(57)【要約】CMPツール用キャリアヘッド（100）で、該キャリアヘッド（100）の接触面（102）と室を形成する薄膜（108）が、基板（106）に直接結合した開口部で終端する多数の一体形のチューブ（110）を有し、加えて主流体流通路（104）が前記薄膜（108）により画成された室に結合する。装荷および研磨の使用中、真空を主流体流通路（104）とチューブ（110）に加えて前記基板（106）を前記薄膜（108）と接触面（102）とに平坦な状態で保持する。基板（106）を取り外すためには、該基板（106）の湾曲および破損を最小限にするように前記主流体流通路（104）を介して真空の使用を維持しながら、流体圧を前記チューブ（110）を介して前記基板（106）に加える。
2009535836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨装置用のキャリアヘッドであって、研磨すべき基板を受けるための薄膜を有する接触面を備え、該薄膜が前記接触面と室を形成し、更に一方端で前記室に、また対向端で真空を創出するか又は流体圧を前記薄膜と接触面との間に加えるための手段に結合した主流体流通路を備え、前記薄膜が使用に際して真空又は流体圧を直接前記基板に選択的に加えるための個別の流体流チャネルを伸ばす少なくとも１つの開口部を備えることを特徴とするキャリアヘッド。
【請求項２】
前記薄膜内の少なくとも1つの開口部から延在する前記個別の流体流チャネルが、一体形のチューブを備える請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項３】
前記個別の流体流チャネルを受けるための個別の案内通路を備える請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項４】
前記個別の流体流チャネルを前記個別の案内通路内で摺動可能な状態で収納される請求項３に記載のキャリアヘッド。
【請求項５】
前記薄膜の個別の開口部から延在する複数の対応する流体流チャネルを受けるための複数の同心案内通路を備える請求項３に記載のキャリアヘッド。
【請求項６】
前記主流体流通路が、前記接触面及び基板に対しほぼ中心で、前記一つ以上の薄膜開口部とそれに対応する流体流チャネルが、前記接触面及び基板に対し中心から外れている請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項７】
前記接触面と室を形成するための請求項１に記載のキャリアヘッドに用いる可撓性の薄膜であって、該薄膜が個別の流体流チャネルを伸ばす一つ以上の開口部を備えることを特徴とする可撓性の薄膜。
【請求項８】
前記薄膜に対して、前記キャリアヘッドに接触面で基板を装荷することと、基板に化学機械研磨を行うに当たり、請求項１に係るキャリアヘッドを準備し、主流体流通路を介して薄膜に対し基板を前記キャリアヘッドの接触面に装荷し、前記基板に対して化学機械研磨を施し、前記主流体流通路を介して真空を前記薄膜に加えるのを維持しながら、前記少なくとも一つの開口部とそれに対する流体流チャネルを介して流体圧を基板に加えることにより前記基板を取り外す工程を備えることを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項９】
前記基板の装荷中に、前記少なくとも一つの開口部とそれに対応する流体流チャネルを介して真空を前記基板に付加的に加える請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
請求項1に記載のキャリアヘッドで請求項8の方法を実行するための流体圧制御システムであって、前記主流体流通路と前記一つ以上の流体流チャネルに結合した出口を備え、前記基板を前記キャリアヘッドに装荷し、それに化学機械研磨を行うために真空を前記主流体流通路および前記一つ以上の流体流チャネルに適用する第一の装荷モードと、前記基板を前記キャリアヘッドから取り外すために真空を前記主流体流通路に適用し、また流体圧を前記一つ以上の流体流チャネルに加える第二の取り外しモードで動作するように構成されることを特徴とする流体圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常キャリアヘッドに関し、特に化学機械研磨装置用のキャリアヘッドと薄膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、一般に、導電性、半導電性または絶縁性の層の連続堆積により基板、特にシリコンウェーハの上に形成される。各々の層を堆積し、エッチングした後、基板の外側又は最上表面、即ち基板の露出面が、ますます非平面になる。 この非平面表面は、集積回路製作プロセスのフォトリソグラフィ工程において問題を起こす。従って、基板表面を定期的に平坦化する必要がある。
