(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドであって、
凹部を有するハウジングと、
基板受取面と、
前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に配置可能であり、且つ、前記凹部から取り出して前記ハウジングから解放可能なリテーナリングと、
前記リテーナリングと摺動自在に係合して、前記リテーナリングが前記凹部に配置されるときに前記ハウジングおよび前記リテーナリング間に加圧可能チャンバを形成するシールと、
を備え、
前記リテーナリングが前記キャリヤヘッドに機械的に固定されていない、キャリヤヘッド。
【請求項２】
前記基板受取面が、第２の加圧可能チャンバを形成するように前記ハウジングに連結された軟質膜を含んでいる、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項３】
前記ハウジングは、本体部分および前記本体部分を取り囲んで前記凹部を形成する実質的に環状のフランジを含んでおり、
前記本体部分は、ポリシング中に前記リテーナリングの一部に接触する外向きに突出した環状リムを含んでいる、
請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項４】
前記リテーナリングはテーパの付いた上面を含んでいる、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項５】
ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドであって、
凹部を有するハウジングと、
基板受取面と、
前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能なリテーナリングと、
前記リテーナリングが前記凹部に配置されると前記ハウジングおよび前記リテーナリング間に形成される減圧可能なチャンバと、
を備え、前記チャンバ内の圧力を、前記リテーナリングを前記凹部内に維持するか、あるいは前記リテーナリングを前記ハウジングから解放するように選択することができる、前記キャリヤヘッド。
【請求項６】
基板をキャリヤヘッドへロードする方法であって、
解放可能なリテーナリングおよび基板マウント面を有するキャリヤヘッドを支持面上に配置するステップと、
前記リテーナリングが前記支持面上に支持されるように前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドから解放するステップと、
前記キャリヤヘッドを移動させて前記支持面から離すステップと、
前記リテーナリングおよび前記支持面によって画成された凹部内に基板を配置するステップと、
前記基板マウント面が前記凹部内で前記基板と接触するような位置に前記キャリヤヘッドを移動させるステップと、
を備える方法。
【請求項７】
前記支持面が搬送ステーション内に配置されており、
前記基板を前記キャリヤヘッドに真空チャックするステップと、前記キャリヤヘッドを研磨ステーションに移動させるステップと、を更に備える、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記支持面が搬送ステーション内に配置されており、
前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドに真空チャックするステップと、前記キャリヤヘッドを研磨ステーションに移動させるステップと、を更に備える、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記基板が前記凹部内へ下げられると前記基板が前記リテーナリングのテーパ付き上面によってセンタリングされる、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記凹部内に前記基板を配置するステップは、ロボットアームを用いて前記基板を前記凹部の上に配置するステップと、前記ロボットアームから前記基板を解放するステップと、を含んでいる、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記リテーナリングを解放するステップは、前記リテーナリングおよびハウジング間のチャンバ内の圧力を上げて前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドから押し出すステップを含んでいる、請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記リテーナリングを解放するステップは、前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドに対して保持する真空チャック動作を中断するステップを含んでいる、請求項６記載の方法。
