(57)【要約】  半導体ウェーハを処理及び研磨するために、少なくとも一つのリセス領域を有するベース構造物と、吸引が加えられる時に半導体ウェーハを外部可撓性メンブレン上に装着するために、前記少なくとも一つのリセス領域に合わせて形態を変形し、少なくとも一つの凹部を形成する外部可撓性メンブレンを使用する。【選択図】図１
2009529246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面を有し、前記底面に少なくとも一つのリセス領域を備えるように構成されたベース構造物と、
前記ベース構造物の下側に位置して、前記ベース構造物と共に前記ベース構造物の下側にチャンバを規定するように構成された外部可撓性メンブレンと、
前記外部可撓性メンブレンが前記ベース構造物の前記少なくとも一つの凹状領域に合せて形態を変え、前記外部可撓性メンブレンの下面に少なくとも一つの凹部が形成されるように、前記チャンバの少なくとも一部に吸引を加えるために前記チャンバに連結された第１流体管と、
前記吸引が前記チャンバに加えられるとき、開口部が前記少なくとも一つの凹部に位置するように、前記外部可撓性メンブレンを貫通し、半導体ウェーハを前記外部可撓性メンブレン上に装着するため、前記少なくとも一つの凹部に別の吸引を加えるために使われる第２流体管と、を備える研磨ヘッド。
【請求項２】
前記少なくとも一つの凹部が円形凹部を含むように、前記少なくとも一つのリセス領域が前記ベース構造物の中心付近に円形のリセス領域を備える請求項１に記載の研磨ヘッド
【請求項３】
前記少なくとも一つの凹部が相互連結された凹部を含むように、前記少なくとも一つのリセス領域が相互連結されたリセス領域を備える請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
前記相互連結されたリセス領域が一つまたはそれ以上の環状リセス領域を備える請求項３に記載の研磨ヘッド。
【請求項５】
前記ベース構造物がベース及び前記ベースに付着される複数の環状ディスクを備え、前記環状ディスクの少なくとも一部は、前記少なくとも一つのリセス領域を備える請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項６】
前記ベース構造物に付着されるハウジングと前記ハウジングの内部に位置する弁−レギュレータ組立体とをさらに備え、前記弁−レギュレータ組立体は、前記第１及び第２流体管に連結される請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項７】
前記ハウジングの下側に位置するリテーナリングと、前記ハウジングと前記リテーナリングとの間に位置する環状チューブとをさらに備える請求項６に記載の研磨ヘッド。
【請求項８】
前記リテーナリングと前記ハウジングとに付着されるフレキシャーをさらに備える請求項７に記載の研磨ヘッド。
【請求項９】
前記外部可撓性メンブレンは、環状の逆Ｕ字形態部を備える請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項１０】
前記ベース構造物に付着される複数の内部環状可撓性メンブレンをさらに備え、前記内部環状可撓性メンブレンは、前記外部可撓性メンブレン内に位置し、前記内部環状可撓性メンブレンのそれぞれは、流体管と連結される環状チャンバを規定する請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項１１】
前記外部可撓性メンブレンは、前記ベース構造物に向けて延伸するように構成された環状フラップを備え、前記環状フラップは、前記内部環状可撓性メンブレンの隣接した側壁の間に位置する請求項１０に記載の研磨ヘッド。
【請求項１２】
前記内部環状可撓性メンブレンの厚さは、前記外部可撓性メンブレンの厚さより薄いことを特徴とする請求項１０に記載の研磨ヘッド。
【請求項１３】
前記内部環状可撓性メンブレンは、側壁に環状ひだ部を含む請求項１０に記載の研磨ヘッド。
【請求項１４】
前記ベース構造物は、ベース及び前記ベースに付着された少なくとも第１及び第２環状ディスクを備え、前記第１環状ディスクの外側エッジは、階段構造を含むように構成され、前記第２環状ディスクの内側エッジは、逆階段構造を含み、前記第１環状ディスクの前記階段構造が前記第２環状ディスクの前記逆階段構造に合うように構成される請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項１５】
研磨ヘッドを使用して半導体ウェーハを処理及び研磨する方法において、
前記研磨ヘッドの外部可撓性メンブレンが少なくとも前記半導体ウェーハの一面に接近するように、前記研磨ヘッドを移動するステップと、
前記外部可撓性メンブレンと底面に少なくとも一つのリセス領域を備えるように構成された前記研磨ヘッドのベース構造物とによって規定される前記研磨ヘッドのチャンバの少なくとも一部に対して、前記外部可撓性メンブレンが前記ベース構造物の前記少なくとも一つの凹状領域に合せて形態を変え、少なくとも一つの凹部が前記外部可撓性メンブレンの底面上に形成されるように、吸引を加えるステップと、
前記半導体ウェーハを前記研磨ヘッドの前記外部可撓性メンブレン上に装着するために、前記外部可撓性メンブレンの前記底面上に形成された前記少なくとも一つの凹部に別の吸引を加えるステップと、を含む研磨ヘッドを使用した半導体ウェーハの処理及び研磨方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの凹部が円形凹部を含むように、前記少なくとも一つのリセス領域が前記ベース構造物の中心付近に円形リセス領域を備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの凹部が相互連結された凹部を含むように、前記少なくとも一つのリセス領域が相互連結されたリセス領域を備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ベース構造物の前記相互連結されたリセス領域が一つまたはそれ以上の環状リセス領域を備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ベース構造物がベースと前記ベースに付着された複数の環状ディスクとを備え、前記環状ディスクの少なくとも一部が前記少なくとも一つのリセス領域を備える請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
