(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハの研磨の均一性を確保することが可能な流体圧制御式ウエハポリシングヘッドを提供する。【解決手段】ウエハバッキング部材124には、バッキング部材からバッキング部材124の外縁近くに延びてウエハ142と該部材との間にリセス126を形成し、ウエハの後ろのリセス126に流体または気体を保持して、ポリシングパッド182に押しつけられるウエハの表面全域に均一な圧力を加えるシール機構を設ける。気密ベローズチャンバ120が、ウエハバッキング部材124を支持しポリシングパッド182に押しつけて、ウエハ142をパッド182に押しつける一次加重を加える。ベローズ118を加圧してウエハ142をポリシングパッド182に押しつけると、シール130が圧縮される。【選択図】図３
2006049924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを研磨する為のシステムであって：
ハウジング支持プレート、
第１通路をウエハバッキング部材であって、そこを貫通した第１通路を有し、前記ウエハの後方にポケットを含む、前記ウエハバッキング部材、
ローディング部材であって、研磨表面に抗して前記ウエハの下方ローディングを提供し、前記ハウジング支持プレートと前記ウエハバッキング部材との間にチャンバを含み、前記チャンバが前記ウエハバッキング部材に圧力を与えるように加圧可能である、前記ローディング部材、
前記ウエハバッキング部材の周りに延長可能であり、引っ込めることができ、圧力延長可能な保持リングアセンブリであって、前記保持リングアセンブリの延長および引っ込めることは、前記ウエハバッキング部材から独立して制御される、前記保持リングアセンブリ、
を含むポリシングヘッドと；
前記ポケットと流体連通した水圧または空圧システムであって、前記水圧又は空圧システムは前記第１通路を通って前記ポケットに流体を印加し、前記ウエハに負荷を与える、前記水圧又は空圧システムと；
を備える、前記システム。
【請求項２】
前記ローディング部材は、ベローズを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記保持リングアセンブリを延長する為に伸張可能なブラダを更に備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記ブラダは、環状ブラダである、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記保持リングアセンブリを上方に附勢する為に複数の圧縮バネを更に備える、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記ポリシングヘッドは、そこを貫通する第２通路及び第３通路を含み、前記第２通路は、前記ハウジング支持プレートおよび前記ウエハバッキング部材間のチャンバと流体連通し、前記第３通路は、前記伸張可能なブラダと流体連通している、請求項３記載のシステム。
【請求項７】
前記ウエハバッキングは、ウエハに面したリセスを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ウエハの裏側に係合し、前記凹部との関係で加圧可能なポケットを形成するように構成されたエッジシール特徴部を更に備える、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記エッジシールは、Ｏリングである、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記エッジシールは、リップシールである、請求項７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、概説的にはメカニカルポリシングに関し、特に、半導体産業において略円形の半導体ウエハの研磨（ポリシング）に用いるポリシングヘッドに関する。
【従来の技術】
【０００２】
