(57)【要約】ウェハ研磨装置は、ベース（２３）と、上に研磨パッド（２９）を有するターンテーブル（２７）と、を備える。上記ターンテーブル（２７）は、上記ターンテーブル（２７）及び研磨パッド（２９）に垂直な軸を中心として上記ベース（２３）に対してターンテーブル（２７）及び研磨パッド（２９）を回転させるため、上記ベース（２３）上に取り付けられている。上記研磨パッド（２９）は、ウェハのフロント表面を研磨するため、ウェハのフロント表面と係合可能なワーク表面を含む。ターンテーブルの軸に実質的に平行な軸を中心とする回転運動を付与するため、上記ベースに駆動機構（４５）が取り付けられている。研磨ヘッドの回転を駆動するため、研磨ヘッド（６３）が駆動機構（４５）に接続されている。研磨ヘッド（４５）は、研磨パッド（２９）のワーク表面にウェハのフロント表面を係合させるため、ウェハを保持するように構成されたプレッシャープレート（１１５）を有する。当該プレッシャープレート（１１５）は、略平面ポジションにあり、平面ポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションへ選択的に変位可能である。
2011522416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
研磨パッドを上に有し、かつターンテーブル及び研磨パッドに垂直な軸を中心として上記ベースに対して当該ターンテーブル及び研磨パッドを回転させるため上記ベースに取り付けられたターンテーブルと、
上記ターンテーブルの軸に実質的に平行な軸を中心とする回転運動を付与するため、上記ベースに取り付けられた駆動機構と、
研磨ヘッドの回転を駆動させるための駆動機構に接続された研磨ヘッドと、を備え、
上記研磨パッドは、ウェハのフロント表面を研磨するためウェハのフロント表面に対して係合可能なワーク表面を含み、
上記研磨ヘッドは、ウェハのフロント表面を研磨パッドのワーク表面に係合させるため、ウェハを保持するように構成されたプレッシャープレートを有し、
上記プレッシャープレートは、略平面ポジションにあり、当該平面ポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションへ選択的に変位可能であるウェハ研磨装置。
【請求項２】
上記プレッシャープレートに正の圧力を付加して、上記プレッシャープレートを上記平面ポジションから上記凸状ポジションへ変位させ、真空引きを行って上記プレッシャープレートを上記平面ポジションから上記凹状ポジションへ変位させる第１プレッシャーソースをさらに備える請求項１記載のウェハ研磨装置。
【請求項３】
上記プレッシャープレートは、サポートプレートと、上記サポートプレートから延びる環状壁部と、を有し、
上記サポートプレート及び上記環状壁部は、少なくとも部分的に第１内部チャンバーを構成する請求項２記載のウェハ研磨装置。
【請求項４】
さらに、リテーニングプレートを有し、
上記リテーニングプレート、上記サポートプレート及び上記環状壁部は、上記第１内部チャンバーを構成する請求項３記載のウェハ研磨装置。
【請求項５】
上記サポートプレートは、ヒンジを中心として、上記環状壁部に対して変位する請求項３記載のウェハ研磨装置。
【請求項６】
上記環状壁部は、ヒンジを規定し、上記サポートプレートが当該ヒンジを中心として変位する請求項５記載のウェハ研磨装置。
【請求項７】
上記環状壁部は、約２ミリメートル（０．０７９インチ）〜約３ミリメートル（０．１１８インチ）の厚さを有する請求項６記載のウェハ研磨装置。
【請求項８】
上記プレッシャープレートは、上記プレッシャープレートを貫通して延びる複数の通路を備える請求項１記載のウェハ研磨装置。
【請求項９】
上記プレッシャープレートを貫通して延びる通路に圧力を加える第２プレッシャーソースをさらに備える請求項８記載のウェハ研磨装置。
【請求項１０】
さらに、上記プレッシャープレートに取り付けられたバッフルプレートを備え、
上記バッフルプレート及び上記プレッシャープレートは共同して第２内部チャンバーを構成する請求項９記載のウェハ研磨装置。
【請求項１１】
上記プレッシャープレートは、ステンレス鋼からなる請求項１記載のウェハ研磨装置。
【請求項１２】
研磨装置内においてウェハを保持する研磨ヘッドであって、
研磨装置の操作中、ウェハに係合し当該ウェハを保持するサポートプレートを含むプレッシャープレートを備え、
上記サポートプレートは、略平面ポジションにあり、上記平面ポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションへ選択的に変位可能であることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項１３】
上記プレッシャープレートは、外側において上記サポートプレートから延びる環状壁部をさらに備える請求項１２記載の研磨ヘッド。
【請求項１４】
上記環状壁部は、ヒンジを規定し、上記サポートプレートは上記ヒンジを中心として変位する請求項１３記載の研磨ヘッド。
【請求項１５】
上記サポートプレート及び上記環状壁部は一体として形成されている請求項１４記載の研磨ヘッド。
【請求項１６】
上記サポートプレートは、当該サポートプレートを貫通して延びる複数の通路を有する請求項１２記載の研磨ヘッド。
【請求項１７】
上記プレッシャープレートは、少なくとも部分的に内部チャンバーを構成する請求項１２記載の研磨ヘッド。
【請求項１８】
上記プレッシャープレートは、ステンレス鋼からなる請求項１２記載の研磨ヘッド。
【請求項１９】
半導体ウェハを研磨する方法であって、
半導体ウェハのフロント表面の平坦度を定量化する工程と、
プレッシャープレートと該プレッシャープレートに直接接触するように配置されたウェハとを有する、ウェハ研磨装置の研磨ヘッドに接触するように半導体ウェハを配置する工程と、
ウェハのフロント表面が上記研磨パッドのワーク表面に係合するように上記研磨ヘッドにより保持されたウェハを配置する工程と、
上記研磨パッドに対して上記ウェハのフロント表面を付勢する工程と、
上記ウェハのフロント表面の平坦度に基づいて、上記プレッシャープレートを略平面ポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションの一方へ変位させる工程と、
上記研磨装置のターンテーブル上において第１軸を中心として研磨パッドの回転を駆動させる工程と、
実質的に、上記第１軸と不一致の第２軸を中心として研磨ヘッドの回転を駆動させ、それにより、当該ウェハのフロント表面を研磨する工程と、
上記ウェハを上記ターンテーブルから取り外す工程と、
上記研磨ヘッドから上記ウェハを取り除く工程と、を有する方法。
【請求項２０】
上記プレッシャープレートを変位させる工程は、略ドーム状の形状を有するフロント表面を含むウェハを研磨するため、上記プレッシャープレートをその略平面ポジションからその凸状ポジションへ変位させることを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
上記プレッシャープレートを変位させるため、上記研磨ヘッドの第１内部チャンバーを加圧する工程をさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
上記のプレッシャープレートを変位させる工程が、略皿状のフロント表面を有するウェハを研磨するため、上記プレッシャープレートをその略平面ポジションからその凹状ポジションへ変位させることを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
上記プレッシャープレートを変位させるため、上記研磨ヘッドの第１内部チャンバーに対して真空引きを行う工程をさらに含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
