(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨（ケミカルメカニカルポリシング）装置用キャリアヘッドであって、
ベースと、
前記ベースに固定されると共に前記ベースの真下に伸長して加圧可能チャンバを画成し、その下面が基板の載置面を与える可撓メンブレンと、
前記チャンバ内に配置された支持構造体と、
前記チャンバの外側に配置されたスペーサリングと、
前記スペーサリングを包囲し前記基板を前記載置面の真下に保持する保持リングと、
を備え、
前記可撓メンブレンが、前記スペーサリングの下面と前記支持構造体の上面の間と、前記スペーサリングの内面の周囲と、前記スペーサリングの上面の上方とに伸長する外周部を有するキャリアヘッド。
【請求項２】
前記可撓メンブレンのリム部が、前記保持リングと前記ベースの間に把持される請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項３】
前記スペーサリングが、前記保持リングの内面に向かって外向きに伸長するフランジ部を有する請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項４】
前記支持構造体が、自由浮動体である請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項５】
棚部が、前記ベースに形成され、前記支持構造体が、前記棚部の上方に伸長して前記支持構造体の下方運動を制限するストッパとして機能するリム部を有する請求項４に記載のキャリアヘッド。
【請求項６】
前記支持構造体が、複数のアパーチャが貫通するディスク状の部分を有する請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項７】
前記支持構造体が上方に伸長する環状のフランジ部を有し、前記可撓メンブレンが前記スペーサリングの内面と前記フランジ部の外面の間に伸長する請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項８】
前記スペーサリングの下面の表面積が、前記スペーサリングの上面の表面積より大きい請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項９】
前記スペーサリングの下面の表面積に対する前記スペーサリングの上面の表面積の比は、エッジ効果が最小となるようにされている請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項１０】
前記可撓メンブレンの外周部が、前記載置面から、上向きに前記支持構造体の第１の外面の周囲へ伸張し、内向きに前記スペーサリングの下面と前記支持構造体の上面の間へ伸長し、上向きに前記スペーサリングの内面の周囲に伸長し、そして外向きに前記スペーサリングの上面の上へと伸長する請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項１１】
前記可撓メンブレンの外周部が、前記載置面から、上向きに前記支持構造体の第１の外面の周囲へ伸長し、内向きに前記スペーサリングの下面と前記支持構造体の上面の間へ伸長し、上向きに前記スペーサリングの内面と前記支持構造体の第２の外面の間へ伸長し、そして外向きに前記ベースに取付けられるように前記スペーサリングの上面の上へと伸長する請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項１２】
化学機械研磨装置のキャリアヘッド用可撓メンブレンであって、前記キャリアヘッドが、ベースと、前記ベースと前記可撓メンブレンによって画成されるチャンバ内に配置された支持構造体と、前記チャンバの外側に配置されたスペーサリングとを備え、前記可撓メンブレンは、
基板に当接する中心部と、
前記支持構造体と前記スペーサリングの間で伸張するように、前記基板の載置面から上向きに、内向きに、上向きに、そして外向きに伸長する蛇行通路をなすように成形された外周部とを備え、
