(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的研磨装置用のキャリア・ヘッドであって、
基板マウンティング面と、
止め輪に接続された底部表面を有する剛性のベースと、
を有し、
前記止め輪は、研磨の間に前記マウンティング面の下に基板を維持するためのものであり、前記止め輪は、
研磨の間にポリシング・パッドと接触するための底部表面、および頂部表面を有し、プラスチックで作られている環状の下部の部分であって、前記底部表面から前記頂部表面への開口を有しない環状の下部の部分と、
前記下部の部分の前記頂部表面に取り付けられた底部表面、および前記ベースの前記底部表面に接して固定された頂部表面を有し、前記プラスチックよりも剛性である金属で作られている環状の上部の部分とを有し、
前記下部の部分が前記上部の部分に接着剤で取り付けられている、化学的機械的研磨装置用のキャリア・ヘッド。
【請求項２】
前記下部の部分は、厚さが２．５４ｍｍから１０．１６ｍｍの間である請求項１記載のキャリア・ヘッド。
【請求項３】
前記プラスチックは、ショアーＤスケールで８０から９５の間のデュロメーター測定値を与える請求項１記載のキャリア・ヘッド。
【請求項４】
前記プラスチックは、硫化ポリフェニレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエーテル・エーテル・ケトン、及びポリブチレン・テレフタレートから成る群から選択される請求項１記載のキャリア・ヘッド。
【請求項５】
前記金属は、スチール、アルミニウム及びモリブデンから成る群から選択される請求項１記載のキャリア・ヘッド。
【請求項６】
前記プラスチックは第一の弾性率を有し、前記金属は第二の弾性率を有し、研磨の間に前記止め輪の前記下部表面の偏向を実質的に防止するために、前記第二の弾性率は前記第一の弾性率より十分に大きいように選択されている請求項１記載のキャリア・ヘッド。
【請求項７】
前記プラスチックは第一の弾性率を有し、前記金属は第二の弾性率を有し、前記止め輪が前記キャリア・ヘッドに取り付けられる前記止め輪の前記下部表面の変形を実質的に防止するために、前記第二の弾性率は前記第一の弾性率より十分に大きいように選択されている請求項１記載のキャリア・ヘッド。
【請求項８】
基板のためのマウンティング面を有するキャリア・ヘッド用の止め輪であって、
研磨の間にポリシング・パッドと接触するための底部表面、および頂部表面を有し、化学的機械的研磨プロセスにおいて不活性であるプラスチックで作られ、且つ前記底部表面から前記頂部表面への開口を有しない全体として環状の下部の部分と、
前記下部の部分の前記頂部表面に取り付けられた底部表面、および前記ベースの前記下部表面に接して機械的に固定されるように構成された頂部表面を有し、前記プラスチックよりも剛性である金属で作られている全体として環状の上部の部分とを有し、
前記下部の部分が前記上部の部分に接着剤で取り付けられている、止め輪。
【請求項９】
前記下部の部分は、ショアーＤスケールで８０から９５の間のデュロメーター測定値を有する請求項８記載の止め輪。
【請求項１０】
前記下部の部分は、厚さが２．５４ｍｍから１０．１６ｍｍの間である請求項８記載の止め輪。
【請求項１１】
前記上部の部分は、前記下部の部分より厚い請求項１０に記載の止め輪。
【請求項１２】
前記プラスチックは、硫化ポリフェニレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエーテル・エーテル・ケトン、及びポリブチレン・テレフタレートから成る群から選択される請求項８記載の止め輪。
【請求項１３】
前記金属は、スチール、アルミニウム及びモリブデンから成る群から選択される請求項８記載の止め輪。
【請求項１４】
前記止め輪は、内部表面と外部表面とを有し、
前記内部表面及び前記外部表面が、前記上部の部分の前記頂部表面から前記下部の部分の前記底部表面までほぼ垂直となっている請求項８記載の止め輪。
【請求項１５】
前記上部の部分の前記頂部表面が、前記止め輪を前記ベースに機械的に固定するボルトを受けるための穴を有する請求項８記載の止め輪。
【請求項１６】
化学的機械的研磨装置であって、
回転可能なポリシング・パッドと、
前記ポリシング・パッドの上にスラリーを分配するためのスラリー供給源と、
