(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアヘッドであって、
ベースと、
前記ベースの下に延在して第１の加圧可能なチャンバを形成する第1の可撓膜であって、前記第1の可撓膜の下面が、基板のための搭載面を備える第１の可撓膜と、
前記第１のチャンバに配置された支持構造体と、
前記支持構造体と前記可撓膜との間で、前記支持構造体の底面に取り付けられた圧縮可能なフィルムと、
を備え、
前記圧縮可能なフィルムが、前記第１の可撓膜の上面上に圧力分布を確立するパターンに配列された、前記フィルムを貫通した複数の開口を有する、キャリアヘッド。
【請求項２】
前記複数の開口の前記パターンが、研磨の均一性を改善する不均一な圧力分布を提供するように選定される、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項３】
前記開口が、対称なパターンに配設される、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項４】
前記開口は、局所的には均一だが、全体的には不均一である前記基板上の圧力分布を提供するように、間隔をおいて配置された、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項５】
前記開口は、直径で約１．２７ｃｍ未満である、請求項４記載のキャリアヘッド。
【請求項６】
更に、前記支持構造体へ下向きの圧力を加える第２の加圧可能なチャンバを備えた、請求項１記載のキャリアヘッド。
【請求項７】
キャリアヘッドであって、
ベースと、
前記ベースの下に延在し、基板のための搭載面を備える可撓膜と、
前記ベースと前記可撓膜との間の支持構造体と、
前記支持構造体と前記可撓膜との間の圧縮可能なフィルムと、
を備え、
前記圧縮可能なフィルムは、前記基板の面にわたり圧力分布を確立する、前記フィルムを貫通した複数の開口を含む、キャリアヘッド。
【請求項８】
キャリアヘッドであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに移動可能に接続される剛構造体と、
前記剛構造体の底面上に配置される圧縮可能なフィルムと、
を備え、
前記圧縮可能なフィルムは、研磨中に基板の面にわたり圧力分布を生成するために第１の領域と当該第１の領域よりも開口が互いに密な間隔であるか又は開口が大きい第２の領域とを有するパターンに配列される、前記フィルムを貫通した複数の開口を有する、キャリアヘッド。
【請求項９】
更に、基板受納面を有する可撓膜を備え、前記フィルムは、前記剛構造体と前記可撓膜との間に配置される、請求項８記載のキャリアヘッド。
【請求項１０】
キャリアヘッドであって、
ハウジングと、
前記ハウジングへ移動可能に接続される剛構造体と、
前記剛構造体の底面に形成される複数の凹みと、
前記剛構造体の前記底面上に配置される圧縮可能なフィルムと、
を備え、
前記剛構造体における前記凹みは、研磨中に基板の面にわたり圧力分布を生成するパターンに配設される、キャリアヘッド。
【請求項１１】
更に、基板受納面を有する可撓膜を備え、前記フィルムは、前記剛構造体と前記可撓膜との間に配置される、請求項１０記載のキャリアヘッド。
【請求項１２】
キャリアヘッドであって、
ハウジングと、
前記ハウジングへ移動可能に接続される剛構造体と、
前記剛構造体の底面上に配置される圧縮可能なフィルムと、
を備え、
前記圧縮可能なフィルムは、異なる圧縮性の複数の領域を含み、前記異なる圧縮性の領域は、研磨中に基板の面にわたり圧力分布を生成するパターンに配列される、キャリアヘッド。
【請求項１３】
更に、基板受納面を有する可撓膜を備え、前記フィルムは、前記剛構造体と前記可撓膜との間に配置される、請求項１２記載のキャリアヘッド。
【請求項１４】
キャリアヘッドにおける使用のための物品であって、前記キャリアヘッドにおける剛構造体の面に取外し可能に固定可能である圧縮可能なフィルムを備え、前記圧縮可能なフィルムは、研磨の均一性を改善するように、研磨中に基板上に不均一な圧力分布を生成するよう配置され、前記フィルムを貫通した複数の開口を有する、物品。
【請求項１５】
キットであって、
ハウジング、及び前記ハウジングに移動可能に接続された剛構造体を含むキャリアヘッドと、
