(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板サポート表面を有するバッキング組立体と、
回転の軸を中心としてドライブシャフトと伴に回転する、ドライブシャフトに接続可能なハウジングと、
バッキング組立体とハウジングとの間のロードパス内の緩衝材料であって、バッキング組立体からハウジングへの振動の伝達を低減する緩衝材料と、
を備え、
前記ロードパスは、前記バッキング組立体と前記ハウジングとの間において荷重を伝達する経路であり、
前記緩衝材料は、前記ロードパスのバッキング組立体側を前記ロードパスのハウジング側から分離している、
基板をポリッシング表面に配置するためのキャリヤヘッド。
【請求項２】
バッキング組立体がハウジングに関してジンバル運動することができるようにする、バッキング組立体とハウジングとの間にジンバル機構を更に含む請求項１に記載のキャリヤヘッド。
【請求項３】
バッキング組立体が硬いベースを含む請求項２に記載のキャリヤヘッド。
【請求項４】
バッキング組立体が加圧可能なチャンバを画定するように、硬いベースに固定される可撓性メンブレンを含む請求項３に記載のキャリヤヘッド。
【請求項５】
バッキング組立体がベースの底面上に圧縮性のフィルムを含む請求項３に記載のキャリヤヘッド。
【請求項６】
ジンバル機構はハウジングに接続する頂部、バッキング組立体に接続する底部を含み、緩衝材料は、底部から頂部を分離する請求項２に記載のキャリヤヘッド。
【請求項７】
緩衝材料が、感圧型接着剤を使用して頂部と底部の少なくとも１つに取り付けられた請求項６に記載のキャリヤヘッド。
【請求項８】
緩衝材料が環状の本体を形成する請求項６に記載のキャリヤヘッド。
【請求項９】
ジンバル機構が、ハウジングにバッキング組立体をジンバル運動するように、たわみリングの平面に、垂直な方向で曲がる平らなたわみリングを含み、緩衝材料がたわみリングに取り付けられた請求項２に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１０】
緩衝材料がジンバル機構とバッキング組立体との間で荷重を伝達するロードパス内にある請求項２に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１１】
ジンバル機構が、ハウジングにバッキング組立体をジンバル運動させるために、たわみリングの平面に、垂直な方向で曲がる平らなたわみリングを含み、たわみリングに緩衝材料が接する請求項１０に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１２】
たわみリングが緩衝材料に延びる複数の突起物を含む請求項１１に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１３】
たわみリングが、緩衝材料に延びるフランジを含む請求項１１に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１４】
ハウジングがブッシングを提供し、ジンバル機構が、ブッシングに延びるジンバルロッドを含み、ブッシングによって、ジンバルロッドが横に移動するのを防止する一方、ジンバルロッドが垂直に移動することができるようになっている請求項２に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１５】
緩衝材料が粘弾性である請求項１に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１６】
変形にされるとき、緩衝材料がその本来の形にリバウンドされない請求項１５に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１７】
緩衝材料が変形の６パーセント未満でリバウンドされる請求項１６に記載のキャリヤヘッド。
【請求項１８】
研摩パッドと、
基板をポリッシング表面に配置するためのキャリヤヘッドと、
を含み、
前記キャリヤヘッドは、
基板サポート表面を有するバッキング組立体と、
回転軸を中心としてドライブシャフトと伴に回転するドライブシャフトに接続可能なハウジングと、
前記バッキング組立体と前記ハウジングとの間に設けられておりバッキング組立体がハウジングに関してジンバル運動することができるジンバル機構と、
バッキング組立体からハウジングへの振動の伝達を低減するための、前記バッキング組立体と前記ジンバル機構との間のロードパスでの緩衝材料と、
を含み、
前記ロードパスは、前記ジンバル機構と前記バッキング組立体との間において荷重を伝達する経路であり、
前記緩衝材料は、前記ロードパスのバッキング組立体側を前記ロードパスのジンバル側から分離している、
化学的機械的研磨装置。
【請求項１９】
緩衝材料が粘弾性材である請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願のクロスリファレンス】
