(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の化学機械的研磨用のキャリアヘッドであって、
ベースと、
前記ベースの直下に延在して加圧可能なチャンバを画成する可撓性膜と
を備え、前記可撓性膜の下側表面は基板へ荷重をかけるための搭載表面を提供し、前記可撓性膜は内方部分および前記内方部分を取巻くリップ部分を含み、前記リップ部分は、基板が前記搭載表面に対して位置決めされ前記チャンバが排気されて前記可撓性膜の前記内方部分を前記基板から離れるよう引寄せる際に、前記リップ部分が前記基板に対して引寄せられて両者間にシールを形成するように位置決めされる、キャリアヘッド。
【請求項２】
前記可撓性膜は前記リップ部分と前記内方部分との間に形成される接合部を含み、前記接合部は前記内方部分より厚い、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項３】
前記接合部の厚さは前記内方部分の約２倍である、請求項２に記載のキャリアヘッド。
【請求項４】
前記内方部分の厚さは約０．７３７ｍｍと０．８３８ｍｍとの間であり、前記接合部分の厚さは約１．５２４ｍｍと１．６７６ｍｍとの間である、請求項２に記載のキャリアヘッド。
【請求項５】
前記リップ部分は、その外方周エッジ部分のところよりも前記接合部に隣接しているところの方が厚い、請求項２に記載のキャリアヘッド。
【請求項６】
前記可撓性膜は、更に前記内方部分と前記リップ部分とを前記ベースへ連結するエッジ部分を含む、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項７】
前記エッジ部分の少なくとも一部は、前記リップ部分の上に折り重なる、請求項６に記載のキャリアヘッド。
【請求項８】
前記エッジ部分は前記リップ部分の上に延在しない、請求項６に記載のキャリアヘッド。
【請求項９】
前記リップ部分は、前記内方部分と前記エッジ部分との間の接合部から延在する、請求項６に記載のキャリアヘッド。
【請求項１０】
前記リップ部分は前記基板の周辺部分に接触するように構成されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項１１】
基板の化学機械的研磨用のキャリアヘッドであって、ベースと、前記ベースへ移動可能に連結される支持構造部と、前記支持構造部へ連結され、前記ベースの直下へ延在して加圧可能なチャンバを画成する可撓性膜とを備え、前記可撓性膜の下側表面は基板へ荷重をかけるための搭載表面を提供し、前記可撓性膜は内方部分および前記内方部分を取巻くリップ部分を含み、前記リップ部分は、基板が前記搭載表面に対して位置決めされ前記チャンバが排気されて前記可撓性膜の前記内方部分を前記基板から離れるよう引寄せる際に、前記リップ部分が前記基板に対して引寄せられて両者間にシールを形成するように位置決めされる、キャリアヘッド。
【請求項１２】
化学機械的研磨装置であって、回転可能な研磨パッドと、前記研磨パッドへスラリを供給するスラリ供給部と、ベースおよび前記ベースの直下に延在して加圧可能なチャンバを画成する可撓性膜を含むキャリアヘッドとを備え、前記可撓性膜の下側表面は基板へ荷重をかけるための搭載表面を提供し、前記可撓性膜は内方部分および前記内方部分を取巻くリップ部分を含み、前記リップ部分は、基板が前記搭載表面に対して位置決めされ前記チャンバが排気されて前記可撓性膜の前記内方部分を前記基板から離れるよう引寄せる際に、前記リップ部分が前記基板に対して引寄せられて両者間にシールを形成するように位置決めされる、化学機械的研磨装置。
【請求項１３】
化学機械的研磨装置のキャリアヘッド用の可撓性膜であって、前記キャリアヘッドはベースを含み、
前記可撓性膜は、
内方部分と、
加圧可能なチャンバを画成するために、前記可撓性膜を前記ベースに連結するエッジ部分と、
前記内方部分を取巻き、前記内方部分と前記エッジ部分との間の接合部から延在するリップ部分と、
基板への搭載表面を提供する前記可撓性膜の下側表面と、
