JP4822744B2

JP4822744B2 - 化学機械的研磨装置、キャリアヘッド及び区画リング

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Publication number: JP4822744B2
Application number: JP2005162054A
Authority: JP
Inventors: 在弼夫; 周映李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-06-01
Also published as: JP2005347752A

Description

本発明は、半導体ウェーハのような基板を研磨するのに使用する化学機械的研磨ＣＭＰ装備に関する。さらに詳細には、研磨パッドに対向して基板を固定するＣＭＰ装備のキャリアヘッドに関する。

集積回路は、一般的にシリコンウェーハ上に製造される。ウェーハには導体、半導体、そして／または絶縁体層が順次に形成される。一つまたは複数個の層が形成された後に、層は回路特性を持たせるためにエッチングされる。層が順次に形成されてエッチングされることによってウェーハの表面は非平坦化される。このような非平坦面は集積回路を製造するために行われる一連の工程、例えばフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のような工程で多くの問題をもたらす。したがって、周期的にウェーハの表面を平坦化する必要がある。

化学機械的研磨ＣＭＰは、このような目的のために一般的に利用される工程である。ＣＭＰ工程は、相対的に広い面積を平坦化する上で優れた均一性を示すため、大きな直径のウェーハ及び様々な大きさのウェーハを平坦化するのに適している。

ＣＭＰ工程は、ウェーハの表面を微細に研磨するために機械的摩擦と化学的作用剤とを利用する。研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を機械的側面で見ると、ウェーハは一定に荷重が加えられながら回転する研磨パッド上に位置し、ウェーハの表面は研磨パッドとウェーハ表面との間の摩擦によって研磨される。研磨を化学的側面で見ると、ウェーハの表面は、研磨パッドとウェーハとの間に提供されるスラリ状態の研磨剤によって研磨される。

一般的なＣＭＰ装置は特許文献１、２および３に開示されている。このようなＣＭＰ装置では、ウェーハはキャリアヘッドによって固定される。研磨されるウェーハの表面（作業面または研磨面）は、キャリアヘッドによって研磨パッドと対向するように位置する。この際、キャリアヘッドは、ウェーハの裏に調節可能な圧力を付与する。

より詳細には、キャリアヘッドにはウェーハが吸着される装着面を提供するフレキシブルメンブレン（ｆｌｅｘｉｂｌｅｍｅｍｂｒａｎｅ）と、ウェーハのキャリアヘッドからの離脱を防止するための維持リングとを有する。また、キャリアヘッドは加圧チャンバと加圧チャンバに通じる空気流入口（ａｉｒｉｎｌｅｔ）を有し、流入口を通じて加圧チャンバに空気を注入することによって、メンブレンが膨脹する。したがって、ウェーハに加えられる荷重は、キャリアヘッドの加圧チャンバに注入される空気の量によって調節可能である。

しかし、頻繁にウェーハの領域に従って異なる大きさの圧力をかける必要がある。このような目的のために、キャリアの加圧チャンバを複数の個別的な加圧ゾーンで構成させることができる。

例えば、特許文献４および５には、加圧チャンバを複数の加圧ゾーンに分ける複数の環形のフラップを有するメンブレンを具備するキャリアヘッドが開示されている。フラップの上部はメンブレン支持体に固定され、メンブレンの底部分はフラップによってウェーハの多様な領域に対応する部分に分けられる。各々の加圧ゾーンに対応するメンブレンの部分は、空気が加圧ゾーンに注入される際に膨脹する。しかし、隣接領域の間にある境界に該当する各々のメンブレン部分（フラップ部分に該当するメンブレンの各部分）は膨脹しない。したがって、この部分は、ＣＭＰ工程においてウェーハを高い均一度で研磨することを阻害する凹部を形成する。

特許文献６には、複数の環状リブ（ａｎｎｕｌａｒｒｉｂｓ）で構成されたキャリアヘッドが開示されている。環状リブのフィート（ｆｅｅｔ）は、ウェーハと接してウェーハの多様な領域に対応する複数の分離された空間を形成する。空気供給ラインの一番目のセットは、空間と連結されて、ウェーハの多様な領域に加えられる圧力を調節可能にする。また、他の方法で、リプはウェーハが吸着されるメンブレンに取り付けられるか、または接触することができる。

しかし、特許文献６に開示されたキャリアヘッドでは、リプのフィートとウェーハまたはメンブレンの間に優れた密封（ｓｅａｌ）がなされなければならない。このために、空気供給ラインの二番目のセットはリプの頭部に連結される。この空気ラインを通じて供給された空気は、ウェーハまたはメンブレンに対してリプの底を押圧する。一実施形態において、リプの底は環状体または象の足（ｅｌｅｐｈａｎｔ’ｓｆｏｏｔ）と類似の円形の断面を有する。この特許では、空間（ｐｌｕｎｕｍｓ）での空気圧力がリプの底を押して、空気供給ラインの二番目のセットを通じて供給された空気が、密封の形成を補助する。これだけでは不十分な場合、真空ラインがリプを通じて供給される。
米国特許第５，４２３，７１６号明細書米国特許第６，２１０，２５５号明細書米国特許第６，３６１，４１９号明細書米国特許第５，９６４，６５３号明細書米国特許第５，９１６，０１６号明細書米国特許第６，３９０，９０５号明細書

