(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア基部と、
研磨中に研磨パッドに接触する底面を有する、第１の材料で作られた下側部分と、前記第１の材料よりも堅い第２の材料で作られた上側部分と、を含む保持リングと、
基板の装着面を形成する中央部分と、前記キャリア基部と前記保持リングの前記上側部分の上面における第１の部分との間に位置する外側部分と、を有する可撓性薄膜と、
前記キャリア基部と前記保持リングの前記上側部分の前記上面における第２の部分との間に位置するシムであって、上面及び底面が互いに略平行に延びるシムと、
前記可撓性薄膜と前記保持リングの前記上側部分の前記上面における前記第１の部分との間に配置されたシールと、
を含むことを特徴とする、化学機械研磨装置のためのキャリアヘッド。
【請求項２】
前記キャリア基部内の第１の通路と、
前記第１の通路と一線に並ぶ前記保持リング内の第２の通路と、
前記第１及び第２の通路を通って延び、前記保持リングを前記キャリア基部に固定するボルト又はネジと、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項３】
前記ボルト又はネジは、前記シムの開口を通って前記保持リング内の前記第２の通路の中に延びることを特徴とする請求項２に記載のキャリアヘッド。
【請求項４】
前記第２の通路は、前記保持リングの前記下側部分の中に延びないことを特徴とする請求項３に記載のキャリアヘッド。
【請求項５】
前記シムは、ステンレス鋼から成ることを特徴とする請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項６】
前記第１の材料は、チューブ状ＰＰＳであり、前記第２の材料は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項７】
スラリーを内部に向けて運ぶために前記保持リングの底面に複数のチャンネルを具備し、該複数のチャンネルが少なくとも約３.５５６ｍｍ（０.１４インチ）の深さを有するものである、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項８】
保持リングを使用する方法であって、
可撓性薄膜の外縁を前記保持リングの上面における第１の領域とキャリアヘッドの基部との間にクランプ締めして、前記保持リングをキャリアヘッドの基部に固定する段階と、  前記保持リングの下面を研磨面に接触させて、第１の複数の基板を前記キャリアヘッドで研磨する段階と、
前記リングの前記下面が第１の量だけ磨耗した後で、前記保持リングを前記キャリアヘッドから取外す段階と、
前記基部と前記保持リングの前記上面における第２の領域との間における第１のシムであって上面及び底面が互いに略平行に延びる第１のシム、及び、前記保持リングの前記上面における前記第１の領域と前記可撓性薄膜との間における第１のシールを用いて、前記保持リングを前記キャリアヘッドに再固定する段階と、
第２の複数の基板を前記キャリアヘッドで研磨する段階と、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項９】
前記保持リングの前記下面が第２の量だけ磨耗した後で、前記保持リング、前記第１のシム及び前記第１のシールを前記キャリアヘッドから取外す段階と、
前記基部と前記保持リングの前記上面における前記第２の領域との間における第２のシムであって上面及び底面が互いに略平行に延びる第２のシム、及び、前記可撓性薄膜と前記保持リングの前記上面における前記第１の領域との間における第２のシールを用いて、前記保持リングを前記キャリアヘッドに再固定する段階と、
第３の複数の基板を前記キャリアヘッドで研磨する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