【０００３】
化学機械研磨（CMP）は、平坦化方法として認められたものの一つである。一般に、この平坦化方法は基板をキャリアまたは研磨ヘッド上に搭載することを要求する。研磨中、キャリアヘッドが基板の露出面を回転研磨パッドと接触させ、また制御可能な荷重を基板に付与して研磨パッドに押しつける。代表的なキャリアヘッドは、室を囲む内面と基板取付け面を与える外面とを有する可撓性の薄膜を含む。室内の圧力を制御することによって、基板にかかる荷重を変えることができる。
【０００４】
図面の図1aを参照すると、代表的なCMP装置は一つ以上のキャリアヘッド10を備え、これは室を形成するために該キャリアヘッド10の内面の周りでシールする可撓性の薄膜12を有する。ガスまたは流体の入口/出口14をキャリアヘッド10に画成して薄膜12と流体伝達状態とする。薄膜12によって画成した室から空気を吸引するか、又は空気を室に吹き込むための圧力制御装置（図示せず）を設ける。
【０００５】
使用時に、基板16が薄膜12と接触させることによりキャリアヘッド10に装荷され、次いで出口14を介して真空を創出して薄膜12と基板16とをキャリアヘッドの内面に対して平坦に保持する。実際の研磨中、真空を維持し、キャリアヘッド10が基板16を下げて研磨パッド18と接触させ、またスラリーが基板（またはウェーハ）16の化学機械研磨用の媒体として作用する。すなわち、キャリアヘッド10は基板16を研磨パッド18に対して装荷および保持する。図1aが説明目的のための概略図であり、研磨パッド18が通常ヘッド10より大きな直径を有することは、当業者であれば理解できるであろう。ウェーハを研磨中抜け出さないよう保持する外周保持リングを介してパッド18も研磨の間ヘッドと接触する。さらに、研磨の間、入口14を介して圧力を薄膜に加えることによりウェーハをパッドに対して押しつける。
【０００６】
図面の図1bを参照すると、CMPツールのキャリアヘッド10からウェーハ16を取り外す（または脱チャックする）間、入口14を介して空気を薄膜12によって画成された室に吹き込んで該室を膨らませる。この方法は、ウェーハ16を薄膜12より取り除くことを理論的に意図している。しかし、実際には、ウェーハ16と薄膜12の間の接着力に応じて、ウェーハが湾曲する場合があり、そしてウェーハが壊れるリスクが増加する。このリスクは、かき傷がウェーハ16にある場合に特に顕著となる。
【０００７】
米国特許出願公開第2003 236056 A1号には、横方向スプレーを用いて流体またはガスをウェーハと薄膜の間に噴霧することによりウェーハの取り外しを助ける装置が開示されている。さらには、ウェーハを引き降ろすことをさらに支援する横方向ピンまたはブレード（ウェーハと薄膜の間に挿入）がある。この不利な点は、ウェーハが全周にわたってかなり良くバランスしていないと、スプレーがウェーハに不所望な側面方向で吹きつけるかもしれず、またウェーハが薄膜にくっつくと、ブレードがウェーハを壊す潜在的な危険がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そのために、一般的なキャリアヘッドと薄膜の装置、特にCMPツール用のものを提供し、これによりウェーハのキャリアヘッドからの効率的な取り外しを先行技術の装置と比較して破損の危険性を減じて達成することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、化学機械研磨装置用のキャリアヘッドを提供するもので、当該キャリアヘッドが研磨すべき基板を受けるための薄膜を設けた接触面を備え、前記薄膜が前記接触面と室を形成し、前記キャリアヘッドが更に一方端で前記室に、また他方端で前記接触面と薄膜の間に真空を生じさせる手段に接続した主流体流路を備え、前記薄膜が使用時に真空又は流体圧を直接前記基板に選択的に加えるための個別の流体流チャネルを伸ばす少なくとも1つの開口部を備える。