本発明の目的は、ウェーハ上に加えられる圧力がウェーハの領域に従って調節され、隣接した領域の間で圧力勾配が緩和されるように加圧ゾーンを有するキャリアヘッドを具備する化学機械的研磨ＣＭＰ装置を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、ＣＭＰ装置の加圧チャンバを隣接した加圧ゾーンに分け、加圧ゾーンで圧力勾配が滑らかに移行するように区画リングを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、ウェーハ上に加えられる圧力をウェーハの多様な領域にかけて調節できるようにする加圧ゾーンを提供し、加圧ゾーンの間で優れた密封を維持できるキャリアヘッドを具備するＣＭＰ装置を提供することにある。

本発明によれば、キャリアヘッドは、底面を有する支持部と、前記支持部の底面との間に加圧チャンバが提供されるように前記支持部に固定され、前記支持部の底面から離隔される弾性メンブレンと、前記支持部の底面から延長され、弾性材料からなる少なくとも一つの区画リングと、を具備している。各々の区画リングは、前記加圧チャンバを通じて延長され、前記加圧チャンバを前記区画リングの両側面に位置する別個の主加圧ゾーン（ｐｒｉｍａｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｚｏｎｅｓ）に分離する環形隔壁部と、前記環形隔壁部の下端から延長される環形接触部と、を有する。前記接触部は、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着せずに接触するように、前記メンブレンに接する底面を有する。

本発明の一例によれば、前記接触部は前記隔壁部の下端から反対方向に側方向に薄くなるように延長される一対の環形フランジを有する。したがって、加圧ゾーン（ｐｒｅｓｓｕｒｅｚｏｎｅｓ）での流体圧力が前記フランジを変形させることができ、前記接触部の全体底面は前記メンブレンと接するように維持されることができる。前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記接触部の底面は凸形状である。

本発明の他の例によれば、前記区画リングの隔壁部は前記区画リングの半径方向に互いに離隔された第１環形壁と第２環形壁とを有する。第１主加圧ゾーンは、前記第１環形壁と隣接する前記区画リングの一側に提供され、第２主加圧ゾーンは、前記第２環形壁と隣接する前記区画リングの他側に提供される。

前記区画リングの接触部は、前記第１環形壁と前記第２環形壁の下端との間で延長され、前記第１環形壁と前記第２環形壁を連結する中央部を有する。したがって、補助加圧ゾーン（ｓｅｃｏｎｄａｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｚｏｎｅ）の一部を形成する溝部が前記隔壁部の環形壁の間に提供される。また前記隔壁部は、前記第１環形壁の下端から前記溝部から離れる側方向に延長される第１環形フランジと、前記第２環形壁の下端から前記溝部から離れる方向に向かって側方向に延長される第２環形フランジと、を有する。前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記区画リングの接触部の底面は凸形状である。前記溝部内に流入された流体は、おもに前記接触部の中央部を通じて正確に調節することができる圧力を前記メンブレンに加えて、前記加圧ゾーンにおける圧力勾配を緩やかにする。また、前記接触部は、前記メンブレンと面同士の接触（ｓｕｒｆａｃｅ−ｔｏ−ｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｔａｃｔ）で加圧されることができる比較的広い底面を有するため、前記メンブレンとの密封を形成するのに優れた効果を提供できる。

本発明のまた他の例によれば、少なくとも一つの区画リングが前記支持部の底面から延長され、前記各々の区画リングの環形隔壁部は、前記区画リングの半径方向に互いに離隔された第１環形壁と第２環形壁とを有する。各々の区画リングは、前記環形壁の間にある溝部を提供し、前記溝部は、キャリアヘッドの加圧チャンバに環形の補助加圧ゾーン（ｓｅｃｏｎｄａｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｚｏｎｅ）を構成する。前記区画リングの半径方向に測定した場合に、前記補助加圧ゾーンは前記区画リングの両側に提供された各々の前記主加圧ゾーンより狭い。各々の前記区画リングの環形接触部は、第１環形フランジと第２環形フランジとを有する。前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記区画リングの接触部の底面は凸形状である。前記第１環形フランジは、前記第１環形壁の下端から前記主加圧ゾーンのうちの一つに延長され、前記第２環形フランジは、前記第２環形壁の下端から他の主加圧ゾーンに延長される。

加えて、第１流体圧力供給ラインシステムは、前記支持部を通って延長される第１流体供給ラインを有する。前記第１流体供給ラインは、流体が前記主加圧ゾーンに注入されるように前記主加圧ゾーンと各々連結される。前記第１流体圧力供給ラインシステムと分離された第２流体圧力供給ラインシステムが、前記支持部を通って延長される少なくとも一つの第２流体圧力供給ラインを有する。前記第２流体供給ラインは、補助加圧ゾーンと連結される。

前記第２流体圧力供給ラインシステムを通じて前記溝部に流入された流体は、正確に調節可能な圧力を前記メンブレンに加え、これにより、前記主加圧ゾーンを横切る圧力勾配が緩やかである。

