(57)【要約】  本発明の実施形態は、概して、基板の化学機械研磨法に関する。この方法は、概して、研磨される第１の基板をダミー基板に結合するステップと、第１の基板の厚さを減ずるために第１の基板の裏側の一部を除去するステップとを含む。第１の基板およびダミー基板は、膨張性膜と支持リングとを含むキャリアヘッドアセンブリに位置決めされる。第１の基板は、第１の基板の裏側の表面粗さを減ずるために研磨パッドに接触して配置される。支持リングは、第１の基板がキャリアヘッドアセンブリの内部面に接触しないように、膨張性膜の横方向の動きを制限する。この支持リングは、キャリアヘッドアセンブリ内における膨張性膜の垂直方向の動きを可能にする大きさである。
2013531396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板を第２の基板に結合するステップであって、前記第１の基板が、前記第２の基板と接触する第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを有しているステップ、
前記第２の基板および前記第１の基板をキャリアヘッドアセンブリに位置決めするステップであって、前記キャリアヘッドアセンブリが、
前記第２の基板と接触している膨張性膜と、
前記膨張性膜の周りに円周方向に配置された支持リングと
を含んでいるステップ、ならびに
前記第１の基板の前記第２の面の表面粗さを減ずるために、前記第１の基板の前記第２の面を研磨パッドに接触させるステップ
を含む方法。
【請求項２】
前記支持リングが、前記膨張性膜の、実質的にすべての横方向の動きは制限するが、前記膨張性膜が垂直方向に動くことは可能にする大きさである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持リングと前記キャリアヘッドアセンブリの内部面との間の平均距離が約１０００分の１０インチより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キャリアヘッドアセンブリの内部面が基本的に平面からなっている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の基板が、エポキシを用いて前記第２の基板に結合されている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の基板が、シリコン貫通ビアと、前記第１の面の上に形成されたデバイスフィーチャとを含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の基板の前記第２の面を研磨パッドに接触させる前記ステップの前に、前記第１の基板の厚さを減ずるために前記第１の基板の前記第２の面の一部を除去するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の基板の第１の面を第２の基板に結合するステップ、
前記第２の基板および前記第１の基板をキャリアヘッドアセンブリに位置決めするステップであって、前記キャリアヘッドアセンブリが、
テクスチャ付きの面を含む、前記第２の基板と接触している膨張性膜と、
前記膨張性膜および前記第２の基板の周りに円周方向に配置された支持リングであって、研磨中に前記第１の基板が前記キャリアヘッドアセンブリの内部面に接触しないように前記膨張性膜および前記第２の基板の横方向の動きを減ずるよう位置決めされている支持リングと
を含むステップ、ならびに
前記第１の基板の第２の面の表面粗さを減ずるために、前記第１の基板の前記第２の面を研磨パッドに接触させるステップ
を含む方法。
【請求項９】
前記キャリアヘッドにおける前記膨張性膜の横方向の動きが実質的にない、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記支持リングと前記キャリアヘッドアセンブリの内部面との間の平均距離が約１０００分の１０インチより小さく、前記キャリアヘッドアセンブリの内部面が基本的に平面からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の基板の第２の面を研磨パッドに接触させる前記ステップの前に、前記第１の基板の厚さを減ずるために前記第１の基板の前記第２の面の一部を除去するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１の基板が、エポキシを用いて前記第２の基板に結合されており、前記支持リングが、前記第２の基板の側壁の少なくとも約２５パーセントに接触している、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記支持リングが、前記第２の基板の側壁の少なくとも約５０パーセントに接触している、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
