(57)【要約】  通路が貫通しているキャリアヘッドハウジングを備えるＣＭＰキャリアヘッドで使用するためのブラダーが提供される。前記ブラダーは、可撓性のダイアフラムと、第１および第２の環状リブとを有する。前記リブはそれぞれ、前記キャリアヘッドハウジングと気密的に接続されるように構成された第１の端部と、前記ダイアフラムと接続された第２の端部と、前記第１の端部および前記第２の端部の実質的に間に存在する歪み逃し部材とを有する。前記ブラダーは、前記第１および第２の環状リブによって少なくとも一部画定されるプレナムも有し、前記プレナムは、前記プレナムの加圧を可能にするために前記通路と流体的に接続されるように構成されており、前記歪み逃し部材は、前記プレナムの加圧時に、前記第１および第２の環状リブが前記キャリアヘッドハウジングから離れて延びるよう促すように構成されている。
2010508165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通路が貫通しているキャリアヘッドハウジングを備えるＣＭＰキャリアヘッドで使用するためのブラダーであって、
可撓性のダイアフラムと、
前記キャリアヘッドハウジングと気密的に接続されるように構成された第１の端部と、
前記ダイアフラムと接続された第２の端部と、
前記第１の端部および前記第２の端部の実質的に間に存在する歪み逃し部材とをそれぞれ有する第１および第２の環状リブと、
前記第１および第２の環状リブによって少なくとも一部画定されるプレナムとを備え、前記プレナムは、前記プレナムの加圧を可能にするために前記通路と流体的に接続されるように構成されており、前記歪み逃し部材は、前記プレナムの加圧時に、前記第１および第２の環状リブが前記キャリアヘッドハウジングから離れて延びるよう促すように構成されているブラダー。
【請求項２】
前記第２の端部は、前記ダイアフラムと実質的に直交し、前記ダイアフラムに一体的に形成されている請求項１に記載のブラダー。
【請求項３】
前記第１および第２の環状リブは、前記ダイアフラムの外縁端の近くに存在する請求項１に記載のブラダー。
【請求項４】
前記第１の環状リブの内面は、前記第２の環状リブの外面に接続されている請求項１に記載のブラダー。
【請求項５】
前記第１の環状リブの近くに配置された補強バンドを更に有する請求項１に記載のブラダー。
【請求項６】
前記補強バンドは、前記第１の環状リブの外周と実質的に隣接している請求項５に記載のブラダー。
【請求項７】
化学機械平坦化システムにおいてワークを支持するためのキャリアヘッドであって、
マウントプレートと、
前記マウントプレートに接続され、前記キャリアヘッドを通る通路を形成するために前記マウントプレートと協動するクランプリング積層体と、
第１の面、前記第１の面と実質的に反対の第２の面、および外縁部分を有する可撓性のダイアフラムと、
前記外縁部分から延び、前記マウントプレートと前記クランプリング積層体の間に気密的に固定された第１および第２の環状リブとを有するブラダーと、
前記マウントプレート、前記クランプリング積層体、および前記ブラダーによって画定されるプレナムとを備え、前記通路は、前記第１および第２の環状リブと、前記外縁端部分との上下移動を制御するために、前記プレナムに選択的に加圧できるように構成されているキャリアヘッド。
【請求項８】
前記第１の環状リブは、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部は、前記外縁端部分の近くで前記第１の面と接続され、前記第２の端部は、前記マウントプレートと気密的に接続され、前記第２の環状リブは、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部は前記第１の面および前記第１の環状リブに接続され、前記第２の端部は前記マウントプレートと気密的に接続されている、請求項７に記載のキャリアヘッド。
【請求項９】
前記第１および第２の環状リブのそれぞれは、前記第１および第２の環状リブと前記外縁端部分との上下移動を増大させるように構成された歪み逃し部材を有する、請求項７に記載のキャリアヘッド。
【請求項１０】
前記可撓性のダイアフラムの前記外縁端部分のまわりに配置された環状の補強リングを更に備える、請求項７に記載のキャリアヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１０月２７日出願の米国特許出願第１１／５５３，５７２号に対する優先権を要求する。
【０００２】
本発明は、一般にワークの加工に関し、より詳細には、半導体ウェハなどのワークの化学機械研磨または平坦化に使用するためのキャリアヘッドに関する。
【背景技術】
【０００３】
さまざまなワーク（例えば、半導体ウェハ、光学ブランク、メモリディスクなど）では、製造中にワークの少なくとも１つの主要面を実質的に平坦化する必要がある。説明をわかりやすくし、理解しやすいように、以下の説明は、半導体ウェハに関連する本発明の例示的な実施形態を採り上げる。しかし、本発明のキャリアヘッドは、半導体ウェハのほかに、多種多様なワークの平坦化に使用することができることを理解すべきである。更に、本明細書に使用される「平坦化」との用語は、最も広義に使用され、ワークの表面を滑らかにする（不規則な形状的な（topographical）特徴を除去する、厚さを変更するなど）か研磨するために使用することができる任意の化学的および／または機械的プロセスを含む。
【０００４】
化学機械研磨は、化学機械平坦化とも呼ばれ（本明細書ではこれらをまとめて「ＣＭＰ」と称する）、半導体ウェハの平坦化に広く採用されている。ＣＭＰプロセスは、後に実施する製造プロセス（例えば、フォトレジストによるコーティング、パターンの画定など）のために、ワークの表面を整えるために、ウェハの主要面（ここではウェハの表面と呼ぶ）に、実質的に滑らかで平坦な面を作製する。ＣＭＰ中に、未処理のウェハがキャリアヘッドに搬送され、キャリアヘッドが、プラテンに支持されている研磨面（研磨パッドなど）にウェハを押し付ける。ウェハの表面と研磨パッドとの間に（研磨パッドなどに設けられた導管を介して）研磨スラリーが供給され、研磨パッドとウェハキャリア間の相対運動（回転運動、軌道運動および／または線形運動など）が開始される。研磨パッドの機械的研磨と、スラリーの化学的な相互作用により、ウェハの表面に実質的に平らな形状（topography）が形成される。