【請求項１３】
ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドであって、
外向きに突出した環状リムを有する本体部分および前記本体部分を取り囲んで凹部を画成する実質的に環状のフランジを含むハウジングと、
基板受取面と、
横方向に移動可能なリテーナリングと、
前記ハウジングおよび前記リテーナリング間に加圧可能チャンバを形成するシールと、
を備え、前記リテーナリングは、前記リテーナリングが前記基板受取面を取り囲み、かつ前記リテーナリングがポリシング中に前記環状リムに接触するように前記凹部に配置することができる、キャリヤヘッド。
【請求項１４】
前記環状リムが前記凹部への開口に隣接している、請求項１３記載のキャリヤヘッド。
【請求項１５】
ポリシング中、前記リテーナリングに加えられるトルクを減少させるように前記環状リムが研磨面に十分に接近して配置される、請求項１３記載のキャリヤヘッド。
【請求項１６】
ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドであって、
凹部を有するハウジングと、
基板受取面と、
前記基板受取面を取り囲むように前記凹部に配置可能であり、且つ、該キャリヤヘッドを分解せずに前記凹部から取り出して前記ハウジングから解放可能なリテーナリングと、
前記リテーナリングを前記キャリヤヘッドに機械的に固定せずに前記リテーナリングが前記凹部に配置されるときに前記ハウジングおよび前記リテーナリング間に減圧可能チャンバを形成するシールと、
を備えるキャリヤヘッド。
【請求項１７】
ポリシングパッドと接触する底面と、
キャリヤヘッドの下方に基板を保持する内側面と、
前記内側面および前記ポリシングパッドによって画成される凹部へ前記基板を導くための内側に傾斜した部分を含むテーパ付き上面と、
を備え、
前記キャリヤヘッドを分解せずに、該キャリヤヘッドから解放可能である、
リテーナリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として基板のケミカルメカニカルポリシングに関し、特に、ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、通常、導電層、半導体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上に形成される。各層が堆積された後、基板は回路図形を形成するためにエッチングされる。一連の層が連続的に堆積されエッチングされるにつれて、基板の外側面または最上面、すなわち基板の露出面は、徐々に平坦になる。この非平坦面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィ工程で問題となる。したがって、定期的に基板表面を平坦化する必要がある。
【０００３】
ケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）は、平坦化の認められた方法の一つである。この平坦化方法は、通常、キャリヤヘッドまたは研磨ヘッド上に基板を取り付けることを必要とする。基板の露出面は、回転しているポリシングパッドに接するように配置される。ポリシングパッドは、「標準の」パッドであってもよいし、固定砥粒パッドであってもよい。標準ポリシングパッドが耐久性のある粗面を有するのに対して、固定砥粒パッドは封入媒体の中に保持された研磨粒子を有する。キャリヤヘッドは、基板に制御可能な荷重、すなわち圧力を加え、基板をポリシングパッドへ押し付ける。少なくとも一種類の化学反応剤を（標準パッドが使用されるときは、研磨粒子も）有する研磨スラリーが、ポリシングパッドの表面に供給される。
【０００４】
キャリヤヘッドは、通常は、リテーナリングを含んでいる。リテーナリングは、基板の周囲に位置し、ポリシングの間、基板がキャリヤヘッドの下方の凹部に保持されるようにする。リテーナリングは、キャリヤヘッドに直接固定されていてもよいし、軟質コネクタ（例えば、軟質膜やベローズ）によってキャリヤヘッドに連結されていてもよい。
【０００５】
ポリシングを行うため、基板は、キャリヤヘッドにロードされ、キャリヤヘッドによってポリシングパッドに接するように配置される。ローディング動作は、通常、リテーナリングによって画成された凹部に基板を位置合わせするセンタリング装置を含んだ搬送ステーションで行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＭＰ中に起こる問題の一つは、一部のキャリヤヘッド設計において、リテーナリングがポリシングパッド面の上方に位置する点のまわりに自由に旋回できることである。この旋回運動によって、リテーナリングの一方の側が上がり、他方の側が下がる。これにより、ポリシングパッド上に圧力が不均一に分布し、ポリシングの均一性が低下する。