基板マウンティング面および剛性のベースを有するキャリア・ヘッドであって、前記ベースは、研磨の間に前記マウンティング面の下に基板を維持するための止め輪に接続された底部表面を有している、キャリア・ヘッドとを有し、
前記止め輪は、
研磨の間にポリシング・パッドと接触するための底部表面、および頂部表面を有し、プラスチックで作られ、且つ前記底部表面から前記頂部表面への開口を有しないほぼ環状の下部の部分と、
前記下部の部分の前記頂部表面に取り付けられた底部表面、および前記ベースの前記下部表面に接して固定された頂部表面を有し、前記プラスチックよりも剛性である金属で作られているほぼ環状の上部の部分とを有し、
前記下部の部分が前記上部の部分に接着剤で取り付けられている、化学的機械的研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景】
本発明は、全体として基板の化学的機械的研磨に関し、特に化学的機械的研磨装置用のキャリア・ヘッドに関する。
【０００２】
集積回路は、導電層、半導電層あるいは絶縁層の連続的な堆積により基板、特にシリコンウェーハ、の上に通常形成される。各層が堆積された後に、各層は回路フィーチャーを作るためにエッチングされる。一連の層が順次堆積されエッチングされるにつれて、基板の外部すなわち最上部の表面、すなわち基板の露出した表面は、ますます非平坦になる。この非平坦な表面は、集積回路製造プロセスの光露光段階で問題を生ずる。したがって、周期的に基板の表面を平坦化する必要がある。
【０００３】
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、一般に是認された平坦化の１つの方法である。この平坦化方法は、基板がキャリアあるいはポリシング・ヘッドの上に搭載されていることを通常必要とする。基板の露出した表面は、回転しているポリシング・パッドに対して設置される。ポリシング・パッドは、「標準の」あるいは固定研磨パッドのいずれであってもよい。標準のポリシング・パッドが耐久性のある粗い表面を有するのに対して、固定研磨パッドは収納媒体 (containment media) に含まれる研磨粒子を有する。キャリア・ヘッドは、ポリシング・パッドに基板を押し付けるために、制御可能な負荷すなわち圧力を基板に加える。少なくとも１つの化学反応剤を有する研磨スラリーと、標準のパッドが使用される場合には研磨粒子が、ポリシング・パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰプロセスの有効性は、その研磨速度により、また基板表面の仕上げ（小規模な粗さがないこと）と平面度（大規模なトポグラフィーがないこと）の結果により、測定することができる。研磨速度、仕上げ及び平面度は、パッドとスラリーの組み合わせ、基板とパッドの間の相対速度、及びパッドに対して基板を押し付ける力により決定される。
【０００５】
ＣＭＰにおいて再発している課題は、いわゆる「端部効果」、すなわち、研磨される基板の端縁が基板の中心とは異なる速度になる傾向である。端部効果は、基板外辺部、たとえば、２００ミリ・ウェーハの最外部の５から１０ミリメートルにおいて、オーバーポリシング（基板からの材料の除去が多すぎる）を通常もたらす。オーバーポリシングは、基板の総合的な平面度を減少させ、基板の端縁を集積回路製造用には不適当にして、プロセス歩留りを減少させる。
【０００６】
【概要】
１つの態様において、本発明は化学的機械的研磨用のキャリア・ヘッドに重点を置いている。キャリア・ヘッドは、基板マウンティング面及び研磨の間にマウンティング面の下に基板を維持するための止め輪を有する。止め輪は、研磨の間にポリシング・パッドと接触し、第一の材料で作られている底部表面を有する下部の部分、ならびに、第一の材料より剛性である第二の材料で作られている上部の部分を有する。
【０００７】
本発明の具体化例は下記を含むことが可能である。第一の材料は、化学的機械的研磨プロセスに対してほぼ不活性であるプラスチック、たとえば、硫化ポリフェニレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエーテル・エーテル・ケトン、あるいは、ポリブチレン・テレフタレートとすることができる。第二の材料は金属、たとえば、スチール、アルミニウム、またはモリブデン、あるいはセラミックスとすることができる。下部の部分は、研磨される基板より厚く、たとえば、約１００から４００ミル（約２．５４から１０．１６ｍｍ）の間にすることができる。第一の材料は、ショアーＤスケールで約８０から９５の間のデュロメーター測定値を与えることができる。第二の材料は、第一の材料の弾性率の約１０倍から１００倍、たとえば、５０倍を有することができる。下部の部分は、上部の部分に対して、たとえば緩硬性エポキシを使用して接着して取り付けられてもよく、あるいは圧入されてもよい。
