(57)【要約】  ＣＭＰシステムの研磨ヘッドに基板の保持のための方法、装置、およびシステムが提供される。本発明は、基板のエッジに対して外郭をなすように構成された可撓性内側保持リングと、研磨ヘッドに結合された内側リング支持体とを含む。内側リング支持体は、研磨されている基板によって可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて可撓性内側保持リングに接触するように構成される。多数の追加の態様が開示される。
2015505518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ヘッド内に基板を保持するための装置であって、
基板のエッジに対して外郭をなすように構成された可撓性内側保持リングと、
前記研磨ヘッドに結合され、研磨されている基板によって前記可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて前記可撓性内側保持リングに接触するように構成された内側リング支持体と
を備える、装置。
【請求項２】
前記内側リング支持体は、少なくとも、前記基板が前記可撓性内側保持リングに接触する点の反対側の前記可撓性内側保持リング上の一点で、前記可撓性内側保持リングに接触する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記内側リング支持体が、前記可撓性内側保持リングの周囲の内部で前記基板の上方に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記内側リング支持体が、前記可撓性内側保持リングよりも小さい直径を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記研磨ヘッドに結合され、前記可撓性内側保持リングのまわりに配置された外側保持リングをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）ツールのための研磨ヘッドシステムであって、
基板のエッジに対して外郭をなすように構成された可撓性内側保持リングと、
前記研磨ヘッドに結合され、研磨されている基板によって前記可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて前記可撓性内側保持リングに接触するように構成された内側リング支持体と、
前記可撓性内側保持リングおよび前記内側リング支持体を囲むハウジングと
を備える、研磨ヘッドシステム。
【請求項７】
前記内側リング支持体は、少なくとも、前記基板が前記可撓性内側保持リングに接触する点の反対側の前記可撓性内側保持リング上の一点で、前記可撓性内側保持リングに接触する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記内側リング支持体が、前記可撓性内側保持リングの周囲の内部で前記基板の上方に配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記内側リング支持体が、前記可撓性内側保持リングよりも小さい直径を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記研磨ヘッドに結合され、前記可撓性内側保持リングのまわりに配置された外側保持リングをさらに含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
研磨ヘッド内に基板を保持する方法であって、
回転している研磨パッドを介して、研磨されるべき基板に横力を印加することと、
可撓性内側保持リングを前記基板のエッジに接触させることと、
研磨されている前記基板によって前記可撓性内側保持リングに印加される前記横力に応じて、前記研磨ヘッドに結合された内側リング支持体に前記可撓性内側保持リングを接触させることによって、前記基板の前記エッジに対して前記可撓性内側保持リングを外郭とすることと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記内側リング支持体は、少なくとも、前記基板が前記可撓性内側保持リングに接触する点の反対側の前記可撓性内側保持リング上の一点で、前記可撓性内側保持リングに接触する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記内側リング支持体が、前記可撓性内側保持リングの周囲の内部で前記基板の上方に配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記研磨ヘッドに結合された外側保持リングを、前記可撓性内側保持リングのまわりに配置することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
研磨ヘッド内に基板を保持するための装置であって、
基板のエッジに対して外郭をなすように構成された可撓性内側保持リングと、
前記研磨ヘッドに結合され、研磨されている基板によって前記可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて前記可撓性内側保持リングが曲がるのを可能にするように構成されたノッチを含む外側保持リングと