【０００５】
キャリアヘッドの公知の１つのタイプは、一般に、ＣＭＰプロセス中にワークの裏面（すなわち、研磨されない面）に触れる可撓性の膜またはブラダーを有する。ブラダーは、キャリアヘッドハウジングを貫通するボルトに螺合された複数のクランプリングによって、キャリアヘッドに固定されうる。ブラダーの作業面全体に多くの環状の圧力ゾーンを形成するために、ブラダーの後方に複数の圧力チャンバまたはプレナムが提供される。ウェハの裏面に加えられる力を位置に応じて変えるために、各ゾーン内の圧力が個々に調整される。ＣＭＰ装置は、研磨／平坦化中にウェハ表面の形状的特徴を監視するための誘導システム（閉ループ渦電流システムなど）を備えうる。例えば、誘導システムは、ウェハの表面の厚く、除去速度を上げる必要のある領域を特定し、表面のその厚い領域に対応する１つ以上のゾーン内の圧力が高く設定されうる。ウェハの主要面が問題なく平坦化されたら、キャリアヘッドは、例えば、ブラダーからウェハを強制的に物理的に取り外すためにブラダーの中心部分を膨らませることにより、ウェハを放出させる（これは一般に「ブルフロッグ（bullfrogging）」と呼ばれる）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のキャリアヘッドは、設計に甚大な努力が払われているにもかかわらず、ある点で未だに制約を有する。例えば、キャリアヘッドハウジングにブラダーを取り付けるために使用される複数のクランプリングとボルトにより、キャリアヘッドが全体的に複雑となり、重くなり、キャリアヘッドの改修（refurbishing）作業（消耗したブラダーの交換など）が更に煩雑になってしまう。また、各ボルトを締めることにより、比較的大きな締付力が局所的に集中してしまう。この結果、キャリアヘッドのほとんどの部分（キャリアヘッドハウジングなど）を、通常、変形せずに大きな軸方向の力に耐えられる金属で作製する必要がある。キャリアヘッドハウジングとほかのキャリアヘッドの部品を金属で作製すると、単にキャリアヘッドの重量が増えるだけではなく、ＣＭＰプロセス中にウェハの形状の監視に使用される誘導システムとの干渉（信号減衰など）の原因になりかねない。
【０００７】
従来のキャリアヘッドの設計に関連する制約は、ブラダーの取付け手段のみに起因するわけではなく、例えば、公知のウェハ放出システムもある種の欠点を有する。上に記載したようにウェハを放出することにより、ブラダーが、ウェハの内側部分に過度の応力をかけることがある。更に、ブラダーの中心部分を膨らませて、支持されているウェハを放出することで、ブラダーとウェハの間に吸着が発生し、結局ウェハを排出できなくなることもある。更に別の制約として、従来のキャリアヘッドの設計では、ブラダーの外縁端の近傍でブラダーを正確に制御することができない。この結果、ウェハの外端（３００ｍｍウェハの外側の４〜５ｍｍなど）の平坦化を正確に制御するのが困難となり、この結果、ダイの歩留りが低下しかねない。
【０００８】
上記に鑑みて、従来のキャリアヘッドの設計に関連する制約を解消する、ワーク（半導体ウェハなど）の平坦化に適したＣＭＰキャリアヘッドを提供することが望ましいことを理解すべきである。より詳細には、このようなキャリアヘッドが、使用する部品の数が少なく、改修作業を容易にし、キャリアヘッドの部品（キャリアハウジングなど）を圧縮強度の低い材料（プラスチック等のポリマーなど）で作製することができる、改良されたブラダーの取り付けの設計を使用することが望ましい。また、このようなキャリアが、ウェハに過度の応力を加えず、放出中にウェハとブラダー間に吸着を発生させない改良された放出システムを使用することが有利であることを理解すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
最後に、このようなキャリアヘッドが平坦化／研磨中に、ウェハの外端の近傍でブラダーをより正確に制御するためのシステムを使用することが望ましいということが理解されるべきである。本発明のその他の望ましい特徴および特長は、添付の図面と、この発明の背景と併せて読めば、後述する発明の詳細な説明と添付の特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】公知のＣＭＰ装置の上面機能図。
【図２】図１に示すＣＭＰ装置に使用されている２つのＣＭＰシステムの等角図。
【図３】図２に示すＣＭＰシステムとの併用に適した本発明の第１の例示的な実施形態に係るキャリアヘッドの等角図。
【図４】図３に示すキャリアヘッドの第１の部分分解図。
【図５】図３に示すキャリアヘッドの第２の部分分解図。
【図６】図３〜５に示すキャリアヘッドの下部分の分解図。
【図７】図３〜６に示すキャリアヘッドのブラダーの等角断面図。
【図８】図３〜６に示すキャリアヘッドの断面図。
【図９】ブラダーの取り付けを示す、図３〜６に示すキャリアヘッドの一部の詳細断面図。
【図１０】図３〜６に示すキャリアヘッドに配置されたエッジ制御システムの詳細断面図。
【図１１】図３〜６に示すキャリアヘッドに配置された放出システムの断面図。
【図１２】本発明の第２の例示的な実施形態に係る３つのスパナナット／クランプリングアセンブリを使用するキャリアヘッドの等角図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明について、図面を参照して以下に記載する。図面においては、同じ参照符号は同じ要素を参照している。
【００１２】
以下の発明の詳細な説明は、性質上、単に例示に過ぎず、本発明または本発明の用途および使用を制限することを意図するものではない。更に、上に記載した発明の背景または以下の発明の詳細な説明に記載する任意の理論によって制限されることを意図するものでもない。
【００１３】