を備え、前記リップ部分は、基板が前記搭載表面に対して位置決めされ前記チャンバが排気されて前記可撓性膜の前記内方部分を前記基板から離れるよう引寄せる際に、前記リップ部分が前記基板に対して引寄せられて両者間にシールを形成するように位置決めされる、可撓性膜。
【請求項１４】
化学機械的研磨する方法であって、
キャリアヘッドの搭載表面上に基板を位置決めするステップであって、前記キャリアヘッドはベースと保持リングと可撓性膜とを含み、前記可撓性膜は内方部分および前記内方部分を取巻くリップ部分を含み、前記可撓性膜は前記ベースの直下へ延在して加圧可能なチャンバを画成し、前記可撓性膜の下側表面は前記搭載表面を提供するステップと、
前記保持リングを用いて、前記基板が前記キャリアヘッドから抜け出ることを阻止するステップと、
前記チャンバを加圧することにより、回転する研磨表面に前記基板を接触させるステップと、
前記チャンバを排気することにより、前記可撓性膜の前記内方部分を前記基板から離れるよう引寄せ、前記膜の前記リップ部分を前記基板に対して引寄せて両者間にシールを形成するステップと
を含む
方法。
【請求項１５】
更に、前記チャンバを加圧することにより、前記可撓性膜の前記内方部分を外向きに押しやり、前記可撓性膜の前記リップ部分を前記基板から離れるよう追いやって前記シールを破ることを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に基板の化学機械的研磨に関し、より詳細には基板を化学機械的研磨するためのキャリアヘッドに関する。
【０００２】
【背景技術】
集積回路は、基板、特にシリコンウェハの上に導電性、半導体性、または絶縁性の層の順次堆積によって形成されるのが普通である。各層が堆積された後に、層はエッチングされて回路フィーチャを創成する。一連の層が順次堆積されエッチングされるのに伴って、基板の外面つまり最上、すなわち基板の露出面は次第に平面でなくなる。この非平面表面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィック段階で問題を露呈する。従って、基板表面を周期的に平坦化するニーズがある。
【０００３】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、容認された平坦化方法のひとつである。この平坦化方法は、普通には、基板がキャリアヘッドつまり研磨ヘッド上に搭載される必要がある。基板の露出面は回転研磨パッドに載置される。研磨パッドは、「標準」パッドまたは固定砥粒パッドのいずれであってもよい。標準研磨パッドは粗面化された耐久面を有し、それに対して固定砥粒パッドは、拘束媒体中に保持された研磨砥粒を有する。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに対して押す制御可能な荷重、すなわち圧力を基板上に提供する。少なくとも一種類の化学反応性薬剤と、標準パッドが使用される場合には研磨砥粒とを含む研磨スラリが、研磨パッドの表面へ供給される。
【０００４】
ＣＭＰプロセスの有効性は、その研磨レートによって、および基板表面の、結果として得られた仕上がり（微視的粗さの無さ）と平坦度（巨視的トポグラフィの無さ）によって測ることができる。研磨レート、仕上がり、および平坦度は、パッドとスラリの組合せ、基板とパッド間の相対速度、およびパッドへ基板を押付ける力によって決まる。
【０００５】
ＣＭＰで遭遇するひとつの問題は、基板の中央部分がしばしば研磨不足になることである。この問題は、「中心部遅延効果(center slow effect)」と名付けることができ、圧力が基板背面へ均等にかけられる場合でさえ発生することがある。
【０００６】
別の問題は、一旦研磨が完了した後に基板を研磨パッド表面から取外すのに困難がある点である。前述のように、スラリの層が研磨パッドの表面へ供給される。基板が研磨パッドと接触させられるとき、スラリの表面張力が接着力を生成し、それが基板を研磨パッドへ束縛する。この接着力が、パッドから基板を取外すことを困難にさせることがある。
