not shown) penetrating therethrough. Bolts (not shown) are inserted through each bolt hole into the mating recesses on the upper surface 504 to attach the retaining ring 510 to the piston frame 490.
【0079】図15に示されるように、内側リング51
4は、キャリアベース270のリップ500にほぼ接触
する。内側リング514の表面516は、ベース組立体
250の底面266の僅か下に突き出ることができ、ま
た、ポリシングパッド120に接触することができる
(図15参照)。基板10とポリシングパッド120と
の相対速度により生じる剪断力が、キャリアヘッド18
0の下から基板を押し出す傾向にある。図13に示され
る下降の位置では、保持リング510が基板10をブロ
ックして、キャリアベース270の下から滑り落ちるこ
とを防止する。As shown in FIG. 15, the inner ring 51
4 almost contacts the lip 500 of the carrier base 270. The surface 516 of the inner ring 514 can project slightly below the bottom surface 266 of the base assembly 250 and can contact the polishing pad 120 (see FIG. 15). The shearing force generated by the relative speed between the substrate 10 and the polishing pad 120 causes the carrier head 18 to move.
The substrate tends to be pushed out from under 0. In the lowered position shown in FIG. 13, the retaining ring 510 blocks the substrate 10 and prevents it from sliding under the carrier base 270.
【0080】図14に戻れば、保持リング組立体254
は、環状のラバーブラダー520により始動する。ブラ
ダー520は単に、小さなチューブとすることができる
が、ブラダーはU字型の断面を有していることが好まし
い。ベース組立体に対する保持リング組立体の位置に影
響を受けないような、力−圧力の関係を与えるように、
ブラダー520の巻き込まれた形状をデザインする。ブ
ラダー520は、キャリアヘッド270のU字型ギャッ
プの中に配置され、「U」字の下側522がギャップの
底部に置かれるようにする。内側フランジ494がブラ
ダー520の「U」字の内側面524の中にしっかりと
フィットするように、ピストンフレーム490はこれに
取り付けている保持リング510と共に配置される(図
15も参照)。ブラダー520は、キャリアベース27
0の第1のチャンネル528の中に挿入されるバルブ5
26を有している。第1のチャンネル528は、本体2
98の中を通って、クーラント板340の第2のチャン
ネル530に接続する。第2のチャンネル530は、継
手532につながっている。第1のチャンネル528と
第2のチャンネル530との間の接続部は、Oリング
(図示せず)によりシールすることができる。継手53
2は、ホース又はベローズにより(図19A参照)、円
錐ハブ414の傾斜導管436の1つに接続される。エ
アをチャンネルの中に強制的に流入させ、ブラダー52
0を膨らませて、保持リング510をポリシングパッド
120に対して強制する。ブラダー520及び圧力チャ
ンバ264には、独立して圧力を与えることができ、ま
た、保持リング及び基板に与えられる負荷は相互に独立
であり、このため、これらは独立に制御可能である。Returning to FIG. 14, the retaining ring assembly 254.
Is activated by the annular rubber bladder 520. The bladder 520 can simply be a small tube, but the bladder preferably has a U-shaped cross section. To provide a force-pressure relationship that is insensitive to the position of the retaining ring assembly relative to the base assembly,
Design the rolled shape of the bladder 520. The bladder 520 is placed in the U-shaped gap of the carrier head 270 so that the lower “U” side 522 is located at the bottom of the gap. The piston frame 490 is positioned with the retaining ring 510 attached to it such that the inner flange 494 fits snugly within the “U” inner surface 524 of the bladder 520 (see also FIG. 15). The bladder 520 has a carrier base 27.
Valve 5 inserted into the first channel 528 of 0
26. The first channel 528 is the main body 2
Through 98 and connect to the second channel 530 of the coolant plate 340. The second channel 530 is connected to the joint 532. The connection between the first channel 528 and the second channel 530 can be sealed by an O-ring (not shown). Joint 53
2 is connected by a hose or bellows (see FIG. 19A) to one of the inclined conduits 436 of the conical hub 414. Bladder 52
Inflate 0 to force retaining ring 510 against polishing pad 120. The bladder 520 and the pressure chamber 264 can be independently pressured and the loads applied to the retaining ring and the substrate are independent of each other so that they can be independently controlled.
【0081】ピストンフレーム490をブラダー520
に係合するように配置した後、ピストンフレーム490
の外側フランジ496のリムにストップリング540を
取り付ける。ストップリング540のボルト穴544の
中を、ボルト542が通過して、ピストンフレーム49
0のねじ切りリセス546に係合し、リングをフレーム
に接続する。ストップリング50の下側548がレッジ
426を捕捉しており、キャリアヘッド180が上昇し
てポリシングパッド120から離れたときに保持リング
組立体254が脱落することを防止する。ギャップ58
0が、保持リング組立体254をハウジング組立体25
2から隔てている。ストップリング540とレッジ42
6との間のバリア582が、フランジ496とフランジ
428との間のギャップの上にフィットして、スラリが
キャリアヘッド180に進入することを防止する。The piston frame 490 is attached to the bladder 520.
The piston frame 490 after being positioned to engage the
Attach the stop ring 540 to the rim of the outer flange 496 of the. The bolt 542 passes through the bolt hole 544 of the stop ring 540, and the piston frame 49
Engage 0 threaded recesses 546 to connect the ring to the frame. The lower side 548 of the stop ring 50 captures the ledge 426 and prevents the retaining ring assembly 254 from falling out when the carrier head 180 rises and clears the polishing pad 120. Gap 58
0 retainer ring assembly 254 to housing assembly 25
Separated from two. Stop ring 540 and ledge 42
A barrier 582 between 6 and 6 fits over the gap between flange 496 and flange 428 to prevent the slurry from entering carrier head 180.
【0082】上述の如く、トルクピンがトルクをハウジ
ング組立体252からベース組立体250へと伝達し、
他方、ベース組立体250がハウジング組立体252に
対して垂直に移動する。図14、15及び16に示され
るように、キャリアベース270の本体298は、2つ
の対向する横方向のピン受容リセス550を有してい
る。リセス550は、キャリアベース270の底面26
6のすぐそばに配置されて、トルクがキャリアヘッド1
80と基板10との境界部に近接する面に伝達するよう
にしている。リセス550のそれぞれは、ねじ切り内部
554よりも広い外部552を有している。トルクピン
256が各フランジの開口を通ってリセス550にフィ
ットする。トルクピン256は、ベベル部を有するチッ
プ556を有してピンをリセス550に挿入しやすく
し、また、トルクピンは、ねじ切り内部554に係合す
る狭いねじ切り端部558を有している。As mentioned above, the torque pins transmit torque from the housing assembly 252 to the base assembly 250,
On the other hand, the base assembly 250 moves vertically with respect to the housing assembly 252. As shown in FIGS. 14, 15 and 16, the body 298 of the carrier base 270 has two opposing lateral pin receiving recesses 550. The recess 550 is formed on the bottom surface 26 of the carrier base 270.
Placed right beside 6 and torque is carrier head 1
The signal is transmitted to the surface close to the boundary between the substrate 80 and the substrate 80. Each of the recesses 550 has an exterior 552 that is wider than the threaded interior 554. A torque pin 256 fits into the recess 550 through the opening in each flange. The torque pin 256 has a beveled tip 556 to facilitate insertion of the pin into the recess 550, and the torque pin has a narrow threaded end 558 that engages the threaded interior 554.
【0083】トルクピン256の外側端部は、わずかに
弾性を有するスライダー560によりハウジング組立体
に取り付けられており、このスライダーは、フランジ4
28の方形スロット562の中にフィットする。図16
に更に明確に示されるように、スライダー560は、方
形のくさび型部分564と、方形くさび型部分564か
ら横方向に突き出る2つのウィング566とを有してい
る。放射方向のスライダー穴568が、スライダー56
0に形成されている。スライダー560は、ウィング5
66がフランジ428を捕捉するように、方形スロット
562の中に押されることができる。スライダー560
のくさび型部分564は方形スロット562と同じ幅を
有しているが、その長さは、方形スロット562の中を
垂直方向に可動となり且つ横方向には動かないように、
スロット552よりも短くなっている。トルクピン25
6はスライダー穴568に挿入され、そのヘッド570
が、スライダー564の外面又はスライダー穴568の
内側の環状リップ(図示せず)に捕捉されるまで挿入さ
れる。Oリング(図示せず)をスライダー穴568の内
側にフィットさせて、トルクピン256を弾性的に保持
してもよい。駆動シャフト184がキャリアハウジング
420を回転させているときは、フランジ428は回転
する。キャリアベース270はトルクピン256及びス
ライダー560によりフランジ428に取り付けられ
る。スライダー及びOリングには十分な弾性を有して、
トルクピン256が製造許容範囲に適合して、両方のト
ルクピンが回転の負荷に耐えられるようになる。更に、
スライダー560は方形スロット562の中を上下に移
動可能であるため、ベース組立体250は回転に影響を
与えることなくハウジング組立体252に対して垂直に
移動可能である。The outer end of the torque pin 256 is attached to the housing assembly by a slightly elastic slider 560 which is mounted on the flange 4.
Fits into 28 square slots 562. FIG.
The slider 560 has a rectangular wedge 564 and two wings 566 laterally projecting from the rectangular wedge 564, as shown more clearly in FIG. The slider hole 568 in the radial direction is
0 is formed. Slider 560 is wing 5
66 can be pushed into the rectangular slot 562 so as to capture the flange 428. Slider 560
The wedge-shaped portion 564 has the same width as the rectangular slot 562, but its length is such that it is vertically movable in the rectangular slot 562 and not laterally.
