JP2003533359A

JP2003533359A - 独立のリテーナリングと多領域圧力制御とを備えた空気圧ダイアフラムヘッドおよび該空気圧ダイアフラムヘッドを用いた方法

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Publication number: JP2003533359A
Application number: JP2001583983A
Authority: JP
Inventors: カジワラ、ジロー; モロニ、ジェラルド、エス．; ワン、ヒュイ−ミン; ハンセン、デイビッド、エー．; レイエス、アレジャンドロ
Original assignee: マルチプレーナーテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2003-11-11
Also published as: CN1179821C; WO2001087541A3; EP1284840A2; KR100811172B1; CN1440321A; WO2001087541A2; KR20030010621A; CN1638057A; CN100433269C; AU2001259745A1

Abstract

(57)【要約】基板を平坦化する装置および方法が提供される。装置（１０１）は、基板（２３０）を受け入れるためのプレート（２１２）と、プレートを予め定められた方向に押圧する第１チャンバ（２３８）と、プレート（２１２）の外縁部に連結されたスペーサ（２６０）と、スペーサ（２６０）を介してプレートに連結されるとともにプレートからスペーサの厚さだけ離間したメンブレン（２５０）と、メンブレンとプレート間に形成されメンブレンを別の予め定められた方向に押圧する第２チャンバ（２５１）とを有したキャリア（２０２）を備えている。この方法は、基板（２４４）の周縁部を第１圧力で研磨パッド（２２６）に押圧する工程と、基板（２４４）の内部を第２圧力でパッド（２２６）に押圧する工程とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野本発明は半導体ウエハを研磨し平坦化するシステム、装置および方法に係り、
特に、複数の平坦化圧力領域を用いて半導体ウエハの表面の全域で高度な平坦化
の均一性（ユニフォーミティ）を実現するシステム、装置および方法に関するも
のである。

【０００２】背景技術個々の構造（feature）のサイズが減少し、密度（デンシティ）が増加し、か
つ半導体基板またはウエハのサイズが大きくなるにつれて、化学的機械的平坦化
（ＣＭＰ）プロセスの必要条件がより厳しくなっている。ウエハ間プロセスの均
一性およびウエハ内平坦化の均一性は、半導体製品を低いコストで製造する観点
から重要な問題である。ダイ又はチップのサイズが大きくなるにつれて、たった
一つの小さな領域の一つの欠陥が比較的大きな回路の廃棄という結果になるので
、小さな欠陥でさえ半導体産業において比較的大きな経済的な結果を及ぼす。

【０００３】従来から均一性の問題の一因となる多くの理由が知られている。これらの理由
は、平坦化処理の間、ウエハ裏面の圧力がウエハに加えられる方法、ウエハの中
心領域とウエハのエッジ部において典型的に異なる研磨パッドとウエハ間の相互
作用から生ずるエッジ効果の不均一性、および平坦化処理の間、材料の除去プロ
ファイルを調整することによって好ましくは調整可能な金属及び／又は酸化物層
の不均一な付着（成膜）というものを含んでいる。上述の問題を同時に解決しよ
うとする試みは、これまで完全には成功していなかった。

【０００４】ウエハ裏面の研磨圧力の性質に関しては、従来、硬い背部のヘッド（ハードバ
ックヘッド）が用いられてきた。従来の装置における最近の世代の多くのものに
おいては、硬い背部のシステムにおいて、いくらかの柔らかさを与える試みとし
て、キャリア（又はサブキャリア）面と研磨される又は平坦化されるウエハや他
の基板との間にインサートを設けている。このインサートはウエハインサートと
呼ばれることが多い。これらのインサートは基板間の変動につながるプロセス変
動という結果になることが多いという問題点がある。この変動は一定ではなく、
すなわち、決定論的なものではない。変動の一つの要因は、使用期間中およびそ
の寿命の間、インサートによって吸収される水の量である。最初の使用前にイン
サートを水中に浸すことによって、プロセスの均一性を幾分改良することが可能
である。このことは、初期の使用期間をもっと後の使用期間にするようなもので
あるが、容認できないプロセスの変動がまだ認められる。これらプロセスの変動
は、上述したようにインサートを予め水でコンディショニングすること及びその
特性変化が許容できる限度を超える前にインサートを取り替えることによって限
られた範囲に制御することができる。

【０００５】また、インサートを用いる場合には、インサートが貼着されるサブキャリアの
全面の微調整が必要となる。というのは、表面の何らかの不均一性、表面の不完
全性、すなわち、表面の平坦性または平行性からの逸脱は、基板表面の全域にわ
たる平坦性の変動として現れるからである。例えば、従来のヘッドにおいては、
研磨ヘッドを設置する前に、アルミナまたはセラミックプレートが製作され、そ
れからラッピングおよび研磨される。そのような製作方法によれば、ヘッドのコ
ストが増加するとともに装置全体のコストが増加し、特にマルチヘッドの場合に
は、ヘッドのコストが増加するとともに装置のコストが増加する。

【０００６】半導体ウエハ表面上の構造物のサイズ（個々の構造のサイズ）が小さくなるに
つれて、現在では典型的には約０．２ミクロン未満であるが、不均一な平坦化処
理に関連する問題が増加している。この問題は、ウエハ面内の不均一性（ＷＩＷ
ＮＵ）問題と称されることがある。

【０００７】いわゆる硬い背部の平坦化ヘッド、すなわち半導体ウエハの裏面を硬い表面で
押圧するヘッドによって、ウエハの表面は研磨パッドの表面に順応しなくなり、
平坦化の不均一性という結果になる。そのような硬い背部のヘッドのデザインは
、一般的には比較的高い研磨圧力（例えば、約６ｐｓｉから約８ｐｓｉの範囲の
圧力）を用いており、そのような比較的高い圧力のために、ウエハは効果的に変
形して研磨パッドの表面の形態に順応する。そのようなウエハ表面の変形が起こ
ると、高い点は研磨され、同時に低い点はある程度の全体的な均一性を与えるが
、現実には品質の悪い平坦化の結果となる。すなわち、ウエハのある領域におけ
る痕跡（トレース（traces））からあまりにも多量の材料が取り除かれ、そして
他の部分からあまりにも少量の材料が取り除かれる。材料の除去量が過大である
と、これらのダイは使うことができなくなる。

【０００８】一方、インサートを有したヘッドを用いた場合には、ウエハは研磨パッドに押
圧されるが、インサートの柔らかい材質ゆえにウエハが変形を起こさず、その結
果、低い研磨圧力が使用可能であり、ウエハの表面の適合性（順応性）が少ない
変形で達成され、それゆえ、ある程度の全体的な研磨の均一性と良好な平坦化の
両方が達成可能である。ウエハ上のダイ間の類似した構造部（features）におけ
る研磨速度は一般的に同一であるため、少なくとも一部においては、よりよい平
坦化の均一性が得られる。

【０００９】柔らかな背部のＣＭＰヘッドを用いる試みがなされているが、この試みは完全
には満足がいくものではなかった。柔らかな背部ヘッド（ソフトバックヘッド）
のデザインのいくつかにおいては、平坦化処理の間、ウエハの裏面の全体にわた
る加圧空気の層を用いウエハを研磨パッドに押圧する。あいにく、そのようなア
プローチは柔らかな背部のヘッドを提供するけれども、ウエハのエッジ効果の不
均一性の問題を解決するためにウエハのエッジ部とウエハのより中心側の領域に
加えられる圧力または力を独立して調整するということはできない。