研磨中に研磨パッドに接触する底面を有する、第１の材料で作られた下側部分と、前記第１の材料よりも堅い第２の材料で作られた上側部分と、を有する保持リングであって、スラリーを内部に向けて運ぶために、複数のチャンネルが前記保持リングの前記底面に形成されている、保持リングと、
キャリアヘッドの基部と前記保持リングの前記上側部分の上面における第１の領域との間に挿入されるシムであって、上面及び底面が互いに略平行に延びるシムと、
可撓性薄膜と前記保持リングの前記上面における第２の領域との間に挿入される環状シールと、
を具備することを特徴とするキット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、全般的に基板の化学機械研磨処理に関し、より詳細には、化学機械研磨装置のためのキャリアヘッドに関する。
【０００２】
（背景技術）
集積回路は、一般的に、基板上、特にシリコンウェーハ上への導電層、半導体層、及び、絶縁層の連続的な堆積によって形成される。各層は、堆積された後にエッチングされて回路の形態が作り出される。一連の層が順次堆積及びエッチングされるので、基板の外面又は最上面、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、集積回路製造工程の写真平板段階において問題となる。従って、基板表面を定期的に平面化する必要がある。
【０００３】
化学機械研磨処理（ＣＭＰ）は、一般に認められた平面化の一方法である。この平面化法は、通常、基板がキャリア又は研磨ヘッドに装着されることを必要とする。基板の露出面は、回転する研磨パッドに対して置かれる。研磨パッドは「標準型」パッド又は砥粒固定型パッドのいずれであってもよい。標準型研磨パッドは、丈夫な粗い表面を有し、一方砥粒固定型パッドは、閉じ込め用媒体に保持された研磨剤粒子を有している。キャリアヘッドは、基板上に制御可能な荷重すなわち圧力をもたらし、基板を研磨パッドに対して押圧する。少なくとも１つの化学的反応剤、及び、標準型パッドが使用される場合には研磨剤粒子も含む研磨スラリーが研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰ処理の効果は、その研磨速度により、又は、基板表面に得られた仕上がり（小スケールの粗さがないこと）及び平面性（大スケールの起伏がないこと）によって測定することができる。研磨速度、仕上がり、及び、平面性は、パッド及びスラリーの組合せ、基板及びパッド間の相対速度、及び、パッドに対して基板を押圧する力によって判断される。
ＣＭＰで多く発生する問題は、いわゆる「エッジ効果」、すなわち、基板の縁部が基板の中心部に比べて異なる速度で研磨される傾向である。エッジ効果は、基板周縁部、例えば２００ミリメートルウェーハの最も外側の５から１０ミリメートルにおいて、一般的に過剰研磨（基板からの材料の過剰な除去）をもたらす。過剰研磨は、基板の全体的な平面性を損ない、基板の縁部を集積回路製造に対して不適切にして歩留まりを低下させる。
【０００５】
（発明の開示）
１つの態様において、本発明は、化学機械研磨装置のキャリアヘッドに関する。キャリアヘッドは、キャリア基部、保持リング、可撓性薄膜、及び、シムを有する。保持リングは、研磨中に研磨パッドに接触する底面を有し第１の材料で作られた下側部分と、第１の材料よりも堅い第２の材料で作られた上側部分を含む。可撓性薄膜は、基板装着面を形成する中央部分、及び、キャリア基部と保持リングの上側部分との間に位置する外側部分を有する。シムは、キャリア基部と保持リングの上側部分との間に位置する。
【０００６】
本発明の実施には、下記の特徴の１つ又はそれ以上が含まれるであろう。保持リング内の第２の通路が、キャリアヘッド内の第１の通路と一列に並ぶことができる。保持リングをキャリア基部に固定するために、ボルト又はネジがこれらの第１及び第２通路を通って延びることができる。このボルト又はネジは、シムの開口を通って保持リングの第２通路の中に延びることができる。この第２通路は、保持リングの下側部分の中まで延びなくてもよい。シムは、ステンレス鋼から構成されるとすることができる。第１材料は、チューブ状ＰＰＳであってもよく、第２材料は、ステンレス鋼としてもよい。キャリア基部と可撓性薄膜との間のチャンバを密封するために、可撓性薄膜の外側部分と保持リングの上側部分との間にシールをクランプ締めすることができる。