【０００８】
本キャリア・ヘッドの他の態様において、下部の部分は第一の弾性率を有する第一の材料で作られ、上部の部分は第二の弾性率を有する第二の材料で作られており、また第二の弾性率は、研磨の間に止め輪の下部表面の偏向を実質的に防止するように、第一の弾性率より十分に大きいように選択されている。
【０００９】
本キャリア・ヘッドの他の態様において、下部の部分は第一の弾性率を有する第一の材料で作られ、上部の部分は第二の弾性率を有する第二の材料で作られており、また第二の弾性率は、止め輪がキャリア・ヘッドに取り付けられる止め輪の下部表面の変形を実質的に防止するように、第一の弾性率より十分に大きいように選択されている。
【００１０】
他の態様において、本発明は、基板用のマウンティング面を有するキャリア・ヘッドのための止め輪に重点を置いている。止め輪は、研磨の間にポリシング・パッドと接触するための底部表面を有し、化学的機械的研磨プロセスにおいて不活性である第一の材料で作られている全体として環状の下部の部分、ならびに、下部の部分に取り付けられており、第一の材料より剛性である第二の材料で作られている全体として環状の上部の部分を有する。
【００１１】
他の態様において、回転可能なポリシング・パッドと、ポリシング・パッドの上にスラリーを分配するためのスラリー供給源と、基板マウンティング面及び研磨の間にマウンティング面の下に基板を維持するための止め輪を有するキャリア・ヘッドを有する化学的機械的研磨装置に、本発明は重点を置いている。止め輪は、研磨の間にポリシング・パッドと接触し、第一の材料で作られた下部の部分、ならびに、第一の材料より剛性である第二の材料で作られた上部の部分を有する。
【００１２】
本発明の利点には下記を含むことが可能である。端部効果は減少し、結果として基板の平面度及び仕上げは改良される。
【００１３】
本発明の他の利点及び特徴は、図面及び特許請求の範囲を含む以下の説明から明白であろう。
【００１４】
【詳細説明】
図１を参照すると、１つ以上の基板１０が化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置２０により研磨される。同種のＣＭＰ装置の記述は、米国特許第５，７３８，５７４号に見ることができ、その開示の全体は参考文献として本明細書に含まれる。
【００１５】
ＣＭＰ装置２０は、その上に搭載されたテーブル・トップ２３及び除去可能な上部外側カバー（図示せず）を有する下部機械ベース２２を有する。テーブル・トップ２３は、一連のポリシング・ステーション２５ａ、２５ｂ及び２５ｃ、ならびに基板のローディング及びアンローディングのためのトランスファー・ステーション２７を支持している。トランスファー・ステーション２７は、３つのポリシング・ステーション２５ａ、２５ｂ及び２５ｃと共に、全体として正方形の配置を形成してもよい。
【００１６】
各ポリシング・ステーション２５ａ−２５ｃは、その上にポリシング・パッド３２を設置した回転可能なプラテン３０を有する。基板１０が８インチ（２００ミリ）あるいは１２インチ（３００ミリ）の直径のディスクであれば、プラテン３０及びポリシング・パッド３２は、それぞれ約２０インチあるいは３０インチの直径である。プラテン３０は、機械ベース２２の中に配置されたプラテン駆動モータ（図示せず）に接続されることができる。多くの研磨プロセスに対して、プラテン駆動モータは、毎分３０から２００回転でプラテン３０を回転させるが、より低速あるいは高速の回転速度が使用されてもよい。各ポリシング・ステーション２５ａ−２５ｃは、ポリシング・パッドの研磨条件を維持するために、対応するパッド・コンディショナー装置４０をさらに有してもよい。
【００１７】
