(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ウェハ研磨中の振動を最小限に抑えながら研磨処理能力を最適にする。【解決手段】キャリアヘッド１００には、共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジング１０２と、ベース１０４と、ハウジング１０２に取り付けられた着脱可能なプレート１０５と、ベース１０４が研磨面に実質上並行であり続ける為に移動できるようハウジング１０２をベース１０４に接続するジンバル機構１０６と、基板の取り付け面を定める柔軟なメンブレン１１８とがある。【選択図】　図４
2004040079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨面に配置するキャリアヘッドであって、
共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、
ベースと、
取り外せるよう上記ハウジングに取り付けられた着脱可能なプレートと、
上記ベースが上記研磨面に実質的に平行であり続ける為に上記ベースが上記ハウジングに対し移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するジンバル機構と、
基板の取り付け面を定める柔軟なメンブレンと、
を備える、キャリアヘッド。
【請求項２】
上記着脱可能なプレートが手動で取り外せる、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項３】
上記着脱可能なプレートが上記キャリアヘッドに重量を付加する、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項４】
上記ジンバル機構が、基板の研磨中に発生した振動を減衰させるよう構成されている緩衝リングを含む、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項５】
請求項１のキャリアヘッドであって、上記ジンバル機構が、
上記ハウジングの垂直な通路に摺動可能に配置されるロッドと、
上記ロッドに一体化して接続されるリングであって、下部リング部と上部リング部とを定め、上記上部リング部は上記下部リング部よりも軽い材料で形成される、上記リングと、
を備える、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項６】
請求項１のキャリアヘッドであって、上記ジンバル機構が、
上記ハウジングの垂直な通路に摺動可能に配置されるロッドと、
上記ロッドに一体化して接続されるリングと、下部リング部と上部リング部とを定める、上記リングと、
上記下部リング部と上記上部リング部との間に配置される緩衝リングと、
を備える、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項７】
上記ベースに下向きの圧力が加わるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するローディング機構を更に備える、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項８】
上記ベースに接続される緩衝リングを更に備え、上記柔軟なメンブレンを囲む、請求項１のキャリアヘッド。
【請求項９】
基板を研磨面に配置するキャリアヘッドであって、
共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、
ベースと、
基板の取り付け面を定める柔軟なメンブレンと、
上記ベースが上記研磨面に実質的に平行であり続ける為に上記ベースが上記ハウジングに対し移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するジンバル機構と、上記ジンバル機構は、
上記ハウジングの垂直な通路に摺動可能に配置されるロッドと、
上記ロッドに一体化して接続されるリングであって、下部リング部と上部リング部とを定め、上記上部リング部は上記下部リング部よりも軽い材料で形成される、上記リングと、を備える上記ジンバル機構と、
を備える、キャリアヘッド。
【請求項１０】
上記ジンバル機構が、基板の研磨中に発生した振動を減衰させるよう構成されている緩衝リングを更に備える、請求項９のキャリアヘッド。
【請求項１１】
上記ジンバル機構が、上記下部リング部と上記上部リング部との間に配置される緩衝リングを更に備える、請求項９のキャリアヘッド。
【請求項１２】
取り外せるよう上記ハウジングに取り付けられた着脱可能なプレートを更に備える、請求項９のキャリアヘッド。