【００１０】エッジ研磨効果の修正または補償に関しては、リテーナリング近くのウエハか
ら除去される材料の量が変更されるようにウエハの周りに配置されたリテーナリ
ングの形状を調節する試み及び／又はリテーナリングの圧力を変更する試みがな
されている。典型的には、エッジ研磨効果すなわちエッジ効果は、ウエハのエッ
ジ部からより多くの材料が除去される結果になり、すなわちウエハのエッジ部が
過研磨される。この過研磨を修正するために、通常、リテーナリングの圧力はウ
エハの裏面の圧力よりも幾分高くなるように調整され、これによって、リテーナ
リングの領域の研磨パッドがリテーナリングによって幾分圧縮され、ウエハから
除去される材料がリテーナリングから数ミリメートル内でより少なくなる。しか
しながら、ウエハの外周縁部における平坦化圧力はリテーナリング圧力に基づい
て間接的のみ調整可能であるので、これらの試みは完全には充分ではなかった。
リテーナリングの補償又は修正効果の有効な距離をウエハのエッジから任意な距
離に広げることは、一般的には不可能である。所望の結果を得るために、リテー
ナリングの圧力、エッジ圧力、またはウエハの裏面全体の圧力を独立して調整す
ることはできなかった。

【００１１】入ってくるウエハの不均一な成膜を調整するための材料の除去プロファイルを
調整するという方法の好ましさの度合いに関しては、そのような補償又は修正を
行なう試みがなされたとしても、満足のいくものではない。それゆえ、半導体基板上の構造上における不均一な成膜を修正するため、優れ
た平坦化処理を行い、エッジ平坦化の効果を制御し、かつウエハからの材料の除
去プロファイルの調整を可能とするソフトバックのＣＭＰヘッドの必要性が依然
として残されている。

【００１２】発明の開示本発明は、半導体ウエハなどの基板または他の被加工物の表面を研磨または平
坦化するための研磨ヘッドおよび研磨装置、機械または工具（ＣＭＰ工具）を提
供するものである。この装置は、回転可能な研磨パッドと、基板を受け入れ基板
を研磨パッドに対して位置決めするウエハ又は基板受け入れ部を有したウエハサ
ブキャリアと、第１押圧部材と第２押圧部材を有したウエハ押圧部材とを備えて
いる。第１押圧部材はウエハのエッジ部を研磨パッドに対して押圧する第１負荷
圧力を加え、第２押圧部材はウエハの中心部を研磨パッドに対して押圧する第２
負荷圧力を加える。この第１及び第２負荷圧力は異なっている。このウエハサブ
キャリアとウエハ押圧部材は個別に使用可能であるが、本発明の好ましい実施形
態においては、研磨装置は、さらに、ウエハサブキャリアを取り囲むリテーナリ
ングと、リテーナリングを研磨パッドに押圧する第３負荷圧力を加えるリテーナ
リング押圧部材とを備えている。第１、第２及び第３負荷圧力は独立して調整可
能である。

【００１３】他の態様においては、本発明は、円形のディスク状の半導体ウエハまたは他の
基板を平坦化するための方法を提供する。この方法は、ウエハを囲むリテーナリ
ングを研磨パッドに対して第１圧力で押圧する工程と、ウエハの第１周縁部を研
磨パッドに対して第２圧力で押圧する工程と、周縁部より内側にあるウエハの第
２部分を研磨パッドに対して第３圧力で押圧する工程とを備えている。別の態様
においては、第２圧力は周縁部と接触している機械的部材を介して加えられ、第
２圧力はウエハの裏面に対する空気圧である。好ましくは、空気圧はウエハの裏
面の少なくとも一部に対して、弾性膜を介して加えられ、又は直接にガスの押圧
によって加えられる。

【００１４】他の態様においては、本発明は、ＣＭＰ装置用のサブキャリアを提供し、この
サブキャリアは、外面を有するプレートと；前記プレートを予め定められた方向
に付勢するための力を発揮する第１圧力チャンバと；前記プレートの外周縁部に
連結されたスペーサと；前記スペーサを介して前記プレートに連結されるととも
に前記プレートから前記スペーサの厚さだけ離間しているメンブレンと；前記メ
ンブレンと前記プレート面との間に形成され、前記メンブレンを第３の予め定め
られた方向に付勢するための第２の力を発揮する第２の圧力チャンバと；を備え
ている。

【００１５】また他の態様においては、本発明は、基板研磨装置用のキャリアを提供し、こ
のキャリアは、ハウジングと；前記ハウジングに弾性的に連結されたリテーナリ
ングと；前記ハウジングに対して第１の予め定められた方向に前記リテーナリン
グを付勢するため、第１の力を発揮する第１圧力チャンバと；外面を有するとと
もに前記ハウジングに弾性的に連結されたサブキャリアプレートと；前記ハウジ
ングに対して第２の予め定められた方向に前記サブキャリアプレートを付勢する
ため、第２の力を発揮する第２圧力チャンバと；を備え；前記リテーナリングは
前記サブキャリアプレートの一部を囲むとともに円形の凹部を形成しており；前
記キャリアは、さらに、前記リテーナリングの円形の凹部内で前記サブキャリア
プレートの外面の外周縁部に連結されたスペーサと；前記スペーサを介して前記
サブキャリアプレートに連結されるとともに前記円形の凹部内に配置され、かつ
前記サブキャリアプレートの外面から前記スペーサの厚さだけ離間して設けられ
たメンブレンと；前記メンブレンと前記サブキャリアプレートの外面の間に形成
され、前記ハウジングに対して第３の予め定められた方向に前記メンブレンを付
勢する第３の力を発揮する第３の圧力チャンバと；を備えている。

【００１６】本発明は、さらに本発明の方法によって処理され又は製作される半導体ウエハ
等の基板を含んでいる。

【００１７】本発明の実施形態の詳細な説明本発明の構造および方法について、図面に示された特定の具体的な実施形態に
基づいて説明する。本発明の構造および方法は、ウエハの裏面とウエハサブキャ
リアの面との間に介装された重合体のインサートを用いた従来のヘッドのデザイ
ンに関連して生ずる多くの問題点およびソフトバックヘッドにとってウエハの表
面への圧力の分布に関連して生ずる多くの問題点を解消する。異なった力または
圧力は、ウエハの表面を研磨パッドに対して異なった荷重で押圧し、その結果、
異なった研磨速度になる。リテーナリングに加えられる圧力は、リテーナリング
接触面の荷重を変え、ウエハのエッジ部での材料の除去に影響を与える。本発明
の構造および方法は、インサートをウエハの裏面に隣接して設けられた柔軟性の
ある膜またはメンブレンと置き換えている。一つの実施形態においては、このメ
ンブレンは密閉された囲いを形成し、また第２の実施形態においては、メンブレ
ンは、圧力が少なくとも部分的に直接にウエハ裏面に加えられるように開口又は
オリフィスを有している。この裏面側の柔らかな表面の圧力室（圧力チャンバ）
を用いること、または本発明のヘッドの他の要素とともにウエハの裏面に対して
加えられる直接的な圧力を用いることにより、より低い圧力での研磨が可能とな
り、より良好なウエハの面内均一性を得ることができる。密閉されたチャンバの
実施形態および開口したオリフィスの実施形態は、以下に詳細に説明する。

【００１８】本発明のヘッドによれば、ウエハの中心近くの材料の除去量とウエハのエッジ
部の材料の除去量を個別に制御することが可能であり、これによってエッジ部の
均一性の制御が可能となる。この制御は、３つの個別で実質的に独立した圧力制
御を有したヘッドによって部分的に達成される。（ｉ）ウエハの中心部に対して
加えられるウエハ裏面の圧力、（ii）ウエハの裏面の周縁部に対して加えられる
サブキャリアの圧力、（iii）ウエハを囲む環状領域における研磨パッドに対し
て直接に加えられるリテーナリングの圧力。