反応剤（たとえば、酸化物研磨用の脱イオン水）及び化学反応触媒（たとえば、酸化物研磨用の水酸化カリウム）を含むスラリー５０は、スラリー／リンス共用アーム５２により、ポリシング・パッド３２の表面に供給されてもよい。ポリシング・パッド３２が標準のパッドであれば、スラリー５０は研磨粒子（たとえば、酸化物研磨用の二酸化珪素）をさらに含んでもよい。通常、ポリシング・パッド３２の全体をカバーし、濡らすために十分なスラリーが供給される。スラリー／リンスアーム５２は、各ポリシング・コンディショニング・サイクルの終了と共に、ポリシング・パッド３２に高圧リンスを供給するいくつかのスプレーノズル（図示せず）を有する。
【００１８】
カルーセル支持プレート６６及びカバー６８を有する回転可能なマルチヘッド・カルーセル６０は、下部機械ベース２２の上に設置されている。カルーセル支持プレート６６は、センター・ポスト６２により支持され、センター・ポスト６２の上で、機械ベース２２の中に配置されたカルーセル・モータ組立体により、カルーセル軸６４の周りに回転される。マルチヘッド・カルーセル６０は、カルーセル支持プレート６６の上にカルーセル軸６４の周囲に等角度で搭載された４つのキャリア・ヘッド装置７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄを有する。キャリア・ヘッド装置の３つは、基板を受け、保持し、ポリシング・ステーション２５ａ−２５ｃのポリシング・パッドに基板を押し付けることにより基板を研磨する。キャリア・ヘッド装置の１つは、トランスファー・ステーション２７から基板を受け取り、トランスファー・ステーション２７へ基板を送出する。カルーセル・モータは、キャリア・ヘッド装置７０ａ−７０ｄとそれに取り付けられた基板を、ポリシング・ステーションとトランスファー・ステーションの間で、カルーセル軸６４の周囲に旋回させることができる。
【００１９】
各キャリア・ヘッド装置７０ａ−７０ｄは、研磨あるいはキャリア・ヘッド１００を有する。各キャリア・ヘッド１００は、それ自身の軸の周囲を独立して回転し、カルーセル支持プレート６６の中に形成されたラジアル・スロット７２の中を独立して横に往復する。キャリア駆動軸７４は、キャリア・ヘッド回転モータ７６（カバー６８の４分の１を取り除いて示す）をキャリア・ヘッド１００に接続するために、スロット７２を通して延びている。各ヘッドに対して、１つのキャリア駆動軸とモータがある。各モータ及び駆動シャフトは、キャリア・ヘッドを横に往復させるために、半径方向駆動モータによりスロットに沿って直線的に駆動されるスライダ（図示せず）の上に支持されていてもよい。
【００２０】
実際の研磨の間は、キャリア・ヘッドの中の３個、たとえば、キャリア・ヘッド装置７０ａ−７０ｃは、各ポリシング・ステーション２５ａ−２５ｃの上に位置している。各キャリア・ヘッド１００は、基板を下降させてポリシング・パッド３２に接触させる。一般的には、キャリア・ヘッド１００は、ポリシング・パッドに対して所定の位置に基板を保持し、基板の裏面にわたって力を分散させる。キャリア・ヘッドは、駆動シャフトから基板へのトルクも伝達する。
【００２１】
図２において、キャリア・ヘッド１００は、ハウジング１０２、ベース１０４、ジンバル機構１０６、ローディング・チャンバ１０８、止め輪１１０、及び基板裏当て組立体１１２を有する。同種のキャリア・ヘッドの記述は、Ｚｕｎｉｇａ他による、１９９６年１１月８日出願の、本発明の被譲渡人に譲渡された、化学的機械的研磨装置用の可撓膜を有するキャリア・ヘッドと題する、米国特許出願番号第０８／７４５，６７０号に見ることができ、その開示の全体は参考文献として本明細書に含まれる。
【００２２】
ハウジング１０２は、研磨の間ポリシング・パッドの表面にほぼ垂直の回転軸１０７の周囲に回転軸１０７と共に研磨中に回転するように、駆動シャフト７４に接続することができる。ローディング・チャンバ１０８は、負荷すなわち下方への圧力をベース１０４に加えるように、ハウジング１０２とベース１０４の間に配置されている。ポリシング・パッド３２に対するベース１０４の垂直の位置も、ローディング・チャンバ１０８により制御される。
【００２３】
基板裏当て組立体１１２は、支持構造１１４、支持構造１１４をベース１０４に接続している撓みダイアフラム１１６、及び支持構造１１４に接続された可撓性の部材あるいは膜１１８を有する。可撓膜１１８は、基板に対してマウンティング面１２０を用意するために、支持構造１１４の下に延びている。ベース１０４と基板裏当て組立体１１２の間に位置するチャンバ１９０の加圧は、基板をポリシング・パッドに対して押し付けるように、可撓膜１１８を下向きに押す。
【００２４】