リテーナリング上に置かれる密閉された環状チューブで、前記研磨ヘッドのリテーナリングの振動を吸収するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記外部可撓性メンブレンを広げるステップであって、前記外部可撓性メンブレンの環状の逆Ｕ字形態部を真っ直ぐに伸ばすことを含むステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記外部可撓性メンブレンの内部に置かれる複数の内部環状可撓性メンブレンと前記ベース構造物とによって規定される前記研磨ヘッドの環状チャンバに加圧されたガスを供給するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記加圧されたガスを提供するステップは、前記加圧されたガスを使用して、前記環状チャンバ内の圧力を調節するステップを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記環状チャンバのうちの特定の環状チャンバを膨脹させるステップであって、前記特定の環状チャンバと結合された前記内部環状可撓性メンブレンのうちの、一つの内部環状可撓性メンブレンの環状ひだ部を真っ直ぐに伸ばすことを含むステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャンバの少なくとも前記一部に吸引を加えるステップは、前記外部可撓性メンブレンと、前記外部可撓性メンブレンの内部に位置する複数の内部環状可撓性メンブレンとの間の空間に吸引を加えるステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記チャンバの少なくとも前記一部に吸引を加えるステップは、前記外部可撓性メンブレン内に置かれる複数の内部環状可撓性メンブレンと前記ベース構造物とによって規定される前記研磨ヘッドの環状チャンバの少なくとも一つに吸引を加えるステップを含む請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に半導体工程装置に係り、さらに詳細には、半導体ウェーハを扱って研磨する研磨ヘッド及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体工程で金属配線と絶縁膜との積層が増えつつあることから、局部的な平坦度だけでなく、広範囲な領域での平坦度に対する重要度が次第に高まっている。半導体ウェーハを平坦化するために好まれる方法は、化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）方法であり、この方法では、半導体ウェーハの表面がウェーハと研磨パッドとの間に供給される研磨剤溶液を使用して研磨される。このＣＭＰ法はまた、半導体ウェーハ上に銅構造物を形成するためのダマシン工程にも広く使われる。
【０００３】
一般的に、ＣＭＰ装置は、研磨パッドが付着される研磨板と、半導体ウェーハを支持して研磨パッド上でウェーハを加圧するウェーハキャリアとを備える。ＣＭＰ装置は、研磨されたウェーハを洗浄して乾燥するために、ウェーハ洗浄装置も備えうる。
【０００４】
ＣＭＰ装置の重要な構成要素は、研磨面上で研磨されるように、半導体ウェーハを支持する研磨ヘッドである。研磨ヘッドは、ウェーハを装着（ロード）および離脱（アンロード）させうるように、そして、研磨パッド上でウェーハに圧力を加えうるように設計される。ウェーハが研磨された後に、ウェーハと研磨面との間に強い接着が存在することもあるが、このような接着は、研磨ヘッド上にウェーハを装着することを難しくする。研磨ヘッドは、ウェーハを研磨ヘッド上に装着するために、ウェーハと研磨面との間のかかる接着を克服するように設計されねばならない。ウェーハ研磨過程で、研磨ヘッドは、不均一な研磨を最小化するために、ウェーハに適切な圧力を加えねばならない。
【０００５】
このような観点で、半導体ウェーハを適切に扱って研磨するための研磨ヘッド及び方法が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、半導体ウェーハを適切に扱って研磨するための研磨ヘッド及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、半導体ウェーハを扱って研磨するための研磨ヘッド及び方法は、少なくとも一つのリセス領域を有するベース構造物と外部可撓性メンブレンとを使用し、前記外部可撓性メンブレンは、少なくとも一つの凹部を形成するように前記少なくとも一つのリセス領域に沿って変形され、前記少なくとも一つの凹部に吸引が加えられるとき、半導体ウェーハが外部可撓性メンブレン上に固定される。前記少なくとも一つの凹部によって、前記ウェーハの広い面積に吸引を加え、前記外部可撓性メンブレン上にウェーハを堅く固定させることができるようになる。
【０００８】
本発明の実施形態による研磨ヘッドは、ベース構造物、外部可撓性メンブレン、第１流体管及び第２流体管を備える。前記ベース構造物は、底面を有する。前記ベース構造物は、前記底面上に少なくとも一つのリセス領域を備えるように構成される。前記外部可撓性メンブレンは、前記ベース構造物の下側に位置する。前記外部可撓性メンブレンと前記ベース構造物とは、前記ベース構造物の下側にチャンバを形成する。
【０００９】
前記第１流体管は、前記チャンバの少なくとも一部に吸引を加えるように前記チャンバに連結される。前記吸引は、前記外部可撓性メンブレンを前記ベース構造物の前記少なくとも一つの凹状領域の形状に従うように変形させ、前記外部可撓性メンブレンの底面上に少なくとも一つの凹部を形成させる。前記第２流体管は、前記吸引が前記チャンバに加えられるとき、前記第２流体管の開口部が前記少なくとも一つの凹部に位置するように、前記外部可撓性メンブレンを貫通するように設けられる。前記第２流体管は、半導体ウェーハを前記外部可撓性メンブレン上に固定させるために、前記少なくとも一つの凹部に別の吸引を加えるために使われる。
【００１０】
本発明の実施形態による半導体ウェーハの処理及び研磨方法は、研磨ヘッドの外部可撓性メンブレンが前記半導体ウェーハの一面に近く位置するように、前記研磨ヘッドを移動するステップ、底面に少なくとも一つのリセス領域を備えるように構成された前記研磨ヘッドのベース構造物と前記外部可撓性メンブレンとによって規定された前記研磨ヘッドのチャンバの少なくとも一部に対して、前記外部可撓性メンブレンが前記ベース構造物の前記少なくとも一つの凹状領域に沿って変形され、少なくとも一つの凹部が前記外部可撓性メンブレンの底面上に形成されるように、吸引を加えるステップ、及び前記半導体ウェーハを前記研磨ヘッドの前記外部可撓性メンブレン上に固定させるために、前記外部可撓性メンブレンの前記底面上の前記少なくとも一つの凹部に別の吸引を加えるステップを含む。
【００１１】
本発明の他の観点及び長所は、本発明の原理の例を使用して示された図面と共に、次の詳細な説明から明確になりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して、本発明の実施形態による半導体ウェーハＷを研磨するための研磨ヘッド１０が記述される。図１は、組立てられた後の研磨ヘッド１０の垂直断面図である。研磨ヘッド１０は、前記ウェーハを保持し、研磨面１１上で前記ウェーハを回転させて加圧することによって、前記ウェーハを研磨するように構成される。前記ウェーハの研磨過程に、研磨スラリ及び／または化学薬品が使われうる。
【００１３】
研磨ヘッド１０は、ハウジング１２、ベース１４、及びリテーナリング１６を備える。ハウジング１２は、駆動シャフト１８に連結され、駆動シャフト１８は、研磨ヘッド１０を移動して回転するために使われる。駆動シャフト１８は、これを回転させるモータ（図示せず）に連結される。駆動シャフト１８は、研磨ヘッド１０を研磨面１１に対して垂直方向に位置移動させるために、流体アクチュエータのような垂直駆動器具（図示せず）にも連結される。ベース１４は、フレキシャー２０を通じてハウジング１２に連結される。
【００１４】