【０００７】
他の問題は、リテーナリングを周期的に交換しなければならないことである。しかし、リテーナリングの交換は難しく、キャリヤヘッドを完全に分解する必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一つの態様では、本発明は、ケミカルメカニカルポリシング装置用のキャリヤヘッドに関する。このキャリヤヘッドは、凹部を有するハウジング、基板受取面、および基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能なリテーナリングを備えている。シールがリテーナリングと摺動自在に係合して、リテーナリングが前記凹部に配置されるときにハウジングおよびリテーナリング間に加圧可能チャンバを形成する。
【０００９】
他の態様では、前記キャリヤヘッドは、凹部を有するハウジング、基板受取面、基板受取面を取り囲むように前記凹部に解放可能に配置することの可能なリテーナリング、ならびにリテーナリングが前記凹部に配置されるとハウジングおよびリテーナリング間に形成される減圧可能なチャンバを備えている。チャンバ内の圧力は、リテーナリングを前記凹部内に維持するか、あるいはリテーナリングをハウジングから解放するように選択することができる。
【００１０】
他の態様では、キャリヤは、本体部分および本体部分を取り囲んで凹部を画成する実質的に環状のフランジを含むハウジングと、基板受取面と、リテーナリングが基板受取面を取り囲むように凹部内に配置することの可能な横方向に移動可能なリテーナリングと、ハウジングおよびリテーナリング間に加圧可能チャンバを形成するシールと、を備えている。本体部部は、外向きに突出した環状リムを有し、リテーナリングは、ポリシング中に環状リムに接触する。
【００１１】
他の態様では、キャリヤヘッドは、凹部を有するハウジングと、基板受取面と、基板受取面を取り囲むように前記凹部に配置することの可能な解放可能リテーナリングと、リテーナリングをキャリヤヘッドに機械的に固定せずにリテーナリングが前記凹部に配置されるときにハウジングおよびリテーナリング間に減圧可能チャンバを形成するシールと、を備えている。
【００１２】
本発明の実施形態には、以下の事項が含まれていてもよい。基板受取面は、第２の加圧可能チャンバを形成するようにハウジングに連結された軟質膜であってもよい。シールは、四つのＯリングを含んでいてもよい。最初の二つのＯリングがリテーナリングの内側面および外側面に接触し、次の二つのＯリングがハウジングと前記最初の二つのＯリングとの間に配置されようになっていてもよい。環状リムは、前記凹部への開口に隣接していてもよく、また、リテーナリングに加えられるトルクを減少させるように研磨面に十分に接近して配置されていてもよい。
【００１３】
他の態様では、本発明は、リテーナリングに関する。このリテーナリングは、ポリシングパッドと接触する底面と、キャリヤヘッドの下方に基板を保持する内側面と、この内側面およびポリシングパッドによって画成される凹部へ基板を導くための内側に傾斜した部分を含むテーパ付き上面と、を備えている。
【００１４】
他の態様では、本発明は、基板をキャリヤヘッドへロードする方法に関する。凹部、基板受取面を有するキャリヤヘッドと解放可能なリテーナリングが支持面上に配置される。リテーナリングが支持面上に支持されるようにリテーナリングがキャリヤヘッドから解放され、次に、キャリヤヘッドが移動させられて支持面から離れる。リテーナリングおよび支持面によって画成された凹部内に基板が配置され。基板マウント面が凹部内で基板と接触するような位置にキャリヤヘッドを移動させられる。
【００１５】
本発明の実施形態には、次の事項が含まれていてもよい。支持面は、ポリシングパッドであってもよく、また、基板および／またはリテーナリングを、ポリシング中にポリシングパッドに接するようにロードしてもよい。支持面は搬送ステーション内に位置していてもよく、また、基板および／またはリテーナリングをキャリヤヘッドに真空チャックしてもよい。ロボットアームを用いて基板を凹部の上に配置し、ロボットアームから基板を解放することにより、基板を配置することができる。基板が凹部内へ下げられると、リテーナリングのテーパ付き上面によって基板をセンタリングすることができる。リテーナリングおよびハウジング間のチャンバに圧力を加えてリテーナリングをキャリヤヘッドから押し出すことにより、またはリテーナリングをキャリヤヘッドに対して保持する真空チャック動作を中断することにより、リテーナリングを解放することができる。