本発明は、基板特に半導体基板をポリシングパッドの表面上に位置決めするに有用なポリシングヘッドの、改良構造及び操作性の簡便化を提供するものである。また、このポリシングヘッドは、基板表面と研磨面との間の制御可能なバイアス又は負荷を与える典型的な基板研磨装置では、基板の表面を研磨面に対して位置決めする。このような研磨の構成は、基板をブール(boule) （単結晶）からのスライス後に研磨してスムーズで平坦な、互いに平行な表面裏面を与えるには有用である。また、１つ以上の膜層を堆積した基板の表面を平坦化するために研磨を用いる場合では、このような基板の表面を研磨するために有用である。移動する研磨面に対する膜層の位置決めに関して、化学的反応性の成分及び研磨剤成分を共に有するスラリを用いて、所望の研磨が与えられる。
【０００３】
一般的なウエハ研磨装置では、キャリヤ又はポリシングヘッドを用いて、基板を保持し、研磨面に対して基板の薄膜層表面の位置決めをする。研磨面は、大きな回転可能なプラーテン上に、一般に直径１メートルほどもある大形のポリシングパッドを配置することによって形成されるのが普通である。プラーテンはモータの駆動を受けて、ポリシングパッドを回転させ、これによって、パッドと基板の膜層表面との間に相対運動が生じることになる。パッドが回転すると、キャリヤから基板が引き出される傾向がある。従って、キャリヤには、一般に、基板を収容するリセス（又は窪み）も含まれている。このリセスは、通常、基板のエッジに隣接する位置に、キャリヤの基板受容面から下方にリテーナーを伸ばし、これを基板エッジの周りに円周方向に伸ばすことにより、形成される。また、この装置は、基板をパッドに加重するための、ポリシングパッド上にキャリヤを位置決めしキャリヤをパッドの方へバイアスするための手段と、キャリヤに対して回転、振動、または、振幅運動を付与するための駆動手段とを提供する。
【０００４】
Ｓｈｅｎｄｏｎらによる米国特許第５，２０５，０８２号には、保持リングを備えたポリシングヘッドの例が示されており、ここでは、ウエハキャリヤ及びウエハリテーナをポリシングパッドに押しやる加圧ダイヤフラム装置が開示されている。
【０００５】
図１及び図２には、一般的なポリシングヘッド構成が開示されている。図１には、キャリヤ２０を駆動部材に取り付けるための上プレート２２と、バネ式保持リング３０が終端となり下方に延びる外壁２４と、ベローズ３８によって上方プレート２２に連結され、外壁２４及びリング３０内に収容されたウエハバッキング部材４２とを備えた、ポリシングヘッド２０が開示されている。バッキング部材４２の下面は、共形のパッド材料４８を受容し、このパッド材料に対して、基板５０が研磨のために受容される。保持リング３０は、基板５０のエッジに外接し、外壁の下方端のさねはぎ連結部２６に連結されている。また、この連結部には、リング３０の上面３２を支持して、リングを外壁２４から下方にバイアスするバネ２８も含まれている。
【０００６】
ヘッド２０は、回転可能なプラーテン５４の上に配置されたポリシングパッド５２に受容されており、これにはスラリ５３が供給されてもよい。基板にポリシングパッドに対するバイアスまたは加重（負荷）を加えるため、ベローズ３８と、上壁２２と、バッキング部材４２の上面によって画成されるチャンバ３９の中に、通路３４が伸びている。加圧によってチャンバ３９にエア又はその他の流体が供給されると、バッキングプレート４２が下方に押しやられ、基板にバイアスまたは加重がかかって、ポリシングパッドに押しつけられる。また、バッキング部材４２にはその内部にチャンバ４５を有しており、このチャンバ４５は、バッキング部材４２の壁によって画成され、また、ポート３６と、チャンバ３９の中を通ってチャンバ４５の中へと開くポート４４に至るホース４０と、によって画成される通路に、加圧された流体を供給することによって、加圧することが可能である。この第２のチャンバ４５が加圧されれば、バッキング部材４２のフレキシブルな底部壁面４６を差動的に膨張させるので、基板のエッジに生じる加重に比べて、基板の中央における加重が大きくなる。このデザインにより、一般にケミカルメカニカルポリシングに関連した問題の１つである、基板のエッジが基板の中心よりも速く研磨されるという傾向に対する解決策が得られる。基板の中心における加重を大きくすることによって、基板の中心における研磨速度を増し、基板のエッジにおける研磨速度とのバランスをとることが可能になる。
【０００７】