上述の本発明によれば、前記区画リングが弛緩状態であるとき、前記接触部の底面は、凸形状である。

本発明によると、研磨ヘッドはウェーハの領域に従ってウェーハ上に異なる圧力をかけることができるため、ウェーハの領域による研磨率を調節することができる。

また、本発明によると、ウェーハが領域に従って異なる圧力で加圧される際に、各領域の境界で研磨率が低くなることを防止することができる。

まず、化学機械的研磨ＣＭＰ装置の一般的な構造を図１と図２を通じて説明する。

ＣＭＰ装置１は、プラテン１０、プラテン駆動軸１４、プラテン駆動電動機１６及びプラテン駆動電動軸１４とプラテン駆動電動機１６が配置されるベース１２を有する。プラテン１０はベース１２の上部面に露出されてプラテン駆動軸１４によって支持される。研磨パッド２０はプラテン１０の上部面に付着される。プラテン駆動電動機１６はプラテン駆動電動軸１４を回転させ、これによって、プラテン１０と研磨パッド２０が回転される。

ＣＭＰ装置１はまた、スラリ供給アーム３０、パッドコンディショナ４０、キャリアアセンブリ５０を含む。スラリ供給アーム３０は研磨パッド２０の上部面にスラリを供給する。パッドコンディショナ４０は摩擦ディスクまたはこれと類似のものを有する。摩擦ディスクは研磨パッド２０の表面を押し、研磨パッド２０を擦り、このような過程を通じて研磨パッド２０の上部面の状態を工程に適する状態に維持させる。キャリアアセンブリ５０は、一般的にボディー１６の上部で、プラテン１０と研磨パッド２０上に位置する。

キャリアアセンブリ５０は、キャリアヘッド５２、キャリアヘッド５２を支持する駆動軸５４、及び駆動軸５４と連結される電動機５６を含む。キャリアヘッド５２は、ウェーハ、特に露出されたウェーハの前面を固定し、駆動軸５４を通じて駆動されてウェーハの前面を研磨パッド２０に対して押し付ける。

研磨工程を通じて研磨パッド２０は回転し、スラリ供給アームを通じて研磨パッドの上部面にスラリが供給される。キャリアヘッド５２は、研磨パッド２０の頂上に位置する摩擦面と略平行な研磨位置に、ウェーハを維持する。特に、研磨工程の間、キャリアヘッド５２は調節された圧力をウェーハの裏に与える。キャリアヘッド５２は、プラテン１０の回転方向と反対方向に回転することもでき、そして／または、研磨パッド２０を横切って動くこともできる。スラリは、研磨パッドの上部面とウェーハの前面の間を流れる。したがって、ウェーハの前面は摩擦によって機械的に、そしてスラリに含まれる化学的作用剤によって化学的に研磨される。

本発明によるＣＭＰ装置のキャリアヘッド５２を、図３を参照してより詳細に説明する。キャリアヘッド５２は、上部構造物を含み、剛体の円筒状のキャリアベース１００と、ベース１００の下面の大部分でキャリアボディーに固定された支持部２００と、支持部２００に固定され、支持部２００の底面から離隔されて加圧チャンバ５２０をその間に規定する弾性メンブレン３００と、加圧チャンバ５２０を各々の主加圧ゾーン５２０ａ、５２０ｂ、及び５２０ｃに分割し、同心円を有する複数の区画リング４００と、空気を加圧ゾーンに注入する流体圧力供給ラインシステム６６０と、ウェーハＷがキャリアヘッドの下から側面に離脱することを防止するために研磨工程の間ウェーハＷを囲む維持リング７００と、を含む。

ベース１００の主上部面は、キャリアアセンブリの一つまたはその以上の駆動軸５４と連結されるようにする。駆動軸は、ウェーハをキャリアヘッド５２に装着するローディングステーションから、図１及び図２に示した研磨位置へキャリアヘッド５２を移動させ、研磨位置から、研磨されたウェーハをキャリアヘッド５２からアンローディングするアンローディングステーションへ、キャリアヘッド５２を移動させる。駆動軸は、研磨工程の間キャリアヘッド５２を回転させる。

支持部２００は、円板形態の上部板２２０を有し、上部板２２０に固定された複数個の環形板で構成された下部板２４０を有する。メンブレン３００は、上部板２２０と支持部２００の下部板２４０のうちの最外郭の環形板との間に固定される。各々の区画リング４００は、上部板２２０と、支持部の下部板２４０のうちの隣接する環形板との間に固定される。

各々の区画リング４００は、望ましくはゴムまたは合成樹脂のような弾性物質からなる。区画リング４００は、支持部２００からメンブレン３００と接触するように下方に延長され、それによって、加圧チャンバ５２０を区画リングの両側に位置する複数の分離された加圧ゾーンに分ける。例えば、第１区画リング４００ａ、第２区画リング４００ｂ、第３区画リング４００ｃは加圧チャンバ５２０を中央円板加圧ゾーン５２０ａ、最外郭環形加圧ゾーン５２０ｂ、および中間環形加圧ゾーン５２２ｃ、５２４ｃに分ける。