図１は複数のＣＭＰシステム２２を備えたＣＭＰ装置２０の上面機能図である。ＣＭＰシステム２２は、２列に配置され、サービスアクセス通路５８によって離間されている。電気ボード、コントローラなどを保管する空間を提供するために、通路５８の両側に電気キャビネット６０が設けられている。ＣＭＰシステム２２は、それぞれ、キャリアヘッドと研磨パッドを有し、これらについては、図２を参照して以下に詳細に説明する。研磨パッドは、アームに研磨要素が取り付けられているパッドコンディショナー７８によってコンディショニングされ、アームは、パッドから離れた位置（図中の位置）から、研磨要素が研磨パッド全体を掃引するコンディショニング位置まで旋回するように構成されている。キャビネット６０とは反対側のＣＭＰシステム２２の近くに、フロントエンドモジュール２４が存在している。フロントエンドモジュール２４は、（１）複数のクリーニングステーション２６を有するクリーニングモジュール７６と、（２）複数のウェハキャッシュ３０を収容することができるウェハキャッシュステーション２８とを有する。ＣＭＰプロセス中に、未処理のウェハが、ウェハキャッシュ３０から取得され、クリーニングステーション２６で洗浄されて、次にＣＭＰシステム２２によって平坦化／研磨される。ウェハは、平坦化／研磨の後、ポスト平坦化洗浄のためにクリーニングステーション２６に再び搬送され、最後にキャッシュ３０に戻されて搬出される。
【００１４】
第１および第２の搬送ロボット３２，３６が、フロントエンドモジュール２４に搭載されており、ＣＭＰ装置２０の各種ステーション間でウェハを搬送するために使用されうる。フロントエンドの搬送ロボット３２は、エンドエフェクター７０が取り付けられている伸縮自在のアーム７２を有しうる。同様に、搬送ロボット３６は、エンドエフェクター７４が取り付けられている伸縮自在のアーム７５を有しうる。搬送ロボット３２，３６は、エンドエフェクター７０，７４が、ウェハ裏面の外縁またはウェハの外端のみに接触するように、ウェハを把握するように構成されている。ＣＭＰ装置２０の動作中に、第１の搬送ロボット３２が、選択されたウェハを、キャッシュ３０から、クリーニングモジュール７６に設けられたウェハハンドオフステーション３４に搬送する。図１に示すように、ウェハハンドオフステーション３４はフロントエンドロボット３２と搬送ロボット３６の両方からアクセス可能な位置（クリーニングステーション２６の下など）にある。次に、第２の搬送ロボット３６が、ハンドオフステーション３４から搬送されたウェハを取得して、ウェハの表面（すなわち、研磨／平坦化される面）が下を向くようにウェハを反転させ、ＣＭＰシステム２２の１つに関連するロードカップにウェハを搬送する。
【００１５】
図２は、ＣＭＰ装置２０によって使用されうる２つの隣接するＣＭＰシステム３８，４０の等角図である。ＣＭＰシステム３８と４０は、実質的に同一であり、同様に動作するため、以下では、ＣＭＰシステム４０のみについて説明する。ＣＭＰシステム４０は、ウェハキャリアヘッド４８と、研磨プラテン５１に配置された研磨パッド５０を備える。また、ＣＭＰシステム４０は、キャリアヘッド４８との間でウェハを受け渡しするように構成されたロードカップ５２も備えうる。ロードカップ５２は、下に、オフロード位置（図に示した位置）から下のロード位置まで、軸を中心に旋回するように構成されており、ウェハキャリアヘッド４８と位置合わせされている。ロードカップ５２は、オフロード位置では、搬送ロボット３６から未処理ウェハを受け取りうる。ロードカップ５２は、未処理ウェハを受け取ったら、軸を中心にロード位置まで旋回し、ロード位置では、キャリアヘッド４８にウェハを移動させることができるようにロードカップ５２が上昇して、ウェハキャリアヘッド４８と接触する。次に、ロードカップ５２は、ウェハキャリアヘッド４８の下の面まで下降し、旋回してオフロード位置に戻る。
【００１６】
ロードカップ５２がオフロード位置に戻ると、ウェハキャリアヘッド４８が下がり、ウェハの表面を、研磨プラテン５１に取り付けられた研磨パッド５０に接触させる。研磨スラリーが研磨パッド５０の表面に供給され、パッド５０とウェハキャリアヘッド４８との間、つまり、パッド５０と、キャリアヘッド４８によって支持されているウェハとの間で、相対運動（回転運動、軌道運動および／または線形運動など）が開始される。機械的な研磨動作と、スラリーのウェハ表面の成分との化学反応によって、ウェハの表面が研磨される。平坦化が終了するか、プロセスが所定の中間点に達すると、ＣＭＰプロセスが終了し、キャリアヘッド４８が、研磨パッド５０と接触しなくなる位置に上昇する。ロードカップ５２が軸を中心にロード位置に再び旋回し、処理されたウェハがウェハキャリアヘッド４からロードカップ５２に移される。必要に応じて、ロードカップ５２が、平坦化された表面を親水状態に保つのを補助する流体（界面活性剤など）を、処理されたウェハの平坦化された表面に噴霧してもよい。次に、ロードカップ５２が、軸を中心にオフロード位置に旋回し、オフロード位置では、搬送ロボット３６（図１）が処理されたウェハを取り出す。残渣を除去するのを補助するために、ウェハの裏面または未処理の面に流体が噴霧されてもよい。次に、搬送ロボット３６が、処理されたウェハを次の処理のための別のＣＭＰシステム２２に搬送するか、ポストプロセスクリーニングのためにクリーニングステーション２６に搬送しうる。処理されたウェハが十分に平坦化され、クリーニングされると、搬送ロボット３２はキャッシュ３０の１つに処理済みのウェハを戻しうる。
【００１７】
図３は、図１，２を参照して上で説明したＣＭＰ装置２０との併用に適した本発明の第１の例示的な実施形態に係るキャリアヘッド８０の等角図である。キャリアヘッド８０は、形状が略円盤状であり、上面８２、下面８４および環状のリム部８５を有する。下面８４の外側の環状部分は、保持リング８６（磨耗リングとも呼ばれる）によって画定されている。保持リング８６は、可撓性を有するブラダー（図３の図では隠れている）を囲んでおり、研磨中にワークの前縁を保護するために、研磨パッドにプレストレスを与えるかまたはこれを予圧する。下で説明するように、キャリアヘッド８０のハウジングは、ブラダーと協動して、複数（６など）の圧力チャンバまたはプレナムを形成する。これらのプレナムの各々の内部の圧力は、独立して制御され、ブラダーによってウェハの裏面に加えられる圧力が変更される。複数の空気圧式フィッティング８８により、プレナムを、（例えば、可撓性のコネクタ配管系を介して）外部の圧力源と流体的に接続することができる。各フィッティング８８はそれぞれ別の圧力プレナムと関連している。図に示した実施形態では、キャリアヘッド８０は、６つのブラダープレナムに対応する６つのフィッティング８８と、保持リングプレナムに対応する第７の空気圧式フィッティング９２を備える。キャリアヘッド８０は、空気圧式フィッティング８８，９２のほかに、図１１を参照して下で説明するように、複数（３など）の放出機構を外部の圧力源と流体的に接続できるようにする複数の空気圧式フィッティング９０を備える。