上記プレッシャープレートに直接接触して半導体ウェハを配置する工程が、プレッシャープレートを介してウェハの裏面に対して真空引きを行うことを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
研磨パッドのワーク表面に対してウェハのフロント表面を振動させる工程をさらに含む請求項１９記載の方法。
【請求項２６】
一群の半導体ウェハを研磨する方法であって、
プレッシャープレートと、上記プレッシャープレートと直接接触するように配置されたウェハと、を有する、ウェハ研磨装置の研磨ヘッドと接触するように上記一群の半導体ウェハの１つを配置する工程と、
ウェハのフロント表面が研磨パッドの摩耗しているワーク表面と係合するように研磨ヘッドにより保持されたウェハを配置する工程と、
研磨パッドのワーク表面における摩耗の量に基づいて、略平面ポジションから、凸状のポジション及び凹状のポジションの一方へプレッシャープレートを変位させる工程と、
ウェハのフロント表面を研磨パッドに対して付勢する工程と、
研磨装置のターンテーブル上において第１軸を中心として研磨パッドの回転を駆動させる工程と、
実質的に第１軸と不一致の第２軸を中心として研磨ヘッドの回転を駆動させ、それにより、ウェハのフロント表面を研磨する工程と、
ウェハを上記ターンテーブルから取り外す工程と、
上記ウェハを上記研磨ヘッドから取り除く工程と、を備える方法。
【請求項２７】
さらに、上記ウェハのフロント表面の平坦度を定量化する工程を備える請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ若しくは同じようなタイプのマテリアルを研磨するための装置及び方法に関し、より詳細には、平坦な面を設けるために半導体ウェハを研磨することを容易にする装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野において、平坦でかつ高反射性を有しダメージフリーの表面を形成するために製品の研磨が用いられている。電子ビームリソグラフィープロセス若しくはフォトリソグラフィープロセス（以後”リソグラフィー”と称する）によりウェハ上に回路をプリントすることに備えて半導体材料のウェハ等の製品を研磨する際特に良好な仕上げが要求される。回路がプリントされるウェハ表面の平坦度は、線の分解能を維持するため重要である。当該分解能は０．１３マイクロメートル（５．１マイクロインチ）以下である。ステッパーリソグラフィープロセスが用いられる際において、平坦なウェハ表面、特に当該表面の分離した領域における局所的な平坦度に対するニーズが高まっている。
【０００３】
ウェハの基準面（具体的には、サイトベストフィット基準面）に対して測定してグローバルな平坦度偏差パラメーター（例えば、全厚さ偏差（”ＴＴＶ”））の観点から、若しくは、局所的なサイト平坦度偏差パラメーター（具体的には、サイトトータルインディケーティットリーディング（”ＳＴＩＲ”）若しくはサイト焦点面偏差（”ＳＦＰＤ”））の観点から、ウェハ表面の平坦度を定量化することができる。ＳＴＩＲは、基準面（”焦点”面と称する）からの、ウェハの極小領域における当該表面の最大正偏差と負偏差との合計である。ＳＦＱＲは、ＳＴＩＲ計測の特別のタイプであり、フロントサイドベストフィット基準面から測定される。ウェハ平坦度の特性についてのより詳細な考察が、Ｆ．シムラ, 半導体シリコン結晶技術 １９１, １９５（アカデミックプレス１９８９）に開示されている。現在、片面研磨されたウェハの研磨表面の平坦度パラメーターは、新たな研磨パッドが使用されるとき、典型的には許容されうるが、しかしながら、以下に記載するように、当該研磨パッドが摩耗するにしたがって平坦度パラメーターは許容できなくなる。
【０００４】
従来の研磨装置の構造及びオペレーションにより、平坦度測定が許容できないものになっている。研磨装置は、典型的には、円状若しくは環状の研磨パッドを有し、当該研磨パッドは、パッドの中心を通過する垂直軸についての駆動回転のためのターンテーブルに取り付けられている。ウェハは、研磨パッドの上方においてプレッシャープレートに固定して取り付けられ、そして降下され上記回転研磨パッドによる研磨により係合される。典型的には化学研磨剤及び研磨粒子を含む研磨スラリーが、研磨パッドとウェハとの間の研磨作用をより大きくするために当該パッドに塗布される。このタイプの研磨オペレーションは、典型的には、化学的-機械的研磨若しくは単にＣＭＰと称される。
【０００５】
操作中、当該パッドは回転し、プレッシャープレートを用いてウェハを当該パッドと接触させる。当該プレッシャープレートにより、概して均一な下方向の力がウェハに加えられる。当該力は、パッドに対してウェハを押圧する。当該パッドが回転するにしたがって、当該ウェハは回転させられ、偏心されたパッドの一部に関して前後に振動させる。結果として、パッド摩耗は、環状バンドＡＢにおいて最も大きい。当該環状バンドＡＢは、図１において濃い陰影により示されている。当該環状バンドＡＢは、当該パッドの各回転の間、当該ウェハにより接触されている。パッド摩耗は、ＬＡ領域において、徐々にそれ程ひどくなくなる。当該領域は、環状バンドＡＢから離れるように延びる。これらの領域のみ、パッドの回転の間、ウェハと接触している。さらに、パッドの、環状バンドから遠い部分は、パッドの、環状バンドにより近い部分程頻繁には接触しない。その結果、図１において環状バンドから離れるにしたがって漸次的に明るくなっている陰影により示されているこれらの領域ＬＡは、漸次的にパッド摩耗を受ける。当該パッド摩耗は、環状バンドから離れるにしたがって大きくなくなり、これに近づくにつれより大きくなる。パッドの最外ＯＭ及び最内ＩＭ部分は、研磨操作中、ウェハに接触せず、そのため、大きな摩耗は引き起こされない。図１において、これらの領域ＯＭ、ＩＭには陰影が存在しない。
【０００６】
パッドが摩耗した際、具体的には、数百のウェハの処理後、ウェハ平坦度は低下する。これは、パッドがもはや平坦ではなく、図１の環状バンドＡＢに対応して環状溝部を有するからである。典型的には、そのようなパッド摩耗は、２つの方法（”ディッシング”及び”ドーミング”）の内いずれか一方においてウェハ平坦度に影響を与える。”ディッシング”より一般的であり図２に例示された”ドーミング”により、結果的に、実質的に凸状のフロント表面を有するウェハとなる（ウェハのフロント表面はパッドにより研磨された表面である）。これは、パッドが図１に示すように摩耗した際生じ、その結果、ウェハのエッジにより近い領域よりも、ウェハのフロント表面の中央から殆ど材料は取り除かれない。これは、パッドの除去率がその摩耗に対して逆であるからである。換言すれば、摩耗が殆ど無いパッドの部分は、より摩耗が起こるパッドの部分よりも多くの材料を取り除く。最小量の材料が、環状バンドＡＢに対応するパッドの部分によりウェハから取り除かれる。その結果、ウェハのフロント表面は、実質的に”ドーム状”に形成された部分を有することとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ウェハ表面のフロント表面が図３に示すように凹状の上面を有することとなるとき、ウェハ表面の”ディッシング”が起こる。この発現の可能性として考えられる１つの理由としては、研磨パッドに砥粒（すなわち、スラリーからのコロイダル材料、事前に研磨されたウェハからの破片、リテーニングリングからの破片）が入り込み、それにより、摩耗領域において除去率が増加することが挙げられる。換言すれば、パッドの除去率は、その摩耗に正比例する。そのため、より多く摩耗されるパッド部分は、摩耗の殆ど無いパッド部分よりも、研磨プロセス中、ウェハからより多くの材料が除去される。その結果、環状バンドから外側のパッド部分よりも、図１に示す環状バンドＡＢに対応するパッド部分からより多くの材料がウェハから取り除かれる。除去率における不一致により、エッジよりも、ウェハの中央から、より多くの材料が取り除かれ、それにより、ウェハのフロント表面は、実質的に”皿状”の形状を有することとなる。