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１月２７日に出願された「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＡＮ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ  ＨＥＡＤ  ＲＥＴＡＩＮＩＮＧ  ＲＩＮＧ」という名称の米国特許出願第１３／３６０，２２１号（代理人整理番号１６７０８／ＣＭＰ／ＣＭＰ／ＢＯＨＮ  Ｃ）の優先権および利益を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に、化学機械平坦化を使用する電子デバイス生産に関し、より詳細には、改善された研磨ヘッド保持リングのための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムは、処理の間基板を研磨パッドに押しつけて回転させるために研磨ヘッドを使用する。研磨プロセスの間、研磨ヘッド内の基板は、保持リングを使用してヘッドの内部に維持され、保持リングは、基板を取り囲み、基板が研磨パッドの相対運動によって研磨ヘッドから引きずり出されないようにする。本発明の発明者らは、場合によっては、保持リングが早期に摩耗することがあることに気づいた。したがって、必要とされるものは、処理の間研磨ヘッドの内部に基板を保持するための改善された方法および装置である。
【発明の概要】
【０００４】
処理の間研磨ヘッドの内部に基板を保持するための本発明の方法および装置が提供される。いくつかの実施形態では、この装置は、基板のエッジに対して外郭をなす（ｃｏｎｔｏｕｒ）ように構成された可撓性内側保持リングと、研磨ヘッドに結合され、研磨されている基板によって可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて可撓性内側保持リングに接触するように構成された内側リング支持体とを含む。
【０００５】
いくつかの他の実施形態では、研磨ヘッドシステムが提供される。研磨ヘッドシステムは、基板のエッジに対して外郭をなすように構成された可撓性内側保持リングと、研磨ヘッドに結合され、研磨されている基板によって可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて可撓性内側保持リングに接触するように構成された内側リング支持体と、可撓性内側保持リングおよび内側リング支持体を囲むハウジングとを含む。
【０００６】
さらなる他の実施形態では、処理の間研磨ヘッド内に基板を保持する方法が提供される。この方法は、回転している研磨パッドを介して、研磨されるべき基板に横力を印加することと、可撓性内側保持リングを基板のエッジに接触させることと、研磨されている基板によって可撓性内側保持リングに印加される横力に応じて、研磨ヘッドに結合された内側リング支持体に可撓性内側保持リングを接触させることによって基板のエッジに対して可撓性内側保持リングを外郭とすることとを含む。
【０００７】
さらなる他の実施形態では、処理の間研磨ヘッド内に基板を保持するための代替装置が提供される。この装置は、基板のエッジに対して外郭をなすように構成された可撓性内側保持リングと、研磨ヘッドに結合され、研磨されている基板によって可撓性内側保持リングに印加される横力負荷に応じて可撓性内側保持リングが曲がるのを可能にするように構成されたノッチを含む外側保持リングとを含む。
【０００８】
多数の他の態様が提供される。本発明の他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付図面からより完全に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態による基板を研磨するための例示の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの側面図を示す図である。
【図２】実施形態によるＣＭＰシステムの研磨ヘッドの側面断面図を示す概略図である。
【図３】実施形態によるＣＭＰシステムの研磨ヘッドの部分側断面拡大図を示す概略図である。
【図４】実施形態によるＣＭＰシステムの研磨ヘッドの可撓性内側保持リングおよび内側リング支持体の斜視図を示す概略図である。
【図５】実施形態によるＣＭＰシステムの研磨ヘッドの可撓性内側保持リングおよび内側リング支持体の断面斜視図を示す概略図である。
【図６】代替実施形態によるＣＭＰシステムの研磨ヘッドの可撓性内側保持リングおよびノッチ付き外側保持リングの部分断面斜視図を示す概略図である。
【図７】実施形態によるＣＭＰシステムの研磨ヘッド内に基板を保持する例示の方法を示す流れ図である。