エポキシを用いて第１の基板の第１の面を第２の基板に結合するステップであって、前記第１の基板の前記第１の面が第２の面の反対側にあり、前記第１の面が、前記第１の面の上に形成されたデバイスフィーチャを有するステップ、
前記第２の基板および前記第１の基板をキャリアヘッドアセンブリに位置決めするステップであって、前記キャリアヘッドアセンブリが、
前記第２の基板と接触している膨張性膜と、
前記膨張性膜および前記第２の基板の周りに円周方向に配置された支持リングであって、前記膨張性膜の実質的にすべての横方向の動きは制限するが、前記膨張性膜が垂直方向に動くことは可能にする大きさである支持リングと
を含むステップ、ならびに
前記第１の基板の前記第２の面の表面粗さを減ずるために、前記第１の基板を研磨パッドに接触させるステップ
を含む方法。
【請求項１５】
前記支持リングが、前記第２の基板の側壁の少なくとも約２５パーセントに接触しており、前記膨張性膜が、前記第２の基板と接触するテクスチャ付きの面を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に基板の化学機械研磨（ＣＭＰ）法と、この方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造では、半導体デバイス内の導電性材料の１つまたは複数の層間で電気結合を実現するために、ビアが用いられている。つい最近、従来のワイヤボンディングに代わる方法として、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）が現れた。シリコン貫通ビアは、Ｚ軸に相互接続部を形成することによって、より短い相互接続を可能にする。この相互接続部は、基板の正面から裏面に延びるビアを形成することによって、基板を貫通して作られる。相互接続部がＺ軸に作られた後、複数の基板は、互いの上部に積み重ねられ、垂直に延びている相互接続部を通じて電気的に結合することができる。ＴＳＶ基板は、半導体用途における基板の占有面積を小さくするための手段を提供することができる。
【０００３】
したがって、当技術分野では、ＴＳＶ用途で有用な基板を処理するための方法および装置が求められている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、概して、基板の化学機械研磨のための方法に関する。これらの方法は、概して、研磨される第１の基板をダミー基板に結合するステップと、第１の基板の厚さを減ずるために第１の基板の裏側の一部を除去するステップとを含む。第１の基板およびダミー基板は、膨張性膜と支持リングとを含むキャリアヘッドアセンブリに位置決めされる。第１の基板は、第１の基板の裏側の表面粗さを減ずるために研磨パッドに接触して配置される。支持リングは、第１の基板がキャリアヘッドアセンブリの内部面に接触しないように、膨張性膜の横方向の動きを制限する。この支持リングは、キャリアヘッドアセンブリ内における膨張性膜の垂直方向の動きを可能にする大きさである。
【０００５】
一実施形態では、方法は、第１の基板を第２の基板に結合するステップを含む。第１の基板は、第２の基板と接触する第１の面を有し、第１の面は、第２の面の反対側にある。第２の基板および第１の基板は、キャリアヘッドアセンブリに位置決めされる。キャリアヘッドアセンブリは、第２の基板と接触している膨張性膜と、膨張性膜の周りに円周方向に配置された支持リングとを含む。第１の基板の第２の面は、第１の基板の第２の面の表面粗さを減ずるために、研磨パッドに接触する。
【０００６】
別の実施形態では、方法は、第１の基板の第１の面を第２の基板に結合するステップを含む。第２の基板および第１の基板は、キャリアヘッドアセンブリに位置決めされる。このキャリアヘッドアセンブリは、第２の基板と接触している膨張性膜と、膨張性膜および第２の基板の周りに円周方向に配置された支持リングとを含む。膨張性膜は、テクスチャ付きの面を含む。支持リングは、研磨中に第１の基板がキャリアヘッドアセンブリの内部面に接触しないように膨張性膜および第２の基板の横方向の動きを減ずるよう位置決めされている。第１の基板の第２の面は、第１の基板の第２の面の表面粗さを減ずるために、研磨パッドに接触する。
