JPH10180626A - Carrier head having suitable material layer for chemical and mechanical grinding system - Google Patents

Carrier head having suitable material layer for chemical and mechanical grinding system

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JPH10180626A
JPH10180626A JP31575297A JP31575297A JPH10180626A JP H10180626 A JPH10180626 A JP H10180626A JP 31575297 A JP31575297 A JP 31575297A JP 31575297 A JP31575297 A JP 31575297A JP H10180626 A JPH10180626 A JP H10180626A
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JP
Japan
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substrate
carrier
carrier head
polishing
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP31575297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Robert D Tolles
ディー. トールズ ロバート
Tsungan Cheng
チャン ツンガン
John Prince
プリンス ジョン
Shamouil Shamouilian
シャモウイリアン シャモウイル
Norm Shendon
シェンドン ノーム
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Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27Work carriers
    • B24B37/30Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To apply a uniform load to a substrate by providing a carrier including a housing and a storage assembly connected to the housing for housing a suitable material layer and using the suitable material layer for a substrate loading surface. SOLUTION: A carrier head 100 includes a housing assembly 102, a substrate loading assembly 104 and a holding ring assembly 196. The substrate loading assembly 104 includes a thin film 134 made of a flexible, expanded and compressed material such as rubber, and the thin film 134 forms a tightly sealed space 126. The tightly sealed space 126 is filled with a suitable material 132. The suitable material 132 is a non-gaseous material such as silicon and viscous, elastic or viscous-elastic deformed under pressure. A suitable material layer made by filling it with the suitable material 132 is moved or pivotally moved on a substrate 10 to deal with the surface change of a grinding pad 42. The suitable material layer is deformed to coincide with the backside of the substrate 10 and thus a load applied from a loading mechanism to the substrate 10 is uniformly dispersed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】本出願は、Norman Shendonによって199
4年3月2日に出願された、「Chemical Mechanical Po
lishing Apparatus with Improved Polishing Contro
l」という名称の米国特許出願第08/205,276号明細書の
一部継続出願であり、またその米国特許出願第08/205,2
76号明細書は、Norman Shendonによって1993年12
月27日に出願された「Chemical Mechanical Polishin
g Apparatus」という名称の米国特許出願第08/173,846
号明細書の一部継続出願である。これらの明細書の内容
は、本明細書に援用されている。
[0001] This application was filed by Norman Shendon in 199.
“Chemical Mechanical Po” filed on March 2, 2004
lishing Apparatus with Improved Polishing Contro
No. 08 / 205,276 which is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser.
No. 76 is incorporated by Norman Shendon in December 1993.
"Chemical Mechanical Polishin filed on March 27
g Apparatus, U.S. Patent Application Serial No. 08 / 173,846
This is a continuation-in-part application of the specification. The contents of these specifications are incorporated herein by reference.

【0002】[0002]

【発明の背景】本発明は一般的に基板の化学的機械的研
磨に関し、より詳細には化学的機械的研磨システムのキ
ャリアヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to chemical mechanical polishing of substrates, and more particularly to a carrier head for a chemical mechanical polishing system.

【0003】集積回路は基本的に基板、特にシリコンウ
エハ上に、導電層、半導体層又は絶縁層のシーケンシャ
ルな堆積によって形成される。各々の層が堆積された
後、層はエッチングされ、回路特徴(circuitry feature
s)が形成される。一連の層がシーケンシャルに堆積され
てエッチングされるに従って、基板の外側又は再上部の
表面、すなわち基板の露出された表面の非平坦性が増大
してくる。外側の表面の非平坦性は、集積回路の製造に
問題を提起する。基板の外側の表面が平坦でないと、そ
の上に置かれるホトレジスト層もまた平坦でなくなる。
ホトレジスト層は、一般的にホトレジストに光の像の焦
点を合せるフォトリソグラフィック装置によってパター
ン形成される。基板の外側の層が非平坦性がかなり大き
い場合、外側の層の頂点と谷との間の最大高低差は結像
装置の焦点深さを越える可能性があり、外側の基板面に
適切に焦点を合せることが不可能になる。
[0003] Integrated circuits are basically formed on a substrate, in particular a silicon wafer, by the sequential deposition of conductive, semiconductor or insulating layers. After each layer is deposited, the layers are etched and the circuit feature
s) is formed. As a series of layers are sequentially deposited and etched, the non-planarity of the outer or top surface of the substrate, ie, the exposed surface of the substrate, increases. Non-planarity of the outer surface poses a problem for integrated circuit fabrication. If the outer surface of the substrate is not flat, the photoresist layer placed thereon will also be uneven.
The photoresist layer is typically patterned by a photolithographic apparatus that focuses a light image on the photoresist. If the outer layer of the substrate is quite uneven, the maximum height difference between the top and the valley of the outer layer can exceed the depth of focus of the imaging device and the outer substrate surface must be properly It becomes impossible to focus.

【0004】改善された焦点深さを有する新しいフォト
リソグラフィック装置を設計することは法外に高額であ
ろう。更に、集積回路に使用される特徴サイズが小さく
なるに従って、より短い波長の光を用いなくてはなら
ず、有効な焦点深さを更に減少する結果となる。故に、
周期的に基板表面を平坦化して、実質的に平坦な層表面
を提供する必要がある。
[0004] Designing new photolithographic equipment with improved depth of focus would be prohibitively expensive. Furthermore, as feature sizes used in integrated circuits become smaller, shorter wavelengths of light must be used, further reducing the effective depth of focus. Therefore,
There is a need to periodically planarize the substrate surface to provide a substantially planar layer surface.

【0005】化学的機械的研磨(CMP)は、一般的に
受入れられている平坦化の方法である。平坦化の方法に
おいては、一般的に、基板をキャリア又は研磨ヘッドに
取り付けなければならない。従って基板の露出面は、回
転研磨ヘッドに対して置かれる。キャリアは、制御可能
な負荷、すなわち圧力を基板に与えて、その基板を研磨
ヘッドに対して押している。更にキャリアは基板と研磨
ヘッドとの間に更なる運動を提供するように回転するこ
とができる。研磨材及び少なくとも一つの化学反応薬品
を含む研磨スラリが研磨パッド上に散布され、研磨化学
液をパッドと基板の界面に提供する。CMPプロセスは
かなり複雑であって、単なる水とぎ(wetsanding)とは異
なっている。CMPプロセスでは、スラリの中の反応薬
品は基板の外側の表面と反応し、反応サイト(sites)を
形成する。反応サイトでの研磨パッド及び研磨粒子との
相互作用によって研磨が引き起こされる。
[0005] Chemical mechanical polishing (CMP) is a commonly accepted method of planarization. In planarization methods, the substrate must generally be mounted on a carrier or polishing head. Thus, the exposed surface of the substrate is placed against the rotating polishing head. The carrier applies a controllable load, or pressure, to the substrate to push the substrate against the polishing head. Further, the carrier can be rotated to provide additional movement between the substrate and the polishing head. A polishing slurry including an abrasive and at least one chemically reactive agent is sprayed on the polishing pad to provide a polishing chemical at the pad-substrate interface. The CMP process is quite complex and differs from mere wetsanding. In a CMP process, the reactants in the slurry react with the outer surface of the substrate to form reaction sites. Polishing is caused by interaction with the polishing pad and abrasive particles at the reaction site.

【0006】効果的なCMPプロセスは高い研磨レート
を有しており、基板表面を仕上げて(小さなスケールの
粗さをなくすこと)平らにする(大きなスケールのトポ
ロジをなくすこと)。研磨レート、仕上げ及び平らさ
は、パッドとスラリとの組合わせ、基板とパッドとの相
対的速さ及びパッドに対して基板を押す力によって決定
される。平らさ及び仕上げが不十分であると欠陥を有す
る基板が作りだされる可能性があるため、研磨パッドと
スラリとの組合わせの選択は、要求される仕上げ及び平
らさによって通常定められる。これらの条件を与えるこ
とによって、研磨レートは、研磨装置の最大スループッ
トを示す。
An effective CMP process has a high polishing rate and finishes the substrate surface (eliminating small scale roughness) and flattening (eliminating large scale topology). The polishing rate, finish and flatness are determined by the pad / slurry combination, the relative speed of the substrate and the pad, and the force pushing the substrate against the pad. The choice of polishing pad and slurry combination is usually dictated by the required finish and flatness, as poor flatness and finish can create defective substrates. By providing these conditions, the polishing rate indicates the maximum throughput of the polishing apparatus.

【0007】研磨レートは基板をパッドに対して押す力
に依存している。特に、この力が大きくなると研磨レー
トは高くなる。キャリアヘッドが非均一な負荷を加える
と、すなわちキャリアが基板の一領域に他領域より多く
の力を加えると、圧力が高い領域は圧力が低い領域より
も速く研磨される。故に、非均一な負荷は基板の非均一
な研磨をもたらす。
The polishing rate depends on the force pressing the substrate against the pad. In particular, as this force increases, the polishing rate increases. When the carrier head applies a non-uniform load, i.e., when the carrier applies more force to one area of the substrate than the other, the areas with higher pressure polish faster than the areas with lower pressure. Thus, non-uniform loading results in non-uniform polishing of the substrate.

【0008】集積回路の製造における更なる検討事項は
プロセス及び生産の安定性である。高い歩留り、すなわ
ち低欠陥レートを達成するためには、連続する基板のそ
れぞれが実質的に同様な条件で研磨されなくてはならな
い。集積回路がそれぞれ実質的に同一となるように、基
板はそれぞれほぼ同じ量で研磨されなくてはならない。
前述した見地によると、研磨スループットを最適化し
て、一方所望の平坦性及び仕上を提供する化学的機械的
研磨装置が必要である。特に、化学的機械的研磨装置は
実質的に均一な負荷を基板に加えるキャリアヘッドを有
していなければならない。
[0008] A further consideration in the manufacture of integrated circuits is process and production stability. To achieve high yields, ie, low defect rates, each successive substrate must be polished under substantially similar conditions. The substrates must each be polished in approximately the same amount so that each of the integrated circuits is substantially identical.
In view of the foregoing, there is a need for a chemical-mechanical polishing apparatus that optimizes polishing throughput while providing the desired flatness and finish. In particular, the chemical mechanical polishing apparatus must have a carrier head that applies a substantially uniform load to the substrate.

【0009】[0009]

【発明の概要】一つの見地において、本発明は、化学的
機械的研磨装置の研磨面に基板を位置決めするためのキ
ャリアに関するものである。キャリアは、ハウジング
と、ハウジングに接続されて適合材料層を収容する格納
(containment)アセンブリとを有している。適合材料層
は基板の装着面を提供している。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention relates to a carrier for positioning a substrate on a polishing surface of a chemical mechanical polishing apparatus. The carrier includes a housing and a housing connected to the housing to accommodate the layer of compatible material.
(containment) assembly. The conformable material layer provides a mounting surface for the substrate.

【0010】本発明の一態様は、以下のものを備えてい
るであろう。格納アセンブリは、密閉空間を画成してい
る可撓性薄膜を備え、その密閉空間内には適合材料が配
置されているであろう。可撓性薄膜が裏当て部材に取り
付けられており、可撓性コネクタが裏当て部材をハウジ
ングに接続しているであろう。可撓性コネクタがハウジ
ングと裏当て部材との間に圧力チャンバを形成している
であろう。可撓性部材は、第1の密閉空間を画成してい
る第1の可撓性薄膜部と第2の密閉空間を画成している
第2の可撓性薄膜部とを備え、適合材料は、第1の粘性
を有し第1の密閉空間内に配置されている第1の適合材
料と第2の粘性を有し第2の密閉空間内に配置されてい
る第2の適合材料とを備えているであろう。適合材料
は、シリコーン、ゲル状体又はウレタン等の粘弾性材料
であろう。適合材料は、加えられた負荷に対応した弾性
及び垂直ひずみを提供するように選択される、例えば約
25〜35のジュロメータ測定値を有しているであろ
う。格納アセンブリはリセスを有するベース部材と、リ
セス内に配置されて装着面を提供している適合材料層を
備えているであろう。ベース部材は脱着可能にキャリア
ヘッドに接続されているであろう。基板とほぼ同じ厚さ
を有している保持リングが装着面に接続されている。保
持リングより薄いシールドがベース部材に接続されて、
適合材料層を越えて突出し、保持リングを取り囲んでい
るであろう。シールドは、基板が研磨面に対して押され
たときに適合材料が押し出されるのを防止するよう配置
されているであろう。キャリアは基板を装着面に取り付
けるチャック機構を更に備えているであろう。チャック
機構は適合材料層を貫通して装着面へと形成されている
通路を備えて、通路には基板を装着面に吸引するために
ポンプが接続されているであろう。通路は、ポンプが通
路に対して吸引を加えたときに通路がつぶれないような
直径を有しているであろう。チャック機構は基板と適合
材料層との間にポケットを有し、基板を装着面に吸引す
るであろう。
[0010] One embodiment of the present invention may include the following. The storage assembly will include a flexible membrane defining an enclosed space within which the conformable material will be located. A flexible membrane will be attached to the backing member and a flexible connector will connect the backing member to the housing. A flexible connector will form a pressure chamber between the housing and the backing member. The flexible member includes a first flexible thin film portion defining a first enclosed space and a second flexible thin film portion defining a second enclosed space, and is adapted. The material is a first compliant material having a first viscosity and located in a first enclosed space and a second compliant material having a second viscosity and located in a second enclosed space. And will have. A compatible material would be a viscoelastic material such as silicone, gel or urethane. The compliant material will have a durometer measurement of, for example, about 25-35, selected to provide elasticity and normal strain corresponding to the applied load. The storage assembly will include a base member having a recess and a layer of conformable material disposed within the recess to provide a mounting surface. The base member will be removably connected to the carrier head. A retaining ring having approximately the same thickness as the substrate is connected to the mounting surface. A shield thinner than the retaining ring is connected to the base member,
It would protrude beyond the compliant material layer and would surround the retaining ring. The shield will be arranged to prevent the compliant material from being extruded when the substrate is pressed against the polishing surface. The carrier will further comprise a chuck mechanism for attaching the substrate to the mounting surface. The chuck mechanism may include a passage formed through the compliant material layer to the mounting surface, to which a pump may be connected to draw the substrate to the mounting surface. The passage will have a diameter such that the passage does not collapse when the pump applies suction to the passage. The chuck mechanism will have a pocket between the substrate and the layer of compatible material and will aspirate the substrate to the mounting surface.

