(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の表面を平坦化し、不均一な研磨を防止し、高い歩留りを達成することができる、テクスチャー膜を備えた基板キャリヤヘッドを提供する。【解決手段】各連結した基板が、実質的に同様の条件下で研磨され、そのため、膜と基板間に捕捉された空気量を最小にする。テクスチャーは、１セットの溝５００により提供され、これらの溝は、内部領域１６６の中央部付近からリフトオフ領域１６０内に放射状に伸びている。溝は、放射状に対称になっているか、或いは、番号記号パターンを形成するか、或いは、ランダムであってもよい。内部領域１６６内の、基板と可撓性膜１１８の間に捕捉された空気は、放出される為に、溝を通って流れることができる。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基板の化学機械的研磨用キャリアヘッドにおいて：
ベースと；
加圧可能なチャンバを画成する為に上記ベースの下に伸びた可撓性膜であって、上記可撓性膜の外側表面は、基板の為に取り付け面を提供し、上記外側表面は、テクスチャー部分と、上記テクスチャー部分を囲むスムーズな部分とを含む、前記可撓性膜と；を備える、キャリアヘッド。
【請求項２】
上記テクスチャー部分は、少なくとも一つの溝を備える、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項３】
上記テクスチャー部分は、複数の直線状溝を備え、上記直線状溝は、上記取り付け面の中央領域から外側に発する、請求項２記載のキャリアヘッド。
【請求項４】
上記テクスチャー部分は、少なくとも一つのバンプを備える、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項５】
上記テクスチャー部分は、複数のバンプを備え、上記バンプは、放射状に対称なパターンで配置されている、請求項４記載のキャリアヘッド。
【請求項６】
上記テクスチャー部分の特徴部は、上記基板の前面の圧力が実質的に均一になるように十分に小さい、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項７】
上記可撓性膜は、中央領域と、上記中央領域を囲む周囲リップとを含む、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項８】
上記テクスチャー部分は、上記中央領域内部から、部分的に上記周囲リップ内に伸びている、請求項７記載のキャリアヘッド。
【請求項９】
上記中央領域を囲む上記可撓性膜の上記外側表面の外側領域は、上記チャンバが加圧されると、上記基板から遠ざかるように上記リップが構成されている、請求項７記載のキャリアヘッド。
【請求項１０】
上記テクスチャー部分は、上記外側領域に部分的に伸びている、請求項９記載のキャリアヘッド。
【請求項１１】
上記スムーズな部分は、上記外側領域内に配置されている、請求項１０記載のキャリアヘッド。
【請求項１２】
回転可能な研磨パッドと、
基板の化学機械的研磨用キャリアヘッドにおいて：ベースと；加圧可能なチャンバを画成する為に上記ベースの下に伸びた可撓性膜であって、上記可撓性膜の下面は、基板用取り付け面を提供し、上記取り付け面は、テクスチャー部分と、上記テクスチャーの内部を囲むスムーズな外部とを含む、前記可撓性膜と；を備える、上記キャリアヘッドと、
を備える、化学機械的研磨装置。
【請求項１３】
キャリアヘッド用膜において、外側表面を持つ不浸透性のフレキシブルかつ弾力性がある膜であって、上記外側表面は、テクスチャー内部と、上記テクスチャー内部を囲むスムーズな外部とを含む、キャリアヘッド用膜。
【請求項１４】
上記テクスチャー部分は、少なくとも一つの溝を備える、請求項１３記載のキャリアヘッド用膜。
【請求項１５】
上記テクスチャー部分は、複数の直線状溝を備え、上記直線状溝は、上記取り付け面の中央領域から外側に発する、請求項１４記載の膜。