【００１９】以下に説明される構造においては、リテーナリングは柔軟性のある材料を介し
てハウジングから支持され、それゆえリテーナリングは摩擦がほとんどなくかつ
拘束がなく上下方向に可動である。研磨または平坦化工程中、リテーナリングが
わずかな角度の変動を許容するような方法で研磨パッド面上をフロート（浮動）
することが可能であるように、隣接した機械的な部品間の許容誤差が設けられて
いる。サブキャリアは、同様に柔軟性のある材料によってハウジングから吊され
ており、サブキャリアは摩擦がほとんどなくかつ拘束がなく上下方向に可動であ
る。リテーナリングと同様に、研磨中または平坦化工程中、サブキャリアがわず
かな角度の変動を許容するような方法で研磨パッド面上をフロート（浮動）する
ことが可能であるように、隣接した機械的な要素間の機械的許容誤差が設けられ
ている。ウエハは、ウエハの周縁部においてのみ堅固な接続を介してサブキャリ
アに接触している。研磨または平坦化工程中、環状のエッジ部の内部側にあるウ
エハの中心部は、柔軟性のあるフィルムまたはメンブレンを介してのみサブキャ
リアに接触し、空気の容積または他の空気圧又は流体圧をクッションにしている
。ヘッドハウジングからリテーナリングおよびサブキャリアを吊り下げることに
加えて、ハウジング自体は、平坦化機械の他の要素に取り付けられるか又は吊り
下げられている。通常、この取付または吊り下げは、空気圧または機械的または
液体圧の移動手段によって提供される。例えば、従来技術で知られているように
、空気圧シリンダによって移動が可能である。この取付によって、ヘッド全体が
研磨パッドの表面に対して上下方向に上昇および下降することが可能であり、そ
れゆえウエハは研磨前にサブキャリアに装着することが可能で、研磨完了時にサ
ブキャリアから取り外すことが可能である。ロボット装置は、典型的には、この
目的のために用いられる。

【００２０】本発明の１実施態様においては、ヘッド上下動機構は硬い物理的なストッパを
備えており、このストッパは研磨パッドの摩耗およびリテーナリングの摩耗を補
正するために調整可能である。ハウジングに対するサブキャリアまたはリテーナ
リングの縦方向の移動すなわちストロークを用いるよりも、パッドに対するヘッ
ド全体の位置を調整することによって、パッドの摩耗及び／又はリテーナリング
の摩耗を補正することが好ましい。というのは、ヘッドは移動範囲の中心または
その近くでリテーナリングおよびサブキャリアを維持し、それによってヘッドの
操作への好ましくない機械的な影響が起こることを最小限とし、プロセスの均一
性を増加又は安定化させるようにしている。そのような機械的な効果は、例えば
、摺動面の面積およびこれに関連する摩擦の増加または減少、ハウジングとリテ
ーナリング間またはハウジングとサブキャリア間の柔軟性のある連結の特性の変
化、および不完全な組立またはアライメントによって例えば起こる他の機械的な
影響を含んでいる。本質的には、ヘッド（リテーナリング、サブキャリアおよび
裏側のメンブレンなど）内の重要な操作上の要素部品が予め定められた位置また
はその近くで操作されるようにヘッドアセンブリを常に位置決めすることによっ
て、プロセスに影響を与える可能性のある二次的な影響を減らすことができる。

【００２１】研磨パッドに対するヘッドアセンブリのこの制御方法によって、任意の特定の
厚さの研磨パッドのより長期の使用が可能となり、より長い寿命に対処するより
厚いパッドの使用が可能となる。もちろん、ある状況においては、所定数のウエ
ハが研磨された後、または研磨パッドの現在の性質に基づいて、そのようなより
厚い研磨パッドの再コンディショニングが必要になる。

【００２２】典型的には、数ミリメートルの調整が研磨パッドおよびリテーナリングの摩耗
に適応させるために充分である。例えば、約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲の調整
で通常充分であり、典型的には、約２ｍｍから約８ｍｍの範囲においてヘッドの
位置を調整することができれば充分である。これらの調整は、ナットまたはネジ
による調整、圧力変化を用いた空気圧または液体圧アクチュエータによる調整、
ラックとピニオン歯車装置による調整、ラチェット機構による調整、または従来
から公知である他の機械的な調整手段による調整によって行うことができる。ま
た、ヘッドの下方の停止位置を検出するために位置エンコーダが使用可能であり
、ヘッドがこの下方の停止位置に到達したときにはヘッドはクランプ又は他の手
段によって保持される。検出された停止位置を維持するために電気的制御装置が
使用可能であるが、そのような電気的制御装置は、半導体ウエハまたは他の基板
の正確な平坦化処理を構築する機械的な位置におけるノイズおよびジッタの影響
を受けやすいので、好ましくない。

【００２３】本発明のＣＭＰヘッド構造および平坦化法は、単一のヘッドを備えたＣＭＰ装
置とともに用いることができ、また複数のヘッドを備え、例えば、カルーセルア
センブリとともに設けられるようなＣＭＰ装置とともに用いることができる。さ
らに、本発明のヘッドは、オービタル運動の研磨構成要素、円運動の研磨構成要
素、直線または往復運動研磨構成要素、およびこれらの研磨運動の組み合わせを
用いた装置を含んだＣＭＰ機械の全ての方法において使用可能であり、また公知
の他のＣＭＰおよび研磨装置とともに使用可能である。

【００２４】図１において、化学的機械研磨または平坦化（ＣＭＰ）工具１０１が示されて
おり、このＣＭＰ工具１０１は複数のポリッシングヘッドアセンブリ１０３を支
持するカルーセル１０２を備え、ポリッシングヘッドアセンブリ１０３はヘッド
装着アセンブリ１０４および基板（ウエハ）キャリアアセンブリ１０６を備えて
いる。ここで、用語「研磨」は半導体ウエハや基板を含む一般には基板１１３（
本図では図示せず）の研磨を意味し、また基板が電子回路素子が形成された半導
体ウエハである場合には基板の平坦化を意味する。半導体ウエハは、典型的には
、１００ｍｍから３００ｍｍの直径を有した薄くて幾分脆い円板である。現在１
００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍの半導体ウエハが産業上用いられている。本
発明のデザインは、少なくとも直径３００ｍｍまでの半導体ウエハおよび他の基
板に適用可能であり、またそれより大きい直径の基板にも適用可能である。そし
て、本発明のデザインは、問題となるウエハ面の研磨の不均一性を半導体ウエハ
の半径方向周縁部のいわゆる除外領域（exclusion zone）に限定することができ
る。典型的には、この除外領域は約１ｍｍから約５ｍｍであり、より普通には約
２ｍｍから３ｍｍである。

【００２５】ベース１０５は、取り付けられた複数のヘッドアセンブリ１０３を備えたカル
ーセル１０２の上昇および下降を支持しかつ許容するブリッジ１０７を含む他の
構成要素用の支持部を提供する。ヘッド装着アセンブリ１０４はカルーセル１０
２上に設置されており、ポリッシングヘッドアセンブリ１０３の各々は回転用の
ヘッド装着アセンブリ１０４に設けられている。カルーセルはカルーセル中心軸
１０８の周りに回転可能になっており、各ポリッシングヘッドアセンブリ１０３
は、カルーセルの回転軸１０８と実質的に平行であるが、この回転軸１０８とは
別の回転軸１１１を有している。ＣＭＰ工具又は機械１０１は、また、プラテン
駆動軸１１０の周りに回転可能に設けられたモータ駆動のプラテン１０９を備え
ている。プラテン１０９は研磨パッド１３５を保持し、かつプラテンモータ（図
示せず）によって回転駆動される。ＣＭＰ工具１０１のこの特別の実施形態は、
マルチヘッドデザインであり、このマルチヘッドデザインは、各カルーセル１０
２に対して複数の研磨ヘッド１０３があるということを意味している。しかしな
がら、単一のヘッドＣＭＰ工具は公知であり、そして、本発明のＣＭＰヘッドお
よび研磨方法は、マルチヘッド型の研磨装置または単一のヘッド型の研磨装置と
ともに使用可能である。