前記剛構造体の底面に取外し可能に固定可能な複数の圧縮可能なフィルムと、
を備え、
各圧縮可能なフィルムは、研磨中に基板上に不均一な圧力分布を生成する、前記フィルムを貫通した複数の開口を有し、前記圧縮可能なフィルムの少なくとも２枚は、前記基板上に異なる圧力分布を生成する異なるパターンに配設される開口を有する、キット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、一般に、基板の化学的機械研磨に関し、より詳細には、化学的機械研磨のためのキャリアヘッドに関する。
【０００２】
集積回路は、通常は、基板、特にシリコンウェーハ上に、導電性、半導体性、又は絶縁性の層の順次堆積により形成される。各層が堆積された後に、それはエッチングされ、回路フィーチャを生成する。一連の層が、順次堆積され、エッチングされるに従い、基板の外側又は最上面、即ち、基板の露出面は、次第に平面ではなくなる。この非平面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィックステップで問題を生じる。従って、基板面を定期的に平面化するニーズがある。
【０００３】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、容認されている平面化方法の一つである。この平面化方法は、通常は、基板がキャリア又は研磨ヘッドへ搭載される必要がある。基板の露出面は、回転する研磨パッドに対して配置される。研磨パッドは、「標準」又は固定研磨剤のパッドであってよい。標準の研磨パッドは、耐久性のある粗面を有するのに対して、固定研磨剤のパッドは、包含媒体に保持される研磨剤粒子を有する。キャリアヘッド (carrier head) は、基板を研磨パッドに対して押付ける、制御可能な負荷、即ち圧力を提供する。幾つかのキャリアヘッドは、基板用の搭載面を提供する可撓な膜、及び基板を搭載面の下に保持する保持リングを含む。可撓膜の背後のチャンバの加圧、又は排気 (evacuation) が基板の負荷を制御する。標準のパッドが使用される場合、少なくとも一つの化学反応性の薬品(agent) と研磨剤粒子とを含む研磨スラリが、研磨パッドの表面へ供給される。
【０００４】
ＣＭＰプロセスの有効性は、その研磨レートにより、及び基板面の結果の面仕上げ (finish)（小規模 (small scale) の粗さの欠如）及び平坦度（大規模のトポグラフィ (large scale topography) の欠如）によって測定できる。研磨レート、面仕上げ、及び平坦度は、パッドとスラリの組合せ、基板とパッド間の相対速度、及びパッドに対して基板を押付ける力により決定される。
【０００５】
ＣＭＰで再々起こる問題は、不均一研磨、即ち、基板のある部分が、基板の他の部分と異なるレートで研磨される傾向である。この不均一研磨は、たとえ圧力が基板へ均等に加えられても起こり得る。
【０００６】
【発明の概要】
一局面では、本発明は、ベースと、ベースの下に延在して第１の加圧可能なチャンバを形成する第１の可撓膜と、第１のチャンバに配置される支持構造体と、支持構造体の底面に隣接する圧縮可能なフィルムと、を有するキャリアヘッドに向けられる。第１の可撓膜の下面は、基板のための搭載面を提供する。圧縮可能なフィルムは、第１の可撓膜の上面へ圧力分布を確立するパターンに配列される複数の開口を有する。
【０００７】
本発明の実施例は、以下の特徴を含むことができる。複数の開口パターンは、研磨の均一性を改善する不均一な圧力分布を提供するように選定できる。開口は、一般的に対称のパターンで配設でき、直径で約１／２インチ未満にできる。第２の可撓膜により形成される第２の加圧可能なチャンバは、支持構造体へ下向きの圧力を加えることができる。
【０００８】
別の局面は、本発明は、ベースと、ベースの下に延在し、基板用の搭載面を備える可撓膜と、ベースと可撓膜との間の支持構造体と、支持構造体と可撓膜との間の圧縮可能なフィルムと、を有するキャリアヘッドに向けられる。圧縮可能なフィルムは、基板の面にわたって圧力分布を確立する複数の開口を含む。
【０００９】
別の局面では、本発明は、ハウジングと、ハウジングへ移動可能に接続される剛構造体と、剛構造体の底面上に配置される圧縮可能なフィルムとを有するキャリアヘッドに向けられる。圧縮可能なフィルムは、研磨中に基板面にわたって圧力分布を生成するパターンに配列される複数の開口を有する。