【０００７】
別の態様においては、本発明は、基板の装着面を有するキャリアヘッドのための保持リングに関する。この保持リングは、研磨中に研磨パッドに接触する底面を有し化学機械研磨工程において不活性の第１材料で作られたほぼ環状の下側部分と、その下側部分に接合され第１材料よりも堅い第２材料で作られたほぼ環状の上側部分とを有する。第１材料はチューブ状ＰＰＳであり、第２材料は金属である。
【０００８】
別の態様においては、本発明は、基板の装着面を有するキャリアヘッドのための保持リングに関する。保持リングは、ほぼ環状の下側部分と、その下側部分に接合されたほぼ環状の上側部分とを有する。この下側部分は、研磨中に研磨パッドに接触する底面と、スラリーを内部方向に運ぶための、保持リングの下面にある複数のチャンネルとを有する。これらのチャンネルは、少なくとも約０．１４インチの深さを有する。下側部分は、化学機械研磨工程で不活性である第１材料で作られ、上側部分は、第１材料よりも堅い第２材料で作られる。
【０００９】
別の態様において、本発明は、保持リングを使用する方法に関する。本方法においては、保持リングがキャリアヘッド内の基部に固定され、可撓性薄膜の外縁は、保持リングと基部との間にクランプ締めされる。第１の複数の基板は、研磨面に接触する保持リングの下面を有するキャリアヘッドで研磨される。保持リングの下面が第１の量だけ磨耗した後、保持リングがキャリアヘッドから取り外される。保持リングは、基部と保持リングとの間に第１のシムを用いてキャリアヘッドに再固定され、第２の複数の基板がキャリアヘッドで研磨される。
【００１０】
本発明の実施には、下記の特徴の１つ又はそれ以上が含まれるであろう。第１のシールは、第２の複数の基板が研磨される前に可撓性薄膜と保持リングとの間に固定することができる。保持リングと第１のシムは、保持リングの下面が第２の量だけ磨耗した後でキャリアヘッドから取り外してもよく、保持リングは、基部と保持リングとの間に第２のシムを用いてキャリアヘッドに再固定することができ、第３の複数の基板をそのキャリアヘッドで研磨することができる。第２のシールは、第３の複数の基板を研磨する前に、可撓性薄膜と保持リングとの間に固定することができる。
【００１１】
別の態様においては、本発明は、上側部分を有する保持リング、キャリアヘッドの基部と保持リングの上側部分との間に挿入されるシム、及び、可撓性薄膜と保持リングとの間に挿入される環状シールを有するキットに関する。保持リングは、研磨中に研磨パッドに接触する底面を有し第１の材料で作られる下側部分と、第１の材料よりも堅い第２の材料で作られる上側部分とを含む。保持リングの底面には、スラリーを内部方向に運ぶ複数のチャンネルが形成される。
【００１２】
１つの態様において、本発明は、化学機械研磨装置のキャリアヘッドに関する。キャリアヘッドは、基板装着面と、研磨中に基板装着面の下にある基板を維持する保持リングとを有する。保持リングは、研磨中に研磨パッドが接触する底面を有し第１の材料で作られる下側部分と、第１の材料よりも堅い第２の材料で作られる上側部分とを含む。
本発明の実施の利点には、１つ又はそれ以上の下記のものが含まれるであろう。エッジ効果を低減することができ、得られる基板の平面性と仕上げを改善することができる。また、保持リングの耐用期間を改善することができる。
本発明の他の利点及び特徴は、図面を含む以下の説明や特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１３】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、１つ又はそれ以上の基板１０が化学機械研磨（ＣＭＰ）装置２０によって研磨されることになる。同様のＣＭＰ装置の説明は、本明細書においてその全開示内容が引用により組み込まれている米国特許第５，７３８，５７４号に見出すことができる。