It is shorter than the slot 552. Torque pin 25
6 is inserted into the slider hole 568, and its head 570
Are caught until they are caught on the outer surface of the slider 564 or the annular lip (not shown) inside the slider hole 568. An O-ring (not shown) may be fitted inside the slider hole 568 to elastically retain the torque pin 256. Flange 428 rotates when drive shaft 184 rotates carrier housing 420. The carrier base 270 is attached to the flange 428 by the torque pin 256 and the slider 560. The slider and O-ring have sufficient elasticity,
The torque pin 256 meets manufacturing tolerances so that both torque pins can withstand the rotational load. Furthermore,
The slider 560 can move up and down in the rectangular slot 562 so that the base assembly 250 can move vertically with respect to the housing assembly 252 without affecting rotation.
【0084】既に述べたように、トルクピン256が他
のフランジの開口の中にフィットしている。ピストンフ
レーム490の外側フランジ496は、この目的のため
に、アクセスアパーチャー572を有している。アクセ
スアパーチャー572は、トルクを伝達しない。これ
は、トルクピン256をスライダー560の中に挿入す
るための開口を与えるものである。キャリアベース27
0のフランジ300の円形アパーチャー574が、本体
298のリセス550に調心し、ピストンフレーム49
0の内側フランジ494の細長アパーチャー576が、
円形アパーチャー574及びトルクピンが中を伸張する
ことになるその他の開口に調心する。トルクピン256
は、細長アパーチャー576の中にフィットし、このア
パーチャーの中では垂直に可動であるが水平方向には動
かない。細長アパーチャー576は、トルクを保持リン
グ組立体254へと伝達し、他方、ハウジング組立体2
52とベース組立体250とをそれぞれ独立して垂直に
移動させることができるようにする。As already mentioned, the torque pin 256 fits into the opening in the other flange. The outer flange 496 of the piston frame 490 has an access aperture 572 for this purpose. Access aperture 572 does not transmit torque. This provides an opening for inserting the torque pin 256 into the slider 560. Carrier base 27
The circular aperture 574 of the flange 300 of 0 aligns with the recess 550 of the body 298,
The elongated aperture 576 of the 0 inner flange 494
Align the circular aperture 574 and other openings through which the torque pin will extend. Torque pin 256
Fits within the elongated aperture 576 and is vertically movable but not horizontally within this aperture. The elongated aperture 576 transmits torque to the retaining ring assembly 254, while the housing assembly 2
52 and the base assembly 250 can be independently vertically moved.
【0085】図11に示されるように、ストップリング
540は、トルクピン256及び細長アパーチャー57
6と相互作用して、ダイアフラム460が過度に伸張す
ることを防止する。キャリアベース270が押し下げら
れれば、トルクピン256は、細長アパーチャー576
の底部まで下に押圧される。これにより、ピストンフレ
ーム490が下向きに押され、ストップリング540が
レッジ426に捕捉されるようになる。As shown in FIG. 11, stop ring 540 includes torque pin 256 and elongated aperture 57.
6 to prevent diaphragm 460 from over stretching. When the carrier base 270 is pushed down, the torque pin 256 will move to the elongated aperture 576.
Pressed down to the bottom of the. This causes the piston frame 490 to be pushed downward and the stop ring 540 to be captured by the ledge 426.
【0086】図17及び18には、キャリアヘッド18
0の別の具体例が示される。この具体例では、図11に
示されるキャリアヘッド180の構成を様々な方法で変
形している。ダイアフラム460のハウジング組立体2
52へのコネクターが変更されている。ストップリング
540及びレッジ426との間の接触部が変更されてい
る。また、ジンバル機構258とキャリアベース270
との間でばね334を介した接触部も同様である。図1
7及び18に示される具体例の部品のうちで、図11に
示された具体例と類似であるが変形されているものに
は、符号にダッシュ(’)を付して示すことにする。17 and 18, the carrier head 18 is shown.
Another specific example of 0 is shown. In this specific example, the configuration of the carrier head 180 shown in FIG. 11 is modified by various methods. Housing assembly 2 for diaphragm 460
The connector to 52 has been changed. The contact between stop ring 540 and ledge 426 has been modified. In addition, the gimbal mechanism 258 and the carrier base 270
The same applies to the contact portion between the and and via the spring 334. FIG.
Among the components of the embodiments shown in FIGS. 7 and 18, those similar to the embodiment shown in FIG. 11 but modified are indicated by adding a dash (') to the reference numeral.
【0087】図17に示されるように、ダイアフラム4
60’は、厚い外側エッジ600を有しており、外側ク
ランプリング450’の上面はリセス602を有してい
る。レッジ426’の穴484’及び外側クランプリン
グ450’のリセス452’は、リセス602から放射
方向外向きに配置される。外側クランプリング450’
は、穴を通ってリセスに係合するねじ486によって、
キャリアハウジング410’に装着される。外側エッジ
600は、リセス602にしっかりとふぃっとして、キ
ャリアハウジング410’に対してダイアフラム46
0’をシールして、圧力チャンバ264を形成する。外
側クランプリング450’とキャリアハウジング41
0’との間のメタル対メタルの接触部が、ダイアフラム
460’の過度の圧縮を防止し、このため、その寿命及
び性能を向上させる。As shown in FIG. 17, the diaphragm 4
60 'has a thick outer edge 600 and the upper surface of outer clamp ring 450' has a recess 602. The hole 484 'in the ledge 426' and the recess 452 'in the outer clamp ring 450' are located radially outward from the recess 602. Outer clamp ring 450 '
Is provided by a screw 486 that engages the recess through the hole
It is mounted on the carrier housing 410 '. The outer edge 600 fits tightly in the recess 602 and holds the diaphragm 46 against the carrier housing 410 '.
The 0'is sealed to form the pressure chamber 264. Outer clamp ring 450 'and carrier housing 41
The metal-to-metal contact with 0'prevents excessive compression of diaphragm 460 ', thus improving its life and performance.
【0088】図17の具体例では、保持リング組立体2
54に取り付けられたストップリング(図11参照)の
代りに、キャリアベース270’とハウジング組立体2
52とが直接接触して、ダイアフラム460’の過度の
伸張を防止する。図17の構成では、ピストンフレーム
490’の外側フランジ496’と内側フランジ49
4’とがほぼ同じ高さであり、外側フランジはレッジ4
26’にまでは伸びていない。フランジ428’は、キ
ャリアハウジング410’のレッジ426’のエッジか
ら下向きに突き出ており、上リング610と下リング6
12とを有している。上リング610が保持リング組立
体254の外側フランジ496’の上方に配置されるよ
うに、下リング612は上リング610よりも大きな半
径を有し、下リング612は、外側フランジ496’の
内側に同心的にフィットする。In the specific example of FIG. 17, the retaining ring assembly 2
Instead of the stop ring (see FIG. 11) attached to 54, the carrier base 270 ′ and housing assembly 2
Direct contact with 52 prevents excessive stretching of diaphragm 460 '. In the configuration of FIG. 17, the outer flange 496 ′ and the inner flange 49 of the piston frame 490 ′ are
4'are almost the same height, and the outer flange has a ledge 4
It has not reached 26 '. The flange 428 'projects downwardly from the edge of the ledge 426' of the carrier housing 410 ', and the upper ring 610 and the lower ring 6'.
12 are provided. The lower ring 612 has a larger radius than the upper ring 610 such that the upper ring 610 is positioned above the outer flange 496 ′ of the retaining ring assembly 254, and the lower ring 612 is located inside the outer flange 496 ′. Fit concentrically.
【0089】キャリアベース270’は、レッジ27
8’のエッジから突き出るリップ614を有している。
エアを圧力チャンバ264の中にポンプ輸送してキャリ
アベース270’が押し下げられたとき、リップ614
がフランジ428’の面616に対して捕捉してキャリ
アベースの下向きの動きを停止させ、ダイアフラム46
0’の過度の伸張を防止する。フランジ428’はキャ
リアハウジング410’と一体の部品ではなく、ボルト
又はねじ(図示せず)によりキャリアハウジング41
0’に装着されている。リップ614と表面616との
直接の接触により、トルクピン256’への応力が低減
される。The carrier base 270 'has a ledge 27.
It has a lip 614 protruding from the 8'edge.
When the carrier base 270 'is depressed by pumping air into the pressure chamber 264, the lip 614
Catches against the face 616 of the flange 428 'to stop downward movement of the carrier base, and the diaphragm 46
Prevents excessive stretching of 0 '. The flange 428 'is not an integral part of the carrier housing 410' but may be bolted or screwed (not shown) into the carrier housing 41 '.
It is attached to 0 '. The direct contact between lip 614 and surface 616 reduces stress on torque pin 256 '.
【0090】ラバーシール618は、外側フランジ49
6’と上リング610との間のギャップの上方にフィッ
トして、キャリアヘッド180’をスラリからシールす
る。シール618は、「ヘッドバンド」に似た形状を有
し、その頂部エッジ及び底部エッジにOリング(図示せ
ず)を有している。シール618はフレキシブルであ
り、保持リング組立体254がハウジング組立体252
に対して下向きに移動したときには伸張することができ
る。The rubber seal 618 is attached to the outer flange 49.
Fit above the gap between 6'and the upper ring 610 to seal the carrier head 180 'from the slurry. The seal 618 has a shape similar to a "headband" and has O-rings (not shown) on its top and bottom edges. The seal 618 is flexible such that the retaining ring assembly 254 allows the housing assembly 252 to
When it moves downward with respect to, it can be stretched.
【0091】また、図17及び18に示される具体例で
は、底面266の平坦性を向上するため、ばね334と
キャリアベース270’の間の接触を排除している。図
18に示されるように、ジンバル機構258’はX字状
の部材620を有しており、これは、中心円筒部624
から突き出る4本の垂直ロッド622を有している。中
心円筒部624の上面626は、円錐状の窪み292’
を有している。中心円筒部624は、ベアリングベース
314’の下側の円錐状窪み320の中にフィットす
る。In addition, in the embodiment shown in FIGS. 17 and 18, in order to improve the flatness of the bottom surface 266, the contact between the spring 334 and the carrier base 270 'is eliminated. As shown in FIG. 18, the gimbal mechanism 258 ′ has an X-shaped member 620, which has a central cylindrical portion 624.