【００２６】さらに、この特定のＣＭＰデザインにおいては、複数のヘッド１０３の各々は
チェーン（図示せず）を駆動する単一のヘッドモータ（図示せず）によって駆動
され、このヘッドモータはチェーンおよびスプロケット機構を介して各研磨ヘッ
ドを駆動する。しかしながら、本発明は、各ヘッド１０３が個別のモータ及び／
又はチェーンおよびスプロケット型駆動装置以外のものによって回転される実施
形態においても用いられる。本発明のＣＭＰ機械は、また、複数の異なったガス
／流体流路を提供するロータリジョイントを備えており、このロータリジョイン
トにより空気，水，真空等の加圧流体をヘッドの外部の固定の供給源とヘッド上
またはヘッド内の位置との間で連通させるようにしている。一つの実施形態にお
いては、５つの異なったガス／流体流路がロータリジョイントによって提供され
ている。チャンバを有したサブキャリアが設けられている本発明の実施形態にお
いては、追加のロータリジョイント用のポートが設けられており、必要とされる
加圧流体を追加のチャンバに供給するようになっている。

【００２７】動作中は、貼着された研磨パッド１３５を有した研磨プラテン１０９が回転し
、カルーセル１０９が回転し、各ヘッド１０３が自身の軸の回りに回転する。本
発明のＣＭＰ工具の実施形態においては、カルーセルの回転軸１０８はプラテン
の回転軸１１０から約１インチだけオフセットしているが、このオフセットは全
ての場合に必要とされるものではなく、また好ましいものでもない。他の実施形
態においては、ウエハ１１３上の各部分がウエハ上の他の各点と同一の平均速度
で実質的に同一の距離移動して基板の均一な研磨または平坦化が行われるように
、各構成要素の回転速度が選択される。典型的には、研磨パッドは幾分圧縮性が
あるので、ウエハが最初にパッドに接触する場合、パッドとウエハ間の相互作用
の速度および方法は、ウエハのエッジ部から除去される材料の量に対して重大な
決定要因であり、研磨されたウエハ面の均一性に対して重要な決定要因である。

【００２８】本発明のＣＭＰヘッドとヘッドの実施形態の使用と関連するＣＭＰ方法との間
の差異をはっきりさせるために、図２に示す従来のデザインを有した簡素化され
た原型ヘッドについて最初に説明する。図２の実施形態においては、異なった力をヘッドの異なった部分に加えるため
に機械的なコイルスプリングが用いられている。理論的には、本発明を実施する
ためにスプリングを用いることはできるが、典型的には、エア圧の形の空気圧ま
たは液体圧が所望の領域によりよい圧力の均一性を提供するために用いられる。
この例においてスプリングを用いることは、主として説明の明確性のため、およ
び不必要な従来の詳細構造によって本発明を不明瞭にすることを避けるためであ
る。

【００２９】図２に示す従来のＣＭＰヘッド１５２は、ハウジング頂部２０４と、ハウジン
グおよびＣＭＰヘッドの残りの部分をモータまたは公知の他の回転運動源に接続
する軸２０６とを備えている。典型的には、ハウジング２０４はヘッドの他の構
成要素を囲む環状のハウジング側部２０５を備えており、このハウジング側部２
０５は内部の要素を不必要な露出や摩耗から防ぐために研磨スラリからの保護の
手段を構成するとともにリテーナリング２１４のような他の内部要素用の機械的
なガイドとして機能する。単純な云い方をすれば、リテーナリング２１４および
サブキャリア２１２は、軸２０６が取り付けられる上面２０８、およびリテーナ
リング２１４とサブキャリア２１２が吊り下げられている下面２１０とを有した
平坦で水平なハウジングプレートから吊り下げられていると考えることができる
。

【００３０】サブキャリア２１２は、サブキャリアの上面２１８に接続されるとともにハウ
ジング２０４の下面２１０の円形の穴２２２内に嵌合された球形の取付用ボール
（tooling ball）２２０に向かって延びている軸２１６を介して、ハウジング２
０４の下面２１０に接続されている。取付用ボール２２０は穴２２２内で上下方
向に移動または摺動可能になっており、ハウジング２０４に対して相対的な上下
方向の運動が可能になっている。穴２２２は、好ましくは、取付用ボール２２０
が拘束されることなく動くことができるように取付用ボール２２０より僅かに大
きなサイズになっており、複数の取付用のボールおよび穴がセットされたとき、
ハウジング２０４及び研磨パッド２０６に対するサブキャリアの角度の動き又は
傾斜が起こるように、制御された量の動きが許容されるようになっている。しか
しながら、この嵌合は、ヘッドの正確性を害する過度の動きまたは遊びがないよ
うに充分に密接している。取付用ボール２２０は、軸２０６からの回転がサブキ
ャリア２１２を介して平坦化されているウエハ２３０に伝達されるように、ハウ
ジング２０４とサブキャリア２１２間のトルクの伝達を行なう。本発明を不明確
にする過度の複雑さを避けるために、図面では図示されていないが、リテーナリ
ングの取付用ボールは、リテーナリングをハウジングに接続するために同様に用
いることができる。

【００３１】１又はそれ以上のスプリング２３２が下部ハウジング面２１０とリテーナリン
グ２１４の上面２３４の間に配設されており、頂部ハウジング２０４からリテー
ナリング２１４を分離するように機能している。研磨または平坦化工程中、ハウ
ジングの移動が拘束されるので、最終的な効果はリテーナリング２１４を研磨パ
ッド２２６の上面に対して下方に押圧することである。この特別の実施形態にお
いては、スプリング２３２の型またはスプリング２３２の数は、所望のリテーナ
リング力（ＦＲＲ）またはリテーナ圧力（ＰＲＲ）を得るために調整可能である
。しかしながら、空気圧がリテーナリングを研磨パッド２２６に押圧するために
用いられる場合には、リテーナリングに加わる下方への空気圧は、リテーナリン
グ２１４が研磨パッド２２６を下方に押圧する力を得るために調整可能である。

【００３２】類似の態様においては、１又は２以上のサブキャリアスプリング２３８が下部
ハウジング面２１０とサブキャリア２１２の上面２１８との間に配設されており
、サブキャリアをハウジングから分離しかつサブキャリアを研磨パッドに押圧す
るように作用する。研磨工程中、ハウジング２０８の動きが拘束されるので、最
終的な効果はサブキャリア２１２を研磨パッド２２６の上面に対して下方に押圧
することである。通常、研磨パッド２２６に対してヘッド１５２を移動させかつ
位置決めするために、独立した空気圧シリンダが用いられる。この動きは、例え
ば、平坦化のためにウエハまたは他の基板が装着された後、研磨パッドに近接し
てヘッドを位置決めする（下方に動かす）ために用いられ、また平坦化が完了し
た後、パッド２２６からヘッドを上昇させて離間させるために用いられる。有利
的には、機械的なストッパが移動の下限における基準位置として設けられ、これ
により、妥当な再現性を確保するとともにヘッドまたはウエハへの物理的な損傷
を避けるようにしている。

【００３３】この従来の構造においては、サブキャリアの下面に半導体ウエハ２３０の裏面
２４４を直接に装着するか、あるいは任意の重合体インサート１６０を介して装
着する。

【００３４】図２の従来のＣＭＰヘッドは、リテーナリング２１４のリテーナ圧力（ＰＲＲ
）を研磨パッド２２６に対して加え、少なくとも理論的には、ウエハ２３０の表
面と研磨パッドの表面との間に単一の均一なサブキャリア圧力（ＰＳＣ）を加え
る。当業者であれば理解できるように、回転ヘッドおよび回転パッドに関連する
動力学、局部的なパッドの圧縮性、研磨スラリの分布、及び他の多くのファクタ
ーを含む種々のファクターのために、ウエハは、実際には、その全面にわたって
均一な圧力を受けない可能性がある。ここに記述された詳細な説明に照らして、
当業者には、均一な平坦化圧力は、均一な平坦化の結果を生じることがなく、ま
た、ある制御された平坦化圧力の変動が好ましいということが分かるであろう。
しかしながら、そのような制御は、図２に示すＣＭＰヘッドまたは平坦化方法に
よっては達成できない。

