(57)【要約】ウェーハキャリア・アッセンブリを有する化学機械研磨システムを提供する。ウェーハキャリア・アッセンブリは、ウェーハキャリア支持枠（５２）と、ウェーハキャリア支持枠に回転可能に取り付けられているウェーハキャリア・ヘッドハウジング（５６）とを有し、ウェーハキャリア・ベースは、ウェーハキャリア・ベースをウェーハキャリア・ヘッドハウジングに作動的に接続しているフラダ・ベローズ（９８）を有している。保持リング（９６）も設けられており、保持リングとウェーハキャリア・ヘッドハウジングとの間の半径方向相対運動を拘束しつつ軸方向相対運動を許容する保持リングベアリング（１４２）と、保持リングを研磨部材に向けて押しつける保持リング・ベローズ（１４４）に接続されている。ブラダ・ベローズ、ウェーハキャリア・ベース、及びウェーハキャリア・ハウジングにより形成されるチャンバを加圧して、保持リングに掛かる摩擦荷重とは独立して、ウェーハキャリア・ベースとウェーハを、研磨部材に向けて押しつけることができるようになっている。【選択図】図３
2004505456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨システムで使用するためのウェーハキャリア・アッセンブリにおいて、
ウェーハキャリア支持枠と、
前記ウェーハキャリア支持枠に回転可能に取り付けられたウェーハキャリア・ヘッドハウジングと、
ウェーハキャリア・ベースと、
保持リングと、を有し、前記保持リングは、前記保持リングと前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングとの間の半径方向相対運動を拘束しつつ軸方向相対運動を許容する保持リングベアリングに作動的に接続され、
さらに、ウェーハキャリア・アッセンブリは、前記保持リングを研磨部材に向けて押しつけるために前記保持リングベアリングと作動的に連接している保持リング・ベローズと、
回転トルクが前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングから前記ウェーハキャリア・ベースに伝えられるように、前記ウェーハキャリア・ベースを前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングに作動的に接続しているブラダ・ベローズと、を備え、
前記ブラダ・ベローズ、前記ウェーハキャリア・ベース、及び前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングにより形成されたチャンバを加圧して、前記保持リングに作用する摩擦荷重とは独立して、前記ウェーハキャリア・ベースを研磨部材に対して押し付けることを特徴とするウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項２】
前記保持リングベアリングは可撓部材であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項３】
前記保持リングベアリングは静圧ベアリングであることを特徴とする請求項１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項４】
前記保持リング・ベローズは、約０乃至４０ｐｓｉａの範囲の圧力まで加圧されることを特徴とする請求項１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項５】
ベースに接続され複数のチャンバを構成している区画化された可撓部材であって、前記可撓部材の下面はウェーハ受け入れ面を形成し、前記複数のチャンバそれぞれに関係付けられている複数の内側部分は、各チャンバ内の圧力を独立して制御できるようになっている、区画化された可撓部材を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項６】
前記ウェーハキャリア支持枠に接続され、実質的に垂直な貫通穴を有する取り付けフランジと、
前記取り付けフランジに回転可能に接続され、前記貫通穴内に同軸に配置された円筒形ヘッドシャフトと、
前記取り付けフランジに取り付けられたステーターと前記円筒形ヘッドシャフトに取り付けられたローターとを有する電気モーターとを、更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項７】
前記可撓部材は、第１、第２、第３、第４のフランジを有しており、それぞれ第１、第２、第３、第４のチャンバを構成するために、各フランジは前記ベースの下面に固定されていることを特徴とする請求項５に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項８】
前記第１チャンバは円形で半径が約３０ｍｍであり、前記第２チャンバは環状で半径方向の幅が約３０ｍｍであり、前記第３チャンバは環状で半径方向の幅が約２５ｍｍであり、前記第４チャンバは環状で半径方向の幅が約１５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項９】
前記ブラダ・ベローズは約０乃至４０ｐｓｉａの範囲の圧力まで加圧されることを特徴とする請求項１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項１０】
化学機械研磨システムで使用するためのウェーハキャリア・アッセンブリにおいて、
ウェーハキャリア支持枠と、
前記ウェーハキャリア支持枠に回転可能に取り付けられたウェーハキャリア・ヘッドハウジングと、
ウェーハキャリア・ベースと、
保持リングと、を有し、前記保持リングは、前記保持リングと前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングとの間の半径方向相対運動を拘束しつつ軸方向相対運動を許容する保持リングベアリングに作動的に接続され、
さらに、前記ウェーハキャリア・アッセンブリは、前記保持リングを研磨部材に対して押しつけるために前記保持リングベアリングと作動的に連接している保持リング・ベローズと、
回転トルクが前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングから前記ウェーハキャリア・ベースに伝えられるように、前記ウェーハキャリア・ベースを前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングに作動的に接続しているブラダ・ベローズと、を備え、
前記ブラダ・ベローズ、前記ウェーハキャリア・ベース、及び前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングにより形成されたチャンバを加圧して、前記保持リングに作用する摩擦荷重とは独立して、前記ウェーハキャリア・ベースを研磨部材に向けて押し付けるようになっており、更に