【００１８】
また、キャリアヘッド８０は誘導センサ９４も備えており、これは、図３に示すように、キャリアヘッド８０の中心部分に設けられうる。誘導センサ９４は、閉ループ渦電流システムなどの、ＣＭＰプロセス中にウェハの形状を決定することができる誘導システム（図示せず）と接続されうる。キャリアヘッド８０を使用するＣＭＰ装置（ＣＭＰ装置２０など）は、このような誘導システムを利用することにより、ウェハの形状的特徴を監視して、加圧の調整を必要とするプレナム（存在する場合）を特定することができる。例えば、ウェハの表面の厚く、除去速度を上げる必要のある領域を特定し、ＣＭＰ装置が、ウェハ表面のその厚い領域に対応する１つ以上のゾーン内の圧力を高く設定しうる。
【００１９】
図４は、キャリアヘッド８０の部分分解図である。キャリアヘッド８０のハウジングは、（１）保持リング８６、（２）マウントプレート９６、（３）内側クランプリング９８および（４）中間クランプリング１００を備える。クランプリング９８，１００は、それぞれ、環状の基部（図４の図では隠れている）を有し、この基部から複数の弓状の突起が延びている。図４に保持クランプリング９８，１００の突起のみが示されるように、マウントプレート９６を貫通する開口が、弓状の突起を受け容れる。これらの突起の外周壁は、第１の環状締結具がクランプリング９８と螺合され、第２の環状締結具がクランプリング１００と螺合されるように、好ましくはねじ切りされている。例えば、第１のスパナナット１０２が、中間クランプリング１００の露出している弓状の突起と螺合され、第２のスパナナット１０４が、内側クランプリング９８の露出している弓状の突起と螺合されうる。スパナナット１０２，１０４には、それぞれ、先割れ工具（pronged tool）（図示せず）を使用した締着を可能にする複数の放射状の横ノッチまたはスロット１０６が設けられている。この設計により、１つの環状締結具によって、クランプリングをマウントプレート９６に固定することが可能となる。クランプリング９８，１００（およびキャリアヘッドブラダー）をそれぞれマウントプレート９６から取り外すことができるように、スパナナット１０２，１０４は、簡単に取り外すことができる。このようにして、スパナナット／クランプリングアセンブリにより、キャリアヘッド８０を短時間かつ容易に分解することができ、日常的なメンテナンスおよび改修作業（消耗したブラダーの交換など）が容易となる。
【００２０】
上記の背景技術に記載した従来のボルト／クランプリングアセンブリとは対照的に、環状締結具１０２，１０４は、それぞれ、比較的小さく、かつ均一に分散された軸方向の締付力を与える。この結果、マウントプレート９６、内側クランプリング９８および中間クランプリング１００を、圧縮強度の低い材料で作製することができる。好ましくは、選択される材料は、キャリアヘッド８０の取り扱いが容易になるように、軽量で、誘導センサ９４に接続された誘導システムとの干渉（信号減衰など）を最小限に抑えるように非導電性であり、例えば、各種のプラスチックを含むある種のポリマーを使用することができる。クランプリングが比較的柔軟な材料から作製される場合、クランプリング９８およびクランプリング１００の弓状の突起の支持体を提供することが望ましいと考えられる。例えば、これは、クランプリング９８，１００の内周に第１および第２の補強リング１０７，１０８を（プレスフィッティングなどにより）それぞれ設けることによって行うことができる。
【００２１】
図５は、保持リング８６、環状締結具１０２，１０４および補強リング１０７，１０８のない状態のキャリアヘッド８０の部分分解図である。この図では、ブラダー１１０（図７を参照して以下に詳細に説明する）と第１の外側クランプリング１１２を見ることができる。外側クランプリング１１２は、クランプリング９８，１００と同様に、略環状の形状を有するが、外側クランプリング１１２の外径は、クランプリング９８の外径よりかなり大きく、中間クランプリング１００の外径より僅かに大きい。しかし、外側クランプリング１１２は、クランプリング９８，１００とは異なり、環状締結具に螺合されうる複数の弓状の突起を有さない。これに代わり、外側クランプリング１１２は、複数の締結具１１８（ボルトなど）によってマウントプレート９６と接続される。外側クランプリング１１２がマウントプレート９６と適切に位置合わせされていると、締結具１１８は、マウントプレートを貫通する開口１１６と、クランプリング１１２を貫通する開口１１４とを通って延びる。図５に示す実施形態では、開口１１６の直径は、締結具１１８のヘッドを受容するために、（開口１１４の直径に対して）大きく形成されている。
【００２２】
クランプリング１１２の上の軸方向の面には、開口１１４の間の円周上に、第２の複数の開口１２０も設けられている。開口１２０は、クランプリング１１２を貫通し、クランプリング１１２を、図６（キャリアヘッド８０の下部分の分解図）に示す第２の外側クランプリング１２２と接続できるようにする。図６からわかるように、外側クランプリング１２２は、クランプリング１１２と同様の略環状の形状を有し、複数の開口１２４が設けられている。外側クランプリング１２２が外側クランプリング１１２と適切に位置合わせされると、開口１２０のそれぞれが、開口１１４または開口１２４の一方と同軸に位置合わせされる。外側クランプリング１２２を外側クランプリング１１２に接続するために、それぞれの開口の対に締結具１２６（ボルトなど）が挿入される。上で説明したように、開口１２０の直径は、締結具１２６のヘッドを収容するために、（開口１２４の直径に対して）大きく形成されうる。
【００２３】