ＣＭＰ装置２０は、上に搭載されたテーブルトップ２３と取外し可能な上部外側カバー（図示せず）を有する下部機械基部２２を含む。テーブルトップ２３は、一連の研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、及び、２５ｃと、基板の取付け及び取外しのための移送ステーション２７とを支持する。移送ステーション２７は、３つの研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、及び、２５ｃと共にほぼ正方形の配置を形成することができる。
【００１４】
各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃは、研磨パッド３２が置かれた回転式プラテン３０を含む。基板１０が直径８インチ（２００ミリメートル）又は１２インチ（３００ミリメートル）のディスクの場合、プラテン３０及び研磨パッド３２は、それぞれ約２０又は３０インチの直径を有することになる。プラテン３０は、機械基部２２内部に位置するプラテン駆動モータ（図示せず）に接続することができる。ほとんどの研磨処理に対して、プラテン駆動モータは、プラテン３０を３０から２００回転／分で回転させるが、より低い又はより高い回転速度を用いることもできる。各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃは、研磨パッドの研磨状態を維持する付属のパッド調整装置４０を更に含んでもよい。
【００１５】
反応剤（例えば、酸化物研磨のための脱イオン水）及び化学反応性触媒（例えば、酸化物研磨のための水酸化カリウム）を含有するスラリー５０は、共用型スラリー／洗浄液アーム５２により研磨パッド３２の表面に供給することができる。研磨パッド３２が標準型パッドの場合、スラリー５０はまた、研磨剤粒子（例えば、酸化物研磨のための二酸化ケイ素）を含むであろう。一般的に、研磨パッド３２全体を覆って濡らすのに十分なスラリーが供給される。スラリー／洗浄液アーム５２は、各研磨及び調整サイクルの終りに研磨パッド３２の高圧洗浄をもたらす数個の噴霧ノズル（図示せず）を含む。
【００１６】
カルーセル支持板６６及びカバー６８を含む回転式マルチヘッドカルーセル６０は、下部機械基部２２の上方に配置される。カルーセル支持板６６は、中柱６２によって支持され、機械基部２２内に位置するカルーセル・モータ・アセンブリによってカルーセル軸線６４の周りに中柱６２上で回転される。マルチヘッドカルーセル６０は、カルーセル軸線６４の周りに角度的に等間隔でカルーセル支持板６６上に装着された４つのキャリアヘッド装置７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、及び、７０ｄを含む。キャリアヘッド装置のうちの３つは、基板を受け取って保持し、研磨ステーション２５ａ〜２５ｃの研磨パッドに対して基板を押圧することによりそれらを研磨する。キャリアヘッド装置のうちの１つは、移送ステーション２７から基板を受け取り、また、基板をそれに供給する。カルーセルモータは、キャリアヘッド装置７０ａ〜７０ｄ及びそれに取り付けられた基板を、研磨ステーション及び移送ステーションの間でカルーセル軸線６４の周りに周回させることができる。
【００１７】
各キャリアヘッド装置７０ａ〜７０ｄは、研磨ヘッド又はキャリアヘッド１００を含む。各キャリアヘッド１００は、それ自身の軸線周りに独立して回転し、カルーセル支持板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振動する。キャリア駆動シャフト７４は、スロット７２を通って延び、キャリアヘッド回転モータ７６（カバー６８の４分の１を除去して示されている）をキャリアヘッド１００に連結する。各ヘッドに対して、１つのキャリア駆動シャフト及びモータがある。各モータ及び駆動シャフトは、キャリアヘッドを横方向に振動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ことが可能な滑動部（図示せず）上に支持することができる。
