(57)【要約】  本開示の実施形態は、高い平坦度で薄い基板を研磨するためのシステム、装置及び方法に関するものである。本装置は、化学機械研磨ヘッドとプレートとを備える。研磨ヘッドは、底面と、保持リングと、底面と保持リングとの間に画定されたワークピース受容ポケットと、研磨ヘッドの底面を通してワークピース受容ポケットに真空を適用するように適合された少なくとも１つの真空ポートとを備える。プレートは、プレートの上側が研磨ヘッドの底面を向き、プレートの下側が研磨ヘッドの底面とは反対方向を向くように、ワークピース受容ポケットに配置される。プレートは、ワークピース受容ポケットに真空を適用したときにプレートの上側と下側との間を流体が通ることが可能になるように構成された形状寸法又は材料特性を有する。【選択図】図２Ｂ
2020515424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨するための装置であって、
化学機械研磨（ＣＭＰ）ヘッドであって、
底面と、
保持リングと、
前記底面と前記保持リングとの間に画定されたワークピース受容ポケットと、
前記底面を通して前記ワークピース受容ポケットに真空を適用するように適合された少なくとも１つの真空ポートと
を備える化学機械研磨（ＣＭＰ）ヘッドと、
前記ワークピース受容ポケットに配置されたプレートであって、前記プレートの上側は前記研磨ヘッドの前記底面を向き、下側は前記研磨ヘッドの前記底面とは反対方向を向いており、前記ワークピース受容ポケットに前記真空を適用したときに前記プレートの前記上側と前記下側との間を流体が通ることが可能になるように構成された形状寸法又は材料特性を有する、プレートと
を備える装置。
【請求項２】
前記プレートの前記上側と前記下側との間の圧力低下は、毎秒１メートルと２メートルの間の基準空塔速度において５０％未満である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プレートは、３０〜７０％の多孔性と、サイズが２００ミクロン未満のポアとを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プレートは、前記プレートの前記上側と前記下側とを流体結合させる複数の孔を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プレートは、２００ｍｍの半導体基板、３００ｍｍの半導体基板、又は４５０ｍｍの半導体基板と実質的に同様の直径を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プレートは、セラミック材料、導電性材料及び半導電性材料のうちの少なくとも１つから製造され、前記プレートは、前記プレートを貫通するように形成された複数の細孔を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記プレートは、２５０ミクロンと１０００ミクロンの間の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
化学機械研磨（ＣＭＰ）システムであって、
回転可能なプラテンと、
前記プラテンの上に位置づけ可能な化学機械研磨（ＣＭＰ）ヘッドであって、研磨のために前記プラテンに配置された研磨パッドに基板を接触させるように適合され、
底面と、
保持リングと、
前記底面と前記保持リングとの間に画定されたワークピース受容ポケットと、
前記底面を通して前記ワークピース受容ポケットに真空を適用するように適合された少なくとも１つの真空ポートと
を備える、化学機械研磨（ＣＭＰ）ヘッドと、
前記ワークピース受容ポケットに位置づけ可能なプレートであって、前記プレートの上側は前記研磨ヘッドの前記底面を向き、下側は前記研磨ヘッドの前記底面とは反対方向を向いており、前記ワークピース受容ポケットに前記真空を適用したときに前記プレートの前記上側と前記下側との間を流体が通ることが可能になるように構成された形状寸法又は材料特性を有する、プレートと、
上部装着面と下部装着面とを有するキャリアであって、前記上部装着面は前記プレートと係合するように構成され、前記下部装着面は基板を固定するように構成され、前記上部装着面と前記下部装着面との間に延びている複数の真空孔を有する、キャリアと
を備える、システム。
【請求項９】