ベースに接続され複数のチャンバを構成している区画化された可撓部材であって、前記可撓部材の下面はウェーハ受け入れ面を形成し、前記複数のチャンバそれぞれに関連した複数の内側部分は、各チャンバ内の圧力を独立して制御できるようになっている、区画化された可撓部材を備えていることを特徴とするウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項１１】
前記ウェーハキャリア支持枠に接続され、実質的に垂直な貫通穴を有する取り付けフランジと、
前記取り付けフランジに回転可能に接続され、前記貫通穴内に同軸に配置された円筒形ヘッドシャフトと、
前記取り付けフランジに取り付けられたステーターと前記円筒形ヘッドシャフトに取り付けられたローターとを有する電気モーターとを、更に備えていることを特徴とする請求項１０に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項１２】
前記ヘッドシャフト内を同軸に延びる、前記ベローズと前記複数のチャンバを独立して加圧するための流体ライン連結用の複数の通路が設けられている管状導管を、更に備えていることを特徴とする請求項１１に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項１３】
前記保持リングベアリングは可撓性部材であることを特徴とする請求項１０に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【請求項１４】
前記保持リングベアリングは静圧ベアリングであることを特徴とする請求項１０に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ・
【請求項１５】
前記保持リング・ベローズ及び前記ブラダ・ベローズは、約０乃至４０ｐｓｉａの範囲の圧力までそれぞれ独立して加圧されることを特徴とする請求項１０に記載のウェーハキャリア・アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、薄肉ディスクを化学機械研磨するための新たな改良された装置及び方法に関し、より厳密には、化学機械研磨機の基板キャリア又はウェーハキャリアに関する。
【０００２】
（関連出願）
本特許出願は、同時係属米国特許出願第０９／６２８，４７１号（弁理士事件整理番号Ａ−６９１７４／ＭＳＳ）及び同第０９／６２８，９６２号（弁理士事件整理番号Ａ−６９２２８／ＭＳＳ）と関連があり、上記２つの特許出願は本願との同時出願であって、その全体を本願に参考文献として援用する。
【０００３】
（発明の背景）
デバイスの高密度化が進むにつれて、半導体の製造は益々複雑になってきている。このような高密度回路では、通常、金属の相互接続ラインの間隔を狭くし、酸化物のような絶縁材料を相互接続ラインの上及び相互接続ラインの間に何層も設ける必要がある。半導体ウェーハ又は基板の面平坦度は、層が積み重なるに従って悪化する。一般に、層の表面では下層に倣って微細な形状が形成されることになるので、層数が増えるほど表面の平坦度の悪化が顕著になる。
【０００４】
この問題に対処するため、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理が採用されている。ＣＭＰ処理では、ウェーハの表面から材料を除去して実質的に平坦な面とする。最近では、相互接続ラインの製造にもＣＭＰ処理が利用されている。例えば、銅のリード線又は相互接続ラインを堆積させる際は、酸化物層内に溝を形成したウェーハの表面全面に金属層を堆積させる。金属層は、スパッタリング法、気相蒸着法、又は適していれば他のどの様な従来技術を使って堆積させてもよい。ドープ又は非ドープ酸化シリコンのような酸化物層は、大抵は、化学蒸着法（ＣＶＤ）で形成される。金属層は、ウェーハの表面全体を覆い溝の中に広がる。その後、酸化物の表面から金属層を除去することによって個々のリード線１６が形成される。表面の金属を取り除いて溝内にリード線が残るようにする場合には、ＣＭＰ処理が使用される。リード線は、酸化物層を介在させることにより互いに絶縁される。
【０００５】
一般的に、ＣＭＰ処理を実行する際には、化学機械研磨（ＣＭＰ）機を使用する。半導体産業では各種のＣＭＰ機が使用されている。ＣＭＰ機は、通常、上に研磨パッドが取り付けられた回転式研磨プラテンと、表面を平坦化及び／又は研磨しようとするウェーハを保持する小径の回転式ウェーハキャリアとを採用している。回転しているウェーハの表面を、回転している研磨パッドに当てて保持又は押しつける。ウェーハ研磨時には、研磨パッドの表面にスラリーを供給する。
【０００６】
このような従来技術によるシステムの一例が、米国特許第５，９６４，６５３号に記載されている。６５３号特許に開示されているキャリア・ヘッドは、ベースと、そのベースに接続され第１、第２及び第３のチャンバを構成している可撓部材を備えている。チャンバ内の圧力は独立して制御することができ、ウェーハに対する可撓部材の対応部分の付勢力を独立して制御できるようになっている。６５３号特許のキャリア・ヘッドは、更に、駆動軸に取り付けることのできるフランジと、フランジをベースに旋回可能に接続するジンバルとを備えている。ジンバルは、ベースに接続されたインナーレースと、フランジに接続されたアウターレースを備えており、両レースの間には隙間が形成され、その隙間内には複数のベアリングが配置されている。
【０００７】
既知のＣＭＰシステムでは、ジンバルを使用してウェーハキャリアを研磨パッドに整列させているので、ウェーハに働く摩擦荷重を、研磨中のウェーハに対する圧力分布から切り離すことはできない。特に、ジンバルが作り出す多自由度によって、都合の悪いことに、通常はウェーハ表面と平行に働く摩擦荷重が、ウェーハの表面に対して垂直方向に働く垂直力に変換され、研磨パッドに対するウェーハの圧力に直接影響が及ぶことになる。この摩擦力がウェーハに働くとウェーハ上の圧力分布が影響を受け、それによりウェーハの表面から材料を除去する場合の均一性に悪影響が生じることになる。従って、改良されたＣＭＰ装置及び方法が必要とされている。
【０００８】
（発明の概要）
従って、本発明の目的は、改良された化学機械研磨（ＣＭＰ）装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
より具体的には、本発明の１つの態様では、ウェーハの研磨パッドに対する圧力分布が研磨工程中にウェーハに作用する摩擦荷重とは独立しているようにウェーハを保持することのできるウェーハキャリアを備えているＣＭＰ装置及び方法を提供している。
【００１０】
本発明の別の態様では、ウェーハを研磨パッドに対して付勢するウェーハ押圧システムと、ウェーハ保持用の保持リングとを有するウェーハキャリアを備え、保持リングの研磨パッドに対する圧力は、ウェーハを付勢するウェーハ押圧システムとは独立して制御されるようになっている化学機械研磨装置を提供する。
【００１１】