前記外周部が、前記可撓メンブレンの末端をなすリム部と、前記リム部と前記蛇行通路の間にある自由支間部とを有する可撓メンブレン。
【請求項１３】
前記リム部が前記外周部よりも厚さが厚い請求項１２に記載の可撓メンブレン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は全般に基板の化学機械研磨に関し、特に化学機械研磨用可撓メンブレン付キャリアヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は通常、導電性、半導電性、絶縁性の層を連続堆積することにより、基板、特にシリコンウエハ上に形成される。各層は堆積後、エッチングを受けて回路の表面形状が形成される。一連の層が連続的に堆積、エッチングされ、基板の一番外側ないし上の面、即ち基板の露出面はますます非平面状となる。この非平面状の面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィステップにおいて問題を起こす。従って、基板表面を定期的に平坦化する必要がある。
【０００３】
化学機械研磨（ケミカルメカニカルポリシング：ＣＭＰ）は、広く認識されている平坦化の方法の一つである。この平坦化の方法では、通常、基板はキャリアあるいは研磨ヘッドに装着されていなければならない。基板の露出面は、回転研磨パッドに接するように配置される。研磨パッドは「標準」研磨パッドあるいは固定研磨パッドのいずれであってもよい。標準研磨パッドは耐久性粗面を有し、固定研磨パッドは保持媒体内に保持された研磨粒子を有している。キャリアヘッドは、制御可能な負荷、即ち圧力を基板に与え、基板を研磨パッドに押圧する。キャリアヘッドの中には、基板の載置面を提供する可撓メンブレン及び載置面の真下に基板を保持する保持リングを有するものもある。可撓メンブレンの後ろのチャンバを加圧又は排気することにより、基板の負荷が制御される。研磨スラリは、標準パッドが使用される場合、少なくとも１つの化学反応剤と研磨粒子を含んでおり、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰ処理の有効度は、研磨速度によって、あるいは得られた基板面の仕上げ（小さな凸凹がないこと）及び平坦さ（大きなトポグラフィがないこと）によって測定できる。研磨速度、仕上げ、及び平坦さはパッドとスラリの組合せ、基板とパッド間の相対速度、及び基板をパッドに押圧する力によって決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＭＰにおいて再三発生する問題はいわゆる「エッジ効果」、即ち、基板エッジを基板中心と異なる速度で研磨する傾向である。このエッジ効果は通常、基板外周部（例えば２００ミリメートル（ｍｍ）ウエハの最外側５〜１０ミリメートル）に対する過剰研磨（基板からの材料の過剰除去）を招く。特に可撓メンブレン付キャリアヘッドにおけるもう一つの問題は、キャリアヘッドへの可撓メンブレンの取付けに関係する。通常、可撓メンブレンは締付けリングによってキャリアヘッドに固定される。残念ながら、この機構には様々な潜在的問題があり、例えば、締付けリングを固定するのが困難である、可撓メンブレンとキャリアヘッド間のシールを確実に掖密にするのが困難である、可撓メンブレンが破断や損傷するおそれがある等である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一態様において、本発明は化学機械研磨装置用キャリアヘッドを対象とする。キャリアヘッドはベースと、ベースの真下に伸長して加圧可能チャンバを画成する可撓メンブレンと、チャンバ内に配置された支持構造体と、チャンバの外側に配置されたスペーサリングとを有する。可撓メンブレンの下面は基板の載置面を具備する。可撓メンブレンは、スペーサリングの下面と支持構造体の上面の間かつスペーサリングの内面の周囲を伸長する外周部を有する。
【０００７】