【請求項１３】
化学機械研磨装置用キャリアヘッドであって、
共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、
上記ハウジングに相対的にベースが垂直に移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するローディング機構と、
取り外せるよう上記ハウジングに取り付けられた着脱可能なプレートと、
を備える、キャリアヘッド。
【請求項１４】
上記着脱可能なプレートが手動で取り外せる、請求項１３のキャリアヘッド。
【請求項１５】
上記着脱可能なプレートが上記キャリアヘッドに重量を付加する、請求項１３のキャリアヘッド。
【請求項１６】
基板の研磨中に発生した振動を減衰させるよう構成されている緩衝リングを有するジンバル機構を更に備える、請求項１３のキャリアヘッド。
【請求項１７】
上記下部リング部と上記上部リング部との間に配置される緩衝リングを有するジンバル機構を更に備える、請求項１３のキャリアヘッド。
【請求項１８】
請求項１３のキャリアヘッドであって、上記ジンバル機構が、
上記ハウジングの垂直な通路に摺動可能に配置されるロッドと、
上記ロッドに一体化して接続されるリングであって、下部リング部と上部リング部とを定め、上記上部リング部は上記下部リング部よりも軽い材料で形成される、上記リングと、
を備える、請求項１３のキャリアヘッド。
【請求項１９】
化学機械研磨装置用キャリアヘッドであって、
共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、
ベースと、
上記ベースが上記ハウジングに対して垂直に移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するジンバル機構であって、
上記ハウジングの垂直な通路に摺動可能に配置されるロッド、
上記ロッドに一体化して接続されるリングであって、下部リング部と上部リング部とを定め、上記上部リング部は上記下部リング部よりも軽い材料で形成される、上記リング、
を備える、上記ジンバル機構と、
上記ベースに接続される柔軟なメンブレンであって、基板の取り付け面を定める、上記メンブレンと、
を備える、キャリアヘッド。
【請求項２０】
上記ジンバル機構が、基板の研磨中に発生した振動を減衰させるよう構成されている緩衝リングを更に含む請求項１９のキャリアヘッド。
【請求項２１】
上記ジンバル機構が、上記下部リング部と上記上部リング部との間に配置される緩衝リングを備える、請求項１９のキャリアヘッド。
【請求項２２】
取り外せるよう上記ハウジングに取り付けられた着脱可能なプレートを更に備える、請求項１９のキャリアヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
【発明の分野】
本発明は一般に、基板の化学機械研磨中に利用されるキャリアヘッドに関する。
【関連技術の説明】
集積回路は一般に、導電性の層や、半導性の層や、絶縁性の層を連続して堆積することで、基板、特にシリコンウェハ上に形成される。各層が堆積された後、層は回路のフィーチャを生成するようエッチングされる。一連の層が連続して堆積されエッチングされる為に、基板の外面すなわち最上面、つまり基板の露出した面がますます平坦でなくなる。上記のように外面が平坦でないと集積回路の製造において問題が引き起こされる。基板の外面が平坦でない場合、外面に置かれるフォトレジスト層も平坦でなくなる。フォトレジスト層は一般に、光画像の焦点をフォトレジストに合わせるフォトリソグラフィ装置によりパターン化される。基板の外面が明らかに平らでない場合、外面の山と谷の最大高度差が画像化装置の焦点の深さを超えてしまい、光画像の焦点を基板の外面に適切に合わせることが不可能になる。従って、実質的に層の面を平坦にするべく基板表面を周期的に平坦にする必要がある。
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は認められている平坦化方法の１つである。上記平坦化方法では一般に、基板がキャリアヘッド即ち研磨ヘッドに取り付けられている必要がある。そして基板の露出した表面が回転する研磨パッドに向けて配置される。基板が研磨パッドに押圧されるよう、キャリアは制御可能な負荷、すなわち圧力を基板に加える。またキャリアは、基板と研磨パッドが互いにいっそう動くよう回転する。パッドと基板間のインターフェイスに研磨用の化学溶液を供給するよう、化学的に反応する少なくとも１つの薬剤と研磨剤とを含む研磨スラリが研磨パッド全体に分配される。
【０００３】