【００３５】本発明は、種々のＣＭＰヘッドの実施形態、および本発明のヘッドおよび他の
ヘッドとともに使用するのに適当な研磨および平坦化の新規な方法を提供する。
各実施形態は、半導体ウエハの少なくとも２つの領域にわたる平坦化圧力を制御
可能に変更するとともに、リテーナリングが研磨パッドを下方に押圧する力を独
立して調整する構造を提供する。リテーナリング圧力の制御がウエハの周縁部で
のウエハと研磨パッドとの間の相互作用に影響を与えるので、このリテーナリン
グ圧力の制御はウエハ平坦化のエッジ特性に影響を与えることが知られている。
この効果は間接的である。というのは、リテーナリング圧力の効果は、ウエハの
下の限られた距離に広げることができるだけであるからである。

【００３６】図３において、本発明のヘッドの３つの関連した実施形態が示されており、各
々の実施形態は、メンブレンと、サブキャリアとメンブレンとの間に形成された
密閉された圧力室（圧力チャンバ）とを備えている。図３Ａは実質的に硬いメン
ブレンバッキングプレート２６を有した実施形態を示しており、図３Ｂは、メン
ブレンバッキングプレート２６１がなく、サブキャリアの力がサブキャリアプレ
ート２１２から環状のコーナリング２６０によって外周面でのみメンブレン２５
０に伝達される実施形態を示している。図３Ｃの実施形態は、環状のコーナリン
グ２６０が削除され、コーナリング２６０がサブキャリアの力を伝達するメンブ
レン２５０の厚い部分２６３によって置き換えられていることを除いて、図３Ｂ
の実施形態に類似している。いくつかの実施形態においては、メンブレンは複合
材料から形成されており、またコーナリング２６０又は他の構造はメンブレンの
エッジ部内に一体に形成され得る。

【００３７】図３Ａに示す本発明のＣＭＰの実施形態の構造を、より詳細に説明する。機械
的なコイルスプリング２３２，２３８は、異なった力をヘッド２０２の異なった
部分に適用することを説明するために用いられている。理論的に、スプリングは
本発明を実施するために使用可能であるが、事実には、エア圧の形をした空気圧
または液体圧がよりよい平坦化の結果をもたらすことが期待される。というのは
、そのような圧力は所望の領域に均一に分布され、かつ圧力がモニタされ、そし
てそのような圧力は時間がたっても変化せず、また機械的なスプリングが必要と
するような、頻繁に行なうメンテナンス調整を必要としないからである。この図
においてスプリングを使用したのは、主に説明の明確性のためであり、本発明に
関連しない従来の構造への説明の必要性を避けるためである。

【００３８】図３に示す本発明のヘッド２０２は、ハウジング頂部２０４と、ハウジングお
よびヘッドの残りの部分をモータまたは公知の他の回転運動源に接続する軸２０
６とを備えている。典型的には、ハウジング２０４は、ヘッドの他の構成要素を
囲むハウジング側部すなわちスカート２０５を備えており、内部の要素を不必要
な露出や摩耗から防ぐために研磨スラリからの保護の手段を構成するとともに、
他の内部要素用の機械的なガイドとして機能している。リテーナリング２１４お
よびサブキャリア２１２は、一般に、軸２０６が取り付けられる上面２０８、リ
テーナリング２１４およびサブキャリア２１２が吊り下げられる下面２１０とを
有したハウジングを形成する水平プレートから吊り下げられている。

【００３９】サブキャリア２１２は、サブキャリア２１２の上面２１８に接続されるととも
にハウジング頂部２０４の下面２１０の円形の穴２２２内に嵌合された球形の取
付用ボール２２０に向かって延びている軸２１６を介して、ハウジング２０４の
下面２１０に接続されている。取付用ボール２２０は穴２２２内で上下方向に移
動または摺動可能になっており、ハウジング２０４に対して相対的な上下方向の
運動（パッドに対する上下方向の動き）を提供するようになっている。穴２２２
は、好ましくは、取付用ボール２２０が拘束されることなく動くことができるよ
うに機械的許容差を有しており、複数の取付用ボールおよび穴がセット（例えば
３セット）されるとき、ハウジング２０４及び研磨パッド２２６に対するサブキ
ャリアの角度の動き又は傾斜が起こるように、制御された量の動きが許容される
ようになっている。取付用ボール２２０は、軸２０６からの回転がサブキャリア
２１２を介して平坦化されているウエハ２３０に伝達されるように、ハウジング
２０４とサブキャリア２１２間のトルク伝達を行なう。本発明を不明確にする過
度の複雑さを避けるために、図示されていないが、リテーナリングは、サブキャ
リアで説明したのと同様な方法で、取付用ボールを用いてハウジングに接続可能
である。トルクまたは回転連結構造および方法の他の形状は、従来公知であり、
これらの構造が使用可能である。

【００４０】１又はそれ以上のスプリング２３２が下部ハウジング面２１０とリテーナリン
グ２１４の上面２３４の間に配設されており、ハウジングからリテーナリングを
分離するように機能し、リテーナリングをパッド２２６に押圧するように作用す
る。研磨または平坦化工程中、ハウジングの移動が拘束されるので、最終的な効
果はリテーナリング２１４を研磨パッド２２６の上面に対して下方に押圧するこ
とである。この特別の実施形態においては、スプリング２３２の型及び／又はス
プリングの数は、所望のリテーナリング力（ＦＲＲ）またはリテーナ圧力（ＰＲ
Ｒ）を得るために調整可能である。しかしながら、空気圧を用いた好ましい態様
においては、リテーナリングに（直接的又は間接的に）加わる下方への空気圧は
、リテーナリング２１４が研磨パッド２２６を下方に押圧する力を得るために調
整可能である。

【００４１】類似の態様においては、１又は２以上のサブキャリアスプリング２３８が下部
ハウジング面２１０とサブキャリア２１２の上面２１８との間に配設され、サブ
キャリアをハウジング頂部２０４から分離するように機能している。研磨工程中
、ハウジング２０８の動きが拘束されるので、最終的な効果はサブキャリア２１
２を研磨パッド２２６の上面に対して下方に押圧することである。下面２４０が
直接に研磨パッド２２６を押圧するリテーナリング２１４とは異なって、本発明
のサブキャリアは研磨パッドには直接に接触せず、本発明の好ましい実施態様で
は、ウエハ２３０の裏面２４４とも直接に接触しない。むしろ、その接触はメン
ブレン、ダイアフラム、または他の柔軟性がある弾性材を介してなされ、他の実
施形態では、その接触は加圧空気または加圧ガスの層を介して部分的に又は全体
的になされる。

【００４２】本発明の構造においては、サブキャリア２１２は、主として、柔軟性のあるフ
ィルム、ダイアフラムまたはメンブレン２５０の取付用の安定したプラットフォ
ームを提供するように機能している。１つの実施形態（図３Ｂおよび図３Ｃ参照
）においては、チャンバ２５１はサブキャリア２１８の下面２５２とメンブレン
２５０の内面または上面２５４との間に形成されている。メンブレン２５０の対
向面または外面２５６は半導体ウエハ２３０の裏面２４４と接触する。他の態様
（図３Ａ参照）においては、チャンバ２５１はメンブレンバッキングプレート２
６１の下面とメンブレン２５０の内面２５４との間に形成されている。力（ＦＢ
Ｓ）すなわち圧力（ＰＢＳ）を有する加圧空気又は加圧ガス、および真空の供給
源は、ヘッド面で又はロータリジョイントを介して取付部２６７に連結され、そ
して、パイプ、チューブまたは他の導管を介してチャンバ２５１に連結されてい
る。