【０００８】
ウェハの平坦度が許容されなくなると（具体的には、かなり”ドーム状”若しくはかなり”皿状”）、摩耗した研磨パッドを新しいものと取り替えなければならない。頻繁なパッド交換により、研磨装置のオペレーションに対して大きなコストが掛かる。これは、数多くのパッドを購入、備蓄、及び廃棄することが必要であるからだけでなく、研磨パッドを交換するに際し相当の中断時間が必要となるからでもある。
【０００９】
したがって、研磨プロセス中において、ウェハのフロント表面のドーミング及びディッシングの両方を防止し、研磨パッドの耐用年数を引き延ばすことができる研磨装置に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一の態様では、ウェハ研磨装置は、概して、ベースと、上に研磨パッドを有するターンテーブルと、を備える。上記ターンテーブルは、上記ターンテーブル及び研磨パッドに対して垂直な軸を中心として上記ベースに対してターンテーブル及び研磨パッドを回転させるため、上記ベース上に取付けられている。上記研磨パッドは、ウェハのフロント表面を研磨するため、ウェハのフロント表面と係合可能なワーク表面を含む。ターンテーブルの軸に実質的に平行な軸を中心として回転運動を付与するため、上記ベースに駆動機構が取り付けられている。研磨ヘッドの回転を駆動するため、研磨ヘッドが駆動機構に接続されている。研磨ヘッドは、研磨パッドのワーク表面にウェハのフロント表面を係合させるため、ウェハを保持するように構成されたプレッシャープレートを有する。当該プレッシャープレートは、略平面のポジションにあり、平面のポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションへ選択的に変位可能である。
【００１１】
他の態様では、研磨装置においてウェハを保持する研磨ヘッドは、プレッシャープレートを有する。当該プレッシャープレートは、研磨装置の操作中、ウェハを係合及び保持するためのサポートプレートを含む。当該サポートプレートは、略平面のポジションにあり、上記平面のポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションへ選択的に変位可能である。
【００１２】
さらに別の態様では、半導体ウェハを研磨する方法は、概して、半導体ウェハのフロント表面の平坦度を定量化する工程を含む。当該半導体ウェハは、ウェハ研磨装置の研磨ヘッドと接触して配置される。当該研磨ヘッドは、プレッシャープレートを有し、ウェハは、上記プレッシャープレートと直接接触して配置される。ウェハは、ウェハのフロント表面が研磨パッドのワーク表面と係合するように、研磨ヘッドにより保持される。ウェハのフロント表面は、研磨パッドに対して付勢される。当該プレッシャープレートは、ウェハのフロント表面の平坦度に基づいて、略平面のポジションから、凸状ポジション及び凹状ポジションの一方へ変位する。研磨パッドを、第１軸を中心として研磨装置のターンテーブル上で回転させ、研磨ヘッドを実質的に第１軸と不一致の第２軸を中心として回転させ、それによりウェハのフロント表面を研磨する。ウェハは、上記ターンテーブルから取り外され、上記研磨ヘッドから取り除かれる。
【００１３】
さらに別の態様では、一群の半導体ウェハを研磨する方法は、概して、上記一群の半導体ウェハから半導体ウェハの１つをウェハ研磨装置の研磨ヘッドと接触させながら配置する工程を含む。当該研磨ヘッドは、プレッシャープレートを有し、ウェハは上記プレッシャープレートと直接接触するように配置される。ウェハは、ウェハのフロント表面が研磨パッドのワーク表面と係合するように研磨ヘッドにより保持されている。当該ワーク表面は摩耗している。プレッシャープレートは、略平面ポジションから、研磨パッドのワーク表面における摩耗の量に基づいて、凸状のポジション及び凹状のポジションの一方へ変位する。ウェハのフロント表面は研磨パッドに対して付勢される。研磨パッドを第１軸を中心として研磨装置のターンテーブル上で回転させ、研磨ヘッドを、実質的に、第１軸と不一致の第２軸を中心として回転させ、それにより、ウェハのフロント表面を研磨する。当該ウェハは、上記ターンテーブルから取り外され、上記研磨ヘッドから取り除かれる。
【００１４】
上述の態様に関して記載した特徴には様々な限定が存在する。同様に、上述した態様において、さらに別の特徴を加えてもよい。これらの限定及び付加的な特徴は、個々に存在してもよいし、いずれか組み合わせて存在してもよい。例えば、例示された実施の形態のいずれかに関し、以下に議論する様々な特徴は、上述の態様のいずれかに、単独で若しくはいずれかと組み合わせて組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、パッド摩耗の領域を例示した従来の研磨パッドの上面図である。
【図２】図２は、ドーム状のウェハの側面図である。
【図３】図３は、皿状のウェハの側面図である。
【図４】図４は、非汚染ブース内のウェハ研磨装置の側面図である。
【図５】図５は、図４のウェハ研磨装置の側面図及び部分断面である。分かりやすくするため、非汚染ブースは省略されている。
【図６】図６は、ウェハ研磨装置の概略拡大断面図であり、断面においてその研磨ヘッドを図示している。
【図７】図７は、図６と同様のウェハ研磨装置の概略拡大断面図であるが、しかしながら、凹状ポジションにおける研磨ヘッドのプレッシャープレートが示されている。
【図８】図８は、図７と同様の概略図であり、凸状ポジションにおけるプレッシャープレートが示されている。
【図９】図９は、均一な膜厚及び平坦度の研磨されたウェハの側面図である。対応する参照記号は、図面のいくつかの図を通して対応する部材を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照する。特に図４を参照する。概して、２１で示されたウェハ研磨装置であって、概して２３により示されたベースを有するウェハ研磨装置が示されている。ベース２３は、様々な構成であってもよいが、しかしながら、研磨装置２１のための安定なサポートを提供するように構成されていることが好ましい。例示された実施の形態において、ブース２５は、ウェハ研磨装置２１を取り囲み、大気中に浮遊している汚染物が上記ブースに入り、装置及び研磨されるべき半導体ウェハ（若しくは他の製品）を汚染することが防止される。以下に指摘する場合を除いて、研磨装置の構成は従来型のものである。ここで議論するタイプの従来型片面研磨装置の具体例は、ストラスボーモデル６ＤＺであり、これは、カリフォルニア、サンルイスオビスポのストラスボー社から入手可能である。
【００１７】
以下、図４及び５を参照する。ターンテーブル２７は、ベース２３に関して回転させるため、ベース２３に載置されている。ターンテーブル２７は円状であり、半導体ウェハ３５を研磨するため、上に載置された研磨パッド２９を有する。ターンテーブル２７及びそれによって研磨パッド２９が、上記ターンテーブル及び研磨パッドに垂直な軸Ａを中心として、ベース２３に対して共同して回転する（図４）。ある適切な構成において、ターンテーブル２７に対して研磨パッド２９を固定するため、研磨パッド２９は接着剤付きである。研磨パッドの反対サイドは、半導体ウェハ３５のフロント表面３９と係合可能なワーク表面３７を有する。研磨の間、研磨パッド２９は、研磨スラリーの連続供給を受けるように設計されている。研磨スラリーは、スラリー配送システム（不図示）を介して、パッド２９に配送される。適切な研磨パッド、研磨スラリー、及びスラリー配送システムは、関連する技術分野において良く知られている。
【００１８】
ターンテーブル２７の回転は、ターンテーブルモーター及びターンテーブル制御装置（不図示）により制御される。ターンテーブル制御装置は、以下に、より詳細に考察するように、ウェハ３５の研磨をさらに調整するため、ターンテーブル２７の回転スピードを制御する。適切なターンテーブル制御装置及びモーターは、関連する技術分野において良く知られている。