【請求項１６】
上記テクスチャー部分は、少なくとも一つのバンプを備える、請求項１３記載の膜。
【請求項１７】
上記テクスチャー部分は、複数のバンプを備え、上記バンプは、放射状に対称パターンで配置されている、請求項１６記載の膜。
【考案の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
本考案は、概して、化学機械的研磨用キャリアヘッドに関する。
集積回路は、通常、銅伝送、半導体層、絶縁層の連続した堆積により、基板、特にシリコンウエハ上に形成される。各層は、堆積された後、回路特徴部を形成する為にエッチングされる。一連の層は連続的に体積されエッチングされるので、基板の外側または最上面、すなわち、基板の露出面は、ますます、平坦でなくなる。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ステップで問題を提示する。そのため、周期的に基板表面を平坦化する必要性がある。
【０００２】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、一つの認められた平坦化方法である。この平坦化方法は、通常、基板がキャリア又は研磨パッド上に取り付けられることが必要である。研磨中、キャリアヘッドは、基板の露出面を回転研磨パッドに接触させる。研磨パッドは、「標準」研磨パッド又は固定研磨材パッドのどちらでもよい。標準研磨パッドは、耐久性のある粗い表面を持つが、固定研磨材パッドは、封じ込める媒体内に保持された研磨粒子を有する。少なくとも一つの化学反応剤と（もし、標準パッドが使用されるなら）研磨粒子とを含む研磨スラリは、研磨パッドの表面に供給される。キャリアヘッドは、制御可能な負荷を基板上に与え、それを研磨パッドに押し付ける。
【０００３】
あるキャリアヘッドは、チャンバを包囲する内側面と、基板取り付け面を提供する外側表面とを備えたフレキシブル膜を含む。チャンバ内の圧力を制御することにより、基板に適用される負荷を変えることができる。
【０００４】
化学機械的研磨における他の考慮事項は、キャリアヘッドにおいて基板の存在を検知する能力である。化学機械的研磨で遭遇されてきた一つの問題は、キャリアヘッドに対する基板の取り付けがうまくいかず、基板がキャリアヘッドから外れる可能性がある点である。これが生じても、操作者は、キャリアヘッドが基板を持ち運んでいないことを視覚的に観察することはできないかもしれない。この状況において、ＣＭＰ装置は、基板が最早研磨されていなくても、連続して動作するであろう。これは、時間の無駄であり、スループットを減少させる。さらに、緩い基板、すなわち、キャリアヘッドに取り付けられていない基板は、ＣＭＰ装置の可動構成要素により打たれる可能性があり、場合によっては、ＣＭＰ装置自身を損傷するか、他の基板を損傷する可能性のある破片を残す。
【概要】
【０００５】
一態様において、本考案は、基板の化学機械的研磨用キャリアヘッドに向けられている。キャリアヘッドは、ベースと、そのベースの下に伸びた可撓性膜とを備え、加圧可能なチャンバを画成する。可撓性膜の外側表面は、基板用の取り付け面を提供し、外側表面は、テクスチャー部分と、テクスチャー部分を囲むスムーズな部分を含む。
【０００６】
本考案の実施例は、一以上の次の特徴を含んでもよい。テクスチャー部分は、少なくとも一つの溝（例えば、取り付け面の中央領域から外側に発する複数の直線状溝）、或いは、少なくとも一つのバンプ（例えば、放射状に対称なパターンで配置された複数のバンプ）を含んでもよい。テクスチャー部分における特徴部は、十分に小さいので、基板前面の圧力は実質的に均一になる。可撓性膜は、中央領域と、その中央部分を囲む周囲リップとを含み、テクスチャー部分は、中央部分内部から、周囲リップ内へと部分的に伸びてもよい。リップは、中央領域を囲む可撓性膜の外側表面の外側領域が、チャンバが加圧されるときに基板から遠ざけられるように構成されてもよい。テクスチャー部分は、部分的に外側領域内に伸び、スムーズな部分は、外側領域内に配置されてもよい。