フレキシャー２０は、可撓性材料からなる薄い円形ディスクである。一例として、フレキシャー２０は、薄い金属円形ディスクでありうる。しかし、フレキシャー２０は、他の可撓性材料からなることもある。フレキシャー２０の内部領域は、前記フレキシャーをハウジング１２とベース１４とに付着させるための結合スクリュー、接着剤または他の手段を使用して、前記ハウジングと前記ベースとに物理的に付着される。フレキシャー２０の外郭部のエッジは、前記フレキシャーをリテーナリング１６に付着させるための結合スクリュー、接着剤または他の手段を使用して、前記リテーナリングに物理的に付着される。フレキシャー２０は、垂直方向に可逆的に変形できるように構成される。フレキシャー２０はまた、ベース１４に平行方向に前記フレキシャーに加えられるせん断圧力に耐えるように構成される。
【００１５】
研磨ヘッド１０は、環状チューブ２２をさらに備え、このチューブは、ハウジング１２とフレキシャー２０との間のリテーナリング１６上に置かれる。環状チューブ２２は、フレキシャー２０を介してハウジング１２とリテーナリング１６とに付着される。環状チューブ２２は、予め設定された圧力条件で、前記チューブの内部領域が空気、水、油、シリコン、ゼラチンまたは他のガスもしくは液体のような流体２４を含むように構成された密閉されたチューブである。流体２４は、粘性物質でもありうる。
【００１６】
環状チューブ２２は、リテーナリング１６が研磨面１１と接触しているとき、ハウジング１２によって下向き応力が前記環状チューブに加えられる時に加圧される。加圧された環状チューブ２２は、リテーナリング１６に前記下向き応力を伝達する。一実施形態で、研磨面１１に対するリテーナリング１６の反復的な加圧過程で、前記チューブが永久変形されないように、環状チューブ２２は、弾性材料で作られる。
【００１７】
リテーナリング１６が研磨面１１を押さえるとき、環状チューブ２２は、振動吸収体として作動する。前記ウェーハＷの研磨過程で、研磨面１１とリテーナリング１６の下部面との摩擦によって発生する前記振動は、環状チューブ２２によって吸収される。したがって、研磨ヘッド１０のハウジング１２に伝えられる前記振動は、最小化しうる。
【００１８】
リテーナリング１６を通じて研磨面１１に加えられる圧力を調節するためには、環状チューブ２２での流体２４の圧力は調整される必要がないので、環状チューブ２２は、研磨ヘッド１０でいかなる流体源にも連結される必要がない。しかし、他の実施形態では、前記チューブでの流体体積を調節するために、流体２４が前記チューブに供給されるか、または前記チューブから除去されるように、環状チューブ２２が流体源に連結されることもある。
【００１９】
研磨ヘッド１０は、コントローラ２６と弁−レギュレータ組立体２８とをさらに備える。前記図示された実施形態で、コントローラ２６と弁−レギュレータ組立体２８とは、ベース１４上のハウジング１２の内部に位置する。コントローラ２６は、後述するように、弁−レギュレータ組立体２８の構成要素を調節するように構成される。コントローラ２６は、動力及びデータ通信のために電線３０を通じてコンピュータのような外部コントローラ（図示せず）に連結される。コントローラ２６は、動力及びデータ通信のために電線３２を通じて弁−レギュレータ組立体２８にも連結される。弁−レギュレータ組立体２８は、流体管３６Ａ〜３６Ｄに連結される。流体管３６Ａは、空気のような加圧されたガスを受けるために使われる。流体管３６Ｂは、剰余ガスを放出するための排気口として使われる。流体管３６Ｃは、真空または吸引を提供するために使われる。流体管３６Ｄは、超純水（Ｄ.Ｉ.Ｗａｔｅｒ）を受けるために使われる。弁−レギュレータ組立体２８は、後述するように、多数の流体管３４Ａ〜３４Ｅにも連結される。
【００２０】
研磨ヘッド１０は、第１環状ディスク４０Ａ、第２環状ディスク４０Ｂ、第３環状ディスク４０Ｃ、第１内部環状可撓性メンブレン４２Ａ、第２内部環状可撓性メンブレン４２Ｂ、第３内部環状可撓性メンブレン４２Ｃ及び外部可撓性メンブレン４４を備える。第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃは、前記環状ディスクを前記ベースに物理的に付着させるための結合スクリュー、接着剤または他の手段を使用してベース１４に付着される。第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃは、リテーナリング１６の境界内に位置する。ベース１４と環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃとは、研磨ヘッド１０のベース構造物を形成する。
【００２１】
第１環状ディスク４０Ａは、図３Ａ及び図３Ｂでさらに詳細に示される。図３Ａは、第１環状ディスク４０Ａの底面図であり、図３Ｂは、前記第１環状ディスクの断面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示したように、第１環状ディスク４０Ａは、その中心に円形孔３０２とその底面に円形リセス領域３０４とを備える。前記円形孔が円形リセス領域３０４の中心に置かれるように、円形リセス領域３０４は、円形孔３０２の周囲に位置する。第１環状ディスク４０Ａの構成のいくつかの長所については後述する。
【００２２】
図１に戻って、第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃの底面での内径及び外径は、第３環状ディスク４０Ｃが第２環状ディスク４０Ｂを取り囲み、第２環状ディスク４０Ｂが第１環状ディスク４０Ａを取り囲むように決定される。一実施形態で、第２環状ディスク４０Ｂの外側エッジは、階段構造を有するように構成され、第３環状ディスク４０Ｃの内側エッジは、逆階段構造を有するように構成される。したがって、第２環状ディスク４０Ｂの外側エッジと第３環状ディスク４０Ｃの内側エッジとは、第２及び第３環状ディスクがしっかりと噛み合うように整合する。第２及び第３環状ディスク４０Ｂ,４０Ｃのいくつかの長所については後述する。
【００２３】
第１環状チャンバ４６Ａが第１環状ディスク４０Ａと第１内部環状可撓性メンブレン４２Ａとによって規定されるように、第１内部環状可撓性メンブレン４２Ａが第１環状ディスク４０Ａに連結される。第２環状チャンバ４６Ｂが第２環状ディスク４０Ｂと第２内部環状可撓性メンブレン４２Ｂとによって規定されるように、第２内部環状可撓性メンブレン４２Ｂが第２環状ディスク４０Ｂに連結される。第３環状チャンバ４６Ｃが第３環状ディスク４０Ｃと第３内部環状可撓性メンブレン４２Ｃとによって規定されるように、第３内部環状可撓性メンブレン４２Ｃが第３環状ディスク４０Ｃに連結される。第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレンは、接着剤を使用して、それらのそれぞれの環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃに固定されうる。一つまたはそれ以上の内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃが交替されるとき、それぞれの結合された内部環状可撓性メンブレンを有するそれぞれの環状ディスク４０Ａ,４０Ｂ及び／または４０Ｃが交替されうる。
【００２４】