【0011】本発明の利点を以下に述べる。キャリア
が、基板を均一に研磨するために基板の裏面に均一な負
荷を提供する。研磨パッドが傾いたり、基板が反った
り、基板の裏面又は硬質表面の下側に凹凸があったりし
た場合に、適合材料は変形してその物質を再分散する。
適合層は化学的に研磨プロセスに対して不活性である。
キャリアヘッドは基板を真空チャックし、基板を研磨パ
ッドから持ち上げることもできる。
The advantages of the present invention are described below. The carrier provides a uniform load on the backside of the substrate to uniformly polish the substrate. If the polishing pad tilts, the substrate warps, or has irregularities on the backside of the substrate or underneath the hard surface, the compliant material will deform and redisperse the material.
The conformable layer is chemically inert to the polishing process.
The carrier head can also vacuum chuck the substrate and lift the substrate from the polishing pad.

【0012】本発明の更なる利点は、以下の説明で明ら
かになり、その説明から幾分理解しやすくなり、また本
発明の実施形態によって判明するであろう。本発明の利
点は、請求項によって特に指摘された機器及び組合わせ
によって理解されるであろう。
[0012] Further advantages of the present invention will become apparent from the following description, become somewhat easier to understand from the description, and become apparent from the embodiments of the present invention. The advantages of the invention will be realized by the instruments and combinations particularly pointed out by the appended claims.

【0013】本明細書に援用されてその一部分を構成し
ている添付図面は、本発明を図示しており、上述の一般
的な説明及び以下の詳細な説明と共に、本発明の原理を
説明している。
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the present invention and together with the above general description and the following detailed description, illustrate the principles of the present invention. ing.

【0014】[0014]

【好ましい実施形態の説明】図1及び図2について述べ
る。化学的機械的研磨(CMP)装置30は、一般的に
ベース32を備えており、そのベース32は回転プラテ
ン40及び研磨パッド42を支えている。CMP装置3
0は、キャリア又はキャリアヘッド100を更に有して
おり、それは基板10を受容して基板を研磨パッド上に
配置するものである。支持アセンブリ60はキャリアヘ
ッド100をベース32に接続している。キャリアヘッ
ドは、支持アセンブリ60によって研磨パッドの表面に
対して配置されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS. The chemical mechanical polishing (CMP) apparatus 30 generally includes a base 32, which supports a rotating platen 40 and a polishing pad 42. CMP equipment 3
0 further comprises a carrier or carrier head 100, which receives the substrate 10 and places the substrate on a polishing pad. Support assembly 60 connects carrier head 100 to base 32. The carrier head is positioned against the surface of the polishing pad by a support assembly 60.

【0015】基板10が直径8インチ(200mm)の
円板である場合、プラテン40及び研磨パッド42は直
径約20インチ(508mm)である。プラテン40
は、好ましくは、回転可能なアルミニウム又はステンレ
ス鋼の板であって、駆動シャフト(図示せず)によって
駆動機構(同じく図示せず)に接続されている。駆動シ
ャフトもステンレス鋼であろう。モータ及び伝動装置ア
センブリ等の駆動機構が、ベースの内部に配置されてお
り、プラテン及び研磨パッドを回転する。プラテンは、
軸受によってベースに支持されているか、又は駆動機構
がプラテンを支持しているであろう。大部分の研磨プロ
セスにおいて、駆動機構がプラテン40を30〜200
回毎分(これ以下又はこれ以上の速さも使用可能である
が)で回転している。
When the substrate 10 is a disk having a diameter of 8 inches (200 mm), the platen 40 and the polishing pad 42 have a diameter of about 20 inches (508 mm). Platen 40
Is preferably a rotatable aluminum or stainless steel plate, connected to a drive mechanism (also not shown) by a drive shaft (not shown). The drive shaft will also be stainless steel. A drive mechanism, such as a motor and transmission assembly, is located inside the base and rotates the platen and polishing pad. The platen is
Either it will be supported on the base by bearings or the drive mechanism will support the platen. In most polishing processes, the drive mechanism drives the platen 40 from 30 to 200
It rotates at every minute (although lower or higher speeds can be used).

【0016】図3(A)について述べる。研磨パッド4
2は硬質な複合材料であって、粗くされた研磨面44を
設けているであろう。研磨パッド42は粘着層49によ
ってプラテン40に取り付けられているであろう。研磨
パッド42は厚さ50ミルの硬質上層46及び厚さ50
ミルの軟質下層48を有しているであろう。上層46
は、好ましくは、他の充てん材と混合されたポリウレタ
ンから構成されている材料である。下層48は、好まし
くはウレタンについて浸出された(leached)圧縮フェル
ト繊維材料から構成されている。通常の、IC−100
0から構成された上層及びSUBA−4から構成された
下層を有する2層研磨パッドがデラウエア州のニューア
ークのRodel社から入手できる(なおIC−100
0及びSUBA−4はRodel社の名称である)。
Referring to FIG. Polishing pad 4
2 is a rigid composite, which will have a roughened polishing surface 44. Polishing pad 42 will be attached to platen 40 by adhesive layer 49. The polishing pad 42 has a 50 mil thick hard top layer 46 and a 50 mil thickness.
The mill will have a soft underlayer 48. Upper layer 46
Is preferably a material composed of polyurethane mixed with other fillers. The lower layer 48 is preferably composed of a compressed felt fiber material that has been leached with urethane. Normal, IC-100
A two-layer polishing pad having an upper layer composed of 0 and a lower layer composed of SUBA-4 is available from Rodel of Newark, Del. (Note IC-100).
0 and SUBA-4 are the names of Rodel).

【0017】図1について説明する。反応性薬品(例え
ば酸化研磨には脱イオン水)と、研磨粒子(例えば酸化
研磨には二酸化珪素)と、化学的に反応的な触媒(例え
ば酸化研磨には水酸化カリウム)とを含むスラリ50が
研磨パッド42の表面に供給される。スラリ供給チュー
ブ又はポート52が研磨パッド上にスラリを散布、さも
なければ計量して提供する。スラリはプラテン40内の
通路(図示せず)を通して基板10の下側に汲み上げら
れることも可能である。
Referring to FIG. A slurry 50 comprising a reactive chemical (eg, deionized water for oxidative polishing), abrasive particles (eg, silicon dioxide for oxidative polishing), and a chemically reactive catalyst (eg, potassium hydroxide for oxidative polishing). Is supplied to the surface of the polishing pad 42. A slurry supply tube or port 52 sprays or otherwise meters the slurry onto the polishing pad. Slurry can also be pumped to the underside of substrate 10 through passages (not shown) in platen 40.

【0018】キャリアヘッドを研磨パッドに関して適性
に位置決めするために、支持アセンブリ60はクロスバ
ー62を設けており、そのクロスバー62は研磨パッド
に亘って延びている。クロスバー62は、一対の対向し
ている直立部材64a,64bと、66と、バイアスピ
ストン68とによって研磨パッド上方に置かれている。
クロスバー62の一端は、ヒンジ65によって直立部材
64a及び直立部材64bに連結されている。クロスバ
ー62の他端はバイアスピストン68に連結されてい
る。バイアスピストンは、キャリアヘッドの垂直位置を
制御するためにクロスバー62を上下できる。第2の直
立部材66がバイアスピストン68に隣接して置かれて
おり、クロスバーの下方の動き制限する垂直ストップを
提供している。
To properly position the carrier head with respect to the polishing pad, the support assembly 60 is provided with a crossbar 62, which extends across the polishing pad. The crossbar 62 is placed above the polishing pad by a pair of opposed upright members 64a, 64b, 66, and a bias piston 68.
One end of the crossbar 62 is connected to the upright members 64a and 64b by hinges 65. The other end of the crossbar 62 is connected to a bias piston 68. The bias piston can move up and down the crossbar 62 to control the vertical position of the carrier head. A second upright member 66 is located adjacent the biasing piston 68 and provides a vertical stop that limits movement below the crossbar.

【0019】基板をキャリアヘッド100に置くには、
クロスバーをバイアスピストンからはずし、ヒンジ65
を中心としてクロスバーを回転して、キャリアヘッド1
00を位置決めパッドから持ち上げる。次に基板をキャ
リアヘッドに配置して、基板10が研磨面44に対向す
る位置までキャリアヘッドを低くする(図3(A)参
照)。
To place the substrate on the carrier head 100,
Remove the crossbar from the bias piston and move the hinge 65
Rotate the crossbar around the carrier head 1
00 is lifted from the positioning pad. Next, the substrate is placed on the carrier head, and the carrier head is lowered to a position where the substrate 10 faces the polishing surface 44 (see FIG. 3A).

【0020】支持アセンブリ60はトランスファケース
70を備え、そのトランスファケース70はクロスバー
62から吊るされており、研磨パッドに関して基板を制
御可能に軌道運動及び回転させる。トランスファケース
70は駆動シャフト72及びハウジング74を備えてい
る。ハウジング74は固定内部ハブ76及び外部ハブ7
8を設けている。固定内部ハブ76は、例えば複数のボ
ルト(図示せず)によってクロスバー62の下側に堅く
固定されている。回転可能外部ハブ78は、固定内部ハ
ブ76に上部テーパ軸受77及び下部テーパ軸受77に
よって軸支されている。これらの軸受は、回転可能外部
ハブ78を垂直方向に支持しており、またこの回転可能
外部ハブ78を固定内部ハブに関して回転できるように
している。駆動シャフト72は、固定内部ハブ76を通
って延び、またテーパ軸受79によって垂直方向に支持
されており、この駆動シャフト72は固定内部ハブ76
に関して回転できるようになっている。
[0020] The support assembly 60 includes a transfer case 70 suspended from the crossbar 62 to controllably orbit and rotate the substrate with respect to the polishing pad. The transfer case 70 includes a drive shaft 72 and a housing 74. The housing 74 includes a fixed inner hub 76 and an outer hub 7.
8 are provided. The fixed inner hub 76 is firmly fixed to the lower side of the crossbar 62 by, for example, a plurality of bolts (not shown). The rotatable outer hub 78 is supported on the fixed inner hub 76 by an upper tapered bearing 77 and a lower tapered bearing 77. These bearings vertically support the rotatable outer hub 78 and allow the rotatable outer hub 78 to rotate with respect to the fixed inner hub. The drive shaft 72 extends through the fixed inner hub 76 and is supported vertically by a tapered bearing 79, the drive shaft 72 being fixed to the fixed inner hub 76.
Can be rotated about.

【0021】上記した米国特許出願第08/173,846号明細
書に記載してあるように、第1のモータ及び伝動装置ア
センブリ80が駆動シャフト72に接続されてキャリア
ヘッドの軌道運動を制御しており、第2のモータ及び伝
動装置アセンブリ84がプーリ85、駆動ベルト86及
び87によって回転外部ハブ78に接続されてキャリア
ヘッドの回転運動を制御している。水平クロスアーム8
8の一端が駆動シャフト72の低い方の端部に接続され
ている。クロスアーム88の他端は、第2の垂直駆動シ
ャフト90の頂部に接続されている。第2の駆動シャフ
ト90の底部はキャリアヘッドの円筒形凹み112に嵌
合している。従って、駆動シャフト72が回転すると、
第2の駆動シャフト90及びキャリアヘッド100は軌
道に沿って動く。
As described in the above-mentioned US patent application Ser. No. 08 / 173,846, a first motor and transmission assembly 80 is connected to the drive shaft 72 to control the orbital motion of the carrier head. , A second motor and transmission assembly 84 connected to a rotating external hub 78 by pulleys 85 and drive belts 86 and 87 to control the rotational movement of the carrier head. Horizontal cross arm 8
One end of 8 is connected to the lower end of the drive shaft 72. The other end of the cross arm 88 is connected to the top of the second vertical drive shaft 90. The bottom of the second drive shaft 90 fits into the cylindrical recess 112 of the carrier head. Therefore, when the drive shaft 72 rotates,
The second drive shaft 90 and the carrier head 100 move along a track.