【００１６】
本発明の利点には次の事項が含まれる。このリテーナリングは、研磨均一性が実質的に改善されるように旋回する。更に、このリテーナリングは、取外しや交換が比較的容易である。搬送ステーションのセンタリング装置の代わりに単純な支持面を用いることができ、あるいは搬送ステーション全体を取り除くことができる。これにより、ＣＭＰ装置のコストと複雑性を低減することができる。
【００１７】
本発明の他の利点と特徴は、図面と特許請求の範囲を含む下記の説明から明らかになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。１枚以上の基板１０をケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）装置２０で研磨する。同様のＣＭＰ装置２０の説明は、本発明の譲受人に譲渡されたPerlovらによる米国係属出願第０８／５４９，３３６号「ケミカルメカニカルポリシング用連続処理システム」（１９９５年１０月２７日出願）に見られる。この開示内容は、本明細書に援用されている。
【００１９】
ＣＭＰ装置２０は、下部マシンベース２２を含んでいる。この下部マシンベース２２は、テーブルトップ２３が装着されており、また、着脱自在の上部外カバー（図示せず）を有している。テーブルトップ２３は、一連の研磨ステーション２５ａ、２５ｂおよび２５ｃ、および搬送ステーション２７を支持する。搬送ステーション２７は、三つの研磨ステーション２５ａ、２５ｂおよび２５ｃと共にほぼ四角形の配置を形成してもよい。搬送ステーション２７は、ローディング装置（図示せず）から個々の基板１０を受け取る機能、基板を洗浄する機能、基板をキャリヤヘッド（後述する）へロードする機能、基板をキャリヤヘッドから受け取る機能、再び基板を洗浄する機能、最後に基板をローディング装置に搬送して戻す機能という多数の機能を発揮する。
【００２０】
各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃには、ポリシングパッド３２が載置される回転プラテン３０が含まれている。基板１０が８インチ（２００ミリメートル）径ディスクである場合には、プラテン３０およびポリシングパッド３２の直径は約２０インチである。プラテン３０は、プラテン駆動軸（図示せず）によってプラテン駆動モータ（図示せず）に連結することができる。
【００２１】
各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃには、付随するパッドコンディショナ装置４０が更に含まれていてもよい。各パッドコンディショナ装置４０は、独立に回転するコンディショナヘッド４４および付随する洗浄槽４６を保持する回転アーム４２を有している。コンディショナ装置がポリシングパッドの状態を維持するので、ポリシングパッドは、回転している間、押し付けられた基板を効果的に研磨する。
【００２２】
反応剤（たとえば、酸化物ポリシングのための純水）および化学反応触媒（たとえば、酸化物ポリシングのための水酸化カリウム）を含むスラリー５０は、スラリー／リンス共用アーム５２によって研磨パッド３２の表面に供給される。ポリシングパッド３２が標準パッドである場合、スラリー５０は、研摩粒子（例えば、酸化物ポリシングのための二酸化シリコン）を含むことができる。研磨パッド３２全体をカバーして湿潤させるために、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時に研磨パッド３２の高圧リンスを行う数個のスプレーノズル（図示せず）を有する。
【００２３】
回転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およびカバー６８を含んでおり、下部機械ベース２２の上方に配置されている。カルーセル支持プレート６６は、センターポスト６２によって支持されており、マシンベース２２内に位置するカルーセルモータ（図示せず）によってカルーセル軸６４の周りにセンターポスト６２上を回転する。マルチヘッドカルーセル６０は、カルーセル軸６４の周りに等角度間隔でカルーセル支持プレート６６上に取り付けられた四つのキャリヤヘッドシステム７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、および７０ｄを有している。キャリアヘッドシステムの三つは基板を受け取って保持し、それらの基板を研磨ステーション２５ａ〜２５ｃの研磨パッド３２に押し付けることによってポリシングする。キャリアヘッドシステムの一つは、搬送ステーション２７から基板を受け取り、また、搬送ステーション２７に基板を搬送する。カルーセルモータは、キャリヤヘッドシステム７０ａ〜７０ｄ、およびこれらに取り付けられた基板を、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を中心として軌道運動させることができる。