内部環状可撓性メンブレン４００の一例が図４Ａ及び図４Ｂに示される。図４Ａ及び図４Ｂに示したように、内部環状可撓性メンブレン４００は、前記メンブレンの中心から外側方向に伸びた環状上部フラップ４０４を有する内部円形側壁４０２を備える。内部環状可撓性メンブレン４００はまた、前記メンブレンの中心に向けて内側方向に伸びた円形上部フラップ４１０を有する外部円形側壁４０８を備える。円形上部フラップ４０４,４１０は、内部環状可撓性メンブレン４００をそれぞれの環状ディスク４０Ａ,４０Ｂまたは４０Ｃに堅く固定させるために使われる。内部円形側壁４０２は、内部円形可撓性メンブレン４００の中心部円形孔４０６を規定する。前記孔４０６のサイズは、内部環状可撓性メンブレン４００の内径Ｄ１に該当する。外部円形側壁４０８は、内部環状可撓性メンブレン４００の外径Ｄ２を規定する。内部環状可撓性メンブレン４００の内径及び外径Ｄ１,Ｄ２は、前記内部環状可撓性メンブレンが研磨ヘッド１０の第１可撓性メンブレン４２Ａ、第２可撓性メンブレン４２Ｂまたは第３可撓性メンブレン４２Ｃとして使われるか否かによって決定される。
【００２５】
研磨ヘッド１０がそれぞれの環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃと結合された３つの環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃを備えると図示されて記述されたが、他の実施形態で、研磨ヘッド１０は、それぞれの環状ディスクと結合された他の数の環状チャンバを備えるように構成される。
【００２６】
図１に戻って、外部可撓性メンブレン４４は、前記外部可撓性メンブレンが第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃを覆うように、ベース１４とリテーナリング１６とに付着される。図示された実施形態で、外部可撓性メンブレン４４は、その中心部に第１環状ディスク４０Ａの前記円形孔に合う円形リセス領域４８を有するように構成される。外部可撓性メンブレン４４の円形リセス領域４８は、円形中央キャビティ５０を形成する。前記外部可撓性メンブレンを前記ベースに物理的に付着させるために、外部可撓性メンブレン４４の中心は、接着剤、一つ以上の結合スクリューまたは他の手段を使用してベース１４に付着される。外部可撓性メンブレン４４の外部エッジは、結合スクリューのような一つ以上の外部メンブレン固定体５２を使用してリテーナリング１６に付着される。他の実施形態で、前記外部可撓性メンブレンをリテーナリングに物理的に付着させるために、外部可撓性メンブレン４４の外部エッジは、接着体または他の手段を使用してリテーナリング１６に付着されることもある。外部可撓性メンブレン４４と環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃとは、大きい環状チャンバを規定するが、このチャンバは、内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃによって作られる環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃを備える。
【００２７】
外部可撓性メンブレン４４は、環状の周辺部５４と環状の中心部５６とを有するように構成される。環状周辺部５４は、前記環状周辺部がベース１４とリテーナリング１６との間に位置するように、環状の逆Ｕ字形態を有するように成形される。外部可撓性メンブレン４４の環状の中心部５６も、逆Ｕ字形態を有するように成形され、逆Ｕ字形態部５６の上部がベース１４の中心付近に形成されたリセス５８に対向する。逆Ｕ字形態部５４,５６は、それらの形態の反復的な変化後に、可逆的にそれらの形態を維持するように作られる。外部可撓性メンブレン４４の逆Ｕ字形態部５４,５６は、外部可撓性メンブレン４４が伸びるか、または過度に伸びなくとも、外部可撓性メンブレン４４がウェーハＷに向けて下側に伸び、また前記ウェーハから上側に収縮することを可能にする。したがって、外部可撓性メンブレン４４は、非弾性物質で作られていても、適切に伸長または収縮する機能を持つ。しかし、ある実施形態では、外部可撓性メンブレン４４が弾性物質で作られることもある。
【００２８】
外部可撓性メンブレン４４の底面は、ウェーハＷと接触する面として使われる。外部可撓性メンブレン４４と第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃとは、ゴム及びプラスチック材料を含むある種類の可撓性材料で作られる。ある実施形態では、ＰＶＣ、ポリスチレン、ナイロン、及びポリエチレンのようなプラスチック材料が第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃに使われる。ある実施形態では、ゴム、エラストマー、シリコンゴム及びポリウレタンゴムが外部可撓性メンブレン４４に使われる。他の実施形態では、非弾性材料が外部可撓性メンブレン４４に使われる。
【００２９】
ある実施形態では、第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃは、外部可撓性メンブレン４４よりさらに薄い。第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃに薄い可撓性メンブレンを使用することによって、第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃによって、外部可撓性メンブレン４４とウェーハＷ上との第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃの境界地域にかかる圧力偏差が最小化される。一例として、第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃは、０.２ｍｍより薄い薄膜でありうる。この例で、外部可撓性メンブレン４４は、０.５ｍｍより厚い薄膜でありうる。他の例として、第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃは、０.０６ｍｍと０.０９ｍｍとの間の厚さを有する薄膜でありうる。この例で、外部可撓性メンブレン４４は、０.６ｍｍと０.９ｍｍとの間の厚さを有する薄膜でありうる。
【００３０】
図２に外部可撓性メンブレン４４と第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃとが示される。図２は、前記第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレンを示すために、前記外部可撓性メンブレンが部分的に切り取られた研磨ヘッド１０の底面図である。図１に示したように、Ｄ１、Ｄ２及びＤ３は、それぞれ第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃの幅であり、したがって、環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃの幅は、それぞれ第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃによって規定される。この幅Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３は、それぞれ第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃの幅にも該当する。したがって、ディスク４０Ａ〜４０Ｃの幅Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３を調節することによって、それぞれのディスクと結合される環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃの幅が調節されうる。