【0022】支持アセンブリ60は回転調整アセンブリ
も備えており、キャリアヘッド100の回転速度を制御
している。回転調整アセンブリはリングギア94を備
え、そのリングギア94はハウジング74の回転外部ハ
ブ78の底部に接続され、ピニオンギア96が第2の駆
動シャフト90のクロスアーム88の直下に接続されて
いる。リングギア94は歯付き内面を有し、またピニオ
ンギア96はそのリングギア94の歯付き内面と係合し
ている歯付き外面を有している。クロスアーム88が枢
動すると、ピニオンギア96はリングギア94の内周の
回りを回転する。一対の合せピン98が、キャリアヘッ
ド内の相の合せピンホール114内にピニオンギア96
から延びており、ピニオンギアをキャリアヘッドに関し
て回転的に固定している。従って、回転可能外部ハブ7
8の回転運動はリングギア94、ピニオンギア96及び
合せピン98を通してキャリアヘッド100に伝達され
る。
The support assembly 60 also includes a rotation adjustment assembly for controlling the rotation speed of the carrier head 100. The rotation adjustment assembly includes a ring gear 94, which is connected to the bottom of the rotating outer hub 78 of the housing 74, and a pinion gear 96 is connected to the second drive shaft 90 directly below the cross arm 88. Ring gear 94 has a toothed inner surface, and pinion gear 96 has a toothed outer surface that engages the toothed inner surface of ring gear 94. When the cross arm 88 pivots, the pinion gear 96 rotates around the inner circumference of the ring gear 94. A pair of mating pins 98 are provided in the pinion gear holes 114 of the phase in the carrier head.
And rotationally secures the pinion gear with respect to the carrier head. Therefore, the rotatable external hub 7
8 is transmitted to the carrier head 100 through a ring gear 94, a pinion gear 96, and a dowel pin 98.

【0023】調整アセンブリは、CMP装置30の使用
者がキャリアヘッドの運動の回転成分及び軌道成分の両
方を変化させると、基板10の回転運動及び軌道運動が
制御できるようにしている。駆動シャフト72を回転す
るのと同時に回転可能外部ハブ78を回転することによ
って、キャリアヘッド100の実際の回転運動が制御さ
れる。キャリアヘッド100及び基板10は回転運動、
軌道運動又は回転及び軌道運動を行うであろう。キャリ
アヘッドは約30〜200回毎分(rpm)で回転運動
又は軌道運動する。
The adjustment assembly allows the rotational and orbital movement of the substrate 10 to be controlled as the user of the CMP apparatus 30 changes both the rotational and orbital components of the carrier head movement. By rotating the rotatable external hub 78 at the same time as rotating the drive shaft 72, the actual rotational movement of the carrier head 100 is controlled. The carrier head 100 and the substrate 10 rotate,
It will perform orbital motion or rotation and orbital motion. The carrier head rotates orbits about 30 to 200 times per minute (rpm).

【0024】基板が軌道運動すると研磨パッドは回転す
る。軌道半径が1インチ(25.4mm)以下であっ
て、研磨パッドは比較的低速、例えば10rpmより遅
く回転するのが好ましく、5rpmより遅いのがより好
ましい。基板の軌道運動及び研磨パッドの回転運動は結
合されて、1800〜4800cm/分の名目速度を基
板表面に提供する。
As the substrate orbits, the polishing pad rotates. Preferably, the orbit radius is less than 1 inch (25.4 mm), and the polishing pad rotates at a relatively low speed, for example, less than 10 rpm, more preferably less than 5 rpm. The orbital movement of the substrate and the rotational movement of the polishing pad are combined to provide a nominal speed of 1800-4800 cm / min on the substrate surface.

【0025】基板は通常、メイン研磨ステップ及び最終
研磨ステップを含んだ複数の研磨ステップを受ける。メ
イン研磨ステップでは、キャリアヘッド100は約4〜
10ポンド/平方インチ(psi)(2812〜703
1kg/m2)の力(これ以上又はこれ以下の力をキャ
リアヘッド100に加えることもできるが)を基板10
に加える。最終研磨ステップでは、キャリアヘッド10
0は約3psi(2109kg/m2)の力を加える。
The substrate typically undergoes multiple polishing steps, including a main polishing step and a final polishing step. In the main polishing step, the carrier head 100 is about 4 to
10 pounds per square inch (psi) (2812-703)
1 kg / m 2 ) (although more or less force may be applied to the carrier head 100).
Add to In the final polishing step, the carrier head 10
0 applies a force of about 3 psi (2109 kg / m 2 ).

【0026】一般的に、キャリアヘッド100は駆動シ
ャフトから基板にトルクを伝達し、研磨面に対して基板
に均一に負荷を与え、研磨操作中に基板がキャリアヘッ
ドの下から滑り落ちるのを防止している。
In general, the carrier head 100 transmits torque from the drive shaft to the substrate to evenly load the substrate against the polishing surface and prevent the substrate from slipping from under the carrier head during the polishing operation. ing.

【0027】図3(A)により詳細に示すように、キャ
リアヘッド100は3つの主要なアセンブリを備えてお
り、それはハウジングアセンブリ102、基板ローディ
ングアセンブリ104及び保持リングアセンブリ106
である。
As shown in more detail in FIG. 3A, the carrier head 100 includes three main assemblies, a housing assembly 102, a substrate loading assembly 104, and a retaining ring assembly 106.
It is.

【0028】ハウジングアセンブリ102は一般的に円
形であり、研磨される基板の円形の形状と合致するよう
になっている。ハウジングアセンブリ102は機械加工
されたアルミニウムであろう。ハウジングアセンブリ1
02の頂部表面は円筒形リセス112を有した円柱形ハ
ブ110を備えており、第2の駆動シャフト90を受け
ている。少なくとも一つの通路116がリセス112か
らハウジングアセンブリ102の底部に接続されてい
る。
The housing assembly 102 is generally circular and is adapted to match the circular shape of the substrate being polished. Housing assembly 102 may be machined aluminum. Housing assembly 1
The top surface of 02 has a cylindrical hub 110 with a cylindrical recess 112 and receives a second drive shaft 90. At least one passage 116 is connected from the recess 112 to the bottom of the housing assembly 102.

【0029】図2に示すように、駆動シャフト72は1
以上のチャネル150を有し、第2の駆動シャフト90
は1以上のチャネル152を有し、キャリアヘッドに流
体を流し又は電気を接続している。駆動シャフト72の
頂部の回転カップリング154はチャネル150を1以
上の流体の又は電気のライン156に接続している。例
えば、ライン156の一つは後述の適合材料供給ライン
であろう。クロスアーム88の他の回転カップリング
(図示せず)は駆動シャフト72のチャネル150を第
2の駆動シャフト90のチャネル152に接続してい
る。図示の通り、通路116はハウジングアセンブリ1
02を通り抜け、チャネル152を基板ローディングア
センブリ104に接続している。
As shown in FIG. 2, the drive shaft 72 is
With the above-mentioned channel 150, the second drive shaft 90
Has one or more channels 152 for fluid or electrical connection to the carrier head. A rotary coupling 154 at the top of drive shaft 72 connects channel 150 to one or more fluid or electrical lines 156. For example, one of the lines 156 may be a compatible material supply line described below. Another rotary coupling (not shown) of cross arm 88 connects channel 150 of drive shaft 72 to channel 152 of second drive shaft 90. As shown, passage 116 is provided in housing assembly 1.
02 and connects the channel 152 to the substrate loading assembly 104.

【0030】研磨パッドが回転すると、研磨パッドは基
板をキャリアヘッドの下方から引き上げる傾向がある。
故に、キャリアヘッド100は保持リングアセンブリ1
06を備えており、その保持リングアセンブリ106は
ハウジングアセンブリ102から下方に突出し、基板の
外周の回りを囲んで延びている。保持リングアセンブリ
106はキーアンドキー溝(key-and-keyway)アセンブリ
120でハウジングアセンブリ102に取り付けられて
おり、止めリングアセンブリが研磨パッドに載ると研磨
面44の高さの変化に自由に合せるられるようになって
いるであろう。保持リングアセンブリ106の内縁部1
22が基板を捕らえているので、研磨パッドは基板をキ
ャリアヘッド100の下から引き上げることができな
い。保持リングアセンブリ106は硬質プラスチック材
料で作られているであろう。
As the polishing pad rotates, the polishing pad tends to lift the substrate from below the carrier head.
Therefore, the carrier head 100 is
The retaining ring assembly 106 projects downwardly from the housing assembly 102 and extends around the periphery of the substrate. The retaining ring assembly 106 is attached to the housing assembly 102 with a key-and-keyway assembly 120 and is free to adapt to changes in the height of the polishing surface 44 as the retaining ring assembly rests on the polishing pad. It will be. Inner edge 1 of retaining ring assembly 106
The polishing pad cannot lift the substrate from beneath the carrier head 100 because 22 is capturing the substrate. Retaining ring assembly 106 will be made of a hard plastic material.

【0031】基板ローディングアセンブリ104が、保
持リングアセンブリ106によって形成されているリセ
ス内のハウジングアセンブリ102の下方に配置されて
いる。基板ローディングアセンブリ104は、移動可能
キャリア板124、密閉空間126を画成している薄膜
134、及び移動可能キャリア膜128備えているであ
ろう。密閉空間126は、保持リングアセンブリ106
によって包囲されている円筒形リセス内に位置してい
る。
A substrate loading assembly 104 is located below the housing assembly 102 in a recess formed by the retaining ring assembly 106. The substrate loading assembly 104 will include a movable carrier plate 124, a thin film 134 defining an enclosed space 126, and a movable carrier film 128. The enclosed space 126 is used for holding ring assembly 106.
Located in a cylindrical recess surrounded by

【0032】移動可能キャリア板124は、基板とほぼ
等しい径の円形ステンレス鋼板であろう。キャリア板の
下面又はハウジングの下面(キャリア板がない場合)は
薄膜134が粘着する面130を備えている。
The movable carrier plate 124 will be a circular stainless steel plate of approximately the same diameter as the substrate. The lower surface of the carrier plate or the lower surface of the housing (if there is no carrier plate) has a surface 130 to which the thin film 134 adheres.

【0033】密閉空間126は適合材料132で充填さ
れている。適合材料132は非ガス状材料であり、圧力
下で粘性、弾性又は粘弾性変形をするものである。好ま
しくは適合材料132はシリコーン、ゲル状体又は他の
実質的に弾性的であるが粘性的でもある物質等の粘弾性
材料であり、圧力下でその物質を再分散するものであ
る。研磨中に加えられる圧力は、密閉空間126内の適
合材料によって基板10に亘ってかなり均一に分散す
る。
The enclosed space 126 is filled with a compatible material 132. The compliant material 132 is a non-gaseous material that undergoes viscous, elastic or viscoelastic deformation under pressure. Preferably, the compliant material 132 is a viscoelastic material, such as silicone, gel, or other substantially elastic but also viscous material, that redisperses the material under pressure. The pressure applied during polishing is spread fairly evenly across the substrate 10 by the conforming material in the enclosed space 126.

【0034】図3(A)に示すように、薄膜134は密
閉空間126を画成している。薄膜は、ゴム等の可撓
性、伸張性及び圧縮性材料から構成されている。薄膜1
34は完全に適合材料132を包んでいる。薄膜134
の上面136は面130に対向し配置されている。図3
(B)に示すように、その代わりに、面130の下のリ
セスに亘って薄膜を延ばすことにより密閉空間を形成
し、その密閉空間を適合材料132で充填してもよい。
As shown in FIG. 3A, the thin film 134 defines a closed space 126. The thin film is made of a flexible, stretchable and compressible material such as rubber. Thin film 1
34 completely encloses the compliant material 132. Thin film 134
The upper surface 136 is disposed so as to face the surface 130. FIG.
Alternatively, as shown in (B), a closed space may be formed by extending a thin film over the recess below the surface 130 and filling the closed space with a compatible material 132.

【0035】キャリア膜128が薄膜134の下面13
8に取り付けられてもよい。キャリア膜128は、ウレ
タン等の多孔性材料の薄い円形の層で形成されている。
キャリア膜128が用いられる場合、そのキャリア膜1
28は十分に薄くて可撓性を有し、実質的に基板10の
表面と一致している。キャリア膜128には装着面14
2が設けられ、その装着面142には基板10が表面張
力によって開放可能に接着される。キャリア膜が用いら
れない場合は、その代わりに、薄膜134の下面を多孔
にして同様のことを達成してもよい(図5参照)。キャ
リア膜128は十分に薄くて可撓性であり、実質的に基
板10の表面と一致している。
The carrier film 128 is formed on the lower surface 13 of the thin film 134.
8 may be attached. The carrier film 128 is formed of a thin circular layer of a porous material such as urethane.
When the carrier film 128 is used, the carrier film 1
Reference numeral 28 is sufficiently thin and flexible, and substantially coincides with the surface of the substrate 10. The mounting surface 14 is provided on the carrier film 128.
2 is provided, and the substrate 10 is removably adhered to the mounting surface 142 by surface tension. If a carrier film is not used, the same effect may be achieved by making the lower surface of the thin film 134 porous instead (see FIG. 5). Carrier film 128 is sufficiently thin and flexible to substantially conform to the surface of substrate 10.

【0036】保持リングアセンブリ106及び装着面1
42によって画成される空間は、基板受容リセス140
を設けている。基板は装着面142に接して置かれる
と、適合材料132及びキャリア膜128(もし存在し
ていれば)は変形して基板が裏面全体に亘って接触す
る。キャリアヘッド100は次に低くされ、基板が研磨
面44と接触するようにされる。基板に加えられる負荷
は適合材料132を通して伝達される。
Retaining ring assembly 106 and mounting surface 1
The space defined by 42 is a substrate receiving recess 140
Is provided. When the substrate is placed against the mounting surface 142, the compliant material 132 and the carrier film 128 (if present) are deformed such that the substrate contacts the entire back surface. Carrier head 100 is then lowered so that the substrate contacts polishing surface 44. The load applied to the substrate is transmitted through the conformable material 132.