【００１９】
図５において概して４５で示された駆動機構は、ターンテーブル（図４）の軸Ａに対して略平行な軸Ｂを中心として駆動機構の回転運動を与えるため、ベース２３の上方においてターンテーブル２７に取付けられている。駆動機構４５は、モーター４７と、可動式アーム５３に収容されたギアーボックス４９と、を有する。図４に例示された可動式アーム５３は、研磨プロセスにおいて当該アームが半導体ウェハ３５を持ち上げ支持し、そして解放するように、横方向及び垂直方向の両方に旋回する。駆動機構４５はまた駆動機構の回転速度を制御し研磨プロセスの研磨特性を向上させるため制御装置（不図示）を備える。モーター４７は、アーム５３内において水平方向に方向付けられ、ギアーボックス４９に接続されている。これは、水平軸を中心とするモーターの回転を軸Ｂを中心とするアウトプットシャフト５５の回転に変換するため、適切なウォームギアアセンブリー（不図示）を含む。アウトプットシャフト５５は、シャフト方向を制御するため、ラジアルベアリング５７を介してギアーボックス４９から下方に延在する。
【００２０】
図５及び６に示されているように、ウェハ研磨装置２１は、さらに、概して６３で示された研磨ヘッドを含む。当該研磨ヘッドは、研磨ヘッドの駆動回転のため、旋回可能及び回転可能に駆動機構４５に接続されている。研磨ヘッド６３は、ウェハが均一に研磨されるように、研磨の間、ウェハ３５を強固に保持する。研磨ヘッド６３は、共同回転のため、アウトプットシャフト５５の下端に設けられている。研磨ヘッド６３は、さらに、概して７５で示された球状ベアリングアセンブリーを備える。当該アセンブリーは、上部ベアリング部材７７、下部ベアリング部材７９、及び複数のボールベアリング８１を備える。上部ベアリング部材７７及び下部ベアリング部材７９は、互いに強固には接続されておらず、互いにずれない。ボールベアリング８１は、上部ベアリング部材７７と下部ベアリング部材７９とが相対的に移動するようにするためこれらの部材と係合され、それにより、研磨ヘッド６３は、駆動機構４５に関して旋回する。ベアリングをベアリング部材７７、７９間の適切な位置に配置するため、ベアリング８１は、従来技術においてよく理解されているように、従来のベアリングレース（不図示）内に保持されていることが好ましい。上部ベアリング部材７７は、駆動機構４５に強固に取り付けられ、下部ベアリング７９は、研磨ヘッド６３に強固に取り付けられている。上部ベアリング部材７７及び下部ベアリング部材７９は、各球状の載置面の曲率半径の中心が、米国特許第７,１３７,８７４に開示されているジンバルポイントに対応するように配置された球状の載置面を有する。米国特許第７,１３７,８７４は、全体として本明細書において引用して援用する。ある実施の形態において、載置部材７７、７９及びボールベアリング８１は、研磨ヘッド６３が回転するため、研磨ヘッド６３の繰り返し旋回運動に耐えることができる硬化鋼若しくは他の材料から構成される。表面は、摩耗砥粒の発生を防止し、球状のベアリングアセンブリー７５内において摩擦を最小化するため、強く研磨され、ベアリングアセンブリーの極めてスムースな旋回運動が生み出される。
【００２１】
再び図１を参照する。アーム５３は、ウェハ研磨の間、研磨パッド６３に対して、下方の力を加える。上述のように、アーム５３は、アームの遠位端（不図示）近くで水平軸を中心として水平に旋回する。他の連結システムも本発明の技術的範囲内にあるが、油圧作動システム若しくは空気圧作動システムが研磨アーム５３を連結するために一般的に使用される。これらのシステムは、関連する分野において良く知られており、ここでは詳細には記載されていない。作動システムからの下方向への力は、アウトプットシャフト５５、上部ベアリング部材７７、ボールベアリング８１、及び下部ベアリング部材７９を介して、ウェハ３５に伝達される。
【００２２】
ウェハ研磨装置２１は、駆動機構から研磨ヘッドへ回転力を付与するため、駆動機構４５と研磨ヘッド６３との間に、概して８９で示される半固定コネクションをさらに備える（図５及び６）。半固定コネクション８９により、研磨ヘッド６３と駆動機構４５とは共同して回転し、それにより制御装置が駆動機構の速度を調整し、それにより、確実にウェハ３５の回転を調整する。半固定コネクション８９が無い場合、上部ベアリング部材７７は、駆動機構４５とともに回転し、下部ベアリング部材７９及びウェハ３５は、球状ベアリングアセンブリー７５の真下で回転しないであろう。駆動機構４５と研磨ヘッド６３との間の接続は、球状のベアリングアセンブリー７５についての駆動機構に関しての研磨ヘッドの自在な旋回運動が、駆動機構の駆動力により影響を受けないように、好ましくは半固定である。半固定コネクション８９が、柔軟な接続であり、第１の実施の形態において駆動機構４５及び研磨ヘッド６３に取り付けられたトルク伝達ブート９３である。駆動機構から研磨ヘッドまで回転を伝達するため、ブート９３により、研磨ヘッド６３を、球状ベアリングアセンブリー７５のジンバルポイントを通過する水平軸を中心として、駆動機構４５に関して旋回させる。
【００２３】
研磨ヘッド６３をブートに固定するため、リング９５は、トルク伝達ブート９３の外端部にフィットされる。リング９５とブート９３は、それぞれ、複数の適合ホールを有し、複数のボルト１０３が、研磨ヘッド６３に対してブートを強固に保持するため、リングとブートとを貫通する。リング９５は、ブートを介して伝達された回転力が、ブートの外周を均一に拡がるように、ブート９３を補強する。ある実施の形態において、トルク伝達ブート９３は、弾性材料、例えばラバー（具体的には、ウレタン）からなり、駆動機構４５の回転エネルギーを研磨ヘッド６３に伝達することができる硬度及び研磨ヘッドの旋回運動を可能とすることができる弾性力を有する。回転エネルギーを伝達することができ、研磨ヘッド６３の旋回運動を可能とすることができる他の材料は、本発明の範囲内であると考える。
【００２４】
図５に示されているように、研磨ヘッド６３は、さらに、ウェハのフロント表面３９を研磨パッド２９のワーク表面３７と係合させるため、ウェハ３５を保持するように構成されている。ヘッド６３は、概して１０９で示される下部本体を有する。当該下部本体は、下部ベアリング部材７９に取り付けられている。下部本体１０９は、上述のように、下部ベアリング部材７９とともに共同して回転し、トルク伝達ブート９３に強固に接続されている。それにより、ブート９３は、研磨ヘッド６３の下部本体１０９に直接アウトプットシャフト５５の回転エネルギーを伝達する。
【００２５】
下部本体１０９は、内側に向いた環状フランジ１１１をさらに備える。環状フランジ１１１は、上部ベアリング部材７７の一部の上側に内方に突出し、アーム５３が研磨ヘッド６３を上方にリフトした際、下部本体１０９、プレッシャープレート１１５、及びウェハ３５の重量が、トルク伝達ブート９３ではなく、固定の上部ベアリング部材に掛かる。当該フランジ１１１は、アーム５３が駆動機構４５及び研磨ヘッド６３を持ち上げる際、繰り返し引張荷重を受けないことにより、トルク伝達ブート９３の保護を助力する。下部本体１０９は、プレッシャープレート１１５を研磨ヘッド６３に取り付けるため、さらにリテーニングプレート１１７を有する。より詳細には、プレッシャープレート１１５は、プレッシャープレート１１５のための座部を共同して形成する取付フランジ１１９を有し、当該取付フランジ１１９はリテーニングプレート１１７の真下に取り付けられる。複数のボルト１２１は、プレッシャープレート１１５を研磨ヘッド６３に固定するため、リテーニングプレート１１７及び取付フランジ１１９を貫通して延びる。
【００２６】