【図８】先行技術による従来の研磨ヘッド保持リング設計を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの研磨ヘッドの改善された保持リングのための方法および装置を提供する。図８を参照すると、従来のＣＭＰシステムでの研磨プロセスの間、研磨ヘッド８００の中の基板８０２は保持リングと接触する。あるシステムでは、保持リングはワンピース設計であり、他のシステムでは、保持リングはツーピース、すなわち、図８に示されるような外側リング８０４および内側リング８０６を含む。これらの設計のいずれにおいても、基板８０２は保持リング８０６よりも小さい直径を有する。動作時に、研磨パッドの回転により、基板８０２は保持リング８０６に押し当てられる。研磨パッドによって基板８０２におよび基板８０２によって保持リング８０６に対して印加される横方向の力は、「横力（ｓｉｄｅ  ｆｏｒｃｅ）」８０８と呼ばれる。研磨ヘッドは、「膜圧力」と呼ばれる、基板を研磨パッドに押し当てる基板への下向きの力を印加する。研磨ヘッドは、さらに、基板に回転力を印加する。
【００１１】
従来の研磨ヘッド８００の横力８０８の結果として、点接触８１０が基板８０２と保持リング８０６の内面との間に起こる。この集中した負荷は、大量の応力を保持リング８０６にかける。さらに、基板が大きいほど、任意の所定の膜圧力において、保持リングに対する基板の横力が増加する。本発明の発明者らは、より大きい膜圧力を伴ったより大きい基板サイズでは、この集中した力は保持リングの内部に容認できない局所的応力レベルを生成し、構成要素故障をもたらすことになると結論を下した。
【００１２】
本発明の実施形態は、基板の横力負荷を支え分散させるために可撓性内側保持リングを使用する。これは、可撓性内側保持リングが基板のエッジに対して外郭をなすようにすることによって保持リング上への基板のコンタクト面積を増加させる。コンタクト面積の増加の結果として、横力負荷はより大きい面積にわたって分散され、保持リング上へのより低い応力レベルが達成される。したがって、より大きい直径の基板およびより大きい研磨圧力の場合、本発明は、容認できない高さの材料応力に由来する構成要素故障の可能性を低減する。
【００１３】
図１を参照すると、基板を研磨するための例示の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム１００の側面図が示される。システム１００は、研磨されるべき基板を受け取るための、および研磨ヘッド１０４が取り上げるために所定位置に基板を維持するためのロードカップアセンブリ１０２を含む。研磨ヘッド１０４は、ロードカップアセンブリ１０２と、回転プラテン１１０上の研磨パッド１０８との間でヘッド１０４を移動させるように動作するアーム１０６によって支持される。動作時に、ヘッド１０４はロードカップアセンブリ１０２から基板を取り上げ、基板を研磨パッド１０８に搬送する。研磨パッド１０８はプラテン１１０上で回転すると、ヘッド１０４は基板を回転させ、研磨パッド１０８に対して下向きに押し当てる。研磨パッド１０８の直径は基板の直径の２倍を超えることに留意されたい。
【００１４】
研磨ヘッド１０４のいくつかの細部をそれぞれ断面図および拡大部分断面図で示す図２および３を参照すると、可撓性内側保持リング２０２は研磨ヘッド１０４から下に延びて、研磨の間基板２０４を囲み保持する。外側保持リング２０６は内側リング２０２を囲み、内側リング支持体２０８は、内側リング２０２の内部で、基板２０４の水平面より上に配置される。研磨ヘッド１０４は、他の構成要素を囲むハウジング２１０と、ヘッド１０４を回転させるためのスピンドルと、さらに、ブラダ、吸引システム、または他のチャッキングデバイスなどの基板を維持するための手段とを含む。
【００１５】
次に、図４および５を参照すると、研磨ヘッド１０４の可撓性内側保持リング２０２の下部部分および内側リング支持体２０８（図３）が、基板２０４に対して示される。内側リング支持体２０８は基板２０４の上方に配置され、研磨ヘッド１０４に堅く取り付けられる（図３）。
【００１６】
図４の斜視図および図５の断面斜視図に示すように、横力４０２が基板２０４に印加される（研磨パッド１０８の回転によって（図１））ので、基板２０４のエッジは点４０４で可撓性内側保持リング２０２の内側を圧迫する。これにより、可撓性内側保持リング２０２は点４０６で内側リング支持体２０８に当たって引っ張る。点４０４は、可撓性内側保持リング２０２の点４０６の反対側にあることに留意されたい。
【００１７】
これらの力は可撓性内側保持リング２０２を楕円形に歪ませ、可撓性内側保持リング２０２の一部分は基板２０４のエッジに接触し外郭をなす。可撓性内側保持リング２０２のこの外郭化は、基板２０４と可撓性内側保持リング２０２との間のコンタクトの量を増加させる。これにより、横力４０２の応力がより大きい面積にわたって分散されることになり、さもなければ保持リングの故障がもたらされることがある集中した応力が避けられる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、可撓性内側保持リング２０２は、米国、ペンシルベニア州、レディングにあるＱｕａｄｒａｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって生産されるＴｅｃｈｔｒｏｎ  ＰＰＳ、Ｅｒｔａｌｙｔｅ  ＰＥＴ−Ｐ、またはＫｅｔｒｏｎ  ＰＥＥＫ材料で構成することができる。他の実用向きの可撓性材料を使用することができる。可撓性内側保持リング２０２のおおよその厚さは、３００ｍｍサイズの基板を保持するために約１ｍｍから約５ｍｍの範囲とすることができる。より大きい基板では、より厚い可撓性内側保持リング２０２を使用することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、可撓性内側保持リング２０２は、３００ｍｍサイズの基板を保持するために約３０１ｍｍから約３１０ｍｍの直径を有することができる。より大きい基板では、より大きい直径の可撓性内側保持リング２０２を使用することができる。いくつかの実施形態では、内側リング支持体２０８は、３００ｍｍサイズの基板を保持するために約３００ｍｍから約３０９ｍｍの直径を有することができる。より大きい基板では、より大きい直径の内側リング支持体２０８を使用することができる。