【0037】研磨面44は平坦でなく、例えば傾斜形状
を有しているであろう。キャリア板124及びハウジン
グアセンブリ102の下側又は表面141もまた平坦で
ないであろう。研磨パッドはキャリアヘッドに関して傾
けられるであろう。加えて、基板10の裏面は表面の凹
凸を有しているであろう。基板は、ねじれている可能性
もある。適合材料132は、基板に加えられるキャリア
負荷を、大きなスケールの影響(例えば研磨パッドの傾
き)及び小さなスケールの影響(例えば基板の裏面の表
面凹凸)の両方に対して確実に均一に分散させる。適合
材料132は、面130と同様に基板表面とも一致す
る。すなわち、薄膜134内部の適合材料は、その物質
を再分散して、基板の裏側の表面の凹凸及び面130と
一致するようにする。適合材料が基板と裏面全体に亘っ
て接触して、適合材料が均一な密度を有しているので、
基板の裏側に亘る均一な負荷が確保される。更に、適合
材料132は流れて変形することができる。このことに
よって、基板はハウジングアセンブリ102に関して傾
いて研磨パッドの形状に従うことができる。要約する
と、適合材料によって、キャリアヘッド100が、研磨
面44に対して均一な負荷を基板に与えることが確保さ
れている。
The polishing surface 44 will not be flat, but will have, for example, an inclined shape. The underside or surface 141 of the carrier plate 124 and the housing assembly 102 will also be uneven. The polishing pad will be tilted with respect to the carrier head. In addition, the back surface of substrate 10 will have surface irregularities. The substrate may be twisted. The compliant material 132 ensures that the carrier load applied to the substrate is evenly distributed over both large scale effects (eg, polishing pad tilt) and small scale effects (eg, surface irregularities on the backside of the substrate). Compliant material 132 conforms to the substrate surface as well as surface 130. That is, the compliant material inside the thin film 134 redisperses the material to conform to the surface irregularities and surface 130 on the backside of the substrate. Since the compliant material comes into contact with the substrate over the entire back surface and the compliant material has a uniform density,
A uniform load over the back side of the substrate is ensured. Further, the compliant material 132 can flow and deform. This allows the substrate to tilt with respect to the housing assembly 102 to follow the shape of the polishing pad. In summary, the compliant material ensures that the carrier head 100 applies a uniform load on the polishing surface 44 to the substrate.

【0038】キャリアヘッド100は高速で回転する
と、遠心力が密閉空間の適合材料をキャリアヘッドの縁
部に向って外方に押す傾向があるであろう。このこと
は、密閉空間の周囲近傍の適合材料の密度を増加する傾
向がある。その結果、密閉空間の縁部近傍の適合材料は
中央より圧縮性が少なくなる傾向があり、非均一な負荷
が基板に加えられるであろう。
As the carrier head 100 rotates at high speed, centrifugal forces will tend to push the compliant material in the enclosed space outwardly toward the edges of the carrier head. This tends to increase the density of compliant material near the perimeter of the enclosed space. As a result, compliant material near the edges of the enclosed space will tend to be less compressive than in the center, and non-uniform loads will be applied to the substrate.

【0039】この非均一な負荷を防止するために、密閉
空間126は、通路116、チャネル150及びチャネ
ル152並びに適合材料供給ライン156によって供給
源158に接続されている。供給源158は一定の圧力
の適合材料を密閉空間126に提供することができる。
その結果、キャリアヘッド100が回転して適合材料1
32が密閉空間の縁部に向って強制されると、供給源1
58は更なる適合材料を密閉空間の中央部に提供して、
適合材料の、密閉空間126を通した実質的に均一な分
散を維持する。この、適合材料の均一な分散は、基板の
中心部及び縁部の均一な研磨を確保する。
To prevent this non-uniform loading, the enclosed space 126 is connected to a supply 158 by passages 116, channels 150 and channels 152 and a compatible material supply line 156. Source 158 may provide a compliant material at a constant pressure to enclosed space 126.
As a result, the carrier head 100 rotates and the compatible material 1
32 is forced toward the edge of the enclosed space, source 1
58 provides further conformable material in the center of the enclosed space,
Maintaining a substantially uniform distribution of the compliant material through the enclosed space 126. This uniform distribution of compliant material ensures uniform polishing of the center and edges of the substrate.

【0040】供給源158は適合材料132の粘度を制
御するのにも使用され得る。適合材料の圧力を高くする
ことによって、適合材料132の密度を増加することが
できる。適合材料132の密度が増加すると粘度は減少
する。
Source 158 can also be used to control the viscosity of compliant material 132. By increasing the pressure of the compliant material, the density of the compliant material 132 can be increased. As the density of the compliant material 132 increases, the viscosity decreases.

【0041】供給源158からの最小圧力は、キャリア
ヘッドによって基板に加えられる負荷に打ち勝たなけれ
ばならず、さもないとこの負荷によって適合材料は通路
116を通って戻される。キャリアヘッドが回転を止め
ると、適合材料は薄膜134に亘って均一に分散され
る。過剰な適合材料は通路116、通路150及び通路
152を、供給源158に向って流し戻される。
The minimum pressure from source 158 must overcome the load applied to the substrate by the carrier head, which causes the compliant material to return through passage 116. When the carrier head stops rotating, the conformable material is evenly distributed across the membrane 134. Excess compliant material is flushed back through passageway 116, passageway 150 and passageway 152 toward source 158.

【0042】他の実施形態では、適合材料132はゴム
等の、遠心力の影響下では流れない程度に十分に硬質な
材料であってもよい。この実施形態では、適合材料13
2の分散は、キャリアヘッド100が回転するときに顕
著に変化しない。従って、適合材料供給源158は必要
でない。
In another embodiment, the compliant material 132 may be a material, such as rubber, that is sufficiently rigid that it does not flow under the influence of centrifugal force. In this embodiment, the compliant material 13
2 does not change significantly when the carrier head 100 rotates. Accordingly, a compatible material source 158 is not required.

【0043】図4に示すように、基板ローディングアセ
ンブリ104が複数のコンパートメント又は密閉空間1
60及び162を備えてもよい。密閉空間160及び1
62は、2以上の薄膜部分によって画成されている。薄
膜部分は、分離した別個の薄膜であってもよく、また単
一の薄膜の異なった部分であってもよい。密閉空間16
0が円形の板状であり、装着面142の中央部の上に位
置しており、密閉空間162が密閉空間160を包囲し
ている環状リングであってもよい。密閉空間160及び
162は、適合材料164及び166をそれぞれ備えて
いる。適合材料164及び166は異なった粘度を有し
ている。相対的な粘度の適合材料164及び166を選
択することによって、基板縁部の過度の研磨を避けるこ
とができ、基板のより均一な研磨が達成される。各々の
密閉空間は通路168によって供給源(図示せず)に接
続されているであろう。
As shown in FIG. 4, the substrate loading assembly 104 includes a plurality of compartments or enclosed spaces 1.
60 and 162 may be provided. Closed space 160 and 1
62 is defined by two or more thin film portions. The thin film portions may be separate and distinct thin films or different portions of a single thin film. Sealed space 16
0 is a circular plate shape, is located above the central portion of the mounting surface 142, and the closed space 162 may be an annular ring surrounding the closed space 160. Enclosed spaces 160 and 162 include compliant materials 164 and 166, respectively. Compatible materials 164 and 166 have different viscosities. By choosing matching materials 164 and 166 of relative viscosity, excessive polishing of the substrate edges can be avoided and more uniform polishing of the substrate is achieved. Each enclosed space will be connected to a source (not shown) by passage 168.

【0044】図5について述べる。キャリアヘッド10
0は、支持アセンブリ60によって垂直固定位置に保持
されており(図3(A)参照)、キャリアヘッドによっ
て力が基板10に加えられるであろう。この実施形態に
おいて、基板ローディングアセンブリ104はベロー1
70等の可撓性コネクタを備えている。ベロー170
は、基板裏当て部材174をハウジングアセンブリ10
2の底面173に接続している。ベロー170は伸張可
能であり、基板裏当て部材174はハウジングアセンブ
リ102に関して垂直に移動可能である。ベロー170
の内部は圧力チャンバ176を形成している。圧力チャ
ンバ176は圧力源又は真空源(図示せず)によって負
又は正に気圧が保たれ、圧力チャンバ176に導管17
8によって接続されている。薄膜134が基板裏当て部
材174の底面に取り付けられている。チャンバ176
に圧力を加えると、適合材料132に力が及ぼされ、基
板を研磨パッドに対して押す。従って、可撓性コネクタ
170は荷重機構として機能し、バイアスピストン68
の代わりとなる。
Referring to FIG. Carrier head 10
The 0 is held in a vertically fixed position by the support assembly 60 (see FIG. 3A), and a force will be applied to the substrate 10 by the carrier head. In this embodiment, the substrate loading assembly 104 is a bellows 1
70 and other flexible connectors. Bellows 170
Connects the substrate backing member 174 to the housing assembly 10.
2 is connected to the bottom surface 173. Bellows 170 are extensible, and substrate backing member 174 is vertically movable with respect to housing assembly 102. Bellows 170
Form a pressure chamber 176. The pressure chamber 176 is maintained at a negative or positive pressure by a pressure source or a vacuum source (not shown).
8 are connected. A thin film 134 is attached to the bottom surface of the substrate backing member 174. Chamber 176
Is applied to the compliant material 132, pushing the substrate against the polishing pad. Therefore, the flexible connector 170 functions as a load mechanism, and the bias piston 68
Instead of

【0045】密閉空間126は、図2の実施形態に示す
ように供給源に接続されている。可撓性導管182(プ
ラスチックチューブであろう)はその目的のために基板
裏当て部材174の通路180をハウジングアセンブリ
102の通路116に接続している。可撓性導管182
が通路180及び116を接続している箇所は、適当な
係合によってシールされ、適合材料132の圧力チャン
バ176へのリークがが防止されている。
The closed space 126 is connected to a supply source as shown in the embodiment of FIG. Flexible conduit 182 (which may be a plastic tube) connects passage 180 of substrate backing member 174 to passage 116 of housing assembly 102 for that purpose. Flexible conduit 182
The location where the two connect the passages 180 and 116 are sealed by suitable engagement to prevent leakage of the compliant material 132 into the pressure chamber 176.

【0046】図6について述べる。他の実施形態におい
ては、1以上の基板10が化学的機械的研磨(CMP)
装置220によって研磨される。CMP装置220の完
全な説明は、Perlovらによって1996年10月27日
に出願され、「CAROUSEL PROCESSING SYSTEM FOR CHEMI
CAL MECHANICAL POLISIHING」という名称であり、本発
明の譲受人に譲渡された米国特許出願第08/546,336号明
細書に見いだすことができ、開示された全内容は本明細
書に援用されている。
Referring to FIG. In another embodiment, one or more substrates 10 are chemically mechanically polished (CMP).
Polished by the device 220. A complete description of CMP apparatus 220 was filed on October 27, 1996 by Perlov et al., Entitled "CAROUSEL PROCESSING SYSTEM FOR CHEMI.
CAL MECHANICAL POLISIHING ", which can be found in commonly assigned U.S. patent application Ser. No. 08 / 546,336, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

【0047】CMP装置220は、上にテーブル面22
3を設け、脱着式上部外カバー(図示せず)を備えた下
部装置ベース222を含んでいる。テーブル面223
は、連続した研磨ステーション225a,225b及び
225cと、移送ステーション227とを支持してい
る。移送ステーション227は、一般的に3つの研磨ス
テーション225a,225b及び225cと共に正方
形に配置されている。移送ステーション227は、ロー
ディング装置(図示せず)から個々の基板10を受け、
基板を洗浄し、キャリアヘッドに基板をローディングし
(後に述べる)、基板をキャリアヘッドから受け、基板
を再度洗浄し、最後に基板をローディング装置に移送す
るといった複数の機能を有している。
The CMP device 220 has the table surface 22
3 and includes a lower device base 222 with a removable upper outer cover (not shown). Table surface 223
Supports a continuous polishing station 225a, 225b and 225c, and a transfer station 227. The transfer station 227 is generally arranged in a square with three polishing stations 225a, 225b and 225c. The transfer station 227 receives the individual substrates 10 from a loading device (not shown),
It has a plurality of functions such as cleaning the substrate, loading the substrate on the carrier head (described later), receiving the substrate from the carrier head, cleaning the substrate again, and finally transferring the substrate to a loading device.

【0048】各々の研磨ステーション225a〜225
cは回転プラテン230を含み、その回転プラテン23
0上には研磨パッド232が置かれている。基板10が
直径8インチ(200mm)円板で、プラテン230及
び研磨パッド232は直径約20インチである。回転プ
ラテン230は好ましくは回転可能なアルミニウム又は
ステンレス鋼板であり、ステンレス鋼プラテン駆動シャ
フト(図示せず)によってプラテン駆動モータ(図示せ
ず)接続されている。通常の研磨プロセスでは、駆動モ
ータはプラテン230を30〜200回毎分(それ以上
又はそれ以下の回転速度も使用可能である)で回転す
る。
Each of the polishing stations 225a-225
c includes a rotating platen 230 and the rotating platen 23
A polishing pad 232 is placed on the reference numeral 0. The substrate 10 is an 8 inch (200 mm) diameter disk, and the platen 230 and polishing pad 232 are about 20 inches in diameter. Rotating platen 230 is preferably a rotatable aluminum or stainless steel plate and is connected to a platen drive motor (not shown) by a stainless steel platen drive shaft (not shown). In a typical polishing process, the drive motor rotates the platen 230 30 to 200 times per minute (higher or lower rotational speeds can be used).