図７は、ブラダー１１０の断面等角図である。ブラダー１１０は、平坦化／研磨中にワーク（半導体ウェハなど）と接する第１の作業面１３０と、面１３０の反対側の第２の面１３１とを有する可撓性の基部ダイアフラム１２８を備える。複数（５など）の同心の圧力チャンバまたはプレナムを部分的に画定するために、複数（５など）の環状リブが面１３１から延びている。リブには、ブラダー１１０の中心から外に向かって順に、１３２，１３４，１３６，１３８，１４０の符号を付す。同様に、プレナムには１４２，１４４，１４６，１４８，１５０の符号を付す。プレナム１４２はリブ１３２によって、プレナム１４４はリブ１３２，１３４によって、プレナム１４６はリブ１３４，１３６によって、プレナム１４８はリブ１３６，１３８によって、プレナム１５０はリブ１３８，１４０によって、それぞれ側方に画定されている。
【００２４】
ブラダー１１０がダイアフラム１２８の外周に設けられた追加のリブ１５２も備える点に留意されたい。リブ１５２は、ブラダー１１０の上部周縁からブラダー１１０の下部周縁まで延びている。リブ１５２の内面はリブ１４０の外環状面と（例えば、一体的に）接続され、リブ１４２の端の部分はダイアフラム１２８の外縁端と接続されている。図７でリブ１５２を区別できるように、点線１５１により、リブ１５２と、リブ１４０およびダイアフラム１２８の境界が示される。リブ１５２は、リブ１４０の上部分と協動して、別のプレナム１５４を部分的に画定する。プレナム１５４とリブ１５２は、リブ１５２が周辺部に存在することによって示唆されるように、図１０を参照して下で説明するように、平坦化／研磨中にダイアフラム１２８の外端を制御するために使用される。図からわかるように、プレナム１５４はリブ１５２の上下移動、このため、ＣＭＰ処理中のウェハの外端における平坦化／研磨の特性（除去速度など）を制御するために選択的に加圧される。
【００２５】
環状リブは、ダイアフラム１２８と一体的に形成され、第１および第２の実質的に対向する端部を有する垂直柱をそれぞれ備えうる。環状リブは、好ましくは、ダイアフラム１２８の面と実質的に直交するように向いている。好ましい実施形態では、環状リブは、それぞれ、第１の端部と第２の端部の間に配置された歪み逃し部材（例えば、略Ｊ状の断面を有する環状のブリム）を備える。歪み逃し部材により、環状リブが大きく上下移動することが可能になり、その結果、作業面１３０に実質的に直交する可動域が大きく広がる（「より長距離（longer throw）」と呼ばれる）。しかし、歪み逃し部材の一部またはすべてを設けることは任意選択であり、同様に、環状リブの各々は、キャリアヘッド８０のハウジングに（例えば、クランプリング９８，１００，１１２および／または１２２に）取り付けるために適した各種の他の形状（略Ｌ字状の断面を有する環状リップなど）をとりうることを当業者は理解するであろう。
【００２６】
図８は、キャリアヘッド８０の断面等角図である。保持リング８６は、複数の締結具（ボルトなど）１９２（図８には、そのうちの１つのみが示されている）によってマウントプレート９６と接続される。保持リング８６の内径は、処理するワーク（３００ｍｍの半導体ウェハなど）の外径より僅かに大きくなるように選択されている。上で説明したように、保持リングは、研磨中にワークの前縁を保護するために、研磨パッドにプレストレスを与えるかまたはこれを予圧するように機能する。このような保持リングは当業界において公知であるため、ここではこれ以上詳しく説明する必要がないと考えられる。
【００２７】
また、図８は、ブラダー１１０の環状リブが、マウントプレート９６とクランプリング９８，１００の間に気密的に固定されている様子も示す。クランプリング９８，１００、スパナナット１０２，１０４およびこれにより固定される環状リブは構造が似ているため、環状リブ１３２，１３４を気密的に固定するために、スパナナット１０４が、クランプリング９８をマウントプレート９６に接続する方法のみを以下で説明する。
【００２８】
図９は、クランプリング９８、スパナナット１０４、および環状リブ１３２，１３４を有するキャリアヘッド８０の一部分の詳細断面図である。クランプリング９８は、環状の基部１５６と、基部１５６から延びる弓状の突起１５８を有する。マウントプレート９６は、第１の面１６０と、第１の面１６０と実質的に反対の第２の面１６２と、第１の面１６０から面１６２に延びる開口１６４を有する。突起１５８が開口１６４に挿入され、スパナナット１０４が、開口１６４を通って突出する突起１５８の外側部分と、（例えば、螺合により）接続されている。基部１５６は、開口１６４よりも外径が大きく、このため、突起１５８が開口１６４に挿入されると、基部１５６がマウントプレート９６に当接する。より詳細には、基部１５６は、図９に示すように、開口１６４の近くでマウントプレート９６と当接する内周段差１６６と外周段差１６８を有する。
【００２９】
基部１５６は、フット部分１７０を更に有し、フット部分１７０に第１および第２の環状凹部１７２，１７４が設けられている。リブ１３２，１３４は、例えば、図９に示す環状リブの内周の近くなど、端部の近くに肉厚領域１８０をそれぞれ有する。クランプリング９８がブラダー１１０に取り付けられると、領域１８０が凹部１７２，１７４内に受容され、領域１８０が安定させ、固定される。スパナナット１０４は、下で説明するように、マウントプレート９６の第１の面１６０と係合して、領域１８０を、基部１７０とマウントプレート９６の間で気密的に変形させる。動作中にブラダー１１０を支持するため（例えば、プレナム１４４内が部分的に真空になったときに、ブラダー１１０が内側に落ち込むのを防ぐため）に、フット部分１７０の下面１８１は、図９に示すようにブラダー１１０のダイアフラムと実質的に平行な平面を有する。
【００３０】
マウントプレート９６は、突起１５８が開口１６４に挿入されると、基部１５６を受容する環状凹部１８２を面１６２に有する。また、凹部１８２は、リブ１３２，１３４（それぞれの歪み逃し部材１７６，１７８を含む）も収容でき、これらが撓曲できる空間を有する。マウントプレート９６は、開口１６４の近くに第１および第２の隆起１８４を更に有する。隆起１８４は、（１）段差１６６，１６８に当接し、（２）リブ１３２，１３４の領域１８０に接触するために、凹部１８２内でマウントプレート９６から延びている。組立時に、スパナナット１０４が締着されると、基部１５６がマウントプレート９６の方に移動し、領域１８０がクランプリング９８の基部１７０とマウントプレート９６の隆起１８４の間で押し縮められる。このため、領域１８０が変形して、凹部１７２，１７４の内壁と接触し、ブラダー１１０とクランプリング９８の間にシールが形成される。段差１６６，１６８は、領域１８０が過度に締め付けられて押し出されるのを防ぐために、隆起１８４に当接している。スパナナット１０４によって、締着中に過度に高い軸力がかからないようにするために、柔らかい留め手段（soft stop）が提供されうる。例えば、第１の面１６０に（例えば、スパナナット１０４がマウントプレート９６に接触する位置に）環状凹部１８６が設けられ、凹部１８６内に弾性部材（エラストマのワッシャーなど）１８９が配置されうる。