図６に示されているように、この実施の形態のプレッシャープレート１１５は、比較的薄い環状壁部１２３を有する。当該環状壁部１２３は、取付フランジ１１９から下方向に延びる。例えば、環状壁部１２３は、約２ミリメートル（０．０７９インチ）〜約３ミリメートル（０．１１８インチ）の厚さを有するが、しかしながら、当該環状壁部は、本発明の範囲を逸脱しない限り異なる別の厚さを有していてもよいことは理解されよう。ウェハサポートプレート１２５が、環状壁部１２３及び取付フランジ１１９の下に配置され、これらと一体に形成されている。サポートプレート１２５は、以下、より詳細に記載するように、研磨操作中、ウェハ３５と係合しウェハ３５を保持するようなサイズ及び形状に形成される。ウェハサポートプレート１２５は、複数の通路１２７を有し、これら複数の通路１２７はウェハサポートプレート１２５を貫通して延びる。取付フランジ１１９、環状壁部１２３、及びサポートプレート１２５は、２以上の分離したパーツから形成され、一体に接続されてもよい。また、リテーニングプレート１１７は、取付フランジ１１９、環状壁部１２３、及びサポートプレート１２５に一体に形成されていてもよい。
【００２７】
第１の内部チャンバー１３１は、プレッシャープレート１１５とリテーニングプレート１１７との間に配置され、これらにより共同して規定されている。第１の内部チャンバー１３１は、導管１４３を介して第１プレッシャーソース１４５に流体的に接続されている。第１のプレッシャーソース１４５は、第１内部チャンバー１３１に対して負（すなわち真空）若しくは正の圧力を加えるようにオペレート可能である。一の適切な実施の形態において、第１のプレッシャーソース１４５は、約２９インチ水銀（インチＨｇ）以下の真空、及び約４０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）以下の正の圧力を加えることが可能である。しかしながら、本発明の範囲を逸脱しない限り、第１プレッシャーソースは、与えられたこれらのものと異なる範囲の圧力を加えてもよいことは理解されよう。
【００２８】
図７に示されているように、第１のプレッシャーソース１４５を用いて内部チャンバー１３１を真空引きすることにより、プレッシャープレート１１５及びより詳細にはサポートプレート１２５を上方に（すなわち、ウェハ３５から離れるように）変位させ、それにより、実質的に凹状の形状を有するサポートプレートとなる。そのため、サポートプレート１２５は、実質的に平面のポジション（図５及び６）から実質的に凹状のポジション（図７）へ変位可能である。サポートプレート１２５における上方への変位の量は、第１プレッシャーソース１４５により内部チャンバー１３１に加えられる真空度と正比例する。換言すれば、加えられる真空度がより大きければ、上方への変位はより大きくなる。さらに、サポートプレート１２５における変位の量は、その中央で最も大きく、プレッシャープレートの端部に向かって半径外側へいくにしたがって減少する。
【００２９】
以下、図８を参照する。第１のプレッシャーソース１４５を用いて内部チャンバー１３１に正の圧力を付加することにより、サポートプレート１２５をウェハ３５に向かって下方に変位させ、それにより、当該プレッシャープレートは、実質的に凸状の形状を有することとなる。サポートプレート１２５における下方への変位の量は、内部チャンバー１３１に付加される正の圧力の量に正比例する。換言すれば、正の圧力がより大きければ、下方への変位はより大きくなる。そのため、プレッシャープレート１１５及びより詳細にはサポートプレート１２５を、図８に示された凸状ポジションへ変位させることができる。
【００３０】
プレッシャープレート１１５の凹状ポジション及び凸状ポジションの両方において、サポートプレート１２５における変位の量は、その中央において最も大きく、サポートプレートの端部に向かって実質的に半径方向外側へいくにしたがって減少する。その結果、サポートプレート１２５を湾曲させ実質的にスムースな曲線とすることができる。一実施の形態において、その中央でのサポートプレート１２５の変位の量は、約１００マイクロメートル未満であり、より好ましくは約５０マイクロメートル未満である。例えば、サポートプレート１２５は、その中央において約０マイクロメートル〜約５０マイクロメートル変位させることができる。サポートプレート１２５は、本発明の範囲を逸脱しない限り、その中央において、様々な範囲で変位していてもよいことは理解されよう。
【００３１】
例示された実施の形態において、比較的細い環状壁部１２３は、ヒンジとして機能しうる。サポートプレート１２５は、上記ヒンジを中心として変位する。換言すれば、比較的細い環状壁部１２３は、サポートプレート１２５の変位に連動して屈曲する。サポートプレート１２５が上方に変位するとき（すなわち、プレッシャープレート１１５の凹状ポジション）、環状壁部１２３は、駆動機構４５のアウトプットシャフト５５から離れるように外側に屈曲し、当該サポートプレートが下方に変位するとき（すなわち、プレッシャープレートの凸状ポジション）、当該環状壁部は、駆動機構のアウトプットシャフトに向かって内側に屈曲する。他の実施の形態では、サポートプレート１２５は、サポートプレートと環状壁部との間のコーナー１５１を中心として環状壁部１２３に対して上方及び下方に回転可能である。換言すれば、コーナー１５１は、ヒンジとして機能しうる。環状壁部１２３とサポートプレート１２５との相対変位は、使用される材料のタイプ及び当該材料の厚さの関数である。
【００３２】
環状壁部１２３の厚さは、サポートプレート１２５が実現することができる変位の量に直接影響を与える変数の１つである（サポートプレート１２５の変位に影響を与える他の変数には、例えば、プレッシャープレート１１５を構成する材料、プレッシャープレート１１５の厚さ、及び環状壁部１２３の高さが含まれる）。環状壁部１２３がより細く形成されると、サポートプレート１２５はより容易にかつより均一に変位するであろう。しかしながら、環状壁部１２３は、研磨オペレーションに耐える程十分頑丈であることが必要とされる。一の好ましい実施の形態では、上述のように、環状壁部の厚さは、約２ミリメートル（０．０７９インチ）〜約３ミリメートル（０．１１８インチ）であってもよい。しかしながら、環状壁部は、本発明の範囲を逸脱しない限り、異なる厚さを有していてもよい。一の好ましい実施の形態では、プレッシャープレート１１５は、１０ミリメートルの厚さのステンレス鋼から構成されるが、しかしながら、当該プレッシャープレートは他のタイプの材料から構成されていてもよいことは理解されよう。例えば、プレッシャープレート１１５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）若しくは他の適切なプラスティックから構成されていてもよい。
【００３３】
図５及び６を参照する。バッフルプレート１３３は、（具体的には、ボルト１３５により、）第１内部チャンバー１３１においてサポートプレート１２５に取り付けられている。バッフルプレート１３３及びサポートプレート１２５は、協同して第２内部チャンバー１３７を規定する。第２内部チャンバー１３７は、第２プレッシャーソース１４７及びサポートプレート１２５に形成された通路１２７と流体的に接続されている。第２プレッシャーソース１４７は、導管１４１を介して、第２内部チャンバー１３７に接続されている。第２プレッシャーソース１４７は、サポートプレート１２５において、通路１２７を介して、直接ウェハ３５の裏面１５５に対して、正の圧力若しくは真空を付加することができる。使用中、ウェハを研磨パッド２９上に配置するため、そして当該ウェハを当該パッドから取り除くため、第２プレッシャーソース１４７により真空を付加し、サポートプレート１２５に対してウェハ３５を保持しそれによりウェハをリフトしてもよい。研磨操作中、第２プレッシャーソース１４７により正の圧力が付加され、サポートプレート１２５における通路１２７の存在の価値がなくなる。例示された実施の形態において、導管１４１、１４３は、シャフト５５と同軸上に配置されているが、しかしながら、当該導管を、異なる経路で第１内部チャンバー１３１及び第２内部チャンバー１３７に向けることができることは理解されよう。
【００３４】