前記キャリアは、セラミック材料から製造される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記キャリアは、前記プレートの下の前記ワークピース受容ポケットに位置づけ可能である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プレートの前記上側と前記下側との間の圧力低下は、毎秒１メートルと２メートルの間の基準空塔速度において５０％未満である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プレートは、３０〜７０％の多孔性と、サイズが２００ミクロン未満のポアを有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プレートは、セラミック材料、導電性材料及び半導電性材料のうちの少なくとも１つから製造され、前記プレートは、前記プレートを貫通するように形成された複数の細孔を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プレートと前記キャリアは５００ミクロンと１５００ミクロンの間の組み合わさった厚さを有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
基板を研磨する方法であって、
ヘッドとキャリアとの間に配置されたプレートを通して適用された真空によって、前記キャリアを通して化学機械研磨（ＣＭＰ）ヘッドに基板を真空チャックすることと、
前記プレートを通して形成されたポアを通して前記基板に真空を適用することと、
研磨パッド上の前記ヘッドにチャックされた前記基板を研磨することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示の実施形態は概して、高い平坦度で薄い基板を研磨するためのシステム、装置、及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］半導体及び微細電子チップは、始めは通常シリコンでできている基板から形成される。チップは、様々な異なる堆積及びエッチング処理を使用して、基板の表面上に作られる。チップを小型化するために、能動回路がその上に形成される基板の厚さを縮小させる努力が行われている。しかしながら、薄い基板は、堆積及びエッチング処理中にゆがむ、また破損する高い危険性を有する。ゆがみ及び破壊を防止するために、接着剤を使用して基板を一時的に厚いキャリアに付着させる。付着させた後、基板は例えば機械研削によって薄くされる。
【０００３】
［０００３］接地基板は次に、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理を使用して研磨され、良好な全体厚さムラ（ｔｏｔａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ（ＴＴＶ））と、低いＲａ面とが得られる。５〜５０ミクロンの範囲の厚さを有する薄い基板においては、ＣＭＰ処理により高いせん断力（側方力）がもたらされる。接着剤によって一時的に付着させた基板は、２０〜５０ミクロンの範囲の厚さまで良好に研磨されうる。しかしながら、これらの接着剤は、１８０℃を上回る温度に耐性がない。したがって、接着剤を用いてキャリアに一時的に付着させた薄い基板を、基板と基板のスタックのため、高温（１００〜４００℃）で基板と基板を付着させるのに使用することはできない。この結果、薄い基板は、高温に耐えうるように、接着剤を使用せずにキャリアに取り付けられる。これは、静電チャックを通して行うことができる。しかしながら、研磨中の高い側方力が静電チャック力に打ち勝ち、基板がキャリアの下から滑り出てしまう可能性がある。したがって、接着剤なしでキャリアに取り付けられた薄い基板を、基板がキャリアの下から滑り出ないように、又は基板が損傷を受けないように研磨する、改善された方法が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］本開示の実施形態は概して、高い平坦度で薄い基板を研磨するためのシステム、装置及び方法に関するものである。一実施形態では、薄い基板を研磨するための装置は、研磨ヘッドとプレートとを含む。研磨ヘッドは、底面と、保持リングと、底面と保持リングとの間に画定されたワークピース受容ポケットと、研磨ヘッドの底面を通してワークピース受容ポケットに真空を適用するように適合された少なくとも１つの真空ポートとを備える。プレートは、プレートの上側が研磨ヘッドの底面を向き、プレートの下側が研磨ヘッドの底面とは反対方向を向くように、ワークピース受容ポケットに配置される。プレートは、ワークピース受容ポケットに真空を適用したときにプレートの上側と下側との間を流体が通ることが可能になるように構成された形状寸法又は材料特性を有する。