【０００７】
他の実施態様において、本考案は、化学機械的研磨装置に向けられている。この装置は、研磨パッドと、ベース、加圧可能なチャンバを画成する為に上記ベースの下に伸びている可撓性膜を含む、キャリアヘッドと、を含む。可撓性膜の下面は、基板用取り付け面を提供し、上記取り付け面は、テクスチャー部分と、そのテクスチャー内側部分を囲むスムーズな外側部分とを含む。
【０００８】
他の実施態様において、本考案は、キャリアヘッド用膜に向けられている。上記膜は、外側表面を持つ、不浸透性のフレキシブルかつ弾性膜を有する。外側表面は、テクスチャー内側部分と、そのテクスチャー内側部分を囲むスムーズな外側部分とを含む。
【０００９】
本考案の実施例は、一以上の以下の特徴を含んでもよい。テクスチャー部分は、少なくとも一つの溝（例えば、複数の直線状溝であって、上記取り付け面の中央領域から外側に発するもの）、または、少なくとも一つのバンプ（例えば、複数のバンプであって、放射状に対称なパターンに配置されたもの）を有してもよい。
【００１０】
他の実施態様において、本考案は、化学機械的研磨の方法に向けられている。上記方法は、キャリアヘッドの可撓性膜の取り付け面にもたれて基板を位置決めするステップを含む。可撓性膜は、上記キャリアヘッド内部にチャンバと、テクスチャー内側部分および上記テクスチャー内側部分を囲むスムーズな周囲部分を含む取り付け面とを画成する。チャンバは、排気され、上記スムーズな周囲部分と基板との間に密閉状態を形成する。
【００１１】
本考案の実施例は、一つ以上の以下の特徴を含んでもよい。上記基板の存在は検知されてもよい。チャンバは、上記膜を膨張させる為に加圧され、スムーズな周囲部分を含む上記膜の一部が基板を持ち上げ、上記スムーズな周囲部分と基板との間の密閉状態を打破させてもよい。上記テクスチャー部分は、上記膜の上記一部内に伸び、上記膜は、上記膜を持ち上げ、空気が上記テクスチャー内側部を流入可能になり、上記基板と上記膜との間の逃げ路になってもよい。
【００１２】
さらに、他の実施態様において、本考案は、化学機械的研磨の方法に向けられている。この方法は、キャリアヘッドの可撓性膜の取り付け面にもたれて基板を位置決めするステップを含む。可撓性膜は、キャリアヘッド内部で加圧可能なチャンバを画成し、上記取り付け面は、溝付き内側部分と、上記テクスチャー内側部分を囲むスムーズな外側部分とを含む。基板は、研磨面にもたれて置かれ、チャンバは第１圧力で上記膜を膨張させる為に加圧される。
【００１３】
本考案の実施例において、一つ以上の以下の特徴を含んでもよい。第２圧力は、可撓性膜の内側表面のエリアに堅い構造を用いて加えられてもよい。他の実施態様において、本考案は、化学機械的研磨の方法に向けられている。この方法において、基板は、キャリアヘッドの可撓性膜の取り付け面にもたれて位置決めされる。可撓性膜は、キャリアヘッド内でチャンバを画成し、上記取り付け面は、溝付き内側部分と、スムーズな周囲部分とを含む。基板は研磨され、基板が研磨された後、スムーズな周囲部分と基板との間に密閉状態を形成するためにチャンバは排気され、基板は研磨パッドからアンローディング・ステーションへと移送され、チャンバは加圧され、膜を膨張させて、基板とスムーズな周囲部分との間の密閉状態を打破し、基板をアンローディング・ステーション上に位置決めする。
【００１４】
他の実施態様において、本考案は、基板と、チャンバを画成する可撓性膜との間の接触により形成された領域から空気を放出する方法に向けられている。上記方法は、チャンバを排気し、基板と可撓性膜との間に密閉状態を形成するステップと、チャンバを加圧し、基板と可撓性膜との間の密封状態を打破し、可撓性膜のリップが基板から離れ、上記膜の外側表面に形成された１以上のチャネルを露出させるステップと、を含む。
【００１５】
本考案の、一以上の実施形態の詳細は、添付図面を参照して、以下に説明される。本考案の他の特徴、目的、利点は、説明、図面、請求項から明らかであろう。