【００２４】
各キャリヤヘッドシステム７０ａ〜７０ｄには、研磨ヘッドまたはキャリヤヘッド１００が含まれている。各キャリヤヘッド１００は、独立して自身の軸の周りを回転し、また、カルーセル支持プレート６６内に形成されたラジアルスロット７２内で独立に横方向に振動する（図２も参照のこと）。キャリヤ駆動軸７４は、駆動軸ハウジング７８（図３を参照）を貫通して延在し、キャリヤヘッド回転モータ７６をキャリヤヘッド１００に連結する（カバー６８の１／４を取り外すことにより図１に示されている）。各ヘッドに対して、一つのキャリヤ駆動軸とモータがある。
【００２５】
カルーセル６０のカバー６８を取り外した図２について説明する。カルーセル支持プレート６６の上部は、四つのスロット付きキャリヤヘッド支持スライダ８０を支持する。各スライダ８０は、ラジアルスロット７２の一つと位置合わせされており、ラジアル振動モータ８７によってスロットに沿って動かすことができる。四つのモータ８７は、カルーセル支持プレート６６のラジアルスロット７２に沿って四つのスライダを独立に移動させるように、独立に動作することができる。
【００２６】
図３について説明する。駆動モータ７６の上部の回転継手９０は、三つ以上の流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９２ｃを駆動軸７４中の三つ以上のチャネル９４ａ、９４ｂおよび９４ｃにそれぞれ連結する。ポンプ、ベンチュリ管、圧力レギュレータなどの三つの真空または圧力ソース９３ａ、９３ｂおよび９３ｃ（以後、簡単に「ポンプ」と呼ぶ）が、それぞれ流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９２ｃに接続されていてもよい。三つの圧力センサまたは圧力計９６ａ、９６ｂおよび９６ｃが、それぞれ流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９２ｃに接続されていてもよく、調節弁９８ａ、９８ｂおよび９８ｃが、それぞれ流体ライン９２ａ、９２ｂおよび９２ｃに接続されていてもよい。ポンプ９３ａ〜９３ｃ、圧力計９６ａ〜９６ｃおよび調節弁９８ａ〜９８ｃは、汎用ディジタルコンピュータ９９に適切に接続される。コンピュータ９９は、ポンプ９３ａ〜９３ｃを動作させて、キャリヤヘッド１００に空気圧式に動力を供給することができる。
【００２７】
実際のポリシング中、キャリヤヘッドのうちの三つ、例えばキャリヤヘッドシステム７０ａ〜７０ｃは、対応する研磨ステーション２５ａ〜２５ｃに配置され、あるいは対応する研磨ステーション２５ａ〜２５ｃの上方に配置される。各キャリヤヘッド１００は、基板を下げてポリシングパッド３２と接触させる。すでに述べたように、スラリー５０は、基板のケミカルメカニカルポリシング用の媒体として働く。
【００２８】
一般的に、キャリヤヘッド１００は、ポリシングパッドに接触する位置に基板を保持し、基板の裏面全体にわたって力を分配する。キャリヤヘッドは、キャリヤヘッド駆動軸から基板へトルクを伝達する。
【００２９】
図４について説明する。キャリヤヘッド１００は、ハウジング１０２、軟質部材または軟質膜１０４、可撓性バッキング部材１０６、およびリテーナリング１１０を含む。ハウジング１０２は、ポリシングパッドの表面に実質的に垂直な回転軸１１２の周りにポリシング中に回転する駆動軸７４に接続することができる。軟質膜１０４は、ハウジング１０２に接続することができ、ハウジングの下に延在して基板のマウント面を設けることができる。リテーナリング１１０は、ポリシング中、マウント面１０８の下に基板を保持する。可撓性バッキング部材１０６は、基板をキャリヤヘッドにチャックすることを可能にする波形面または凹凸面を設ける。
【００３０】
ハウジング１０２は、研磨すべき基板の円形構造に対応するようにほぼ円形である。ハウジングには、略円筒状の本体部分１２０、および本体部分の周りに延在して略Ｕ形のギャップ１２４を形成する環状フランジ部分１２２が含まれている。内側環状凹部１２６および外側環状凹部１２８は、ギャップ１２４の相対する側において、本体部分１２０の外側面およびフランジ部分１２２の内側面にそれぞれ形成することができる。内側および外側環状凹部は、シーリング機構を保持して、リテーナリングをハウジングに対してシールする。
【００３１】