【０００７】
別の実施形態では、方法は、エポキシを用いて第１の基板の第１の面を第２の基板に結合するステップを含む。第１の基板の第１の面は、第２の面の反対側にあり、第１の面は、第１の面の上に形成されたデバイスフィーチャを有する。第２の基板および第１の基板は、キャリアヘッドアセンブリに位置決めされる。キャリアヘッドアセンブリは、第２の基板と接触している膨張性膜と、膨張性膜および第２の基板の周りに円周方向に配置された支持リングとを含む。この支持リングは、膨張性膜の実質的にすべての横方向の動きは制限するが、膨張性膜が垂直方向に動くことは可能にする大きさである。第１の基板は、第１の基板の第２の面の表面粗さを減ずるために、研磨パッドに接触する。
【０００８】
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、一部が添付図面に例示されている実施形態を参照して、上記で簡単に概要を述べた本発明をより具体的に説明することができる。しかし、本発明は他の同様に効果的な実施形態を許容できるので、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を例示するにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】キャリアヘッドを含む研磨ステーションの一実施形態の概略断面図である。
【図２Ａ】基板処理に用いるためのキャリアヘッドアセンブリの概略断面図である。
【図２Ｂ】基板処理に用いるためのキャリアヘッドアセンブリの概略断面図である。
【図３】Ａは、研磨ヘッドの膜に用いるための膜支持構造体の一実施形態の概略斜視図である。ＢおよびＣは、研磨ヘッドに用いるための膜の、テクスチャ付きの面の概略図である。
【図４】ＡおよびＢは、キャリアヘッドアセンブリの概略断面図である。
【００１０】
理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通な同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられている。一実施形態で開示される要素は、特別に説明せずに他の実施形態において有利に利用され得ることが意図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、概して、基板の化学機械研磨のための方法に関する。これらの方法は、概して、研磨される第１の基板をダミー基板に結合するステップと、第１の基板の厚さを減ずるために第１の基板の裏側の一部を除去するステップとを含む。第１の基板およびダミー基板は、膨張性膜と支持リングとを含むキャリアヘッドアセンブリに位置決めされる。第１の基板は、第１の基板の裏側の表面粗さを減ずるために研磨パッドに接触して配置される。支持リングは、第１の基板がキャリアヘッドアセンブリの内部面に接触しないように、膨張性膜の横方向の動きを制限する。この支持リングは、キャリアヘッドアセンブリ内における膨張性膜の垂直方向の動きを可能にする大きさである。
【００１２】
本発明の実施形態は、シリコン貫通ビアの用途に有用な基板を処理することに対して有益である。基板の化学機械研磨を行なうための好適な装置は、カリフォルニア州サンタ・クララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．より入手可能なＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＬＫ（商標）およびＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＧＴ  ＣＭＰシステムである。市販されている他の化学機械研磨システムが、本明細書で開示されている実施形態を有利に利用可能であることが考えられている。
【００１３】