【詳細な説明】
【００１６】
基板ローディング処理中（基板がキャリアヘッド内にロードされるとき）に生じる望ましくない一つの現象は、基板と膜との間に空気泡が捕捉されることである。研磨中、これらの泡は、基板上の不規則な圧力分布を作り、意図されていない不均一研磨になる。さらに、これらの泡の配置及び形状は、新しい基板がキャリアヘッド内にロードされるたびに変化し、基板ごとに不均一研磨になる。しかし、高い歩留まり（すなわち、低い欠陥率）を達成するには、各連続した基板が、実質的に同様の条件下で研磨されるべきである。そのため、膜と基板間に捕捉された空気量を最小にすることが望ましい。
【００１７】
膜と基板間に捕捉された空気を放出する一つの方法は、膜の外側表面上にテクスチャーを備えることである。空気は、上記テクスチャーの特徴部の間を流れ、膜と基板間から逃げる。
【００１８】
図１を参照すると、一以上の基板１０は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置のキャリアヘッド１００により保持される。適した化学機械的研磨装置は、米国特許第５７３８５７４号に記載され、全体内容は参考として本願に組み込まれる。
【００１９】
実際の研磨中、キャリアヘッド１００は、基板を下降させて研磨パッド３２に接触させ、スラリは、基板又はウエハの化学機械的研磨用媒体として機能する。キャリアヘッド１００は、研磨パッドにもたれて基板をロードして保持し、基板を研磨パッドにもたれて保持する。
【００２０】
キャリアヘッドは、駆動シャフト、保持リング１１０、少なくとも一つの可撓性膜１１８、任意のローカル圧力制御用アセンブリ１１４に対する接続の為にハウジング１０２を含む。キャリアヘッドは、他の構成要素（例えば、ハウジングに対し垂直方向に移動可能なベース、保持リング１１０上およびその垂直位置の圧力を制御する為のローディング・チャンバ、（ベースの一部と考えることができる）ジンバル）も含むことができ、ベースと保持リングがハウジングに関して旋回を許容している。このような特徴を含むキャリアヘッドは、米国特許第６４２２９２７号に記載され、この全体の内容は参考として本願に組み込まれる。
【００２１】
可撓性膜１１８は、広大な円形中央部１３０と、ハウジング１０２に固定された（例えば、ハウジング１０２と保持リング１１０との間にクランプされた）エッジ部分１３２とを含み、可撓性膜１１８とハウジング１０２との間の容積は、チャンバ１０８を形成する。さらに、可撓性膜は、堅い支持構造に固定され、支持構造は、移動できるようにハウジング１０２に連結されている。ポンプ又は圧力レギュレータ（図示せず）は、流動的に（例えば、回転継手、ハウジングを通る流路１２４、及び／又は可撓性管路により）チャンバ１０８に結合され、チャンバ内の圧力を制御する。
【００２２】
可撓性膜１１８の中央部分１３０の外側表面は、基板１０の為に基板取り付け面を提供する。チャンバ１０８を加圧することにより、可撓性膜１１８は、均一な圧力を、基板１０の裏面に加えている。
【００２３】
可撓性膜は、また、参考として本願に全体の内容が組み込まれる米国特許第６２１０２５５号に記載されているような、膨張させて使うリップ１３６を含むことができる。
【００２４】
可撓性膜１１８は、高強度シリコーンゴムのようなフレキシブルかつ弾性の材料で形成された単一物でもよい。
【００２５】
随意のローカル圧力制御アセンブリ１１４は、圧力板１４０と環状ブラダ１４２を含めてもよい。圧力板１４０は、アパーチャー１４６を含めることができ、アパーチャー１４６は、圧力板の上下にあるチャンバ１０８の部分間で流体の流れを許容する。ポンプ又は圧力レギュレータ（図示せず）は、流動的に（例えば、回転継手、ハウジングを通る流路１２４、及び／又は可撓性管路により）ブラダ１４２に結合可能であり、ブラダ１４２内の圧力を制御する。圧力板１４０は、可撓性膜１１８の中央部分１３０の内側表面に載せてある突起物１４４を含む。ブラダ１４２内の圧力を制御することにより、圧力板１４０上の負荷、すなわち、可撓性膜１１８と基板１０の内側表面上の負荷は、制御可能である。別な方法で基板上の不完全研磨領域に合致するように突起物１４４の形状を選択することにより、キャリアヘッドは研磨処理における非均一性を補償することができる。