【００１０】
別の局面では、本発明は、ハウジングと、ハウジングへ移動可能に接続される剛構造体、剛構造体の底面に形成される複数の凹み (indentations)と、剛構造体の底面上に配置された圧縮可能なフィルムとを有するキャリアヘッドに向けられる。剛構造体での凹みは、研磨中に基板面にわたって圧力分布を生成するパターンに配列されている。
【００１１】
別の局面では、本発明は、ハウジングと、ハウジングへ移動可能に接続される剛構造体と、剛構造体の底面上に配置される圧縮可能なフィルムとを有するキャリアヘッドに向けられる。圧縮可能なフィルムは、異なる圧縮性の複数の領域を含む。異なる圧縮性の領域は、研磨中に基板面にわたって圧力分布を生成するパターンに配列されている。
【００１２】
先の三つの実施の形態の実施例は、以下を含むことができる。キャリアヘッドは、基板受取面を有する可撓膜を有することができる。フィルムは、剛構造体と可撓膜との間に配置できる。
【００１３】
別の局面では、本発明は、キャリアヘッドで剛構造体の面へ取外し可能に固定されている圧縮可能なフィルムに向けられる。圧縮可能なフィルムは、研磨の均一性を改善するように、研磨中に基板上へ不均一な圧力分布を生成するよう配置される複数の開口を有する。
【００１４】
別の局面では、本発明は、ハウジングとハウジングへ移動可能に接続される剛構造体を有するキャリアヘッドと、剛構造体の底面へ取外し可能に固定される圧縮可能なフィルムとを有するキットに向けられる。各圧縮可能なフィルムは、研磨中に基板上へ不均一な圧力分布を生成する複数の開口を有する。少なくとも２枚の圧縮可能なフィルムが、基板上に異なる圧力分布を生成する異なるパターンで配列される開口を有する。
【００１５】
別の局面では、本発明は、ハウジングと、ハウジングへ移動可能に接続された剛構造体と、研磨中に基板へ圧力を転送するための剛構造体の面へ固定される圧縮可能なフィルムと、圧縮可能なフィルムから基板上に不均一な圧力分布を生成するための手段とを有するキャリアヘッドに向けられる。
【００１６】
本発明の利点は、以下を含むことができる。不均一な圧力が基板の背面へ付加でき、研磨レートの不均一性を補正する。基板の不均一な研磨は、それにより低減され、結果として得られる基板の平坦度と仕上げが改善される。キャリアヘッドは、基板上に異なる圧力分布を提供するよう容易に変更できる。
【００１７】
本発明の他の有利点及び特長は、図面及び特許請求の範囲を含む以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１８】
同じ部品を示すために、種々の図面で同じ参照番号を指定した。プライム記号付き（’）の参照番号、又は、文字の接尾語を有する参照番号は、要素が、変更された機能、動作、又は構造を有することを示す。
【００１９】
【実施形態の詳細な説明】
図１を参照すると、１枚以上の基板１０が、化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置２０により研磨される。類似のＣＭＰ装置の説明は、米国特許第５，７３８，５７４号で見出すことができ、その開示の全体を本明細書に援用する。
【００２０】
ＣＭＰ装置２０は、一連の研磨ステーション２５及び基板をロードとアンロードするための転送ステーション２７を含む。各研磨ステーション２５は、研磨パッド３２が設置される回転可能なプラテン３０を含む。各研磨ステーション２５は、更に、研磨パッドの研磨剤の状態を維持する付属のパッド調整装置４０を含むことができる。
【００２１】
反応性の薬品（例えば、酸化物研磨用の脱イオン水）及び化学反応性の触媒（例えば、酸化物研磨用の水酸化カリウム）を含有するスラリ５０が、兼用のスラリ／リンスアーム５２により研磨パッド３２の面へ供給できる。研磨パッド３２が標準のパッドの場合、スラリ５０は、研磨剤粒子（例えば、酸化物研磨用の二酸化ケイ素）も含むことができる。通常は、スラリは、研磨パッド３２の全体を覆い、湿らせるよう充分に供給される。スラリ／リンスアーム５２は、各研磨及び調整サイクルの終わりに研磨パッド３２の高圧すすぎ洗いを提供する幾つかの噴霧ノズル（図示せず）を含む。
【００２２】