一般に、研磨処理が完了した後に基板を研磨パッドから取り外すにはキャリアヘッドが使用される。基板はキャリアヘッドの下面に真空チャックされる。キャリアヘッドが引っ込むと、基板は研磨パッドから持ち上げられる。
【０００４】
ＣＭＰの場合に直面する１つの問題は、ウェハの研磨中に高周波の振動も低周波の振動も発生し、製造の効率や操作コストの漸進的な増加に関する様々な問題を引き起こすことである。研磨中に発生した高周波の振動（＞２５０Ｈｚかつ＜２０ｋＨｚ）は環境、健康、安全の問題を提示し、一方、研磨中に発生した低周波の振動（＜２５０Ｈｚ）は信頼性の問題を提示する。例えば、発生した振動はジンバルのねじを緩めるので、ウェハがはずれることにつながる。加えて、キャリアヘッドの構成要素同士の間で伝達された研磨誘導エネルギーが、途方もない音量を出す共振や増幅の反応を引き起こす。研磨誘導エネルギーは更に、研磨システム内に相対曲げ運動を引き起こす。
【０００５】
振動に関する問題を解決する上で考慮すべき点は、作業場の既定された規制の規格に準拠しながらもコストが効率的でありかつ人間工学的に妥当な解決法を編み出すことである。
【０００６】
従って、ウェハ研磨中の振動を最小限に抑えながらも研磨処理能力を最適にする化学機械研磨装置が必要である。
【０００７】
発明の要約
本発明の実施形態は一般に、基板を研磨面に配置するキャリアヘッドに向けられている。ある実施形態のキャリアヘッドには、共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、ベースと、取り外せるよう上記ハウジングに取り付けられた着脱可能なプレートと、上記ベースが上記研磨面に実質的に平行であり続ける為に上記ベースが上記ハウジングに対し移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するジンバル機構と、基板の取り付け面を定める柔軟なメンブレンとがある。
【０００８】
本発明の他の実施形態は、基板を研磨面に配置するキャリアヘッドに向けられている。上記キャリアヘッドには、共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、ベースと、上記ベースが上記研磨面に実質的に平行であり続ける為に上記ベースが上記ハウジングに対し移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するジンバル機構とがある。上記ジンバル機構には、上記ハウジングの垂直な通路に摺動可能に配置されるロッドと、上記ロッドに一体化して接続されるリングとがある。上記リングは下部リング部と上部リング部とを定める。上記上部リング部は上記下部リング部よりも軽い材料で形成される。キャリアヘッドには更に、基板の取り付け面を定める柔軟なメンブレンがある。
【０００９】
本発明の他の実施形態は、化学機械研磨装置用キャリアヘッドに向けられている。上記装置には、共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、上記ハウジングに相対的にベースが垂直に移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するローディング機構と、取り外せるよう上記ハウジングに取り付けられた着脱可能なプレートとがある。
【００１０】
本発明の更なる他の実施形態は、化学機械研磨装置用キャリアヘッドに向けられている。上記装置には、共に回転するよう駆動シャフトに接続可能なハウジングと、上記ハウジングに相対的にベースが垂直に移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するローディング機構と、化学機械研磨装置に関連する上記研磨面に上記ベースが実質上並行であり続ける為に上記ベースが上記ハウジングに対し移動できるよう上記ハウジングを上記ベースに接続するジンバル機構とがある。上記ジンバル機構には、基板の研磨中に発生した振動を減衰させるよう構成されている緩衝リングがある。
【００１１】
好適な実施形態の詳細な説明
本発明は、化学機械研磨装置用キャリアヘッドの様々な実施形態に向けられたものである。ある態様のキャリアヘッドには、キャリアヘッドのハウジング部分に取り付けられた着脱可能なプレートが含まれる。特に、ハウジングに定められるハウジングプレートの他に着脱可能なプレートが取り付けられる。着脱可能なプレートにより、基板の研磨中に生成される振動や雑音を低減するために必要な重量が付加される。ある実施形態では、着脱可能なプレートを移動させるリフティング装置が不要になるよう、着脱可能なプレートは手動で取り外せる。着脱可能なプレートにより更なる重量が付加されるため、重量を抑えるべくジンバル機構が構成される場合がある。例えば、ジンバルリングの上部がジンバルリングの下部より軽い材料で形成される。ある実施形態のジンバルリングの上部は、ＣＭＰシステムが共振周波数に達した際に生成されるエネルギーを低減する材料から成る。本発明のある態様では、研磨処理中に生成される振動を減衰させる為にジンバルリングの下部とジンバルリングの上部の間に緩衝リングが配置されている。