本発明の更に別の態様では、ウェーハキャリアは、ウェーハに対しその対応する局所又は局域をそれぞれ独立して押圧する複数のチャンバが形成された可撓膜を備えていて、チャンバに加えられる圧力の量を選択的に制御できるようになっているので、ＣＭＰ処理時にウェーハの対応する局所における材料除去速度の程度を制御することができる。
【００１２】
本発明の上記及びその他の目的は、ウェーハキャリア支持枠と、前記ウェーハキャリア支持枠に回転可能に取り付けられているウェーハキャリア・ヘッドハウジングとを有し、ベースはベースをウェーハキャリア・ハウジングに作動的に接続しているベローズを備えていて、化学機械研磨中に前記ウェーハキャリア・ベースから前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングに伝達される摩擦荷重とは独立して、回転トルクを前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングから前記ウェーハキャリア・ベースに伝えることができるようになっているウェーハキャリア・アッセンブリを採用している、化学機械研磨システムにより実現される。
【００１３】
更に具体的には、ウェーハキャリア・アッセンブリは、ウェーハキャリア支持枠と、前記ウェーハキャリア支持枠に回転可能に取り付けられたウェーハキャリア・ヘッドハウジングを備えており、ベースはウェーハキャリア・ベースをウェーハキャリア・ヘッドハウジングに作動的に接続しているブラダ・ベローズを備えていて、回転トルクを前記ウェーハキャリア・ヘッドハウジングから前記ウェーハキャリア・ベースに伝えることができるようになっている。本発明では、更に、保持リングとウェーハキャリア・ヘッドハウジングとの間の半径方向相対運動を拘束しながら軸方向の相対運動を許容する保持リング・ベアリングに作動的に接続されている保持リングと、保持リングを研磨部材に押しつけるよう保持リング・ベアリングを作動的に接続している保持リング・ベローズが設けられている。ブラダ・ベローズ、ウェーハキャリア・ベース、及びウェーハキャリア・ヘッドハウジングにより形成されるチャンバには、圧力を掛けてウェーハキャリア・ベースに荷重を加え、保持リングに作用する摩擦荷重とは独立して、研磨部材に押しつけることができるようになっている。
【００１４】
別の実施例では、ウェーハキャリアは、更に、ベースに接続され、中に複数のチャンバを構成している可撓部材を備えており、可撓部材の下面はウェーハ受け入れ面を提供し、複数の内側部分は前記複数のチャンバそれぞれに関係付けられウェーハ表面の対応する局部又は局域を構成しており、前記各チャンバ内の圧力は独立して制御できるようになっている。
【００１５】
（好適な実施例の詳細な説明）
添付図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであって、本発明の実施例を示し、記載内容と併せて本発明の原理を説明するものである。
【００１６】
本発明は、改良された化学機械研磨（ＣＭＰ）システムを提供する。より具体的には、本発明は、研磨パッドに対するウェーハの圧力分布が、研磨工程中にウェーハに作用する摩擦荷重とは独立しているように、ウェーハを保持することができるウェーハキャリアを備えているＣＭＰ装置及び方法を開発しており、非常に有用である。また、別の実施例では、ＣＭＰ装置及び方法は、ウェーハを研磨パッドに対して付勢するウェーハ押圧システムを有するウェーハキャリアと、ウェーハ保持用の保持リングとを備え、研磨パッドに対する保持リングの圧力を、ウェーハを付勢するウェーハ押圧システムとは独立して別個に制御するようにしている。更に、本発明の別の実施例では、ウェーハキャリアは、中に複数のチャンバが形成された可撓膜を備えており、各チャンバを独立してウェーハに押しつけてウェーハ表面上に対応する局域又は局部を構成するようにしている。これらのチャンバは、チャンバに加えられる圧力の量を選択的に制御し、もって、ＣＭＰ処理時にウェーハ表面上の対応する局域での材料除去速度の程度を制御するために、独立して加圧される。
【００１７】
このように、本発明は、ウェーハ保持及び圧力印加のための所望の設計パラメータを具現化するウェーハキャリアを提供しており、非常に有用である。ウェーハ保持に必要な機能の１つは、研磨のための摩擦荷重を支えることである。本発明によれば、従来技術のようにジンバル構造を使用することなく、この荷重をスピンドルベアリングに伝えることができる。従来技術によるシステムでは、ウェーハキャリアをパッドと整列させるのに通常はジンバルを使用する。上記のように、ジンバルを使うと、ウェーハ上の摩擦荷重を、研磨中のウェーハに分布する圧力から切り離すことができないので、非均一性の問題が生じることになる。対照的に、本発明では、摩擦力をウェーハに分布する圧力から切り離し、保持リングとパッドを整合させるために機械の精度を用い、ウェーハを研磨パッド面に整列させる可撓膜を使用することによってウェーハ背面に追従できるようにしている。ウェーハ上の摩擦力から圧力分布を独立させることに加え、本発明では、保持リングもウェーハ押圧システムから独立させ、保持リングの圧力又は位置の制御を、必要に応じ、公称研磨圧力から独立して制御できるようにしている。この構成により、パッドが原因で起きるエッジ効果を制御することによって、ＣＭＰ処理の均一性を改善することができる。
【００１８】
これより、本発明の具体的な実施例について詳しく説明していくが、例を添付図面に示している。以下、本発明を特定の且つ好適な実施例に関連付けて説明するが、本発明をこれら実施例に限定しようとする意図はない旨理解頂きたい。むしろ、本発明は、代替例、変更及び等価物をその範囲に含めることを意図しており、それらは特許請求の範囲に述べる事項により定義される本発明の精神及び範囲に含まれるものである。
【００１９】
これより図面を参照するが、異なる図面であっても同様な構成要素は同様な符号で示しており、先ず図１は、砥粒剤研磨パッド３４を支えている複数の研磨ステーション３２と、ローディング・クリーニングステーション３６と、ウェーハキャリア・アッセンブリ３８とを備えている、本発明による化学機械研磨装置３０を示している。
【００２０】
化学機械研磨（ＣＭＰ）装置３０は、１枚又は複数枚の基板を処理するために設けられ、シリコンウェーハＷの表面を研磨して余分且つ不要な材料を除去するのに特に適している。ウェーハ処理のスループット、即ち化学機械研磨スループットを最大化するためには、各種処理パラメータを正確に制御し監視せねばならない。例えば、プラテンへのスラリー流の分配、プラテンに対するウェーハの圧力分布、ウェーハと研磨パッドの相対速度、及び研磨パッドの状態などは、ＣＭＰ装置のスループットを決める重要な要素である。
【００２１】
ＣＭＰ装置３０は、機基底部４０と、その上に取り付けられたテーブルトップ４２を備えている。テーブルトップ４２は、一連の研磨ステーション３２とローディング・クリーニングステーション３６を支えている。研磨ステーション３２とローディング／クリーニングステーション３６とは一例に並んで配置されている。ローディング／クリーニングステーション３６は、ローディング装置（図示せず）から個々のウェーハを受け取り、ウェーハを洗浄し、ウェーハをウェーハキャリア・アッセンブリ３８へロードし、ウェーハをウェーハキャリア・アッセンブリ３８から受け取り、ウェーハを再洗浄し、最後にウェーハをローディング／クリーニングステーション３６へ送るという数多くの機能を果たす。