回転可能なマルチヘッドカルーセル (multi-head carousel) ６０は、中央の柱６２により支持され、カルーセルモータ組立体（図示せず）によりカルーセル軸６４のまわりにその上で回転される。マルチヘッドカルーセル６０は、カルーセル支持盤６６上に搭載された四つのキャリアヘッドシステム７０を含む。カルーセルモータは、キャリアヘッドシステム７０とそこに取付けられた基板とを、研磨ステーションと転送ステーションとの間のカルーセル軸６４のまわりに旋回できる。
【００２３】
各キャリアヘッドシステム７０は、研磨又はキャリアヘッド１００を含む。各キャリアヘッド１００は、独立してそれ自体の軸のまわりで回転し、カルーセルの支持盤６６に形成された半径方向のスロット７２で独立して横方向へ振動する。キャリア駆動シャフト７４は、スロット７２を通り延在し、（カルーセルカバー６８の４分の１の除去により示す）キャリアヘッド回転モータ７６をキャリアヘッド１００へ接続する。各モータと駆動シャフトは、スライダ（図示せず）上に支持でき、それは、半径方向駆動モータによりスロットに沿って直線的に駆動でき、キャリアヘッドを横方向に振動させる。
【００２４】
研磨中、キャリアヘッドの三つは、三つの研磨ステーションにおいて、及び、その上で配置される。各キャリアヘッド１００は、基板を研磨パッド３２と接触させるよう降下させる。一般に、キャリアヘッド１００は、基板を研磨パッドに対向する位置に保持し、基板の背面にわたり力を配分する。キャリアヘッドは、トルクも駆動シャフトから基板へ転送する。
【００２５】
図２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、基板裏打 (backing) 組立体１１２とを含む。類似のキャリアヘッドの説明は、Zuniga他による１９９６年１１月８日出願の米国特許出願第０８／７４５，６７０号、発明の名称「化学的機械研磨システム用の可撓膜を有するキャリアヘッド」で、本発明の譲受人へ譲渡された出願で見出され、その開示の全体を本明細書に組み込んで、これを引用する。キャリアヘッドの右半分のみを、図２に図示する。キャリアヘッドの左半分は、一般的に右半分と対称であるが、以下に検討する基板検知バルブを含まない。
【００２６】
ハウジング１０２は、駆動シャフト７４へ接続でき、研磨中に研磨パッドの表面へ実質的に垂直である回転軸１０７のまわりに研磨中にそれと共に回転する。ハウジング１０２は、一般的に研磨される基板の円形外形に相応する円形形状であり得る。垂直の穴 (bore) １３０がハウジングを通して形成でき、二つの経路（一つの経路１３２のみを図示する）が、キャリアヘッドの圧搾空気制御のためにハウジングを通して延在できる。Ｏ−リング１３８は、ハウジングを通る経路と駆動シャフトを通る経路との間の防流体 (fluid-tight) シールを形成するのに使用できる。
【００２７】
ベース１０４は、一般に、ハウジング１０２の下に位置する剛性のリング形状又は円盤形状体である。弾性のある、可撓膜１４０が、クランプリング１４２によりベース１０４の下面へ取付でき、ブラダ (bladder) １４４を画成する。クランプリング１４２は、例えば、図示していないのねじ又はボルトによりベース１０４へ固定できる。経路１５６が、クランプリングとベースを通って延在でき、二つの取付具 (fixture) １４８が、ハウジング１０２とベース１０４との間に可撓性チューブを接続する取付点を提供でき、経路１３２をブラダ１４４へ流体で結合する。加えて、バルブ１５８が、経路１５６をベース１０４の下のチャンバ１２０へ接続できる。バルブ１５８は、Boris Govzman他による１９９７年５月２３日出願の米国特許出願第０８／８６２，３５０号、発明の名称「化学的機械研磨システム用の基板検出システムを有するキャリアヘッド」で、本発明の譲受人へ譲渡された出願に説明されているように、基板の存在を検知するのに使用でき、その開示の全体を本明細書に組み込んで、これを引用する。第１のポンプ（図示せず）が、ブラダ１４４へ接続でき、流体、例えば、空気等ガスをブラダへ出し入れする。
【００２８】
ジンバル機構１０６は、ベース１０４の一部と考えられるが、ハウジング１０２に対してベースを枢動することを可能にし、それによって、ベースは、研磨パッドの表面に実質的に平行に保たれる。ジンバル機構１０６は、垂直の穴１３０内へ嵌合するジンバルロッド１５０、及び、ベース１０４へ固定されるたわみリング (flexure ring) １５２を含む。ジンバルロッド１５０は、穴１３０に沿って垂直に摺動でき、ベース１０４の垂直の移動を提供するが、ハウジング１０２に対するベース１０４の横方向のどんな移動も防止する。ジンバルロッド１５０は、ジンバルロッドの長さ方向に延在し、チャンバ１２０との流体連通を提供する経路１５４を含むことができる。