【００３１】
図１に戻って、第１環状ディスク４０Ａとベース１４とは、第１環状チャンバ４６Ａが加圧されたガスを受けるように、流体管３４Ａを通じて弁−レギュレータ組立体２８に連結されるように少なくとも一つの流体管３４Ａを備える。第２環状ディスク４０Ｂとベース１４とは、第２環状チャンバ４６Ｂが加圧されたガスを受けるように、流体管３４Ｂを通じて弁−レギュレータ組立体２８に連結されるように少なくと一つの流体管３４Ｂを備える。第３環状ディスク４０Ｃとベース１４とは、第３環状チャンバ４６Ｃが加圧されたガスを受けるように、流体管３４Ｃを通じて弁−レギュレータ組立体２８に連結されるように少なくとも一つの流体管３４Ｃを備える。前記加圧されたガスは、空気、窒素または他のガスの組合わせでありうる。弁−レギュレータ組立体２８は、他の圧力を有するガスがそれぞれの流体管３４Ａ〜３４Ｃを通じて第１、第２及び第３環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃに供給されるようにガスの圧力を調節する。
【００３２】
ベース１４も中央流体管３４Ｄを備え、この流体管は、中央キャビティ５０に真空／吸引を提供し、超純水を供給するために、中央キャビティ５０を外部可撓性メンブレン４４を通じて弁−レギュレータ組立体２８に連結する。流体管３４Ｄは、外部可撓性メンブレン４４の中央に位置し、外部可撓性メンブレンを通じて伸びる開口部３５を備える。ベース１４は、少なくとも一つの流体管３４Ｅを備え、この流体管は、真空／吸引を空間６０に提供するために、外部可撓性メンブレン４４と内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃとの間の空間６０を弁−レギュレータ組立体２８に連結する。流体管３４Ｅは、必要な時に環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃが効率的に収縮されるように、空間６０に加えられる真空／吸引を提供する。
【００３３】
一実施形態で、内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃの少なくとも幾つかは、前記メンブレンが伸びるか、または過度に伸びずに、膨脹及び収縮できるように環状のひだ部（しわ部）を含むように構成される。図５は、環状ディスク５０２に付着された内部環状可撓性メンブレン５００の断面図を示す。メンブレン５００は、その内部側壁５０６に環状ひだ部５０４を含み、外部側壁５１０に環状ひだ部５０８を含むように構成される。内部側壁５０６上のひだ部５０４は、外部側壁５１０または環状ディスク５０２に対向するように外側に突出して構成される。外部側壁５１０上のひだ部５０８は、内部側壁５０６または環状ディスク５０２に対向するように内側に突出して構成される。したがって、ひだ部５０４,５０８は、何れも環状ディスク５０２に対向して突出する。この実施形態で、メンブレン５００のひだ部５０４は、環状ディスク５０２の内側に形成された環状リセス領域５１２に対向する。メンブレン５００のひだ部５０８は、環状ディスク５０２の外側に形成された環状リセス領域５１４に対向する。内部環状メンブレン５００のひだ部５０４,５０８は、外部可撓性メンブレン４４の逆Ｕ字形態と類似した機能を提供する。内部可撓性メンブレン５００のひだ部５０４,５０８は、メンブレン５００が伸びるか、または甚だしく伸びずに、ウェーハＷ（図５に図示せず）に向けて下方に伸長され、また、前記ウェーハから上側に収縮することを可能にする。したがって、内部環状可撓性メンブレン５００は、非弾性材料で作られていても、伸長または収縮するなど適切に機能する。しかし、ある実施形態では、内部環状可撓性メンブレン５００が弾性材料で作られうる。
【００３４】
さて、図６Ａ及び図６Ｂで、環状ディスク４０Ｂ，４０Ｃによってそれぞれ規定される第２及び第３環状チャンバ４６Ｂ，４６Ｃの幅を調整する例が記述される。図６Ａは、ジョイントスクリュー６００によって結合された第２及び第３環状ディスク４０Ｂ，４０Ｃの第１セットを示す。図６Ｂは、ジョイントスクリュー６００によって結合された第２及び第３環状ディスク４０Ｂ，４０Ｃの第２セットを示す。図６Ａで、第２環状ディスク４０Ｂの幅は、１３ｍｍであり、第３環状ディスク４０Ｃの幅は、７ｍｍである。図６Ｂで、第２環状ディスク４０Ｂの幅は、１７ｍｍに変化され、第３環状ディスク４０Ｃの幅は、３ｍｍに変わった。したがって、第２及び第３環状チャンバ４６Ｂ，４６Ｃの幅が調整された。しかし、第２及び第３環状ディスク４０Ｂ，４０Ｃの全体幅は、変わらなかった。したがって、第２及び第３環状チャンバ４６Ｂ，４６Ｃの幅は、単に環状ディスク４０Ｂ，４０Ｃ、そして、付着された内部環状可撓性メンブレン４２Ｂ，４２Ｃを変化させることによって調整されうる。すなわち、第２及び第３環状チャンバ４６Ｂ，４６Ｃの幅を調整するために、環状ディスク４０Ａと内部環状可撓性メンブレン４２Ａとは変化される必要がない。
【００３５】
図７Ａで、本発明の実施形態による弁−レギュレータ組立体２８が示される。弁−レギュレータ組立体２８は、マニホールド７０２Ａ，７０２Ｂ，７０２Ｃ、圧力レギュレータ７０４Ａ，７０４Ｂ，７０４Ｃ、三方向弁７０６及び水捕集器７０８を備える。マニホールド７０２Ａは、加圧されたガスを受けるために、流体管３６Ａに連結される。マニホールド７０２Ａはまた、流体管３６Ａから前記圧力レギュレータに前記加圧されたガスを分配するために、圧力レギュレータ７０４Ａ，７０４Ｂ，７０４Ｃにも連結される。圧力レギュレータ７０４Ａ，７０４Ｂ，７０４Ｃは、それぞれ流体管３４Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを通じて第１、第２及び第３環状チャンバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃにそれぞれ連結される。圧力レギュレータ７０４Ａ，７０４Ｂ，７０４Ｃは、マニホールド７０２Ｂにも連結され、マニホールド７０２Ｂは、流体管３６Ｂに連結される。圧力レギュレータ７０４Ａは、加圧されたガスを第１環状チャンバ４６Ａに選択的に送るように構成される。圧力レギュレータ７０４Ａはまた、マニホールド７０２Ｂを経て流体管３６Ｂを通じて加圧されたガスを選択的に放出するように構成される。同様に、圧力レギュレータ７０４Ｂ，７０４Ｃは、環状チャンバ４６Ｂ，４６Ｃの内部の圧力を調整しうる。たとえ図示されていないとしても、圧力レギュレータ７０４Ａ〜７０４Ｃは、電力とコントロール信号とを受けるために、電線３２を通じてコントローラ２６に連結される。
【００３６】