図２には、研磨されるウエハ７２をポリシングパッド５２に対してほぼ均一にクランプするための代替装置が示されており、これは、米国特許出願（１９９４年３月２日に出願の番号０８／２０５，２７６）に記載されている。図２のポリシングヘッド５８は、図１の構成の保持リングと同様の保持リング６８を備えた、下降スカート６０を有している（連結の細部は示されていない）。ブラダライニング７０が、下降スカート６０内のキャビティ６２に対して内張りされており、また、キャビティ６２の底部開口部をまたいでいるので、研磨されるウエハ７２は、ブラダ７０の下面に直接接触することになる。ポリシングヘッド５８は、研磨アーム（または部材）に対し垂直方向に固定されている。垂直方向に固定されたアーム（図示されず）とポリシングパッド５２との間におけるクリアランスの変動は、ブラダ内部に一定の流体圧を与えることにより調節される。ブラダは、一定の圧力を維持しつつも、ポリシングヘッドがポリシングパッド５２に対して移動するにつれて生じるクリアランスの変動に従って、局所的な膨張及び収縮が生じる。ブラダの非加圧時に、ブラダ底部表面の面がつぶれないようにするため、ブラダ７０のキャビティ内には制限プレート６４が設けられている。ブラダ７０のエッジ（外縁）は、下降壁面６０の内側表面に固定されているので、クリアランス（アームとポリシングヘッド）の変動に応じて移動することはない。ブラダのエッジが移動しないので、望ましくないエッジ効果（ブラダのエッジに隣接した外縁において削り取られる材料の量と比較した場合の、ウエハの中心において削り取られる材料の量の変動）を生じる可能性がある。ブラダ表面とウエハ表面の間における摩擦及び／または静電気の変化が作用して、ウエハは、その回転時に、ヘッドと共に確実に回転するようになる。
[発明が解決しようとする課題]
【０００８】
図１及び図２の構成の場合、保持リングをポリシングパッドに押しつける力は、円形板バネ２８の所定のバネ定数及びその圧縮によって決まる。図１及び図２の保持リング３０及び６８は、連続した一定の力を加えるのではなく、一連の点負荷を加えて、リングをポリシングパッドにクランプするバネ構造に起因する曲げ及びねじりたわみを被ることになる。保持リングは、これらの点負荷間において屈曲可能になっているので、曲がり、たわむことになる。この屈曲によって、リングとパッドの間のクリアランスに変化を生じる可能性があり、これが、リングの下を通るスラリの深さに影響を及ぼし、さらに、ウエハのエッジに隣接したパッドの圧縮にも影響を及ぼすことになる。研磨スラリの深さ及びウエハのエッジに隣接したパッドの圧縮が変化すると、ウエハの研磨に差異が生じ、研磨の均一性が損なわれることになる可能性がある。
【０００９】
それぞれのヘッド構造の目的は、ウエハの厚さに許容できない変動を生じることなく、ウエハがその全幅にわたって均一に研磨されるような設備を提供することにある。既述のこれら先行技術による構成では、ブラダのエッジ効果、ウエハをポリシングパッドに押しつける力の分布の不均一、並びに、保持リングのたわみのため、研磨に変動を生じさせる可能性があり、充分な研磨結果の確保のためには精密かつ頻繁なモニタを要する。
[課題を解決するための手段]
【００１０】
本発明は、研磨される基板（ウエハ）の背面に面し且つ基板に対してシールするポリシングヘッド基板（ウエハ）バッキング部材に関する。ウエハがシールされてキャビティを与え、キャビティの外縁の周りの部材の中にキャビティが配置されている。また、流体（気体が好ましいが液体でも可）がキャビティ及びウエハの背面に、スラリを含むポリシングパッドに対する圧力を与える。
【００１１】
ウエハバッキング部材には、バッキング部材からバッキング部材の外縁近くに延びてウエハと該部材との間にリセスを形成し、ウエハの後ろのリセスに流体または気体を保持して、ポリシングパッドに押しつけられるウエハの表面全域に均一な圧力が加えられるようにするようなシール機構を設けることが好ましく、これは例えば、Ｏリング、リップシール、または、他のシール部材等である。気密ベローズチャンバが、ウエハバッキング部材を支持しポリシングパッドに押しつけて、基板をパッドに押しつける一次加重（負荷）を加える。ベローズを加圧して、基板をポリシングパッドに押しつけると、それによってシールが圧縮される。同時に、シールによって形成されるキャビティ内の圧力を変化させて、基板の研磨を選択的に変化させてもよい。キャビティを排気して、基板の中心をパッドから引き離して、基板エッジで研磨される量を基板の中心よりも増加させてもよく、また、キャビティを加圧して、パッドに対する均一な加重を基板に与えてもよい。このキャビティ内の圧力によって、基板が保持部材から引き離され、この結果、シールが圧縮解除される。このキャビティ内の圧力は、基板とシールの間に生じるギャップを通じてキャビティ圧力が解放又は「ブローバイ」を生じるよう、基板をシールから引き離すのに十分大きくてもよい。