【００２２】
各研磨ステーション３２には、回転式プラテン４４と、その上に取り外し可能に取り付けられた砥粒研磨パッド３４が設けられている。プラテン４４は、その直径が研磨対象ウェーハの直径の凡そ１．５乃至３倍になるような寸法であるのが望ましい。プラテン４４は、適当な手段（図示せず）により回転駆動される回転可能なアルミニウム又はステンレス鋼プレートである。プラテン駆動手段と、発生する汚染粒子の影響を受けやすい他の構成要素は、プラテン４４の下、即ち研磨パッド３４の下側に配置するのが望ましい。殆どの研磨処理の場合、プラテン４４は毎分約５０−５００回転で回転するが、他の速度を適用してもよい。
【００２３】
研磨パッド３４は、撓み性のある大抵は多孔質の材料から形成され撓み性のある研磨面を備えているのが望ましい。研磨パッドは、感圧式接着層によりプラテン４４に取り付けられている。研磨パッド３４は、硬い上層と軟らかめの下層で構成されている。上層は、例えば充填材混合ポリウレタンである。下層は、例えばウレタンで濾したフェルト繊維を圧縮したもので構成されている。
【００２４】
各パッド表面は、アーム４８上にコンディショナ・ヘッド５０を配置したパッド・コンディショナ４６で研削されるが、アーム４８は、パッド上のどの様な半径位置にでも動かせ、相対運動をさせながらパッドに荷重を加えることができるようになっている。パッド・コンディショナ４６は、研磨面３４の状態を維持して、スラリーがパッドとウェーハとの研磨界面に効果的に運ばれるようにする。パッド・コンディショナは、スラリーと磨耗粉を除去するために洗浄ステーションを備えていてもよい。
【００２５】
二酸化シリコンのような砥粒入り輸送流体と、恐らくは水酸化カリウムのような化学反応性触媒とを含有するスラリーを、プラテン４４の中心部にあるスラリー供給口、又はパッド上方のディスペンサチューブ（図示せず）によって、研磨パッド３４の表面に供給する。或いは、ウェーハキャリアを通してスラリーをパッド面に送出してもよい。研磨時にウェーハ表面から材料を除去する速度を最大に維持するため、十分な量のスラリーが供給される。
【００２６】
ウェーハキャリア支持枠５２は機基底部の上方に位置している。ウェーハキャリア支持枠５２は、テーブルトップ４２に沿って、Ｘ軸方向の適した軌道５４に沿って線形移動するように支持されている。ウェーハキャリア支持枠５２は、ウェーハキャリア３８をＸＺ面内で移動できるように支持している。ウェーハキャリア３８は、ウェーハを受け取って保持し、各研磨ステーション３２のプラテン４４上の研磨パッド３４に押圧してウェーハを研磨する。ウェーハキャリア支持枠５２とウェーハキャリア３８には、構成要素が作り出す粒子によるウェーハの汚染を最小限とするため、シールしたカバープレートとエンクリージャを設けるのが望ましい。
【００２７】
実際の研磨時には、ウェーハキャリア３８は研磨ステーション３２のプラテン４４の上又はその上方に位置している。支持枠５２内に収納されているアクチュエータが、ウェーハキャリア３８と、ウェーハキャリア３８に取り付けられたウェーハを、ウェーハキャリア支持枠５２に対して下降させ、研磨パッド３４に当接させる。ウェーハキャリア３８はウェーハを研磨パッド３４に押しつける。
【００２８】
図２、図３、及び図４に示すように、ウェーハキャリア３８は、概括的には、ウェーハキャリア・ヘッド５６と、ウェーハキャリア３８をＸＺ面内で移動させるためのアクチュエータ（図示せず）を有する支持枠５２と、駆動アッセンブリ５８を含んでいる。駆動アッセンブリ５８は、支持枠（図３及び図４には示していない）に固定的に取り付けられた取り付けブラケット６０を備えている。取り付けブラケット６０には、テーブルトップ４２上方に概ね垂直方向に伸びる軸を有する貫通穴６２が設けられている。駆動アッセンブリ５８は、更に、適切なベアリングアッセンブリ６６によって取り付けフランジ６０に同軸回転可能に連結された円筒形のヘッドシャフト６４を備えている。ヘッドシャフト６４は、ウェーハキャリア・ヘッド本体６８を固定的に支持している。電気モーター７０は、ウェーハキャリア枠５２に対してウェーハキャリア・ヘッド５６を回転させる。直径の大きいキャリア・モーター７０を使用して、貫通穴６２に流体導管と電気導管を通すクリアランスを設けるのが望ましい。キャリア・モーター７０は、取り付けフランジ６０に取り付けられた電気モーターステータ７２と、ヘッドシャフト６４に取り付けられた電気モーターロータ７２を有している。モーター７０は、汚染粒子の発生を最小限にするために、ブラシレスＤＣモーターであるのが望ましい。モーターの構成要素は、ハウジングによって密閉し、又はカバーにより保護して、化学機械研磨装置／工程の作動中の不慮のスラリー飛散やその他の汚染から防護するのがよい。
【００２９】
ウェーハを研磨パッド３４の表面に押し当てるため、ウェーハキャリア３８とウェーハキャリア・ヘッド５６を、ウェーハが研磨パッド３４に押圧されるまでＺ方向に移動させる。ウェーハを研磨ステーション３２とローディング・クリーニングステーション３６の間で移送する際は、ウェーハキャリア３８を上昇させてウェーハキャリア・ヘッド５６とウェーハを持ち上げ、研磨パッドから離す。
【００３０】
ＣＭＰ装置では、平方インチ当たり約２乃至１０ポンド（ＰＳＩ）の力をウェーハに掛けるのが望ましいが、研磨している間に圧力は変化する。電気モーター７０は、毎分約３００−５００回転でウェーハキャリア・ヘッド５６を回転させるが、他の速度を適宜選択してもよい。先に指摘したように、プラテン４４は毎分約３００−５００回転で回転する。ウェーハキャリア・ヘッドとプラテンの回転速度は実質的に等しいのが望ましいが、パッドの非均一性を平均化するために完全には同期させない方がよい。用途によって、他の速度を適用してもよい。
【００３１】
図３と図４は、それぞれ流体系と電気系を示す異なる断面図である。図３と図４に示すように、管状導管７６がヘッドシャフト６４内を同心的に伸びている。管状導管７６は、ヘッドシャフト６４のほぼ全長に亘って伸びている。導管７６には電気配線と流体経路用に複数の通路７８、８０が設けられている。電気回転カプリング即ち回転電気パススルー８２と、流体回転カプリング即ち回転流体パススルー８４は、導管７６の上に作動的に取り付けられている。従って、電気回路と流体回路は、回転しないウェーハキャリア支持枠５２から、それぞれの回転カプリング８２、８４、並びに回転可能なヘッドシャフト６４を経由して、回転可能なウェーハキャリア・ヘッド５６まで伸びている。具体的には、電気回路通路並びに複数の流体通路は、導管７６内を通って延び、電源と、複数のポンプ及び／又は弁が、ウェーハキャリア・ヘッド５６に作動的に接続できるようにしている。
【００３２】