【００１２】
本発明の実施形態は様々な化学機械研磨（ＣＭＰ）システムで利用されてよく、そのシステムに含まれるのは、２００ｍｍ基板を研磨するよう構成されたＣＭＰシステムと３００ｍｍ基板を研磨するよう構成されたＣＭＰ装置、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から発売されているＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＣＭＰシステムなどである。説明の為に、本発明の実施形態に従う化学機械研磨装置２０の分解組立斜視図が図１に示されている。化学機械研磨（ＣＭＰ）装置２０は１枚以上の基板１０を研磨するよう構成されている。同様なＣＭＰシステムの説明は米国特許５，７３８，５７４号および米国特許６，１５６，１２４号にあり、上記特許の全開示は参考形式で本願に組み込まれる。
【００１３】
本発明によると、ＣＭＰ装置２０には、ＣＭＰ装置２０に取り付けられたテーブルトップ２３と取り外し可能な上部外面カバー（図示せず）とがある。テーブルトップ２３は一連の研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、２５ｃと移送用ステーション２７とを支持する。移送用ステーション２７は３つの研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、２５ｃと共に、一般に正方形を作るように配列される。移送用ステーション２７は、個々の基板１０をローディング（図示せず）装置から受け取ったり、基板を洗浄したり、基板をキャリアヘッドにロードしたり、基板をキャリアヘッドから受け取ったり、基板を再び洗浄したり、最後に基板をローディング装置に戻したりと、複数の機能を果たす。
【００１４】
各研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、２５ｃには、研磨パッド３２を置く回転可能なプラテン３０がある。プラテン３０は、ステンレス鋼プラテン駆動シャフト（図示せず）によりプラテン駆動モータ（図示せず）に接続された回転可能なアルミニウム又はステンレス鋼のプレートであることが望ましい。多くの研磨処理では、駆動モータはプラテン３０を１分当たり３０回から２００回程度回転させるが、使用される回転速度はこれより低かったり高かったりする場合もある。
【００１５】
研磨パッド３２は粗い研磨面を有する複合材料でもよい。研磨パッド３２はプラテン３０に感圧接着層で取り付けられてもよい。研磨パッド３２は、５０ミル厚の硬い上部層と５０ミル厚の柔らかい下部層を有する場合がある。上部層は他の充填剤と混合されたポリウレタンから成る材料であることが望ましい。下部層はウレタンにより浸出された圧縮フェルト繊維から成る材料であることが望ましい。上部層がＩＣ−１０００から構成され下部層がＳＵＢＡ−４から構成され一般的な２層研磨パッドは、デラウェア州ニューアークのＲｏｄｅｌ社から発売されている（ＩＣ−１０００及びＳＵＢＡ−４はＲｏｄｅｌ社の製品名である）。
【００１６】
各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃには更に、関連するパッド調整装置４０がある。各パッド調整装置４０には、独立して回転する調整ヘッド４４と付随の洗浄ボール（ｂａｓｉｎ）４６とを保持する回転可能なアーム４２がある。調整装置４０は、研磨パッドの回転中に研磨パッドに押圧された任意の基板を研磨パッドが効果的に研磨するように研磨パッドの状態を保つ。
【００１７】
スラリ５０は、反応剤（例えば、酸化物を研磨するようイオンを除去された水）、研磨粒子（例えば、酸化物を研磨する二酸化ケイ素）、化学的に反応する触媒（例えば、酸化物を研磨する水酸化カリウム）を含み、スラリ供給管５２により研磨パッド３２の表面に供給される。十分なスラリ５０が研磨パッド３２全体を覆い湿らすよう供給される。隣接する研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、２５ｃの間に２つ以上の中間洗浄ステーション５５ａ、５５ｂが配置される。洗浄ステーション５５ａ、５５ｂは、基板１０が１つの研磨ステーションから別の研磨ステーションへと移る際に基板１０をすすぐ。