本発明の各実施例は次の特徴の一つ以上を含んでよい。保持リングはスペーサリングを包囲し、載置面の真下に基板を維持してよい。可撓メンブレンのリム部は保持リングとベースの間に把持されてよい。スペーサリングは、保持リングの内面に向かって外側に伸長するフランジ部を有していてもよい。支持構造体は自由浮動体であってよい。棚部がベースに形成され、支持構造体は棚部の上方を伸長して支持構造体の下方移動を制限するストッパとして機能するリム部を有していてもよい。支持構造体は複数のアパーチャが貫通する略ディスク状の部分と、上方に伸長する略環状のフランジ部を有していてもよい。可撓メンブレンは、スペーサリングの内面とフランジの外面の間に伸長していてもよい。可撓メンブレンの外周部は、スペーサリングの上面の上に伸長していてもよい。スペーサリングの下面の表面積は、スペーサリングの上面の表面積より大きくてもよい。スペーサリングの上面の表面積は、基板のエッジに加わる圧力を調節するよう選択されてもよい。可撓メンブレンの外周部は、載置面から、上向きに支持構造体の第１の外面の周囲に伸長し、内向きにスペーサリングの下面と支持構造体の上面の間に伸長し、上向きにスペーサリングの内面の周囲に伸長し、そして外向きにスペーサリングの上面の上に伸長してもよい。また、外周部は、上向きにスペーサリングの内面と支持構造体の第２の外面の間に伸長してもよく、またベースに固着されるスペーサリングの上面の上に伸長してよい。
【０００８】
別の態様において、本発明は化学機械研磨ヘッド用可撓メンブレンを対象とする。可撓メンブレンは、基板に当接する中心部と、載置面から上向きに、内向きに、上向きに、そして外向きにと伸長する蛇行通路状に成形された外周部とを有する。
【０００９】
本発明の各実施例は、以下の事項を有していてもよい。可撓メンブレンは、厚さが外周部より大きいリム部を有してよい。
【００１０】
本発明の利点は、以下の事項を有していてもよい。可撓メンブレンは、損傷のおそれがほとんどなく、迅速で、反復可能で、確実に、キャリアヘッドを固定可能である。シングルピースの可撓メンブレンは、キャリアヘッドの部品数を低減させ、確実な掖密シールを提供する。基板の非均一な研磨が低減され、結果としての基板の平坦さ及び仕上げが向上する。
【００１１】
本発明の別の利点は図面及び請求項を有する次の説明から明らかになろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１つ以上の基板１０が化学機械研磨（ＣＭＰ）装置２０によって研磨される。同様のＣＭＰ装置の記載は米国特許第５、７３８、５７４号に見ることができるが、その全開示を参照としてここに併合する。
【００１３】
ＣＭＰ装置２０は、基板を搬入出するための、一連の研磨ステーション２５及び搬送ステーション２７を有している。各研磨ステーション２５は回転プラテン３０を有しており、該プラテン上に研磨パッド３２が配置される。基板１０が直径８インチ（２００ミリメートル）のディスクである場合はプラテン３０及び研磨パッド３２は直径約２０インチであり、１２インチ（３００ミリメートル）ディスクである場合は直径３０インチである。また、基板１０が直径６インチ（１５０ミリメートル）ディスクである場合、プラテン３０及び研磨パッド３２は直径約２０インチであってもよい。ほとんどの研磨処理の場合、プラテン駆動モータ（図示せず）がプラテン３０を３０〜２００ｒｐｍで回転するが、これより低い回転速度や高い回転速度を用いてもよい。各研磨ステーション２５は付随のパッドコンディショナ装置４０を更に有して研磨パッドの研磨状態を維持してよい。
【００１４】
反応剤（例えば、酸化物研磨の場合、脱イオン水）及び化学反応触媒（例えば、酸化物研磨の場合、水酸化カリウム）を有するスラリ５０を、複合スラリ／リンスアーム５２によって研磨パッド３２の表面に供給してもよい。研磨パッド３２が標準パッドである場合、スラリ５０は研磨粒子（例えば、酸化物研磨の場合、二酸化ケイ素）を含んでよい。通常、十分なスラリを供給し、研磨パッド３２全体を被覆し、湿潤にする。スラリ／リンスアーム５２は数本のスプレーノズル（図示せず）を有し、該スプレーノズルは研磨、コンディショニングサイクルの各エンドに研磨パッド３２を高圧水洗する。
【００１５】