【0049】図10について述べる。研磨パッド232
は、粗くされた研磨面234を有する複合材料である。
研磨パッド232は粘着層239によってプラテン23
0に取り付けられてもよい。研磨パッド232は厚さ5
0ミルの硬質上層236及び厚さ50ミルの軟質下層2
38を有している。上層236は、好ましくは、他の充
てん材と混合されたポリウレタンから構成されている材
料である。下層238は、好ましくはウレタンについて
浸出された圧縮フェルト繊維材料から構成されている。
IC−1000から構成された上層及びSUBA−4か
ら構成された下層を有する通常の2層研磨パッドがデラ
ウエア州のニューアークのRodel社から入手できる
(なおIC−1000及びSUBA−4はRodel社
の名称である)。
Referring to FIG. Polishing pad 232
Is a composite material having a roughened polishing surface 234.
The polishing pad 232 is attached to the platen 23 by the adhesive layer 239.
It may be attached to 0. The polishing pad 232 has a thickness of 5
0 mil hard upper layer 236 and 50 mil thick soft lower layer 2
38. Upper layer 236 is preferably a material composed of polyurethane mixed with other fillers. The lower layer 238 is preferably composed of a compressed felt fiber material leached with urethane.
A conventional two-layer polishing pad having an upper layer composed of IC-1000 and a lower layer composed of SUBA-4 is available from Rodel, Newark, Del. (Note that IC-1000 and SUBA-4 are Rodel, Inc.). Name).

【0050】図6に戻る。各々の研磨ステーション22
5a〜225cは、関連するパッド調整装置240を更
に含んでもよい。パッド調整装置240は回転可能アー
ム242を有しており、独立して回転する調整ヘッド2
44及び関連した洗浄皿246を保持している。調整装
置は研磨パッドの状態を適切に維持して、回転中に研磨
パッドに押圧されているいかなる基板をも効果的に研磨
する。
Returning to FIG. Each polishing station 22
5a-225c may further include an associated pad adjustment device 240. The pad adjustment device 240 has a rotatable arm 242, and the adjustment head 2 that rotates independently
44 and an associated cleaning dish 246. The conditioner properly maintains the condition of the polishing pad to effectively polish any substrate pressed against the polishing pad during rotation.

【0051】反応性薬品(例えば酸化研磨には脱イオン
水)と、研磨粒子(例えば酸化研磨には二酸化珪素)
と、化学的に反応的な触媒(例えば酸化研磨には水酸化
カリウム)とを含むスラリ250が、スラリ供給チュー
ブ252によって研磨パッド232の表面に供給され
る。十分なスラリが提供されて、研磨パッド232の全
体を覆って濡らす。2以上の中間洗浄ステーション25
5a及び255bが隣接している研磨ステーション22
5a、225b及び225cの間に配置されている。洗
浄ステーションは、基板がある研磨ステーションから他
の研磨ステーションに移されるときに基板をリンスす
る。
Reactive chemicals (eg, deionized water for oxidative polishing) and abrasive particles (eg, silicon dioxide for oxidative polishing)
And a slurry 250 containing a chemically reactive catalyst (eg, potassium hydroxide for oxidative polishing) is supplied to the surface of the polishing pad 232 by a slurry supply tube 252. Sufficient slurry is provided to wet the entire polishing pad 232. Two or more intermediate cleaning stations 25
Polishing station 22 where 5a and 255b are adjacent
5a, 225b and 225c. The cleaning station rinses the substrate as it is transferred from one polishing station to another.

【0052】回転式マルチヘッドコンベア(rotable mu
lti-head carousel)260が下部装置ベース222の上
に配置されている。回転式コンベア260はセンタポス
ト262によって支持されており、そのセンタポスト2
62の上で回転式コンベアの軸線264を中心としてベ
ース222内に配置された回転式コンベアモータアセン
ブリによって回転する。センタポスト262は回転式コ
ンベア支持板266及びカバー268を支持している。
回転式マルチヘッドコンベア260は、4つのキャリア
ヘッドシステム270a、270b、270c及び27
0dを備えている。3つのキャリアヘッドシステムは基
板を受けて支持し、研磨ステーション225a〜225
cのプラテン230の研磨パッド232に対して押圧し
てそれらを研磨する。キャリアヘッドシステムの1つは
基板を受けとり移送ステーション227に送り出す。
A rotary multi-head conveyor (rotable mu)
An lti-head carousel 260 is disposed on the lower device base 222. The rotary conveyor 260 is supported by a center post 262, and the center post 2
It is rotated above 62 by a rotary conveyor motor assembly disposed within a base 222 about a rotary conveyor axis 264. The center post 262 supports the rotary conveyor support plate 266 and the cover 268.
The rotary multi-head conveyor 260 has four carrier head systems 270a, 270b, 270c and 27.
0d. Three carrier head systems receive and support the substrates, and polishing stations 225a-225.
Pressing against the polishing pad 232 of the platen 230 of FIG. One of the carrier head systems receives the substrate and sends it to the transfer station 227.

【0053】4つのキャリアヘッドシステム270a〜
270dは回転式コンベア支持板266に、等しい間隔
の角度で回転式コンベアの軸線264を中心として取り
付けられている。センタポスト262によって、回転式
コンベアモータは回転式コンベア支持板266を回転
し、キャリアヘッドシステム270a〜270d及び取
り付けられている基板を回転式コンベアの軸線264を
中心として軌道運動させることができる。
Four carrier head systems 270a-
270d is mounted on a rotary conveyor support plate 266 at equal spaced angles about a rotary conveyor axis 264. The center post 262 allows the rotary conveyor motor to rotate the rotary conveyor support plate 266 and orbit the carrier head systems 270a-270d and the attached substrate about the rotary conveyor axis 264.

【0054】各々のキャリアヘッドシステム270a〜
270dは、研磨又はキャリアヘッド300を備えてい
る。キャリアヘッド300はそれぞれ自己の軸線を中心
として個々に回転し、回転式コンベア支持板266に形
成された半径方向スロット272内で個々に横方向に振
動運動する。キャリア駆動シャフト274は、キャリア
ヘッド回転モータ276をキャリアヘッド300に接続
している(カバー268の1/4を取り外して示してあ
る)。各々のヘッドには1つのキャリア駆動シャフト及
びモータが設けてある。
Each carrier head system 270a-
270d includes a polishing or carrier head 300. Each of the carrier heads 300 individually rotates about its own axis and individually oscillates laterally within a radial slot 272 formed in a rotating conveyor support plate 266. Carrier drive shaft 274 connects carrier head rotation motor 276 to carrier head 300 (shown with 1 / of cover 268 removed). Each head has one carrier drive shaft and motor.

【0055】図7を説明する。回転式コンベア260の
カバー268が取り外してあり、回転式コンベア支持板
266は4つのキャリアヘッドシステム270a〜27
0dを支持している。回転式コンベア支持板は4つの半
径方向スロット272備えており、通常90゜間隔で方
向付けられて半径方向に延びている。半径方向スロット
272は端部が閉じられていても(図に示す)、端部が
開放されていてもよい。支持板の頂部は、4つの溝付き
キャリアヘッド支持スライダ280を支持している。各
々のスライダ280は、半径方向スロット272の1つ
に沿って整列されており、半径方向のパスに沿って回転
式コンベア支持板266に関して自由に移動する。2つ
の直動軸受アセンブリが、各々の半径方向スロット27
2を持ち送りしており、各々のスライダ280を支持し
ている。
Referring to FIG. The cover 268 of the carousel 260 has been removed and the carousel support plate 266 has four carrier head systems 270a-27.
0d is supported. The carousel support plate is provided with four radial slots 272, which are oriented at 90 ° intervals and extend radially. The radial slot 272 may be closed at the end (as shown) or open at the end. The top of the support plate supports four grooved carrier head support sliders 280. Each slider 280 is aligned along one of the radial slots 272 and is free to move with respect to the carousel support plate 266 along a radial path. Two linear bearing assemblies are provided in each radial slot 27
2 and carry each slider 280.

【0056】図7及び図8に示すように、各々の直動軸
受アセンブリは、回転式コンベア支持板266に固定さ
れているレール282と、スライダ280に固定され、
レールを把持する2つのハンド283(そのうちの1つ
のみが図8に示されている)を有している。2つの軸受
284はハンド283をそれぞれレール282から離し
て、その間で自由で滑らかな動きを提供している。従っ
て、直動軸受アセンブリによって、スライダ280が自
由に半径方向スロット272に沿って動くことができる
ようになっている。
As shown in FIGS. 7 and 8, each linear bearing assembly is fixed to a rail 282 fixed to a rotary conveyor support plate 266 and a slider 280,
It has two hands 283 (only one of which is shown in FIG. 8) for gripping the rails. The two bearings 284 separate the hand 283 from the rail 282, respectively, to provide free and smooth movement therebetween. Thus, the linear bearing assembly allows the slider 280 to move freely along the radial slot 272.

【0057】軸受ストップ285が、レール282の1
つの、外側の端部に固定され、スライダ280が偶発的
にレールの端から落ちるのを防止している。各々のスラ
イダ280のアームの1つは、示されていないねじ付き
受容空洞又はナットを備えており、それはスライダの末
端に固定されている。ねじ付き空洞又はナットは、回転
式コンベア支持板266に取り付けられているスライダ
半径方向振動モータ287によって駆動されるウォーム
ギア親ねじ286を受容する。モータ287が親ねじ2
86を回すと、スライダ280は半径方向に動く。4つ
のモータ287は個別に操作可能であり、個別に4つの
スライダを回転式コンベア支持板266の半径方向スロ
ット272に沿って動かす。
The bearing stop 285 is connected to one of the rails 282.
Fixed to the two outer ends to prevent the slider 280 from accidentally falling off the end of the rail. One of the arms of each slider 280 is provided with a threaded receiving cavity or nut, not shown, which is fixed to the distal end of the slider. The threaded cavity or nut receives a worm gear lead screw 286 driven by a slider radial vibration motor 287 mounted on a rotating conveyor support plate 266. Motor 287 is lead screw 2
Turning 86 moves the slider 280 in the radial direction. The four motors 287 are individually operable and move the four sliders individually along the radial slots 272 of the carousel support plate 266.

【0058】キャリアヘッドアセンブリ又はシステム
は、各々キャリアヘッド300、キャリア駆動シャフト
274、キャリアモータ276、包囲型非回転式シャフ
トハウジング278を備えており、4つのスライダのそ
れぞれに固定されている。駆動シャフトハウジング27
8は、2つでセットの下部リング軸受288と一対の上
部リング軸受289とによって駆動シャフト274を保
持している。各々のキャリアヘッドアセンブリは、研磨
装置220から離れて組立られ、締めつけられていない
状態で回転式コンベア支持板266の半径方向スロット
272内のスライダ280のアーム間に滑り込まされ、
そこでスライダを把持するように締め付けられる。
The carrier head assembly or system includes a carrier head 300, a carrier drive shaft 274, a carrier motor 276, and an enclosing non-rotating shaft housing 278 each secured to each of the four sliders. Drive shaft housing 27
8 holds the drive shaft 274 by a set of two lower ring bearings 288 and a pair of upper ring bearings 289. Each carrier head assembly is assembled away from the polishing device 220 and slid unsqueezed between the arms of the slider 280 in the radial slot 272 of the rotating conveyor support plate 266,
Then, the slider is tightened so as to grip it.

【0059】駆動モータ286の頂部にある回転カップ
リング290は2以上の流体又は電気的ライン292
を、駆動シャフト274の2以上のチャネル294に連
結している。チャネル294は、以下に更に詳細に述べ
るが、キャリアヘッド300に空気式に動力を供給し、
基板をキャリアヘッドの底部に真空チャックし、研磨パ
ッドに対して保持リングを作動するのに用いられる。
The rotary coupling 290 on top of the drive motor 286 has two or more fluid or electrical lines 292.
Are connected to two or more channels 294 of the drive shaft 274. Channel 294 pneumatically powers carrier head 300, as described in further detail below,
The substrate is vacuum chucked to the bottom of the carrier head and used to operate a retaining ring against the polishing pad.

【0060】実際の研磨中に、キャリアヘッドシステム
270a〜270dの例えば3つのキャリアヘッドは、
キャリアヘッド研磨ステーション225a〜225cの
それぞれの位置の上方に配置されている。キャリアヘッ
ド300は基板を下げて研磨パッド232と接触させ、
スラリ250が基板又はウエハの化学的機械的研磨の媒
体として機能する。キャリアヘッド300は、研磨パッ
ドに対して均一な負荷を基板に対して与える。
During actual polishing, for example, three carrier heads of the carrier head systems 270a to 270d
It is located above each position of the carrier head polishing stations 225a-225c. The carrier head 300 lowers the substrate to contact the polishing pad 232,
Slurry 250 functions as a medium for chemical mechanical polishing of a substrate or wafer. The carrier head 300 applies a uniform load on the polishing pad to the substrate.

【0061】基板は通常、メイン研磨ステップ及び最終
研磨ステップを含んだ複数の研磨ステップを受ける。通
常ステーション225aで行われるメイン研磨ステップ
では、、キャリアヘッド300は約4〜10ポンド/平
方インチ(psi)(2812〜7031kg/m2
の力を基板10に加える。引き続くステーションで、キ
ャリアヘッド300はそれより以上又は以下の力が加え
られるであろう。例えば、通常ステーション225cで
行われる最終研磨ステップでは、キャリアヘッド300
は約3psi(2109kg/m2)の力を加える。キ
ャリアモータ76はキャリアヘッド300を約30〜2
00回毎秒で回転する。プラテン230及びキャリアヘ
ッド300は、実質的に同じ速さで回転できる。
The substrate typically undergoes multiple polishing steps, including a main polishing step and a final polishing step. In the main polishing step, which typically takes place at station 225a, carrier head 300 is about 4-10 pounds per square inch (psi) (2812-7031 kg / m 2 ).
Is applied to the substrate 10. At subsequent stations, the carrier head 300 will be subjected to more or less force. For example, in the final polishing step usually performed in the station 225c, the carrier head 300
Applies a force of about 3 psi (2109 kg / m 2 ). The carrier motor 76 moves the carrier head 300 to about 30 to 2
Rotate 00 times every second. Platen 230 and carrier head 300 can rotate at substantially the same speed.