区画リング４００の第１実施形態を、図４と図５を参照してより詳細に説明する。区画リング４００は、環形固定部４２０、環形隔壁部４４０、および環形接触部４６０を有する。環形固定部は環形隔壁部４４０の上部端から延長され、環形接触部４６０は環形隔壁部４４０の下部端から延長される。

より詳細には、環形隔壁部４４０は区画リングの半径方向に互いに離隔された第１環形壁と第２環形壁で構成される。

環形接触部４６０は、環形隔壁部４４０の第１環形壁の下部と第２環形壁の下部との間で延長され、これらと連結されるように延長された中央部４８２を有し、これにより、環形隔壁部４４０と環形接触部の中央部４８２との間に、環形溝部４８０が形成される。環形接触部４６０はまた、第１環形フランジと第２環形フランジとを有する。第１環形フランジは、環形隔壁部４４０の第１環形壁の下部で中央部４８２から離れる方向に側方向に延長される。第２環形フランジは、環形隔壁部４４０の第２環形壁の下部で中央部４８２から離れる方向に側方向に延長される。概して、環形接触部４６０は図５に示したように、底面が凹形状であり、上部面が凸形状の三日月（ｃｒｅｓｃｅｎｔ）形の断面を有する。

環形固定部４２０は、第１環形部と第２環形部で構成される。第１環形部は、環形隔壁部４４０の第１環形壁の上端から側方向に延長される。第２環形部は、環形隔壁部４４０の第２環形壁の上端から側方向に延長される。

図６に示したように、区画リング４００のうちの環形固定部４２０の環形部の各々は、支持部の上部板２２０と支持部の下部板２４０のうちの各々の環形板の間に固定される。溝部４８０に発生する圧力により、区画リング４００の環形接触部４６０がメンブレン３００を下方に押すようにする。隣接する加圧ゾーン５２０ｂ、５２４ｃでの圧力は、メンブレン３００に直接作用してメンブレン３００を膨脹させ、加圧ゾーン５２０ｂ、５２４ｃに相応するウェーハの多様な領域に圧力をかける。

溝部４８０の幅は、隣接する加圧ゾーン５２０ｂ、５２４ｃよりも非常に小さく、望ましくは区画リングの半径方向で見て、２０ｍｍより小さい。本発明によれば、溝部４８０の圧力を高い精度で調節することができ、加圧ゾーン５２０ｂ、５２４ｃの間の境界にあるメンブレンに圧力をかける。したがって、加圧ゾーン５２０ｂ、５２４ｃを横切る圧力勾配は特に滑らかである。すなわち、圧力が急変することを避けることができ、研磨工程での均一性が高くなる。

図７は、溝部４８０で構成される補助加圧ゾーンと境界４００の反対側に位置する主加圧ゾーンに流体が注入される際の、境界４００とメンブレン３００との間になされる優れた密封を説明する図である。第１流体供給ライン装置は、支持部の上部板２２０と下部板２４０とを通じて主加圧ゾーン５２０まで延長される流体供給ライン６２２ａ、６２２ｂで構成される。矢印に示すように、供給ライン６２２ａ、６２２ｂを通じて流入された流体は、メンブレン３００を膨脹させるだけではなく、環形接触部４６０の環形フランジに作用してフランジがメンブレン３００と面接触するようにフランジを曲げる。同様に、補助加圧ゾーンに至る流体供給ライン、すなわち溝部４８０を通じて供給された空気は、環形接触部４６０の中央部がメンブレン３００と面同士で接触するようにする。

図８と図９は、流体を補助加圧ゾーンに流入させる第２流体圧力供給ラインシステムを示す。図８に示すシステム６６０において、流体供給ライン６２４は流入口６２４ｂ、流入口６２４ｂと連結された一般的な伝達通路６２４ａ、及び伝達通路６２４ａを各々の補助加圧ゾーンと連結する複数の流出口を有する。したがって、同一の圧力が補助加圧ゾーンの各々に分布される。一方、図９に示すシステム６６０では、流体供給ライン６２４’が互いに分離されている。個別的に調節可能なポンプまたは流体供給調節装置を各々の流体供給ライン６２４’に連結させることができ、補助加圧ゾーンの各々で圧力を独立的に調節できる。このように、ウェーハの領域を横切る圧力分布が最も緩やかで適切になるように、補助加圧ゾーンの各々の圧力を主加圧ゾーン５２０の圧力に従って設定することができる。

図１０と図１１の各々は、本発明によるキャリアヘッドに使用することができる区画リング４００の他の形態を示す。図１０に示す区画リング４００において、区画リングが弛緩状態にあるとき、環形接触部４６０の底面は平坦である。一方、図１１に示す境界４００では、境界が弛緩状態にあるとき、環形接触部４６０の底面は凸形状である。

それにもかかわらず、本発明による各々の境界で、環形接触部４６０の環形フランジの各々は三日月形（ｆａｌｃａｔｅ）の断面を有する。したがって、主加圧ゾーンでの流体圧力はフランジを容易に曲げることができ、フランジが容易にメンブレン３００に固定される。したがって、環形接触部４６０の全体底面はメンブレン３００に接触し、これによって、区画リング４００とメンブレン３００との間で優れた密封がなされる。