【００３１】
上の説明から、スパナナット１０４がクランプリング９８の突起１５８と螺合されると、ブラダー１１０のリブ１３２，１３４が、クランプリング９８の基部１５６とマウントプレート９６の面１６２の間に気密的に固定されることが理解されよう。このため、リブ１３２，１３４をこのようにシールして固定することにより、２つのプレナム（すなわち、プレナム１４２，１４４）が完全にシールされ、１つのプレナム（すなわち、プレナム１４６）が部分的にシールされる。図８からわかるように、リブ１３６，１３８が、クランプリング１００のフット部分とマウントプレート９６の面１６２の間に同様に固定される。リブ１３６，１３８を更に気密的に固定することによって、プレナム１４６，１４８（図７に符号を示す）もシールされる。プレナム１５４は、図１０を参照して下で説明するように、別の方法でシールされる。
【００３２】
プレナム１４４が外部の圧力源と流体的に接続されるように、クランプリング９８の基部１５６と突起１５８を通路１８８（空気の通路など）が貫通している。必要に応じて、フィッティング８８（規格化されたクイックコネクトフィッティングなど）が突起１５８と接続されうる。例えば、ねじ付きインサート１９０が突起１５８の内側の一部と接合されており、フィッティング８８がインサート１９０と螺合されうる。フィッティング９２は、図３を参照して上で説明したように、外部の圧力源と接続される可撓チューブの端部を受容することができる。プレナム１４８，１５４との流体連通を可能にするために、同様の空気の通路が、それぞれクランプリング１００，１１２にも設けられており、プレナム１４２，１４６，１５０（図７）との流体連通のために、複数の空気の通路がマウントプレート９６に設けられている。
【００３３】
図１０は、本発明のエッジ制御システムの例示的な実施形態を示すキャリアヘッド８０の外側部分の断面図である。図１０には２つのプレナムが示されている。すなわち、外側クランプリング１２２と環状リブ１３８，１４０によって画定されているプレナム１５０と、外側クランプリング１１２と環状リブ１４０，１５２によって画定されているプレナム１５４である。環状リブ１４０，１５２は、図９を参照して上で説明した歪み逃し部材１７６，１７８とそれぞれ同様の歪み逃し部材１９４，１９６を有する。また、環状リブ１４０，１５２のそれぞれは、更に、端部に肉厚領域１９８が形成されている。領域１９８は、クランプリング１２２の周囲に設けられている円周のシェルフ２００に設けられた環状凹部に受容される。クランプリング１２２が、締結具１１８（図５）および１２６（図６）によってクランプリング１１２に固定されると、領域１９８が、外側クランプリング１２２と、外側クランプリング１１２から下に延びる棚２０２の間で押し縮められる。このようにして、領域１９８によりシェルフ２００と出っ張り２０２間にシールが形成される。この結果、プレナム１５０の外縁壁がブラダー１１０と外側クランプリング１２２間でシールされる。
【００３４】
環状リブ１５２の領域２０４も、クランプリング１１２の外縁の周囲に設けられている円周のシェルフ２０６に設けられた環状凹部に受容される。クランプリング１１２が締結具１１８（図５）によってマウントプレート９６に固定されると、領域２０４が、円周のシェルフ２０６の壁とマウントプレート９６から延びる出っ張り２０８の間で押し縮められ、これによりマウントプレート９６とクランプリング１１２の間にシールが形成され、プレナム１５４がシールされる。図に示した実施形態では、クランプリングの積層体（すなわち、クランプリング１１２と１２２）とマウントプレート９６の間にリブ１４０，１５２が固定されて、プレナム１５０，１５４がシールされる。しかし、ほかの構造的構成を使用してプレナム１５０，１５４がシールされ、リブ１４０，１５２が固定されてもよいことが理解されるべきであり、このような構造には、図９を参照して上で説明したものと同様の環状締結具／クランプリングアセンブリがあるが、これらに限定されない。
【００３５】
プレナム１５４が外部の圧力源と流体的に接続可能なように、クランプリング１１２およびマウントプレート９６を通って通路２１１（空気の通路など）が設けられている。例えば、マウントプレート９６を貫通する開口に第１のフィッティング２１０が設けられうる。ねじ付きインサート２１２がフィッティング２１０の内側部分に接合されて、第２のフィッティング９２（規格化されたクイックコネクトフィッティングなど）がインサート２１２と螺合される。プレナム１５４と流体的に係合するために、クランプリング１１２、フィッティング２１０、インサート２１２およびフィッティング９２を通路２１１が貫通しうる。
【００３６】
プレナム１５４は、リブ１５２の上下移動と、ある程度はリブ１４０の上下移動とを制御するために選択的に加圧され、これらのリブは、ブラダーの外縁端の近くでブラダー１１０とそれぞれ接続されている。この結果、プレナム１５４を選択的に加圧することにより、ブラダー１１０の外縁ゾーン（図１０の符号Ｘの箇所）を調整することが可能となる。キャリアヘッド８０は、ブラダーの外縁端の近傍でブラダーの制御を向上させることにより、ウェハの外端（３００ｍｍウェハの外側の４〜５ｍｍなど）の平坦化をより正確に制御することができる。本発明のエッジ制御システムは、リブ１４０および／またはリブ１５２の上下移動を向上させるために、リブ１４０，１５２の近くに設けた案内部材を有してもよい。例えば、図１０に示すように、環状の補強バンド２１８がブラダー１１０の外端と（接着剤などにより）接続されてもよい。補強バンド２１８は、好ましくは、保持リング８６を塞ぐのを最小限に抑えるために、比較的薄い断面プロファイルに構成されている。同時に、補強バンド２１８は、好ましくはオーバーハング（すなわち、領域１９８と外縁端またはリブ１５２間の距離）を最大限に大きくするように構成されている。このため、補強バンド２１８は、リブ１５２の上部分と実質的に隣接する上部環状部分と、リブ１５２の下部分と実質的に隣接する下部環状部分を有する。換言すると、リブ１５２の上部分が、バンド２１８の上部環状部分とプレナム１５４の間に位置し、リブ１５２の下部分が、バンド２１８の下部環状部分とリブ１４０の間に位置するように、補強バンド２１８が配置されうる。好ましくは、図１０に示すように、第１の環状部分の外径は第２の環状部分の外径よりも僅かに大きくなるように選択されている。ウェハへの損傷を防ぐために、補強バンド２１８の下部端がブラダー１１０の作業面まで延びておらず、ブラダー１１０の周囲に設けられた外環状の出っ張り２２０と当接しうる。