図１は、キャリアヘッド本体１０４を含む研磨ステーション１００の一実施形態の部分断面図である。研磨ステーション１００は、キャリアヘッドアセンブリ１０２およびプラテンアセンブリ１２０を含む。研磨中には、キャリアヘッドアセンブリ１０２に第１の基板１１０と第２の基板１１２が配置されている。キャリアヘッドアセンブリ１０２は、概して、プラテンアセンブリ１２０に配置された研磨パッドアセンブリ１３０に第１の基板１１０を押し付けて保持する。キャリアヘッドアセンブリ１０２またはプラテンアセンブリ１２０の少なくとも一方は、回転するか、そうでない場合には、第１の基板１１０と研磨パッドアセンブリ１３０との相対的な動きを提供するように動く。図１に示されている実施形態では、キャリアヘッドアセンブリ１０２は、軸１１８周りでの少なくとも回転の動きを基板１１０に提供するアクチュエータまたはモータ１５０に結合されている。また、モータ１５０は、キャリアヘッドアセンブリ１０２を振動させることができ、それによって基板１１０は、研磨パッドアセンブリ１３０の面１３２にわたって横方向に前後に動く。
【００１４】
研磨パッドアセンブリ１３０は、パッドとしてプラテンアセンブリ１２０の上に配置される、発砲ポリマーなどの従来の材料を含むことができる。一実施形態では、従来の研磨材料は発砲ポリウレタンである。一実施形態では、このパッドは、デラウェア州ニューアークのＲｏｄｅｌ  Ｉｎｃ．より入手可能なＩＣ１０１０ポリウレタンパッドである。ＩＣ１０１０ポリウレタンパッドは、約２．０５ｍｍの厚さと、約２％の圧縮率とを通常有する。用いることのできる他のパッドには、下側に追加の圧縮性底部層を有するＩＣ１０００パッド、および、下側に追加の圧縮性底部層を有さないＩＣ１０００パッド、下側に追加の圧縮性底部層を有するＩＣ１０１０パッド、ならびに、他のメーカーより入手可能な研磨パッドが含まれる。本明細書で説明される組成物は、基板の化学機械研磨に寄与するために、パッドの上に配置される。
【００１５】
一実施形態では、キャリアヘッドアセンブリ１０２は、基板受容ポケットを画定するキャリアヘッド本体１０４を含む。この基板受容ポケットは、第１の基板１１０および第２の基板１１２が基板受容ポケット内に配置されることを可能にする。基板受容ポケットには膜１１４が配置されており、この膜１１４は、第２の基板１１２をキャリアヘッドアセンブリ１０２に拘持する（ｃｈｕｃｋ）ために真空にし、第１の基板１１０が研磨パッドアセンブリ１３０に押し付けられるとき第１の基板１１０の下向きの力を調節するように加圧することができる。この膜１１４は、支持リング１０６によって円周方向に取り囲まれている。一実施形態では、キャリアヘッドは、マルチゾーンキャリアヘッドでもよい。好適なキャリアヘッドアセンブリ１０２の１つは、カリフォルニア州サンタ・クララにあるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．より入手可能なＴＩＴＡＮ  ＨＥＡＤ（商標）キャリアヘッドである。
【００１６】
プラテンアセンブリ１２０は、軸１１７周りでのプラテンアセンブリ１２０の回転を円滑にするベアリング１５６によって、ベース１５４に支えられている。モータ１５８は、プラテンアセンブリ１２０に結合されており、研磨パッドアセンブリ１３０がキャリアヘッドアセンブリ１０２に対して動くようにプラテンアセンブリ１２０を回転させる。
【００１７】
組み合わせのスラリ／リンスアームアセンブリ、または、流体送出アームアセンブリ１４０は、スラリ供給部１６１からチューブ１６３を介して研磨パッドアセンブリ１３０の面１３２にスラリを送出するために利用される。代替実施形態では、リンス流体および処理流体は、別々の送出アームアセンブリを介して研磨パッドアセンブリ１３０に供給されてもよい。図１に示されている実施形態では、流体送出アームアセンブリ１４０は、支柱１４４から延びているアーム１４２を含む。モータ１４６は、支柱１４４のセンターライン周りでのアーム１４２の回転を制御するために設けられている。調整装置１４７は、研磨パッドアセンブリ１３０の作業面に対する、アーム１４２の遠位端１４８の高さを調節するために設けることができる。この調整装置１４７は、プラテンアセンブリ１２０に対する、アーム１４２の遠位端１４８の高さを調節するためにアーム１４２または支柱１４４の少なくとも一方に結合されたアクチュエータでもよい。
【００１８】