【００１８】
回転可能なマルチヘッドのカルーセル６０が下部機械ベース２２の上に配置されている。カルーセル６０は、センターポスト６２により支持され、ベース２２内部に配置されたカルーセルモータアセンブリ（図示せず）によりセンターポスト６２の上でカルーセル軸６４を中心に回転される。センターポスト６２はカルーセル支持プレート６６とカバー６８とを支持する。
【００１９】
マルチヘッドのカルーセル６０には、４つのキャリアヘッドシステム７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄがある。キャリアヘッドシステムのうち３つは、基板を受け取り保持し、研磨ステーション２５ａ〜２５ｃのプラテン３０上の研磨パッド３２に基板を押圧することで基板を研磨する。キャリアヘッドシステムの１つは、移送用ステーション２７から基板を受け取りかつ移送用ステーション２７へと基板を送出する。４つのキャリアヘッドシステム７０ａ〜７０ｄはカルーセル軸６４を中心に同一の角度間隔でカルーセル支持プレート６６に取り付けられている。センターポスト６２により、カルーセルモータがカルーセル支持プレート６６を回転することができ、キャリアヘッドシステム７０ａ〜７０ｄ及びこれらに取り付けられた基板がカルーセル軸６４を中心に回ることが可能になる。
【００２０】
キャリアヘッドシステム７０ａ〜７０ｄには、研磨ヘッド即ちキャリアヘッド１００がある。各キャリアヘッド１００は独立して自身の軸を中心に回転し、カルーセル支持プレート６６に形成された径方向スロット７２で独立して水平方向に振動する。キャリア駆動シャフト７４がキャリアヘッド回転モータ７６をキャリアヘッド１００に接続する（カバー６８の４分の１を取り除いて示されている）。従って各ヘッド１００には１つのキャリア駆動シャフト７４と１つのモータ７６とがある。
【００２１】
ここで図２を参照すると、本発明の実施形態に従う、上部ハウジング６８を取り除かれたカルーセル６０の略平面図が示されている。図２に示すように、カルーセル支持プレート６６は４つのキャリアヘッドシステム７０ａ〜７０ｄを支持する。カルーセル支持プレート６６には４つの径方向スロット７２があり、径方向スロット７２は一般に径方向に広がり９０度離れて配置されている。４つの径方向スロット７２は端が閉じていたり（図示せず）開いていたりする。支持プレート６６の上部はスロットのある４つのキャリアヘッド支持スライド８０を支持する。各スライド８０は、径方向スロット７２の１つと一列に並び、カルーセル支持プレート６６に対し径方向の通路に沿って自由に移動する。各スライド８０を支持するべく２つのリニアベアリングアセンブリが各径方向スロット７２をまとめる。
【００２２】
図２及び図３に示すように、各リニアベアリングアセンブリには、カルーセル支持プレート６６に固定されたレール８２と、レール８２を握るようスライド８０に固定された２つのハンド８３（図３には１つのみ描かれている）とがある。２つのベアリング８４が、ハンド８３とレール８２が互いに自由に滑らかに移動するよう各ハンド８３をレール８２から分離する。従って、リニアベアリングアセンブリにより、スライド８０は径方向スロット７２に沿って自由に移動可能になる。
【００２３】
レール８２のうち１つの外側の端に固定されたベアリングストップ８５は、スライド８０がレールの端から誤って外れるのを防止する。各スライド８０のアームの１つには、図示しないがねじが切ってある受け取りキャビティ又はナットがあり、ナットの末端部に近接するスライドに固定されている。ねじ切りキャビティ又はナットは、カルーセル支持プレート６６に取り付けられたスライドラジアル発振モータ８７により駆動されるウォームギア親ねじ８６を受ける。モータ８７が親ねじ８６を回すと、スライド８０は径方向に移動する。４つのモータ８７は、カルーセル支持プレート６６の径方向スロット７２に沿って４つのスライドを別個に移動させるよう別個に操作可能である。
【００２４】
キャリアヘッドアセンブリ又はシステムは、キャリアヘッド１００と、キャリア駆動シャフト７４と、キャリアモータ７６と、取り囲んでいる回転しないシャフトハウジング７８とを各々有し、４つのスライドの各々に固定される。駆動シャフトハウジング７８は、下部リングベアリング８８のセットと上部リングベアリング８９のセットが対になって駆動シャフト７４を保持する。
【００２５】