リテーナリング１１０は、本体部分１２０およびフランジ部分１２２間のギャップ１２４に配置することができる。リテーナリング１１０は、ポリシングパッドに接触する底面１４０を有する略円環状のリングである。底面１４０は、実質的に平坦であってもよく、ポリシング中にスラリーが基板に達することを可能にする溝またはチャネルを有していてもよい。リテーナリング１１０の内側面１４２は、基板受取凹部１１４を軟質膜１０４のマウント面１０８と共に画成する。リテーナリング１１０は、基板を基板受取凹部１１４に保持し、横方向の荷重を基板からハウジングに伝達する。リテーナリングの上面１４８は、リテーナリングがギャップ１２４に嵌合できるようにテーパが付けられている。この上面は、内側に傾斜した部分１４９を含んでいる。
【００３２】
図５について説明する。ポリシング作業中、リテーナリング１１０は、ハウジング１０２の本体部分１２０およびフランジ部分１２２間のギャップ１２４に配置される。リテーナリング１１０とハウジング１０２との間に摺動自在なシールを設けるために、Ｏリングを用いることができる。Ｏリングは、また、リテーナリング１１０とハウジング１０２との間に加圧可能なチャンバ１５０を形成する。二つのＯリング１５２および１５４を内側凹部１２６に配置することができ、更に二つのＯリング１５６および１５８を外側凹部１２８に配置することができる。各凹部では、一方のＯリングが他方のＯリングよりも高い圧縮性を有していてもよい。Ｏリング１５２は、Ｏリング１５４よりも圧縮性が高くてもよく、同様に、Ｏリング１５６は、Ｏリング１５８よりも圧縮性が高くてもよい。Ｏリング１５４は、リテーナリング１１０の内側面１４２と摺動自在に係合し、Ｏリング１５２は、Ｏリング１５４と本体部分１２０との間の空間をシールする。一方、Ｏリング１５８は、リテーナリング１１０の外側面１４４と摺動自在に係合し、Ｏリング１５６は、Ｏリング１５８とフランジ部分１２２との間の空間をシールする。Ｏリングアセンブリは、リテーナリング１１０がリテーナリングおよびハウジング間の流体シールを維持しつつ縦方向に移動できるようにする。更に、Ｏリングアセンブリは、リテーナリング１１０がリテーナリングおよびハウジング間にシールを設けつつ横方向に移動できるようにする。
【００３３】
Ｏリングは、必要に応じてチャンバ１５０を加圧または減圧できるように十分に密にリテーナリングと係合する。しかしながら、すでに述べたように、Ｏリングは、リテーナリングによる垂直運動が可能になる程度に十分に緩くなっている。Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力は、キャリヤヘッドがポリシングパッドから離れて持ち上げられるときにリテーナリングがギャップ１２４内に保持されるようなものとすることができる。この場合、リテーナリングは、ギャップから手動で引き出すことにより、あるいはチャンバ内の圧力を上げてギャップから強制的に排出することにより、ギャップ１２４から取り出される。この他に、Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力は、キャリヤヘッドが持ち上げられるときにリテーナリングをギャップ１２４内に保持するためには不十分なものであってもよい。この場合、チャンバ１５０を減圧することにより、リテーナリングがキャリヤヘッドに真空チャックされる。
【００３４】
ポンプ９３ａ（図３を参照）は、流体ライン９２ａ、回転継手９０、駆動軸７４中のチャネル９４ａ、およびハウジング１０２中の通路１３４（図４を参照）に接続されていてもよい。流体、例えば空気などのガスは、チャンバへまたはチャンバからポンプ輸送され、リテーナリング１１０に加わる荷重を制御する。流体をチャンバ１５０へポンプ輸送すると、リテーナリング１１０は下向きに押される。一方、チャンバから流体を排出すると、リテーナリング１１０が引き上げられるにつれてチャンバ容積が小さくなる。このように、チャンバ１５０を用いることで、ポリシングパッドに調節可能な荷重を加え、リテーナリングの垂直位置を制御することができる。更に、チャンバ１５０を減圧することにより、リテーナリングをキャリヤヘッドに真空チャックすることができる。
【００３５】
ポリシング中、ポリシングパッドからの摩擦力は、リテーナリングをキャリヤヘッドの前側に向かって、すなわちポリシングパッドの回転と同じ方向に押す傾向がある。これにより、リテーナリング１１０の内側面１４２の一方の側が、ハウジング１０２の本体部分１２０から水平に突出する環状リム１３６に押し付けられる。環状リム１３６とリテーナリング１１０との間の接触点は、リテーナリングの旋回の中心点となる。この旋回点は、リテーナリングの前縁部においてポリシングパッド面の付近に位置するので、リテーナリングに加えられるトルクが小さくなる。従って、リテーナリングはより安定になり、チャンバによって生じた下向きの圧力はリテーナリングの底面にわたって均一に分配される。
【００３６】