流体送出アームアセンブリ１４０は、研磨パッドアセンブリ１３０の面にリンス流体のスプレーおよび／またはストリームを均一に送出するように構成された複数のリンス放出ポート１６０を含むことができる。リンス放出ポート１６０は、流体送出アームアセンブリ１４０を通っているチューブ１６２によってリンス流体供給部１６４に結合されている。一実施形態では、流体送出アームは、１２個から１５個の間のポートを有することができる。リンス流体供給部１６４は、相変化合金（ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ａｌｌｏｙ）を含む基板を研磨する前、間、および／もしくは、後に、ならびに／または、研磨パッドアセンブリ１３０を洗浄するために基板１１０が取り除かれた後に、リンス流体を研磨パッドアセンブリ１３０に供給する。また、研磨パッドアセンブリ１３０は、ダイヤモンドディスクまたはダイヤモンドブラシ（図示せず）などのコンディショニング素子を用いて研磨パッドをコンディショニングした後に、リンス放出ポート１６０からの流体を用いて洗浄されてもよい。また、研磨ステーション１００は、研磨パッドアセンブリ１３０の状態を維持するためのパッドコンディショナ装置（図示せず）を含むこともできるため、第１の基板１１０を効果的に研磨することになる。このパッドコンディショナは、アーム１４２に結合されていてもよく、または、別のアーム（図示せず）に結合されていてもよい。
【００１９】
アーム１４２の遠位端にはノズルアセンブリ１６６が配置されている。ノズルアセンブリ１６６は、流体送出アームアセンブリ１４０を通っているチューブ１６８によって、スラリ供給部１６１に結合されている。スラリ供給部１６１は、一般に、任意の処理流体を供給することができる。処理供給流体は、研磨スラリでもよく、または研磨剤でもよい。ノズルアセンブリ１６６は、アームに対して選択的に調整され得るノズル１７０を含むため、ノズル１７０を出る流体を研磨パッドアセンブリ１３０の特定部分に選択的に送ることができる。
【００２０】
一実施形態では、ノズル１７０は、スラリのスプレーを生成するように構成されている。別の実施形態では、ノズル１７０は、スラリのストリームを生成するように適合している。別の実施形態では、ノズル１７０は、約２００ｍｌ／秒から約５００ｍｌ／秒の間のレートで、研磨面にスラリのストリームおよび／またはスプレーを供給するように構成されている。
【００２１】
図１に示されている実施形態では、第１の基板１１０は、シリコン貫通ビアの用途に用いられる基板でもよい。第１の基板１１０は、典型的には約１００ミクロン以下の厚さを有する。第１の基板１１０は、薄く可撓性があるため、支持のために第２の基板１１２に結合されている。第２の基板は、約２インチの厚さを有することができる。第１の基板１１０の面にデバイスフィーチャ（ｄｅｖｉｃｅ  ｆｅａｔｕｒｅ）が形成されている場合には、デバイスフィーチャが２枚の基板の間に配置されるように、例えば、形成されたデバイスフィーチャを有する、第１の基板１１０の面が、第２の基板１１２の方を向くように、第１の基板１１０および第２の基板１１２は、互いに結合する。このように基板を向けることによって、第１の基板１１０の上に形成されたデバイスフィーチャは、以降のプロセスの間、保護される。
【００２２】
第１の基板１１０と第２の基板１１２とを結合する場合、これらの２枚の基板は、エポキシ、または、これらの基板に悪影響を及ぼすことのない任意の他の好適な材料によって、固定して結合することができる。第２の基板１１２は、一般に、ガラスのダミー基板、すなわち犠牲基板（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）である。第１の基板１１０と第２の基板１１２とを結合された後、第１の基板１１０の化学機械研磨の前に、第１の基板１１０の一部を除去することができる。第１の基板１１０の厚さは、機械研削またはエッチングを用いて減ずることができる。厚さの減少した第１の基板１１０によって、ＴＳＶの用途および積層チップの用途において使用することが可能となる。一般に、第１の基板は、厚さを減ずる前には、第２の基板とほぼ等しい当初の厚さを有する。第１の基板１１０の厚さを減ずるために用いられるプロセスは、通常、第１の基板の裏側に粗い面を残す。第１の基板１１０の裏側の表面粗さを減ずるために、化学機械研磨を用いることができる。第１の基板１１０の厚さが減ることによって、第１の基板１１０は、可撓性をもち、また脆くなる。そのため、第１の基板１１０は、第１の基板１１０の研削および研磨の間、支持の付加手段としての第２の基板１１２に結合されている。
【００２３】
図２Ａは、基板処理に用いるための研磨ヘッドアセンブリの概略断面図である。この研磨ヘッドアセンブリは、基板受容ポケットを画定するキャリアヘッド本体２０４ａを有する。この基板受容ポケットは、化学機械研磨プロセスの間、第１の基板２１０ａおよび第２の基板２１２ａを含むように適合している。