【００１２】
本発明のもう１つの態様では、引っ込めることが可能で圧力で伸ばすことも可能な保持リング組立体が、バッキング部材のまわりに延び、ウエハが基板バッキング部材の表面の下からスライドアウトするのを防止する。ブラダを伸ばす環状リングが、リングの背面に沿って延びており、ブラダは加圧される際にリングをパッドに押しつける。保持リングがポリシングパッドに対してクランプされる力は、このブラダによって維持される気体圧によって決まる。
【００１３】
こうした本発明の構成によって、単独の場合であれ、組み合わせた場合であれ、いくつかの利点が得られる。利点の１つは、保持部材とウエハの間に延びるシールの外縁内において、研磨されるウエハの背面にかかる均一な力が直接制御されるということである。基板に直接接触した中間ブラダの面倒な問題またはエッジ効果を伴うことなく、圧力が均一に維持される。もう１つの利点は、ウエハバッキング部材をウエハに押しやる全ての力が、ウエハとバッキング部材の間に形成された圧力キャビティの影響とは全く関係なく、ベローズ内の圧力を制御することによって生じる力によって別個に制御されるということである。ウエハに面したキャビティにおけるウエハの裏面の圧力によってウエハにかかる力が、ベローズ内の圧力によってウエハに対するシールに加えられる力を超えると、ウエハが持ち上げられて、そのシールから離れ、平衡がシールを復活させるまで、シールのブローバイが生じることになる。
【００１４】
ウエハに面したキャビティ内の圧力によって、この全ての力がウエハバッキング部材からウエハに伝達される分布パターンが制御される。キャビティを真空状態にすると、支持されているウエハの中心が内側に曲がるので、外縁だけに接触して研磨することが可能になる。これに対し、シール接触圧を超える正圧がかかると、ウエハがシールから持ち上げられて（引き離されて）、ガスのブローバイが生じ（基板の中心における圧力が基板の外縁における圧力を超えることはあり得ないので、それによって基板を外側に曲げることはできない）、やはり、ウエハの背面に均一な圧力が生じることになる。ウエハに面したリセスまたはキャビティの内部圧がシール圧を超えて、シールにブローバイを生じさせることがない限り、ウエハの曲げまたはたわみは、たとえ生じるにしても、外縁シールにかかる圧力によって制御され、制限される。
【００１５】
本発明によるこの構成によれば、シールからウエハを引き離すバッキング部材の圧力によって生じる力が、ベローズによってシールに加えられる圧力またはそれよりわずかに低い圧力に保たれる限り、研磨のためウエハをポリシングパッドにクランプする力は、ウエハの全領域にわたって均等になるという保証がほぼ得られる。実際には、外縁シールの気密を維持することが望ましいので、動作時、ウエハに面したキャビティの圧力は、シールにブローバイを生じる圧力よりわずかに低くなる。こうした条件下において、基板とパッドの間のシール位置における圧力がわずかに高くなり、外縁リング（シール）領域において研磨される材料（削り取られる材料）がわずかに増大する。しかし、基板の外側３ミリメートルは、無用のハンドリングマージンとみなされ、従って、基板エッジのこの狭い帯域において研磨される材料（削り取られる材料）がわずかに増したとしても、有害とは考えられない。
【００１６】
ウエハ保持リング組立体の伸縮は、ウエハバッキング部材の外縁まわりに配置された連続した環状ブラダを用いることによって別個に制御される。こうした構成によって、リングをパッドに接触させるために設けられたバネの点接触に関連した圧力変動を排除することが可能になる。ある構成では、１つ以上の復元バネが保持リングバッキングリングの剛性部分に支持されており、伸張ブラダが除圧されると、保持リングがその下方位置から引き戻されることになる。
【００１７】
ウエハバッキング部材の外縁におけるシール間の摩擦力は十分であるため、研磨中ウエハがポリシングパッド上で研磨スラリと接触しつつポリシングヘッドが回転する際に、ウエハがポリシングヘッドと共に回転し且つパッド及びポリシングパッド上の研磨媒体の運動によるヘッドとの回転に対する抵抗に打ち勝つような、充分な摩擦力が存在する。