再び図６を参照すると、リテーニングリング１５３は、複数の環状に離間して配置されたボルト（不図示）により、サポートプレート１２５の底面に取り付けられている。リテーニングリング１５３は、研磨の間、バリアーを形成することによりウェハ３５を保持し、これにより、ウェハが研磨ヘッド６３の下から横方向外側へ移動することを防止する。リテーニングリング１５３は、研磨操作中、半径方向に関してウェハ３５の端部の両側に存在する関係にある。リテーニングリング１５３は、他の適切な方法（具体的には、接着）によりサポートプレート１２５に取り付けてもよい。
【００３５】
使用中、１以上の半導体ウェハ３５が研磨のためウェハ研磨装置２１に配送される。ここで記載された研磨装置及び研磨方法は他の材料の研磨に容易に適用可能であるけれども、ウェハ３５は単結晶シリコンから構成されることが好ましい。適切な方法を用いて半導体ウェハ３５をウェハ研磨装置に配送してもよい。一の態様において、複数のウェハを保存及び移送するため好適に使用されるカセット（不図示）において複数のウェハ３５が研磨装置２１に配送される。これらのカセットは、数多くのウェハ、例えば１カセット当たり２５、２０、１５、１３、若しくは１０のウェハを保持するため様々なサイズを有していてもよい。
【００３６】
一の実施の形態において、カセットから一のウェハ３５が取り除かれ、ウェハ３５のフロント表面３９の表面平坦度が従来の方法を用いて定量化される。前述のように、ウェハの基準面（具体的には、サイトベストフィット基準面）に対して測定してグローバルな平坦度偏差パラメーター（例えば、全厚さ偏差（”ＴＴＶ”））の観点から、若しくは、局所的なサイト平坦度偏差パラメーター（具体的には、サイトトータルインディケーティットリーディング（”ＳＴＩＲ”）若しくはサイト焦点面偏差（”ＳＦＰＤ”））の観点から、ウェハ３５のフロント表面の平坦度を定量化してもよい。他の実施の形態において、ウェハ３９の平坦度は、研磨オペレーションの前において定量化されず、その代わりに、平坦度は、ウェハ３９が研磨された後のみ決定される。
【００３７】
ウェハのフロント表面３９の表面平坦度が定量化された後、研磨装置２１の研磨ヘッド６３に受容されるに適した位置までウェハ３５を移動させる。より詳細には、ウェハ３５の裏面１５５にプレッシャープレート１１５のサポートプレート１２５が接触する。第２プレッシャーソース１４７により発生した真空は、サポートプレートにおいて通路１２７を介してウェハ３５の裏面１５５に付加され、ウェハは研磨ヘッド６３に接触して保持される。サポートプレート１２５に取り付けられたリテーニングリング１５３は、サポートプレートに関してウェハ３５を横方向に移動させることを防止する。アーム５３を用いて、研磨パッド２９に接触した状態で、ウェハ３５を持ち上げ、移動させ、そして載置し、それにより、ウェハのフロント表面３９は、研磨パッドのワーク表面３７と直接接触する。研磨装置２１のアーム５３により下方向の力が加えられ、ウェハ３５は研磨パッド２９に対して付勢される。
【００３８】
ベース２３に取り付けられたターンテーブル２７及び研磨パッド２９を軸Ａを中心としてベース２３に対して協同して回転させる。研磨パッド２９が回転している状態で、スラリー配送システム（不図示）を介して研磨スラリーが連続的にパッドに供給される。ターンテーブル２７の回転は、ターンテーブルモーター及びターンテーブル制御装置（不図示）により制御可能であり、これにより、研磨パッド２９の回転速度を選択的に設定する。スラリー配送は、スラリー配送システムを用いて制御可能である。
【００３９】
駆動機構４５を用いて、研磨ヘッド６３を軸Ｂを中心として回転させる。軸Ｂは、ターンテーブルの軸Ａと実質的に平行でありこれから離間されている（図４）。研磨パッド６３の回転速度は、駆動機構４５の制御装置（不図示）を用いて制御される。一の好ましい実施の形態において、ターンテーブル２７及び研磨パッド６３を、反対方向にかつ異なる速度で回転させる。回転させることに加えて、研磨ヘッド６３をアーム５３により研磨パッド２９に対して振動させてもよい。ウェハ３５を研磨ヘッド６３に強固に保持するため、ウェハは、研磨ヘッドとともに回転しそして振動する一方、アームは、フロント表面３９が研磨パッド２９と接触するようにウェハ３５のフロント表面３９を付勢する。
【００４０】
ウェハ３５は、研磨パッド２９と接触するように付勢されるので、第２プレッシャーソース１４７は、正の圧力を付加するようにオペレートされ、それにより、サポートプレート１２５における通路１２７の存在の価値がなくなる。第２プレッシャーソース１４７により付加される正の圧力及び真空は、ウェハ３５の裏面１５５に直接伝えられる。第２プレッシャーソース１４７は、第２内部チャンバー１３７に対して、選択的に圧力を付与、若しくは真空を付与する。第２内部チャンバー１３７は、導管１４１を介して、バッフルプレート１３３及びサポートプレート１２５により規定される。加圧／真空は、サポートプレート１２５において、通路１２７を介してウェハ３５の裏面１５５に直接付加される。
【００４１】
ウェハ３５のフロント表面３９の平坦度に基づき、プレッシャープレート１１５のサポートプレート１２５の適切な若しくは最適なポジションが決定される。上述のように、サポートプレート１２５は、略平面のポジション（図６）、凹状のポジション（図７）、若しくは凸状のポジション（図８）にあってもよい。ウェハ３５のフロント表面３９が略平坦である場合、サポートプレート１２５は、研磨プロセスの間、略平面の若しくはニュートラルのポジションに存在し続けるであろう。ウェハ３５のフロント表面３９が”ドーム状”の形状を有する場合、サポートプレート１２５を、凸状のポジションへ変位させ、その端部よりもウェハの中央に対してより大きな圧力が加えられる。ウェハのフロント表面３９が”皿状”の形状を有する場合、サポートプレート１２５を、その凹状ポジションへ変位させ、中央よりもウェハの端部に対してより大きな圧力が加えられる。
【００４２】
プレッシャープレート１１５のサポートプレート１２５を、第１内部チャンバー１３１を加圧することにより、その略平面のポジションからその凸状のポジションへ変位させる。第１内部チャンバー１３１は、プレッシャープレート１１５及びリテーニングプレート１１７により規定される。内部チャンバー１３１に正の圧力を付加することにより、サポートプレート１２５をウェハ３５に向かって下方に変位させ、それにより、サポートプレートは、実質的に凸状の形状を有することとなる。サポートプレート１２５における下方向への変位の量は、内部チャンバー１３１に付加される正の圧力の量に正比例する。換言すれば、正の圧力がより大きければ、下方への変位はより大きい。サポートプレート１２５が変位する量は、ウェハ３５のフロント表面３９のドーミングの度合いに基づく。サポートプレート１２５は、ドーミングの殆ど無いウェハよりも、ドーミングのより多いウェハにおいてより大きく変位するであろう。
【００４３】
サポートプレート１２５の凸状ポジションにより、ウェハの端部よりも、ウェハ３５のフロント表面３９の中央は、より大きな圧力の下、研磨パッド２９と接触するように付勢される。その結果、より多くのウェハ３５の材料が、その端部よりもウェハの中央から取り除かれる。換言すれば、ウェハ３５の中央は、その端部よりもより多く研磨される。ウェハ３５のフロント表面３９からの材料除去の相違により、結果として、ドーム状のフロント表面を有するウェハが研磨され、略平坦なフロント表面を有するウェハとなる。
【００４４】
第１内部チャンバー１３１に真空を付加することにより、プレッシャープレート１１５のサポートプレート１２５をその略平面のポジションからその凹状のポジションまで変位させる。内部チャンバー１３１に真空を付加することにより、サポートプレート１２５をウェハ３５から離れるように上方に変位させ、それにより、サポートプレートは略凹状の形状を有することとなる。サポートプレート１２５における上方への変位量は、内部チャンバー１３１に加えられる真空度に正比例する。換言すれば、真空度がより大きければ、上方への変位はより大きくなる。サポートプレート１２５が変位する量は、ウェハ３５のフロント表面３９のディッシングの度合いに基づく。サポートプレート１２５は、ディッシングが殆ど無いウェハよりも、より多くのディッシングを有するウェハにおいてより大きく変位させるであろう。