【００２６】
基板ローディング処理中、ポンプは、チャンバ１０８から空気を排気し、チャンバの容積を現象させ、膜を上方に押し上げる。しかし、基板が取り付け面１２０にもたれて位置決めされると、膜１１８のリップ１３６は下方の圧力を直接、可撓性膜１１８の上面の環状部分に加え、可撓性膜と基板との間に液密の密閉状態を作る。この液密の密閉状態は、基板を可撓性膜１１８に真空チャックすることを助ける。
【００２７】
不都合なことに、基板ローディング処理中、一部の空気は、膜と基板の間に捕捉される可能性がある。研磨中、膜と基板の間に捕捉された空気は、圧力板１４０からの圧力を再分布するように作用する可能性があり、そのため、望ましくない、予測できない研磨パターンを作る。しかし、可撓性膜１１８の外側表面上のテクスチャーは、リップが膨張されるとき、基板の中央領域内に捕捉される空気を放出させるが、さもなければ、空気は捕捉される。以下、この処理を更に詳細に説明する。
【００２８】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを参照すると、可撓性膜１１８の外側表面は、テクスチャー領域１５０と、テクスチャー領域１５０を囲むスムーズな領域１５２とを有する。スムーズな領域１５２は、一般的にリップ１３６の一部と調和している。
【００２９】
図２Ｂで示されるように、チャンバ１０８が排気されるとき、内側円周１６２内の面積で画成された可撓性膜の内部領域１６６と、内側円周１６２と外側円周１６４の間の面積により画成された可撓性膜のリフトオフ領域１６０との両方が、基板１０に接触する。チャンバ１０８が排気されると、（図２Ｂで示されるように）膜１１８は基板１０と接触しなくなるという半径方向の距離により外側円周１６４は規定されている。対照的なことに、内側円周１６２は、チャンバ１０８が加圧されると（図２Ｃで示されるように）基板１０と接触しなくなるという半径方向の距離により規定されている。
【００３０】
テクスチャー領域１５０は、全部ではないが部分的にリフトオフ領域１６０内に伸びている。そのため、チャンバ１０８が排気されると、テクスチャーでない（スムーズな領域１５２内にある）リップ１３６上のリフトオフ領域１６０の一部は、基板１０と共に密閉状態を形成する。
【００３１】
図２Ｃで示されるように、チャンバ１０８が加圧されると、リップ１３６が膨張し、それにより、（スムーズな部分１５２を含む）リフトオフ領域１６０を、基板１０から遠ざけて押し上げる。その結果、膜１１８と基板１０との間の空気は、膜１１８のテクスチャー部分１５０のパターン内に形成された通路を通って放出可能である。
【００３２】
テクスチャー部分１５０は、内部領域１６６内から、リフトオフ領域１６０内の地点まで伸びている。テクスチャー領域１５０は、全体の内部領域１６６を覆うか、或いは、内部領域１６６の一部だけを覆うことができる。スムーズな領域１５２は、十分に広く、真空チャック中、基板１０と膜１１８の間に適切な密閉状態を形成することを確実にしているが、それでも、十分に狭く、チャンバ１０８が加圧されるときにテクスチャー領域１５０は露出されることを確実にしている。
【００３３】
図３に示されるように、テクスチャーは、１セットの溝５００により提供され、これらの溝は、内部領域１６６の中央部付近からリフトオフ領域１６０内に放射状に伸びている。溝は、図示のように、放射状に対称になっているか、或いは、番号記号パターンを形成するか、或いは、ランダムであってもよい。内部領域１６６内の、基板１０と可撓性膜１１８の間に捕捉された空気は、放出される為に、溝を通って流れることができる。
【００３４】