【００２４】
この基板受容ポケット内には膜２１４ａが配置されている。この膜２１４ａは、可撓性のある弾性膜である。一実施形態では、膜２１４ａは、高強度のシリコンゴムでもよい。膜２１４ａの面２１３ａは、膜２１４ａと第２の基板２１２ａとの間の摩擦を増やすために、一般にテクスチャが付けられている。テクスチャ付きの面２１３ａによってもたらされる摩擦は、第２の基板２１２ａ、または、第２の基板２１２ａに結合された第１の基板２１０ａが、キャリアヘッド本体２０４ａの基板受容ポケットに配置されたときに膜２１４ａに対して動くか、またはずれることを防止する。第２の基板２１２ａが膜２１４ａに対して動くか、またはずれると、第１の基板２１０ａは、キャリアヘッド本体２０４ａに接触する可能性がある。先に述べたように、第１の基板２１０ａは薄く、また可撓性があるために、簡単に壊れる可能性がある。第１の基板２１０ａがキャリアヘッド本体２０４ａに接触すると、第１の基板２１０ａの外側エッジは、第１の基板２１０ａの欠け、ひび、折れ、または破壊の原因となり得る増大した応力を受ける。
【００２５】
膜２１４ａの周りには円周方向に支持リング２０６ａが配置されている。支持リングの目的は、キャリアヘッドアセンブリ２０２ａ内における膜２１４ａの水平方向の動きを制限しつつ、膜２１４ａの垂直方向の動きを可能にすることである。さらに、支持リング２０６ａは、横方向の支持と堅さを膜２１４ａに与え、膜２１４ａが膜２１４ａ自体の形状を維持し、水平方向に曲がりすぎないことを可能にする。膜２１４ａは、可撓性のある材料で形成されており、十分な支持が行なわれていない場合には、研磨中にキャリアヘッド本体２０４ａの内部側壁２０８ａに第１の基板２１０ａを接触させる可能性がある。例えば、第１の基板２１０ａは、キャリアヘッドアセンブリ２０２ａに加えられた揺動によって、キャリアヘッド本体２０４ａに接触する可能性がある。
【００２６】
支持リング２０６ａは、弾性材料で形成されて、膜２１４ａに固定されてもよい。支持リング２０６ａと、キャリアヘッド本体２０４ａの内部側壁２０８ａとの間の距離は、膜２１４ａが垂直方向に浮くが、実質的には横方向の動きを有しないことを可能にするのにちょうど十分であることが好ましい。例えば、支持リング２０６ａとキャリアヘッド本体２０４ａとの間の距離は、膜がキャリアヘッドアセンブリ２０２ａの中心にある場合には、約１０００分の１０インチでもよい。別の実施形態では、支持リングの内径が小さくなっており、支持リング２０６ａを膜２１４ａに固定するために膜のクランプは用いられない。したがって、圧力が膜に加えられると、膜が膨張し、膜２１４ａと側壁２０８ａとの間隙をさらに縮める。さらに、この膨張は、膜の剛性または堅さを高め、第１の基板２１０ａおよび第２の基板２１２ａがキャリアヘッド本体２０４ａの中心に実質的にとどまることを可能にする。
【００２７】
支持リング２０６ａをキャリアヘッド本体の内径と実質的に同じ外径にすることによって、膜の動きは、水平方向において制限される。水平方向におけるこの制限は、第１の基板２１０ａが第２の基板２１２ａに中心から離れて付着している場合に、第１の基板２１０ａを保護することに有用である。例えば、第１の基板２１０ａの一部が第２の基板２１２ａの外径を越えて延びているか、または突出するように第１の基板２１０ａが第２の基板２１２ａに結合されている場合、第１の基板２１０ａがキャリアヘッド本体２０４ａに接触する可能性がいくらかあり得る。しかし、支持リング２０６ａが、膜の水平方向の動きすべてを実質的に防止し、それにより第１および第２の基板が摩擦によって保持される場合には、第１の基板２１０ａがキャリアヘッド本体２０４ａに接触する可能性は低くなる。例えば、キャリアヘッド本体２０４ａの内部径と実質的に等しいか、またはわずかに小さい外部径を有する、厚さの増した支持リングは、第１の基板２１０ａのエッジを保護することに役立つ。膜２１４ａの横方向の動きを制限するための支持リングの厚さの増加と、第２の基板を適切な位置に維持するための面２１３ａの摩擦の増加との組み合わせによって、第１の基板２１０ａにかかるエッジの応力は低減される。
【００２８】