【発明の実施の形態】
【００１８】
図３には、本発明に基づく構成によるポリシングヘッド組立体１００が示されている。ポリシングヘッド組立体１００は、そのロッド又はステム支持部材と一体化されたポリシングヘッドハウジング支持プレート１０２を有している。このポリシングヘッドハウジング支持プレート１０２は、研磨されるウエハの円形構造に適合するように略円形である。ポリシングヘッドハウジングの下降壁１０４が、下降壁の上部フランジ１０６によって支持プレート１０２の底部に取り付けられている。下降壁１０４は、研磨されるウエハ１４２に向かって内側に湾曲した下方リップ１１０を有している。下降壁１０４は、ウエハ（基板）バッキング部材（ディスク）１２４を包囲するウエハ外縁保持リング組立体１４６を包囲している。ウエハバッキング部材１２４は、垂直方向に可変の真空シールを可能にするベローズ１１８によって、ポリシングヘッドハウジング支持プレート１０２に取り付けられている。ベローズ１１８は、ベローズチャンバ１２０を包囲している。ベローズチャンバ１２０には、ベローズ内部への気体通路１１２を介して正圧または負圧をかけることが可能である。
【００１９】
（装置の概要）典型的な基板研磨装置が、一般に研磨される基板の表面積より大きくより典型的にはその数倍は大きな、大形の回転ポリシングパッドを有しているのが普通である。また、ポリシングヘッドも有しており、このヘッドには、研磨表面に対する基板表面の位置決めを行うために基板が載置される。該ヘッドは、典型的には、パッドの上に支持されており、支持部材によってパッドの表面と相対的に固定されている。この支持部材によって、基板をパッドに押しつける所望の単位加重を加えるため、そこからヘッドを伸ばすことが可能な固定支持位置が得られることになる。このようなポリシングパッドに対する基板の加重（負荷）を可能にする加重手段には、ポリシングヘッド１００と支持部材（図示されず）の間に延びる油圧及び空気圧ピストンが挙げられる。更に、ヘッド１００も典型的には回転可能でもあり、これによって、パッド上の基板の回転が可能になる。同様に、典型的には、パッドが回転すると、基板に押し当てられるパッドの表面に一定の変化が生じる。この回転は、別個の電気モータによって生じ、これらモータは、パッドを受容する研磨プラーテンとヘッドとに別個につながっている。
【００２０】
本発明のポリシングヘッド組立体１００は、ポリシングパッド１８２上でウエハの位置を決め且つ研磨ウエハ１４２の表面にパッド１８２に対する均一な負荷を与えるメカニズムを提供する。一般に、ヘッド組立体（キャリヤ）１００は、３つのシステムを備えていると考えられる：研磨表面に対する下方加重をウエハに与える負荷部材と、研磨表面に対して均一なパターンの負荷をウエハに与えることを可能にする載置部分と、研磨工程中に載置部分（キャリヤ）からウエハがスリップアウトしないことを確保する保持組立体とである。これら３つの部材またはシステムは、それぞれ、キャリヤヘッドの設計に改良をもたらすことになり、別個に用いることも、あるいは、組み合わせて用いることも可能である。
【００２１】
負荷部材は、概説的には、ベローズ１１８と、ベローズをバッキング部材１２４の上面及び支持プレート１０２の内側に取り付けることによって形成されるベローズチャンバ１２０とを備えている。チャンバ１２０に加圧することによって、バッキング部材１２４に力を作用し即ちウエハ１４２に力を作用し、ポリシングパッド１８２の研磨表面に対する加重をウエハ１４２に与える。載置部分は独立したシールポケット１２３を有しており、その壁の１つはウエハによって形成されているため、ウエハの裏面全体に一様な静圧負荷が与えられる。保持組立体１４６には、ウエハ１４２の周囲を包囲してウエハ１４２をヘッド１００上に確保するための伸張可能なリテーナ１６２が含まれている。
【００２２】