図４に示している実施例では、電気通路７８は、電気モーターの電気カプリング用と、ウェーハキャリア・ヘッド５６上に電気センサーを設ける場合にはそのセンサー用に設けてある。更に、６つの独立して制御される流体源を、以下に説明するウェーハキャリア・ヘッド５６に形成された各流体加圧チャンバ及びブラダ・ベローズ並びに保持リング・ベローズに流体連通接続するため、６本の流体通路（図３ではその内の２本を６１、６３として図示）が設けられている。この構成により、ウェーハキャリア・ヘッド５６は、変動圧力をウェーハの局部又は局域に作用させて研磨パッド３４に押しつけることができるようになるが、これについては後に詳しく説明する。流体通路は、ウェーハをウェーハキャリア・ヘッド５６の底部に真空チャックするよう、ウェーハキャリア・ヘッド５６に空圧力を作用させるためにも使用される。
【００３３】
図３及び図４に示すように、ヘッドシャフト６４は、ヘッドシャフト６４の底部から半径方向に伸びるヘッドシャフト・フランジ８６を有している。ヘッドシャフト・フランジ８６は、概ね円盤状であり、導管７６内の電気通路と流体通路７８、８０に対応する通路８８、９０が設けられている。
【００３４】
ウェーハキャリア・ヘッド５６は、機械の摩擦荷重による影響を受けずに、ウェーハに対して圧力分布を提供できる点がとりわけ有用である。具体的には図５に示すが、これはウェーハキャリア５６の上面図であり、断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃを、それぞれ対応する図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示す。図６Ａ−６Ｃ及び図１０に示すように、ウェーハキャリア・ヘッド５６は、概括的には、キャリア・ヘッドハウジング６８と、キャリア・ヘッドベース９２と、キャリア・ヘッドベース９２のバッキングプレートに取り付けられ中にチャンバが形成されている密閉ブラダ９５を形成する可撓膜９４（区画形成膜と呼ぶ場合もある）と、保持リング９６とを備えている。本発明のウェーハキャリア３８は、ブラダ・ベローズ９８を利用して、キャリア・ヘッドベース９２がウェーハと研磨パッド３４との間の整列不良を吸収できるように、ブラダ９５をキャリア・ヘッド本体６８に接続している。
【００３５】
ウェーハキャリア本体６８は、ウェーハキャリア・トッププレート１００によってヘッドシャフト・フランジ８６に接続されている。キャリア・ヘッドベース９２は、ブラダ・ベローズ９８によってキャリア本体６８に作動的に接続されている。ブラダ・ベローズ９８は、キャリア・ベース９２とキャリア・ヘッド本体６８に作動的に接続されトルクを伝達し、ヘッドを、研磨パッド３４の表面に実質的に垂直な回転軸周りに回転させる。ブラダ・ベローズ９８には、加圧されるキャビティがあり、その圧力はバイアス圧と定義され、これにより可撓膜がウェーハに作用させる力の平衡が保たれる。このバイアス圧は、膜に作用する力を制御するために変化させることができる。ブラダ・ベローズ９８は、トルクを伝達でき、Ｚ方向のコンプライアンスを提供し、且つ約０−４０ｐｓｉａの範囲の加圧能力があれば、どの様な材料で形成してもよい。ブラダ・ベローズ９８は、金属製であるのが望ましいが、シリコン又はエラストマのような撓み性のある材料で作ってもよい。
【００３６】
ウェーハキャリア本体６８とウェーハキャリア・トッププレート１００には、共に、導管７６の電気通路と流体通路７８、８０に対応して複数の貫通する通路が設けられている。好適な実施例では、トッププレート１００には６本の流体系通路が形成され、その内２本はそれぞれブラダと保持リング・ベローズを加圧するための流体を供給し、残り４本は後に説明する可撓膜の選択された領域を加圧するための流体を供給する。ウェーハキャリア本体６８の流体通路は、ブラダ・ベローズ９８内を伸びる適切な加圧ライン（図示せず）により、ウェーハキャリア・ベース９２の各流体通路に流体連通接続されている。流体系通路の一例を図６Ａに示すが、流体通路１０１は、トッププレート１００を通って延び、流体通路１０２はキャリア・ヘッド・ベース９２を通って延びており、両者は可撓圧力ライン１０５を介して連結されている。図６Ｃでは、通路１０３及び１０４がトッププレート１００とキャリア・ヘッドベース９２を通って延び、可撓圧力ライン１０７で連結されている、別の流体系を示している。具体的な断面図で示してはいないが、この他にも多くの類似する流体系を使うことができる。
【００３７】
キャリア・ヘッドベース９２は、ブラダ・ベローズ９８によってウェーハキャリア・ヘッド本体６８に接続されており、とりわけ有用である。ブラダ・ベローズ９８は、ウェーハキャリア・ベース９２が研磨パッド３４の表面と実質的に平行な状態を保てるよう、キャリア・ベース９２がキャリア・ヘッド本体６８に対して軸回転できるようにしている。具体的には、ブラダ・ベローズ９８は、ウェーハキャリア・ベース９２と、そこに取り付けられたウェーハとを研磨パッド３４に対して回転させ、研磨パッド３４との整列不良並びにテーパのようなウェーハの異常を吸収するように軸回転させることができるようになっている。ブラダ・ベローズ９８は、更に、ヘッドシャフト６４からキャリア・ヘッドベース９２に、横方向の荷重とは独立して下向きの圧力を伝える。このように、ブラダ・ベローズ９８は、ウェーハと研磨パッド３４と間の摩擦により発生する剪断力のような側方荷重から隔離されている。従って、可撓膜がウェーハを研磨パッド３４に押しつける圧力は、研磨処理中に発生する如何なる側方荷重からも独立している。更に、摩擦荷重はウェーハに対する圧力分布からも切り離されている。
【００３８】
保持リング９６の内側面１２２は、可撓膜９４の底面と共に、ウェーハ受け入れ凹部を構成している。保持リング９６は、ウェーハがウェーハ受け入れ凹部から飛び出るのを防ぎ、ウェーハからの横荷重をウェーハキャリア・ヘッド本体６８に伝えるが、これについては後に詳しく論じる。
【００３９】
可撓膜９４は、キャリア・ベース９２に接続され、その下側に延びている。可撓膜９４の底面は、ウェーハ受け入れ面を形成している。可撓膜９４は、ベース９２に対してシールされると、第１中央チャンバ１０６と、第２、第３及び第４の環状チャンバ１０８、１１０、１１２を有する密閉ブラダを形成する。チャンバは４室として図示し説明しているが、チャンバの数は異なっていてもよく、本発明は４室に制限されるものではない。可撓膜９４は、ほぼ円形のシートで、高強度シリコンゴムなどの可撓性弾性材料で作られている。膜９４は、ショアＡジュロメーター硬度が４０−８０の材料であるのが望ましい。膜の材料は、ステンレス鋼又は他のバッキングプレート材との接着性が良好で、酸や塩基に対する耐薬品性がなければならない。
【００４０】
保持リング９６と保持リング・ベローズ１４４を設けているのは、特に有用である。本発明のこの態様では、研磨時に発生する側方荷重を、保持リング９６によって、ウェーハにではなく、ウェーハキャリア本体６８か、望ましくはシャフト６４（トッププレート１００によりしっかり固定されている）に伝えることができる。