It has four vertical rods 622 protruding from it. The upper surface 626 of the central cylindrical portion 624 has a conical recess 292 '.
have. The central cylindrical portion 624 fits within the lower conical recess 320 of the bearing base 314 '.
【0092】ジンバル本体310’のベアリングベース
314’は、ロッド622を受容するための4つの垂直
スロット628を有している。ガイドピン324及びば
ね334は、円筒状の通路322の中にフィットしてい
る(図17参照)。X字状部材620がジンバル機構2
58’の中に配置されるため、ガイドピンの底面の球状
突起部332が中心円筒部624の円錐窪み292’に
係合するようになり、また、ロッド622がベアリング
ベースのスロット628の中に伸びるようになる。ジン
バルレース360’のくさび型部材364’は、数個の
ノッチ630を有している。ジンバルレース360’が
ジンバル機構の上に配置されているときは、それぞれの
ロッド622の端部631はジンバルレース360’の
それぞれのノッチ630の上に取り付けられる。例え
ば、ボルト又はねじ(図示せず)が、くさび型部材36
4’の外面の穴(図示せず)の中を通って、各ロッドの
端部のねじ切りリセスに至ってもよい。そして、この組
立体全体は、キャリアベース270’の中心の底部が平
坦な窪み632の中に置かれてもよい。The bearing base 314 ′ of the gimbal body 310 ′ has four vertical slots 628 for receiving the rod 622. The guide pin 324 and the spring 334 fit in the cylindrical passage 322 (see FIG. 17). The X-shaped member 620 is the gimbal mechanism 2
58 ', so that the spherical protrusion 332 on the bottom surface of the guide pin engages the conical recess 292' of the central cylindrical portion 624, and the rod 622 is inserted into the slot 628 of the bearing base. It will grow. The wedge shaped member 364 'of the gimbal race 360' has several notches 630. When the gimbal race 360 'is positioned on the gimbal mechanism, the end 631 of each rod 622 is mounted over the respective notch 630 of the gimbal race 360'. For example, bolts or screws (not shown) may be used as wedge-shaped members 36.
It may pass through a hole (not shown) on the outer surface of 4'to reach the threaded recess at the end of each rod. The entire assembly may then be placed in a flat bottomed recess 632 in the center of the carrier base 270 '.
【0093】ジンバル機構258’が一旦組み上がれ
ば、ばね334がジンバル本体310’を上向きに強制
してX字状部材から離すため、ベアリングベース31
4’の球状外面316’が、ジンバルレース360’の
球状内側面366’に対して押圧される。ジンバル本体
310’はなお、ジンバルレース360’に対して2次
元的に旋回することが可能であり、何故なら、ロッド6
22がスロットの中でスライドすることが可能だからで
ある。しかし、X字状部材620がジンバルレース36
0’に固定されているため、ばね334からの下向きの
力は、キャリアベース270までは伝達されない。キャ
リアベースの中心には外向きの力が存在しないため、キ
ャリアベース270’の底面266は、ジンバル機構2
58’がキャリアベースに取り付けられているときは、
平坦なままである。Once the gimbal mechanism 258 'is assembled, the spring 334 forces the gimbal body 310' upwards and separates it from the X-shaped member.
The 4'spherical outer surface 316 'is pressed against the spherical inner surface 366' of the gimbal race 360 '. The gimbal body 310 'can still pivot in two dimensions relative to the gimbal race 360' because the rod 6
This is because 22 can slide in the slot. However, the X-shaped member 620 causes the gimbal race 36 to
Since it is fixed at 0 ′, the downward force from the spring 334 is not transmitted to the carrier base 270. Since there is no outward force at the center of the carrier base, the bottom surface 266 of the carrier base 270 ′ has a gimbal mechanism 2.
When 58 'is attached to the carrier base,
It remains flat.
【0094】図21に示すキャリアヘッド180の別の
具体例では、垂直ピン700を用いて、ベース組立体2
50からトルクを保持リング組立体254へ直接伝達し
ている。図21の部品の中で、前出の具体例と類似して
いるが変形されているものには、符号にダブルダッシュ
('')を付して示すことにする。In another specific example of the carrier head 180 shown in FIG. 21, the vertical pin 700 is used and the base assembly 2 is used.
Torque is transmitted directly from 50 to the retaining ring assembly 254. Among the parts in FIG. 21, those similar to the above-mentioned specific example but modified are shown by adding a double dash (″) to the reference numeral.
【0095】図21に示されるように、保持リング25
4は、ピストンフレーム290''に取り付けられた保持
リング510を有している。ピストンフレーム490''
の内側フランジ494と外側フランジ496''とは、ほ
ぼ同じ高さを有している。外側フランジ496''の内面
702は、均等な間隔で配置された3つの半円状の垂直
グルーブ704を有している(図は断面図であるため、
2つのみ示される)。キャリアベース270''のフラン
ジ300''の外面706も、均等な間隔で配置された3
つの半円状の垂直グルーブ708を有している(図は断
面図であるため、2つのみ示される)。保持リング組立
体254の内側フランジ494は、ベース組立体254
のギャップ304の中にフィットし、ブラダー520に
接触する。フランジ300''の外面706は外側フラン
ジ496''の内面702と係合しているため、グルーブ
704がグルーブ708と係合して3つの垂直円筒状通
路を形成するようになる。As shown in FIG. 21, the retaining ring 25
4 has a retaining ring 510 attached to the piston frame 290 ″. Piston frame 490 ''
The inner flange 494 and the outer flange 496 ″ of the same have substantially the same height. The inner surface 702 of the outer flange 496 '' has three evenly spaced vertical grooves 704 in the shape of a semicircle (since the figure is a cross-sectional view,
Only two are shown). The outer surface 706 of the flange 300 ″ of the carrier base 270 ″ is also 3 equally spaced.
It has one semicircular vertical groove 708 (only two are shown because the figure is a cross-section). The inner flange 494 of the retaining ring assembly 254 is
Fit in the gap 304 of the bladder 520 and contact the bladder 520. The outer surface 706 of the flange 300 ″ engages the inner surface 702 of the outer flange 496 ″ so that the groove 704 engages the groove 708 to form three vertical cylindrical passages.
【0096】3つの円筒状ピン700が、円筒状通路の
中にフィットして、トルクをベース組立体250から保
持リング組立体254へ伝達する。ピン700により、
ベース組立体250が保持リング組立体254に対して
垂直にスライドすることが可能となる。ベース組立体2
50が軸296の周りで回転するときは、ピン700は
ベース組立体のための横方向のコネクターを与えて、保
持リング組立体を回転させる。更に、ベース組立体25
0がハウジング組立体252に対して旋回する場合は、
ピン700は、保持リングがベース組立体と調心されて
いることを保持する。フランジ496''の上方にストッ
プリング(図示せず)がフィットしてピン700を垂直
方向に制限してもよい。ストップリングは、ハウジング
組立体252に直接係合して保持リング組立体の垂直方
向下向きの動きを制限する、突起部を有していてもよ
い。Three cylindrical pins 700 fit within the cylindrical passages to transfer torque from the base assembly 250 to the retaining ring assembly 254. With pin 700
The base assembly 250 is allowed to slide vertically with respect to the retaining ring assembly 254. Base assembly 2
As 50 rotates about axis 296, pin 700 provides a lateral connector for the base assembly to rotate the retaining ring assembly. Further, the base assembly 25
0 swivels with respect to the housing assembly 252,
The pin 700 keeps the retaining ring aligned with the base assembly. A stop ring (not shown) may fit over the flange 496 ″ to constrain the pin 700 vertically. The stop ring may have a protrusion that directly engages the housing assembly 252 to limit vertical downward movement of the retaining ring assembly.
【0097】ピストンリング490''の外側フランジ4
96''の内面702は、2つの対向する方形垂直窪み7
10(1つのみ図示)を有していてもよく、また、ハウ
ジング410''のフランジ428'は、2つの下向きに
突き出るタブ712(1つのみ図示)を有していてもよ
い。タブ712のそれぞれは、方形のスロット562を
有している。タブ712は、ベース組立体250の外面
706と保持リング組立体254の内面702との間の
垂直窪み719の中にフィットしている。上述の如く、
スライダーは方形スロット562の中にフィットしてい
てもよく、また、トルクピンがスライダーの穴の中を伸
びて、ハウジング組立体252をベース組立体250に
接続してもよい。Outer flange 4 of piston ring 490 ''
The inner surface 702 of the 96 ″ has two opposing rectangular vertical recesses 7
10 (only one shown), and the flange 428 'of the housing 410''may have two downwardly projecting tabs 712 (only one shown). Each of the tabs 712 has a rectangular slot 562. The tab 712 fits within a vertical recess 719 between the outer surface 706 of the base assembly 250 and the inner surface 702 of the retaining ring assembly 254. As mentioned above,
The slider may fit within a square slot 562 and a torque pin may extend through a hole in the slider to connect the housing assembly 252 to the base assembly 250.
【0098】図19A及び19Bに示されるように、本
発明のポリシング装置は、水等の流体をキャリアヘッド
180に流入出させるための流体ラインを数本有してい
る。詳細は下記に説明するが、これらの流体ラインを用
いてチャンバ264に圧力を与えて、保持リング組立体
252を作動させ、またキャリアヘッド180の温度を
制御し、また基板をキャリアヘッドの底部に真空チャッ
クしてもよい。図19Aで例示される構成では、ポリシ
ング装置は5本の流体ラインを有しており、図19Bに
例示される構成では、ポリシング装置は4本の流体ライ
ンを有している。As shown in FIGS. 19A and 19B, the polishing apparatus of the present invention has several fluid lines for letting a fluid such as water into and out of the carrier head 180. As described in more detail below, these fluid lines are used to apply pressure to chamber 264 to actuate retaining ring assembly 252, control the temperature of carrier head 180, and bring the substrate to the bottom of the carrier head. A vacuum chuck may be used. In the configuration illustrated in FIG. 19A, the polishing device has five fluid lines, and in the configuration illustrated in FIG. 19B, the polishing device has four fluid lines.