【0062】一般的に、キャリアヘッド300は基板を
研磨パッドに対して保持し、基板の裏面に亘る下方の圧
力を均等に分散させる。キャリアヘッドはまたトルクを
駆動シャフトから基板に伝達し、研磨中にキャリアヘッ
ドの下方から基板が滑り落ちないようにしている。
In general, the carrier head 300 holds the substrate against the polishing pad and evenly distributes downward pressure across the back of the substrate. The carrier head also transmits torque from the drive shaft to the substrate to prevent the substrate from slipping from below the carrier head during polishing.

【0063】図9(A)について述べる。キャリアヘッ
ド300はハウジングアセンブリ302、ローディング
機構304及びベースアセンブリ306を備えている。
駆動シャフト274はハウジングアセンブリ302に接
続されている。ローディング機構304はハウジングア
センブリ302をベースアセンブリ306に接続してい
る。ローディング機構は負荷、すなわち下方に向う圧力
をベースアセンブリ306に与える。ベースアセンブリ
306は下方に向う圧力をローディング機構304から
基板10に伝達し、基板を研磨パッドに対して押す。ベ
ースアセンブリ306は適合層308を備えており、均
等に基板の裏面に亘る下方に向う圧力を分散している。
これらの成分のそれぞれについて、以下により詳細に述
べる。
FIG. 9A will be described. The carrier head 300 includes a housing assembly 302, a loading mechanism 304, and a base assembly 306.
Drive shaft 274 is connected to housing assembly 302. Loading mechanism 304 connects housing assembly 302 to base assembly 306. The loading mechanism applies a load, ie, downward pressure, to the base assembly 306. The base assembly 306 transmits downward pressure from the loading mechanism 304 to the substrate 10 and pushes the substrate against the polishing pad. The base assembly 306 includes a conformable layer 308 to evenly distribute downward pressure across the backside of the substrate.
Each of these components is described in more detail below.

【0064】ハウジングアセンブリ302は、アルミニ
ウム又はステンレス鋼で形成されているであろう。ハウ
ジングアセンブリは一般的に円形で研磨される基板の円
の形と対応している。ハウジングアセンブリの頂面は、
ねじ切りネック322を有する円柱形ハブ320備えて
いる。駆動シャフト274をキャリアヘッド300に接
続するために、ハブ320及びフランジ296内で、2
つの合せピン324が相の合せピンホールに挿入されて
いるであろう。従って、ねじ切り周囲ナット298がね
じ切りネック322にねじ式に取り付けられ、キャリア
ヘッド300を駆動シャフト274に固着する。駆動シ
ャフト274が回転すると、合せピン324はハウジン
グアセンブリ302にトルクを伝達し、キャリアヘッド
を駆動シャフトと同じ軸線を中心として回転する。
[0064] Housing assembly 302 may be formed of aluminum or stainless steel. The housing assembly generally corresponds to the circular shape of the substrate being polished in a circular shape. The top surface of the housing assembly
A cylindrical hub 320 having a threaded neck 322 is provided. In order to connect the drive shaft 274 to the carrier head 300, within the hub 320 and the flange 296, 2
One dowel pin 324 will be inserted into the dovetail pinhole of the phase. Accordingly, a threaded peripheral nut 298 is threadably attached to the threaded neck 322 to secure the carrier head 300 to the drive shaft 274. As drive shaft 274 rotates, dowel pin 324 transmits torque to housing assembly 302, causing the carrier head to rotate about the same axis as the drive shaft.

【0065】少なくとも、2つの導管326及び328
がハブ320を通して延びている。各々のチャネル29
4に対して1つの導管が駆動シャフト274内にあるで
あろう。キャリアヘッド300が駆動シャフト274に
取り付けられると、合いピンはキャリアヘッドを整列し
て、導管326及び328はチャネル294を接続す
る。Oリング(図示せず)がハブ320に、導管326
及び328を包囲して配置されており、チャネルと続く
導管の間に液密シールを形成している。
At least two conduits 326 and 328
Extend through the hub 320. Each channel 29
One conduit for four would be in drive shaft 274. When the carrier head 300 is mounted on the drive shaft 274, the dowel pins align the carrier head and the conduits 326 and 328 connect the channels 294. An O-ring (not shown) is attached to hub 320 and conduit 326
And 328 to form a fluid tight seal between the channel and the subsequent conduit.

【0066】ローディング機構304は、ハウジングア
センブリ302及びベースアセンブリ306の間に垂直
可動シールを形成しており、圧力チャンバ330を画成
している。空気等のガスが、導管326を通して圧力チ
ャンバ330内に吸気及びそこから排気され、ベースア
センブリ306に加えられる負荷を制御する。空気が圧
力チャンバ330に吸気されると、ベースアセンブリ3
06は、基板10が研磨パッド232に接触するように
下向きに押しつけられる。空気が圧力チャンバ330か
ら排気されると、ベースアセンブリは基板を研磨パッド
232から移動するように上向きに持ち上げられる。
The loading mechanism 304 forms a vertically movable seal between the housing assembly 302 and the base assembly 306 and defines a pressure chamber 330. Gas, such as air, is drawn into and out of pressure chamber 330 through conduit 326 and controls the load applied to base assembly 306. When air is drawn into the pressure chamber 330, the base assembly 3
06 is pressed downward so that the substrate 10 contacts the polishing pad 232. As the air is evacuated from the pressure chamber 330, the base assembly is lifted upward to move the substrate away from the polishing pad 232.

【0067】ローディング機構304は円筒形ベロー3
32を備えることができ、そのベロー332は、ハウジ
ングアセンブリ302及びベースアセンブリ306にボ
ルト止め又は固定され、圧力チャンバ330を形成して
いる。ベロー332はステンレス鋼円筒体であり、ガス
が圧力チャンバ330に供給されるか又はそこから除去
されるかに依存して伸張又は収縮する。ベロー332
は、上部支持板334及び下部支持板336を備えても
よく、それぞれの板はハウジングアセンブリ302及び
ベースアセンブリ306にボルト止め又は固定されてい
る。円筒シール338が、ハウジング302のリム31
0の円周溝312とベースアセンブリ306の上方に向
って延びる壁部318の円周溝339との間に嵌合して
いる。シール338は包囲し、ベロー332をスラリ2
50による腐食の影響から保護している。ハウジングア
センブリ302が回転すると、ベロー332はハウジン
グアセンブリからベースアセンブリにトルクを伝達し、
ベースアセンブリもまた回転させる。しかし、ベローは
柔軟性を有しているため、ベースアセンブリ306はハ
ウジングアセンブリに関して、研磨パッドの表面と平行
な軸線を中心として枢動し、実質的に研磨パッド面と平
行を維持することが可能である。
The loading mechanism 304 is a cylindrical bellows 3
32, the bellows 332 may be bolted or secured to the housing assembly 302 and the base assembly 306 to form a pressure chamber 330. Bellows 332 are stainless steel cylinders that expand or contract depending on whether gas is supplied to or removed from pressure chamber 330. Bellows 332
May include an upper support plate 334 and a lower support plate 336, each plate being bolted or secured to the housing assembly 302 and the base assembly 306. The cylindrical seal 338 is mounted on the rim 31 of the housing 302.
0 and a circumferential groove 339 of a wall portion 318 extending upwardly of the base assembly 306. Seal 338 surrounds and seals bellow 332 with slurry 2
50 protects against the effects of corrosion. As the housing assembly 302 rotates, the bellows 332 transmits torque from the housing assembly to the base assembly,
The base assembly is also rotated. However, because the bellows are flexible, the base assembly 306 can pivot with respect to the housing assembly about an axis parallel to the surface of the polishing pad and remain substantially parallel to the polishing pad surface. It is.

【0068】ベースアセンブリ306は硬質裏当て固定
具又は板350及び脱着可能モジュール352を備えて
おり、それらは裏当て板350の下側に取り付けられて
いる。裏当て板350は一般的に基板30と一致するよ
うに円板形であって、アルミニウム又はステンレス鋼等
の金属であろう。モジュール352は硬質支持固定具又
はカップ354、適合層308、環状シールドリング3
60及び環状保持リング362を備えている。これらの
部材の各々について以下に詳細に説明する。
The base assembly 306 includes a rigid backing fixture or plate 350 and a removable module 352, which are mounted below the backing plate 350. Backing plate 350 is generally disk-shaped to conform to substrate 30, and may be a metal such as aluminum or stainless steel. Module 352 includes rigid support fixture or cup 354, conformable layer 308, annular shield ring 3
60 and an annular retaining ring 362. Each of these members is described in detail below.

【0069】モジュール352は、ボルト、ねじ、キー
及びキー溝の組合わせ、真空チャック又は磁石等のあら
ゆる取り付け機構によって裏当て板350に取り外し可
能に取り付けられている。このように、モジュール35
2は、損傷したり消耗した場合に取り外して取り替える
ことができる。更に、モジュール352を取り替えて研
磨パラメータを変更することもできる。例えば、異なっ
たモジュールは異なったジュロメータ測定値を有する適
合層を組込むこともできる。異なったモジュールは、ま
た異なった保持リング幅又は保持リング高さを有するこ
とができる。保持リングの高さ及び幅は基板の縁部近傍
の研磨率に影響する。これらのモジュールの特徴は最適
な研磨特性を提供するように選択される。
The module 352 is detachably attached to the backing plate 350 by any attachment mechanism such as a combination of bolts, screws, keys and key grooves, a vacuum chuck or a magnet. Thus, module 35
2 can be removed and replaced if damaged or worn. Further, the polishing parameters can be changed by replacing the module 352. For example, different modules may incorporate matching layers having different durometer measurements. Different modules can also have different retaining ring widths or retaining ring heights. The height and width of the retaining ring affect the polishing rate near the edge of the substrate. The features of these modules are selected to provide optimal polishing characteristics.

【0070】カップ354は、アルミニウム又はステン
レス鋼で形成され、下方に突出してリセス包囲している
外側リップ又はリム356を有しているであろう。適合
層308はリセス内に配置され、適合層の底面は、リム
356の底面と実質的に同じ高さである。リセスは約1
/8〜1/4インチの深さである。
The cup 354 may be formed of aluminum or stainless steel and have a downwardly projecting outer lip or rim 356 surrounding the recess. The conforming layer 308 is located in the recess, and the bottom surface of the conforming layer is substantially flush with the bottom surface of the rim 356. About 1 recess
/ 8 to 1/4 inch deep.

【0071】適合層308は粘弾性材料で作られてお
り、実質的に同質の密度を有している。適合層308は
弾性的であり、すなわち加えられた負荷が除去されたと
き原型に戻る。適合層308は僅かに圧縮性である。更
に、適合層308は垂直ひずみを受ける、すなわち、加
えられた負荷に垂直な方向に物質を再分散する。適合層
のジュロメータ測定値は注意深く選択されなくてはなら
ない。ジュロメータ測定値が低すぎると、材料は弾性を
欠く。一方ジュロメータ測定値が高すぎると、材料は垂
直ひずみを受けないであろう。適合層308は、ショア
スケール(Shore scale)で約15〜25のジュロメータ
測定値を有する。適合層308はジュロメータ測定値が
ショアスケールで約21であることが好ましい。適合材
料は粘着面を有し、カップ354の壁に粘着しているで
あろう。更に、研磨プロセスに対して化学的に不活性で
あり、熱に耐性を有していなければならない。適当な適
合材料は、ウレタン材料であり、ペンシルバニア州のZe
lienopalのピッツバーグ プラスチックスから入手でき
る。モジュール352は、カップ354に液体ウレタン
を送り出して架橋して層309を形成することによって
製造される。
The conformable layer 308 is made of a viscoelastic material and has substantially the same density. The conformable layer 308 is elastic, ie, returns to its original form when the applied load is removed. The conformable layer 308 is slightly compressible. In addition, the conformable layer 308 experiences normal strain, ie, redistributes the material in a direction perpendicular to the applied load. The durometer measurement of the conforming layer must be carefully selected. If the durometer measurement is too low, the material will lack elasticity. On the other hand, if the durometer measurement is too high, the material will not experience normal strain. The conformable layer 308 has a durometer measurement of about 15-25 on the Shore scale. The conformable layer 308 preferably has a durometer measurement of about 21 on the Shore scale. The compliant material will have an adhesive surface and will adhere to the wall of the cup 354. In addition, it must be chemically inert to the polishing process and resistant to heat. A suitable compatible material is a urethane material, Ze, Pennsylvania
Available from Pittsburgh Plastics of lienopal. Module 352 is manufactured by delivering liquid urethane to cup 354 and crosslinking to form layer 309.

【0072】図10について述べる。適合層308は基
板10を移動し又は枢動して研磨パッドの表面の変化に
適応することができるようにする。適合層308は変形
して基板10の裏側と一致し、ローディング機構304
から基板への負荷を均等に分散する。例えば、基板10
が歪んだ場合、適合層308は、実際、歪んだ基板の形
状と一致する。
Referring to FIG. The conformable layer 308 allows the substrate 10 to move or pivot to accommodate changes in the polishing pad surface. The conformable layer 308 deforms to match the back side of the substrate 10 and the loading mechanism 304
To evenly distribute the load on the substrate. For example, the substrate 10
If is distorted, the conformable layer 308 actually conforms to the shape of the distorted substrate.