回転マルチヘッドコンベア６０はセンタポスト６２によって支持され、コンベアモータアッセンブリ（図示せず）によってコンベア軸６４を中心として回転される。マルチヘッドコンベア６０は、コンベア軸６４を中心として等角間隔にコンベア支持プレート６６に装着された、４つのキャリアヘッド装置７０を有する。キャリアヘッド装置のうちの３つは研磨ステーションの上方に基板を配置する。キャリアヘッド装置のうちの１つは搬送ステーションから基板を受取り、搬送ステーションに基板を引渡す。コンベアモータはキャリアヘッド装置７０及びこれに固着された基板を、研磨ステーションと搬送ステーションの間のコンベア軸６４を中心として旋回可能である。
【００１６】
各キャリアヘッド装置７０は研磨あるいはキャリアヘッド１００を有する。各キャリアヘッド１００は自軸を中心として別個に回転し、またコンベア支持プレート６６に形成された径方向スロット７２中を別個に左右に揺動する。キャリア駆動軸７４はスロット７２を貫通伸長し、キャリアヘッド回転モータ７６（コンベアカバー６８の１／４を除去して示す）をキャリアヘッド１００に接続する。各ヘッドに１つのキャリア駆動軸及びモータがある。各モータ及び駆動軸はスライダ(図示せず）上に支持されてよく、該スライダは径方向駆動モータによってスロットに沿って直線駆動され、キャリアヘッドを左右に揺動可能である。
【００１７】
実研磨中、キャリアヘッドのうちの３つは３つの研磨ステーションに、またその上に配置される。各キャリアヘッド１００は基板を降下し、研磨パッド３２に当接させる。普通、キャリアヘッド１００は基板を研磨パッドに接する位置に保持し、基板の裏面全体に力を分配する。また、キャリアヘッドは駆動軸から基板に回転力を伝える。
【００１８】
図２〜４を参照すると、キャリアヘッド１００は、ハウジング１０２と、ベース１０４と、ジンバル機構１０６と、ローディングチャンバ１０８と、保持リング１１０と、基板バッキングアッセンブリ１１２とを有する。同様のキャリアヘッドの記載は、１９９６年1１月８日出願のZuniga et al.,の米国出願第０８／７４５、６７０号、標題 "A CARRIER HEAD WITH A FLEXIBLE MEMBRANE FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM"に見ることができるが、その全開示を参考としてここに併合する。
【００１９】
ハウジング１０２は、駆動軸７４に接続され、研磨中は回転軸１０７を中心として一体回転可能であるが、該回転軸は研磨中研磨パッドの表面に概ね直角である。ハウジング１０２はほぼ円形状であり、研磨すべき基板の円形形状に対応してよい。縦孔１３０をハウジングに貫通形成してよく、２つの通路１３２、１３４がハウジングを貫通伸長し、キャリアヘッドの空気制御を行ってよい。加えて、通路１３６は通路１３４を縦孔１３０に接続してよい。Ｏリング１３８をハウジングを貫通する通路と駆動軸を貫通する通路の間の掖密シール形成に用いてよい。
【００２０】
ベース１０４は、ハウジング１０２の真下に位置する普通剛性のリング状あるいはディスク状体である。弾性かつ可撓のメンブレン１４０は把持リング１４２によってベース１０４の下面に固着され、ブラダ１４４を画成してよい。把持リング１４２はネジあるいはボルト１４６によってベース１０４に固定されてよい。通路（図示せず）は把持リング及びベースを貫通伸長してよく、２つの固定具１４８（ハウジング１０２に固定された固定具のみ図示）は取付点を具備して、ハウジング１０２とベース１０４の間に可撓管を接続し、通路１３４をブラダ１４４に流体結合してよい。第１のポンプ（図示せず）はブラダ１４４に接続され、流体、例えば空気等のガス、をブラダに、又は、から送出する。
【００２１】
ローディングチャンバ１０８はハウジング１０２とベース１０４の間に位置し、負荷、即ち下向きの圧力、をベース１０４に加える。また、研磨パッド３２に対するベース１０４の縦位置もローディングチャンバ１０８によって制御される。
【００２２】