この出願は、２００１年１０月１０日に出願された、米国特許出願番号第０９／９７５，１９６号明細書の一部継続出願であり、その優先権を主張する。
【０００２】
【背景】
本発明は、全般的に、化学的機械的研磨システムとプロセスに関する。
【０００３】
集積回路は、一般的に基板（特にシリコンウェーハ）上への、伝導、半導、絶縁層の一連の堆積によって形成される。一連の層が連続して堆積されてエッチングされると、基板の外部又は最上層、ますます非平坦化する。この非平坦化表面は、集積回路製作プロセスのホトリソグラフィックステップで問題を提示する。特に、非平坦化表面のピークと谷との間の最大高さの差が、装置の焦点深度を超えるならば、ホトリソグラフィック装置はフォトレジスト層の上で光イメージに焦点を合わせることができないだろう。従って、基板表面を定期的に平坦化する必要性がある。
【０００４】
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの認められた方法である。化学的機械的研磨は、一般的に化学的に反応性の薬品を含むスラリーで基板を機械的に研磨することを必要とする。代表的なポリッシング操作中に、基板は、キャリヤヘッドによって回転研摩パッドに対して保持される。キャリヤヘッドは、また、基板を、研摩パッドに関して回転及び移動させるだろう。キャリヤヘッドと研摩パッドとの間の動きの結果、研摩パッドに埋め込まれ又はポリッシングスラリーで含まれる研磨材は、表面を研磨することによって、非平坦な基板表面を平坦化する。
【０００５】
ポリッシングプロセスは振動を発生し、それは平坦化の品質を低減し、研摩装置にダメージを与えるだろう。更に、振動は迷惑なノイズを作成する可能性がある。
【０００６】
【概要】
１つの見地で、本発明は基板をポリッシング表面に配置するためにキャリヤヘッドに向けられる。キャリヤヘッドは、基板サポート表面を有するバッキング組立体と、回転の軸を中心としてドライブシャフトと伴に回転する、ドライブシャフトに接続可能なハウジングと、バッキング組立体とハウジングとの間のロードパス内の緩衝材料とを備える。緩衝材料は、バッキング組立体からハウジングまで振動の伝達を低減する。
【０００７】
本発明の実施形態は、１つ以上の特徴を含むだろう。キャリヤヘッドは、バッキング組立体とハウジングとの間にジンバル機構を含み、バッキング組立体がハウジングに関してジンバル運動することができるようにする。バッキング組立体は、硬いベースと、加圧可能なチャンバを定義するために硬いベースに固定されるフレキシブルメンブレンと、ベースの底面上で圧縮できるフィルムとを含むだろう。ハウジングは、ブッシングを提供するだろう。ジンバル機構は、ブッシングに延びるジンバルロッド含み、ジンバルロッドが横に移動するのを防止する一方、ブッシングはジンバルロッドが垂直に移動することをできるようにするだろう。
【０００８】
ジンバル機構は、ハウジングに接続する頂部と、バッキング組立体に接続する底部とを含み、緩衝材料は底部から頂部を分離するだろう。緩衝材料は、感圧型接着剤を使用して、頂部と底部との少なくとも１つに取り付けられるだろう。緩衝材料は、全般的に環状の本体を形成するだろう。ジンバル機構は、たわみリングの平面に垂直な方向に曲がる実質的に平らなたわみリングを含み、ハウジングにバッキング組立体をジンバルし、緩衝材料はたわみリングに取り付けられる。
【０００９】
緩衝材料は、ジンバル機構とバッキング組立体との間のロードパスに配置されるだろう。ジンバル機構は、実質的に平らなたわみリングを含み、たわみリングの平面方向に垂直に曲がり、ハウジングにバッキング組立体をジンバルし、緩衝材料がたわみリングに接する。たわみリングは、緩衝材料に延びる複数の突起物又はフランジを含むだろう。
【００１０】
緩衝材料は、粘弾性を有するだろう。変形にされると、緩衝材料はその本来の形にリバウンドしないだろう。例えば、緩衝材料は変形の６パーセント未満のリバウンドであろう。
【００１１】
他の見地で、本発明は、キャリヤヘッドを含む化学的機械的研磨装置に向けられる。
【００１２】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付図面と以下の説明で述べる。本発明の、他の特徴、目的及び利点は、説明と図面と請求項から明白である。
【００１３】
種々の図面での同類参照記号は、同類部材を示す。
【００１４】
図１について述べると、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置は、ポリッシング中の基板を保持するためのキャリヤヘッド１００を含む。好適なＣＭＰ装置の説明は、米国特許第５，７３８，５７４号明細書において見いだされるだろう。その内容は全体として本明細書に援用されている。
【００１５】
ポリッシング中の、キャリヤヘッド１００は、所定のローディング力で研摩パッドに対して基板１０を押す。同時に、モータが、基板を回転させるためにキャリヤヘッドを回転させる。更に、スライダーは研摩パッドの表面を横方向に基板及びキャリヤヘッド１００を振動させることができる。