ハウジング１０２の形状は、研磨される基板の円形の輪郭に対応するために、通常円形である。円筒状のブシュ１２２をハウジングを介して垂直の導孔１２４に適合させることができ、キャリア・ヘッドの空気制御のために、２つの流路１２６及び１２８がハウジングを介して延びることができる。
【００２５】
ベース１０４は、ハウジング１０２の下に位置する全体として環状の胴部である。ベース１０４は、アルミニウム、ステンレス鋼あるいは繊維により強化されたプラスチックのような剛性の材料で形成することができる。流路１３０はベースを介して延びることが可能であり、２つの取付具１３２及び１３４は、流路１２８を流路１３０に流体的に結合するために、ハウジング１０２とベース１０４の間に可撓管を接続するための取付点を用意することができる。
【００２６】
ブラダー１４４を定めるために、弾性のある可撓膜１４０をクランプ・リング１４２によってベース１０４の下部表面に取り付けることができる。クランプ・リング１４２は、ねじ、あるいはボルト（図示せず）によって、ベース１０４に固定することができる。流体たとえば空気のようなガスをブラダーの中にあるいはブラダーから導き、それによって支持構造１１４及び可撓膜１１８に対する下方への圧力を制御するために、第一のポンプ（図示せず）をブラダー１４４に接続することができる。
【００２７】
ジンバル機構１０６は、ポリシング・パッドの表面にベースがほぼ平行しているように、ベース１０４がハウジング１０２に対して枢動することを可能にする。ジンバル機構１０６は、円筒状のブシュ１２２及びベース１０４に固定されている撓みリング１５２を介して流路１５４に適合しているジンバル・ロッド１５０を有する。ジンバル・ロッド１５０は、ベース１０４に垂直の動きを与えるために流路１５４に沿って垂直に滑動することができるが、ハウジング１０２に対するベース１０４のどのような横の動きも防止する。
【００２８】
ローリング・ダイアフラム１６０の外縁は、インナー・クランプ・リング１６２によりハウジング１０２にクランプされることができ、アウター・クランプ・リング１６４は、ローリング・ダイアフラム１６０の内縁をベース１０４にクランプすることができる。したがって、ローリング・ダイアフラム１６０は、ローディング・チャンバ１０８を定めるために、ハウジング１０２とベース１０４の間のスペースを封止する。ローリング・ダイアフラム１６０は、全体として環状の厚さ６０ミル（１．５２ｍｍ）のシリコン薄板でもよい。第二のポンプ（図示せず）は、ローディング・チャンバ内の圧力とベース１０４に印加される負荷を制御するために、ローディング・チャンバ１０８に流体的に接続されることができる。
【００２９】
基板裏当て組立体１１２の支持構造１１４は、ベース１０４の下に配置されている。支持構造１１４は、サポート・プレート１７０、下部環状クランプ１７２及び上部環状クランプ１７４を有する。サポート・プレート１７０は、それを通過する複数のアパーチャー１７６を有する全体としてディスク形の剛性の部材とすることができる。さらに、サポート・プレート１７０は、下向きに突出しているリップ１７８を、その外縁に有してもよい。
【００３０】
基板裏当て組立体１１２の撓みダイアフラム１１６は、全体として平坦な環状の環である。撓みダイアフラム１１６の内縁は、ベース１０４と止め輪１１０の間にクランプされ、撓みダイアフラム１１６の外縁は、下部クランプ１７２と上部クランプ１７４の間にクランプされている。撓みダイアフラム１１６は可撓性であり、弾性であるが、半径方向及び接線方向には剛性でもよい。撓みダイアフラム１１６は、ネオプレンのようなゴム、ナイロン（商標名）あるいはノーメックス（商標名）のようなエラストマーを塗布した織物、プラスチック、あるいは、ガラスファィバーのような複合材で作成することができる。
【００３１】
可撓膜１１８は、クロロプレンあるいはエチレン・プロピレン・ゴムのような可撓性で弾性のある材料で形成された全体として円形の薄板である。可撓膜１１８の一部は、サポート・プレートと下部クランプ１７２の間にクランプされるように、サポート・プレート１７０の端縁の周りに延びている。
【００３２】
可撓膜１１８、支持構造１１４、撓みダイアフラム１１６、ベース１０４、及びジンバル機構１０６の間の封止された容積は、加圧可能なチャンバ１９０を定めている。第三のポンプ（図示せず）は、チャンバ内の圧力したがって基板上の可撓膜の下方への力を制御するために、チャンバ１９０に流体的に接続されることができる。