【００４５】
サポートプレート１２５の凹状ポジションにより、ウェハの中央よりも、ウェハ３５のフロント表面３９の端部は、より大きな圧力の下、研磨パッド２９と接触するように付勢される。その結果、より多くのウェハ３５の材料が、その中央よりもウェハの端部から取り除かれる。換言すれば、ウェハ３５の端部は、その中央よりもより多く研磨される。ウェハ３５のフロント表面３９からの材料除去の相違により、結果として、皿状のフロント表面を有するウェハが研磨され、略平坦なフロント表面を有するウェハとなる。
【００４６】
プレッシャープレート１１５の凹状ポジション及び凸状ポジションの両方において、サポートプレート１２５における変位量は、その中央において最も大きく、サポートプレートの端部に向かって半径方向外側へいくにしたがって減少する。上述のように、サポートプレート１２５は、環状壁部１２３に可動式に接続されている。その結果、サポートプレート１２５は、環状壁部１２３を中心として回転可能である。
【００４７】
他の実施の形態において、サポートプレート１２５のポジション及び変位（もし存在すれば）の量は、研磨パッド２９の摩耗に依存して決定される。上述のようにまた図１に例示されているように、パッド摩耗により、パッドの環状バンドＡＢは、パッドの他の部分よりも多く摩耗する。これは、ウェハ３５が、パッドの全ての回転において、環状のパッド内でパッドの一部と接触するからである。パッド摩耗は、領域ＬＡにおいて、漸次的により小さくなる。領域ＬＡは、環状バンドＡＢから離れて延在する。パッドのいくつかの回転の間、ウェハがこれらの領域に接触するからである。さらに、環状バンドからさらに遠いパッド部分は、環状バンドにより近いパッド部分より頻繁には接触しない。その結果、図１において、環状バンドから離れるにしたがって漸次的に明るくなる陰影により示されているこれらの領域ＬＡは、環状バンドから離れるに従って小さくなり、環状バンドに最も近いところにおいてより大きいパッド摩耗を漸次的に受ける。パッドの最外部分及び最内部分ＯＭ、ＩＭは、研磨操作中ウェハと接触せず、そのため、大きな摩耗を全く受けない。これらの領域は図１において陰影は存在しない。
【００４８】
パッドが摩耗するとき、パッドはもはや平坦ではなく、反対に図１の環状バンドＡＢに対応する環状の凹部を有する。一実施の形態において、結果としてウェハ３５のフロント表面３９の中央から取り除かれる材料の減少をもたらすパッド摩耗を補償するため、サポートプレート１２５をその略平面ポジションからその凸状ポジションまで変位させ、それにより、より大きな圧力がウェハの端部よりも中央に対して付加される。プレッシャープレート１１５のサポートプレート１２５を、第１内部チャンバー１３１に加圧することにより、その略平面ポジションからその凸状ポジションまで変位させる。これにより、上述のように、サポートプレート１２５はウェハ３５に向かって下方に変位する。サポートプレート１２５を、摩耗が殆ど無い研磨パッドよりも、より多くの摩耗を有する研磨パッド２９において、より大きく変位させる。
【００４９】
一実施の形態において、結果としてウェハ３５のフロント表面３９の中央から取り除かれる材料の増加をもたらすパッド摩耗を補償するため、第１内部チャンバー１３１に真空を付加することにより、サポートプレート１２５をその略平面ポジションからその凹状ポジションまで変位させる。これにより、上述のように、サポートプレート１２５はウェハ３５から離れるように上方に変位する。サポートプレート１２５の凹状ポジションにより、ウェハ３５のフロント表面３９の端部は、ウェハの中央よりも、より大きな圧力の下、研磨パッド２９と接触するように付勢される。
【００５０】
ウェハ３５のフロント表面３９は、選択された時間間隔で、研磨装置２１により積極的に研磨される。研磨操作中、ウェハ３５のフロント表面３９は、最終研磨され、一方、ウェハの裏面１５５は、最終研磨されない。研磨オペレーションが完了すると、ウェハは研磨ヘッド６３及び研磨装置２１から取り除かれる。ウェハ３５の取り出しは、空気をホール１２７から噴出させながら空気の圧力をチャンバー１３７に加えることにより容易になり、ウェハを研磨ヘッド６３から放出させる。
【００５１】
ウェハ３５が研磨装置２１から取り出された後、ウェハ３５のフロント表面３９の表面平坦度は、従来の方法を用いて定量化される。前述のように、ウェハの基準面（具体的には、サイトベストフィット基準面）に対して測定してグローバルな平坦度偏差パラメーター（例えば、全厚さ偏差（”ＴＴＶ”））の観点から、若しくは、局所的なサイト平坦度偏差パラメーター（具体的には、サイトトータルインディケーティットリーディング（”ＳＴＩＲ”）若しくはサイト焦点面偏差（”ＳＦＰＤ”））の観点から、ウェハ３５の平坦度を定量化してもよい。ウェハ３５の表面平坦度に基づいて、サポートプレート１２５のポジション（すなわち、平面、凸状、及び凹状）を、その後ウェハを研磨するために変更してもよい。そのため、研磨パッド２９が摩耗するにしたがって、長時間サポートプレート１２５において調整し、パッドの研磨特性における変化を補償してもよい。これにより、その後研磨されるウェハの平坦度は、パッドの摩耗により悪影響を受けない。ウェハの表面平坦度が許容できない場合、ウェハ３５を再度研磨してもよい。
【００５２】
したがって、ここで開示された研磨パッド６３及びより詳細にはプレッシャープレート１１５は、研磨パッド２９の摩耗を補償し、それにより、摩耗した研磨パッドにより研磨されるウェハのＴＴＶを改善し、研磨パッドの耐用年数を引き延ばすことができる。これにより、購入される研磨パッド２９の数を減少させ、パッドが変更される回数を減少させる。
【００５３】
以下、図９を参照する。本発明は、さらに、片面研磨された１以上の単結晶半導体ウェハ３５であって、上述のウェハ研磨装置２１上において研磨されたウェハ３５に関する。本発明の研磨装置及び方法は、他の材料を研磨することに容易に適用することができるけれども、ウェハ３５は、単結晶シリコンから構成されていることが好ましい。ウェハ３５のフロント表面３９は最終研磨されるが、ウェハの裏面１５５は最終研磨されない。しかしながら、ウェハを引っ繰り返しその裏面を研磨することにより、ウェハ３５の裏面１５５を研磨してもよいことは理解されよう。大抵のウェハ３５は、さらに、ウェハの端部（不図示）から取り除かれた小さな弦状の材料若しくはノッチを有する。ウェハ３５のフロント表面３９は均一である。これらのウェハを、中でも回路インプリントリソグラフィーにおいて使用してもよい。
【００５４】
本発明若しくはその好ましい実施の形態の部材を導入する際、冠詞”ａ”、”ａｎ”、”ｔｈｅ”、及び”ｓａｉｄ”は、１以上の構成要素が存在することを意味することが意図されている。”含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”、”含有する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）”、及び”有する（ｈａｖｉｎｇ）”なる用語は、包括的であることを意図し、列挙された構成要素以外に付加的な要素が存在してもよいことを意味する。
【００５５】
本発明の範囲を逸脱しない限り、上記構成において様々な変更を行ってもよく、上記記載に含まれ若しくは添付の図面に示された全ての事項は、例示と解すべきであり、限定ではないことが意図されている。
【図１】
2011522416.tif 000003
【図２】
2011522416.tif 000004
【図３】
2011522416.tif 000005
【図４】
2011522416.tif 000006
【図５】
2011522416.tif 000007
【図６】