【０００５】
［０００５］本開示の別の実施形態では、回転可能なプラテンと、プラテンの上に位置づけ可能な研磨ヘッドと、プレートと、キャリアとを含む化学機械研磨（ＣＭＰ）システムが提供される。研磨ヘッドは、研磨のためにプラテン上に配置された研磨パッドに基板を接触させるように適合される。研磨ヘッドは、底面と、保持リングと、底面と保持リングとの間に画定されたワークピース受容ポケットと、底面を通してワークピース受容ポケットに真空を適用するように適合された少なくとも１つの真空ポートとを備える。プレートは、プレートの上側が研磨ヘッドの底面を向き、プレートの下側が研磨ヘッドの底面の反対方向を向くように、ワークピース受容ポケットに配置される。プレートは、ワークピース受容ポケットに真空を適用したときにプレートの上側と下側との間を流体が通ることが可能になるように構成された形状寸法又は材料特性を有する。キャリアは、上部装着面と下部装着面とを有し、上部装着面は、プレートと係合するように構成され、下部装着面は基板を固定するように構成されている。キャリアは、上部装着面と下部装着面との間に延びている複数の真空孔を有する。
【０００６】
［０００６］更に別の実施形態では、基板を研磨する方法が提供される。本方法は、ヘッドとキャリアとの間に配置されたプレートを通して適用された真空によって、キャリアを通して研磨ヘッドに基板を真空チャックすることと、研磨パッド上の基板を研磨することとを含む。
【０００７】
［０００７］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体の製造において使用される化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の斜視図である。
【図２Ａ】キャリアの断面図である。
【図２Ｂ】研磨ヘッドの断面図である。
【図３Ａ】研磨される基板とキャリアの組み合わせの概略図である。
【図３Ｂ】ＣＭＰ装置によって研磨されている基板の概略図である。
【図３Ｃ】研磨ヘッドによって保持されたキャリアの下から滑り出てきている基板の概略図である。
【図４Ａ】基板とキャリアの組み合わせを研磨ヘッドに取り付ける前に研磨ヘッド内部に配置されたプレートの概略図である。
【図４Ｂ】研磨ヘッドに取り付ける前に基板とキャリアの組み合わせの上に配置されたプレートの概略図である。
【図４Ｃ】本開示のＣＭＰ装置がどのようにキャリアの下から基板が滑り出るのを防止するのかを示す概略図である。
【図５】基板を研磨する方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［００１８］理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。
【００１０】
［００１９］本開示の実施形態は概して、高い平坦度で薄い基板を研磨するためのシステム、装置及び方法に関するものである。
【００１１】
［００２０］化学機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体デバイスの製造において使用される薄い基板を研磨する又は平坦化する方法である。ＣＭＰは、凹凸を除去し、集積回路チップ等の微細電子デバイスに要求される平坦度、層及びライン幅の形状寸法を達成するためのキーテクノロジーとなった。微細電子デバイスの生産における重要な考察事項は、処理及び製品の安定性である。高い歩留まり、すなわち低い欠陥率を達成するために、連続する各基板が同様の条件下で研磨される。各基板はつまり、各半導体基板の平坦度が実質的に同一となるように、おおよそ同じ量だけ研磨される。本書に開示されるのは、研磨中に研磨装置のヘッドの下からの基板のずれに起因する基板の損傷の可能性を軽減しながら、薄い基板を力強く研磨することを可能にする装置及び技法である。
【００１２】