ジンバル機構１０６は、ベース１０４の一部と見なしてよいが、ベースをハウジング１０２に対して回転させ、ベースが常に研磨パッドの表面に概ね平行であるようにする。ジンバル機構１０６は縦孔１３０に嵌合するジンバルロッド１５０と、ベース１０４に固定される屈曲リング１５２を有する。ジンバルロッド１５０は孔１３０に沿って上下方向に摺動し、ベース１０４の上下方向の動きを与えてよいが、ハウジング１０２に対するベース１０４の左右方向の動きは阻止する。ジンバルロッド１５０はジンバルロッドの全長を伸長する第１の通路１５４と、第１のの通路１３６を駆動可能弁１５８に接続する第２の通路１５６を含んでよい。駆動可能弁１５８を用いて基板の有無を検出してよい。例えば、米国出願第０８／８６２、３５０号（ボリス・ゴヴズマン他、１９９７年５月２３日出願、名称「化学機械研磨装置用基板検出装置付キャリアヘッド」、本発明の譲受人に譲渡）に記載されているように。その全開示を参考としてここに併合する。
【００２３】
ほぼリング状の回転ダイアフラム１６０の内側縁端は内側把持リング１６２によってハウジング１０２に把持されてよく、外側把持リング１６４は回転ダイアフラム１６０の外側縁端をベース１０４に把持してよい。従って、回転ダイアフラム１６０はハウジング１０２とベース１０４の間の空間を封止し、ローディングチャンバ１０８を画成する。第２のポンプ（図示せず）は通路１３２によってローディングチャンバ１０８に流体接続され、ローディングチャンバ内の圧力及びベース１０４に加える負荷を制御してよい。
【００２４】
保持リング１１０は、例えばボルト１２８によってベース１０４の外側縁端に固着されたほぼ環状のリングであってよい。流体がローディングチャンバ１０８にポンプ注入され、ベース１０４が下方に押圧されると、保持リング１１０も下方に押圧され、研磨パッド３２に負荷を加える。保持リング１１０の底面１２４はほぼ平坦であってよく、あるいは複数の流路を有し、保持リングの外側から基板へのスラリ搬送を促進してもよい。
【００２５】
保持リング１１０の内面１２６は基板に係合し、基板がキャリアヘッドの真下から逃げないようにする。
【００２６】
基板バッキングアッセンブリ１１２は支持構造体１１４と、可撓部材あるいはメンブレン１１８と、スペーサリング１１６とを有する。可撓メンブレン１１８の中心部２１０は支持構造体１１４の下に伸長し、載置面１２２を具備して基板を係合する。可撓メンブレンの外周部２１２は支持構造体１１４とスペーサリング１１６の間の蛇行通路内を伸長し、キャリアヘッド、例えば、ベース１０４あるいは保持リング１１０に固着される。可撓メンブレン１１８とベース１０４の間の封止容量は加圧可能チャンバ１２０を画成する。第３ポンプ（図示せず）は通路１５４によってチャンバ１２０に流体接続され、チャンバ １２０内の圧力、従って基板の載置面の下向きの力を制御してよい。加えて、チャンバ１２０は排気され、可撓メンブレン１１８を上方に引っ張り、それによって基板をキャリアヘッドに真空チャックする。
【００２７】
支持構造体１１４はチャンバ１２０の内部に位置して、基板チャッキング中基板の剛性支持を提供するとともにチャンバ１２０が排気される際基板及び可撓メンブレンの上方移動を制限し、かつ可撓メンブレン１１８の所望形状を維持する。即ち、支持構造体１１４は、複数のアパーチャ１７２が貫通形成されたディスク状プレート部１７０と、ほぼプレート部１７０から上方に伸長する環状のフランジ部１７４を有するほぼ剛性の部材であってよい。加えて、プレート部１７０は外側縁端に下方の突出するリップ部１７６を有してよい。支持構造体１１４は「自由浮動」、即ち、キャリアヘッドの台に固着されていなくてよく、可撓メンブレンによって所定の位置に保持されてよい。
【００２８】