【００４３】図４の別の実施形態においては、メンブレンのみが部分的にウエハ裏面２４４
を覆うかまたはウエハ裏面２４４上に延びており、オリフィス２６５または他の
開口がメンブレン２５０に設けられている。この別の実施形態においては、ヘッ
ド自身の構造によってはチャンバは形成されておらず、むしろ、ウエハ２３０ま
たは他の基板が研磨用のヘッドに装着されるか、チャックされたときのみ、裏面
側の圧力（ＰＢＳ）がウエハ裏面２４４に加わる。

【００４４】図６の別の実施形態においては、ウエハの裏面に流れる空気２８０または他の
ガスの容積はオリフィスを介して調整され、それによって、ウエハが空気２８０
のクッション上をフロート（浮動）するように空気がメンブレン２５０とウエハ
裏面との間から漏れる。

【００４５】図３の実施形態に戻ると、本発明の構造は、外側のメンブレン面２５６の異な
った部分が、エッジ部２８２に対して中心部２８１において異なった圧力でウエ
ハ裏面２４４を押圧することを可能とする（図３Ａ参照）。図３Ｂに示される本
発明の実施形態においては、環状またはリング状のエッジまたはコーナ部材２６
０がウエハの周縁２６２にまたは周縁２６２の近くに配置されている。メンブレ
ン２５０の一部は、実質的に連続したメンブレンをウエハ接触領域に形成するよ
うにコーナ部材２６０に延びているが、コーナ部材２６０がサブキャリア力（Ｆ
ＳＣ）またはサブキャリア圧力（ＰＳＣ）の少なくとも幾分かの成分をウエハ裏
面２５６に伝達するように、コーナ部材２６０は幾分堅い材料から形成されてい
る。コーナ部材２６０は、金属や硬い重合体材料等の非圧縮性または実質的に非
圧縮性材料から形成されるか、または柔らかいプラスチック、ゴム、シリコン又
は同様な材料等の圧縮性すなわち弾性材料から形成されている。コーナ部材２６
０は、また、空気、ガス、流体、ゲル又は他の材料を含む環状のブラダ（袋体）
から形成されており、そして、一定の容積および圧力を有しているか、または空
気、ガス、流体、ゲル又は他の材料の容積及び／又は圧力を変える機構に接続さ
れており、それゆえ堅さ、圧縮性およびこの種の性質が特定の平坦化プロセスに
適合するように調整可能になっている。コーナ部材２６０の特性は、どの程度の
サブキャリア力（ＦＳＣ）がウエハ２３０の裏面２４４に伝達されるかを決定す
る。このコーナ部材２６０の目的は、材料除去およびエッジ効果が制御できるよ
うに、ウエハ２３０の周縁部２６２に加える研磨圧力を、ウエハの残部に加える
研磨圧力とは別に、調整する手段を提供することである。

【００４６】実質的に非圧縮性材料がコーナ部材２６０に用いられるときでさえ、メンブレ
ン２５０の部分はコーナ部材とウエハの内部との間の境界部で生じるエッジ遷移
を最小とするのに有益な圧縮性と弾性を提供する。メンブレン２５０の厚さは、
所望の度合いの堅さと弾性を得るために選択可能である。異なったプロセスが、
異なった特性から有益でさえある。図３の実施形態において示されるコーナ部材
２６０は、矩形の断面を有するものとして図示されているが、この断面は、表面
の輪郭線および圧力の円滑な遷移が得られるように次第に細くなっているか丸く
なっていてもよい。

【００４７】図３Ａの実施形態において、メンブレンバッキングプレート２６１は、ウエハ
２３０の周縁部２８３で環状のコーナ部の機能的な特性を提供し、そしてウエハ
が真空力によってヘッド２０２に保持されているときにはウエハを付加的に支持
する。メンブレンバッキングプレート２６１は、ウエハの保持またはチャッキン
グ動作がされている間、ウエハが受ける反り（曲げ）の量を制限し、ウエハ表面
２４５に形成された痕跡（トレース（trace））および他の構造物内にクラック
が入ることを防止している。

【００４８】下部メンブレンバッキングプレート面２６１（図３Ａ参照）、または下部サブ
キャリア面２６４（図３Ｂおよび図３Ｃ参照）と上部メンブレン面２５４間の空
気圧（例えばエア圧）は、メンブレン２５０を介してウエハ裏面２４４に下向き
の力を与える。本発明の１つの実施形態においては、ウエハの裏面に加わる下向
きの力（ＦＢＳ）は、外部供給源への取付部２６７及び／又はロータリジョイン
トを介して開口、オリフィス、チューブ、導管、パイプまたは他の流通路２７２
を通してキャビティ２５１に連通される空気圧によって発生される。この裏面圧
力は、図３Ｂの実施形態における環状のコーナ部材２６０の内部、図３Ｃの実施
形態における厚いメンブレン部２６３の内部にあるウエハの表面に均一に分布さ
れ、そして、この裏面圧力は、メンブレンバッキングプレートを備えた図３Ａの
実施形態における下部メンブレンバッキングプレート２６１の凹部２７９とメン
ブレン上面２５４間に形成されたキャビティ２５１内にあるウエハの表面に均一
に分布される。

【００４９】サブキャリア下面２５２と、コーナリング部材２６０またはメンブレンバッキ
ングプレートの周縁部に延びかつ接触しているメンブレン２５０の環状部２８５
との間の有効な機械的な連結の結果として、ウエハ２３０は周縁部２８３の近く
でサブキャリアの圧力（ＰＳＣ）に関係した圧力を受ける。メンブレンバッキン
グプレート２６１は、その下面に形成された窪み状の凹部２７９のために、サブ
キャリアの中心領域から機械的な力を伝達しない。ウエハ２３０は、ウエハの中
心部におけるバックサイドプレッシャ（ＰＢＳ）に関係する圧力でエッジ部に向
かって延びている圧力を受ける。コーナ部材２６０の内側の半径に隣接した領域
またはメンブレンバッキングプレート２６１の窪み状の円形の凹部の縁部におい
て、典型的には、２つの圧力（ＰＳＣおよびＰＢＳ）の間の遷移が生ずる。

【００５０】一般に、周縁側のウエハエッジ部の研磨圧力は、中心側の裏面側のウエハ研磨
圧力よりも大きいか、小さいか、または等しくなるように調整される。加えて、
リテーナリング圧力（ＰＲＲ）は、一般的に、ウエハ中心の研磨圧力またはウエ
ハ周縁部の研磨圧力より大きいか、小さいか、または等しい。本発明の１つの実
施形態においては、リテーナリングの圧力は、一般的には、約５ｐｓｉから約６
ｐｓｉの範囲であり、より典型的には約５．５ｐｓｉである。サブキャリア圧力
は、一般的には、約３ｐｓｉから約４ｐｓｉの範囲であり、典型的には、約３．
５ｐｓｉである。ウエハバックサイドプレッシャは、一般的には、約４．５から
５．５ｐｓｉの範囲であり、より典型的には、約５ｐｓｉである。しかしながら
、これらの範囲は単に例示であり、約２ｐｓｉから約８ｐｓｉの範囲にわたって
所望の研磨または平坦化効果を得るために調整可能である。本発明の実施形態に
おいては、リテーナリングアセンブリの重量およびサブキャリアアセンブリの重
量等の機械的な要素の物理的な重量は、有効圧力に貢献し得る。