【００１０】
本発明の好適な実施形態において、前記薄膜の少なくとも1つの開口部から延在する個別の流体流チャネルは、一体形のチューブを備える。本発明による他の好適な実施形態において、キャリアヘッドは、前記の各流体流チャネルを受けるための個別の案内通路を備える。前記各流体流チャネルは、薄膜の動きが研磨中制限されないように、個別の案内通路内に摺動可能な状態で収納されるのが有益である。本発明による好適な実施形態において、キャリアヘッドは、前記薄膜の開口部から延在する複数の流体流チャネルを受けるための複数の同心案内通路を備える。前記主流体流通路は、前記接触面および基板に対し通常中心にあるのが好ましく、前記一つ以上の薄膜開口部とそれぞれの流体流チャネルは、前記接触面および基板に対し中心を外れる方が好ましい。
【００１１】
本発明は、前記接触面と室を形成するために、前述したようなキャリアヘッドに使用する可撓性の薄膜まで及んでいて、該薄膜はそれぞれの流体流チャネルを伸ばす一つ以上の開口部を備える。
【００１２】
本発明はまた、基板に対して化学機械研磨を行う方法も提供するもので、上述したようなキャリアヘッドを準備し、主流体流通路を介して薄膜に対し基板を前記キャリアヘッドの接触面に装荷し、前記基板に対して化学機械研磨を施し、前記主流体流通路を介して真空を前記薄膜に加えるのを維持しながら、前記少なくとも一つの開口部とそれに対する流体流チャネルを介して流体圧を基板に加えることにより前記基板を取り外す工程を備える。
【００１３】
前記基板の装荷中、前記少なくとも1つの開口部とそれに対する流体流チャネルを介して真空を前記基板にさらに加えるのが好ましい。
【００１４】
本発明は、前述したようなキャリアヘッドで前記の方法を実行するための流体圧制御システムに及ぶ。当該流体圧制御システムは、前記主流体流通路と前記一つ以上の流体流チャネルに結合した出口を備え、前記基板を前記キャリアヘッドに装荷し、それに化学機械研磨を行うために真空を前記主流体流通路および前記一つ以上の流体流チャネルに適用する第一の装荷モードと、前記基板を前記キャリアヘッドから取り外すために真空を前記主流体流通路に適用し、また流体圧を前記一つ以上の流体流チャネルに加える第二の取り外しモードで動作するように構成される。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の観点は、本明細書に記述される実施例によって示され、説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施態様を、添付の図面を参照して単に一例により説明する。
【００１７】
図面の図2と3を参照すると、本発明の典型的な一実施態様に係るキャリアヘッド100は、図1に関して記述した従来の配置におけるように、研磨中にウェーハ106を薄膜108と研摩パッド（図示せず）に対して平らに保持するのに必要な真空を発生させるためのほぼ中央に主要な入口／出口104を有する内部接触ヘッド102を備える。
【００１８】
しかしながら、この場合、特に図3を参照するに、薄膜108を一連の一体形チューブ110で形成し、そして接触ヘッド102は、かかる薄膜のチューブ110を受けるための対応する一連の溝または通路112を備える。主要な入口／出口104と薄膜のチューブ110とを流体圧力制御装置（図示せず）に接続する。このように、図2に線図的に示した組立て構成において、主要な入口／出口104を介した流体流を薄膜108に連結し、一方薄膜のチューブ110を介した流体流を直接ウェーハ106につなぐ。
【００１９】