駆動モータ７６の上にある回転カップリング９０が、３つ以上の流体ライン９２ａ、９２ｂ、９２ｃを３つ以上のチャネル９４ａ、９４ｂ、９４ｃに駆動シャフト７４でそれぞれ連結する。３つの真空源又は圧力源、例えばポンプ、ベンチュリ管、圧力調整器（以下、まとめて簡潔に「ポンプ」と呼ぶ）９３ａ、９３ｂ、９３ｃが、流体ライン９２ａ、９２ｂ、９２ｃにそれぞれ接続される場合がある。３つの圧力センサ即ち圧力ゲージ９６ａ、９６ｂ、９６ｃも、流体ライン９２ａ、９２ｂ、９２ｃにそれぞれ接続される場合がある。制御可能なバルブ９８ａ、９８ｂ、９８ｃが、圧力ゲージ９６ａ、９６ｂ、９６ｃとポンプ９３ａ、９３ｂ、９３ｃの間に流体ラインを横切って、それぞれ接続される場合がある。ポンプ９３ａ〜９３ｃ、圧力ゲージ９６ａ〜９６ｃ、バルブ９８ａ〜９８ｃは、汎用デジタルコンピュータ９９に適切に接続されるであろう。以下に詳細に説明するように、空気圧によってキャリアヘッド１００に動力を供給しキャリアヘッド１００の底面に基板を真空チャックする為に、コンピュータ９９がポンプ９３ａ〜９３ｃを操作する場合がある。加えて、コンピュータ９９は、キャリアヘッドの基板の存在を検出する為に、バルブ９８ａ〜９８ｃを操作し圧力ゲージ９６ａ〜９６ｃを監視する場合もある。
【００２６】
実際の研磨の間は、３つのキャリアヘッド、例えばキャリアヘッドシステム７０ａ〜７０ｃのキャリアヘッドは、それぞれの研磨ステーション２５ａ〜２５ｃ上に配置される。キャリアヘッド１００は基板１０を下降させて研磨パッド３２に接触させ、スラリ５０は基板すなわちウェハの化学機械研磨の媒体として働く。
【００２７】
基板１０は一般に複数の研磨ステップを受け、上記ステップには主要研磨ステップや最終研磨ステップが含まれる。主要研磨ステップについては、通常ステーション２５ａで行われ、キャリアヘッド１００は１インチ平方当たりおよそ４から１０ポンド（ｐｓｉ）の力を基板１０に加える。続くステーションでは、キャリアヘッド１００は基板１０に大きい力を加えたり小さい力を加えたりする。例えば、最終研磨ステップについては、通常ステーション２５ｃで行われ、キャリアヘッド１００は約３ｐｓｉの力を基板１０に加える。キャリアモータ７６はキャリアヘッド１００を１分当たり３０回から２００回程度回転させる。プラテン３０及びキャリアヘッド１００も実質的に同一の速度で回転するであろう。
【００２８】
一般にキャリアヘッド１００は、基板１０を研磨パッド３２に向けて保持し、基板１０の裏面全体に力を均一に分布させる。キャリアヘッド１００は更に、トルクを駆動シャフトから基板１０へ移動させ、研磨中に基板１０がキャリアヘッド１００の下から絶対に外れないようにする。
【００２９】
ここで図４を参照すると、本発明の実施形態に従うキャリアヘッド１００の透視側面図が示されている。キャリアヘッド１００には、ハウジング１０２と、着脱可能なプレート１０５と、ベース１０４と、ジンバル機構１０６と、ローディング機構１０８と、止め輪１１０と、基板裏当てアセンブリ１１２とがある。同様のキャリアヘッドのより詳細な説明は、米国特許５，９５７，７５１号にあり、上記特許の全開示は参考形式で本願に組み込まれる。
【００３０】
ハウジング１０２は、駆動シャフト７４と共に回転軸１０７を中心に回転するよう駆動シャフト７４に接続され、回転の軸１０７は研磨パッド３２の表面に実質的に直角である。ハウジング１０２は、研磨される基板１０の円形の構成に一致するよう一般に円形である。ハウジング１０２には環状のハウジングプレート１２０がある。着脱可能なプレート１０５は、キャリアヘッド１００の慣性を高めることで研磨に関連する振動を低減するようハウジングプレート１２０の上部に取り付けられている。着脱可能なプレート１０５の本体は一般に環状である。着脱可能なプレート１０５の重量はキャリアヘッド１００又は基板１０により変化するであろう。ある実施形態では、着脱可能なプレート１０５は約２５ポンドの重さである。着脱可能なプレート１０５により重量が付加されることで、ヘッド／プラテン回転速度、下降する力、スラリ流量等の重要な研磨パラメータの処理操作範囲が広くなる。
【００３１】
着脱可能なプレート１０５はリフティング装置の補助なしで容易に取り外せる。ある実施形態では、ハウジングプレート１２０の上面は、着脱可能なプレート１０５の底面の形状に一致するよう形作られる。即ち、ハウジングプレート１２０は着脱可能なプレート１０５を受けるべく構成された上面に溝１２１（図５に示す）を定める。他の実施形態では、着脱可能なプレート１０５を設置する為にハウジングプレート１２０の上面に３つの高い箇所が定められている。締結手段を受ける為に着脱可能なプレート１０５の上面には２つの孔１２３が定められている。着脱可能なプレート１０５はハウジングプレート１２０にボルトなどの種々の締結手段で取り付け可能である。着脱可能なプレート１０５は、重量のある任意の材料、例えばステンレス鋼やタングステンで形成される場合もある。一方、着脱可能なプレート１０５は、金属同士の接触を防ぎ、スラリの粘着を避け、高い表面潤滑性を持たせる為に、Ｈａｌａｒ（登録商標）などの高分子型の材料で覆われている場合もある。着脱可能なプレート１０５の透視平面図が図５に示されている。