図１２〜図１４は類似の長所を有している他の実施形態を示す。

図１２の実施形態において、区画リング４００’は、環形固定部４２０’、環形隔壁部４４０’、および環形接触部４６０’を有する。図４と図５の実施形態と同様に、固定部４２０’は環形隔壁部４４０’の上端から延長され、一方、環形接触部４６０’は環形隔壁部４２０’の下端から延長される。また、環形隔壁部４４０’は第１環形壁と第２環形壁とを具備し、これらの間に溝部４８０’が提供されるように区画リングの半径方向に互いに離隔される。環形固定部４２０’は、第１環形部と第２環形部とを有する。第１環形部は環形隔壁部４４０’の第１環形壁の上端から側方向に延長され、第２環形部は環形隔壁部４４０’の第２環形壁の上端から側方向に延長される。

しかし、このような実施形態において、環形接触部４６０’は第１環形フランジと第２環形フランジとを具備する。第１環形フランジは環形隔壁部４４０’のうちの第１環形壁の下端から側方向へ向かって外方へ（すなわち、区画リングの半径外方向に）延長され、第２環形フランジは環形隔壁部４４０’のうちの第２環形壁の下端から側方向へ向かって外方へ（区画リングの半径内側方向に）延長される。したがって、溝部４８０’で生成された圧力は、溝部の底に位置するメンブレン３００部分に作用する。したがって、この際、区画リング４００’は互いに離れた第１環形分離部材と第２環形分離部材とを有する。分離部材の各々は、環形隔壁部４４０’のうちの各々の環形壁と、これから延長される環形固定部４６０’のフランジと、環形接触部４２０’の環形部と、によって構成される。

また、前の実施形態に示したように、環形接触部４６０’のフランジの各々は図面に示したように、凹形状の底面を有する三日月状の断面を有している。これと異なって、図１０と図１１に示したように底面は平坦とすることもでき、凸形状とすることもできる。

図１３と図１４の実施形態において、区画リング４００”は、環形固定部４２０”、環形隔壁部４４０”、及び環形接触部４６０”を有する。環形固定部４２０”は環形隔壁部４４０”の上端から延長され、一方で、環形接触部４６０”は環形隔壁部４２０”の下端から延長される。しかし、上述の実施形態と異なって環形隔壁部４４０”は一つの環形壁からなっている。したがって、補助加圧ゾーンは支持部２００のうちの区画リング４００”の先端に提供される。補助加圧ゾーンで生成された圧力は、環形固定部４２０”の中央部と環形隔壁部４４０”の壁を通じて環形接触部４６０”に伝達される。

また、環形接触部４６０”は、環形隔壁部４４０”の下端から反対方向に延長される第１環形フランジと、第２環形フランジと、を有する。フランジの各々は、図に示すように、凹形状の底面を有する三日月形の断面を有する。これと異なって、図１０と図１１に示したように、底面は平坦または凸形状であることもできる。

図１５は、図５または図１２に示した形態の区画リングが使用された際の、主加圧ゾーン５２０と補助加圧ゾーン４８０に相応してウェーハＷに生成される圧力の領域を説明する図である。図中のＷａは、主加圧ゾーン（５２０ａ、図３参照）に相応する圧力の中央円形部を示し、Ｗｃは、主加圧ゾーン５２０ｃ（Ｗｃ１、Ｗｃ２は５２２ｃ、５２４ｃに各々対応する）に相応する一つまたはその以上の環形中間圧力領域を示し、Ｗｂは、主加圧ゾーン５２０ｂに相応する圧力の外郭環形領域を示す。一方、Ｗｄは、溝部４８０または４８０’によって構成される補助加圧ゾーンに相応する圧力領域を示す。

図１６は図１３と図１４に示した区画リングが使用された際に、主加圧ゾーン５２０と補助加圧ゾーンに相応してウェーハＷに生成される圧力の領域を説明する図である。図面において、Ｗａは主加圧ゾーン５２０ａ（図３参照）に相応する圧力の中央円形部を示し、Ｗｃは補助加圧ゾーン５２０ｃ（Ｗｃ１、Ｗｃ２は５２２ｃ、５２４ｃに各々対応する）に相応する一つまたはその以上の環形中間圧力領域を示し、Ｗｂは主加圧ゾーン５２０ｂに相応する圧力の外郭環形領域を示す。補助加圧ゾーンに相応してウェーハに示される圧力の領域は、図１５に示したものよりも非常に狭く示されている。なぜなら、補助加圧ゾーンの各々にかけられる圧力は、溝部４８０または４８０’に分布されるのに代えて、区画リング４００”のうちの環形隔壁部４４０”の単一壁に沿って集中するためである。したがって、図５と図１２に示した実施形態は、ウェーハの裏に示す力の分布面に関して、図１４の実施形態よりも効果的である。