【０００７】
通常は、基板はキャリアヘッドの下側へ真空チャックで保持され、キャリアヘッドを用いて、基板を研磨パッドから取外す。キャリアヘッドが研磨パッドから後退させられるとき、基板は上昇されてパッドから離れる。しかし、研磨パッド上へ基板を保持する表面張力が、キャリアヘッド上へ基板を保持する真空チャック力より大きい場合、キャリアヘッドが後退する際に、基板は研磨パッド上に残留することになる。これが、基板を割ったり欠けたりさせる原因になる。加えて、基板取外しの失敗は、人手の介入を必要とする機械故障の原因にもなる。これには、研磨装置の停止が必要であり、スループットを減少させる。研磨装置の信頼性のある作動を達成するためには、基板取外しプロセスが完璧であることが不可欠である。
【０００８】
幾つかの技術を用いて、基板と研磨パッド間の表面張力を低減してきた。そのような技術のひとつは、キャリアヘッドを上下方向に後退させる前に、基板を水平に滑らせて研磨パッドから離し、表面張力を破るようにすることである。しかし、この技術は、基板が滑動して研磨パッドの縁部を外れるようにして、キャリアヘッドから基板が外れる際に、基板にすり傷をつけ、さもなければ基板に損傷を与える可能性がある。また、ＣＭＰ装置の機械的構成がこの技術の使用を阻む可能性もある。
【０００９】
別の技術は、研磨パッドの表面を処理して表面張力を低減することである。しかし、この技術は必ずしも奏効せず、パッド表面のそのような処理は基板の仕上がりおよび平坦度に悪影響を及ぼし、研磨レートを低減する可能性がある。
【００１０】
別の技術は、基板の縁部へ下向き圧力を加え、周囲の大気が真空チャックプロセスを妨害することを阻むシールを創成することである。しかし、この技術はキャリアヘッドのための複雑な空圧制御が必要となろう。加えて、キャリアヘッドの構造が、基板の縁部へ圧力をかけることを阻む可能性がある。
【００１１】
【発明の概要】
ひとつの態様で、本発明は、基板の化学機械的研磨用キャリアヘッドへ向けられる。キャリアヘッドは、ベースとベースの直下に延在して加圧可能なチャンバを画成する可撓性膜とを有する。可撓性膜の下側表面は、基板へ荷重をかけるための搭載表面を提供する。可撓性膜は、内方部分と、内方部分を取巻くリップ部分とを含み、リップ部分は、基板が搭載表面に対して位置決めされ、チャンバが排気されて可撓性膜の内方部分を基板から離れるよう引寄せる際に、リップ部分が基板に対して引寄せられ両者間にシールを形成するように位置決めされる。
【００１２】
本発明の実施形態は以下のひとつ以上を含むことができる。可撓性膜はリップ部分と内方部分との間に形成される接合部を含むことができる。接合部は、内方部分より２倍厚くしてもよい。内方部分は約２９ミルと３３ミル（約０．７３７ｍｍと０．８３８ｍｍ）との間の厚さでよく、接合部は約６０ミルと６６ミル（約１．５２４ｍｍと１．６７６ｍｍ）との間の厚さでよい。リップ部分は、その外方周エッジ部分より接合部に隣接して厚くでき、そして、接合部の厚さにほぼ等しい厚さから内方部分の厚さにほぼ等しい厚さに至るテーパをつけてもよい。可撓性膜のエッジ部分は、内方部分およびリップ部分をベースへ連結してもよい。エッジ部分の少なくとも一部分が、リップ部分の上に折り重なる場合もあろうし、エッジ部分がリップ部分の上に延在しない場合もあろう。リップ部分は基板の周辺部分に接触してもよい。保持リングは搭載表面を取巻いて基板をキャリアヘッドの直下に維持してもよい。可撓性膜は、支持構造部へ連結されてもよく、支持構造部はベースへ移動可能に連結されてもよい。可撓性膜のエッジ部分は、支持構造部の外方表面と保持リングの内方表面との間に延在してもよい。可撓性膜のエッジ部分は、支持構造部の外方表面のまわりにおよび支持構造部の上部表面の一部分にわたり延在してもよい。支持構造部は支持プレートおよびクランプを含んでもよく、可撓性膜は支持プレートとクランプとの間に挟持されてもよい。突出部が支持構造部の下側表面から下向きに延在してもよい。突出部は、支持構造部と一体に形成されてもよいし、支持構造部の下側表面上に配設される圧縮性材料の層で構成されてもよい。リップ部分は、可撓性膜から下向きに突出して、支持構造部からの突出部を通して延在してもよい。