【００１６】
キャリヤヘッド１００は、隣接部分との間に振動エネルギーの伝達をかなり低減するための振動減衰材料を含み、ポリッシング中の振動を低減又は防止する。全般的に、緩衝材料は、研摩装置の両方の隣接部分よりかなり良い振動減衰性特性を有し、それは、硬い材料（例えば金属）から一般的に作られる。緩衝材料は、良好な振動減衰性特性を提供する、メモリをわずかに有する又は有さない粘性弾性材であり、それは、市販の絶縁緩衝材料、７９１１  ザイオンズビルロード、インディアナポリス、ＩＮ  ４６２６８のＥ−Ａ−Ｒ特別複合物であるＣ−１００２等によって製造される。
【００１７】
図１で示すように、キャリヤヘッド１００は、ハウジング１０２、ベース１０４、ジンバル機構１０６、リテーニングリング１１０と基板バッキング組立体１１２（それは、ベース１０４を含むと考えることもできる）を含む。ハウジング１０２は、実質的に円筒状で一組のボルト（図示せず）を使用してドライブシャフト７４に接続されることができる。ドライブシャフトは、軸１０７を中心としてハウジングを回転させる。下で説明するように、通路１２６が、キャリヤヘッドの空気制御のためにハウジング１０２を通して延びる。ハウジング１０２は、ハウジングを通して垂直に続く垂直ボア１２４に適合される円筒状のブッシング１２２を有する。
【００１８】
ジンバル機構１０６は、ジンバルロッド１５０とたわみリング１５２を含む。ジンバルロッド１５０は、ブッシング１２２にフィットし、ロッド１５０がボア内を垂直に自由に移動し、一方ブッシング１２２がジンバルロッド１５０の横方向の動きを防止するようになっている。たわみリング１５２が、緩衝材料２３０によってジンバルロッド１５０の下端で、フランジ２２０に取り付けられており、ジンバルリング２２０を通してたわみリング１５２からハウジング１０２まで振動エネルギーの伝達を防止又は低減するようになっている。緩衝材料２３０は、厚さ０．０６インチである。感圧型接着剤（図示せず）は、ハウジング１０２とたわみリング１５２の両方に緩衝材料２３０を接着する。
【００１９】
たわみリング１５２（それは全般的に平らな環状リングで）は、全般的にリング形状のベース１０４に取り付けられる。たわみリング１５２は、たわみリング１５２の平面と垂直の方向に曲がり、それによって、ジンバルロッド１５０とハウジング１０２と関連してベース１０４をジンバル運動する。ジンバルロッド１５０がボア１２２内を垂直に移動することができるようにすることによって、ジンバル機構も、ベースのいかなる横向移動も防止する一方、ベース１０４が上下に移動することをできるようにする。緩衝材料２３０は、ベース１０４からハウジング１０２へのジンバル機構１０６を通した振動エネルギーの伝達を低減又は防止する。
【００２０】
外部のクランプリング１６４は、ベース１０４にローリングダイアフラム１６０の外部のエッジを固定し、一方、内部クランプリング１６２は、ハウジングにローリングダイアフラム１６０の内部エッジを固定する。従って、ローリングダイヤフラム１６０は、ハウジング１０２、ジンバルロッド１０６、ジンバルリング２２０、緩衝材料２３０、たわみリング１５２とベース１０４によって形成されるローディングチャンバ１０８を、チャンバ１０８に開口１２６を残してシールする。開口１２６は、ポンプ（図示せず）に接続され、それは、各々、チャンバ１０８へ又はチャンバから流体（例えば空気）を出し入れすることによってベースを上下する。ローディングチャンバ１０８に注入される流体の圧力を制御することによって、ポンプは、所望のローディング力でポリッシング表面の方に向かってベースを下へ押すことができる。
【００２１】
リテーニングリング１１０は、ベース１０４に固定される全般的に環状のリングである。研磨中、流体がローディングチャンバ１０８に注入され、それによって圧力がチャンバ１０８内で生じる。発生された圧力は、ベース１０４への下への力を発揮し、それは次に、リテーニングリング１１０への下への力を発揮する。下への力は、研摩パッド３２に対してリテーニングリング１１０を押す。
【００２２】
基板バッキング組立体１１２は、たわみダイヤフラム１１６を含み、それは、リテーニングリング１１０とベース１０４との間に固定される。たわみダイヤフラム１１６の内部エッジは、支持構造体１１４の環状下部クランプ１７２と環状上部クランプ１７４との間に固定される。支持構造体１１４の支持板１７０は、下部クランプ１７２に取り付けられる。たわみダイヤフラムにより、ベース１０４に関する支持板１７０の垂直移動ができるようになる。支持板１７０は、それを通しての複数のアパーチャ１７６を有する全般的に円板形の硬い部材である（１つだけが図２に番号が付されている）。支持板１７０は、その外部のエッジで下方へ突き出したリップ１７８を有する。
【００２３】