【００１８】
実際の研磨中には、キャリアヘッドのうちの３つ、例えばキャリアヘッド装置７０ａ〜７０ｃは、それぞれの研磨ステーション２５ａ〜２５ｃに、及び、その上方に配置される。各キャリアヘッド１００は、基板を下ろして研磨パッド３２に接触させる。一般に、キャリアヘッド１００は、基板を研磨パッドに対して所定の位置に保持し、基板の裏面に亘って力を配分する。キャリアヘッドはまた、駆動シャフトからのトルクを基板に伝達する。
【００１９】
図２を参照すると、キャリアヘッド１００は、ハウジング１０２、基部１０４、ジンバル機構１０６、負荷チャンバ１０８、保持リング１１０、及び、基板支持アセンブリ１１２を含む。同様なキャリアヘッドの説明は、本明細書においてその全開示内容が引用により組み込まれている、本出願の出願人に譲渡された１９９６年１１月８日提出の「化学機械研磨システムのための可撓性薄膜を有するキャリアヘッド」という名称のズニガ他に付与された米国特許出願シリアル番号第０８／７４５，６７０号に見出すことができる。
【００２０】
ハウジング１０２は、駆動シャフト７４と連結して研磨中にそれと共に回転軸１０７の周りに回転することができ、この回転軸は、研磨中は研磨パッドの表面と実質的に垂直である。負荷チャンバ１０８は、ハウジング１０２と基部１０４との間に位置し、基部１０４に負荷すなわち下向きの圧力を加える。研磨パッド３２に対する基部１０４の垂直位置は、同じく負荷チャンバ１０８により制御される。
【００２１】
基板支持アセンブリ１１２は、支持構造体１１４、支持構造体１１４を基部１０４に結合する撓みダイヤフラム１１６、及び、支持構造体１１４に結合された可撓性部材又は薄膜１１８を含む。可撓性薄膜１１８は、支持構造体１１４の下に延びて基板のための装着面１２０を形成する。基部１０４と基板支持アセンブリ１１２との間に配置されたチャンバ１９０の加圧は、可撓性薄膜１１８を下向きに押し付け、基板を研磨パッドに対して押圧する。
【００２２】
ハウジング１０２は、研磨される基板１０の円形の形態と一致させるためにほぼ円形の形状を有する。円筒状ブッシング１２２は、ハウジングを通って垂直内腔１２４に嵌合することができ、２つの通路１２６及び１２８が、キャリアヘッドの空気制御のためにハウジングを通って延びることができる。
基部１０４は、ハウジング１０２の下に位置したほぼ環状の本体である。基部１０４は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は、繊維強化プラスチックのような堅い材料で形成することができる。通路１３０は、基部を通って延びることができ、２つの取付け具１３２及び１３４は、通路１２８を通路１３０と流体連結させるための、可撓性チューブをハウジング１０２と基部１０４との間に連結させる取付け箇所をもたらすことができる。
【００２３】
弾力性のある可撓性薄膜１４０は、基部１０４の下面にクランプ・リング１４２によって装着することができ、浮嚢１４４を形成する。クランプ・リング１４２は、基部１０４にネジ又はボルト（図示せず）によって固定することができる。例えば空気のような気体である流体が浮嚢に出入りするように導くために、第１のポンプ（図示せず）を浮嚢１４４に連結することができ、それにより支持構造体１１４及び可撓性薄膜１１８に対する下向きの圧力を制御する。
【００２４】
ジンバル機構１０６は、基部１０４が研磨パッドの表面と実質的に平行に保つことができるように、基部１０４がハウジング１０２に対してピボット的に旋回することを可能にする。ジンバル機構１０６は、円筒状ブッシング１２２を通って通路１５４に嵌合するジンバルロッド１５０と、基部１０４に固定された撓みリング１５２とを含む。ジンバルロッド１５０は、通路１５４に沿って垂直に摺動することができて基部１０４の垂直運動をもたらすが、ハウジング１０２に対する基部１０４のあらゆる横方向の運動を妨げる。