【００４１】
保持リング９６は、保持リングベアリング１４２の環状溝に填め込まれている環状保持リング取り付け部材１４０に取り付けられている。保持リング９６は、ねじにより、又はリング９６を全方向に拘束するのに適した手段であれば他の何れの手段によって保持してもよい。代表的実施例では、保持リングベアリングは屈曲部材１４２で構成されている。或いは、保持リングベアリングは、静圧ベアリング（図示せず）で構成してもよい。屈曲部材１４２は、保持リング・ベローズ１４４によりウェーハキャリア・ヘッド本体６８と相互接続されている。保持リング・ベローズ１４４は、加圧され、保持リング９６を研磨パッドに対して付勢する。保持リング・ベローズ１４４は、Ｚ方向にコンプラインスを提供し加圧能力が約０−４０ｐｓｉａの範囲にあるものであれば、何れの適した材料で形成してもよい。保持リング・ベローズは、プラスチック又は金属で作られるが、ブラダ・ベローズとは違って、保持リング・ベローズはトルクを保持リングに伝えることはないので、プラスチックが好ましい。
【００４２】
上に述べたように、保持リング９６の内側面は、可撓膜９４の底面と共に、ウェーハ９７を入れるウェーハ受け入れ凹部を構成している。保持リング９６は、ウェーハがウェーハ受け入れ凹部から飛び出すのを防ぎ、ウェーハからの横力をウェーハキャリア・ヘッド本体６８に伝える。
【００４３】
屈曲部材１４２は、薄い環状部分１４６によって、ウェーハキャリア・ヘッド本体６８と更に相互接続されている。別の実施例では、屈曲部材１４２をベアリングに代え、相対運動ができるようにしている。薄い環状部分１４６により、保持リング９６上の荷重に影響を及ぼすことなく、保持リング９６を垂直方向に動かせるようになる。これにより、保持リング９６の研磨パッド３４に対する圧力とは独立して、そしてウェーハの研磨パッドに対する圧力とは独立して、保持リング９６に働く側方荷重をウェーハキャリア本体６８に伝えることができ、非常に有用である。保持リングによって研磨パッドに作用させる圧力を独立して精密に制御できるようにすることによって、本発明は、エッジ高速研磨のようなエッジ効果の制御も可能にする。屈曲部材１４２による荷重寄与は、薄い環状部分１４６に取り付けた歪みゲージ１５１で測定し、アクチュエータによるウェーハキャリアの垂直移動によって最小化することができる。
【００４４】
上記のように、そして図８、図９Ａ及び９Ｂに更に詳しく示すように、可撓膜９４は、バッキングプレート又はキャリア・ベース９２に係合され、複数のチャンバ１０６、１０８、１１０、１１２を含む密閉ブラダを形成する。例えば、図３に示す可撓膜は、４つの垂直に伸びる同心フランジ１１４、１１６、１１８、１２０を有しており、それらをキャリア・ベース９２に接合すると、第１中央円形チャンバ１０６、第１チャンバ１０６を取囲む第２環状内側チャンバ１０８、第２チャンバ１０８を取囲む第３環状中間チャンバ１１０、第３チャンバ１１０を取囲む第４環状外側チャンバ１１２が形成される。チャンバを加圧すると、ウェーハを研磨パッド３４に押し付ける下向きの圧力を制御することができる。
【００４５】
膜は可撓性エラストマのような何れの適した材料で作ってもよい。膜は、ショアＡジュロメーター硬度が４０から８０の範囲にあるのシリコンゴム材であるのが望ましい。膜材料は、ステンレス鋼との接着性が良好で、酸や塩基に対する耐薬品性がなければならない。
【００４６】
第１環状フランジ１１４は、キャリア・ベース底面の第１環状陥没部又は溝に固定され、第１インサートリング１２４で定位置にロックされるが、このインサートリングは第１環状陥没部内に取り外し可能に入れることができる。同様に、第２、第３、及び第４のインサートリング１２６、１２８、１３０が、第２、第３、及び第４の環状フランジを、第２、第３、及び第４の環状陥没部又は溝にそれぞれロックする。
【００４７】
ポンプ又は他の適する調整された流体圧力源（図示せず）が、適する第１流体回路により第１チャンバ１０６に作動的に接続されるが、この流体回路は、回転式流体カプリング、導管、ヘッドシャフト・フランジ８６、ウェーハキャリア・ヘッド本体６８を通り、ブラダ・ベローズ９８を通って延びる適した流体ラインを通り、更にウェーハキャリア・ヘッドベース９２を通って伸びている。同様に、第２、第３、及び第４のポンプ又は調整された流体圧力源が、第２、第３、及び第４のチャンバに作動的に接続されている。
【００４８】
ポンプが、流体、望ましくは空気のような気体をチャンバ内に押し込むと、チャンバ内の圧力が上がり、可撓膜の前面が下向き又は外向きにウェーハに押し付けられる。それによって、ウェーハが研磨パッドに押し付けられる。各チャンバは独立して加圧されるので、ウェーハの選択された局部を他の部分よりも高速で研磨することができるようになる。
【００４９】
具体的には、好適な実施例では、可撓膜９４は、第１円状内側部分１３２、第２環状内側部分１３４、第３環状中間部分１３６、及び第４環状外側部分１３８が、それぞれ第１、第２、第３、及び第４チャンバの下方にある。このような構成では、各チャンバ内の圧力によって、各可撓膜部分がウェーハの対応する部分を研磨パッドに対して下向きに押しつける圧力を制御することができる。４つのチャンバを説明したが、チャンバは２室より多ければ何室であってもよく、本発明は図示の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
ウェーハの中央部分及び中間部分に加えられる圧力とは独立して、ウェーハのエッジ付近の狭いエッジ領域の圧力を正確に制御するため、一般的には、外側の環状膜部分１３６、１３８は、第１及び第２の膜部分１３２、１３４と比べて半径方向の幅が狭くなっている。ある例では、第１膜部分１３２、第２膜部分１３４、第３膜部分１３６、及び第４膜部分１３８は、半径方向の幅がそれぞれ約３０ｍｍ、３０ｍｍ、２５ｍｍ、１５ｍｍとなっている。
【００５１】
チャンバ内の圧力は、ウェーハ研磨の均一性を最大化するため、独立して制御される。各チャンバ内の平均圧力は、研磨中、非均質な研磨を補償するため他のチャンバとは独立して制御される。
【００５２】
可撓膜９４は、ウェーハの背面側に倣って変形する。例えば、ウェーハがゆがんだり反ったりしている場合、可撓膜は、実際にそのゆがんだり反ったりしたウェーハの輪郭に沿うことになる。更に、可撓膜は、ウェーハ表面の肉厚変化にも沿うように対応する。こうして、ウェーハに掛かる荷重は、ウェーハ背面側に面の異常があったとしても実質的に均一に保たれ、非常に有用である。
【００５３】
作動時、ウェーハは、ウェーハ受け入れ凹部に、ウェーハの背面と可撓膜がつき合わ状態になるよう装填される。ウェーハは、可撓膜９４の下側からの真空チャック力により保持される。例えば、可撓膜チャンバのうちの何れか１室又は望ましくは２室を真空引きしてウェーハを保持することができる。
【００５４】