リテーナリング１１０は、ボルトまたはネジ、接着剤、軟質コネクタ、あるいは止め部品によって機械的に固定されることによりギャップ１２４に保持されるのではなく、摩擦力によって、または真空チャックによってギャップ１２４に保持される。従って、リテーナリングの交換がより簡便である。すでに述べたように、Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力に応じて、リテーナリングをギャップ１２４から単純に引き出すこともできるし、チャンバ１５０内の圧力を高めることによりギャップ１２４から押し出すこともできる。この他に、リテーナリングがキャリヤヘッドに真空チャックされる場合には、チャック動作を中断することによりリテーナリングを解放することもできる。
【００３７】
図４に戻ると、バッキング部材１０６は、ハウジング１０２の下に固定される。バッキング部材１０６は、波形または凹凸のある下面１６０を有している。具体的には、バッキング部材は、隆起および対応するくぼみの規則的なアレイを有する可撓性材料からつくることができる。例えば、バッキング部材は、中間領域１６４によって接続されたエアポケットまたは膨張可能セルのアレイを含んでいてもよい。セル１６２は、チャネル（図示せず）によって連通させてバッキング部材内に単一のキャビティ１６８を形成することができる。これらのセルは、下面に隆起領域を設け、セル間の中間領域は下面に谷を設ける。
【００３８】
バッキング部材１０６およびその使用方法の詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡されたZunigaらによる同時継続出願「ケミカルメカニカルポリシング装置用の軟質部材および可撓性バッキング部材を含むキャリヤヘッド」（速達郵便受領番号ＥＭ２０２５３９９２４ＵＳ）に見られる。この開示内容は、本明細書に援用される。
【００３９】
バッキング部材１０６をハウジング１０２に取り付けるため、ネジまたはボルト（図示せず）が、バッキング部材の周辺付近における中間領域中の孔（図示せず）を貫通して延在し、ハウジング中の受取凹部（図示せず）に入っていてもよい。更に、チャネル１７６が中心を通るねじ込みネジ１７２は、ハウジング１０２を貫通する通路１３２にセルの一つを接続することができる。
【００４０】
ポンプ９３ｂ（図３を参照）は、流体ライン９２ｂ、回転継手９０、駆動軸７４中のチャネル９４ｂおよびハウジング１０２中の通路１３２を介してキャビティ１６８に接続されていてもよい。ポンプ９３ｂが流体、例えば空気などのガスをキャビティ１６８に送ると、バッキング部材は膨張させられ、拡大する。一方、ポンプ９３ｂがキャビティ１６８を排気すると、バッキング部材が収縮する。
【００４１】
軟質膜１０４は、クロロプレンやエチレンプロピレンゴムなどの柔軟質弾性材料からつくられたほぼ円形のシートとすることができる。軟質膜１０４の突出縁部（図４および図５を参照）は、ハウジング１０２の本体部分１２０の外側円筒面内の環状溝１８２に嵌入することができる。また、軟質膜１０４は、マウント面を全体的に張った状態に維持するために、リテーナリングに全体的に隣接して位置する厚手環状部分１８４を含むことができる。軟質膜の一部１８６は、厚手部分１８４から突出縁部１８０まで内向きに延在する。
【００４２】
ポリシング中、基板１０は、基板の裏面が軟質膜１０４のマウント面１０８に接した状態で基板受取凹部１１４に配置される。軟質膜１０４とハウジング１０２との間の空間は、チャンバ１９０を画成する。ポンプ９３ｃ（図３を参照）は、流体ライン９２ｃ、回転継手９０、駆動軸７４中のチャネル９４ｃ、およびハウジング１０２中の通路１３０を経てチャンバ１９０に接続されていてもよい。ポンプ９３ｃが流体、例えば空気などのガスをチャンバ１９０に送ると、軟質膜１０４は下向きに押される。従って、チャンバ１９０の加圧は、基板をポリシングパッドに押し付ける。一方、ポンプ９３ｃがチャンバ１９０を減圧すると、膜が引き上げられる。
【００４３】
リテーナリング１１０は、基板をキャリヤヘッド内へのローディング中にセンタリングするために用いることができる。以下で詳細に説明されるように、これによってＣＭＰ装置は、搬送ステーションがなくても機能できるようになる。あるいは、基板のローディングを依然として搬送ステーションで行ってもよいが、搬送ステーション内のセンタリング機構は取り除くことができる。
【００４４】
図６について説明する。キャリヤヘッド１００は、最初、リテーナリング１１０を研磨面３４と接触させた状態でポリシングパッド３２上に位置している。リテーナリング１１０を押し下げるために流体がチャンバ１５０内に送られ、ハウジング１０２は、例えば駆動軸の上端の空気圧アクチュエータ（図示せず）によって持ち上げられ、ポリシングパッド３２から離れる。