【００２５】
転動形ダイヤフラム１６０の内縁は、内側クランプ・リング１６２によってハウジング１０２にクランプ締めすることができ、外側クランプ・リング１６４は、転動形ダイヤフラム１６０の外縁を基部１０４にクランプ締めすることができる。従って、転動形ダイヤフラム１６０は、ハウジング１０２と基部１０４との間の空間を密封して負荷チャンバ１０８を形成する。転動形ダイヤフラム１６０は、ほぼ環状の厚さ６０ミルのシリコーンシートとしてもよい。負荷チャンバの圧力及び基部１０４に加えられる負荷を制御するために、第２のポンプ（図示せず）を負荷チャンバ１０８に流体連結させることができる。
【００２６】
基板支持アセンブリ１１２の支持構造体１１４は、基部１０４の下に位置する。支持構造体１１４は、支持板１７０、環状下部クランプ１７２、及び、環状上部クランプ１７４を含む。支持板１７０は、ほぼ円盤状の堅い部材であり、それを貫通する複数の開口１７６を有する。更に、支持板１７０は、その外縁に下方に突出するリップ１７８を有してもよい。
基板支持アセンブリ１１２の撓みダイヤフラム１１６は、ほぼ平面の環状リングである。撓みダイヤフラム１１６の内縁は、基部１０４と保持リング１１０との間にクランプ締めされ、撓みダイヤフラム１１６の外縁は、下部クランプ１７２と上部クランプ１７４との間にクランプ締めされる。撓みダイヤフラム１１６は、可撓性で弾力性を有するが、半径方向及び接線方向には剛体であり得る。撓みダイヤフラム１１６は、ネオプレンのようなゴム、「ＮＹＬＯＮ」又は「ＮＯＭＥＸ」のようなエラストマー被覆繊維、プラスチック、又は、繊維ガラスのような複合材料で形成することができる。
【００２７】
可撓性薄膜１１８は、クロロプレン又はエチレンプロピレンゴムのような可撓性で弾力性を有する材料で形成されたほぼ円形のシートである。可撓性薄膜１１８の一部分は、支持板と下部クランプ１７２との間にクランプ締めされるように支持板１７０の縁部の周りに延びる。
可撓性薄膜１１８、支持構造体１１４、撓みダイヤフラム１１６、基部１０４、及び、ジンバル機構１０６の間の密封容積が、加圧可能チャンバ１９０を形成する。チャンバ内の圧力、従って基板に対する可撓性薄膜の下向きの力を制御するために、第３のポンプ（図示せず）をチャンバ１９０に流体連結させてもよい。
【００２８】
保持リング１１０は、基部１０４内の一線に並んだ通路を通って保持リング１１０の上部区域の中に延びる例えばボルト１９４（図２の横断面図には、１つだけ示されている）により、基部１０４の外縁で固定されたほぼ環状のリングとしてもよい。流体が負荷チャンバ１０８内にポンプで供給されて基部１０４が下方に押された時、保持リング１１０もまた下方に押され、研磨パッド３２に負荷を加える。保持リング１１０の内面１８８は、可撓性薄膜１１８の装着表面１２０と共に基板収容凹部１９２を形成する。保持リング１１０は、基板収容凹部から基板が逸脱するのを防止する。
【００２９】
図３を参照すると、保持リング１１０は、研磨パッドに接触し得る底面１８２を有する環状下側部分１８０と、基部１０４に結合された環状上側部分１８４とを含む、多重区域を有する。下側部分１８０は、接着剤層１８６を用いて上側部分１８４と結合させることができる。
下側部分は、ＣＭＰ処理時に化学的不活性な材料で形成される。更に、下側部分１８０は、保持リングに対する基板縁部の接触が基板を欠けたり割れたりさせないほど十分に弾力性を有する必要がある。その反面、下側部分１８０は、保持リングに対する下向きの圧力が下側部分１８０を基板収容凹部１９２の中に押し出させるほどの弾力性を有してはならない。具体的には、下側部分１８０の材料は、「ショアＤ」スケールで約８０〜９５のジュロメータ測定値を有するであろう。一般的に、下側部分１８０の材料の弾性係数は、約０．３〜１．０×１０6ポンド／平方インチの範囲とすることができる。下側部分はまた、耐久性があって低い磨耗率を有する必要がある。