【0099】これら流体ラインの中には、ベース組立体
250とハウジング組立体252との間に流体を流動さ
せるコネクターを有しているものもある。ベース組立体
250及びハウジング組立体252は相互に相対的に垂
直に動くため、フレキシブルな流体コネクターを圧力チ
ャンバ264に用いている。これらのフレキシブルな流
体コネクターは、ハウジング組立体252の傾斜導管を
ベース組立体250の様々な導管につなぐ。それぞれの
フレキシブルな流体コネクターとそれぞれの導管との間
のジョイントは、継手によってシールされ、コネクター
の流体が圧力チャンバの中に漏出することを防止する。
それぞれのフレキシブルな流体コネクターは、プラスチ
ックの配管又はメタルのベローズであってもよい。Some of these fluid lines have a connector for fluid flow between the base assembly 250 and the housing assembly 252. Since the base assembly 250 and housing assembly 252 move vertically relative to each other, a flexible fluid connector is used for the pressure chamber 264. These flexible fluid connectors connect the angled conduits of housing assembly 252 to various conduits of base assembly 250. The joint between each flexible fluid connector and each conduit is sealed by a fitting to prevent connector fluid from leaking into the pressure chamber.
Each flexible fluid connector may be plastic tubing or metal bellows.
【0100】上述のように、流体ラインの中には、キャ
リアヘッドの温度の制御に用いられるものもある。CM
Pは一部に化学的なプロセスを含むため、ポリシングの
速度は基板の温度に依存して変化する。一般に、ポリシ
ングは、高温であるほどより速く進む。基板10とポリ
シングパッド120との摩擦により、熱が発生する。こ
の熱は、キャリアヘッド及びプラーテンに蓄積される。
例えば、ポリシングを30分間続けた後、基板10とポ
リシングパッド120との境界部の温度は、20℃の室
温から40〜50℃上昇するだろう。ポリシングした基
板の数に応じてポリシング装置の温度が上がっていくた
め、ポリシング装置の中に配置される一連の基板のそれ
ぞれは、異なる温度下に晒されることになり、即ち、ポ
リシング速度が異なることとなる。ポリシングを一定に
するために、各基板は実質的に同じ温度に晒されるべき
である。As described above, some of the fluid lines are used for controlling the temperature of the carrier head. CM
Since P partially includes a chemical process, the polishing rate changes depending on the temperature of the substrate. In general, polishing proceeds faster at higher temperatures. Heat is generated due to the friction between the substrate 10 and the polishing pad 120. This heat is stored in the carrier head and platen.
For example, after continuing polishing for 30 minutes, the temperature at the interface between the substrate 10 and the polishing pad 120 will rise from room temperature of 20 ° C to 40-50 ° C. As the temperature of the polishing machine rises with the number of substrates that have been polished, each of the series of substrates placed in the polishing machine will be exposed to different temperatures, i.e. different polishing rates. Becomes To keep the polishing constant, each substrate should be exposed to substantially the same temperature.
【0101】以前のポリシングシステムでは、プラーテ
ンの温度を制御することにより、基板の温度を制御しよ
うとしていた。しかし、ポリシングパッドは熱伝導体と
して有効ではなく、即ち、プラーテン温度を制御して
も、基板温度を有効に制御しない。本発明のポリシング
システムは、キャリアヘッド180の温度を制御するこ
とにより、このような問題を解決するものである。Previous polishing systems have attempted to control the temperature of the substrate by controlling the temperature of the platen. However, the polishing pad is not effective as a heat conductor, that is, controlling the platen temperature does not effectively control the substrate temperature. The polishing system of the present invention solves such a problem by controlling the temperature of the carrier head 180.
【0102】図19Aに示されるように、2本の流体ラ
インにより、水又はグリコール等のクーラントをキャリ
アヘッド180の中を循環させることができる。具体的
には、クーラントは、熱交換器640から、流入ライン
232aの中に入り、そしてロータリーカップリング2
30、駆動シャフト184のチャンネル232a、ハウ
ジング組立体252の導管436a、そして圧力チャン
バ264のフレキシブルな流体コネクター642の中を
流れてもよい。フレキシブルな流体コネクター642か
ら、流体が接続導管644の中を流れ、ベース組立体2
50の通路350の流入口356へと流入する。クーラ
ントが通路350の中を循環して、基板とポリシングパ
ッドの摩擦により生じた熱を吸収する。クーラントは、
この通路の中を一旦循環し始めた後、排出口357を通
って出て、排出導管646を出て、フレキシブルな流体
コネクター648に至る。そこからクーラントが、ハウ
ジング組立体252の導管436b、駆動シャフト18
4のチャンネル234b、ロータリーカップリング23
0、排出ライン232bの中を流れ、そして、熱交換器
640へと戻ってくる。熱交換器はクーラントの温度を
設定温度、例えば5℃〜100℃の間に維持するように
作動することが可能である。熱交換器は、クーラントを
キャリアヘッドの中でポンプ輸送するため、容積式ポン
プや遠心ポンプ等のポンプ650を有していてもよい。
更に、熱電対(図示せず)をベース組立体250の中に
埋め込んで、キャリアヘッド180の温度を感知しても
よい。As shown in FIG. 19A, two fluid lines allow a coolant such as water or glycol to circulate in the carrier head 180. Specifically, the coolant enters the inflow line 232a from the heat exchanger 640 and enters the rotary coupling 2
30, flow channel 232a of drive shaft 184, conduit 436a of housing assembly 252, and flexible fluid connector 642 of pressure chamber 264. From the flexible fluid connector 642, the fluid flows through the connecting conduit 644 and the base assembly 2
50 into the inlet 356 of the passage 350. The coolant circulates in the passage 350 to absorb the heat generated by the friction between the substrate and the polishing pad. The coolant is
Once it has begun to circulate in this passage, it exits through outlet 357 and exits outlet conduit 646 to flexible fluid connector 648. From there, the coolant flows through conduit 436b of housing assembly 252, drive shaft 18
4 channel 234b, rotary coupling 23
0, flows in the discharge line 232b, and then returns to the heat exchanger 640. The heat exchanger can be operated to maintain the temperature of the coolant at a set temperature, for example between 5 ° C and 100 ° C. The heat exchanger may have a pump 650 such as a positive displacement pump or a centrifugal pump to pump the coolant in the carrier head.
Additionally, a thermocouple (not shown) may be embedded within the base assembly 250 to sense the temperature of the carrier head 180.
【0103】図20に例示される実施態様の1つでは、
フレキシブルな流体コネクター642及び648は、ハ
ウジング組立体252の継手652をベース組立体25
0の継手654に接続させるプラスチックの配管であ
る。継手652及び654は、プラスチック配管と導管
との間のジョイントをシールして、チャンバ264への
流体の漏出を防止する。プラスチック配管は、円錐ハブ
414及びジンバルロッド311の周りに半巻き、3/
4巻き、あるいは1巻き又はそれ以上巻かれてもよい。
圧力チャンバ264の容積が増加してベース組立体がハ
ウジング組立体に対して下向きに移動するとき、配管は
最小限だけ伸張する。ここには例示されない別の実施態
様では、フレキシブルな流体コネクターはメタルのベロ
ーズであってもよい。メタルベローズは、圧力チャンバ
264の高さに合うように、伸縮可能である。好ましく
は、メタルは1つの継手を直接オーバーヘッドとなって
いる別の継手と伸縮させる。In one of the embodiments illustrated in FIG. 20,
Flexible fluid connectors 642 and 648 connect the fitting 652 of the housing assembly 252 to the base assembly 25.
It is a plastic pipe to be connected to the zero joint 654. Fittings 652 and 654 seal the joint between the plastic tubing and the conduit to prevent fluid leakage into chamber 264. Plastic tubing is half wrapped around the conical hub 414 and gimbal rod 311
It may be wound four times, or one or more times.
When the volume of pressure chamber 264 increases and the base assembly moves downward relative to the housing assembly, the tubing stretches minimally. In another embodiment not illustrated here, the flexible fluid connector may be a metal bellows. The metal bellows is expandable and contractable to fit the height of the pressure chamber 264. Preferably, the metal stretches one joint with another that is directly overhead.
【0104】この構成により、熱はクーラントに移動し
て、熱交換器640まで運ばれる。キャリアベースとキ
ャリアフィルムの両方が熱を効率良く伝導するため、キ
ャリアヘッド温度を制御することにより、基板温度が制
御されるだろう。With this structure, heat is transferred to the coolant and carried to the heat exchanger 640. Controlling the carrier head temperature will control the substrate temperature as both the carrier base and the carrier film conduct heat efficiently.
【0105】図19Aに示されるように、また上述の如
く、ポリシング装置の別のラインを用いて基板をポリシ
ングパッドに押圧する。ポンプ670が流体、好ましく
はエアを強制して圧力チャンバ264を出入りさせる。
ポンプ670は、流体ライン232c、駆動シャフト1
84のチャンネル234c、ハウジング組立体252の
導管436cを介して、圧力チャンバ264へ接続され
る。ポンプ670は、容量式ポンプ又は遠心ポンプであ
ってもよい。流体がポンプにより圧力チャンバ264へ
輸送されれば、圧力が上昇してベース組立体250をハ
ウジング組立体252に対して下向きに押す。Another line of polishing equipment is used to press the substrate against the polishing pad, as shown in FIG. 19A and as described above. Pump 670 forces a fluid, preferably air, into and out of pressure chamber 264.