ウェーハの表面と研磨パッドは互いに押しつけられる。ウェーハとパッドの間の界面にはスラリーが供給される。ウェーハと研磨パッドは、通常、両方共回転させるが、これは必要条件ではない。ウェーハとパッドの内一方又は両方を直線状に移動させてもよい。パッドとウェーハは互いに対して押しつけられるので、ウェーハ表面の材料が取り去られる。本発明の装置で実施されるＣＭＰ処理の一例については、同時係属の米国特許出願第０９／６２８，９６２号（弁理士事件整理番号Ａ−６９２２８／ＭＳＳ）に詳しく記載されており、本願にその全体を参考文献として援用する。
【００５５】
本発明は、別々の流体通路系を介して可撓膜の各チャンバ内の圧力を独立して変化させ、その対応する部分１３２、１３４、１３６及び１３８を、ウェーハ表面の対応する局部又は局域に押しつけることができ、非常に有用である。これにより、本発明の装置は、ウェーハ表面の各局部領域の材料除去量を制御し変えることができる。厳密には、ウェーハの表面には複数の領域が構成され、それら領域はウェーハに係合する膜に形成されたチャンバに対応している。領域は環状であるのが望ましいが、適した形状であればどの様なものでもよい。図７に、これら領域の一例を概略図示しているが、詳しくは同時係属出願第０９／６２８，４７１号（弁理士事件整理番号Ａ−６９１７４／ＭＳＳ）に記載されている。各チャンバ内の圧力を変えることにより、ウェーハの研磨速度を、各隣接するチャンバ及び部分に対応するウェーハの局域単位で制御することができる。
【００５６】
具体的には、ウェーハに掛かる圧力は、図７の矢印Ｐ１−Ｐ４で示すように各室内の圧力により個別に制御される。その結果、ウェーハ表面の同心領域又は区域は、対応するチャンバ４６内の圧力を制御することにより異なる速度で研磨することができる。図面では４つの領域を示しているが、２つ以上であれば領域の数は適宜定めてよい。更には、領域は異なる形状でもよく環状形に限定するものではないが、外側の領域については環状の形状が好ましい。好適な実施例では、膜は４つの領域を構成する４つのチャンバを保有し、４つの領域は１つの円形中心領域と３つの環状同心領域で構成されている。
【００５７】
本発明のＣＭＰ装置は、ウェーハの研磨の進行状況について情報を提供する１つ又は複数の原位置センサーを備えているのが望ましい。研磨時の重要なパラメータは、ウェーハの表面から材料を除去する速度である。従って、センサーは、可撓膜のチャンバにより形成される領域の幅よりも約２倍ないし５倍細かい空間分解能で除去速度に関する情報を提供するのが望ましい。これには、センサーの有効スポットサイズ並びに有効サンプル間隔が含まれる。サンプル間隔は、センサーとウェーハの間の相対速度と、使用されるサンプル速度の関数である。最も適したセンサーの種類は、除去される材料の種類によって変わる。例えば、酸化物層を除去する場合には、当技術で知られている干渉計センサーを使用することができる。或いは、金属層を除去する場合には、ウェーハ表面の金属層の有無を測定するのに反射センサーを用いるのが好ましい。更に、金属が無くなったことを終点の信号として使用してもよい。本発明の装置で使用できるセンサーの一例が、同時係属米国特許出願第０９／６２８，４７１号（弁理士事件整理番号Ａ−６９１７４／ＭＳＳ）に詳しく記載されており、その全体を参考文献として本願に援用する。
【００５８】
更に、ウェーハ上の初期被膜厚と研磨時間とに関する情報を使うことにより、終点情報を使って除去速度の見積もりを計算することができ、この情報を使って次のウェーハの研磨特性を予測することができる。このように、情報は、次のウェーハを研磨する際の、加圧速度などのＣＭＰ処理パラメータを制御する手段を提供しているわけであり、これを「ラン・ツー・ラン」制御と称する。更に、反射センサーにより示される瞬時終点信号を使用して、リアルタイム制御でウェーハ上の各局部の除去速度を下げるようにしてもよい。
【００５９】
区画形成膜のプロセス制御とフィードバック技術を提供するにあたり、幾つかの方法が使用できる。例えば、酸化物の除去又は研磨では、厚さ情報を使用して除去速度を計測し、領域それぞれで独立して除去速度に影響が及ぶように然るべく圧力を制御する。除去速度を基本的に解説するとプレストンの方程式を適用することになるが、この方程式では、材料除去速度（ＭＲＲ）はＭＭＲ＝ｋｐＰＶという式で与えられ、ここに、ｋｐは全処理パラメータにより影響を受ける定数であり、Ｐは印加圧力、Ｖは相対速度である。従って、圧力の変化は、除去速度に線形に影響を及ぼす。これら処理条件の更に詳しい解説は、同時係属米国特許出願第０９／６２８，９２６号（弁理士事件整理番号Ａ−６９８２２）に記載されている。
【００６０】
金属研磨時、利用可能な情報は特定の領域又は区域に関する局所的な終点を表す情報である。この情報を使用すれば、対応する区画に印加する圧力を下げることにより、その領域内のウェーハ面の過剰研磨を低減できる。更には、この情報を次のウェーハに使用して、各圧力領域に関する局所的終点をほぼ同時に迎えることができるように圧力分布を調整することもできる。
【００６１】
制御概要の一例を図１１に示す。図１１は、本発明で使用できる制御システムの一例を示すブロック図である。制御システムは、主に、プロセス制御装置２００、圧力分布制御装置２０２、センサー２０５、及びウェーハ・データベース２０４で構成されている。プロセス制御装置２００は、プロセスパラメータ又は処理法を設定しているデータを受け取り、ＣＭＰ機２０６にコマンドを送ってＣＭＰのプロセスを制御する。更に、プロセス制御装置２００並びにＣＭＰ機２０６には、可撓膜のチャンバ内の圧力を制御する圧力分布制御装置２０２が連結されている。
【００６２】
圧力分布制御装置２０２は、２つの経路を介してデータを受け取る。先ず、圧力分布制御装置２０２は、ウェーハ上の各領域における反射率測定値を表すデータをセンサー２０５から直接受け取る。圧力分布制御装置２０２は、反射率測定値を受け取るよう構成されたハードウェアとソフトウェアを備えており、各領域内（該当する場合）で必要とされる適切な圧力調整を判定し、信号をＣＭＰ機に送って対象領域内の圧力を選択的に適宜調整する。センサーからの反射率データは、ウェーハ・データベース２０４にも送信され記憶される。
【００６３】
別の実施例では、各領域毎に事前に決められた圧力プロファイル値及び／又は閾値がウェーハ・データベース２０４に記憶されている。次に、これらの値が、プロセス制御装置２００又は圧力分布制御装置２０２に送信される。圧力分布制御装置は、これらの値をセンサー２０５からの実際のリアルタイムの反射率値と比較し、信号をＣＭＰ機２０６に送り、各領域の圧力を適宜調整する。ウェーハ２０８の研磨前肉厚及び／又はウェーハ２１０の研磨後肉厚のような付加的データをウェーハ・データベースに送って、適切な圧力調整の判定を支援することもできる。
【００６４】