【００４５】
したがって、図７に示されるように、ハウジング１０２が持ち上げられてポリシングパッドから離れると、リテーナリング１１０がパッド上に残る。このため、リテーナリングの内側面の内側の空間は、ポリシングパッド上に基板受取凹部１９２を画成する。
【００４６】
図８について説明する。ロボットアーム１９５は、真空アタッチメント等によって基板１０を運ぶので、通常は基板受取凹部１９２の上方に配置される。ロボットアーム１９５は、基板を基板受取凹部内で正確にセンタリングする必要はなく、適度の誤差限界が許容される。ロボットアーム１９５への真空供給は、基板がロボットアームから外れてテーパ付き上面１４８の内側傾斜部分１４９によって基板受取凹部１９２に導入されるように停止される。
【００４７】
このようにして、図９に示されるように、ロボットアーム１９５が後退した後、基板はリテーナリングによって適切にセンタリングされている。
【００４８】
図１０について説明する。基板が基板受取凹部１９２に配置された後、ハウジング１０２が空気圧アクチュエータ等によって下げられるので、リテーナリング１１０がギャップ１２４に挿入される。次に、ポリシングステップのために基板に下向きの荷重に加えるように、流体がチャンバ１９０内に送られる。更に、ポンプ９３ａは、流体をチャンバ１５０へ送ることで、リテーナリング１０によって基板に加えられる荷重を制御することができる。
【００４９】
基板をポリシングパッドから取り出すために、流体がバッキング部材１０６のキャビティ１６８へ送られる。これによりバッキング部材１０６が膨張するので、その下面が軟質膜１０４の上面に接触する。次に、チャンバ１９０を排気して基板をマウント面に真空チャックする。具体的には、チャンバの排気は、基板をマウント面に当てて保持するバッキング部材および軟質膜間の低圧ポケットをつくる。最後に、キャリヤヘッドが持ち上げられてポリシングパッドから離れる。前述のように、Ｏリングおよびリテーナリング間の摩擦力によっては、キャリヤヘッドがポリシングパッドから持ち上げられるときにリテーナリング１１０がキャリヤヘッドに真空チャックされるようにチャンバ１５０を排気することもできる。この他に、リテーナリングを真空チャックしないか、あるいはチャンバ１５０内の圧力を高くすることによって、リテーナリングを次の基板とともに用いるためにポリシングパッド上に残すこともできる。
【００５０】
上述のように、着脱式リテーナリング１１０は、複雑で費用のかかる搬送装置を使用せずに基板をキャリヤヘッドにロードできるようにする。特に、基板は、ポリシングパッドにおいてキャリヤヘッドにロードすることができるので、搬送ステーションを取り除くことができ、その結果、ＣＭＰ装置のコストとサイズを大きく減少させることができる。この他に、搬送ステーションにおけるセンタリング装置は、単純な支持面と交換することができる。この場合、搬送ステーションの支持面が研磨ステーションにおける研磨面の代わりに用いられる以外、ローディングプロセスは図６〜図１０を参照して述べたように進行する。更に、キャリヤヘッドは、ローディング手順後に搬送ステーションから研磨ステーションへ移送される。
【００５１】
本発明は、多くの好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、図示および説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ケミカルメカニカルポリシング装置の分解斜視図である。
【図２】  上部ハウジングを取り外したカルーセルの概略平面図である。
【図３】  ３〜３線に沿った図２のカルーセルの断面図を部分的に示し、ケミカルメカニカルポリシング装置によって用いられる圧力レギュレータの概略図を部分的に示している。
【図４】  キャリヤヘッドの概略断面図である。
【図５】  図４のキャリヤヘッドの一部分の拡大図である。
【図６】  図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図７】  図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図８】  図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図９】  図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【図１０】  図４のキャリヤヘッドへ基板をロードする方法を示す概略断面図である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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