【００３７】
図１１は、マウントプレート９６を貫通する開口２２４を通って配置されている放出機構２２２を部分断面で詳細に示す図である。放出機構２２２は、開口２２４の近く（図９に２２８で示す）でマウントプレート９６に当接する円筒形のケーシング２２６を有する。ピストン２３０が、ケーシング２２６に接続され、ケーシング２２６に対して並進するように構成されている。ピストン２３０はピストン２３０の先端でプランジャヘッド２３２に接続されている。ピストン２３０とプランジャヘッド２３２は、リブ１３４，１３６によって横に画定されているプレナム１４６内に位置している。放出機構２２２は、プレナム１４６の気密の完全性を保持するために、好ましくはマウントプレート９６とシールを形成している。このようなシールは、図１１に示すように、マウントプレート９６によって囲まれているケーシング２２６の一部の周りにエラストマーのＯリング２３４を設けることによって形成されうる。
【００３８】
放出機構２２２は、多種多様なアクチュエータ（電気式アクチュエータまたは液圧式アクチュエータなど）を有してもよいが、機構２２２は、好ましくは空気圧式のリニアアクチュエータである。放出機構２２２を外部の圧力源と流体的に接続可能にするために、ケーシング２２６に空気圧式フィッティング９０が接続されている。ピストン２３０は、ヘッド２３２がブラダー１１０の近くに位置する後退位置（図８，１１に示す）の方に（例えば、ケーシング２２６内のスプリングによって）付勢されている。放出機構２２２が十分に加圧されると、ピストン２３０がケーシング２２６から離れて延び、プランジャヘッド２３２がブラダー１１０を押圧する。これにより、機構２２２の近くのブラダー１１０の作業面に、局在化された突出物または隆起が形成される。複数の放出機構２２２をそれぞれ同時に作動させることによって、キャリアヘッド８０に支持されたウェハが放出され（すなわち、ブラダー１１０から強制的に離され）うる。放出機構２２２は、好ましくは配列に配置されており、ウェハ裏面全体に排出力を均一に分散させる。例えば、図８に示すように、マウントプレート９６の周囲に複数（３など）の放出機構２２２が配置されうる。中心プレナムの加圧に関連する放出手法と対照的に、複数の放出機構２２２をこのように使用すると、ブラダー１１０と支持されたウェハとの間に吸着が生じない。
【００３９】
特定の数の放出機構と、特定の数のスパナナット／クランプリングアセンブリについて記載したが、本発明のキャリアヘッドの代替的実施形態では、これらの部品の数が上下してもよいことを理解すべきである。例えば、図１２は、本発明の第２の実施形態に係るキャリアヘッド２３６の等角図である。キャリアヘッド２３６は、多くの点でキャリアヘッド８０に似ており、キャリアヘッド２３６は、マウントプレート２３８、保持リング２４０、可撓性のブラダー（図中隠れている）、および複数の空気圧式フィッティング２４４を備える。キャリアヘッド２３６も、キャリアヘッド８０のように、上で説明したようにブラダーの環状リブをマウントプレート２３８に気密的に固定する第１のおよび第２のスパナナット／クランプリングアセンブリ２４６，２４８を備える。しかし、キャリアヘッド２３６は、キャリアヘッド８０とは異なり、ブラダーの外縁部分をマウントプレート２３８に気密的に固定する第３のスパナナット／クランプリングアセンブリ２５０も更に備える。このように、スパナナット／クランプリングアセンブリ２５０は、キャリアヘッド８０によって使用される締結具１１８（図５）と締結具１２６（図６）の代わりに用いられている。このように複数のスパナナット／クランプリングアセンブリを使用することによって、キャリアヘッド２３６の組立／分解が簡単になり、キャリアヘッドの改修作業（消耗したブラダーの交換など）が合理化される。
【００４０】
上記の説明を鑑みると、従来のキャリアヘッドの設計に関連する制約の多くを解消するＣＭＰキャリアヘッドが提供される点を理解すべきである。より詳細には、本発明のキャリアヘッドが、使用する部品の数が少なく、改修作業を容易にし、キャリアヘッドの部品（キャリアハウジングなど）を圧縮強度の低い材料（プラスチック等のポリマーなど）で作製することができる、改良されたブラダーの取り付けの設計を使用することを理解すべきである。また、本発明のキャリアが、ウェハに過度の応力を加えず、放出中にウェハとブラダー間に吸着を発生させない改良された放出システムを使用することを理解すべきである。最後に、本発明のキャリアヘッドが平坦化／研磨中に、ウェハの外端の近傍でブラダーをより正確に制御するためのシステムを使用することが理解されるべきである。
【００４１】
発明の例示的な実施形態の構成要素を以下に記載する。
【００４２】
ブラダーと、通路が貫通しているキャリアヘッドハウジングと、を有するＣＭＰキャリアヘッドに配置するためのエッジ制御システム。前記ブラダーは、可撓性のダイアフラムを有し、前記キャリアヘッドハウジングに接続されている。前記エッジ制御システムは、第１および第２の環状リブを有し、前記第１および第２の環状リブはそれぞれ、前記キャリアヘッドハウジングと気密的に接続された第１の端部と、前記ダイアフラムと接続された第２の端部と、前記第１の端部および前記第２の端部の実質的に間に存在する歪み逃し部材と、を有する。プレナムが、前記第１および第２の環状リブと、前記キャリアヘッドハウジングとによって実質的に画定されている。前記通路は、前記プレナムの加圧を可能にするために前記プレナムと流体的に接続されている。前記歪み逃し部材は、前記プレナムの加圧時に、前記第１および第２の環状リブを前記キャリアヘッドハウジングから離れて延びるよう促す。