マニホールド７０２Ｃは、真空／吸引を提供する流体管３６Ｃに連結される。マニホールド７０２Ｃは、真空／吸引を空間６０に提供するために、流体管３４Ｅを経て外部可撓性メンブレン４４と内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃとの間の空間６０にも連結される。空間６０はまた、空間６０が流体管３６Ｂに連結されるように、マニホールド７０２Ｂにも連結されることもある。マニホールド７０２Ｃは、中央キャビティ５０に真空／吸引を加えるために、弁７０６と水捕集器７０８とを通じて流体管３４Ｄにも連結される。三方向弁７０６は、マニホールド７０２Ｃと水捕集器７０８を経て中央キャビティ５０とに連結される。三方向弁７０６はまた、超純水を受けるように、流体管３６Ｄにも連結される。したがって、弁７０６は、選択的に中央キャビティ５０に超純水を供給するか、または中央キャビティ５０に真空／吸引を加えうる。図示されていないが、三方向弁７０６は、電力とコントロール信号とを受けるために、電線３２（図１を参照）を通じてコントローラ２６に連結される。水捕集器７０８は、真空／吸引が中央キャビティ５０に加えられるとき、中央キャビティ５０からの汚染された水を集めるために流体管３４Ｄに連結される。水捕集器７０８の汚染された水は、適切な時に流体管３６Ｄを経て受け取られる超純水によって中央キャビティ５０を通じて排出される。
【００３７】
図７Ｂで、本発明の代替実施形態による弁−レギュレータ組立体２８の構成要素が示される。この代替実施形態で、弁−レギュレータ組立体２８は、三方向弁７１０Ａ，７１０Ｂ，７１０Ｃをさらに備える。三方向弁７１０Ａは、圧力レギュレータ７０４Ａ、マニホールド７０２Ｃ及び第１環状チャンバ４６Ａに連結される。マニホールド７０２Ｃが真空／吸引を提供する流体管３６Ｃに連結されるので、三方向弁７１０Ａは、環状チャンバ４６Ａを収縮させるために、第１環状チャンバ４６Ａに吸引を提供するように、第１環状チャンバ４６Ａをマニホールド７０２Ｃに選択的に連結しうる。三方向弁７１０Ｂは、圧力レギュレータ７０４Ｂ、マニホールド７０２Ｃ及び第１環状チャンバ４６Ｂと同様に連結され、三方向弁７１０Ｃは、圧力レギュレータ７０４Ｃ、マニホールド７０２Ｃ及び第３環状チャンバ４６Ｃと同様に連結される。したがって、三方向弁７１０Ｂは、前記第２環状チャンバを収縮させるために、前記第２環状チャンバに吸引を提供するように、第２環状チャンバ４６Ｂをマニホールド７０２Ｃに選択的に連結する。同様に、三方向弁７１０Ｃは、前記第３環状チャンバを収縮させるために、前記第３環状チャンバに吸引を提供するように、第３環状チャンバ４６Ｃをマニホールド７０２Ｃに選択的に連結する。
【００３８】
図１及び図８を参照して、ウェーハＷを研磨ヘッド１０に装着し、前記研磨ヘッドを利用して、前記ウェーハを研磨面１１上で研磨し、前記研磨ヘッドから前記ウェーハを脱着する過程が説明される。図８は、ウェーハＷがヘッドに装着されている状態の研磨ヘッド１０の垂直断面図である。図１で、研磨ヘッド１０の外部可撓性メンブレン４４は、ウェーハＷの裏面と接触している。
【００３９】
ウェーハＷを研磨ヘッド１０に装着するために、吸引が流体管３４Ｄを通じて中央キャビティ５０に加えられる。吸引はまた、流体管３４Ｅを通じて内部環状メンブレン４２Ａ〜４２Ｃと外部可撓性メンブレン４４との間の空間６０にも加えられる。その結果として、環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃは、真空となり、環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃは、図８に示したように収縮される。代案として、前記環状チャンバを真空化し、前記環状チャンバを収縮させるために、吸引が流体管３４Ａ〜３４Ｃを通じて環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃに直接供給される。環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃを収縮させることをさらに助けるために、吸引が内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃと外部可撓性メンブレン４４との間の空間６０に加えられることもある。
【００４０】
環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃが収縮するにつれて、内部環状可撓性メンブレン４２Ａと外部可撓性メンブレン４４とは、第１環状ディスク４０Ａの円形リセス領域３０４に吸着され、この円形リセス領域３０４に合うように形態が変形され、前記外部可撓性メンブレンの底面上に大きい円形凹部を形成する。外部可撓性メンブレン４４の底面に形成される円形凹部は、効果的に中央キャビティ５０のサイズまたは直径を増大させる。前記吸引の結果として、真空が外部可撓性メンブレン４４とウェーハＷの裏面との間で中央キャビティ５０に作られ、この真空が前記ウェーハを研磨ヘッド１０に装着させる。第１環状ディスク４０Ａの円形リセス領域３０４は、ウェーハＷのさらに大きい領域を前記吸引に曝し、これにより、前記研磨ヘッドの装着力が増大する。円形リセス領域３０４は、研磨ヘッド１０の中央キャビティ５０を小さくすることを可能とする。一例として、中央キャビティ５０の直径は、５ｍｍより小さく、例えば、２.５ｍｍである。既存の研磨ヘッドでは、類似した中央キャビティの直径は、前記中央キャビティに形成される吸引が半導体ウェーハを装着するための十分な吸引力を与えるように、通常５ｍｍよりはるかに大きい、例えば、１０ｍｍほどである。前記中央キャビティの直径が相対的に大きいため、既存の研磨ヘッドは、前記中央キャビティの下側に位置する半導体ウェーハ上の領域に十分な下向きの力を提供するために、ウェーハ研磨過程中に前記中央キャビティに圧力を提供する必要がある。しかし、研磨ヘッド１０では中央キャビティ５０が十分に小さいため、中央キャビティ５０には、そのような圧力が不要である。
【００４１】
研磨面１１上でウェーハＷを研磨するために、装着されたウェーハを有する研磨ヘッド１０が前記研磨面上に移動する。研磨ヘッド１０は、リテーナリング１６が前記研磨面に接するように研磨面１１上に低く位置させる。次のステップで、圧力レギュレータ７０４Ａ〜７０４Ｃを通じて環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃに同一または異なる圧力を有する加圧されたガスを供給することによって、第１、第２及び第３環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃが膨らむ。その結果として、環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃが膨らんで外部可撓性メンブレン４４の底面を研磨面１１側に押し、これにより、研磨過程において研磨面１１上でウェーハに同一または異なる圧力をかける。
【００４２】
このような方式で、ウェーハＷに加えられる圧力が前記ウェーハの区域によって調節されうる。第１環状チャンバ４６Ａの下側に置かれる中央地域にかかる圧力は、そのチャンバでの圧力によって調節される。第２環状チャンバ４６Ｂの下側に置かれる前記中央地域を取り囲んでいる中間環状区域にかかる圧力は、そのチャンバによって調節される。第３環状チャンバ４６Ｃの下側に置かれる前記中間地域を取り囲んでいる外部環状区域にかかる圧力は、そのチャンバによって調節される。前記それぞれの区域に異なる圧力をかけることによって、前記それぞれの区域での研磨速度が個別的に調節される。
【００４３】