（負荷部材及び載置部分の構造）ウエハ載置部材を設けるためウエハバッキング部材１２４はポケット１２３（ウエハに面したリセス１２６を含む）を有しており、その外縁は、例えばＯリング（図４の空のＯリンググルーブには不図示）又はその他のタイプのシール等のエッジシール機構１３０を受容するように構成されている。エッジシール１３０は、ウエハ１４２の裏面に係合することによりリセス１２６と組み合わせられて、加圧ポケット１２３を形成するように（リセス１２６と、ウエハの裏面に重なるシール１３０内の領域を含む、外縁真空シールの外縁内に）配置され、構成されている。バッキング部材１２４が回転すると、この機構によって、研磨される基板１４２とバッキング部材１２４の間に摩擦力が生じるので、基板１２４はバッキング部材１２４と共に回転するのが普通である。気体または他の流体（不活性ガスが好ましい）が、ベローズ１１８の内部に渦巻状に巻かれたホース１２２に接続されている気体通路１２５を介してポケットに送り込まれるか、あるいは、ポケットから排気され、気体通路１１４から供給される。ポケット１２３及びベローズチャンバ１２０の選択的加圧によって、ポリシングパッド１８２上のウエハに加重が加えられる。更に、ベローズにより、バッキング部材１２４即ちウエハ１２８が、研磨時に、ハウジング支持プレート１０２に対して回転運動並びに、ｘ、ｙ、及びｚ方向への運動を行うことが可能になる。
【００２３】
ベローズ１１８は、バッキング部材１２４の上面と支持プレート１０２の下面と圧力ソースとの組み合わせにより、加重部材を形成している。ある動作モードの場合、ベローズチャンバ１２０内の圧力を一定になるように制御し、ベローズ１１８のフレキシビリティによりウエハバッキング部材１２４と固定または回転研磨ベッド１８０に配置されたポリシングパッド１８２の表面との間におけるクリアランスのミスアライメントまたは変化を調整する。ベローズチャンバ１２０の圧力は、ウエハ１４２のポリシングパッド１８２に対する所望の加重が得られるように選択される。この構成の場合、ベローズチャンバ１２０内の定圧によって、ベローズ１１８の伸縮に関係なくウエハバッキング部材１２４をポリシングパッド１８２の表面の方へ押す調整可能で均一な力が得られる。
【００２４】
次に、ウエハ１４２の裏面のウエハ対面リセス１２６に加圧すると、ポリシングパッド１８２に接触するウエハの表面全域にわたって均一な接触圧をポリシングパッド１８２とウエハ１４２の間に生じさせることができる。
【００２５】
ベローズ１１８の伸縮は、気体通路１１２を介したベローズキャビティ１２０の加圧または除圧によって制御される。ウエハバッキング部材１２４内のウエハ対面リセス１２６を加圧又は減圧すれば、シール機構１３０及びウエハ１４２にシールされるポケット１２３が加圧又は減圧されるので、真空による差圧によって、ウエハ１４２が上に反り、あるいは、正圧によってベローズ１１８の圧力によってシール機構１３０に作用するシール力を超える分離力が生じ、ウエハがそのシールから引き離されることになる。
【００２６】
図３のヘッドの構造によれば、従来技術のヘッドのデザインにおいて生じていたウエハのヘッド着脱時における比較的困難な問題が克服され、ポリシングパッド１８２上のヘッド１００の位置決め時にウエハがヘッドからスリップしないことが確保される。
【００２７】
本ヘッド設計の場合、ポケット内で維持される圧力を変化させることにより、大気圧を越える圧力を与えて、研磨完了時にキャリヤからウエハを引き離してもよく、また、ウエハの裏に真空圧（大気圧より１００トール低いまでが好ましい）を与えて大気圧を生じさせて、ヘッドにポリシングパッド１８２上への加重を与えている際ウエハをヘッド上に保持させてもよい。
【００２８】
ウエハが、ポケット内に真空を維持することによってバッキング部材１２４に付いている際は、ウエハはリセス１２６に向かって内側に反るだろう。ウエハの反りを制限するため、リセス１２６をまたぐウエハ１２８のスパンもあわせて考慮した場合のリセスの内側へのウエハの最大起こり得る反りによってウエハ１２６に加えられる応力が、ウエハ材料の強度または降伏限界よりも低くなるよう、リセス１２６は十分に浅くなっている。
【００２９】
ヘッドがポリシングパッド１８２から取り除かれる時間期間だけは、ポケット内を真空に保つ必要がある。ポリシングパッド１８２上におけるヘッド、従って、ウエハ１２８の再位置決めが済むと、ポケット内の圧力は、大気圧を超える圧力が維持されるまで、上昇する。同時に、ベローズチャンバ１２０内の圧力が上昇して、負荷力が生じ、ウエハ１２８がポリシングパッド１８２に押しつけられる。
【００３０】