【００１３】
別の態様で、本発明は化学機械的研磨の方法へ向けられる。基板がベースとベースの直下に延在して加圧可能なチャンバを画成する可撓性膜とを含み、可撓性膜の下側表面が搭載表面を提供するキャリアヘッドの搭載表面上へ位置決めされる。チャンバは加圧され、移動する研磨表面に基板を接触させ、そしてチャンバが排気され、可撓性膜の内方部分を基板から離れるように引寄せ、膜のリップ部分が基板に対して引寄せられて両者間にシールを形成する。
【００１４】
本発明の実施形態は、チャンバを加圧することになり、可撓性膜の内方部分を外向きに押しやるとともに、可撓性膜のリップ部分を基板から離れるよう追いやって、シールを破ることを含む。
【００１５】
本発明の利点は以下を含むことができる。基板は確実に研磨パッドから取外されることができる。基板中心部の研磨不足は低減され、結果として得られる基板の平坦度は改善される。
【００１６】
本発明の他の利点および特徴は、図面および特許請求の範囲を含め、以下の説明から明白であろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
同様な参照番号が、種々の図面において同様な構成要素を指示する。ダッシュ付きの参照番号は、構成要素が変更された機能、操作、または、構造を有することを指示する。
【００１８】
図１を参照すると、１枚以上の基板１０が化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置２０によって研磨される。類似のＣＭＰ装置の説明は、米国特許第５，７３８，５７４号に見出すことができ、その開示全体は引用して本明細書に組込まれる。
【００１９】
研磨装置２０は、その上に搭載されたテーブル上部２３を持つ下側機械基部２２と、取外し可能な上側外方カバー（図示せず）とを含む。テーブル上部２３は、一連の研磨ステーション２５と、基板をローディングおよびアンローディングするための搬送ステーション２７とを支持する。搬送ステーションは、３つの研磨ステーションにより一般的に矩形の構造を形成してもよい。
【００２０】
各研磨ステーションは、その上に研磨パッド３２が載置される回転可能なプラテン３０を含む。基板１０が８インチ（２００ミリメートル）または１２インチ（３００ミリメートル）直径のディスクである場合、プラテン３０と研磨パッド３２は、それぞれ直径で約２０インチまたは３０インチとなる。プラテン３０は、機械基部２２の内側に配置されたプラテン駆動モータ（図示せず）へ連結されることができる。大抵の研磨プロセスのために、プラテン駆動モータは、プラテン３０を毎分３０から２００回転で回転させるが、より低いまたはより高い回転速度も使用してよい。各研磨ステーションは、更に、研磨パッドの研磨状態を維持するように接続されるパッドコンディショナ装置４０を含んでもよい。
【００２１】
反応性薬剤（例えば、酸化物研磨用の脱イオン水）および化学反応性触媒（例えば、酸化物研磨用の水酸化カリウム）を含むスラリ５０が、研磨パッド３２の表面へ兼用のスラリ／リンスアーム５２によって供給されてもよい。研磨パッド３２が標準パッドである場合、スラリ５０は研磨砥粒（例えば、酸化物研磨用の二酸化ケイ素）を含んでもよい。普通には、充分なスラリが、研磨パッド３２全体を覆い湿らせるよう供給される。スラリ／リンスアーム５２は幾つかの噴霧ノズル（図示せず）を含み、研磨とコンディショニングの終了毎に研磨パッド３２の高圧リンスを与える。
【００２２】