Pump 670 includes fluid line 232c, drive shaft 1
It is connected to the pressure chamber 264 via the channel 234c of 84 and the conduit 436c of the housing assembly 252. The pump 670 may be a positive displacement pump or a centrifugal pump. As fluid is pumped into the pressure chamber 264, the pressure rises and pushes the base assembly 250 downward against the housing assembly 252.
【0106】また、上述の如く、ポリシング装置の別の
ラインを用いて、保持リング組立体を作動させる。保持
リング組立体254は、ポンプ675によりブラダー5
20を膨張させることにより作動する。ポンプ675
は、ライン232d、駆動シャフト184のチャンネル
234d、ハウジング組立体252の導管436d、圧
力チャンバ264を貫くフレキシブルな流体コネクター
677、キャリアベース270の第2のチャンネル53
0、キャリアベースの第1のチャンネル、及びバルブ5
26により、ブラダー520に接続される。継手678
及び532が、フレキシブルな流体コネクター677を
導管436d及び第2のチャンネル530にシールす
る。フレキシブルな流体コネクター677は、メタルベ
ローズ(図示せず)又はフレキシブルなプラスチック配
管であってもよい。ポンプ680は、エア等の流体をブ
ラダー520に強制的に入力させて、ブラダーを膨張収
縮させてもよい。ポリシング装置は、圧力チャンバとブ
ラダーとに別々の流体ラインを用いているため、ポリシ
ング装置は、保持リングに独立して制御可能な負荷を与
える。Also, as described above, another line of polishing equipment is used to operate the retaining ring assembly. Retaining ring assembly 254 is used by bladder 5 by pump 675.
It works by inflating 20. Pump 675
Line 232d, channel 234d of drive shaft 184, conduit 436d of housing assembly 252, flexible fluid connector 677 through pressure chamber 264, second channel 53 of carrier base 270.
0, carrier-based first channel, and valve 5
By 26, it is connected to the bladder 520. Fitting 678
And 532 seal the flexible fluid connector 677 to the conduit 436d and the second channel 530. Flexible fluid connector 677 may be a metal bellows (not shown) or flexible plastic tubing. The pump 680 may forcibly input a fluid such as air into the bladder 520 to expand and contract the bladder. Since the polisher uses separate fluid lines for the pressure chamber and the bladder, the polisher provides an independently controllable load on the retaining ring.
【0107】上述の如く、基板をキャリアヘッドへ真空
チャックするために、ポリシング装置の流体ラインを用
いてもよい。しかし、真空チャックの実施態様は、ポリ
シング装置80により何本のラインが与えられるかに依
拠するだろう。図19Aに示されるように、ポリシング
装置が5本の流体ラインを有することができるよう、ロ
ータリーカップリング230は5個以上のジャンクショ
ンを有していてもよい。図19Aの実施態様では、駆動
シャフト184は5つのチャンネル234a〜234e
を有していてもよく、ハウジング組立体252は5本の
導管436a〜436eを有していてもよい。As mentioned above, the fluid lines of the polishing apparatus may be used to vacuum chuck the substrate to the carrier head. However, the vacuum chuck implementation will depend on how many lines are provided by the polishing apparatus 80. As shown in FIG. 19A, the rotary coupling 230 may have 5 or more junctions so that the polishing device can have 5 fluid lines. In the embodiment of FIG. 19A, drive shaft 184 has five channels 234a-234e.
The housing assembly 252 may include five conduits 436a-436e.
【0108】ポンプ680は、導管294に真空を与え
て基板10を底面266にチャックしてもよい。また、
ポンプ680は、導管294を介してエアを吹込むこT
により、基板10を押して底面266から離す。ポンプ
280は、ライン232e、駆動シャフト184のチャ
ンネル234e、ハウジング組立体252の導管436
e、圧力チャンバ264のフレキシブルな流体コネクタ
ー682、通路684そして円形通路374を介して、
導管294へと接続される。好ましくは、フレキシブル
な流体コネクター682は、メタルベローズである。2
つの継手686及び688が、フレキシブルな流体コネ
クターを導管436e及び通路684にシールする。6
本のラインが存在するときは、このラインは、熱電対へ
の電気的接続のために用いてもよい。Pump 680 may apply a vacuum to conduit 294 to chuck substrate 10 to bottom surface 266. Also,
Pump 680 blows air through conduit 294.
Thus, the substrate 10 is pushed and released from the bottom surface 266. Pump 280 includes line 232e, channel 234e of drive shaft 184, conduit 436 of housing assembly 252.
e, via the flexible fluid connector 682 of pressure chamber 264, passage 684 and circular passage 374,
Connected to conduit 294. Preferably, the flexible fluid connector 682 is a metal bellows. 2
Two fittings 686 and 688 seal the flexible fluid connector to conduit 436e and passage 684. 6
If present, this line may be used for electrical connection to the thermocouple.
【0109】図19Bに示されるように、ポリシング装
置が流体ラインを4つだけ有するように、ロータリーカ
ップリング230はジャンクションを4つだけ有してい
てもよい。図19Bの実施態様では、駆動シャフト18
4は4つのチャンネル234a〜234dを有し、ハウ
ジング組立体252は、これに対応した4つの導管43
6a〜436dを有している。キャリアヘッド180
は、冷却システムに関連した通路を用いることにより、
導管294の中に真空や強制流体を与える。As shown in FIG. 19B, the rotary coupling 230 may have only four junctions, just as a polishing device has only four fluid lines. In the embodiment of FIG. 19B, drive shaft 18
4 has four channels 234a-234d, and the housing assembly 252 has four corresponding conduits 43
6a to 436d. Carrier head 180
By using the passages associated with the cooling system,
A vacuum or forced fluid is provided in conduit 294.
【0110】図19Bに示されるように、基板のチャッ
ク及び解放を制御しつつ行えるように、数個のバルブが
具備されている。流入バルブ690は熱交換器640を
流入ライン232aに接続し、排出バルブ692は熱交
換器640を排出ライン232bに接続する。第1のチ
ェックバルブ694と第2のチェックバルブ696とに
より、通路374が冷却システムの通路350に接続す
る。第1のチェックバルブ694は、通路350に流体
があるときには閉のままであり、通路350に真空が存
在するときに開となる。第2のチェックバルブ696
は、ばねで負荷が与えられ、通路350内の圧力が所定
の値を越えない限り閉のままである。As shown in FIG. 19B, several valves are provided to allow controlled chucking and release of the substrate. The inflow valve 690 connects the heat exchanger 640 to the inflow line 232a and the exhaust valve 692 connects the heat exchanger 640 to the exhaust line 232b. The first check valve 694 and the second check valve 696 connect the passage 374 to the passage 350 of the cooling system. The first check valve 694 remains closed when there is fluid in the passage 350 and opens when there is a vacuum in the passage 350. Second check valve 696
Is spring loaded and remains closed unless the pressure in passage 350 exceeds a predetermined value.
【0111】キャリアヘッドが基板をポリシングパッド
へ押圧するときは、流入バルブ690及び排出バルブ6
92は開となり、熱交換器640がクーラントを通路3
50へとポンプ輸送する。ここで、流体が通路350の
中を通って流れるため、チェックバルブ694及び69
6は閉のままであり、導管294を遮断する。When the carrier head presses the substrate against the polishing pad, the inlet valve 690 and the outlet valve 6
92 is opened and the heat exchanger 640 passes the coolant through the passage 3
Pump to 50. Here, as the fluid flows through the passageway 350, check valves 694 and 69
6 remains closed, blocking conduit 294.
【0112】しかし、基板がポリシングステーション同
士の間を移動するときは、ポリシング装置は基板を底面
266にチャックしてもよい。基板をチャックするた
め、流入バルブ690を閉とし、排出バルブを閉とし、
ポンプ650が流体を通路350からポンプ輸送により
排出し続ける。ポンプ650は、第1のチェックバルブ
694が開いて導管294を通路350に接続するよう
になるまで、通路350内の圧力を下げる。この事によ
り、真空が導管294に与えられ、基板10を底面26
6にチャックする。However, the polishing apparatus may chuck the substrate to the bottom surface 266 as the substrate moves between polishing stations. In order to chuck the substrate, the inlet valve 690 is closed and the outlet valve is closed,
Pump 650 continues to pump fluid out of passage 350. Pump 650 reduces the pressure in passage 350 until first check valve 694 opens to connect conduit 294 to passage 350. This causes a vacuum to be applied to conduit 294 which causes substrate 10 to
Chuck to 6.
【0113】キャリアヘッドが移送ステーションに配置
されているときは、ポリシング装置は基板を底面266
から解放してもよい。基板を解放するために、流入バル
ブ690を開にし、排出バルブ692を閉とし、ポンプ
650が流体を通路350へポンプ輸送し続ける。ポン
プ650は、通路350内の圧力がばねからの対向力よ
りも大きくなり第2のチェックバルブ696が開いて導
管294を通路350へ接続させるようになるまで、通
路350内の圧力を上昇させる。クーラントを導管29
4の中で外向きに強制して、基板10をキャリアヘッド
から解放してもよい。When the carrier head is located at the transfer station, the polishing machine places the substrate on the bottom surface 266.
May be released from. To release the substrate, the inlet valve 690 is opened, the outlet valve 692 is closed, and the pump 650 continues to pump fluid into the passageway 350. Pump 650 raises the pressure in passage 350 until the pressure in passage 350 is greater than the opposing force from the spring and second check valve 696 opens to connect conduit 294 to passage 350. Coolant conduit 29
4 may be forced outward to release the substrate 10 from the carrier head.