上に示した本実施形態によれば、キャリアヘッドの加圧チャンバを分離された加圧ゾーンに分ける区画リングは、環形接触部を有する。環形接触部の底面は、区画リングがメンブレンと固定的に付着されずに接触するように、メンブレンと接する。環形接触部は、第１加圧ゾーンに各々延長される環形フランジを具備し、環形フランジの各々は、三日月形の断面を有する。したがって、第１圧力ゾーンに流入された流体は、メンブレンに圧力をかけてメンブレンに固定されたウェーハの領域を加圧するだけではなく、メンブレンにフランジを固定するようにフランジを押圧する。このため、非常に高い効果的な密封が、区画リングとメンブレンとの間（すなわち、主加圧ゾーンの間）で維持される。したがって、主加圧ゾーンでの圧力を、ウェーハの研磨を改善するために独立的に調節することができる。

また、補助加圧ゾーンが各々の区画リングに生成されることにより、隣接する主加圧ゾーンの境界でメンブレンに圧力が及ぼされる。区画リングは、補助加圧ゾーンの少なくとも一部に連結される環形溝部を有する。この場合に、ゾーンの間の境界位置を含む主加圧ゾーンにかかる圧力勾配を、非常に滑らかにすることができる。したがって、これに相応して、ウェーハを非常に平坦に研磨することができる。

望ましい実施形態と関連して上述の本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。さらに、当該技術の属する分野における通常の知識を有する者により、望ましい実施形態の多様な変化及び修正が行われることができる。したがって、本発明は上述の望ましい実施形態に限られず、特許請求の範囲に記載の内容及び範囲により規定される。

本発明による化学機械的研磨ＣＭＰ装置の一般的な構造を示す斜視図である。化学機械的研磨装置の側面図である。本発明による化学機械的研磨装置のうちのキャリアヘッドの一部分に対する側面図である。本発明によるキャリアヘッドに使用される区画リングの一実施形態に対する斜視図である。図４のＩ−Ｉ線に沿って切断した区画リングの断面図である。図３に示したキャリアヘッドの‘Ａ’部分の拡大断面図である。区画リング、区画リングの両側面に隣接した加圧ゾーン、区画リングの環形壁の間に提供される補助加圧ゾーンで構成されたキャリアヘッド部分の拡大断面図である。図３に示したキャリアヘッドのうちのＢ部分に対する拡大断面図である。区画リングによって規定された各々の加圧領域にかけられる圧力を、個別的に調節可能にする第２流体加圧ラインの他の形態を示す、図８と類似の拡大断面図である。本発明による区画リングの他の形態に対する部分断面図である。本発明による区画リングの他の形態に対する部分断面図である。本発明によるキャリアヘッドに使用される画リングの他の実施形態に対する部分断面図である。本発明によるキャリアヘッドに使用される区画リングの他の実施形態に対する斜視図である。図１３のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した区画リングに対する断面図である。本発明によって図５または図１２のような区画リングがキャリアヘッドに使用される際の、ウェーハにかけられる圧力の領域を示す概念図である。本発明によって図１３または図１４のような区画リングがキャリアヘッドに使用される際の、ウェーハにかけられる圧力の領域を示す概念図である。

符号の説明

１０プラテン、
２０研磨パッド、
３０スラリ供給アーム、
５２キャリアヘッド、
５４駆動軸、
５６電動機、
２００支持部、
３００弾性メンブレン、
４００区画リング、
４４０環形隔壁部、
４６０環形接触部、
５２０加圧チャンバ、
６６０流体圧力供給ラインシステム。