【0073】低摩擦材料の薄いシート358を適合層3
08の外側の表面に積層し、低摩擦基板装着面364を
提供しもよい。シート358は厚さ7ミルのウレタンの
膜であり、ジュロメータ測定値がショアスケールで約8
3である。シート358は、適合材料層308が基板1
0の裏側形状とぴったりと一致するが、基板が適合材料
に粘着することを防止することができる。シート358
は十分に薄いので、基板10は適合層308と直接接触
しているとみなすことができる。
The thin sheet 358 of low friction material is applied to the conforming layer 3
08 to provide a low friction substrate mounting surface 364. Sheet 358 is a 7 mil thick urethane film with a durometer reading of about 8 on the Shore scale.
3. The sheet 358 is such that the compliant material layer 308
0, but it can prevent the substrate from sticking to compatible materials. Sheet 358
Is sufficiently thin that substrate 10 can be considered to be in direct contact with conformable layer 308.

【0074】図9(A)について述べる。前もって述べ
たようにモジュール352はシールドリング360及び
保持リング362も備えている。シールドリング360
は、アルミニウム又はステンレス鋼等の硬質材料で形成
されており、適合層308の下に配置され、実質的にリ
ム356の底面と適合層は同じ高さとなっている。シー
ルドリング360は、基板10に負荷が加えられている
場合に適合層308をカップ354のリセスと共に保持
している。シールドリング360は、ねじ又はボルト
(図示せず)等によって適切にリム356に固定されて
いる。
Referring to FIG. 9A. Module 352 also includes shield ring 360 and retaining ring 362, as previously described. Shield ring 360
Is formed of a hard material such as aluminum or stainless steel, and is disposed below the conforming layer 308, and the bottom surface of the rim 356 and the conforming layer are substantially at the same height. The shield ring 360 holds the conformable layer 308 with the recess in the cup 354 when the substrate 10 is under load. The shield ring 360 is appropriately fixed to the rim 356 by screws or bolts (not shown) or the like.

【0075】保持リング362は環状の硬質リングであ
り、シールドリング360の円周の内側に配置されてい
る。保持リング362は直接適合層308に粘着されて
いるであろう。保持リング362は硬質プラスチック又
はセラミック材料で形成されている。保持リング362
はシールドリング360から僅かなギャップ“r”だけ
離されているので、保持リング362は移動又は枢動す
ることができ、研磨パッド232の表面の垂直高さの変
化を調節している。操作時に、基板10は保持リング3
62によって画成されている円形リセス内に適合し、適
合層の装着面364に隣接している。保持リング362
及び基板10は実質的に同じ厚さであって、保持リング
362は研磨パッド232にも接触する。基板10と研
磨パッド232との間の相対速度によってもたらされる
剪断力は、基板をキャリアヘッド300の下から押す傾
向がある。保持リング362は基板10がベースアセン
ブリ306の下から移動するのを防止している。
The retaining ring 362 is an annular hard ring, and is disposed inside the circumference of the shield ring 360. The retaining ring 362 will be directly adhered to the conformable layer 308. The retaining ring 362 is formed of a hard plastic or ceramic material. Retaining ring 362
Because is separated from shield ring 360 by a small gap “r”, retaining ring 362 can move or pivot, adjusting for changes in the vertical height of the surface of polishing pad 232. In operation, the substrate 10 holds the retaining ring 3
Fits within the circular recess defined by 62 and is adjacent the mounting surface 364 of the conforming layer. Retaining ring 362
And the substrate 10 is substantially the same thickness, and the retaining ring 362 also contacts the polishing pad 232. Shear forces created by the relative speed between the substrate 10 and the polishing pad 232 tend to push the substrate from underneath the carrier head 300. The retaining ring 362 prevents the substrate 10 from moving from under the base assembly 306.

【0076】図9(B)について述べる。この他の実施
形態において、同様の部分は前述の符号と同様であり、
ローディング機構304’は、ベローの代わりに可撓性
薄膜340を備えているであろう。可撓性薄膜340は
厚さ約60ミルのシリコーンの環状シートであり、内縁
部342及び外縁部344を備えている。内縁部342
は、内部締付けリング346とベースアセンブリ30
6’との間に締め付けられており、外縁部344は外部
締付けリング348とハウジングアセンブリ302’と
の間に締め付けられている。締付けリングは可撓性薄膜
をハウジングアセンブリ及びベースアセンブリに取り付
けられており、圧力チャンバ330’を形成している。
可撓性薄膜340はダイアフラムとして働き、圧力チャ
ンバ330’を横切る垂直距離によって巻き付けられた
り伸ばされたりする。
Referring to FIG. 9B. In this other embodiment, similar parts are the same as those described above,
Loading mechanism 304 'would include a flexible membrane 340 instead of a bellows. Flexible membrane 340 is an annular sheet of silicone having a thickness of about 60 mils and has an inner edge 342 and an outer edge 344. Inner edge 342
The inner clamping ring 346 and the base assembly 30
6 ', and outer edge 344 is clamped between outer clamping ring 348 and housing assembly 302'. A clamping ring attaches the flexible membrane to the housing assembly and the base assembly, forming a pressure chamber 330 '.
The flexible membrane 340 acts as a diaphragm and is wound and stretched by a vertical distance across the pressure chamber 330 '.

【0077】ハウジングアセンブリ302’は2つの対
向しているフランジ314を備えており、リム310か
ら下方に突出している。各々のフランジ314は長方形
スロット315を備えているであろう。トルクピン31
6は各々の長方形スロット315を通して延びており、
ベースアセンブリ306’の裏当て板350の上方に延
びている壁部318’の受容リセス317に固定されて
いる。長方形スロット315の幅はトルクピン316の
幅に相当し、ピンはスロット内で水平に移動することは
ない。駆動シャフト274がハウジングアセンブリ30
2’を回転すると、トルクピン316はトルクをハウジ
ングアセンブリからベースアセンブリに移送する。長方
形スロット315の高さはトルクピン316の高さより
高く、ピンはスロット内で垂直に動くことができる。従
って、ベースアセンブリ306’は、ハウジングアセン
ブリ302’と共に回転しなくてはならないが、ハウジ
ングアセンブリに関して垂直に自由に動くことができ
る。
The housing assembly 302 ′ has two opposing flanges 314 and projects downward from the rim 310. Each flange 314 will have a rectangular slot 315. Torque pin 31
6 extend through each rectangular slot 315;
It is secured to a receiving recess 317 in a wall 318 'extending above the backing plate 350 of the base assembly 306'. The width of the rectangular slot 315 corresponds to the width of the torque pin 316, and the pin does not move horizontally within the slot. Drive shaft 274 is connected to housing assembly 30.
Upon rotation of 2 ', torque pin 316 transfers torque from the housing assembly to the base assembly. The height of the rectangular slot 315 is higher than the height of the torque pin 316 so that the pin can move vertically within the slot. Thus, the base assembly 306 'must rotate with the housing assembly 302', but is free to move vertically with respect to the housing assembly.

【0078】上述したように、キャリアヘッド300は
基板10を研磨パッド232から持ち上げ、基板をある
研磨ステーションから他へ動かすでろう。更に、基板は
キャリアヘッド300から排出されて移送ステーション
227に戻されるであろう(図6参照)。具体的にいう
と、キャリアヘッド300は、基板を装着面364に真
空チャックし、又はそこから圧力排出するであろう。こ
のことについては以下に述べる。
As mentioned above, the carrier head 300 will lift the substrate 10 from the polishing pad 232 and move the substrate from one polishing station to another. Further, the substrate will be ejected from carrier head 300 and returned to transfer station 227 (see FIG. 6). Specifically, the carrier head 300 will vacuum chuck or evacuate the substrate to the mounting surface 364. This is described below.

【0079】キャリアヘッドは複数の流体ラインを備え
ており、空気等のガスがベースアセンブリ306内に又
は外に流れるようなっており、基板を真空チャック又は
圧力排出する。ベースアセンブリ306及びハウジング
アセンブリ302は互いに関して垂直に動くことがで
き、可撓性流体導管が導管328を裏当て板350の通
路370に結合するのに使用されている。図9(A)に
示されているように、可撓流体導管は金属ベロー372
であろう。金属ベローは延びてチャンバ330を横切る
距離と一致するように伸張することができる。代わり
に、図9(B)に示すように、可撓流体導管はチャンバ
330’内に配置されているプラスチックチューブ37
4でもよい。プラスチックチューブは、例えば1/2、
3/4或いはフルターンで巻かれている。ベースアセン
ブリ306’がハウジングアセンブリに関して移動する
とき、チューブは巻かれ又は解かれてチャンバ330’
を横切る距離と一致する。
The carrier head is provided with a plurality of fluid lines such that a gas, such as air, flows into or out of the base assembly 306 to vacuum chuck or evacuate the substrate. Base assembly 306 and housing assembly 302 can move vertically with respect to each other, and a flexible fluid conduit is used to couple conduit 328 to passage 370 of backing plate 350. As shown in FIG. 9A, the flexible fluid conduit is a metal bellow 372
Will. The metal bellows can extend to match the distance it extends across the chamber 330. Alternatively, as shown in FIG. 9 (B), the flexible fluid conduit may be a plastic tube 37 located within chamber 330 '.
4 may be used. The plastic tube is, for example, 1/2,
It is wound in 3/4 or full turn. As the base assembly 306 'moves relative to the housing assembly, the tube is unwound or unwound and the chamber 330'
Match the distance across.

【0080】図11(A)について述べる。一実施形態
において、通路370は1以上のカップ354の通路3
76に接続されている。加えて、適合層308を通して
カップ354内の通路376から装着面364へ真空チ
ャック通路380は延びている。各々の真空チャック通
路380は単に適合層にある穴である。穴は、真空が加
えられたときつぶれない程度に大きいが、基板に負荷が
加えられたときにつぶれる程度に小さい。
Referring to FIG. In one embodiment, passage 370 is a passage 3 of one or more cups 354.
76. In addition, a vacuum chuck passage 380 extends from the passage 376 in the cup 354 through the conformable layer 308 to the mounting surface 364. Each vacuum chuck passage 380 is simply a hole in the conformable layer. The holes are large enough not to collapse when a vacuum is applied, but small enough to collapse when a load is applied to the substrate.

【0081】ポンプ382が流体ライン292、チャネ
ル294、導管328、導管372、通路370、通路
376及真空チャック通路380を介して装着面364
に接続されている。真空がポンプ382によって通路3
80に加えられたとき、基板10は真空チャックされ
る。空気が通路380内にポンプ382によって強制的
に入れられると、基板10は装着面364から排出され
る。
Pump 382 is mounted through fluid line 292, channel 294, conduit 328, conduit 372, passage 370, passage 376 and vacuum chuck passage 380.
It is connected to the. Vacuum is applied to passage 3 by pump 382
When applied to 80, the substrate 10 is vacuum chucked. When the air is forced into the passage 380 by the pump 382, the substrate 10 is discharged from the mounting surface 364.

【0082】図11(B)についてのべる。基板10が
研磨パッド232に対して配置されて負荷が加えられる
と、適合層308は圧縮されて真空チャック通路380
はつぶれる。従って、通路は基板の裏側に亘る負荷の分
散に実質的に大きな影響を与えない。負荷が除去される
と、適合層308は通常の状態に戻り、真空チャック通
路380は再び開く。各々の真空チャック通路380
は、直径が1インチ(25.4mm)の約1/8〜1/
4でなくてはならない。
Referring to FIG. As the substrate 10 is placed and loaded against the polishing pad 232, the conformable layer 308 is compressed and the vacuum chuck passage 380
Crush. Thus, the passage does not substantially affect the load distribution over the backside of the substrate. When the load is removed, conformable layer 308 returns to its normal state and vacuum chuck passage 380 reopens. Each vacuum chuck passage 380
Is approximately 1/8 to 1/1 of 1 inch (25.4 mm) in diameter.
Must be 4.

【0083】図12(A)及び12(B)について述べ
る。他の実施形態で、基板10は、真空ポケットの形成
により、キャリアヘッド300に真空チャックされる。
図12(A)に示すように、モジュール352は垂直可
動円板390を備えている。適合層308は円板390
に粘着されているであろう。円板390の直径は基板の
直径より小さく、空気シリンダ392の駆動機構に接続
されているであろう。空気シリンダ392はカップ部3
54に配置されており、その空気シリンダ392にはポ
ンプ382によって動力が供給される。ポンプは可撓性
導管、通路370及び通路376によって空気シリンダ
に接続されている。空気シリンダ392の駆動機構は、
円板がカップ部354のベース378の底面394と同
じ高さである第1の位置(図12(A)参照)と、円板
が基板から上方に向って引き付けられている第2の位置
との間で円板390を移動する。第2の位置で、円板の
適合層308の部分は上方に引っ張られる。適合層30
8の縁部は基板10と接触した状態で残るので、適合層
308の中央部は引っ張られて基板10の中央部から離
され、真空ポケット398が、基板及び適合層の間で形
成される。この真空ポケットは基板をキャリアヘッドに
真空チャックする。
Referring to FIGS. 12A and 12B, FIG. In another embodiment, the substrate 10 is vacuum chucked to the carrier head 300 by forming a vacuum pocket.
As shown in FIG. 12A, the module 352 includes a vertically movable disk 390. The matching layer 308 is a disc 390
Will be adhered to. The diameter of the disc 390 will be smaller than the diameter of the substrate and will be connected to the drive mechanism of the air cylinder 392. Air cylinder 392 is cup part 3
The air cylinder 392 is powered by a pump 382. The pump is connected to the air cylinder by flexible conduits, passages 370 and 376. The driving mechanism of the air cylinder 392 is as follows.
A first position where the disk is at the same height as the bottom surface 394 of the base 378 of the cup portion 354 (see FIG. 12A), and a second position where the disk is attracted upward from the substrate. Between the discs 390. In the second position, the portion of the compliant layer 308 of the disc is pulled upward. Compatible layer 30
As the edges of 8 remain in contact with substrate 10, the center of conforming layer 308 is pulled away from the center of substrate 10 and a vacuum pocket 398 is formed between the substrate and the conforming layer. The vacuum pocket vacuum chucks the substrate to the carrier head.