図４に示されるように、テクスチャーは、溝の代わりに、バンプ５１０により提供されてもよく、これらのバンプ５１０は、膜の概略平坦面から突出している。バンプは、放射状に対称なパターンを形成している。さらに、バンプは、テクスチャー領域１５０を横切る均一な濃度を持つことができ、或いは、バンプは異なる濃度の領域を持つことも可能である。バンプの高さは、均一でもよく、或いは、バンプの高さは異なっていてもよい。内部領域１６６内の、基板１０と可撓性膜１１８との間に捕捉された空気は、基板と膜との間に形成された空間を通って流れ、放出される。
【００３５】
一方、テクスチャーを形成する特徴部は、十分に広く、特徴部の間で効果的な流体の流れを許容し、どんな捕捉された空気も、リップが膨張されたときに放出される。一方、テクスチャーを作る特徴部の大きさは、小さく、十分に均一なので、結果として生じるウエハ前面の圧力は、実質的に均一になる。溝とバンプの両方とも、成形処理中に偶然に生じる、どんなミクロテクスチャーよりも大きくすべきである。一般的に、特徴部は、約５ｋら２０ミルの深さでよい。例えば、溝は、やく０．０１０インチ（１０ミル）の深さでよく、バンプは、約０．００５インチ（５ミル）の高さでよい。もちろん、他の多くのパターンの溝やバンプ、他のタイプのテクスチャーが可能である。
【００３６】
キャリアヘッド１００は、米国特許第５９５７７５１号又は、１９９９年１１月１７日に出願された、米国特許出願第０９／４４１９２８号に記載されたような、起動可能なバルブを含んでもよいが、これらの開示内容は、参考として、本願に組み込まれる。チャンバが加圧され、圧力が、基板と膜との間に加えられると、空気ポケットがバルブに対し圧力を加える可能性があり、それにより、バルブと係合し、基板の不存在を偽って表示する。そのため、テクスチャー膜の他の潜在的な利点は、テクスチャー膜がウエハ感知機構の信頼性を改善することである。
【００３７】
本考案の多くの実施形態が説明された。それにも拘わらず、本考案の精神や範囲から逸脱することなく、いろいろな変形例がなされることは理解されよう。例えば、テクスチャー膜は、膜と基板間に捕捉される空気を放出する為の通路を提供する、どんな表面をも含む。したがって、他の実施形態は、添付する請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、２つのチャンバを含むキャリアヘッドの概略横断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、基板に接触している可撓性膜の概略横断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、基板に接触している、排気された可撓性膜の概略横断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、基板と接触している、膨張された可撓性膜の概略横断面図である。
【図３】溝を備えた可撓性膜の底面図である。
【図４】リブ面を備えた可撓性膜の底面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…基板、３２…研磨パッド、１００…キャリアヘッド、１０２…ハウジング、１０８…チャンバ、１１０…保持リング、１１４…ローカル圧力制御アセンブリ、１１８…可撓性膜、１２０…基板取り付け面、１２４…通路、１２６…通路、１３０…中央部分、１３２…エッジ部分、１３６…リップ、１４０…圧力板、１４２…環状ブラダ、１４４…突起物、１４６…アパーチャー、１５０…テクスチャー部分、１５２…スムーズな部分、１６０…リフトオフ領域、１６２…内側円周、１６４…外側円周、１６６…内部領域。
【図１】
0003103568.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0003103568.tif 000005
【図２Ｃ】
0003103568.tif 000006
【図３】
0003103568.tif 000007
【図４】
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