【００２９】
一般的にリング形状の回転ダイアフラム１６０の内側端は、内側クランプリング１６２によりハウジング１０２へクランプでき、外側クランプリング１６４が、回転ダイアフラム１６０の外側端をベース１０４へクランプできる。このように、回転ダイアフラム１６０は、ハウジング１０２とベース１０４との間のスペースを密封して、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）がハウジングで図示されていない経路によりローディングチャンバ１０８へ流体で接続でき、ローディングチャンバでの圧力及びベース１０４へ付加される負荷を制御する。研磨パッド３２に対するベース１０４の垂直位置もローディングチャンバ１０８により制御される。
【００３０】
保持リング１１０は、例えば、ボルト１２８によりベース１０４の外側端で固定される一般的に環状のリングであることができる。流体がローディングチャンバ１０８内へ圧送され、ベース１０４が下方へ押付けられる場合、保持リング１１０も下方へ押付けられ、研磨パッド３２に負荷を加える。保持リング１１０の底面１２４は、実質的に平面であってもよく、又は、保持リングの外側から基板へのスラリの移送を容易にする複数のチャンネルを有してもよい。保持リング１１０の内側面１２６は、基板と係合し、それがキャリアヘッドの下から脱離するのを防止する。
【００３１】
基板裏打組立体１１２は、支持構造体１１４、可撓部材又は膜１１８、及びスペーサリング１１６を含む。可撓膜１１８は、可撓性で、弾性のある材料から形成される一般的に円形のシートである。可撓膜１１８の中央部分２１０は、支持構造体１１４の下に延在して、基板のための搭載面１２２を提供する。可撓膜の周辺部分２１２は、支持構造体１１４とスペーサリング１１６との間に延在して、キャリアヘッド、例えば、ベース１０４又は保持リング１１０へ固定される。可撓膜１１８とベース１０４との間の密閉された容積は、加圧可能なチャンバ１２０を画成する。第３のポンプ（図示せず）が、経路１５４によってチャンバ１２０へ流体で接続して、チャンバ１２０での圧力を制御し、従って、基板上の搭載面の下向き力を制御してもよい。加えて、チャンバ１２０は、排気 (evacuated) されて、可撓膜１１８を上向きへ引張り、それにより基板をキャリアヘッドへ真空チャックしてもよい。可撓膜の周辺部分２１２は、支持構造体１１４とスペーサリング１１６との間に位置する比較的厚い部分２１６、及び中央部分２１０の端に位置するフラップ部分２１４を含む。チャンバ１２０が排気される場合、フラップ部分２１４は、Zuniga他の１９９８年８月３１日出願の米国特許出願第０９／１４９，８０６号、発明の名称「化学的機械研磨のためのキャリアヘッド」で、本発明の譲受人へ譲渡された出願に説明され、その開示の全体を本明細書に組み込んで、引用するように、基板１０に抗して引張られて、シールを形成し、基板の真空チャッキングを改善する。
【００３２】
スペーサリング１１６は、保持リング１１０と支持構造体１１４との間に配置される一般的に環状の部材である。詳細には、スペーサリング１１６は、可撓膜１１８のフラップ部分の上に位置できる。
【００３３】
支持構造体１１４は、チャンバ１２０の内側に位置しており、基板のチャッキング中に基板のための支持を提供し、チャンバ１２０が排気される場合、基板と可撓膜の上方向の移動を限定し、可撓膜１１８の所望の形状を維持し、研磨中に局部で基板に対して追加の圧力を加える。詳細には、支持構造体１１４は、円盤形状プレート部分１７０と、プレート１７０から上方向へ延在する一般的に環状のフランジ部分１７４とを有する一般に剛性の部材であり得る。開口１７２が、プレート１７０を通って延在して、バルブ１５８を起動することを、可撓膜に可能にする。加えて、図示されていない複数の開口が、プレート部分を通して形成され、支持構造体１１４の上下にあるチャンバ１２０の部分間の流体の流れを提供する。これらの図示されていない開口は、プレート１７０のリム１７３近くに位置できる。加えて、プレート１７０は、その外側端で外側へ突出する舌状部１７６を有することができる。支持構造体１１４は、「自由浮動」、即ちキャリアヘッドの残部へ固定されておらず、可撓膜により所定の場所に保持できる。