【００５１】本発明の構造の別の実施形態が図３Ｃに示される。この別の実施形態において
は、コーナ部材２６０は削除され、コーナリングまたはコーナ部材として有効に
作用するメンブレン２５０の厚い部分によって置き換えられる。メンブレンの材
質的な性質およびこの厚い部分の厚さ（ｔ）および幅（ｗ）は、サブキャリア力
のどの部分がウエハ裏面のどの部分に分布されるかを決定する。また、概略矩形
断面の厚いメンブレン壁が図３Ｃの実施形態において図示されるが、厚い部分に
おける他の断面形状すなわちプロファイルは、サブキャリア力の所望の大きさお
よび分布を得るように選択できる。形状を適当に選択することによって、力は不
均一に、すなわち、所望の材料除去特性を達成するために周縁部から半径方向の
距離の関数として分布され得る。コストまたは他の要素を考慮して正当だと理由
づける場合には、厚い壁を通して異なった力を伝達するという特性を得るため、
メンブレンの材質的な性質でさえ（特に厚い壁２６３の領域において）、中心か
ら半径方向の距離の関数として変更し得る。

【００５２】図３の実施形態（後述する各実施形態でも同様）において、直接的に又は実質
上直接的にサブキャリア力がウエハに伝達されるウエハ２３０の領域は、かなり
広い範囲にわたって調整することができる。例えば、メンブレンバッキングプレ
ート材料及び／又はメンブレンバッキングプレートの凹部２７９（図３Ａ）の位
置、コーナ部（図３Ｂ）すなわち厚いメンブレン壁部は、一般的には、周縁部か
ら約１ｍｍから約３０ｍｍの範囲、より典型的には、約２ｍｍから約１５ｍｍの
範囲、そして、より普通には、約２ｍｍから約１０ｍｍの範囲に広がっている。
しかしながら、一般的には、凹部、コーナ部、または厚いメンブレン壁部の幅ま
たは範囲は、物理的な距離についての絶対的な制限によるよりもむしろ、所望の
結果によって決定される。これらの寸法は、テストの間およびウエハプロセスパ
ラメータを設定する間に、実験的に決定できる。２００ｍｍウエハＣＭＰ装置の
１つの実施形態においては、凹部は約１９８ｍｍの直径を有し、別の実施形態に
おいては、凹部は約１８０ｍｍの直径を有する。一般的には、必要とされる寸法
は、機械及び／又はプロセス特性であり、機械の開発および設計の間、またはＣ
ＭＰプロセスのチューニングの間に、実験的に決定される。

【００５３】最後に、スプリングはリテーナリング力（ＦＲＲ）およびサブキャリア力（Ｆ
ＳＣ）を発生するための力発生要素または手段として図示されているが、典型的
には、スプリングは多くの理由のために使用されないであろうということを理解
すべきである。例えば、多数のスプリングが調和するスプリング特性を用意する
ことは、実際に問題があり、特に製造後に何ヶ月も又は何年も経った後に取り替
えが必要であるときに問題がある。また、スプリングの構造は、どうしても動き
の独立性が弱まるようにハウジング、リテーナリングおよびサブキャリアを物理
的に連結するであろう。むしろ、リテーナリング、サブキャリアおよびメンブレ
ンを駆動する空気又は液体の力または圧力が生ずるように、空気又は流体が漏れ
ないチャンバ、または空気圧または液体圧シリンダが設けられる。圧力チャンバ
を用い、そして部材間の物理的な連結を減らす方法は、図１０および図１６の本
発明の好ましい実施形態の詳細な説明、およびこれら実施形態に関連する他の図
面において述べられる。

【００５４】独立したリテーナリングの研磨力、ウエハエッジ部の研磨力、およびウエハ中
心部の研磨力を得る種々の他の実施形態を次に説明する。図４乃至図９に示す本
発明の実施形態の一般的な構造は、図３の実施形態の構造に類似しているので、
主たる相違点のみがここでは説明される。図４の実施形態においては、メンブレン２５０は少なくとも１つの開口又はオ
リフィス２６５を有し、ヘッド、それ自身の構造によっては閉塞されたチャンバ
は形成されていない。むしろ、ウエハがヘッドにチャック（または装着）されか
つ空気圧がオリフィス２６５を介してウエハの背面に導入された後、ウエハを研
磨パッドに押圧するため、ウエハの裏面側の圧力のみが生ずる。メンブレンバッ
キングプレート２６１を有した実施形態が図示されているが、この実施形態は、
図３Ｂおよび図３Ｃにおいて説明したコーナ部材２６０または厚いメンブレンエ
ッジ部２６３によっても行うことができることが理解される。

【００５５】メンブレンバッキングプレートが用いられる場合には、メンブレンバッキング
プレートは、任意であるが都合のよいことには、ウエハを装着しかつ保持するた
めに真空が加えられるときに、ライン２７２内に吸い込まれ、または引き込まれ
る研磨スラリまたは屑を集めるリザーバ２９１を備えている。このリザーバ２９
１は、そのような研磨スラリや屑の堆積によってラインが詰まることを防止する
。また、リザーバのために下方に傾斜した側面２９２を設けることによる利点が
認識され、さらには、随意的にリザーバの最大寸法より小さい開口２９３を設け
ることによる利点も認識される。これらの特徴は、最大にウエハの裏面側の支持
を維持しつつ比較的大きなリザーバの容量を可能とし、かつ液体またはスラリが
ラインから排出されることを容易にする。

【００５６】図５の実施形態において、メンブレンバッキングプレート２６１の外側の対向
面は、表面に加工されるかまたは形成された溝２９４を有しており、真空をウエ
ハの異なった部分に連通させるとともに、ウエハの位置決めが適正か否かの試験
または検知に役立つ。高くなった部分２９５はウエハを支持し、かつ過度の反り
（曲げ）を防止するために設けられている。この変形例は、オリフィスの結果と
して、ウエハの真空装着および保持が弱まるので、好ましい。１つの実施形態で
は、半径方向と円周方向の溝２９４の組み合わせが設けられている。ウエハがヘ
ッドに適正に装着されているか否かを判定するために、ウエハの存在検知用の穴
２９６が任意的に設けられている。真空圧がウエハの背後に形成された場合、ウ
エハは適正に装着されている。しかしながら、真空が形成され得ない場合には、
ウエハが存在しないか又はウエハが適正に装着されていないことになる。そのよ
うな溝付きのメンブレンバッキングプレートの詳細は、図１６の実施形態に関連
して説明し、特に図１７および図１８で示す特定のメンブレンバッキングプレー
トの詳細について説明する。

【００５７】図６の実施形態は、少なくとも１つの開口またはオリフィス２６５を有したメ
ンブレン２５０を用いており、ウエハの表面から所望の材料の除去を行なうため
に圧力を制御することに加えて、ウエハ裏面２４４とメンブレンの外面２５６と
の間に空気（又はガス）の層を維持するように空気または他のガスが流れるよう
に調整される。この実施形態においては、ウエハは空気層上に支えられる。図面
では単一のオリフィス２６５のみが図示されているが、複数または多数のそのよ
うなオリフィスを使用することができる。余分な空気２８０はウエハの周縁でウ
エハとメンブレンとの間から流出する。空気を集めかつ戻すことが望ましい場合
に、追加の導管がリテーナリングの界面に設けられる。矢印は、ウエハの裏面上
の空気の流れおよびウエハの周縁からの空気の流れを示している。