【００３３】
止め輪１１０は、ベース１０４の外縁に、たとえば、ボルト１９４（図２の断面図に一方のみを示す）によって固定された全体として環状の環とすることができる。流体がローディング・チャンバ１０８に送り込まれ、ベース１０４が下向きに押されると、止め輪１１０も、ポリシング・パッド３２に負荷を加えるように下向きに押される。止め輪１１０の内部表面１８８は、可撓膜１１８のマウンティング面１２０と連係して、基板収容陥凹部１９２を定める。止め輪１１０は、基板が基板収容陥凹部から逃れるのを防止する。
【００３４】
図３において、止め輪１１０は、ポリシング・パッドに接触することができる底部表面１８２を有する環状の下部の部分１８０、及び、ベース１０４に接続された環状の上部の部分１８４を含む複数の部分を有する。下部の部分１８０は、接着層１８６を使用して上部の部分１８４に接着されてもよい。
【００３５】
下部の部分は、ＣＭＰプロセスで化学的に不活性な材料で形成される。さらに、止め輪に対する基板端部の接触が基板の欠損あるいは亀裂を生じないように、下部の部分１８０は十分に弾性であるべきである。他方、下部の部分１８０は、止め輪に対する下方への圧力が下部の部分１８０を基板収容陥凹部１９２の中に突き出させるほど弾性であるべきではない。具体的にいうと、下部の部分１８０の材料は、ショアーＤスケールで約８０−９５のデュロメーター測定値を有することができる。一般に、下部の部分１８０の材料の弾性率は、約０．３−１．０×１０の６乗ポンド毎平方インチの範囲とすることができる。下部の部分はさらに耐久性であるべきであり、低い摩耗率を有するべきである。しかし、下部の部分１８０が徐々に摩耗することは、基板端部が内部表面１８８の中に深いグルーブを切ることを防止することが明らかなので、許容できる。たとえば、下部の部分１８０は、米国インディアナ州、エヴァンズビルのＤＳＭエンジニアリング・プラスチックからテクトロン（商標名）の商品名で入手できる硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）のようなプラスチックで作ることができる。米国デラウエア州ウィルミントンのデュポンから入手できるデルリン（商標名）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）あるいは、ポリブチレン・テレフタレート（ＰＢＴ）あるいは、やはりデュポンから入手できるＺＹＭＡＸＸ（商標名）のような複合材、のような他のプラスチックも適当であるかもしれない。
【００３６】
下部の部分１８０の厚さＴ１は、基板１０の厚さＴｓより大きくあるべきである。具体的にいうと、下部の部分は、基板がキャリア・ヘッドにより固定されているときに、基板が接着層と擦れあわないほどに、十分厚くあるべきである。他方、下部の部分が厚すぎれば、止め輪の底部表面は、下部の部分の可撓性の性質による変形を受けやすいであろう。下部の部分１８０の初期の厚さは、約２００から４００ミル（約５．０８から１０．１６ｍｍ）（溝の深さが１００から３００ミル（２．５４から７．６２ｍｍ））とすることができる。溝が摩耗したときに、下部の部分は交換することが可能である。したがって、下部の部分は約２００から４００ミル（約２．５４から１０．１６ｍｍ）の間の厚さＴ1を有することになる。止め輪が溝を有しなければ、残りの厚さが基板の厚さとほぼ等しくなったときに、下部の部分は交換することができる。
【００３７】
下部の部分１８０の底部表面は、ほぼ平坦であってもよく、あるいは、止め輪の外側から基板へのスラリーの搬送を容易にするために、複数のチャネルを有してもよい。
【００３８】
止め輪１１０の上部の部分１８４は、金属、たとえば、ステンレス鋼、モリブデン、あるいはアルミニウム、あるいはセラミックス、たとえば、アルミナ、あるいは他の代表的な材料のような、剛性の材料で作られている。上部の部分の材料は、約１０−５０×１０の６乗ポンド毎平方インチの弾性率、すなわち下部の部分の材料の弾性率の約１０倍から１００倍、を有することができる。たとえば、下部の部分の弾性率は約０．６×１０の６乗ポンド毎平方インチであってもよく、上部の部分の弾性率は約３０×１０の６乗ポンド毎平方インチであってもよく、したがって比率は約５０対１である。上部の部分１８４の厚さＴ2は、下部の部分１８２の厚さＴ1より大きくあるべきである。具体的にいうと、上部の部分は、約３００−５００ミル（約７．６２−１２．７０ｍｍ）の厚さＴ2を有することができる。