Claims

化学機械的研磨装置のキャリアヘッドにおいて、
底面を有する支持部と、
前記支持部に固定され、前記支持部との間に加圧チャンバが提供されるように前記支持部から離隔された弾性メンブレンと、
前記支持部の底面から延長され、弾性材料からなり、前記加圧チャンバを通じて延長され、前記加圧チャンバを互いに反対側に位置する各々の加圧ゾーンに分ける環形隔壁部と、前記隔壁部の下端から延長される環形接触部とを有する区画リングと、を含み、
前記接触部は、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着せずに接触するように、前記メンブレンと接する底面を有し、前記接触部は、前記隔壁部の下端から反対方向へ向かって薄くなるように側方向に延長される一対の環形のフランジを具備し、前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記環形接触部の前記底面は凸形状であり、前記加圧ゾーンでの流体圧力は、前記接触部の底面の全体が前記メンブレンに接触した状態を維持するように前記フランジを変形させることを特徴とするキャリアヘッド。
化学機械的研磨装置において、
回転するプラテンと、
前記プラテンの上に置かれ、前記プラテンに固定されて前記プラテンとともに回転する研磨パッドと、
前記研磨パッドにスラリを供給するスラリ供給アームと、
前記研磨パッドに研磨される基板を固定するキャリアヘッド、前記キャリアヘッドが装着される駆動軸、及び前記駆動軸に連結される電動機を含み、前記研磨パッドの上部に配置されるキャリアアセンブリと、を具備し、
前記キャリアヘッドは、
底面を有する支持部と、
前記支持部に固定され、前記支持部との間に加圧チャンバが提供されるように前記支持部から離隔された弾性メンブレンと、
前記支持部の底面から延長され、弾性材料からなり、前記加圧チャンバを通って延長され、前記加圧チャンバを互いに反対側に位置する各々の加圧ゾーンに分ける環形隔壁部及び前記隔壁部の下端から延長される環形接触部を有する区画リングと、を含み、
前記接触部は、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着せずに接触するように、前記メンブレンと接する底面を有し、前記接触部は、前記隔壁部の下端から反対方向へ向かって薄くなるように側方向に延長される一対の環形のフランジを具備し、前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記区画リングの接触部の底面は凸形状であり、前記加圧ゾーンでの流体圧力は前記接触部の底面の全体が前記メンブレンに接触した状態を維持するように前記フランジを変形させることを特徴とする化学機械的研磨装置。
化学機械的研磨装置のキャリアヘッドにおいて、
底面を有する支持部と、
前記支持部に固定され、前記支持部との間に加圧チャンバが提供されるように前記支持部から離隔された弾性メンブレンと、
前記支持部の底面から延長され、前記加圧チャンバを第１主加圧ゾーン、補助加圧ゾーン及び第２主加圧ゾーンに分けるように形付ける環形の区画リングと、を具備し、
前記区画リングは、前記加圧チャンバを通って延長される環形隔壁部と、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着せずに接触するように、前記メンブレンと接する底面を有する環形接触部と、を含み、
前記環形隔壁部は、前記区画リングの半径方向に互いに離隔された第１環形壁と第２環形壁とを含み、前記補助加圧ゾーンは、前記環形壁の間に提供され、前記第１主加圧ゾーンは、前記第１環形壁に隣接して前記区画リングの一側に提供され、第２主加圧ゾーンは、前記第２環形壁に隣接して前記区画リングの他側面に提供され、
前記環形接触部は、前記補助加圧ゾーンを横切って前記第１環形壁と前記第２環形壁の下端との間で延長され、前記第１環形壁と前記第２環形壁を連結する中央部と、前記第１環形壁から前記第１主加圧ゾーンに延長される第１環形フランジと、前記第２環形壁の下端から前記第２主加圧ゾーンに延長される第２環形フランジと、を含み、前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記区画リングの接触部の底面は凸形状であることを特徴とするキャリアヘッド。
化学機械的研磨装置において、
回転するプラテンと、
前記プラテンの上に置かれ、前記プラテンに固定されて前記プラテンとともに回転する研磨パッドと、
前記研磨パッドにスラリを供給するスラリ供給アームと、
前記研磨パッドに研磨される基板を固定するキャリアヘッド、前記キャリアヘッドが装着される駆動軸、及び前記駆動軸に連結される電動機を含み、前記研磨パッドの上部に配置されるキャリアアセンブリと、を具備し、
前記キャリアヘッドは、
底面を有する支持部と、
前記支持部に固定され、前記支持部との間に加圧チャンバが提供されるように前記支持部から離隔された弾性メンブレンと、
前記支持部の底面から延長され、前記加圧チャンバを第１主加圧ゾーン、補助加圧ゾーン及び第２主加圧ゾーンに分けるように形付ける環形の区画リングと、を具備し、
前記区画リングは、前記加圧チャンバを通って延長される環形隔壁部と、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着せずに接触するように、前記メンブレンと接する底面を有する環形接触部と、を含み、
前記環形隔壁部は、前記区画リングの半径方向に互いに離隔された第１環形壁と第２環形壁とを含み、前記補助加圧ゾーンは、前記環形壁の間に提供され、前記第１主加圧ゾーンは、前記第１環形壁に隣接して前記区画リングの一側に提供され、第２主加圧ゾーンは、前記第２環形壁に隣接して前記区画リングの他側面に提供され、
前記環形接触部は、前記補助加圧ゾーンを横切って前記第１環形壁と前記第２環形壁の下端との間で延長され、前記第１環形壁と前記第２環形壁を連結する中央部と、前記第１環形壁から前記第１主加圧ゾーンに延長される第１環形フランジと、前記第２環形壁の下端から前記第２主加圧ゾーンに延長される第２環形フランジと、を含み、前記区画リングが弛緩状態にあるとき、前記区画リングのうちの前記環形接触部の底面は凸形状であることを特徴とする化学機械的研磨装置。