フレキシブルメンブレン１１８が、支持板１７０のリップ１７８のまわりに延び、支持板１７０と下部クランプ１７２との間に固定され、略ディスク形の下部表面１２０を形成している。フレキシブルメンブレンは、可撓性且つ弾性材料（例えばクロロプレン又はエチレンプロピレンゴム）から形成される。あるいは、たわみダイヤフラムと可撓性メンブレンは、単一部材のメンブレンで組み合わせられる可能性がある。柔軟なメンブレン１１８、支持構造体１１４、たわみダイヤフラム１１６、ベース１０４とたわみリング１５２との間にシールされたボリュームは、チャンバ１９０を規定し、開口２５０だけが、ジンバルロッド１５０を通して続いている。ポンプ（図示せず）が、開口２５０を通してチャンバに流体を注入することによってチャンバ１９０の圧力を制御するように、開口２５０に接続され、それによって、基板１０へのメンブレン下面１２０への下向きの圧力を制御する。
【００２４】
図２Ａと図２Ｂに言及すると、他の実施形態で、ジンバルロッド１５０’とたわみリング１５２’は、単一パートとして形成される。更に、この実施形態は、支持構造体１１４又はたわみ１１６を含まない。むしろ、可撓性メンブレンは、直接ベース１０４に接続される。
【００２５】
この実施形態で、緩衝材料２３０’が、たわみリング１５２とベース１０４’との間に置かれる。特に、たわみリング１５２’は、ベース１０４’内のスロット２４２に放射状に外方へ延びる複数のこぶのある突起物２４０を含む。スロット２４２は、粘弾性緩衝材料２３０’で充てんされ、スロットの頂部は、ベースｌ０４’のレストに固定される環状リング２４４で閉じられる。例えば、緩衝材料は、突起物２４０とベースとの間に下部層を含むことができ、より少ない振動エネルギーが、ベース１０４からジンバル１０６に伝えられる。
【００２６】
代替えとして、個々の突起物２４０ではなく、たわみリング１５２’は、放射状に外方に延びて、粘弾性緩衝材料２３０’でベース１０４’と環状リング２４４との間に閉じ込められる環状のフランジを含むことができる。
【００２７】
本発明の多くの実現形態が、説明された。それにもかかわらず、種々の修正が精神と発明の範囲から離れることなく作られるだろうと理解される。例えば、緩衝材料は、当該技術に熟練する者に知られた他の種類の既知の研摩装置に使用することができるだろう。例えば、ポリッシングシステムは、回転パッドではなくリニアベルト型パッドを使用することができる。研磨装置は標準型非研磨材研摩パッド又は固定型研磨材パッドのいずれも使用可能であり、スラリーは、研摩粒子を有する又は有さないことができる。更に、緩衝材料はキャリヤヘッドの他の型で使用されることができる。キャリヤヘッドは、可撓性メンブレンの代わりに基板を保持する硬い支持構造体又はベースを使用することができる。圧縮できるキャリヤフィルムは、硬い支持構造体の底部に配置されるだろう。リテーニングリングは研摩パッドに接触する必要はない。
【００２８】
振動減衰性材料は、また、キャリヤヘッドで他の位置、例えばリテーニングリングとベースとの間、又はベース内で使用され、可撓性メンブレンとハウジングとの間のロードバスである。好適な緩衝性質を有する他の材料が、材料の一端から他への振動エネルギーの伝達をかなり低減又は防止する限り振動を減衰させるために使用されるだろう。一般に、材料は粘弾性材であることができる。更に、緩衝材料は、変形させられたとき、その本来の形にリバウンドしないものから選ばれることができる。特に、変形にされるとき、緩衝材料は、変形の６パーセント未満のリバウンドが好まれるが、変形の１０パーセント未満より少ないリバウンドをとらなければならない。例えば、緩衝材料は、Ｅ−Ａ−Ｒ特別専門複合物によって製造された、いかなるイソダンプ（ｉｓｏｄａｍｐ）Ｃ−１０００シリーズ絶縁減衰材料、粘性−弾性材、軟かいプラスチック又は緩衝材料に直に隣接する材料よりも良好な振動減衰特性を有する他のどの材料もでもよい。
緩衝材料の厚さは、異なる負荷、キャリヤヘッド回転速度、研摩パッド回転速度、緩衝材料、その他を有する操作状態において、最適の結果を提供するために変化されるだろう。
【００２９】
基板と研摩パッドの相対運動の貧弱な制御が、厚すぎる緩衝材料から生じるだろうが、より厚い緩衝材料が、振動減衰性を改良されるために使用することができる。緩衝材料があまりに薄すぎる場合、十分な振動エネルギーの伝達を低減又は防止しないだろうが、より薄い緩衝材料も使用することができる。
【００３０】
従って、他の実施形態は、請求項の範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】キャリヤヘッドの断面図である。
【図２Ａ】キャリヤヘッドの代替実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのキャリヤヘッドからの緩衝材料の展開図である。
【図１】
0004397176.tif 000002
【図２Ａ】
0004397176.tif 000003
【図２Ｂ】
0004397176.tif 000004