回転可能なマルチヘッドカルーセル６０が、カルーセル支持プレート６６およびカバー６８を含み、下側機械基部２２の上に位置決めされる。カルーセル支持プレート６６は中心支柱６２で支持され、その上でカルーセル軸６４のまわりに機械基部２２内に配置されたカルーセルモータアセンブリによって回転される。マルチヘッドカルーセル６０は、カルーセル軸６４のまわりに等角度間隔でカルーセル支持プレート６６上に搭載された４個のキャリアヘッドシステム７０を含む。キャリアヘッドシステムのうち３個は基板を受取って保持し、基板を研磨ステーションの研磨パッドに押付けることによって基板を研磨する。キャリアヘッドシステムのうちの１個は搬送ステーション２７から基板を受取り、それへ基板を引渡す。カルーセルモータは、研磨ステーションと搬送ステーションとの間でカルーセル軸６４のまわりに、キャリアヘッドシステムとそれへ付着された基板とを旋回できる。
【００２３】
各キャリアヘッドシステムは研磨ヘッド、つまりキャリアヘッド１００を含む。各キャリアヘッド１００は独立してそれ自体の軸のまわりに回転し、カルーセル支持プレート６６に形成された半径方向スロット７２内で独立して横方向に揺動する。キャリア駆動シャフト７４がスロット７２を通って延在して、（カバー６８の４分の１を除去して図示した）キャリアヘッド回転モータ７６をキャリアヘッド１００へ連結する。各ヘッドに対してひとつのキャリア駆動シャフトとモータとがある。各モータおよび駆動シャフトは、スライダ（図示せず）上に支持されることができ、スライダは半径方向駆動モータによってスロットに沿い直線的に駆動されることができ、キャリアヘッドを横方向に揺動する。
【００２４】
実際の研磨中、キャリアヘッドのうちの３個は、３つの研磨ステーションのところで、その上に位置決めされる。各キャリアヘッド１００は、基板を下降させ研磨パッド３２と接触させる。一般的に、キャリアヘッド１００は、基板を研磨パッドに対して適所に保持し、基板の背面にわたり力を配分する。キャリアヘッド１００は、駆動シャフト７４から基板へトルクも転送する。
【００２５】
図２および３を参照すると、キャリアヘッド１００は、ハウジング１０２と、ベース１０４と、ジンバル機構１０６と、ローディングチャンバ１０８と、保持リング１１０と、基板裏打アセンブリ１１２とを含む。類似のキャリアヘッドの説明は、本発明の譲受人へ譲渡された、Zuniga 他 による、１９９６年１１月８日出願の米国特許出願第０８／７４５，６７０号、発明の名称「化学機械的研磨システム用の可撓性膜を持つキャリアヘッド(A CARRIER HEAD WITH A FLEXIBLE MEMBRANE FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM)」に見出すことができ、その開示全体は引用して本明細書に組込まれる。
【００２６】
ハウジング１０２は駆動シャフト７４へ連結されることができ、それと共に研磨中回転の軸１０７のまわりに回転し、回転の軸は研磨中に研磨パッドの表面に対し実質的に垂直である。ローディングチャンバ１０８は、ハウジング１０２とベース１０４との間に配置され、荷重、すなわち下向きの圧力をベース１０４へ加える。研磨パッド３２に対するベース１０４の上下方向位置も、ローディングチャンバ１０８によって制御される。
【００２７】
基板裏打アセンブリ１１２は、支持構造部１１４と、支持構造部１１４をベース１０４へ連結する屈曲性隔膜１１６と、支持構造部１１４へ連結される可撓性部材つまり膜１１８とを含む。可撓性膜１１８は、支持構造部１１４の下に延在し、基板のための搭載表面１９２を提供する。可撓性膜１１８と、支持構造部１１４と、屈曲性隔膜１１６と、ベース１０４と、ジンバル機構との間のシール容積は、加圧可能チャンバ１９０を画成する。チャンバ１９０の加圧は、可撓性膜１１８を下向きに押しやり、基板を研磨パッドに対して押付ける。第１ポンプ（図示せず）は、チャンバ１９０へ流体的に連結されることができ、チャンバ内の圧力、従って基板上への可撓性膜の下向きの力を制御する。
【００２８】
ハウジング１０２は、研磨される基板の円形外形に対応して略円形であってよい。円筒ブッシュ１２２がハウジングを通る上下方向の孔１２４内へ嵌合でき、２つの通路１２６と１２８がキャリアヘッドの空圧制御のためにハウジングを通って延在してもよい。
【００２９】