使用時には、前述したように、基板106を薄膜108と接触させることによってキャリアヘッド100に装荷し、次いで出口104と薄膜のチューブ110を介して真空を創出して薄膜108と基板106を接触ヘッド102の内面に対して平らな状態に保持する。実際の研磨中、真空を維持し、キャリアヘッド100が研摩パッド（図示せず）との接触まで基板106を降下する。その後、ガスまたは流体圧を入口／出口104を介して付与してウェーハ106と研磨パッドの間に圧力をかけ、そしてスラリーが基板（またはウェーハ）106の化学機械研磨用の媒体として作用する。このようにして、キャリアヘッド100は、基板106を研磨パッドに対して装荷、保持する。研磨プロセスが完了した時、キャリアヘッド100が基板106を研磨ヘッドから持ち上げ得るように入口／出口104を介して真空を再び適用する。
【００２０】
しかし、この場合、基板106をキャリアヘッド100から取り外す（または脱チャックする）ことが必要になったとき、流体（例えば空気）圧を薄膜の流体圧力制御装置によりチューブ110を介して通じて直接基板面に加える一方、真空を薄膜108の上で主要な入口／出口104を介して維持し続ける。このようにして、ウェーハ106に直接付与した空気圧が、ウェーハ106と薄膜108との間の接着力に打ち勝ち、ウェーハ106の解放をもたらす一方、主要な入口／出口104を通して付与し続けた真空が薄膜108の大きな膨張を防ぎ、従ってウェーハ106の大きな湾曲を防ぐ。
【００２１】
薄膜のチューブ110は、接触ヘッド102の対応する案内通路112に貼り付けられない。そのようなものとして、薄膜のチューブ110を案内通路112内での摺動可能に動くように取り付け、従って薄膜の動きが研磨の間実質的に制限されない。
【００２２】
上述した実施態様が本発明を制限するよりむしろ例示するもので、当業者が添付の請求項によって定義されるような本発明の範囲から外れることなく多くの代替形態を考えることができる点に留意する必要がある。その請求項において、括弧内にあるどの参照符号も請求項を制限するものとして解釈されない。「備えている」、そして、「備える」、などの言葉は、全体としてどの請求項または明細書に記載されたもの以外の要素または工程の存在を除外しない。要素の一つだけの参照は、そのような要素およびその逆の要素の複数の参照を除外しない。本発明は、数個の明白な要素を備えるハードウェア、および適切にプログラムされたコンピュータによって実行することができる。いくつかの手段を列挙した装置の請求項において、これらの手段のいくつかをハードウェアの全く同一のアイテムで表すことができる。ある手段が相互に異なる従属する請求項において復唱されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使えないということを示しているわけではない。  
【００２３】
さらにまた、本発明はここで記述される実施態様において提供されるより少ない構成要素で表されることもある、そこで、1つの構成要素は、複数の機能を実行する。ちょうど、本発明が、図3の中で表されるより多くの要素を使用して表すことができ、ここで提供される実施態様において1つの構成要素によって実行される機能が、複数の構成要素に分配することのようにである。
【００２４】
当業者は、説明で明らかにされたいろいろなパラメータを修正でき、また、明らかにされたおよび／または要求されたいろいろな実施形態が、本発明の範囲から逸脱することなく組み合わせることができると容易に理解するであろう。
【００２５】
請求項の参照符号は、請求項の範囲を限定せず、単に請求項を読みやすくするために付け加えられているものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】従来技術に係るウェーハを装荷している時のCMPツールのキャリアヘッドの主要な構成要素を示す概略断面の側面図である。
【図１ｂ】ウェーハを取外している間の図1aのキャリアヘッドの概略断面の側面図である。
【図２】本発明の典型的な実施態様に係るキャリアヘッドの主要な構成要素を示す概略側面図である。
【図３】図2のキャリアヘッドに用いる薄膜の略図である。
【図１ａ】
2009535836.tif 000003
【図１ｂ】
2009535836.tif 000004
【図２】
2009535836.tif 000005
【図３】
2009535836.tif 000006
【国際調査報告】
2009535836.tif 000007
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