しかし、下側部分１８０が徐々に摩滅することは、基板縁部が内面１８８の中に深い溝を切り込むのを防止すると考えられるので、許容することができる。例えば、下側部分１８０は、「Ｔｅｃｈｔｒｏｎ（登録商標）」の商品名で米国インディアナ州エバンスビル所在のＤＳＭ・エンジニアリング・プラスチックスから入手できるポリフェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）のようなプラスチックで作ることができる。米国デラウェア州ウィルミントン所在のデュポンから入手できる「ＤＥＬＲＩＮ（登録商標）」、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）、又は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）ような他のプラスチック、又は、同じくデュポンから入手できる「ＺＹＭＡＸＸ（登録商標）」のような複合材料も適するであろう。下側部分１８０は、プレート状ＰＰＳで形成することができるが、好ましくは、チューブ状ＰＰＳで形成される。
【００３０】
下側部分１８０の厚みＴ1は、基板１０の厚みＴSよりも厚くなくてはならない。具体的には、下側部分は、基板がキャリアヘッドによって掴まれた時に基板が接着剤層を擦らないような十分な厚みを有する必要がある。反対に下側部分が厚過ぎると、保持リングの底面が下側部分の可撓性の性質のために変形を受けることになる。下側部分１８０の最初の厚みは、約２００から４００ミル（チャンネルは、１００から３００ミルの深さを有する）とすることができる。下側部分は、溝が磨耗したら交換することができる。すなわち、下側部分は、約１００から４００ミルの厚みＴ1を有することになる。保持リングが溝を含まない場合は、下側部分は、その残っている厚みが基板の厚みに概ね等しくなった時に交換することができる。
下側部分１８０の底面は、実質的に平面としてもよく、又は、保持リングの外側から基板へのスラリーの輸送を容易にするために複数のチャンネル１８９を有してもよい。チャンネル１８９は、１４０ミル又はそれ以上の深さを有することができる。
【００３１】
保持リング１１０の上側部分１８４は、例えばステンレス鋼、モリブデン、又は、アルミニウムである金属、又は、例えばアルミナであるセラミック、又は、他の典型的な材料などの堅い材料で形成される。上側部分の材料は、約１０〜５０×１０6ポンド／平方インチの弾性係数、すなわち下側部分の材料の約１０から１００倍の弾性係数を有することができる。例えば、下側部分の弾性係数は約０．６×１０6ポンド／平方インチ、上側部分の弾性係数は約３０×１０6としてもよく、従ってその比率は約５０：１である。上側部分１８４の厚みＴ2は、下側部分１８０の厚みＴ1よりも厚くなければならない。具体的には、上側部分は、約３００〜５００ミルの厚みＴ2を有することができる。
接着剤層１８６は、二液型遅硬性エポキシとしてもよい。遅硬性とは、一般的にそのエポキシが固まるのに約数時間から数日程度を要することを示す。このエポキシは、米国ジョージア州チャンブリー所在のマグノリア・プラスチックスから入手できる「Ｍａｇｎｏｂｏｎｄ−６３７５（登録商標）」としてもよい。代替的には、接着する代わりにネジで装着するか、又は、上側部分へ圧入される。
【００３２】
保持リングの底面の平面性は、エッジ効果につながると考えられる。具体的には、底面が非常に平面的であるとエッジ効果が低減される。保持リングが比較的柔軟性を有する場合は、それが例えばボルト１９４によって基部に接合された場所で変形する可能性がある。この変形は、非平面的な底面を作り出し、そのためにエッジ効果を増大させる。保持リングは、キャリアヘッド上に取り付けた後にラッピング又は機械加工することができるが、ラッピングは、基板を損傷させるか又はＣＭＰ処理の品質を落とす可能性があるデブリを底面に埋め込む傾向があり、機械加工は、時間がかかり不便である。反対にステンレス鋼リングのような完全に堅い保持リングは、基板に割れを発生させるか、又は、ＣＭＰ処理の品質を落とす可能性がある。