【００３９】
接着層１８６は、２液性の緩硬性エポキシでもよい。緩硬性とは、エポキシが接着するまでに数時間から数日程度かかることを通常示す。エポキシは、米国ジョージア州、シャンブリーのマグノリア・プラスチックから入手できるマグノボンド６３７５（商標名）でもよい。あるいは、上部の部分にねじを使用して接着して取り付けられる、あるいは圧入される代わりに。
【００４０】
止め輪の底部表面の平面度が端部効果に関連していることは明白である。具体的にいうと、底部表面が非常に平坦であれば、端部効果は減少する。止め輪が比較的可撓性であれば、たとえばボルト１９４により止め輪がベースに取り付けられる所で、止め輪は変形する恐れがある。この変形は、非平坦な底部表面を作り、その結果端部効果を増加させる。止め輪はキャリア・ヘッド上に設置後にラップ仕上げまたは機械加工することができるが、ラッピングは、基板を損傷しあるいはＣＭＰプロセスを汚染する恐れがある破片を底部表面に埋め込む傾向があり、機械加工は多くの時間を必要として不便である。他方、ステンレス鋼の環のような完全に剛性の止め輪は、亀裂に基板を生じ、あるいはＣＭＰプロセスを汚染するおそれがある。
【００４１】
本発明による止め輪を使用すると、止め輪１１０の上部の部分１８４の剛性は、全体がＰＰＳのような可撓性の材料で作られた止め輪と比較して、止め輪の全体の曲げ剛性を、たとえば３０−４０倍増加させる。剛性の上部の部分によって与えられる増加した剛性は、ベースに止め輪を取り付けることによるこの変形を減少あるいは除去し、その結果端部効果を減少させる。さらに、止め輪は、キャリア・ヘッドに固定された後に、ラップ仕上げされる必要がない。さらに、ＰＰＳの下部の部分はＣＭＰプロセスで不活性であり、基板端部の欠損あるいは亀裂を防止するために十分に弾性である。
【００４２】
本発明による止め輪の増加した剛性の他の利点は、パッドの圧縮性に対する研磨プロセスの感度を減少させることである。どのような特定の理論にも限定されずに、特に可撓性の止め輪について、端部効果に対する１つの実現可能な寄与は、止め輪の「偏向」と呼ぶことができるものである。具体的にいうと、キャリア・ヘッドの立ち下がり区間における止め輪の内部表面上の基板端部の力は、止め輪を偏向させる、すなわち、ポリシング・パッドの表面に平行な軸の周りに僅かに局部的にねじる恐れがある。これは止め輪の内径をポリシング・パッドの中に、より深く押し付け、ポリシング・パッドの上に生じる圧力を増加させ、ポリシング・パッドの材料を「流出させ」、基板の端縁に向かって排出させる。ポリシング・パッドの材料の排出は、ポリシング・パッドの弾性特性に依存する。したがって、パッドの中に偏向することができる比較的可撓性の止め輪は、パッド材料の弾性特性に対して研磨プロセスを非常に高感度にする。しかし、剛性の上部の部分により与えられる増加した剛性は、止め輪の偏向を減少させ、その結果、パッドの変形、パッドの圧縮性に対する感度、及び端部効果を減少させる。
【００４３】
本発明を多くの実施例に関して説明した。しかし、本発明は図に示し説明した実施例に制限されるものではない。より正確に言えば、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】化学的機械的研磨装置の分解斜視図である。
【図２】本発明によるキャリア・ヘッドの概略断面図である。
【図３】止め輪を示す図２のキャリア・ヘッドの拡大図である。
【符号の説明】
１０  基板
２０  化学的機械的研磨装置
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  ポリシング・ステーション
２７  トランスファー・ステーション
３０  プラテン
３２  ポリシング・パッド
４０  パッド・コンディショナー装置
５０  スラリー
６０  マルチヘッド・カルーセル
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ  キャリア・ヘッド装置
１００  キャリア・ヘッド
１１０  止め輪
１８０  下部の部分
１８４  上部の部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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