化学機械的研磨装置のキャリアヘッドの加圧チャンバを、分離された加圧領域に分けるため使用される環形の区画リングにおいて、
前記区画リングの半径方向に互いに離隔された第１環形壁及び第２環形壁を有する隔壁部と、前記隔壁部の下端から延長される環形接触部と、前記隔壁部の上端から延長される固定部と、を具備し、
前記環形接触部は、前記隔壁部の第１環形壁及び第２環形壁の下端の間に延長されて、これらを連結し、前記隔壁部の前記第１環形壁及び前記第２環形壁とともに環形溝部を区切って形成させる中央部と、前記第１環形壁の下端から、前記中央部から離れる方向に向かって側方向に延長される第１環形フランジと、前記第２環形壁の下端から、前記中央部から離れる方向に向かって側方向に延長される第２環形フランジと、凸形状の底面と、を具備することを特徴とする区画リング。
前記固定部は、前記加圧領域から離れる方向に向かって側方向に、前記隔壁部の第１環形壁の上端から延長される第１環形固定部と、前記加圧領域から離れる方向に向かって側方向に、前記環形隔壁部の第２環形壁の上端から延長される第２環形固定部と、を有することを特徴とする請求項５に記載の区画リング。
前記区画リングは、弾性材料であることを特徴とする請求項６に記載の区画リング。
化学機械的研磨装置のキャリアヘッドにおいて、
底面を有する支持部と、
前記支持部に固定され、前記支持部の底面から離隔されて前記支持部の底面との間に加圧チャンバを形成させる弾性メンブレンと、
前記支持部の底面から延長される少なくとも一つの区画リングであり、当該区画リングは、前記加圧チャンバを前記区画リングの両側に隣接する複数の主加圧ゾーンに分けるために、前記加圧チャンバを通って延長される環形隔壁部と、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着されずに接触するように前記メンブレンに接する底面を有する環形接触部とを含み、
前記環形隔壁部は、前記区画リングの半径方向に離隔された第１環形壁と第２環形壁とを有し、当該第１環形壁と第２環形壁の間に補助加圧ゾーンを形成するための環形溝部が設けられ、各々の前記区画リングによって提供された前記環形溝部は、前記区画リングの半径方向に測定した際に、前記区画リングの両側面に隣接する主加圧ゾーンより狭く、
前記環形接触部は、前記第１環形壁の下端から前記加圧ゾーンの一つに延長される前記第１環形フランジと、前記第２環形壁の下端から前記加圧ゾーンの他の一つに延長される前記第２環形フランジとを含んでなる、少なくとも一つの区画リングと、
前記支持部を通って延長され、前記主加圧ゾーンと各々連結される第１流体供給ラインを含む第１流体圧力供給ラインシステムと、
前記第１流体圧力供給ラインシステムと分離し、前記支持部を通って延長され、各々の前記補助加圧ゾーンと連結される少なくとも一つの流体圧力供給ラインを含む第２流体圧力供給ラインシステムと、を具備し、前記環形接触部の前記底面は、前記区画リングが弛緩状態であるとき、凸形状であることを特徴とするキャリアヘッド。
前記区画リングの各々の接触部は、前記第１環形壁と前記第２環形壁との間に延長され、当該下端の間を連結する中央部を含むことを特徴とする請求項８に記載のキャリアヘッド。
前記区画リングの各々は、互いに離隔された第１環形分離部材と第２環形分離部材とを含み、
前記第１環形分離部材は、前記第１環形壁と前記第１フランジによって構成され、前記第２環形分離部材は、前記第２環形壁と前記第２フランジによって構成されることを特徴とする請求項８に記載のキャリアヘッド。
化学機械的研磨装置において、
回転するプラテンと、
前記プラテンの上に置かれ、前記プラテンに固定されて前記プラテンとともに回転する研磨パッドと、
前記研磨パッドにスラリを供給するスラリ供給アームと、
前記研磨パッドに研磨される基板を固定するキャリアヘッド、前記キャリアヘッドが装着される駆動軸、及び前記駆動軸に連結される電動機を含み、前記研磨パッドの上部に配置されるキャリアアセンブリと、を具備し、
前記キャリアヘッドは、
底面を有する支持部と、
前記支持部に固定され、前記支持部の底面から離隔されて前記支持部の底面との間に加圧チャンバを形成させる弾性メンブレンと、
前記支持部の底面から延長される少なくとも一つの区画リングであり、当該区画リングは、前記加圧チャンバを前記区画リングの両側に隣接する複数の主加圧ゾーンに分けるために、前記加圧チャンバを通って延長される環形隔壁部と、前記区画リングが前記メンブレンと固定的に付着されずに接触するように前記メンブレンに接する底面を有する環形接触部を含み、
前記環形隔壁部は、前記区画リングの半径方向に離隔された第１環形壁と第２環形壁とを有し、当該第１環形壁と第２環形壁の間に補助加圧ゾーンを形成するための環形溝部が設けられ、各々の前記区画リングによって提供された前記環形溝部は、前記区画リングの半径方向に測定した際に、前記区画リングの両側面に隣接する主加圧ゾーンより狭く、
前記環形接触部は、前記第１環形壁の下端から前記加圧ゾーンの一つに延長される前記第１環形フランジと、前記第２環形壁の下端から前記加圧ゾーンの一つに延長される前記第２環形フランジとを含んでなる、少なくとも一つの区画リングと、
前記支持部を通って延長され、前記主加圧ゾーンと各々連結される第１流体供給ラインを含む第１流体圧力供給ラインシステムと、
前記第１流体圧力供給ラインシステムと分離し、前記支持部を通って延長され、各々の前記補助加圧ゾーンと連結される少なくとも一つの流体圧力供給ラインを含む第２流体圧力供給ラインシステムと、を具備し、前記区画リングが弛緩状態であるとき、前記区画リングのうちの前記接触部の前記底面は凸形状であることを特徴とする化学機械的研磨装置。
前記区画リングの接触部は、第１環形壁と第２環形壁の下端との間で延長され、当該下端の間を連結する中央部を含むことを特徴とする請求項１１に記載の化学機械的研磨装置。
前記区画リングの各々は、互いに離隔された第１環形分離部材と第２環形分離部材とを含み、
前記第１環形分離部材は、前記第１環形壁と前記第１フランジによって構成され、前記第２環形分離部材は、前記第２環形壁と前記第２フランジによって構成されることを特徴とする請求項１１に記載の化学機械的研磨装置。