【0114】以上を纏めれば、本発明のキャリアヘッド
は、圧力チャンバとフローティングジンバルを用いてい
る。このフローティングジンバルにより、キャリアベー
スが駆動シャフトに対して旋回することが可能となる
が、このときジンバルを介して基板に下向きの力が作用
することはない。その代わり、ローリングダイアフラム
がキャリアベースをキャリアハウジングにシールして、
チャンバを形成する。チャンバに圧力を与えることによ
り、基板の端から端まで均等な負荷を与えることが可能
となる。保持リングには、膨張可能なブラダーにより、
独立に負荷が与えられる。基板近くに配置される2本の
水平ピンにより、トルクがキャリアハウジングからキャ
リアベースへ伝達される。これらピンは、ハウジングの
中で垂直にスライドすることが可能であるが、横方向に
はスライドしない。しかし、トルクピンを製造許容範囲
に適合させるに十分な弾性が存在するため、両方のトル
クピンは回転の負荷に耐えることができる。冷却板の底
部のチャンネルを、チャンバの中を通るフレキシブルな
流体コネクターにより熱交換器に接続して、キャリアヘ
ッドの温度制御を可能にする。In summary, the carrier head of the present invention uses the pressure chamber and the floating gimbal. This floating gimbal allows the carrier base to pivot with respect to the drive shaft, but at this time no downward force acts on the substrate via the gimbal. Instead, a rolling diaphragm seals the carrier base to the carrier housing,
Form a chamber. By applying pressure to the chamber, it is possible to apply an even load across the substrate. The retaining ring has an inflatable bladder
The load is given independently. Torque is transferred from the carrier housing to the carrier base by two horizontal pins located near the board. The pins can slide vertically within the housing, but not laterally. However, both torque pins are able to withstand the load of rotation because there is sufficient resilience to allow the torque pins to meet manufacturing tolerances. The bottom channel of the cold plate is connected to the heat exchanger by a flexible fluid connector running through the chamber to allow temperature control of the carrier head.
【0115】本発明はここまで、好ましい具体例に関し
て説明をしてきた。しかし、本発明は、ここに描写され
記載されてきた具体例に限定されるものではない。むし
ろ、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって画成さ
れるものである。The invention has thus far been described with reference to preferred embodiments. However, the invention is not limited to the embodiments described and described herein. Rather, the scope of the present invention is defined by the appended claims.
【図1】A〜Eは、基板上の層の堆積及びエッチングを
例示する、基板の模式的な断面図である。1A-1E are schematic cross-sectional views of a substrate illustrating the deposition and etching of layers on the substrate.
【図2】A〜Cは、基板の非平坦な外側面を研磨する工
程を例示する、基板の模式的な断面図である。2A to 2C are schematic cross-sectional views of a substrate illustrating a process of polishing a non-flat outer surface of the substrate.
【図3】ケミカルメカニカルポリシング装置の模式的な
斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a chemical mechanical polishing device.
【図4】図3のケミカルメカニカルポリシング装置の模
式的な斜視分解図である。4 is a schematic perspective exploded view of the chemical mechanical polishing apparatus of FIG.
【図5】A〜Fは、搬入及び研磨が連続的に行われる際
のウエハの様子を示す、研磨装置の模式的な上面図であ
る。5A to 5F are schematic top views of a polishing apparatus showing states of a wafer when loading and polishing are continuously performed.
【図6】ポリシングパッド上の基板の模式的な側面図で
ある。FIG. 6 is a schematic side view of a substrate on a polishing pad.
【図7】上ハウジングを取り除いた、カルーセルの模式
的な上面図である。FIG. 7 is a schematic top view of the carousel with the upper housing removed.
【図8】図7のキャリアヘッドの8−8線に沿った模式
的な断面図である。8 is a schematic cross-sectional view of the carrier head of FIG. 7, taken along line 8-8.
【図9】本発明に従ったキャリアヘッドの主となる部品
の模式的な線図である。FIG. 9 is a schematic diagram of main components of a carrier head according to the present invention.
【図10】本発明に従ったキャリアヘッドのベース組立
体の模式的な分解図であり部分的に断面図となってい
る。FIG. 10 is a schematic exploded view of a base assembly of a carrier head according to the present invention, with a partial cross-sectional view.
【図11】本発明に従ったキャリアヘッドの模式的な断
面図である。FIG. 11 is a schematic sectional view of a carrier head according to the present invention.
【図12】キャリアヘッドのベース組立体の冷却板の模
式的な底面図である。FIG. 12 is a schematic bottom view of the cooling plate of the base assembly of the carrier head.
【図13】本発明に従ったキャリアヘッドのハウジン組
立体の模式的な分解図であり部分的に断面図となってい
る。FIG. 13 is a schematic exploded view and partial cross-sectional view of a housing assembly of a carrier head according to the present invention.
【図14】本発明に従ったキャリアヘッドの保持リング
組立体の模式的な分解図であり部分的に断面図となって
いる。FIG. 14 is a schematic exploded view and partial cross-sectional view of a retaining ring assembly for a carrier head according to the present invention.
【図15】図11に示されるキャリアヘッドのトルクピ
ン組立体の拡大図である。15 is an enlarged view of a torque pin assembly of the carrier head shown in FIG.
【図16】本発明のハウジング組立体からキャリアヘッ
ドのベース組立体へとトルクを伝達するためのトルクピ
ン組立体の模式的な分解図である。FIG. 16 is a schematic exploded view of a torque pin assembly for transmitting torque from the housing assembly of the present invention to the base assembly of the carrier head.
【図17】本発明に従ったキャリアヘッドの1部分の模
式的な断面図である。FIG. 17 is a schematic sectional view of a part of a carrier head according to the present invention.
【図18】本発明に従ったキャリアヘッドのジンバル機
構の模式的な分解図であり部分的に断面図となってい
る。FIG. 18 is a schematic exploded view of the gimbal mechanism of the carrier head according to the present invention, which is a partial sectional view.
【図19】図19Aは、5つ以上のチャンネルを有する
駆動シャフトに接続される、本発明のキャリアヘッドの
流体ラインの模式的な線図である。図19Bは、チャン
ネルを4つ有する駆動シャフトに接続される、本発明の
キャリアヘッドの流体ラインの模式的な線図である。FIG. 19A is a schematic diagram of a fluid line of a carrier head of the present invention connected to a drive shaft having five or more channels. FIG. 19B is a schematic diagram of a fluid line of the carrier head of the present invention connected to a drive shaft having four channels.
【図20】本発明に従ったキャリアヘッドへクーラント
を与えるための圧力チャンバ内の配管の模式的な分解斜
視図である。FIG. 20 is a schematic exploded perspective view of piping in a pressure chamber for supplying a coolant to a carrier head according to the present invention.
【図21】本発明に従ったキャリアヘッドの模式的な分
解図であり部分的に断面図となっている。FIG. 21 is a schematic exploded view of a carrier head according to the present invention, partially in cross-section.
10…基板、12…シリコンウエハ、14…メタル層、
14’…メタル島、16…フォトレジスト層、16’…
パターニングされたフォトレジスト層、20…絶縁層、
22…外側面、25…フォトレジスト層、60…搬入装
置、62…アーム、64…オーバーヘッドトラック、6
6…リスト組立体、67…ブレード、68…カセットク
ロー、70…カセット、72…保持ステーション、74
…タブ、80…ポリシング装置、82…機械土台、83
…テーブルトップ、100…ポリシングステーション、
105…移送ステーション、110…プラーテン、12
0…ポリシングパッド、121…リング領域、122…
パッド表面、123…中心、124…パッド上層、12
5…エッジ、126…下層、128…接着層、130…
パッドコンディショナー装置、132…アーム、134
…コンディショナーヘッド、136…洗浄ベイズン、1
40…洗浄ステーション、150…カルーセル、152
…中心ポスト、154…カルーセル軸、156…カルー
セル支持板、158…カバー、160…キャリアヘッド
システム、180…ポリシングヘッドないしキャリアヘ
ッド、182…スロット、184…キャリア駆動シャフ
ト、186…キャリアヘッド回転モーター、190…ス
ラリ、195…スラリ供給管、200…キャリアヘッド
支持スライド、201…リニアベアリング組立体、20
2…レール、204…ハンド、206…ベアリング、2
08…ベアリングストップ、210…親ねじ、212…
モーター、220…アングルアイアン、222…ウィン
グ、224…光学位置センサー、226…シャフトハウ
ジング、230…ロータリーカップリング、232…ラ
イン、234…チャンネル、236…通路、238…ベ
ースフランジ、250…ベース組立体、252…ハウジ
ング組立体、254…保持リング組立体、256…トル
ク組立体、258…ジンバル機構、260…地点、26
2…シール、264…圧力チャンバ、266…底面、2
70…キャリアベース、274…頂面、276…ベイズ
ン、278…レッジ、282…リム、284…堀、28
6…タレット、288…頂部、290…側部、292…
窪み、293…インサート、294…導管、296…中
心軸、298…本体部分、300…フランジ、302…
外側エッジ、304…U字型ギャップ、310…ジンバ
ル本体、311…ジンバルロッド、312…頂面、31
4…ベアリングベース、316…球状外面、318…内
面、320…窪み、322…円筒状通路、324…ガイ
ドピン、326…ノブ、328…最上最狭の部分、33
0…ディスク、332…球状突起部、334…ばね、3
36…ショルダー、340…冷却板、342…中心開
口、344…内側リング、346…外側リング、348
…下側、350…通路、352…同心円形チャンネル、
353…クロスチャンネル、356…流入口、357…
排出口、360…ジンバルレース、362…外側部品、
364…内側部品、366…球状内面、368…リッ
プ、370…内側エッジ、372…下側、374…円形
グルーブ、376,378…Oリング、380,382
…円形グルーブ、386…ボルト、387…ボルト穴、
388…ねじ切りボルト穴、390…キャリアフィル
ム、392…上面、394…穴、396…底面、400
…ローラーベアリング、402…ベアリング、404…
管内面、406…管外面、410…キャリアハウジン
グ、412…底面、414…円錐ハブ、416…円筒キ
ャビティ、418…天井部、420…円筒ハブ、422
…環状領域、424…円形リッジ、426…下側レッ
ジ、428…フランジ、430…ネック、432…ドエ
ルピン穴、434…円形面、436…傾斜導管、437
…Oリング、438…ドエルピン、440…ブッシン
グ、442…外面、444…内面、450…クランプリ
ング、452…ねじ切りリセス、460…ダイアフラ
ム、462…外部、464…内側エッジ、466…リセ
ス、468…スロット、470…クランプリング、47
2…外側リップ、474…ねじ山ねじ、476…穴、4
78…合せねじ切りリセス、480…円形グルーブ、4
84…ボルト穴、486…ねじ、490…環状ピストン
フレーム、492…クロス部品、494…内側環状フラ
ンジ、496…外側環状フランジ、498…リップ、5
00…合せリップ、506…リッジ、510…保持リン
グ、512…外側リング部分、514…内側リング部
分、516…内側リングの表面、520…ブラダー、5
22…U字の下側、526…バルブ、528…第1のチ
ャンネル、530…第2のチャンネル、532…継手、
540…ストップリング、542…ボルト、544…ボ
ルト穴、546…ねじ切りリセス、548…ストップリ
ングの下側、550…ピン受容リセス、552…リセス
外部、554…リセス内部、556…チップ、558…
ねじ切り端部、560…スライダー、562…スロッ
ト、564…方形くさび型部分、566…ウィング、5
68…スライダー穴、570…トルクピンのヘッド、5
72…アクセスアパーチャー、574…円形アパーチャ
ー、576…細長アパーチャー、580…ギャップ、5
82…バリア、600…外側エッジ、602…リセス、
610…上リング、612…下リング、614…リッ
プ、616…表面、618…シール、620…X字状部
材、622…ロッド、624…中心円筒部、626…上
面、628…垂直スロット、630…ノッチ、631…
ロッド端部、640…熱交換器、642…流体コネクタ
ー、644,646…接続導管、648…流体コネクタ
ー、650…ポンプ、652,654…継手、670…
ポンプ、675…ポンプ、677…流体コネクター、6
80…ポンプ、682…流体コネクター、684…通
路、690…流入バルブ、692…排出バルブ、694
…第1のチェックバルブ、696…第2のチェックバル
ブ、700…垂直ピン、702…外側フランジの内面、
704…垂直グルーブ、706…キャリアベースのフラ
ンジの外面、708…垂直グルーブ、710…方形垂直
窪み、712…タブ。10 ... substrate, 12 ... silicon wafer, 14 ... metal layer,
14 ': metal island, 16: photoresist layer, 16' ...