ベース１０４は、剛性の材料で形成され、ハウジング１０２の直下に配置される略リング状の物体である。通路１３０がベースを通って延在でき、２つの取付具１３２と１３４が可撓性チューブをハウジング１０２とベース１０４との間に連結する取付点を提供でき、通路１２８を通路１３０へ流体的に結合する。
【００３０】
弾性で可撓性の膜１４０が、ベース１０４の下側表面へクランプリング１４２により取付けられることができ、ブラダー（bladder）１４４を画成する。クランプリング１４２は、ベース１０４へねじまたはボルト（図示せず）で固定されることができる。第２（図示せず）がブラダー１４４へ連結でき、流体、例えば空気のようなガスをブラダー内へまたはブラダー外へ向け、それによって支持構造部１１４上への下向き圧力を制御する。詳細には、ブラダー１４４は、支持構造部１１４の支持プレート１７０からの突出部１７９が可撓性膜１１８の中心部領域を基板１０に対して押付けさせることに使用でき、それによって基板の中心部分へ追加圧力を加える。
【００３１】
ジンバル機構１０６は、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し、それによりベースは研磨パッドの表面と実質的に平行のままである。ジンバル機構１０６は、円筒ブッシュ１２２を通って通路１５４内に嵌合するジンバルロッド１５０と、ベース１０４へ固定される屈曲性リング１５２とを含む。ジンバルロッド１５０は、通路１５４に沿い上下方向に滑動でき、ベース１０４の上下方向移動を提供するが、しかしハウジング１０２に対するベースのいずれの横方向移動も阻止する。
【００３２】
略リング形の転動形隔膜１６０の内方縁部は、ハウジング１０２へ内方クランプリング１６２でクランプされることができる。外方クランプリング１６４が、転動形隔膜１６０の外方縁部をベース１０４へクランプできる。従って、転動形隔膜１６０は、ハウジング１０２とベース１０４との間の空間をシールし、ローディングチャンバ１０８を画成する。第３ポンプ（図示せず）がローディングチャンバ１０８へ流体的に連結されることができ、ローディングチャンバ内の圧力およびベース１０４へかけられる荷重を制御する。
【００３３】
保持リング１１０はベース１０４の外方縁部で、例えばボルト（図示せず）で固定される略環状のリングであってよい。流体がローディングチャンバ１０８内へ圧送されベース１０４が下向きに押されるとき、保持リング１１０も下向きに押され、研磨パッド３２へ荷重をかける。保持リング１１０の底部表面１９４は、実質的に平坦であってもよく、またはそれは複数のチャネルを有して、保持リングの外側から基板へのスラリの輸送を容易にしてもよい。保持リング１１０の内方表面１９６は基板と係合し、基板がキャリアヘッドの下から脱出することを阻止する。
【００３４】
基板裏打アセンブリ１１２の支持構造部１１４は、支持プレート１７０と、下側環状クランプ１７２と、上側環状クランプ１７４とを含む。支持プレート１７０は、そこを通って形成された複数の開口部１７６を有する略ディスク状の剛性部材でもよい。支持プレート１７０の外方表面は、保持リング１１０の内方表面１９６から約３ｍｍの幅を有する間隙で分離されてもよい。約２〜４ｍｍ、例えば、３ｍｍの幅Ｗ１を有する環状凹部１７８が、支持プレート１７０の外方縁部に形成されてもよい。加えて、突出部１７９（図３参照）が、支持プレートの底部表面の中心区域から下向きに延在できる。突出部は、支持プレートの底部へキャリア薄膜を付着することによって形成されても、支持プレートと一体に形成されてもよい。支持プレート１７０は、突出部１７９の上の領域を通る開口部を含まなくてもよい。代替として、開口部は支持プレートおよび突出部の両方を通って延在できる。
【００３５】
基板裏打アセンブリ１１２の屈曲性隔膜１１６は、略平面の環状リングである。屈曲性隔膜１１６の内方縁部はベース１０４と保持リング１１０との間にクランプされ、屈曲性隔膜１１６の外方縁部は下側クランプ１７２と上側クランプ１７４との間にクランプされる。屈曲性隔膜１１６は、半径方向および接線方向には剛性であってよいが、可撓性で弾性を持っている。屈曲性隔膜１１６は、ネオプレン等のゴム、ＮＹＬＯＮ（登録商標）またはＮＯＭＥＸ（登録商標）等のエラストマ被覆布、プラスチック、または、ガラス繊維等の複合材料で形成されることができる。