ベローズチャンバ１２０内の圧力が上昇すると、バッキング部材１２４に納まったシール１３０に負荷が加えられて、ウエハの裏面と接触することになる。シール１３０は、この負荷によって圧縮され、シール１３０のシール特性が強化される。従って、ベローズチャンバ１２０内の圧力が増すと、ポケット１２３内に保持されている気体がシール１３０から漏れる、すなわち、「ブローバイ」を生じる閾値圧も上昇することになる。ブローバイは、ヘッド及びシール１２がウエハを持ち上げると生じ、この条件は、ポケット内の圧力にシール１３０が外接しているウエハ１２８の表面積を乗じた値がシール−ウエハ界面での加重力を超えた場合に生じる。このヘッド構造の場合、図３に示される如く、ベローズ１１８が外接するバッキング部材１２４の面積は、シール１３０が外接するウエハの面積より小さい。従って、ブローバイを防止するには、ベローズキャビティの圧力が、ポケット内で維持される圧力を超えなければならない。
【００３１】
ポケット内で維持される圧力は、ブローバイが生じる閾値よりも約７５トール小さいことが好ましい。こうした圧力では、シール１３０の外側の極めて小さい環状領域を除いたウエハの裏面全体に均一な圧力がかかるので、ウエハの正面にポリシングパッド１８２への均一な加重が与えられることが確保される。しかし、望ましいことではないが、とりわけ、ブローバイ以上の圧力を含む高圧の利用が考えられている。こうした高圧を用いる場合には、シールウエハ界面が安全弁の働きをし、ブローバイは、ポケット１２３内の所望の圧力を維持するため周期的に生じることになる。
【００３２】
図４には、図３のポリシングヘッドの右側のクローズアップが示されている。この図においてシール機構１３０は、Ｏリンググルーブ１３２に配置されたＯリング１３４である（すなわち、ひとまとめにして、環状の伸張部分）。このシールは、ウエハに面したリセス１２６（及び関連するポケット）を包囲するウエハ１４２の外縁に配置されている。ウエハバッキング部材１２４の外縁は、一般に、ウエハ外縁保持リングバッキングリング１４８に取り付けられたウエハ外縁保持リング１６２を含む、ウエハ外縁保持リング組立体１４６によって包囲されている。一連の圧縮バネ１７２（すなわち、第１組の弾性部材）によって、バッキングリング１４８が下降壁１０４のリップ１１０上に支持されている。拡大可能な保持リング伸張ブラダ１７０は、気体供給通路１７１（すなわち、第２組の弾性部材）を介して加圧することが可能である。加圧されると、保持リング組立体１４６が、図４に点線１４６ａで示すウエハ１４２に隣接する位置まで伸びる。
【００３３】
図５には、本発明のポリシングヘッドの第２の構造が示されているが、この場合、シール１３０は、バッキング部材１２４の外縁に受容された下方に延びるリップシール１３６に置き換えられており、リップシール１３６の外縁まわりに延びるバッキングリング１３８によって固定されている。リップシール１３６は、矩形の断面を備えた、薄い弾性部材が望ましい。シール１３６の一部は、バッキング部材１２４の下側、すなわち、ウエハと係合する側から延びて、ウエハ１２８の外縁のすぐ内側で、ウエハ１２８の上面と係合している。シール１３０との係合と同様、シール１３６とウエハの係合によって、排気または加圧が可能なポケット（ウエハリセス１２６及びリップシール内側の肩領域を含む）が形成される。図３及び図４の構成をなすＯリング１３４とちょうど同じように、弾性シールによって、基板表面とシール表面との間に十分な接触が得られので、その２つの間に摩擦による回転力が生じ、それらの接触状態が保たれて、基板がヘッドと共に回転することになる。
【００３４】
（保持リング）再度図３を参照すると、ヘッド１００は、研磨作業中、ウエハ１４２がヘッドの後ろからスリップアウトしないことを確保するために、保持組立体１４６も有している。ウエハ外縁保持リング組立体１４６は、スルーホール１６４及びカウンタボア１６６を備えたウエハ外縁リング１６２を有している（図５R>５）。保持リング１６２をウエハ外縁保持リングバッキングリング１４８に保持するため、保持リングネジ１６８が一連のバッキングリングの底部表面ネジ付きホール１６０に通され、ねじ込まれる。保持リング１６２は、デルリン(Delrin)または同様のプラスチック材料製であるのが望ましく、一方、バッキングリング１４８は、ステンレス鋼であるベローズを除く他の全ての金属部品と同様、アルミニウム製であるのが望ましい。バッキングリング１４８は、保持リング１６２に面した底部表面１５８を備えている。バッキングリング１４８には、伸張ブラダ１７０に面した上面１５４と一連の圧縮バネ１７２に面した底面１５６を備えた外側フランジ１５２が含まれている。バッキングリング１４８の内側フランジ１５０は、ウエハバッキング部材１２４ａの直径の上を内側に延びる下方面１５１を備えており、バッキング部材１２４ａが所定のポイントを超えて持ち上げられると、バッキングリング組立体１４６も上昇する。