さらに、キャリアヘッド本体２０４ａの内部側壁２０８ａは、実質的に平面である。例えば、キャリアヘッド本体２０４ａの内部側壁２０８ａは、基本的には実質的に平らな面からなっていてもよい。側壁２０８ａには、流体の流れを円滑にする任意の溝、または、任意の他の変形を有しないことが好ましい。溝があると、第１の基板２１０ａまたは第２の基板２１２ａが、この溝に接触することがある。これにより、第１および第２の基板が時折溝に接触する所で、不均一に摩耗したスポットが形成されるおそれがある。さらに、第１の基板２１０ａが溝に接触すると、その接触が、第１の基板の欠けまたはひびの原因となり得る。膜２１４ａは垂直方向に動くことが可能であるため、第１の基板２１０ａは、溝が接触するまで側壁２０８ａの上でこすれ、傷つけられる可能性がある。
【００２９】
図２Ｂは、基板処理に用いるためのキャリアヘッドアセンブリの概略断面図である。図２Ｂの実施形態では、キャリアヘッドアセンブリ２０２ｂは、基板受容ポケットを画定するキャリアヘッド本体２０４ｂを有する。この基板受容ポケット内には、膜２１４ｂが配置されている。この膜は、比較的高い摩擦係数をもつ、テクスチャ付きの面２１３ｂを有する。テクスチャ付きの面２１３ｂは、第１の基板２１０ｂに結合されている第２の基板２１２ｂに接触して配置されている。膜２１４ｂの、テクスチャ付きの面２１３ｂは、膜２１４ｂに接触して配置されると、第２の基板２１２ｂが膜２１４ｂに対して動くことを防止する。
【００３０】
支持リング２０６ｂは、膜２１４ｂおよび第２の基板２１２ｂに接触して、それらの周りに円周方向に配置されている。図２Ｂの支持リング２０６ｂは、第２の基板２１２ｂのほとんどの側壁に沿って延びているように示されているが、支持リングは、第２の基板２１２ｂの実質的にすべての側壁と接触している必要はない。例えば、支持リング２０６ｂは、第２の基板２１２ｂの側壁の少なくとも約２５パーセント、少なくとも約５０パーセント、または、少なくとも約７５パーセントと接触していてもよい。
【００３１】
支持リング２０６ｂは、膜２１４ｂに固定されて、その支持リング２０６ｂ内に第２の基板が研磨のために挿入されることを可能にしてもよい。図２Ｂに示されているように延びている支持リングは、膜２１４ｂに対する適切な位置で第２の基板を保持するように付加的に用いられている。例えば、支持リング２０６ｂは、膜２１４ｂの中心における第２の基板２１２ｂを保持することができる。テクスチャ付きの面２１３ｂおよび支持リング２０６ｂは共に、第１の基板２１０ｂがキャリアヘッド本体２０４ｂの内部側壁２０８ｂに接触しないように用いることができる。
【００３２】
図３Ａは、研磨ヘッドの膜に用いるための膜支持構造体の一実施形態の概略斜視図である。この膜支持構造体は、複数の同心円３１５ａ〜３１５ｄを含む。ブラダー（ｂｌａｄｄｅｒ）などの、膨張するように適合している膜（図示せず）は、これらの同心円を取り囲むことができる。同心円３１５ａ〜３１５ｄは、化学機械研磨中に膜の横方向の動きを少なくするためにさらなる剛性を提供する。これらの同心円３１５ａ〜３１５ｄは、膜と同じ材料から通常形成されており、膜内における動きを減ずるために、膜の内部面に結合されていてもよい。さらに、同心円３１５ａ〜３１５ｄは、これらの同心円３１５ａ〜３１５ｄの間の空間が、膨張して基板を研磨パッドに押し付けて保持するために加圧されるか、または、基板をキャリアヘッドに拘持するために真空にされることを可能とするために、これらの同心円３１５ａ〜３１５ｄを貫通する孔（図示せず）を有していてもよい。同心円３１５ａ〜３１５ｄは、化学機械研磨中に加えられる揺動のために膜が変形すること、または斜めになることを防ぐのに役立つ。膜が斜めになると、研磨されている基板は、研磨ヘッドの側壁と接触して傷む可能性がある。
【００３３】
図３Ｂおよび図３Ｃは、研磨ヘッドに用いるための膜の、テクスチャ付きの面の概略図である。図３Ｂでは、膜３１４ｂの面の中心近くから半径方向に広がっている一組の溝３１６ａ〜３１６ｃによって、テクスチャが付けられている。これらの溝は、半径方向に対称でもよく、または、クロスハッチパターンを形成してもよく、または、ランダムでもよい。図３Ｂの実施形態では、３つの溝が示されている。しかし、溝の数、大きさ、および位置は、特定の用途に応じて異なってもよい。図３Ｃの実施形態では、膜３１４ｃの面から突出しているこぶ（ｂｕｍｐ）３１９ｃによって、テクスチャが付けられている。これらのこぶは、パターンを形成してもよく、または、膜３１４ｃの面上にランダムに形成されてもよい。例えば、こぶ３１９ｃは、同心円、螺旋を形成することができ、または、領域内に形成されてもよい。図３Ｃの実施形態では、こぶは、膜３１４ｃの面の中心から直線で放射状に広がっている。しかし、こぶが十分なテクスチャを提供する以上は、他の変形も可能である。さらに、こぶ３１９ｃは、膜３１４ｃの面にわたって均一な密度を有していてもよく、または、異なる密度の領域を有していてもよい。こぶ３１９ｃは、均一な高さを有していてもよく、または、異なる高さを有していてもよい。