【００３３】
本発明の保持リングを使用すると、保持リング１１０の上側部分１８４の剛性が、ＰＰＳのような可撓性材料で全体を形成された保持リングと比較して、保持リングの全体的な曲げ剛性を例えば３０〜４０倍増加させる。堅い上側部分によってもたらされた剛性の増加は、保持リングの基部への装着によって起こる変形を低減又は解消し、それによりエッジ効果を低減させる。更に、保持リングをキャリアヘッドに固定した後、保持リングをラッピングする必要がない。それに加えて、ＰＰＳの下側部分は、ＣＭＰ処理において不活性であり、基板縁部の欠け又は割れを防止する十分な弾力性を有する。
【００３４】
本発明の保持リングの増加された剛性の別の恩典は、それが研磨処理のパッドの圧縮性への感受性を低減することである。いかなる特定の理論にも制限されるわけではないが、特に可撓性の保持リングに関してこのエッジ効果に寄与する１つの可能性は、保持リングの「撓み」と称されるものである。具体的には、キャリアヘッドの後縁での保持リングの内面にかかる基板縁部の力は、保持リングに撓み、すなわち研磨パッドの表面と平行な軸線周りの僅かな局所的捩れを引き起こすことがある。これは、保持リングの内径を研磨パッドの中に更に深く押し込み、研磨パッドに対する増加した圧力を発生させ、研磨パッドの材料を「流動」させて基板の縁部に向かって変位させる。研磨パッド材料の変位は、研磨パッドの弾性特性に依存する。従って、パッド内へ撓むことができる比較的柔軟な保持リングは、研磨処理をパッド材料の弾性特性に対して極めて敏感なものにする。しかし、堅い上側部分によってもたらされた剛性の増加は、保持リングの撓みを減少させ、それによりパッドの変形、パッドの圧縮性に対する感受性、及び、エッジ効果を低減する。
【００３５】
図４を参照すると、保持リングの一部分が摩滅した後、シム２０２は、保持リング１９０と基部１０４との間に置かれて、シム２０２の開口を通って延びるボルト１９４と共にキャリアヘッド構造体の一部を形成することができる。保持リングは、高精度部品とすることができ、保持リングがある量だけ、例えば４０ミルだけ磨耗した状態では、キャリアヘッドが適切に機能しない場合がある。例えば、保持リングの下面が、研磨中に研磨面に接触しないかも知れない。しかし、シム２０２は、基部と保持リングの下面との距離を増加させてキャリアヘッドの適正な機能を維持する。それに加えて、湾曲部１１６（又は、湾曲部と可撓性薄膜とが結合して単一部品を形成する場合は可撓性薄膜１１８）の外縁と保持リング１１０との間に、環状シール２００を置くことができる。環状シール２００は、保持リング１１０と基部１０４との間の隙間を通ってチャンバ１９０に出入りする流体の漏れを防止する。シムは、例えばステンレス鋼である比較的堅い材料で形成することができ、これに対して環状シールは、例えばゴムである圧縮性材料で形成することができる。改修処理は、例えば保持リングが更に４０ミルだけ磨耗するごとに多数回繰返すことができる。各回毎に、僅かにより厚いシム及び環状シールがキャリア内に挿入されるであろう。すなわち、深い溝を有する保持リングの下面、及び、シム及びシールを有する修復キットを提供して、保持リングの耐用期間を顕著に改善することができる。
本発明は、幾つかの実施形態に関して説明されたが、本発明は、図解及び説明されたこれらの実施形態には限定されない。そうではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  化学機械研磨装置の分解全体図である。
【図２】  本発明によるキャリアヘッドの図式的横断面図である。
【図３】  保持リングを示す図２のキャリアヘッドの拡大図である。
【図４】  シム及び保持リングを有するキャリアヘッドの拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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