【００２０】
次に、図６を参照すると、本発明の別の実施形態が示される。図４および５の実施形態におけるような内側リング支持体２０８を使用する代わりに、この代替実施形態は、図６に示すように、基板が可撓性内側保持リング２０２’に接触する場所に近接する下部内側表面にノッチ６０４を有する外側リング６０２を含む。この構成により、可撓性内側保持リング２０２’は曲がり、基板２０４からの横力４０２によってノッチ内に押し込まれうる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、この実施形態の可撓性内側保持リング２０２’は、米国、ペンシルベニア州、レディングにあるＱｕａｄｒａｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって生産されるＴｅｃｈｔｒｏｎ  ＰＰＳ、Ｅｒｔａｌｙｔｅ  ＰＥＴ−Ｐ、またはＫｅｔｒｏｎ  ＰＥＥＫ材料で構成することができる。他の実用向きの可撓性材料を使用することができる。可撓性内側保持リング２０２’のおおよその厚さは、３００ｍｍサイズの基板を保持するために約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲とすることができる。より大きい基板では、より厚い可撓性内側保持リング２０２’を使用することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、この実施形態の外側リング６０２は、米国、ペンシルベニア州、レディングにあるＱｕａｄｒａｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって生産されるＴｅｃｈｔｒｏｎ  ＰＰＳ、Ｅｒｔａｌｙｔｅ  ＰＥＴ−Ｐ、またはＫｅｔｒｏｎ  ＰＥＥＫ材料で構成することができる。他の実用向きの材料を使用することができる。ノッチのおおよその深さおよび高さは、３００ｍｍサイズの基板を保持するために約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲とすることができる。より大きい基板では、異なる寸法のノッチを使用することができる。いくつかの実施形態では、異なる形状のノッチを使用することができる。
【００２３】
次に、図７を参照すると、処理の間研磨ヘッド１０４内に基板を保持する例示の方法７００が流れ図で示される。ステップ７０２において、横力４０２が、回転している研磨パッドを介して、研磨されるべき基板２０４に印加される。ステップ７０４において、可撓性内側保持リング２０２が基板２０４のエッジによって接触される。ステップ７０６において、可撓性内側保持リング２０２が基板２０４のエッジに対して外郭とされる。これは、研磨されている基板２０４によって可撓性内側保持リング２０２に印加される横力４０２に応じて、研磨ヘッド１０４に結合された内側リング支持体２０８に可撓性内側保持リング２０２を接触させることによって行われる。横力４０２は、基板２０４に抗して回転している研磨パッド１０８からの摩擦によって発生される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、内側リング支持体２０８は、少なくとも、基板２０４が可撓性内側保持リング２０２に接触する点４０４の反対側の撓性内側保持リング２０２上の一点４０６で、可撓性内側保持リング２０２に接触する。内側リング支持体２０８は可撓性内側保持リング２０２の周囲の内部で基板２０４の上方に配置され、したがって、内側リング支持体２０８は可撓性内側保持リング２０２よりも小さい直径を有する。いくつかの実施形態では、研磨ヘッド１０４は、研磨ヘッド１０４に結合され、可撓性内側保持リング２０２のまわりに配置された外側保持リング２０６をさらに含むことができる。
【００２５】
したがって、本発明がその好ましい実施形態に関連して開示されたが、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲内にありうることを理解されたい。
【図１】
2015505518.tif 000003
【図２】
2015505518.tif 000004
【図３】
2015505518.tif 000005
【図４】
2015505518.tif 000006
【図５】
2015505518.tif 000007
【図６】
2015505518.tif 000008
【図７】
2015505518.tif 000009
【図８】
2015505518.tif 000010
【国際調査報告】
2015505518.tif 000011
2015505518.tif 000012
2015505518.tif 000013
2015505518.tif 000014