【００３５】
図４及び図５には、ウエハ外縁保持リング組立体１４６が示されている。ウエハ外縁保持リングバッキングリング１４８は、複数の（例えば６〜１２個の）圧縮バネ１７２によって下降壁１０４のリップ１１０から上方に押しやられる。伸張ブラダ１７０が加圧されて、図４に点線１４６ａで示す動作位置まで保持リング組立体１４６を伸ばすと、ウエハ外縁保持リング１６２が研磨されるウエハ１４２のエッジを包囲する。これによって、ウエハがウエハバッキング部材１２４または１２４ａの下からのスライドアウトが防止される。気体通路１７１を介してブラダ１７０を膨張させると、圧縮バネ１７２に対抗する下方への力が生じ、保持リング１６２がポリシングパッド１８２に向けて押しやられ、おそらくは押しつけられることになる。連続して加圧される連続したブラダを用いることによって、一連のバネ１７２の代わりとし、均一な分布の引き戻し力を得ることが可能である。
【００３６】
ウエハ外縁保持リング１６２のプラスチック材料であるデルリンが摩耗した場合に、上方フランジ１５０の下面１５１とウエハ部材１２４ａの上部との相互障害によって保持リングの行程を制限して、保持リング固定ネジ１６８のヘッドがポリシングパッドに接触できなくなるように、バッキングリング内側フランジ１５０の下面１５１の構成がなされている。これによって、固定ネジ１６８のヘッドのポリシングパッドへの接触及び望ましくない汚染物の導入が防止される。外縁保持リングは、ネジを用いずに、例えば、キーを保持するのに挿入して、部分的に回転させることが必要なキースロット、及び、グルーブ間のスペースに係合し、またがるサイズが付与されたＯリングを備えた対置するグルーブを利用することによって取り付けることも可能である。
【００３７】
本発明の説明は特定の実施例に関連して行ってきたが、当該技術の熟練者には明らかなように、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、形態及び細部に変更を加えることが可能である。
[発明の効果]
【００３８】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ケミカルメカニカルポリシングにおける均一な研磨が実現される。
図の説明 
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】たわみ底部を有する中空のフローティングウエハバッキングディスク及び研磨されるウエハをポリシングパッドに押しつける加圧ベローズチャンバを備えたポリシングヘッドの断面図である。
【図２】ウエハ保持リングがポリシングヘッドの外縁に取り付けられた、加圧ブラダを利用するポリシングヘッドの断面図である。
【図３】本発明による実施例の断面図である。
【図４】Ｏリングシールを備えたウエハバッキング部材の外縁を示す図３の右側をクローズアップした図である。
【図５】リップシールを備えたウエハバッキング部材の外縁を示す図３の右側をクローズアップした図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００…ポリシングヘッド組立体、１０２…ポリシングヘッドハウジング支持プレート、１０４…下降壁、１０６…上部フランジ、１１０…下方リップ、１１２…気体通路、１１８…ベローズ、１２０…ベローズチャンバ、１２２…ホース、１２３…ポケット、１２５…気体通路、１２６…リセス、１２８…ウエハ、１３０…シール機構、１３２…Ｏリンググルーブ、１３４…Ｏリング、１３６…リップシール、１４２…ウエハ、１４６…ウエハ外縁保持リング組立体、１４８…バッキングリング、１５０…内側フランジ、１５２…外側フランジ、１６０…ネジ付きホール、１６２…保持リング、１６４…スルーホール、１６６…カウンタボア、１６８…保持リングネジ、１７０…保持リング伸張ブラダ、１７１…気体供給通路、１７２…圧縮バネ、１８２…ポリシングパッド。
【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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