【００３２】
図４を再度参照すると、ハウジング１０２には更に、一般に円柱状のハウジングハブ１２２があり、上部ハブ部分１２４及び下部ハブ部分１２６を定める。ハウジングプレート１２０は下部ハブ部分１２６を囲む。ハウジングプレート１２０とハウジングハブ１２２は共にステンレス鋼やアルミニウムで形成されている。
【００３３】
ベース１０４の本体は一般に環状で、ハウジング１０２の下、特にハウジングプレート１２０の下に配置されている。ベース１０４は、アルミニウムや、ステンレス鋼や、繊維強化プラスチックなどの硬質な材料から形成されてよい。
【００３４】
ジンバル機構１０６により、ベース１０４が研磨パッド３２の表面に実質上並行であり続けるようベース１０４がハウジング１０２に対し移動することが可能になる。特に、ジンバル機構１０６により、ベース１０４がハウジング１０２に対し垂直に、即ち回転の軸１０７に沿って移動し、旋回、即ち研磨パッド３２の表面に並行な軸を中心に回転することが可能になる。一方、ジンバル機構１０６はベース１０４がハウジング１０２に対し水平に、即ち研磨パッド３２に並行な軸に沿って移動することを防ぐ。ジンバル機構１０６はアンロードされている、即ち、ハウジング１０２からジンバル機構１０６を介しベース１０４へと下向きの圧力がかけられている。一方、ジンバル機構１０６は任意の側面の負荷、例えば、基板１０と研磨パッド３２との間の摩擦により生成されたせん断力をハウジング１０２へと移すことができる。
【００３５】
ジンバル機構１０６には、ジンバルロッド１８０とリング１８２があり、上部ジンバルリング部１８３と下部ジンバルリング部１８１とを定める。上部ジンバルリング部１８３はハウジングプレート１２０と下部ジンバルリング部１８１とに取り付けられている。ジンバルロッド１８０と下部ジンバルリング部１８１は、ステンレス鋼やアルミニウムなどの硬質な材料で形成されるであろう。他方、上部ジンバルリング部１８３はプラスチック即ち繊維強化プラスチックなどの軽い材料で形成されるであろう。一方、上部ジンバルリング部１８３は、デラウェア州ウィルミントンのＤｕｐｏｎ社から発売されているＤＥＬＲＩＮ（登録商標）などの硬い材料や、Ｇ１０などのガラス繊維とエポキシ樹脂の積層で形成されてもよい。ある実施形態の上部ジンバルリング部１８３は、ＣＭＰシステムが共振周波数に達した際に生成されるエネルギーを低減する材料から成る。ジンバル機構１０６には更に、上部ジンバルリング部１８３と下部ジンバルリング部１８１の間に緩衝リング１８４（図６に示す）が配置されている。緩衝リング１８４は研磨処理中に引き起こされた高周波の振動を減衰させるよう構成されている。ある実施形態では、緩衝リング１８４はゴムのガスケットである。本発明の実施形態に従うジンバル機構１０６の透視分解組立図が図６に示される。別の態様では、ジンバルロッド１８０と下部ハブ部１２６の間を密封する為に、下部ハブ部１２６のくぼみにＯリング１９８がはめ込まれる場合がある。
【００３６】
ローディング機構１０８は、ベース１０４に負荷すなわち下向きの圧力を加える為にハウジング１０２とベース１０４の間に配置される。この点に関しては、ハウジング１０２に相対的なベース１０４の垂直位置はローディング機構１０８に制御される。図４に示すとおり、ローディング機構１０８には、ハウジング１０２とジンバル１０６との間に配置されたチャンバ２００がある。
【００３７】
下部ハブ部１２６をハウジングプレート１２０に密封してチャンバ２００が形成される。チャンバ２００は、当業者には既知の様々な手段で密封されてよい。チャンバ２００は、流体ライン９２ａを介してポンプ９３ａ（図３参照）と、回転カップリング９０と、駆動シャフト７４のチャネル９４ａと、ハウジング１０２の通路（図示せず）とに接続されている場合がある。ベース１０４にかけられる負荷を制御するべく空気などの流体やガスがポンプでチャンバ２００へと出し入れされる。ポンプ９３ａが流体をチャンバ２００へと入れると、チャンバ２００の体積は増大し、ベース１０４は下方へ押し下げられる。一方、ポンプ９３ａが流体をチャンバ２００から出すと、チャンバ２００の体積は減少し、ベース１０４は上方へ押し上げられる。
【００３８】