外部可撓性メンブレン４４の底面が下側に押されることによって、外部可撓性メンブレン４４の環状の逆Ｕ字形態の形状が、その高さが低くなるように変化される。すなわち、外部可撓性メンブレン４４の環状の逆Ｕ字形態は、少なくとも部分的に広げられる。環状の逆Ｕ字形態５４，５６のかかる変化は、外部可撓性メンブレン４４の底面が下側にさらに容易に動けるようにする。逆Ｕ字形態５４，５６がなければ、外部可撓性メンブレン４４の側壁が伸びるか、または引っ張られる必要があるが、これは、外部可撓性メンブレン４４の底面を下側に容易に動けなくする。
【００４４】
研磨過程中に、中央キャビティ５０にかかった吸引は除去される。研磨過程で、中央キャビティ５０にかかった吸引を除去する代わりに、前記加えられた吸引がウェーハ外ずれの感知に使われうる。ウェーハＷが研磨過程で研磨ヘッド１０から外れれば、前記吸引の圧力が変化する。このような圧力変化を感知することによって、ウェーハ外ずれが感知されうる。
【００４５】
研磨過程が終えた後にウェーハＷを保持ために、前記吸引が中央キャビティ５０に再び加えられる。前記ウェーハが前記吸引によって外部可撓性メンブレン４４上に保持された後は、加圧されたガスは第１、第２及び第３環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃにはそれ以上加えられない。それと共に、環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃを収縮させるために、内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃと外部可撓性メンブレン４４との間の空間６０に別の吸引がかかる。この吸引が外部可撓性メンブレン４４をベース１４に向けて持ち上げる。中央キャビティ５０に加えられる前記吸引が前記ウェーハをベース１４側に引っ張るので、前記ウェーハは、研磨面１１から持ち上げられ、環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃが収縮することによって、ベース１４側に向けて動く。
【００４６】
外部可撓性メンブレン４４の底面が上向きに動くことによって、外部可撓性メンブレン４４の環状の逆Ｕ字形態５４，５６の形状が、本来の逆Ｕ字形態に復元される。
【００４７】
次のステップで、研磨ヘッド１０がウェーハ離脱ステーション（図示せず）へ移送され、前記ウェーハは、前記ウェーハ離脱ステーションで離脱される。研磨ヘッド１０から前記ウェーハを離脱させるために、前記吸引は中央キャビティ５０、及び内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃと外部可撓性メンブレン４４との間の空間６０にそれ以上加えられない。さらに、前記ウェーハを前記ウェーハ離脱ステーションに離脱させるために加圧されたガスが、それぞれの流体管３４Ａ〜３４Ｃを通じて内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃの少なくとも一つに加えられる。この方法の代りに、前記ウェーハを前記ウェーハ離脱ステーションで離脱させるために、超純水が流体管３４Ｄを経て中央キャビティ５０を通じて前記ウェーハ上に加えられる。
【００４８】
図９で、本発明の他の実施形態による第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃが示される。この実施形態で、環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃの少なくとも幾つかは、相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄを含むように構成される。第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃの相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄは、図３Ａ及び図３Ｂに示されたように、第１環状ディスク４０Ａのリセス領域と類似している。第１、第２及び第３環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃの相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄは、内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃが収縮され、吸引が環状チャンバ４６Ａ〜４６Ｃの一つまたはそれ以上及び／または内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃと外部可撓性メンブレン４４との間の空間６０に加えられるとき、内部環状可撓性メンブレン４２Ａ〜４２Ｃはもとより、外部可撓性メンブレン４４が相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄに合うように形態を変化させる。
【００４９】
図１０に示したように、外部可撓性メンブレン４４が前記加られえた吸引によって、相互連結したリセス領域９００に合うように形態が変わるとき、外部可撓性メンブレン４４の底面は、相互連結された凹部１００２Ａ〜１００２Ｄを形成し、ウェーハが前記外部可撓性メンブレンと接しているとき、が流体管３４Ｄの開口部３５を通じて相互連結されたデプレッション１００２Ａ〜１００２Ｄに真空が形成される。相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｃが環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃにわたって分布されているので、これに対応する相互連結された凹部も外部可撓性メンブレン４４の底面全体にわたって分布される。したがって、ウェーハが外部可撓性メンブレン４４と接しており、吸引が相互連結された凹部１００２Ａ〜１００２Ｄに加えられるとき、真空が前記ウェーハの裏面のほとんどで形成されて加えられる。相互連結された凹部１００２Ａ〜１００２Ｄでの真空は、相互連結された凹部１００２Ａ〜１００２Ｄの領域に対応する前記ウェーハ上の広い領域にわたって、前記ウェーハと外部可撓性メンブレン４４との間に結合を作り出す。
【００５０】
図９で、相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄは、環状ディスク４０Ａの底面上に位置する円形リセス領域９００Ａと環状リセス領域９００Ｂ，９００Ｃとを備える。それと共に、相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄは、環状ディスク４０Ｂの底面上に位置する環状リセス領域９００Ｄを備える。この図示された実施形態では、環状ディスク４０Ｃの底面には、リセス領域がない。しかし、他の実施形態では、環状ディスク４０Ｃが一つまたはそれ以上の相互連結されたリセス領域を備えうる。
【００５１】
他の実施形態で、一つまたはそれ以上の環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃは、相互連結されたリセス領域９００Ａ〜９００Ｄとは異なる形状を有する相互連結されたリセス領域を有しうる。一例として、一つまたはそれ以上の環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃは、放射状に拡張される相互連結されたリセス領域を有しうる。他の例として、一つまたはそれ以上の環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃは、幾何学的な形状を有する相互連結されたリセス領域を有しうる。