［００２１］図面を参照する。図１は半導体製造に使用するのに好適な化学機械研磨（ＣＭＰ）装置１００の斜視図である。ＣＭＰ装置１００は概して、研磨ヘッド１５０と、回転可能なプラテン１６０に装着された研磨パッド１３０と、流体供給アーム１４０とからなる。流体供給アーム１４０は、基板１２２の研磨中に、研磨パッド１３０上に研磨流体１４５の流れを分配する。基板１２２を研磨面１３５に当てて処理している間、例えば限定しないが研磨スラリ等の研磨流体がパッド１３０の研磨面１３５に供給され、基板１２２からの材料の除去を支援する。
【００１３】
［００２２］プラテン１６０は、回転軸１１０の周りで矢印で示す方向にプラテン１６０を回転させるように適合される駆動モータ（図示せず）に動作可能に連結される。プラテン１６０は、研磨面１３５が基板１２２と接触し、基板１２２を処理することができるように、研磨パッド１３０を支持する。ある実施形態では、研磨面１３５は、研磨パッド１３０上で処理される基板１２２のサイズ（すなわち、直径）の少なくとも２倍である。研磨パッド１３０は、研磨中、プラテン１６０の回転運動に起因して回転する。
【００１４】
［００２３］一実施形態では、研磨面１３５の研磨材料は、ＣＭＰ処理で利用されるポリマーに基づいたパッド材料のような市販のパッド材料であってよい。ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、又はそれらの組み合わせであってもよい。研磨材料は、処理化学物質に対して適合性のある、連続気泡又は独立気泡のポリマー、エラストマー、フェルト、含浸フェルト、プラスチック、及び類似材料を更に含んでもよい。別の実施形態では、研磨材料は、多孔性被覆を含浸させたフェルト材料である。他の実施形態では、研磨材料は、少なくとも部分的に導電性の材料を含む。    
【００１５】
［００２４］流体供給アーム１４０は、例えば限定しないが、研磨スラリ等の研磨流体１４５を、研磨中に、研磨パッド１３０の研磨面１３５へ供給する。研磨流体１４５は、基板１２２の化学機械研磨を可能にするために、研磨粒子、ｐＨ調整剤、及び／または、化学的に活性な成分を含有していてよい。研磨流体１４５の化学特性は、基板表面を研磨するように選択され、他の材料の中でも金属、金属酸化物、及び半金属酸化物を含み得る。ある実施形態では、研磨流体は、化学溶液、水、研磨剤、洗浄液、又はそれらの組み合わせであってもよい。
【００１６】
［００２５］ＣＭＰ装置１００は、研磨処理サイクル中の異なる時点でパッドコンディショニングディスク（図示せず）を研磨面１３５に接触させ、研磨面１３５に対してスイープさせて、研磨パッド１３０の研磨面１３５を摩擦し活性化するように構成されたパッドコンディショナー（図示せず）も含む。
【００１７】
［００２６］キャリア１２４は、基板１２２を研磨パッド１３０の研磨面１３５に当てて保持するように用いられる。キャリア１２４は、基板１２２を研磨パッド１３０に接触させるのに使用される研磨ヘッド１５０によって保持される。
【００１８】
［００２７］図１及び図２Ｂに示すように、研磨ヘッド１５０は、研磨パッド１３０の研磨面１３５の上に配置される。ある実施形態では、研磨ヘッド１５０は、カルーセル、円形または線形軌道、又は他の装置であってよい支持部材（図示せず）によって研磨パッド１３０の上に吊られている。研磨ヘッド１５０は基板１２２を保持し、研磨中は基板１２２を研磨面１３５の方へ制御可能に接触させるように構成される。図２Ｂに示すように、研磨ヘッド１５０は、底面２５２と、保持リング２５４と、ワークピース受容ポケット２５６とを有する。ワークピース受容ポケット２５６は、底面２５２と保持リング２５４との間の空間として定義される。ワークピース受容ポケット２５６は、２００ｍｍ、３００ｍｍ又は４５０ｍｍの直径を有する基板を受け入れるように選択された直径を有する。研磨ヘッドはまた、真空源から真空をワークピース受容ポケット２５６を通して底面２５２まで適用するように構成された一又は複数の真空ポート２５８も有する。基板１２２とキャリア１２４の組み合わせが底面２５２と接続するように置かれると、この組み合わせは保持リング２５４によって支持され、ポケット２５６内部に配置される。
【００１９】
［００２８］研磨ヘッド１５０は、アクチュエータ又はモータ（図示せず）に連結されたシャフト１５５によって回転する。回転している研磨パッド１３０と共同して回転している研磨ヘッド１５０は、基板１２２を研磨パッド１３０に接触させるときに基板１２２に側方力を加える。他の実施形態では、研磨ヘッド１５０は研磨パッド１３０に対して直線的な運動を有しうる。さらに、研磨ヘッド１５０を使用して、基板１２２を研磨パッド１３０の方へ、また研磨パッド１３０と接触させるように垂直に移動させることができる。研磨ヘッド１５０は、基板１２２と研磨面１３５との間に相対運動を発生させる、スイープ運動（ｓｗｅｅｐｉｎｇ  ｍｏｔｉｏｎ）で移動しうる。