止め輪１１０はベース１０４の外側の端に固定されている。止め輪１１０は一般に環状で底面は実質的に平らである。流体がチャンバ２００へと入れられベース１０４が下方へ押し下げられると、研磨パッド３２に負荷をかけるべく止め輪１１０も下方へ押し下げられる。止め輪１１０の内部表面２３２が、柔軟なメンブレン１１８の取り付け面２７４と共に、基板受け用くぼみ２３４を定める。止め輪１１０は、基板１０が受け用くぼみ２３４から外れないようにし、基板１０からベース１０４へと水平な負荷を転送する。止め輪１１０は硬いプラスチック又はセラミック材料から形成される。ある実施形態では、止め輪１１０は、例えばボルト２４０（上記断面図には１つのみ示す）でベース１０４に固定されている場合がある。
【００３９】
基板裏当てアセンブリ１１２はベース１０４の下方に位置している。基板裏当てアセンブリ１１２には、支持構造１１４と、柔軟なメンブレン１１８とがある。柔軟なメンブレン１１８は、基板１０の取り付け面２７４を供給するべく支持構造１１４に接続され支持構造１１４の下に広がっている。
【００４０】
支持構造１１４には支持プレート２５０があり、一般に円盤型の硬い部材である。支持プレート２５０には、一般に平らな下面２５６と、支持プレート２５０を通って垂直に広がる複数のアパーチャ２６０とがあり、支持プレート２５０は下面２５６を上面２５４に接続する。支持プレート２５０はアルミニウムやステンレス鋼で形成され得る。
【００４１】
上述したように、柔軟なメンブレン１１８の下面は基板１０の取り付け面２７４を供給する。研磨中、基板１０は裏面が取り付け面２７４に向けて位置づけられた状態で基板受け用くぼみ２３４に配置される。ある実施形態の柔軟なメンブレン１１８は、強度の高いシリコーンゴムなどの柔軟で弾性のある材料から形成される円形のシートである。柔軟なメンブレン１１８には、溝２６２に嵌め込まれた突出する外部端２７０がある。柔軟なメンブレン１１８の端はベース１０４とハウジングプレート１２０との間で締め付けられる。基板の存在を検出する為に小さいアパーチャ又は複数のアパーチャがメンブレン１１８のほぼ中心に形成される。アパーチャは直径およそ１から１０ミリメートルである。
【００４２】
柔軟なメンブレン１１８は、基板１０の端に近接したメンブレン１１８の部分が変形することなく研磨パッド３２を傾斜させるよう調節されるであろう。その結果、研磨パッド３２がキャリアヘッド１００に対し傾斜されても基板１０への負荷は依然として均一となる。基板１０の裏面に合うよう柔軟なメンブレン１１８が変形される場合もある。例えば、基板１０が歪んでいる場合、柔軟なメンブレン１１８は歪んだ基板１０の輪郭に事実上一致する。従って、基板１０の裏面の表面に不均一性があっても基板１０への負荷は依然として均一である。
【００４３】
上述したことは本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態が、本発明の基本的な範囲からそれることなく考案され、本発明の範囲は以下に続く特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施形態で説明される方法が達成され細部にわたり理解されるよう、以上には簡潔に要約されていたが、添付の図面に図示された本発明の実施形態を参照して本発明に特定の説明がなされる。
しかし注意すべきは、添付の図面が一般的な本発明の実施形態を示すのみであり、従って、本発明が他の同等に効果的な実施形態を認めるよう、本発明の範囲を限定するとみなすべきでない点である。
【図１】本発明の実施形態に従う化学機械研磨装置の分解組立斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に従う、上部ハウジングを取り除かれたカルーセルの概略平面図である。
【図３】本発明の実施形態に従う、図２のカルーセルの線３−３に沿った部分的な断面図とＣＭＰ装置で使用される圧力調整器の部分的な概略図である。
【図４】本発明の実施形態に従う、着脱可能なプレートとジンバル機構とを備えるキャリアヘッドの側方からの斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に従う着脱可能なプレートの上方からの分解斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に従うジンバル機構の透視分解組立図である。
【符号の説明】
１００　　キャリアヘッド
１０２　　ハウジング
１０４　　ベース
１０５　　着脱可能なプレート
１０６　　ジンバル機構
１０８　　ローディング機構
１１８　　柔軟なメンブレン
１８０　　ジンバルロッド
１８２　　リング
１８３　　上部ジンバルリング部
１８１　　下部ジンバルリング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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