【００５２】
図９の環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃを有する研磨ヘッドの動作は、図１の研磨ヘッド１０の動作と類似している。したがって、ウェーハ装着、図９の環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃを有する研磨ヘッドを使用した研磨工程とウェーハ離脱工程とは、図１の研磨ヘッド１０を使用する工程と類似している。
【００５３】
図１または図９の環状ディスク４０Ａ〜４０Ｃを使用する研磨ヘッド１０に対する懸念は、第３内部環状可撓性メンブレン４２Ｃによって規定される第３環状チャンバが、第３環状チャンバ４６Ｃでの圧力が第２環状チャンバ４６Ｂでの圧力よりはるかに大きい時に過度に膨脹しうるという点である。その結果として、図２に示されたように、第３環状チャンバ４６Ｃの厚さが望ましい厚さＤ３より大きくなることもある。
【００５４】
図１１Ａで、本発明の実施形態による外部可撓性メンブレン４４の一部が示される。この実施形態で、外部可撓性メンブレン４４は、ベース１４に向かって上側に延伸する環状フラップ４５を含む。環状フラップ４５は、前記環状フラップが第２及び第３内部環状可撓性メンブレン４２Ｂ，４２Ｃの隣接した側壁の間に位置するように、外部可撓性メンブレン４４の下部４９の上面４７に付着される。環状フラップ４５は、第２内部環状可撓性メンブレン４２Ｂによって作られる第２環状チャンバ４６Ｂと第３内部環状可撓性メンブレン４２Ｃによって作られる第３環状チャンバ４６Ｃとの間で、前記第３環状チャンバ４６Ｃが第２環状ディスク４０Ｂの底面下の領域で第２環状チャンバ側に過度に膨脹しないように、障壁を提供する。したがって、外部可撓性メンブレン４４の環状フラップ４５は、第３環状チャンバの圧力が第２環状チャンバ４６Ｂの圧力よりはるかに大きい時にも、第３環状チャンバ４６Ｃの厚さＤ３を維持するように手助けし、これは、研磨ヘッド１０が研磨過程で第３環状チャンバによって影響を受ける前記ウェーハ上の領域を調節せしめる。図１１Ａに示される実施形態で、環状フラップ４５は、外部可撓性メンブレン４４の一部である。すなわち、環状フラップ４５を有する外部可撓性メンブレン４４は、一つの物質で作られる。すなわち、この実施形態で環状フラップ４５は、外部可撓性メンブレン４４の残りの部分と同じ物質で作られる。
【００５５】
代替実施形態で、外部可撓性メンブレン４４の環状フラップ４５は、図１１Ｂに示したように、前記外部可撓性メンブレンの底面４９に付着される別個のものでありうる。この実施形態で、外部可撓性メンブレン４４の下部４９は、その上面４７上に環状溝５１を含む。環状フラップ４５は、外部可撓性メンブレン４４の下部４９の環状溝５１に位置する。環状フラップ４５は、接着剤を使用して外部可撓性メンブレン４４の下部に付着されうる。この実施形態で、環状フラップ４５は、外部可撓性メンブレン４４の残りの部分とは異なる物質で作られる。例えば、環状フラップ４５は、第２環状チャンバ４６Ｂと第３環状チャンバ４６Ｃとの間にさらに強い障壁層を提供するために、外部可撓性メンブレン４４の残りの部分の物質よりさらに堅い物質で作られる。
【００５６】
図１２の工程フローチャートを参照して、研磨ヘッドを使用して半導体ウェーハを扱って研磨する方法が記述される。ブロック１２０２で、前記研磨ヘッドは、前記研磨ヘッドの前記外部可撓性メンブレンが前記半導体ウェーハの一面に近づくように移動する。次のブロック１２０４で、前記外部可撓性メンブレン及び前記研磨ヘッドのベース構造物によって規定される前記研磨ヘッドのチャンバに吸引が加えられる。前記ベース構造物は、前記ベース構造物の下部に少なくとも一つのリセス領域を含むように構成される。前記チャンバに前記吸引を加えれば、前記外部可撓性メンブレンが前記ベース構造物の前記少なくとも一つのリセス領域に合うように形態を変え、少なくとも一つの凹部が前記外部可撓性メンブレンの底面上に形成される。次のブロック１２０６で前記半導体ウェーハを前記研磨ヘッドの前記外部可撓性メンブレン上に装着するために、別の吸引が前記外部可撓性メンブレンの底面上の前記少なくとも一つの凹部に加えられる。
【００５７】
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態による研磨ヘッドの垂直断面図である。
【図２】第１、第２及び第３内部環状可撓性メンブレンを示すために、外部可撓性メンブレンの一部を切り取った本発明の実施形態による図１の研磨ヘッドの底面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による図１の研磨ヘッドの第１環状ディスクの底面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの第１環状ディスクの断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による図１の研磨ヘッドの内部可撓性メンブレンの立体図である。
【図４Ｂ】図４Ａの内部環状可撓性メンブレンの断面図である。
【図５】本発明の実施形態による環状ディスク及び内部環状可撓性メンブレンの断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による第２及び第３内部環状可撓性メンブレンを有する第２及び第３環状ディスクの例を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による第２及び第３内部環状可撓性メンブレンを有する第２及び第３環状ディスクの他の例を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による図１の研磨ヘッドの弁−レギュレータ組立体のブロックダイアグラムである。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態による図１の研磨装置の弁−レギュレータ組立体のブロックダイアグラムである。
【図８】本発明の実施形態による半導体ウェーハが装着された研磨ヘッドの他の断面図である。
【図９】本発明の実施形態による相互連結されたリセス領域を有する第１、第２及び第３環状ディスクの底面図である。
【図１０】本発明の実施形態による環状ディスクの相互連結されたリセス領域に沿って変形された外部可撓性メンブレンを示す底面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による環状フラップを有する外部可撓性メンブレンの一部を示す断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の他の実施形態による環状フラップを有する外部可撓性メンブレンの一部を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態による半導体ウェーハを扱って研磨するための方法を示す工程フローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2009529246.tif 000020
2009529246.tif 000021