Patterned photoresist layer, 20 ... insulating layer,
22 ... Outer surface, 25 ... Photoresist layer, 60 ... Loading device, 62 ... Arm, 64 ... Overhead track, 6
6 ... Wrist assembly, 67 ... Blade, 68 ... Cassette claw, 70 ... Cassette, 72 ... Holding station, 74
... Tab, 80 ... Polishing device, 82 ... Machine base, 83
... table top, 100 ... polishing station,
105 ... Transfer Station, 110 ... Platen, 12
0 ... polishing pad, 121 ... ring region, 122 ...
Pad surface, 123 ... Center, 124 ... Pad upper layer, 12
5 ... Edge, 126 ... Lower layer, 128 ... Adhesive layer, 130 ...
Pad conditioner device, 132 ... Arm, 134
… Conditioner head, 136… Wash basin, 1
40 ... Washing station, 150 ... Carousel, 152
... central post, 154 ... carousel shaft, 156 ... carousel support plate, 158 ... cover, 160 ... carrier head system, 180 ... polishing head or carrier head, 182 ... slot, 184 ... carrier drive shaft, 186 ... carrier head rotation motor, 190 ... Slurry, 195 ... Slurry supply pipe, 200 ... Carrier head support slide, 201 ... Linear bearing assembly, 20
2 ... Rail, 204 ... Hand, 206 ... Bearing, 2
08 ... Bearing stop, 210 ... Lead screw, 212 ...
Motor, 220 ... Angle iron, 222 ... Wing, 224 ... Optical position sensor, 226 ... Shaft housing, 230 ... Rotary coupling, 232 ... Line, 234 ... Channel, 236 ... Passage, 238 ... Base flange, 250 ... Base assembly , 252 ... Housing assembly, 254 ... Retaining ring assembly, 256 ... Torque assembly, 258 ... Gimbal mechanism, 260 ... Point, 26
2 ... Seal, 264 ... Pressure chamber, 266 ... Bottom surface, 2
70 ... Carrier base, 274 ... Top surface, 276 ... Basin, 278 ... Ledge, 282 ... Rim, 284 ... Moat, 28
6 ... Turret, 288 ... Top, 290 ... Side, 292 ...
Recess, 293 ... Insert, 294 ... Conduit, 296 ... Central axis, 298 ... Main body portion, 300 ... Flange, 302 ...
Outer edge, 304 ... U-shaped gap, 310 ... Gimbal body, 311 ... Gimbal rod, 312 ... Top surface, 31
4 ... Bearing base, 316 ... Spherical outer surface, 318 ... Inner surface, 320 ... Indentation, 322 ... Cylindrical passageway, 324 ... Guide pin, 326 ... Knob, 328 ... Top narrowest part, 33
0 ... Disk, 332 ... Spherical protrusion, 334 ... Spring, 3
36 ... Shoulder, 340 ... Cooling plate, 342 ... Center opening, 344 ... Inner ring, 346 ... Outer ring, 348
... Lower side, 350 ... Passage, 352 ... Concentric circular channels,
353 ... Cross channel, 356 ... Inlet, 357 ...
Discharge port, 360 ... Gimbal lace, 362 ... Outer part,
364 ... Inner part, 366 ... Spherical inner surface, 368 ... Lip, 370 ... Inner edge, 372 ... Lower side, 374 ... Circular groove, 376, 378 ... O-ring, 380, 382
… Circular groove, 386… Bolt, 387… Bolt hole,
388 ... Threaded bolt hole, 390 ... Carrier film, 392 ... Top surface, 394 ... Hole, 396 ... Bottom surface, 400
… Roller bearings, 402… Bearings, 404…
Inner surface of tube, 406 ... Outer surface of tube, 410 ... Carrier housing, 412 ... Bottom surface, 414 ... Conical hub, 416 ... Cylindrical cavity, 418 ... Ceiling part, 420 ... Cylindrical hub, 422
... annular region, 424 ... circular ridge, 426 ... lower ledge, 428 ... flange, 430 ... neck, 432 ... dwell pin hole, 434 ... circular surface, 436 ... inclined conduit, 437
... O-ring, 438 ... Dwell pin, 440 ... Bushing, 442 ... Outer surface, 444 ... Inner surface, 450 ... Clamp ring, 452 ... Threaded recess, 460 ... Diaphragm, 462 ... Outer, 464 ... Inner edge, 466 ... Recess, 468 ... Slot 470 ... Clamp ring, 47
2 ... Outer lip, 474 ... Thread screw, 476 ... Hole, 4
78 ... Recessed thread cutting recess, 480 ... Circular groove, 4
84 ... Bolt hole, 486 ... Screw, 490 ... Annular piston frame, 492 ... Cross part, 494 ... Inner annular flange, 496 ... Outer annular flange, 498 ... Lip, 5
00 ... mating lip, 506 ... ridge, 510 ... retaining ring, 512 ... outer ring portion, 514 ... inner ring portion, 516 ... inner ring surface, 520 ... bladder, 5
22 ... U-shaped lower side, 526 ... Valve, 528 ... First channel, 530 ... Second channel, 532 ... Joint,
540 ... Stop ring, 542 ... Bolt, 544 ... Bolt hole, 546 ... Threaded recess, 548 ... Stop ring lower side, 550 ... Pin receiving recess, 552 ... Recess outside, 554 ... Recess inside, 556 ... Tip, 558 ...
Threaded end portion, 560 ... slider, 562 ... slot, 564 ... rectangular wedge-shaped portion, 566 ... wing, 5
68 ... slider hole, 570 ... torque pin head, 5
72 ... access aperture, 574 ... circular aperture, 576 ... elongated aperture, 580 ... gap, 5
82 ... Barrier, 600 ... Outer edge, 602 ... Recess,
610 ... Upper ring, 612 ... Lower ring, 614 ... Lip, 616 ... Surface, 618 ... Seal, 620 ... X-shaped member, 622 ... Rod, 624 ... Central cylindrical portion, 626 ... Top surface, 628 ... Vertical slot, 630 ... Notch, 631 ...
Rod end, 640 ... Heat exchanger, 642 ... Fluid connector, 644, 646 ... Connection conduit, 648 ... Fluid connector, 650 ... Pump, 652, 654 ... Fitting, 670 ...