【００３４】
図４Ａは、キャリアヘッドアセンブリ４００ａの概略断面図である。キャリアヘッド本体４０４ａに配置された膜４１４ａは、十分な剛性と、支持用の内部の同心円との両方を欠いている。そのため、膜４１４ａは、第１の基板４１０ａが化学機械研磨プロセスを受ける際に、キャリアヘッド本体４０４ａ内で斜めの形状をとる。膜４１４ａが斜めになるため、第１の基板４１０ａは、キャリアヘッド本体４０４ａの側壁４０８ａと接触する場合がある。この接触は、ひび、欠け、または破壊につながる、第１の基板４１０ａのエッジにおける応力を増大させる。膜４１４ａの剛性を高め、また膜４１４ａの曲がりを減ずるために適切な大きさの支持リング４０６ａを用いることができることに留意されたい。
【００３５】
さらに、第２の基板４１２ａが膜４１４ａに対して動く場合があるため、基板４１０ａは、キャリアヘッド本体４０４ａの内部側壁４０８ａと接触する場合がある。第２の基板４１２ａは、第２の基板４１２ａと、膜の面４１５ａとの間に十分な摩擦がない場合、膜４１４ａに対してずれるか、または動く可能性がある。さらに、支持リング４０６ａと、キャリアヘッド本体４０４ａの内部側壁４０８ａとの間に広い間隙を作る、支持リング４０６ａの比較的小さいサイズに起因して、膜４１４ａは、広範な横方向の動きを有する。広範な水平方向の動きによって、第１の基板４１０ａは、内部側壁４０８ａと接触する場合がある。このことは、第１の基板４１０ａが第２の基板４１２ａの中心からずれている場合、および／または、第２の基板４１２ａが膜４１４ａの中心からずれている場合には、特に問題となる可能性がある。
【００３６】
図４Ｂは、キャリアヘッドアセンブリ４００ｂの概略断面図である。膜４１４ｂは、化学機械研磨プロセス中に斜めにならないように、または、水平方向に曲がらないように、十分な剛性を有する。しかし、膜４１４ｂは、垂直方向に動くことは依然として可能であり、垂直方向の動きは、膜４１４ｂ内の圧力の量によって影響または調節され得る。支持リング４０６ｂは、第１の基板４１０ｂおよび第２の基板４１２ｂがキャリアヘッド本体４０４ｂの内部側壁４０８ｂと接触することができないように、十分な厚さを有する。さらに、膜の面４１５ｂは、研磨中に第２の基板４１２ｂが膜４１４ｂに対して動かないように、十分なテクスチャと、十分に高い摩擦係数とを有する。膜４１４ｂの剛性と、支持リング４０６ｂと、膜の面４１５ｂにテクスチャを付けることとの組み合わせによって、第１の基板がキャリアヘッド本体４０４ｂに接触することが防止される。
【００３７】
本明細書で説明された実施形態は、薄く、可撓性があり、または脆い基板の化学機械研磨のための方法および装置を提供する。キャリアヘッド内の膨張性膜の動きを制限することによって、脆い基板は、キャリアヘッドに接触することがなく、そのため、基板を壊すおそれのある増大したエッジの応力を受けない。また、適切な大きさの支持リングは、第１の基板が第２の基板に中心からずれて付着している場合に、第１の基板がキャリアヘッドに接触することを防ぐのに役立つ。さらに、膨張性膜のテクスチャ付きの面は、膨張性膜と接触している第２の基板が中心からずれてキャリアヘッドに接触することを防ぐのに役立つ。第１の基板とキャリアヘッドとの接触を減ずることによって、第１の基板が受けるダメージまたは応力の量を減ずることができる。このことによって、基板へのダメージを最小にすることによる全体的に高い歩留まりの、また高品質の基板がもたらされる。
【００３８】
上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められている。
【図１】
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【図２Ａ】
2013531396.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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