【００４３】
前記第２の端部は前記ダイアフラムと実質的に直交し、前記ダイアフラムに一体的に形成されているエッジ制御システム。
【００４４】
前記第１および第２の環状リブは、前記ダイアフラムの外縁端の近くに存在するエッジ制御システム。
【００４５】
前記第１および第２の環状リブは実質的に隣接するエッジ制御システム。
【００４６】
前記第１の環状リブの内面は、前記第２の環状リブの外面に接続されているエッジ制御システム。
【００４７】
前記第２の端部は、前記第２の端部の内周に肉厚領域を有するエッジ制御システム。
【００４８】
前記第１の環状リブの近くに配置された補強バンドを更に有するエッジ制御システム。
【００４９】
前記補強バンドは、前記第１の環状リブの外周と実質的に隣接しているエッジ制御システム。
【００５０】
エッジ制御システムであって、前記補強リングは、前記第１の環状リブの第１のセグメントと実質的に隣接する第１の環状部分と、前記第１の環状部分は、前記キャリアヘッドハウジングの近くに存在し、かつ前記第１の環状部分と前記プレナムの間に位置し、前記第１の環状リブの第２のセグメントと実質的に隣接する第２の環状部分と、を有し、前記第２の環状部分は、前記ダイアフラムの近くに存在し、かつ前記第１の環状部分と前記の環状リブの間に位置する。
【００５１】
前記第１および第２の環状と、前記歪み逃し部材とは実質的に同心であるエッジ制御システム。
【００５２】
ワークを支持するためのキャリアヘッド。前記キャリアヘッドは、キャリアヘッドハウジングおよびブラダーを有する。前記ブラダーは、第１の面、前記第１の面と実質的に反対の第２の面、および外縁端を有する可撓性のダイアフラムと、第１の端部および第２の端部を有する第１の環状リブと、前記第１の端部は、前記外縁端の近くで前記第１の面と接続され、前記第２の端部は、前記キャリアヘッドハウジングと気密的に接続され、第１の端部および第２の端部を有する第２の環状リブと、前記第１の端部は、前記第１の面および前記第１の環状リブに接続され、前記第２の端部は、前記キャリアヘッドハウジングと気密的に接続され、前記キャリアヘッドは、前記キャリアヘッドハウジング、前記第１の環状リブ、および前記第２の環状リブによって画定される第１のプレナムを更に有する。前記第１のプレナムが加圧され、前記ダイアフラムの前記第２の面に環状の突出部が形成されると、前記第１の環状リブおよび前記第２の環状リブは、前記可撓性のダイアフラムの方に移動する。
【００５３】
キャリアヘッドであって、前記キャリアヘッドハウジングは、マウントプレートと、前記キャリアヘッドハウジングと接続された第１のクランプリングとを有し、このため、前記第１の環状リブの前記第２の端部が、前記第１のクランプリングと前記キャリアヘッドハウジングの間に気密的に固定される。
【００５４】
キャリアヘッドであって、前記キャリアヘッドハウジングは、前記第１のクランプリングと接続された第２のクランプリングを更に有し、このため前記第２の環状リブの前記第２の端部が、前記第１のクランプリングと前記第２のクランプリングの間に気密的に固定される。
【００５５】
前記第１のクランプリングおよび前記第２のクランプリングのそれぞれは、前記第２の端部を受容するように構成された環状凹部を有する円周のシェルフを有するキャリアヘッド。
【００５６】
前記マウントプレートを貫通する通路を更に有し、前記第１のクランプリングは、前記第１のプレナムを外部の圧力源に流体的に接続するように構成されているキャリアヘッド。
【００５７】
前記第１の環状リブは、前記第２の端部に隣接し、かつ前記マウントプレートの近くに存在する第１の歪み逃し部材を更に有し、前記第２の環状リブは、前記第２の端部に隣接し、前記第１のクランプリングの近くに存在する第２の歪み逃しを更に有するキャリアヘッド。
【００５８】
キャリアヘッドであって、前記キャリアヘッドは前記キャリアヘッドハウジングと前記ダイアフラムの間に接続された第２のプレナムおよび第３の環状リブを更に有し、前記第２のプレナムは、前記第２の環状リブ、前記第３の環状リブ、および前記キャリアヘッドハウジングによって実質的に画定されているキャリアヘッド。
【００５９】
前記ブラダーの前記外縁端のまわりに配置された環状の補強リングを更に有するキャリアヘッド。
【００６０】
ワークを処理するための化学機械平坦化システムであって、ワークの主要面を研磨するための研磨パッドと、ワーク搬送装置と、キャリアヘッドとを有する。前記キャリアヘッドは、マウントプレートと、前記マウントプレートに接続され、前記キャリアヘッドを通る通路を形成するために前記マウントプレートと協動するクランプリング積層体と、ブラダーと、外縁端部分と、前記外縁端部分から延び、前記マウントプレートと前記クランプリング積層体の間に気密的に固定された第１および第２の環状リブと、前記マウントプレート、前記クランプリング積層体、および前記ブラダーによって画定されるプレナムと、を有し、前記通路は、前記第１および第２の環状リブと、前記外縁端部分との上下移動を制御するために、前記プレナムに選択的に加圧できるように構成されている。
【００６１】
前記第１および第２の環状リブのそれぞれは、前記第１および第２の環状リブと前記外縁端部分との前記上下移動を増大させるように構成された歪み逃し部材を有する化学機械平坦化システム。
【００６２】
上に記載した発明の詳細な説明では少なくとも１つの例示的な実施形態を提示したが、膨大な数の変形例が存在することが理解されるべきである。少なくとも１つの例示的な実施形態は例に過ぎず、本発明の範囲、利用可能性または構成をいかなる形であれ制限することを意図するものではないことが理解されるべきである。上記の詳細な説明は、当業者にとって、例示的な実施形態を実装するうえで有用な道標となる。添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に記載した機能および要素をさまざまに変更することができることが理解されよう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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