【００２０】
［００２９］研磨ヘッド１５０は基板１２２に制御可能な負荷、すなわち圧力をかけて、基板１２２を研磨パッド１３０に接触するように垂直に押し下げる。加えて、研磨ヘッド１５０が回転し、基板１２２と研磨パッド１３０との間に追加の運動を加える。研磨速度（すなわち、基板から材料が除去される速度）は、研磨パッド１３０に接触する基板１２２にかかる圧力、基板１２２に対する研磨パッド１３０の速さ、研磨面１３５に導入される研磨流体１４５の量、及び研磨パッド１３０の条件の影響を受ける。
【００２１】
［００３０］薄い基板１２２は、例えば限定しないが、シリコン、ヒ化ガリウム、ニオブ酸リチウムなどの様々な異なる種類の材料からなるものであってよい。基板１２２は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの直径又は他の直径を有しうる。基板１２２は、１００ミクロン未満の厚さを有し得る。基板１２２は、化学機械研磨処理中はキャリア１２４に取り付けられている。
【００２２】
［００３１］キャリア１２４は、円筒形ディスクの形状を有し、研磨される基板１２２の直径と実質的に等しい直径を有する。キャリア１２４は、研磨ヘッド１５０のワークピース受容ポケット２５６に位置づけ可能である。ポケット２５６の直径はキャリア１２４の直径よりも大きいため、ポケット２５６内部にキャリア１２４を位置づけすることができる。ある実施形態では、キャリア１２４は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又は４５０ｍｍ基板と実質的に同様の直径を有しうる。キャリア１２４は、４００ミクロンと１５００ミクロンの間の厚さを有しうる。キャリア１２４は、内部に導電性電極が埋め込まれた剛性の誘電体基板を使用し、セラミック材料でできていてよい。接着剤を用いてキャリアに一時的に付着させた薄い基板は高温（１００〜４００℃）の後続処理に使用することができないため、基板１２２とキャリア１２４とは互いに静電チャック力によって保持される。キャリア１２４は、上部装着面１２４ａと下部装着面１２４ｂとの間に延びている複数の真空孔２２６を有する。基板１２２は、真空孔２２６を通して基板１２２に真空を適用することによって、研磨中に研磨ヘッド１５０内部にある間、キャリア１２４にさらに頑強に固定することができる。
【００２３】
［００３２］図２Ａに、研磨ヘッド１５０内部にある間、基板１２２を保持するキャリア１２４の断面図を示す。キャリア１２４は、上部装着面１２４ａと、下部装着面１２４ｂとを有する。上部装着面１２４ａは、プレート２４０の下側２４４と係合するように構成される。下部装着面１２４ｂは、基板１２２の下面１２２ｂが研磨されている間、基板１２２の上面１２２ａを固定するように構成される。下部装着面１２４ｂは、（図２Ｂに示すように）保持リング２５４の下に露出している。
【００２４】
［００３３］ある実施形態では、キャリア１２４は静電チャックである。例えば、キャリア１２４は双極型静電チャックであってよい。図２Ａに示す実施例では、キャリア１２４は、それぞれ端子２２７ａ及び２２７ｂを介してキャリア１２４の外に位置する電源２２５に電気的に結合されうる２つのチャック電極２２８ａ及び２２８ｂを有する。電源２２５は、図３Ａに示すように、基板１２２がキャリア１２４に静電的にチャックされうるように、電極２２８ａ、２２８ｂにチャック力を供給するように構成される。チャック電極２２８ａ、２２８ｂは、電極２２８ａ、２２８ｂから電力が除去された後にもチャック力を維持する、互いに組み合わされたメッシュであってよい。例えば、電源２２５から端子２２７ａ、２２７ｂが接続解除されると、キャリア１２４は、電源２２５との接続なしに、その上にチャックされた基板１２２を自由に搬送することができる。代替実施形態では、電源２２５の代わりに、キャリア１２４内部に埋め込まれた電池電源２２９が使用されうる。
【００２５】