【００３４】
フランジ１７４は、ベース１０４から突出する棚部１９２の上へ延在する。研磨が完了し、ローディングチャンバ１０８が、排気されて、ベース１０４を研磨パッドから持上げる場合、及び、チャンバ１２０が、加圧又は排気のいずれか行われる場合、フランジ１７４の下面は、棚部１９２と係合して、支持構造体１１４の下方向の移動を限定し、可撓膜の過伸張を防止する堅固な止め (hard stop)として作用する。
【００３５】
図３と４を参照すると、圧縮可能な裏打フィルム１８０が、プレート１７０の底面１７８へ付着される。裏打フィルム１８０は、圧縮可能な材料、例えば、Newark, Delaware の Rodel, Inc. から入手可能な DF200等の、キャリアフィルムから形成された薄いシートである。裏打材料は、約２５ミルの厚さであってよい。接着層で裏打フィルムをプレート１７０へ固定できる。裏打フィルムは、一般的に平面の底面を有するプレートの領域、例えば、開口を有するプレートの領域の内側へ固定される一般的に円形のフィルムであり得る。
【００３６】
ブラダ１４４が、Steven M. Zuniga他の１９９７年８月８日出願、米国特許出願第０８／９０７，８１０号、発明の名称「化学的機械研磨装置用の局所的圧力制御を有するキャリアヘッド」で、本発明の譲受人へ譲渡された出願で検討され、その開示の全体を本明細書に組み込んで引用されるような、支持構造体１１４へ下向き力を加えるのに使用でき、それにより、裏打フィルム１８０が、可撓膜１１８の上面へ直接接触して、基板の選定された領域へ圧力を選択的に加える。
【００３７】
ブラダが支持構造体上へ下向きに押付ける場合、裏打フィルムは、可撓膜の上面へ所望の圧力分布又はプロファイルを提供するよう「パターン化」される。詳細には、複数の穴即ち、開口１８２が、裏打フィルムを通し形成される。裏打フィルムで開口の間隔と大きさを適切に選択することにより、基板上への圧力増加の領域が、研磨性能を最適化するよう提供できる。裏打フィルムは、可撓膜に対して柔軟な接触の領域をも提供して基板への損傷を防止する。
【００３８】
図５（ａ）と５（ｂ）により示すように、ブラダが下向き力を支持構造体１１４上へ加える場合、可撓膜の上面に接触している裏打フィルム１８０の部分は、可撓膜１１８の上面に対して不連続の圧力分布を付加するであろう（この圧力分布のプロファイルを実線Ａにより示す）。しかし、この圧力は、裏打フィルム、可撓膜、及び基板自体により配分され、散開され、基板の前面で比較的平滑な圧力分布を提供する（この圧力分布のプロファイルを、想像線 (phantom line) Ｂにより示す）。開口１８２の大きさと位置は、所望の圧力分布を提供するよう選定される。例えば、開口を互いにより密な間隔にすることにより、又は、開口を大きくすることにより、比較的小さい圧力が基板へ加えられるであろう。これに反して、開口をより遠く離れた間隔にすることにより、又は、開口を小さくすることにより、比較的大きい圧力が基板へ加えられるであろう。開口が、ほどよく均一に間隔をおき、臨界直径より小さい直径を有する場合、圧力は、基板前面にわたり有効に配分されるであろう。この圧力分布は、局所的には均一な、即ち、個々の開口の領域上では一般に均一であるが、グローバルには不均一な、即ち、基板にわたり変化する圧力分布を生成する。上記で検討した裏打フィルムに対して、臨界直径は、約１／２インチであるように見えるが、これは、研磨パラメータ、及び、膜、裏打フィルム、基板及び研磨パッドの組成に依存するであろう。開口は、臨界直径より小さくてよく、局所的には均一であるが、グローバルには不均一である圧力分布を提供する。
【００３９】
記載のように、パターン化された裏打フィルムは、研磨の不均一性を補正するよう設計できる。例えば、ある研磨プロセスが、基板中央近辺で研磨不足である基板での結果を生じる場合、裏打フィルムは、フィルムの中央近辺で開口を少なくパターン化でき、それにより、基板の中央で圧力増加領域を生成する。これは、基板中央での研磨レートを増加させ、その結果、それが基板の他の領域での研磨レートと調和し、それによって、研磨の均一性を実質的に改善する。開口は一般に、裏打フィルムにわたり半径方向に対称のパターンを形成できる。