本発明の又別の実施例では、ＣＭＰのプロセスを監視及び制御するのに、モデルベースの検出法を使用している。具体的には、モデルベースの制御は、最も効果的且つ効率的な処理を目指してＣＭＰのプロセスをより良好に個別設定するために、ＣＭＰプロセスパラメータのリアルタイム調整を行う。上記検出システムは、ウェーハの局部に実質的に均一な研磨を実現するため、領域内の圧力を選択的に制御することに主眼を置いている。これにより、ある区域に過剰研磨が発生し他の区域に研磨不足が生じるような事態は最小限に抑えられる。モデルベースの検出システムでは、ウェーハを実質的に均一に研磨できるようにすることに加えて、ＣＭＰのプロセス全体を向上させるために、ある特定の他のＣＭＰプロセスパラメータをリアルタイムで制御する。
【００６５】
このように、研磨前のウェーハからの情報は、プロセス制御にとっては非常に役に立つ。これを「フィード・フォワード」制御という。また、これまでに研磨したウェーハに関する情報も有用である。これを「ラン・ツー・ラン」制御という。研磨中のウェーハ表面の状態を原位置で測定することで「リアルタイム」制御を行うことができる。
【００６６】
図１２は、本発明の別の実施例による図５のウェーハキャリア・ヘッドの中心を通る断面図である。上記のように、膜は４つの同心チャンバ、符号２５１、２５２、２５３及び２５４で構成されている。これらチャンバを構成する壁は、それぞれ剛体サポート２５９、２６０、２６１、２６２に係合されている。これらのリングは、可撓部材２６３の下側に取り付けられている。可撓部材２６３は、バイアスプレート２６４の下側に取り付けられている。バイアスプレート２６４は、多数の同心チャンバ２５５、２５６、２５７及び２５８を保有し、それらチャンバが、剛体リング２５９、２６０、２６１及び２６２それぞれに作用する圧力をそれぞれに制御する。従って、バイアスプレート２６４を正しい垂直位置に動かして、アッセンブリを研磨に向けて位置決めすると、チャンバ２５１、２５２、２５３及び２５４内の圧力は、ウェーハ（図示省略）を研磨パッド（図示省略）に対して押しつけるために調整される。同時に、チャンバ２５５、２５６、２５７及び２５８内の圧力は、チャンバの側壁がウェーハに作用させる圧力を調整するために変えられる。チャンバ２５５、２５６、２５７及び２５８内の圧力は、隣り合う膜区画間で変化が最も滑らかに保たれるよう調整される。
【００６７】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、本発明の別の実施例による図８の可撓部材の、それぞれＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。膜２７０は、チャンバ分割チューブとも呼ばれる可撓性のチューブ２７２のリングによって環状区画に分割されている。チューブの端部は互いにシール結合され、連続したリングを形成している。チューブ２７２の周辺に沿う幾つかの箇所には、小さなチャンバ・レストリクター又はチューブ２７４があり、分割チューブ２７２への流体の出入りを制限するフロー制限装置として機能している。これは、隣接する圧力区画同士の連通を許容する。各区画内の圧力はアクティブ制御システムによって維持されているので、小さなレストリクター又はチューブ２７４は、チャンバ分割チューブ２７２内の圧力が、隣接する２つの圧力チャンバの平均となるようにする。これにより、１つのチャンバから別のチャンバへの移行時の圧力が最適になることが保証される。チャンバ間レストリクター２７４では、圧力調整器から圧力チャンバへの通路よりも流れ抵抗が高くなっていることが重要である。チャンバ間レストリクター２７４により提供されるフロー制限は、どの制限装置でも等しいことも又重要である。
【００６８】
以上、半導体ウェーハに化学機械研磨を施すための改良された装置と方法について説明してきた。本発明の具体的な実施例に関する上記記述は、説明と解説を目的として提示している。上記記述は、本発明を余すところなく網羅したり、開示した厳密な形態に限定しようとするものではなく、上記教示に照らして多くの修正及び変型が可能であることは明らかである。例えば、本発明の装置は、背面研削の用途にも利用できる。上記実施例は、本発明の原理及び実際の用途を最も分かり易く説明し、それにより当業者が想定される具体的な用途に合わせて各種変更を加えながら本発明及び各種実施例を最良に利用できるようにするために選定し記述したものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲に述べる内容とその等価物により定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による化学機械研磨装置の斜視図である。
【図２】図１に示すウェーハキャリア・アッセンブリの拡大斜視図である。
【図３】図２に示すウェーハキャリア・アッセンブリの３−３線に沿う断面図であり、流体接続システムを示す。
【図４】図２に示すウェーハキャリア・アッセンブリの別の断面図であり、電気接続システムを示す。
【図５】本発明のウェーハキャリア・ヘッドの上面図である。
【図６Ａ】図５に示すウェーハキャリア・ヘッドの、Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６Ｂ】図５に示すウェーハキャリア・ヘッドの、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６Ｃ】図５に示すウェーハキャリア・ヘッドの、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】本発明による化学機械研磨工程の間に、ウェーハに対して図６Ａ−図６Ｃのウェーハキャリア・ヘッドが作り出す圧力を示す略図である。
【図８】本発明の１つの実施例による可撓膜の上面図である。
【図９Ａ】図８の可撓部材のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図９Ｂ】図８の可撓部材のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１０Ａ】図６Ａ−図６Ｃに示すウェーハキャリア・ヘッドの分解斜視図である。
【図１０Ｂ】図６Ａ−図６Ｃに示すウェーハキャリア・ヘッドの分解斜視図である。
【図１１】本発明の１つの実施例による制御システムの概略ブロック図である。
【図１２】本発明の別の実施例による図５に示すウェーハキャリア・ヘッドの中心を通る断面図である。
【図１３Ａ】本発明の別の実施例による図８の可撓部材のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１３Ｂ】本発明の別の実施例による図８の可撓部材のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】
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【図４】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１３Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004505456.tif 000049
2004505456.tif 000050