Pump, 675 ... Pump, 677 ... Fluid connector, 6
80 ... Pump, 682 ... Fluid connector, 684 ... Passage, 690 ... Inflow valve, 692 ... Discharge valve, 694
... first check valve, 696 ... second check valve, 700 ... vertical pin, 702 ... inner surface of outer flange,
704 ... Vertical groove, 706 ... Outer surface of flange of carrier base, 708 ... Vertical groove, 710 ... Rectangular vertical recess, 712 ... Tab.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステファン ジェイ. ブルメンクランツ アメリカ合衆国, カリフォルニア州, レッドウッド シティー, ヒルクレスト ドライヴ 954 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Stefan Jay. Blumenkranz USA, California, Redwood City, Hillcrest Drive 954
Claims (21)
めのキャリアヘッドであって、 駆動シャフトに接続され、前記駆動シャフトによって第
1の軸の周りに回転するハウジングと、 基板をポリシングパッドに対して保持し、前記ハウジン
グに接続され前記第1の軸の周りに回転する、ベース
と、 前記ポリシングパッドに対して前記基板を押圧するよう
に前記ベースを作用させる、負荷機構と、 前記ハウジングを前記ベースに旋回可能な状態で接続し
て、前記基板と前記ポリシングパッドとの境界部の地点
の周りに前記ベースが回転できるようになる、ジンバル
機構とを備えるキャリアヘッド。1. A carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, comprising: a housing connected to a drive shaft, the housing rotating about a first axis by the drive shaft; A base connected to the housing and rotating about the first axis; a load mechanism for actuating the base to press the substrate against the polishing pad; and a housing pivotable about the base. And a gimbal mechanism that allows the base to rotate around a point of a boundary between the substrate and the polishing pad.
れる請求項1に記載のキャリアヘッド。2. The carrier head of claim 1, wherein the point is located along the first axis.
めのキャリアヘッドであって、 駆動シャフトに接続され、前記駆動シャフトによって第
1の軸の周りに回転するハウジングと、 基板をポリシングパッドに対して保持し、前記ハウジン
グに接続され前記第1の軸の周りに回転する、ベース
と、 前記ポリシングパッドに対して前記基板を押圧するよう
に前記ベースを作用させる、負荷機構と、 前記ハウジングを前記ベースに旋回可能な状態で接続し
て、前記ハウジングに対して前記ベースが回転できるよ
うになり、且つ、前記ベースから前記ハウジングへ水平
方向の力が伝達されるようになる、ジンバル機構とを備
えるキャリアヘッド。3. A carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, comprising: a housing connected to a drive shaft, the housing rotating about a first axis by the drive shaft; A base connected to the housing and rotating about the first axis; a load mechanism for actuating the base to press the substrate against the polishing pad; and a housing pivotable about the base. And a gimbal mechanism that allows the base to rotate with respect to the housing and allows horizontal force to be transmitted from the base to the housing.
スライド可能な状態で接続される請求項3に記載のキャ
リアヘッド。4. The carrier head according to claim 3, wherein the gimbal mechanism is slidably connected to the housing.
記通路を前記第1の軸に沿ってスライドするジンバルロ
ッドを有し、前記ジンバルロッドがギャップにより前記
通路の天井部から隔てられる、請求項4に記載のキャリ
アヘッド。5. The gimbal mechanism includes a gimbal rod that slides through the passage of the housing along the first axis, the gimbal rod being separated from the ceiling of the passage by a gap. The listed carrier head.
前記第1の軸に実質的に垂直な第2の軸の周りに回転す
る請求項3に記載のキャリアヘッド。6. The base relative to the housing,
4. The carrier head of claim 3, which rotates about a second axis that is substantially perpendicular to the first axis.
前記基板と前記ポリシングパッドとの境界部の地点の周
りに回転する請求項6に記載のキャリアヘッド。7. The base relative to the housing,
The carrier head of claim 6, wherein the carrier head rotates about a point of a boundary between the substrate and the polishing pad.
れる請求項7に記載のキャリアヘッド。8. The carrier head of claim 7, wherein the point is located along the first axis.
ジングに接続してこれらの間にチャンバを形成する、フ
レキシブルなシールを有する、請求項3に記載のキャリ
アヘッド。9. The carrier head of claim 3, wherein the loading mechanism includes a flexible seal that connects the base to the housing and forms a chamber therebetween.
ースと、 前記ハウジングの通路を前記第1の軸に沿ってスライド
するジンバルロッドであって、ギャップにより前記ジン
バルロッドが前記通路から隔てられる、前記ジンバルロ
ッドと、 前記ジンバルロッドに接続されるベアリングであって、
前記ベアリングは前記ジンバルレースの前記内面に係合
されることができる球状の外面を有する、前記ベアリン
グとを備える、請求項9に記載のキャリアヘッド。10. The gimbal mechanism includes: a gimbal race having a spherical inner surface and connected to the base; and a gimbal rod that slides through a passage of the housing along the first axis, wherein A bearing connected to the gimbal rod, wherein the gimbal rod is separated from the passage;
10. The carrier head of claim 9, wherein the bearing has a spherical outer surface that can be engaged with the inner surface of the gimbal race.
バルレースの前記内面に対して強制するためのばねを更
に備える請求項10に記載のキャリアヘッド。11. The carrier head of claim 10, further comprising a spring for biasing the outer surface of the bearing against the inner surface of the gimbal race.
な部材を更に備え、前記部材は前記ベアリングと前記ベ
ースとの間に配置され、前記ばねは前記ベアリングを前
記部材から押し離す力を与える請求項11に記載のキャ
リアヘッド。12. The method further comprising a rigid member connected to the gimbal race, the member being disposed between the bearing and the base, the spring providing a force that pushes the bearing away from the member. 11. The carrier head according to item 11.
ためのキャリアヘッドであって、 駆動シャフトに接続され、前記駆動シャフトによって第
1の軸の周りに回転するハウジングと、 基板をポリシングパッドに対して保持し、前記ハウジン
グに接続され前記第1の軸の周りに回転する、ベース
と、 前記ポリシングパッドに対して前記基板を押圧するよう
に前記ベースを作用させる、負荷機構と、 前記ハウジングの中で前記第1の軸に沿う通路に配置さ
れるロッドであって、前記ロッドは前記ベースに固定さ
れて前記ベースから前記ハウジングへ力を伝達する、前
記ロッドと、 前記通路の天井部から前記ロッドを隔てるギャップとを
備えるキャリアヘッド。13. A carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, comprising: a housing connected to a drive shaft, the housing rotating about a first axis by the drive shaft; A base connected to the housing and rotating about the first axis; a load mechanism for actuating the base to press the substrate against the polishing pad; A rod disposed in a passage along an axis of the rod, the rod being fixed to the base and transmitting force from the base to the housing; and a gap separating the rod from a ceiling portion of the passage. Carrier head with.
平方向の力を前記ベースから前記ハウジングへと伝達す
る、リニアベアリングを更に備える請求項13に記載の
キャリアヘッド。14. The carrier head of claim 13, further comprising a linear bearing that surrounds the rod in the passage and transfers a horizontal force from the base to the housing.
ためのキャリアヘッドであって、 駆動シャフトに接続され、前記駆動シャフトによって第
1の軸の周りに回転するハウジングと、 基板をポリシングパッドに対して保持するベースと、 前記ポリシングパッドに押圧するように前記ベースの表
面を作用させる、負荷機構と、 前記ベースを前記ハウジングに接続して、前記ベースが
前記第1の軸の周りに回転するようにする、実質的に水
平なピンとを備えるキャリアヘッド。15. A carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, the housing being connected to a drive shaft, the housing rotating about a first axis by the drive shaft, and the base holding a substrate against a polishing pad. A load mechanism for exerting a surface of the base against the polishing pad; and connecting the base to the housing so that the base rotates about the first axis. Head with a horizontally horizontal pin.
パーチャーを有し、前記ピンが前記ベースから前記細長
アパーチャーの中を伸びる、請求項15に記載のキャリ
アヘッド。16. The carrier head of claim 15, wherein the housing has a vertically elongated aperture and the pin extends from the base through the elongated aperture.
たスライダーを更に備え、前記ピンは前記スライダーの
穴を通って伸び、前記スライダーは前記アパーチャーの
中では垂直方向へ実質的に自由に動くことができるが横
方向への動きが実質的に制限される、請求項16に記載
のキャリアヘッド。17. A slider disposed within the elongated aperture, the pin extending through a hole in the slider, the slider being substantially free to move vertically within the aperture. 17. The carrier head of claim 16, wherein the carrier head is capable of substantially limited lateral movement.
る第2の実質的に水平なピンを更に備える請求項15に
記載のキャリアヘッド。18. The carrier head of claim 15, further comprising a second substantially horizontal pin connecting the base to the housing.
ためのキャリアヘッドであって、 駆動シャフトに接続され、前記駆動シャフトによって第
1の軸の周りに回転するハウジングと、 基板をポリシングパッドに対して保持するベースであっ
て、前記ベースは、本体と、前記本体の外側エッジから
下に突き出る第1の環状フランジとを備え、ギャップに
より前記第1のフランジが前記本体から隔てられる、前
記ベースと、 前記ポリシングパッドに対して前記基板を押圧するよう
に前記ベースを作用させる、負荷機構と、 前記ギャップの中に配置される第2の環状フランジを有
する保持リング組立体と、 前記ギャップの中の前記フランジと前記ベースとの間に
配置される環状のU字型ブラダーとを備えるキャリアヘ
ッド。19. A carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, the housing being connected to a drive shaft and rotating about a first axis by the drive shaft; and a base for holding a substrate against a polishing pad. Wherein the base comprises a body and a first annular flange projecting downwardly from an outer edge of the body, a gap separating the first flange from the body; the polishing pad; A loading mechanism for actuating the base against the base plate, a retaining ring assembly having a second annular flange disposed in the gap, the flange in the gap and the A carrier head having an annular U-shaped bladder disposed between the base and the base.
ウジングに接続してこれらの間にチャンバを形成する、
フレキシブルなシールを有する、請求項19に記載のキ
ャリアヘッド。20. The loading mechanism connects the base to the housing to form a chamber therebetween.
20. The carrier head of claim 19, having a flexible seal.
ングの中の通路を前記U字型ブラダーにつなぐ、フレキ
シブルな流体コネクターを更に有する請求項20に記載
のキャリアヘッド。21. The carrier head of claim 20, further comprising a flexible fluid connector that passes through the chamber and connects a passage in the housing to the U-shaped bladder.
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Legal Events
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