［００３４］図３Ａに、互いに静電気的にチャックされた基板１２２とキャリア１２４とを示す。キャリア１２４は、埋め込まれたチャック電極２２８ａ及び２２８ｂ全体に電圧を印加することを通して電源２２５によって電荷を帯びる（図２Ａに示す）。電源２２５からの電圧の印加により、基板１２２とキャリア１２４との間に局部的な二極型静電引力が発生し、基板１２２とキャリア１２４とが重なり合った組み合わせ１２０となる。キャリア１２４は、電源２２５が接続解除された後にも、基板１２２を処理するのに十分な静電力を保持することができる。キャリア１２４と基板１２２との間の静電引力は、それらを互いに保持している静電荷を中性化することによって電気的に開放されうる。キャリア１２４と基板１２２の組み合わせ１２０は、５００ミクロンと１５００ミクロンの間の組み合わさった厚さを有する。
【００２６】
［００３５］図２Ｂに、ワークピース受容ポケット２５６内部に配置されたプレート２４０を示す。プレート２４０の上側２４２は、研磨ヘッド１５０の底面２５２と接触している。プレート２４０の下側２４４は、上述したように、基板又は基板とキャリアの組み合わせに当接するように構成されている。プレート２４０は、セラミック材料でできていてよく、ワークピース受容ポケットに真空を適用したときに上側２４２と下側２４４との間を流体が通ることが可能になるように構成された形状寸法又は材料特性を有する。プレート２４０の上側２４２と下側２４４との間の（すなわち、プレート２４０の厚さ全体にわたる）圧力低下は、毎秒１メートルと２メートルの間の基準（ｎｏｍｉｎａｌ：基準、名目、公称）空塔速度において５０％未満である。一実施例では、プレート２４０の上側２４２と下側２４４との間の圧力低下は、毎秒１メートルと２メートルの間の基準空塔速度において１０％未満である。ある実施形態では、プレート２４０は本質的に多孔性であってよく、これにより、プレートの上側２４２と下側２４４が流体結合される。他の実施形態では、プレート２４０は、約３０〜７０％の開放多孔性を持ち、２００ミクロン未満、例えば０．２５と９０ミクロンの間の範囲のポア（孔）サイズを有する多孔性セラミックディスクであってよい。モノリシック及び単級の酸化アルミニウムの多孔性セラミックは、６、１５、３０、５０、６０及び１２０ミクロンのポアサイズを有していてよく、プレート２４０に使用されうる。ある代替実施形態では、プレート２４０は、基板１２２に真空力を適用するのに十分な開放エリアを有する、所定のパターンの複数の細孔２４６（図２Ｂに示す）を有していてよい。それらの実施形態では、複数の細孔２４６がプレート２４０の底面全体に分布し、各孔は１０〜５０ミクロンの範囲の直径を有する。それらの実施形態では、プレート２４０は、導電性又は半導電性材料からできていてよい。
【００２７】
［００３６］プレート２４０の直径は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板又は４５０ｍｍ基板と実質的に同様である。プレート２４０の厚さは、２５０ミクロンと１０００ミクロンの間であってよい。
【００２８】
［００３７］図３Ｂは、研磨ヘッド１５０に保持されている間に研磨されている基板１２２の概略図である。研磨ヘッド１５０が回転し、基板１２２を、回転している研磨パッド１３０上に押し下げる。基板１２２の下面１２２ｂを研磨パッド１３０上の研磨面１３５に接触させることにより、基板１２２が研磨される。基板１２２が研磨されている間、キャリア１２４に対して基板１２２を保持している摩擦力が、基板１２２と研磨面１３５との間のインターフェースにおける剪断力に打ち勝つ場合がある。この結果、基板１２２がキャリア１２４の下から滑り出て、損傷を受ける可能性がある。図３Ｃは、キャリア１２４の下から滑り出てきている基板１２２の概略図である。基板１２２とキャリア１２４との間のインターフェースにおける摩擦力は、静電チャック力と摩擦係数の積の関数である。摩擦力は、一定のチャック電圧において一定のまま保たれる。基板１２２と研磨面１３５とのインターフェースにおける剪断力は、基板１２２の厚さと反比例する。したがって、厚い基板よりも薄い基板の方が表面の剪断力が高いため、基板１２２がキャリア１２４の下からもっと滑り出やすくなる。
【００２９】