図３を参照すると、任意の環状突起部１８０はプレート部１７０から下方に伸長してよい。突起部１８０は、圧縮性材料１８２の層をプレート部の下面１７８に接着固定することによって形成されてよい。環状突起部１８０は幅Ｗ、高さＨを有し、支持構造体１１４の外面１８４から距離Ｄに位置する。２つの環状切欠きあるいは溝１８６、１８８が突起部１８０を包囲する下面１７８に形成されてよい。２つの溝１８６、１８８を用いて圧縮性材料層を整列あるいはトリムし、突起部の所望寸法になるようにしてよい。ブラダ１４４を用いて下向きの力を支持構造体１１４に加え、突起部１８０は可撓メンブレンの上面に直接当接し、選択された基板領域に優先的に圧力を加えてよい。例えば、１９９７年８月８日出願のSteven M. Zuniga et al., の米国出願第０８／９０７、８１０号、標題 "A CARRIER HEAD WITH LOCAL PRESSURE CONTROL FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS"に記載されている。ディメンジョンＷ、Ｈ、Ｄを適切に選択することによって、基板上の圧力増加領域を与え、研磨性能を最適化してよい。圧縮性材料層は軟接触区域を提供し、基板の損傷を防止する。
【００２９】
支持構造体１１４のフランジ部１７４は、ベース１０４内に形成された棚部１９２の上方を伸長するリム１９０を有する。研磨が完了し、ローディングチャンバ１０８が排気され、ベース１０４を研磨パッドから離隔する方向に持上げるとともに、チャンバ１２０が加圧又は排気されると、リム１９０の下面は棚部１９２に係合してハードストップとして機能し、該ハードストップは支持構造体１１４の下方移動を制限し、可撓メンブレンの伸び過ぎを防止する。
【００３０】
スペーサリング１１６は保持リング１１０と支持構造体１１４の間に配置されたほぼ環状の部材である。即ち、スペーサリング１１６は、フランジ部１７４を越えて径方向に外側に伸長する支持構造体１１４の外周部１９４の上方に位置してよい。スペーサリング１１６はほぼ平坦な下面２００と、ほぼ平坦な上面２０２と、ほぼ円筒上の内面２０４とを有する。また、スペーサリング１１６はフランジ部２０６も有するが、該フランジ部は保持リング１１０の内面１２６に向かって外側に伸長し、スペーサリングの左右方向位置を維持する。
【００３１】
可撓メンブレン１１８はクロロプレン又はエチレンプロピレンゴム、あるいはシリコーン等の可撓かつ弾性の材料から形成されたほぼ円形状のシートである。上述のように、可撓メンブレンの中心部２１０は載置面１２２を画成し、外周部２１２は支持構造体１１４とスペーサリング１１６の間を蛇行伸長し、ベース１０４と保持リング１１０の間に把持される。即ち、外周部２１２は支持構造体１１４の外面１８４の周囲を上方に、スペーサリング１１６の下面２００と外周部１９４の上面１９６の間を内側に、スペーサリング１１６の内面２０４とフランジ部１７４の外面１９８の間を上方に、さらにスペーサリング１１６の上面２０２に沿って外側に伸長する。可撓メンブレン１１８は、ベース１０４の環状切欠き２１６に嵌合する厚肉リム部２１４の末端をなしてよい。保持リング１１０がベース１０４に固着されると、リム部２１４はベース１０４と保持リング１１０の間に把持され、掖密シールを形成する。可撓メンブレンの「自由支間」部２２０は、リム部２１４とスペーサリング２１６の上面の外径の間を伸長する。可撓メンブレンは蛇行形状に予め成形してよい。
【００３２】
作動中、流体がチャンバ１２０にポンプ注入され、可撓メンブレン１１８によって基板に加えられる下向きの圧力を制御する。研磨が終了すると、チャンバ１０８が排気され、研磨パッドから離隔する方向にベース１０４及び支持構造体１１４を持上げる。加えて、スペーサリング１１６は支持構造体１１４に載置されているので、スペーサリングも研磨パッドから離隔する方向に持上げられる。上述のように、チャンバ１２０が加圧又は排気される一方、ベース１０４が研磨パッドから離隔する方向に持上げられた場合、棚部１９２はリム１９０と係合し、支持構造体１１４及びスペーサリング１１６の下方移動を制限し、可撓メンブレンの伸び過ぎを防止する。
【００３３】
ほぼ環状の突起部２１８は支持構造体１１４のプレート部１７０から上方に伸長してよい。ブラダ１４４が膨張すると、ブラダは突起部２１８に当接し、支持構造体１１４に下向きの圧力を及ぼす。ブラダ１４４を用いて突起部１８０を可撓メンブレンの上面に押圧し、基板上の圧力を局部的に増大し、非均一な研磨を補償することができる。また、ブラダ１４４を用いて可撓メンブレン１１８を基板１０に押圧し、これによって掖密シールを形成し、チャンバ１２０の排気時可撓メンブレンへの基板の真空チャッキングを行うこともできる。代替として、支持構造体１１４が突起部を含まない場合、ブラダ１４４を用いてプレート部１７０のリップ部１７６を可撓メンブレン１１８の縁端を基板１０に押圧させ、真空チャッキング用掖密シールを形成してもよい。