【００４０】
動作中、流体が、チャンバ１２０内へ圧送され、可撓膜１１８により基板へ加えられる下向きの圧力を制御する。加えて、ブラダ１４４は、膨張させられ、フランジ１７４を接触させて、支持構造体１１４上へ下向きの圧力を及ぼす。このように、裏打フィルム１８０は、可撓膜の上面に対して押付けられ、基板上への圧力を局所的に増加させ、必要な際に不均一な研磨を補正する。
【００４１】
この構成の有利点は、異なる開口パターンを有する多様な裏打フィルムが製作でき、使用できることである。支持構造体により生成される圧力分布を変更するために、単に１枚の裏打フィルムを支持構造体から取外し、別のものを取付けるだけである。異なる開口パターンを有する裏打フィルムは、キットにパッケージ化することができる。
【００４２】
図６を参照すると、別の実施例では、圧縮可能な裏打フィルム１８０'が剛性のキャリアベース１０４'の下側へ付着される。裏打フィルム１８０'は、基板１０の裏面へ直接接触して、基板へ力を加える。裏打フィルムは、基板又はキャリアベースでの小さな面欠陥を補正する。加えて、基板自体が、裏打フィルムにより生成された圧力分布を平滑化する緩衝物として作用する。裏打フィルムは、パターン化でき、基板の前面で所望の圧力分布を提供する。
【００４３】
図７（ａ）を参照すると、別の実施例では、支持構造体１１４ａの底面１７８（ａ）は、凹み ２２０を提供される。この実施例では、裏打フィルム１８０ａは、必ずしも開口を含まない。支持構造体１１４ａは、凹み２２０の領域では裏打フィルムへ圧力を加えない。しかし、支持構造体１１４ａからの圧力は、裏打フィルム及び基板により再配分され、基板の前面で比較的平滑な圧力分布を生成する。加えて、支持構造体１１４ａでの凹み２２０のパターンは、選定でき、基板の前面で所望の圧力分布を提供し、それによって研磨の均一性を改善する。
【００４４】
図７（ｂ）を参照すると、裏打フィルム１８０ａ'が基板１０の上面に直接接触する場合、凹み２２０'は、キャリアベース１０４ａ'の底面１７８（ａ）'で形成でき、類似の効能を提供する。
【００４５】
図８（ａ）を参照して、別の実施例では、裏打フィルム１８０ｂは、高圧縮性領域２３０と低圧縮性領域２３２をを含む。低圧縮性領域より、高圧縮性領域で、より大きな圧力が基板背面へ転送され、それにより、不均一圧力分布を生成する。圧力は、支持構造体１１４ｂから可撓膜１１８ｂと基板１０により再配分され、基板の前面で比較的平滑な圧力分布を生成する。加えて、裏打フィルム１８０ｂでの高及び低圧縮性領域２３０及び２３２のパターンは、選定でき、基板の前面で所望の圧力分布を提供し、それにより研磨の均一性を改善する。
【００４６】
図８（ｂ）を参照すると、裏打フィルム１８０ｂ'が基板１０の上面に直接接触する場合、高及び低圧縮性領域２３０'及び２３２'が、類似の効能を提供する。
【００４７】
本発明は、数多くの実施の形態に関して説明された。しかし、本発明は、図示され、説明された実施の形態に限定されない。むしろ、本発明の適用範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、化学的機械研磨装置の分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明によるキャリアヘッドの略断面図である。
【図３】図３は、図２のキャリアヘッドの裏打フィルムの、それぞれ拡大図と斜視図である。
【図４】図４は、図２のキャリアヘッドの裏打フィルムの、それぞれ拡大図と斜視図である。
【図５】（ａ）は、支持構造体、裏打フィルム、及び可撓膜を図示する断面線図であり、（ｂ）は、図２のキャリアヘッドの使用から結果として得られる基板の前面と背面での圧力分布のグラフである。
【図６】図６は、裏打フィルムが基板に直接接触するキャリアヘッドの断面線図である。
【図７】（ａ）と（ｂ）は、裏打フィルム、及び、凹みを有するそれぞれパターン化された支持構造体又はベースを含むキャリアヘッドの断面線図である。
【図８】（ａ）と（ｂ）は、異なる圧縮性の領域を有する裏打フィルムを含むキャリアヘッドの断面線図である。
【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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