［００３８］有利には、ＣＭＰ装置１００により、前述したキャリアの下からの薄い基板のずれの問題が軽減される。真空ポート２５８を有する研磨ヘッド１５０内部に配置されたプレート２４０により、真空の適用によってキャリア１２４の真空孔２２６を通して基板１２２を能動的に結合させることができるようになる。真空力は、基板１２２とキャリア１２４との間の静電力を補足し、組み合わせ１２０が研磨処理中の高い剪断力に良好に耐えることを可能にする。研磨処理が完了した後で、真空がオフ（真空状態の終了）にされ、プレート２４０及び研磨ヘッド１５０から組み合わせ１２０が開放される。組み合わせ１２０はその後チャック解除され、基板１２２がキャリア１２４から離れる。チャック解除は、電源２２５から逆極性の電圧をチャック電極２２８ａ及び２２８ｂに印加することによって、キャリア１２４に対して基板１２２を保持する蓄積した静電荷を排出する処理である（図２Ａに示す）。静電力の不在により、基板１２２がキャリア１２４からチャック解除される。
【００３０】
［００３９］ある実施形態では、プレート２４０は最初にファスナ又はクランプによって、又は真空の適用によって研磨ヘッド１５０の下に配置される。研磨ヘッド１５０は組み合わせ１２０の上を移動し、組み合わせ１２０は次に、真空ポート２５８とプレート２４０の孔を通して真空が適用されることによって、プレート２４０の下のポケット２５６に固定される。真空は、研磨ヘッド１５０に対して組み合わせ１２０を保持するのに十分な吸引力を提供する。キャリア１２４の真空孔２２６を通じた真空はまた、基板１２２とキャリア１２４との間の静電チャック力に加えて、キャリア１２４に対して基板１２２を保持する力も促進する。
【００３１】
［００４０］図４Ａは、研磨ヘッド１５０の下に組み合わせ１２０がある、研磨ヘッド１５０内部に配置されたプレート２４０の概略図である。プレート２４０が真空の適用によって研磨ヘッド１５０の下に配置された場合、研磨処理が完了した後で真空がオフになると、組み合わせ１２０とプレート２４０の両方が開放される。その場合、プレート２４０は組み合わせ１２０からすでに離れており、例えば限定しないがロボットなどの収集機構がプレート２４０と組み合わせ１２０の両方を収集する。基板１２２は、キャリア１２４と基板１２２との間の静電力をチャック解除することによって回収される。プレート２４０及び／又はキャリア１２４は、ＣＭＰ装置において処理される後続基板に用いられうる。プレート２４０が真空以外の手段によって研磨ヘッド１５０に単一的に取り付けられている場合、研磨処理が完了した後に真空がオフになると組み合わせ１２０のみが開放される。つまり、プレート２４０は、組み合わせ１２０が開放された後にも研磨ヘッド１５０に取り付けられたままであり、研磨ヘッド１５０において研磨される次の組み合わせ１２０を固定するのに用いられる。基板１２２は、キャリア１２４と基板１２２との間の静電力をチャック解除することによって、その後回収される。
【００３２】
［００４１］他の実施形態では、プレート２４０は、研磨ヘッド１５０に取り付けられる前に、組み合わせ１２０の上に配置される。真空ポート２５８を通じた真空の適用により、研磨ヘッド１５０に対してプレート２４０と組み合わせ１２０を保持するのに十分な吸引力が得られる。プレート２４０の孔２４６及び／又は多孔性、及びキャリア１２４の真空孔２２６により、プレート２４０と組み合わせ１２０とが研磨ヘッド１５０に固定される。
【００３３】
［００４２］図４Ｂは、研磨ヘッド１５０に取り付けられる前に、組み合わせ１２０の上に配置されるプレート２４０の概略図である。研磨処理が完了した後に、真空がオフにされ、組み合わせ１２０とプレート２４０の両方が開放される。プレート２４０は既に組み合わせ１２０から離れており、収集機構がプレート２４０と組み合わせ１２０の両方を収集する。基板１２２は、キャリア１２４と基板１２２との間の静電力をチャック解除することによって回収される。
【００３４】
［００４３］ＣＭＰ装置１００を使用した研磨処理中、基板１２２を研磨パッド１３０に接触させて、縦軸１１０の周りを回転させる（図１に示す）。基板１２２と、移動している研磨面１３５との間の剪断力は、基板１２２とキャリア１２４とのインターフェースにおける静電力及び摩擦力と、基板１２２とキャリア１２４との間の真空に起因する吸引力との合計に打ち勝つことはできない。これにより、基板１２２がキャリア１２４の下から滑り出るのが防止される。図４Ｃは、基板１２２がキャリア１２４の下から滑り出るのを本開示のＣＭＰ装置１００がどのように防止するのかを示す概略図である。
【００３５】