【００３６】
可撓性膜１１８は、クロロプレンまたはエチレンプロピレンゴム等の可撓性の弾性材料で形成された略円形のシートである。可撓性膜１１８は、内方部分１８０と、支持プレートおよび下側クランプ１７２間にクランプされる支持プレート１７０の縁部のまわりに延在する環状エッジ部分１８２と、内方部分１８０とエッジ部分１８２間の接合部１８４から外向きに延在してキャリアヘッドにローディングされた基板の周辺部分に接触する可撓性リップ部分１８６とを含む。接合部１８４は、支持プレート１７０での凹部１７８のほぼ直下に配置され、内方部分１８０またはエッジ部分１８２より、例えば約２倍厚い。
【００３７】
リップ部分１８６はくさび形であり、可撓性膜１１８の接合部の厚さとほぼ等しい厚さから内方部分１８０の厚さとほぼ等しいその外方周縁部１８８での厚さに至るテーパを成す。リップ部分１８６の外方周縁部１８８は、基板へ向けて角度を付けることができる。詳細には、リップ部分は下向きに十分に延在するのがよく、それにより、チャンバ１９０が排気され、可撓性膜１１８が上向きに引寄せられる場合、リップ部分１８０の周縁部１８８は支持プレート１７０上の突出部１７９の下に更に延在する。これは、突出部１７９が基板の縁部への圧力の付加を阻む場合であっても、基板と可撓性膜との間に確実にシールが形成できる。以下で詳細に検討するように、リップ部分１８６は研磨パッドからの基板の取外しを支援する。
【００３８】
ひとつの実施形態では、可撓性膜１１８の内方およびエッジ部分は約２９〜３３ミル（約０．７３７〜０．８３８ｍｍ）の厚さでよく、一方、接合部分は約６０〜６６ミル（約１．５２４〜１．６７６ｍｍ）の厚さでよく、エッジ部分から内向きに約１〜５ｍｍ、例えば３．５ｍｍ延在してよい。リップ部分は、約０〜３０度、例えば、１５度の角度で内方部分１８０から下向きに延在してよく、エッジ部分１８２を超えて約１〜５ｍｍ、例えば３．５ｍｍ延在してよい。
【００３９】
先に検討したように、ＣＭＰで再々生ずるひとつの問題は、基板中心部の研磨不足である。キャリアヘッド１００は中心部遅延効果を低減または最少化するために使用できる。詳細には、基板受容表面の中心部近くで略円形の接触領域で可撓性膜の上側表面に接触する突出部１７９を持つ支持プレート１７０を設けることによって、追加の圧力がブラダー１４４によって基板の中心部で研磨不足のおそれのある区域へ加えることができる。この追加の圧力は、基板の中心部での研磨レートを高め、研磨の均等性を改善し、中心部遅延効果を低減する。
【００４０】
研磨が完了したときに、基板を可撓性膜１１８へ真空チャックするチャンバ１９０外へ、流体がポンプで圧送される。次に、ローディングチャンバ１０８が排気され、ベース１０４および裏打アセンブリ１１２を上昇させて研磨パッドから離す。
【００４１】
上記のように、ＣＭＰで再々起こる別の問題は、基板を研磨パッドから取外すことが困難な点である。しかし、キャリアヘッド１００は、この問題を実質的に解消する。図４Ａを参照すると（簡略化のために、基板をチャックすること、およびチャックを解くことに関与する構成要素だけを図４Ａおよび４Ｂに図示する）、チャンバ１９０が排気される際に、可撓性膜１１８の内方部分１８０は内向きに引寄せられる。これは、基板の背面と可撓性膜の搭載表面との間の容積部内の圧力を減少させる。圧力の減少は、リップ部分１８６を基板の周辺部分に対して引張られるようにさせ、その間にシールを形成する。これは、可撓性膜への基板の効果的な真空チャックを提供する。従って、ローディングチャンバ１０８が排気される際に、基板１０は、キャリアヘッドへしっかりと保持されるであろう。加えて、シールは、シールを形成するよう基板の周辺の上の可撓性膜の部分へ追加の下向き力を加える必要がない程、十分に気密である。結果として、シールは、キャリアヘッドでの追加の空圧制御を必要とすることなく実施されることができる。