2011522416.tif 000008
【図７】
2011522416.tif 000009
【図８】
2011522416.tif 000010
【図９】
2011522416.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月26日(2010.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置内においてウェハを保持する研磨ヘッドであって、
研磨装置の操作中、ウェハに係合し当該ウェハを保持するサポートプレートと、外側において上記サポートプレートから延びる環状壁部と、を含むプレッシャープレートを備え、
上記サポートプレートは、略平面ポジションにあり、上記平面ポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションへ選択的に変位可能であり、
上記環状壁部は、約２ミリメートル（０．０７９インチ）〜約３ミリメートル（０．１１８インチ）の厚さを有し、
上記環状壁部は、ヒンジを規定し、上記サポートプレートが当該ヒンジを中心として変位し、
上記サポートプレートは、その中央において、約５０μｍまで変位可能である研磨ヘッド。
【請求項２】
上記サポートプレート及び上記環状壁部は一体として形成されている請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項３】
上記サポートプレートは、当該サポートプレートを貫通して延びる複数の通路を有する請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
上記プレッシャープレートは、少なくとも部分的に内部チャンバーを構成する請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項５】
上記プレッシャープレートは、ステンレス鋼からなる請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項６】
ベースと、
研磨パッドを上に有し、かつターンテーブル及び研磨パッドに垂直な軸を中心として上記ベースに対して当該ターンテーブル及び研磨パッドを回転させるため上記ベースに取り付けられたターンテーブルと、
上記ターンテーブルの軸に実質的に平行な軸を中心とする回転運動を付与するため、上記ベースに取り付けられた駆動機構と、
請求項１記載の研磨ヘッドと、を備えるウェハ研磨装置。
【請求項７】
上記プレッシャープレートに正の圧力を付加して、上記プレッシャープレートを上記平面ポジションから上記凸状ポジションへ変位させ、真空引きを行って上記プレッシャープレートを上記平面ポジションから上記凹状ポジションへ変位させる第１プレッシャーソースをさらに備える請求項６記載のウェハ研磨装置。
【請求項８】
上記プレッシャープレートは、サポートプレートと、上記サポートプレートから延びる環状壁部と、を有し、
上記サポートプレート及び上記環状壁部は、少なくとも部分的に第１内部チャンバーを構成する請求項７記載のウェハ研磨装置。
【請求項９】
さらに、リテーニングプレートを有し、
上記リテーニングプレート、上記サポートプレート及び上記環状壁部は、上記第１内部チャンバーを構成する請求項８記載のウェハ研磨装置。
【請求項１０】
上記プレッシャープレートは、上記プレッシャープレートを貫通して延びる複数の通路を備える請求項６記載のウェハ研磨装置。
【請求項１１】
上記プレッシャープレートを貫通して延びる通路に圧力を加える第２プレッシャーソースをさらに備える請求項１０記載のウェハ研磨装置。
【請求項１２】
さらに、上記プレッシャープレートに取り付けられたバッフルプレートを備え、
上記バッフルプレート及び上記プレッシャープレートは共同して第２内部チャンバーを構成する請求項１１記載のウェハ研磨装置。
【請求項１３】
上記プレッシャープレートは、ステンレス鋼からなる請求項６記載のウェハ研磨装置。
【請求項１４】
半導体ウェハを研磨する方法であって、
半導体ウェハのフロント表面の平坦度を定量化する工程と、
プレッシャープレートと該プレッシャープレートに直接接触するように配置されたウェハとを有する、ウェハ研磨装置の研磨ヘッドに接触するように半導体ウェハを配置する工程と、
ウェハのフロント表面が上記研磨パッドのワーク表面に係合するように上記研磨ヘッドにより保持されたウェハを配置する工程と、
上記研磨パッドに対して上記ウェハのフロント表面を付勢する工程と、
上記ウェハのフロント表面の平坦度に基づいて、上記プレッシャープレートを略平面ポジションから凸状ポジション及び凹状ポジションの一方へ変位させる工程と、
上記研磨装置のターンテーブル上において第１軸を中心として研磨パッドの回転を駆動させる工程と、
実質的に、上記第１軸と不一致の第２軸を中心として研磨ヘッドの回転を駆動させ、それにより、当該ウェハのフロント表面を研磨する工程と、
上記ウェハを上記ターンテーブルから取り外す工程と、
上記研磨ヘッドから上記ウェハを取り除く工程と、を有する方法。
【請求項１５】
上記プレッシャープレートを変位させる工程は、略ドーム状の形状を有するフロント表面を含むウェハを研磨するため、上記プレッシャープレートをその略平面ポジションからその凸状ポジションへ変位させることを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
上記プレッシャープレートを変位させるため、上記研磨ヘッドの第１内部チャンバーを加圧する工程をさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
上記のプレッシャープレートを変位させる工程が、略皿状のフロント表面を有するウェハを研磨するため、上記プレッシャープレートをその略平面ポジションからその凹状ポジションへ変位させることを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
上記プレッシャープレートを変位させるため、上記研磨ヘッドの第１内部チャンバーに対して真空引きを行う工程をさらに含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
上記プレッシャープレートに直接接触して半導体ウェハを配置する工程が、プレッシャープレートを介してウェハの裏面に対して真空引きを行うことを含む請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
研磨パッドのワーク表面に対してウェハのフロント表面を振動させる工程をさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
一群の半導体ウェハを研磨する方法であって、
プレッシャープレートと、上記プレッシャープレートと直接接触するように配置されたウェハと、を有する、ウェハ研磨装置の研磨ヘッドと接触するように上記一群の半導体ウェハの１つを配置する工程と、
ウェハのフロント表面が研磨パッドの摩耗しているワーク表面と係合するように研磨ヘッドにより保持されたウェハを配置する工程と、
研磨パッドのワーク表面における摩耗の量に基づいて、略平面ポジションから、凸状のポジション及び凹状のポジションの一方へプレッシャープレートを変位させる工程と、
ウェハのフロント表面を研磨パッドに対して付勢する工程と、
研磨装置のターンテーブル上において第１軸を中心として研磨パッドの回転を駆動させる工程と、
実質的に第１軸と不一致の第２軸を中心として研磨ヘッドの回転を駆動させ、それにより、ウェハのフロント表面を研磨する工程と、
ウェハを上記ターンテーブルから取り外す工程と、
上記ウェハを上記研磨ヘッドから取り除く工程と、を備える方法。
【請求項２２】
さらに、上記ウェハのフロント表面の平坦度を定量化する工程を備える請求項２１記載の方法。
【国際調査報告】
2011522416.tif 000012
2011522416.tif 000013