［００４４］図５は、上記実施形態に記載の基板を研磨する方法のブロック図である。方法５００は、ブロック５０５において、基板１２２をキャリア１２４にチャックして基板とキャリアの組み合わせを形成することによって開始される。一実施例では、基板１２２はキャリア１２４に静電的にチャックされる。上述したように、端子２２７ａ及び２２７ｂを介して電源２２５からキャリア１２４のそれぞれのチャック電極２２８ａ及び２２８ｂに印加された電圧により、基板１２２とキャリア１２４の全体に局部的な二極型静電引力が発生し、基板１２２とキャリア１２４とが重なり合った組み合わせ１２０となる（図２Ａに示す）。電源２２５は端子２２７ａ及び２２７ｂから接続解除され、残留静電力により、基板１２２がキャリア１２４に対して組み合わせ１２０として保持される。
【００３６】
［００４５］ブロック５１０において、組み合わせ１２０の上に配置されたプレート２４０を通して真空を適用することによって、組み合わせ１２０を研磨ヘッド１５０にチャックする。上述したように、プレート２４０は、真空の適用時にプレート２４０の上側２４２と下側２４４との間を流体が通過することが可能になる形状寸法又は材料特性を有する。一実施例では、図４Ａに示すように、プレート２４０が最初に、取り付け手段又は真空の適用によって、研磨ヘッド１５０の下に配置される。組み合わせ１２０が次に、真空ポート２５８及びプレート２４０を通して真空を適用することによってプレート２４０の下に配置され、真空により、研磨ヘッド１５０に対してプレート２４０及び組み合わせ１２０が保持されるのに十分な吸引力が得られる。別の実施例では、プレート２４０は、研磨ヘッド１５０に取り付けられる前に、組み合わせ１２０の上に配置される。真空ポート２５８を通して真空を適用することにより、研磨ヘッド１５０に対してプレート２４０と組み合わせ１２０とを保持するのに十分な吸引力が得られる。
【００３７】
［００４６］ブロック５１５において、組み合わせ１２０が研磨ヘッド１５０内部に配置されている間、研磨パッド上で基板１２２が研磨される。基板１２２の露出面は、回転する研磨パッド１３０に当たるように置かれる。研磨ヘッド１５０は、０．８〜４ｐｓｉの範囲の（３００ｍｍ基板上への１１０〜４４０ｌｂｆ又は５０〜２００ｋｇｆの力と等しい）側方圧力で、付着させた組み合わせ１２０を研磨パッド１３０上に押し下げる。
【００３８】
［００４７］ブロック５２０において、真空がオフにされ、組み合わせ１２０が開放される。ある実施形態では、真空がオフにされたときに、プレート２４０が研磨ヘッドに保持され、別の基板とキャリアの組み合わせを取り付ける準備ができる。他の実施形態では、真空がオフにされたときに、プレート２４０と組み合わせ１２０の両方が開放される。収集機構は、プレート２４０と組み合わせ１２０の両方を拾い上げる。いずれの場合にも、基板１２２は、キャリア１２４と基板１２２との間の静電力をチャック解除することによって回収される。チャック解除は、逆極性の電圧をチャック電極２２８ａ及び２２８ｂに印加し、キャリア１２４に対して基板１２２を保持する蓄積した静電荷を排出することによって行われる。
【００３９】
［００４８］上述した方法及び装置は、キャリアの下からの基板のずれと、その後に基板に起こりうる全ての損傷を防止することによって、薄い基板の研磨を可能にする。この方法はまた、通常高温で損なわれてしまう接着剤が基板とキャリアを互いに保持するのに使われていないため、薄い基板が高温に耐えることもできるようになる。したがって、処理された薄い基板は、それらの上に効果的な回路設計を可能にする良好な全体厚さムラ（ＴＴＶ）及び平坦度を有しうる。これらの薄い基板は、高密度３Ｄ動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）用途、画像センサ、及び新たな市場セグメントにおける未来の要件を満たすことが期待される。
【００４０】
［００４９］上述の内容は本開示の特定の実施形態を対象としているが、これらの実施形態は本発明の原理及び用途の例示にすぎないことを理解されたい。したがって、特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の意図及び範囲を逸脱しない限り、図示した実施形態に多数の修正を行って他の実施形態に到達することができることを理解すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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