【0084】本発明に従った適合層は、Zuniga等によっ
て1996年4月24日に出願された「CARRIER HEAD D
ESIGN FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATU
S」という名称の、本明細書の譲受人に譲渡された米国
特許出願第08/637,208号明細書に記載されたキャリアヘ
ッド設計(この明細書の全内容は本明細書援用されてい
る)等の多様な他のキャリアヘッド設計に援用すること
ができる。
The conformable layer according to the present invention is described in “CARRIER HEAD D” filed Apr. 24, 1996 by Zuniga et al.
ESIGN FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATU
No. 08 / 637,208, assigned to the assignee of the present application, and the carrier head design, the entire contents of which are incorporated herein by reference. For a variety of other carrier head designs.

【0085】図13について特に述べる。このようなキ
ャリアヘッド400は、ハウジングアセンブリ402、
ベースアセンブリ404及び保持リングアセンブリ40
6を備えている。上述した適合層と同様な組成及び構造
である適合層408が、ベースアセンブリ404の表面
418に粘着され又は取り付けられて基板装着面410
を提供しているであろう。
Referring specifically to FIG. Such a carrier head 400 includes a housing assembly 402,
Base assembly 404 and retaining ring assembly 40
6 is provided. A conforming layer 408, having a composition and structure similar to the conforming layer described above, is adhered or attached to surface 418 of base assembly 404 to provide substrate mounting surface 410.
Will be provided.

【0086】本発明は好ましい実施形態について説明さ
れた。しかし本発明は、記載され且つ説明された実施形
態に限定されない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求
項によって限定される。
The present invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, the invention is not limited to the described and described embodiments. Rather, the scope of the present invention is limited by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】化学的機械的研磨装置の簡略斜視図である。FIG. 1 is a simplified perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus.

【図2】図1の化学的機械的研磨装置の支持アセンブ
リ、キャリアヘッド及び研磨パッドの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a support assembly, a carrier head, and a polishing pad of the chemical mechanical polishing apparatus of FIG.

【図3】(A)は、図1の化学的機械的研磨装置のキャ
リアヘッド及び研磨パッドの簡略断面図であり、(B)
はキャリアヘッドの変形例の簡略断面図である。
FIG. 3A is a simplified cross-sectional view of a carrier head and a polishing pad of the chemical mechanical polishing apparatus of FIG. 1, and FIG.
FIG. 9 is a simplified sectional view of a modified example of the carrier head.

【図4】適合材料で充填された複数の密閉空間を有する
キャリアヘッドの簡略断面図である。
FIG. 4 is a simplified cross-sectional view of a carrier head having a plurality of enclosed spaces filled with a compatible material.

【図5】ローディング機構を有するキャリアヘッドの簡
略断面図である。
FIG. 5 is a simplified sectional view of a carrier head having a loading mechanism.

【図6】化学的機械的研磨装置の展開斜視図である。FIG. 6 is a developed perspective view of the chemical mechanical polishing apparatus.

【図7】上部ハウジングを取り外した回転式コンベアの
簡略平面図である。
FIG. 7 is a simplified plan view of the rotary conveyor with the upper housing removed.

【図8】図7の回転式コンベアの8−8線に沿った断面
図である。
8 is a cross-sectional view of the rotary conveyor of FIG. 7 taken along line 8-8.

【図9】(A)は、本発明に従ったベロー及び適合材料
層を備えるキャリアヘッドの簡略断面図であり、(B)
は、ベローを可撓性薄膜で置き換えた(A)のキャリア
ヘッドを示した図である。
FIG. 9A is a simplified cross-sectional view of a carrier head comprising a bellows and a compliant material layer according to the present invention, and FIG.
FIG. 4A is a view showing the carrier head of FIG.

【図10】図9の(A)又は(B)のキャリアヘッドの
適合材料層と接触している基板の強調断面図である。
FIG. 10 is an enhanced cross-sectional view of the substrate in contact with the compatible material layer of the carrier head of FIG. 9 (A) or (B).

【図11】(A)は適合材料層の真空チャックラインを
図示した本発明に従ったキャリアヘッドの簡略断面図で
あり、(B)は、真空チャックラインがキャリアヘッド
に加えられた負荷によって塞がれた状態の(A)のキャ
リアヘッドの図である
FIG. 11A is a simplified cross-sectional view of a carrier head according to the present invention illustrating a vacuum chuck line of a compliant material layer, and FIG. FIG. 4 is a view of the carrier head in a separated state (A).

【図12】(A)は真空ポケットを形成するために垂直
可動シリンダを組み入れた本発明に従ったキャリアヘッ
ドの簡略断面図であり、(B)は垂直可動シリンダが真
空チャックを形成するために配置されている(A)のキ
ャリアヘッドの図である。
FIG. 12A is a simplified cross-sectional view of a carrier head according to the present invention incorporating a vertically movable cylinder to form a vacuum pocket, and FIG. 12B is a view in which the vertically movable cylinder forms a vacuum chuck. It is a figure of (A) of the arranged carrier head.

【図13】本発明のキャリアヘッドの他の実施形態の簡
略断面図である。
FIG. 13 is a simplified sectional view of another embodiment of the carrier head of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツンガン チャン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サラトガ, デハヴィルランド ドライヴ 19393 (72)発明者 ジョン プリンス アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ロス アルトス, クウェイル メドウ 1925 (72)発明者 シャモウイル シャモウイリアン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン ノゼ, ワシュー ドライヴ 1256 (72)発明者 ノーム シェンドン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン カルロス, ノーザン アヴェニュ ー 34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tungan Chan United States, California, Saratoga, Dehavilleland Drive 19393 (72) Inventor John Prince United States of America, California, Los Altos, Quail Meadow 1925 (72) Inventor Shamowill Shamowilian United States, California, San Jose, Washoe Drive 1256 (72) Inventor Nome Shendon United States of America, California, San Carlos, Northern Avenue 34

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化学的機械的研磨装置内で、基板を研磨
面に配置するためのキャリアであって、 ハウジングと、 基板の装着面を提供している適合材料層を保持するため
の前記ハウジングに接続されている格納アセンブリと、
を備えるキャリア。
1. A carrier for positioning a substrate on a polishing surface in a chemical mechanical polishing apparatus, said housing for holding a housing and a layer of compatible material providing a mounting surface for the substrate. A storage assembly connected to the
Carrier with.
【請求項2】 前記格納アセンブリが、密閉空間を画成
している可撓性薄膜を含み、前記適合材料層が前記密閉
空間内に配置されている請求項1に記載のキャリア。
2. The carrier of claim 1, wherein the storage assembly includes a flexible membrane defining an enclosed space, and the compliant material layer is disposed within the enclosed space.
【請求項3】 可撓性薄膜が裏当て部材に取り付けら
れ、可撓性コネクタが前記裏当て部材を前記ハウジング
に接続している請求項2に記載のキャリア。
3. The carrier of claim 2, wherein a flexible film is attached to the backing member, and a flexible connector connects the backing member to the housing.
【請求項4】 可撓性コネクタが、前記ハウジングと前
記裏当て部材との間に圧力チャンバを形成している請求
項3に記載のキャリアヘッド。
4. The carrier head according to claim 3, wherein a flexible connector forms a pressure chamber between the housing and the backing member.
【請求項5】 前記可撓性薄膜が、第1の密閉空間を画
成している第1の可撓性薄膜部と、第2の密閉空間を画
成している第2の可撓性薄膜部とを含み、前記適合材料
が、第1の粘度を有して前記第1の密閉空間に配置され
た第1適合材料と、第2の粘度を有して前記第2の密閉
空間に配置された第2の適合材料とを含んでいる請求項
2に記載のキャリアヘッド。
5. The flexible thin film section defines a first flexible thin film portion defining a first sealed space, and the second flexible thin film portion defines a second sealed space. A thin film portion, wherein the compatible material has a first viscosity and is disposed in the first enclosed space; and a second compatible material having a second viscosity and is disposed in the second enclosed space. 3. The carrier head of claim 2, including a second compliant material disposed.
【請求項6】 前記適合材料が粘弾性材料である請求項
1に記載のキャリア。
6. The carrier according to claim 1, wherein said compatible material is a viscoelastic material.
【請求項7】 前記適合材料がシリコーン及びゲル状体
を含む群から選択される請求項6に記載のキャリアヘッ
ド。
7. The carrier head according to claim 6, wherein said compatible material is selected from the group comprising silicone and gels.
【請求項8】 前記適合材料が、加えられた負荷に応じ
て弾性及び垂直ひずみの両方を提供するように選択され
るジュロメータ測定値を有している請求項6に記載のキ
ャリア。
8. The carrier of claim 6, wherein the conformable material has a durometer measurement selected to provide both elastic and normal strain in response to an applied load.
【請求項9】 前記適合材料のジュロメータ測定値が約
25〜35である請求項8に記載のキャリア。
9. The carrier of claim 8, wherein the durometer measurement of the compliant material is about 25-35.
【請求項10】 前記適合材料が実質的に純ウレタンで
ある請求項9に記載のキャリア。
10. The carrier of claim 9, wherein said compatible material is substantially pure urethane.
【請求項11】 前記格納アセンブリがリセスを有する
ベース部材を含み、前記装着面を提供するために適合材
料層が前記リセスに配置されている請求項1に記載のキ
ャリア。
11. The carrier of claim 1, wherein the storage assembly includes a base member having a recess, and a layer of conformable material is disposed in the recess to provide the mounting surface.
【請求項12】 前記ベース部材が前記キャリアヘッド
に脱着可能に接続されている請求項11に記載のキャリ
ア。
12. The carrier according to claim 11, wherein the base member is detachably connected to the carrier head.
【請求項13】 前記装着面に接続されている保持リン
グを更に備えている請求項11に記載のキャリア。
13. The carrier according to claim 11, further comprising a retaining ring connected to the mounting surface.
【請求項14】 前記保持リングが、前記基板とほぼ同
じ厚さである請求項13に記載のキャリア。
14. The carrier of claim 13, wherein said retaining ring is approximately the same thickness as said substrate.
【請求項15】 ベース部材に接続されて前記保持リン
グを包囲するように適合材料層の部分を越えて突き出し
ているシールドを更に備えている請求項14に記載のキ
ャリア。
15. The carrier of claim 14, further comprising a shield connected to the base member and projecting beyond a portion of the compliant material layer to surround the retaining ring.
【請求項16】 前記シールドが前記保持リングより薄
い請求項15に記載のキャリア。
16. The carrier of claim 15, wherein said shield is thinner than said retaining ring.
【請求項17】 前記ベース部材に接続されてて適合材
料層の部分を越えて突き出しているシールドリングを更
に備えている請求項11に記載のキャリア。
17. The carrier of claim 11, further comprising a shield ring connected to the base member and protruding beyond a portion of the compliant material layer.
【請求項18】 基板が前記研磨面に対して押圧された
ときに前記適合材料が押し出されるのを防止するよう
に、前記シールドが配置されている請求項17に記載の
キャリア。
18. The carrier of claim 17, wherein the shield is positioned to prevent the compliant material from being extruded when a substrate is pressed against the polishing surface.
【請求項19】 前記基板を前記装着面に取り付けるた
めにチャック機構を更に備えている請求項1に記載のキ
ャリア。
19. The carrier according to claim 1, further comprising a chuck mechanism for attaching the substrate to the mounting surface.
【請求項20】 前記チャック機構が前記適合材料層を
貫通して前記装着面へと形成されている通路を含み、前
記基板を前記装着面に吸引するためのポンプが前記通路
に接続されている請求項19に記載のキャリア。
20. The chuck mechanism includes a passage formed through the compliant material layer to the mounting surface, and a pump for suctioning the substrate to the mounting surface is connected to the passage. A carrier according to claim 19.
【請求項21】 前記ポンプが前記通路を吸引したとき
に、前記通路がつぶれない程度の直径を有している請求
項20に記載のキャリア。
21. The carrier of claim 20, wherein said passage has a diameter such that said passage does not collapse when said pump draws said passage.
【請求項22】 前記チャック機構が、前記基板と前記
適合層との間に、前記基板を前記装着面に吸引するため
のポケットを含んでいる請求項21に記載のキャリア。
22. The carrier of claim 21, wherein the chuck mechanism includes a pocket between the substrate and the conformable layer for suctioning the substrate to the mounting surface.
JP31575297A 1996-10-10 1997-10-13 Carrier head having suitable material layer for chemical and mechanical grinding system Withdrawn JPH10180626A (en)

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US08/729,298 US5820448A (en) 1993-12-27 1996-10-10 Carrier head with a layer of conformable material for a chemical mechanical polishing system
US08/728,688 US6036587A (en) 1996-10-10 1996-10-10 Carrier head with layer of conformable material for a chemical mechanical polishing system
US08/728688 1996-10-10
US08/729298 1996-10-10

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Publication number Publication date
KR19980032714A (en) 1998-07-25
TW371635B (en) 1999-10-11
EP0835723A1 (en) 1998-04-15

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