【００４２】
図４Ｂを参照すると、基板をキャリアヘッドから取外すために、流体がチャンバ１９０内へ圧送される。これは、内方部分１８０を外向きに膨らませ、接合部１８４を下向きに枢動させる。結果として、リップ部１８６は上向きに枢動し、それにより基板から離れて上昇する。これは可撓性膜と基板との間のシールを破り、可撓性膜の内方部分からの下向き圧力が、基板をキャリアヘッドのチャックから解放する。接合部１８４の厚さは、可撓性膜１１８の内方部分が下向きに追いやられる際に、リップ部分が上向きに枢動することを確実にする程十分な剛性を提供するよう選定されなくてはならない。
【００４３】
図５を参照すると、キャリアヘッド１００'はリップ部分１８６'の上に折り重なる可撓性膜１１８'を含むことができる。この実施形態の利点は、支持プレート１７０'の外方円筒形表面と保持リング１１０の内方表面との間の間隙が小さいことである。可撓性膜１１８'のエッジ部分１８２'は、接合部１８４'へ連結するリップ部分１８６'の上に延在する折り重ね部分１９８を含む。折り重ね部分１９８は、支持プレート１７０'での凹部１７８'内へ適合できる。支持プレート１７０'は、支持プレートと一体に形成される突出部１７９'を含んでもよい。
【００４４】
本発明が数多くの実施の形態に関して説明された。しかし、本発明は、図示され説明された実施の形態に限定されない。むしろ本発明の範囲は、付属する特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  化学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】  図２のキャリアヘッドの拡大図であり、可撓性膜の縁部での可撓性リップ部を示す。
【図４Ａ】  図２のキャリアヘッドの図であり、研磨パッドから基板を取外す方法を図解する。
【図４Ｂ】  図２のキャリアヘッドの図であり、キャリアヘッドから基板を取外す方法を図解する。
【図５】  キャリアヘッドの断面図であり、可撓性膜のエッジ部分がリップ部分の上に延在する。
【符号の説明】
１０…基板、２０…化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置、２０…研磨装置、２２…機械基部、２３…テーブル上部、２５…研磨ステーション、２７…搬送ステーション、３０…プラテン、３２…研磨パッド、４０…パッドコンディショナ装置、５０…スラリ、５２…スラリ／リンスアーム、６０…マルチヘッドカルーセル、６２…中心支柱、６４…カルーセル軸、６６…カルーセル支持プレート、６８…カバー、７０…キャリアヘッドシステム、７２…スロット、７４…駆動シャフト、７６…回転モータ、１００、１００'…キャリアヘッド、１０２…ハウジング、１０４…ベース、１０６…ジンバル機構、１０７…軸、１０８…ローディングチャンバ、１１０…保持リング、１１２…裏打アセンブリ、１１４…支持構造部、１１６…屈曲性隔膜、１１８、１１８'、１４０…可撓性膜、１２２…円筒ブッシュ、１２４…孔、１２６、１２８、１３０…通路、１３２、１３４…取付具、１４２…クランプリング、１４４…ブラダー、１５０…ジンバルロッド、１５２…曲性リング、１５４…通路、１６０…転動形隔膜、１６２…クランプリング、１６４…外方クランプリング、１７０、１７０'…支持プレート、１７２…下側クランプ、１７４…上側クランプ、１７６…開口部、１７８、１７８'…凹部、１７９、１７９'…突出部、１８０…内方部分、１８２、１８２'…縁エッジ部分、１８４、１８４'…接合部、１８６、１８６'…リップ部分、１８８…周縁部、１９０…チャンバ、１９２…搭載表面、１９４…底部表面、１９６…内方表面、１９８…折り重ね部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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