【００３４】
前述のように、ＣＭＰにおいて再三発生する問題は基板のエッジ近傍の非均一な研磨である。しかし、スペーサリング１１６を用いて、基板エッジ近傍の可撓メンブレン１１８によって加えられる圧力分布を制御してよい。図５Ａ、５Ｂを参照すると（簡略化のため、基板エッジの圧力決定に関係する要素のみ図示）、チャンバ１２０内の圧力は、スペーサリング１１６の両側で可撓メンブレン１１８の各部分を互いに付勢する傾向がある。しかし、可撓メンブレン１１８の「自由支間」部２２０上の下向きの力の一部は、保持リング１１０によって対処され、結果としてメンブレンの正味上向き張力Ｆを生ずる。この正味上向き力は可撓メンブレンの隅部２２８を基板から離隔する方向に持上げる傾向がある。この力Ｆは「自由支間」部２２０の面積に比例する。平衡状態では、力Ｆは式Ｆ＝ＰｘＡを満たすが、ここでＰはチャンバ１２０内の圧力、Ａは基板を離昇させる可撓メンブレンの面積である。面積ＡはＡ＝π（２Ｒｄ−ｄ2）から計算してよく、ここでＲは基板の半径あるいは可撓メンブレンの外周部、ｄは基板から離隔する方向に持上げる可撓メンブレンの各部分の幅である。スペーサリング１１６の上面２０２の表面積と下面２００の表面積を適切に選択することによって、基板外周に対し可撓メンブレン１１８の隅部で加えられる相対圧力が調節され、非均一な研磨を低減可能である。上面２０２の表面積を増加することによって、可撓メンブレン「自由支間」領域が減少し、これによって基板を離昇する可撓メンブレンの面積を減少させるとともに、基板エッジ上の有効圧力を増加させる。逆に、上面２０２の表面積を減少させることによって、基板エッジ上の圧力が効果的に減少される。エッジ効果を最小にするスペーサリング１１６の上面２０２の最適表面積は実験的に決定してよい。
【００３５】
図６を参照すると、キャリアヘッド１００’は環状リップ部２５０を有する可撓メンブレン１１８’を含んでよい。チャンバ１２０が排気されると、リップ部２５０は基板１０に抗して引っ張られ、シールを形成し、基板の真空チャッキングを向上可能である。例えば、１９９８年８月３１日出願の Zuniga et al., の米国特許出願第０９／１４９、８０６号、標題A CARRIER HEAD FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING"に記載されている。
【００３６】
本発明を数多くの実施例の観点から説明した。しかし、本発明は図示・説明した実施例に限定されない。と言うより逆に、本発明の範囲は追記した請求項によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】   化学機械研磨装置の分解斜視図である。
【図２】  本発明によるキャリアヘッドの概略横断面図である。
【図３】  可撓メンブレン及びスペーサリングを示す図２のキャリアヘッドの拡大図である。
【図４】  図２のキャリアヘッドからの支持構造体の平面図である。
【図５】  図５Ａ、図５Ｂとも、可撓メンブレン上の圧力及び力の分布を示す概略横断面図である。
【図６】  リップ部付可撓メンブレンを有するキャリアヘッドの横断面図である。
【符号の説明】
１０…基板、２０…ＣＭＰ装置、２５…研磨ステーション、３０…回転プラテン、４０…パッドコンディショナ装置、５０…スラリ、６０…回転マルチヘッドコンベア、７０…キャリアヘッド装置、１００…キャリアヘッド、１０２…ハウジング、１０４…ベース、１０６…ジンバル機構、１０８…ローディングチャンバ、１１０…保持リング、１１２…基板バッキングアッセンブリ、１４０…可撓メンブレン。
【図１】
0004427191.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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