【００５８】図７の実施形態は、図３の実施形態の変形であり、ウエハ裏面２４４を押圧す
る複数の圧力チャンバを提供する（この実施形態においては、力ＦＢＳ１，ＦＢ
Ｓ２およびその対応する圧力を発生する２つの圧力チャンバ。図７Ａの実施形態
においては、図３Ａの実施形態が第２バッキングプレート２６１−２と第１メン
ブレン２５０−１の内側にあるメンブレン２５０−２の組み合わせとを設けるこ
とにより変形されている。エッジ圧力およびリテーナリング圧力の制御に加えて
、ウエハの中心部への圧力が分離して制御可能であるように２つの構造部は中心
部で重なっている。中心チャンバ２５１−２およびメンブレン２５０−２の部分
は、より大きな外側のメンブレン２５０−１のために設けられたバッキングプレ
ート２６１−１に類似したバッキングプレート２６１２を有するように図示され
ているが、異なったバッキングプレートの構造またはバッキングプレートがない
構造も用いることができる。例えば、チャンバを形成する単純なメンブレンを用
いることもできる。一方または両方のメンブレンは極めて薄く、それゆえ、ウエ
ハの裏面２４４に対するメンブレン２５０−１，２５０−２の厚さおよび間隙は
極めて小さく、そして、構造を図示するため図７Ａでは誇張して描かれている。
１つの実施形態においては、２つのメンブレンの組み合わさった厚さは、これよ
り薄い組み合わせも厚い組み合わせも用いることができるが、約０．５ｍｍから
約２ｍｍにすぎない。他の実施形態においては、異なった圧力チャンバからのメ
ンブレンは重なっているよりもむしろ接しており、分離用仕切りまたは壁が多数
のチャンバを分離しており、典型的には環状に形成されたチャンバを分離してい
る。これらの多数のチャンバの実施形態においては、隣接する環状の圧力室また
は領域間に配置された分離壁が極めて薄いので、分離壁は領域の境界で圧力の不
連続性を起こすことが少ない。他の実施形態においては、隣接する環状の領域を
分離する壁は厚い部分を有することができる。

【００５９】図７Ａの構造の変形例が図７Ｂに示され、この図７Ｂはリテーナリング２１４
およびサブキャリア２１２の部分のみを示し、ＣＭＰヘッド２０２の他の部分を
示していない。本実施形態においては、外側またはエッジ部の遷移チャンバ２５
１−１は第１圧力を受け、内側または裏面圧力チャンバ２５１−２は第２圧力を
受ける。リテーナリング２１４は第３の圧力（図示せず）を受ける。本発明の他
の実施形態に関連して説明したように、エッジ遷移チャンバ２５１−１および裏
面チャンバ２５１−２の一方または両方は開口またはオリフィスを有してもよい
。エッジ遷移チャンバ２５１−１が開口を含むとした場合には、そのような開口
は内側の裏面チャンバ２５１−２に隣接した環状リング（図示せず）として、都
合よく、設けられる。この特別の実施形態においては、内側および外側のメンブ
レン２５０−１，２５０−２は必ずしも重なっているわけではなく、内側のメン
ブレンは円形であり、外側のメンブレンは内側のメンブレンを取り囲む環状であ
る。

【００６０】多数の中心圧力または異なった圧力を制御する概念の異なった変形例は、図８
に示す実施形態によって提供される。この実施形態においては、環状で実質的に
チューブ状の圧力リングまたはブラダ（袋体）２５５が、メンブレンバッキング
プレート２６１またはサブキャリア２１２の部分間に配設され、典型的には、サ
ブキャリア内の溝２５７内に配設されており、加圧されたチューブまたはブラダ
２５７は、追加の材料を除去するために好ましいある領域に、付加的な圧力を提
供するために用いられる。流路２５９は加圧空気（ＦＢＳ２）または他の流体を
外部供給源からチューブ状のブラダ２５７に連結する。加圧されたときに、チュ
ーブは内側のメンブレン面２５４を押圧し、チャンバ２５１による平坦化圧力（
ＰＢＳ１）を局部的に増加させる。

【００６１】図９の実施形態は、複数の隣接している又は実質的に隣接している同心状のチ
ューブ状の圧力リングまたはブラダ２５５を設けて、この概念をさらに広げてお
り、これにより、ある領域が周囲の領域よりもより高い又はより低い圧力で研磨
されまたは平坦化されるようになっている。実質的に円形断面を有したチューブ
状のリングまたはブラダが図示されているが、図８および図９の実施形態の両方
において、チューブの形状は、メンブレンに対して、ひいてはウエハ２３０に対
して、所望の圧力または力のプロファイルを有するように選択される。加圧ガス
、または加圧流体（ＦＢＳ１，ＦＢＳ２，ＦＢＳ３，ＦＢＳ４，ＦＢＳ５）は、
ウエハ表面の全域にわたって所望の研磨圧力のプロファイルを提供するように調
整される。１つの実施形態においては、チューブは略円形状の断面を有し、好ま
しい実施形態においては、チューブは矩形の断面を有し、チューブの実質的に平
坦な面はメンブレンに対して押圧される。図９の実施形態において、環状のチュ
ーブは内径と外径間で異なった半径方向の範囲または幅を有してもよい。

【００６２】これらいくつかの実施形態の各々が個別に説明されたが、当業者には、ここに
説明された詳細な説明から、本発明の範囲から逸脱することなく、１つの実施形
態の要素および特徴は他の実施形態の要素および特徴と組み合わせることができ
るということは明らかである。

【００６３】上述の実施形態は、特定の実施の詳細によって明らかにされるＣＭＰヘッドの
いくつかの重要な特徴を図示している。これらの実施形態の作用における構造が
理解されたら、図１０および図１６の実施形態の構造、平坦化法および利点が容
易に理解されるであろう。

【００６４】図２の従来のデザインにおける下部のサブキャリア面２６４とウエハの裏面２
４４間に配置された従来の重合体インサート１６０を用いた類似のヘッドをみる
と、この従来の構造においては、ウエハ２３０の裏面２４４に対して働く圧力は
均一である（または、少なくとも均一であるように意図されている）。ウエハの
中心部に加えられる圧力またはリテーナリング２１４による研磨パッド２２６の
上面に加えられる圧力に対するウエハの周縁部または周縁部近傍に加えられる圧
力を変えるために、何ら構造または機構は設けられてはいない。

【００６５】図３乃至図９に関連して本発明のいくつかの実施形態を、図２に示される構造
のような従来の構造および平坦化方法と比較して説明したが、以下に本発明の２
つの好ましい実施形態のより詳細な説明をする。第１の実施形態は薄いメンブレ
ンおよび密閉された圧力チャンバ（図１０）を用いており、第２の実施形態（図
１６）は開口したオリフィスを有するメンブレンを備えている。図３および図５
に関連して説明した実施形態に類似しているが、これら二つの実施形態は、図３
および図５の実施形態に対して付加的な特徴および利点を有している。ここで、
詳細な説明に照らして当業者は、図５乃至図９の実施形態に関連して説明した代
替の態様は図１０乃至図１６の実施形態に対してもなし得るということを認識す
るであろう。

【００６６】ウエハの外周縁に比較的固いゴム製のリングを設け、サブキャリア圧力を加え
ることによって、周縁部での材料の除去量は、基板の中心部に対するような周縁
部の内側の領域における材料の除去量に対して制御可能である。サブキャリアの圧力は、ゴムリングを圧力密閉シールを形成するウエハ裏面に
対して押圧する。ゴムリングを介してエッジ部でウエハを押圧することにより、
ウエハ内部又は中心部の研磨速度に対してウエハエッジ部の研磨速度の制御が可
能となり、これゆえ、エッジの不均一性が制御可能で制限されたものとなる。ダ
イアフラムを用いてウエハの裏面圧力を得るヘッドのデザインにおいては、公知
の従来のＣＭＰヘッドでは、内部領域に対して周縁部において異なった圧力の適
用を可能とする構造を提供していない。本発明の構造においては、裏面側圧力に
対してより高いサブキャリア圧力は、ウエハの中心に対してエッジ部から除去さ
れる材料の量を増加させ、裏面側圧力に対してより低いサブキャリアの圧力は、
中心に対してエッジ部から除去される材料の量を減少させる。これら２つの圧力
は、均一または実質的に均一な材料の除去を実現するために、または先の製造プ
ロセスが不均一性を導入している場合には先に導入された不均一性を補償するエ
ッジ部から中心部までの材料の除去プロファイルを実現するために、調整可能で
ある。

【００６７】本発明のこれらの実施形態においては、サブキャリア圧力チャンバを均一にゴ
ムリングに連通させ、ひいてはウエハのエッジ近くの領域に連通させる安定した
要素を主として提供するために、サブキャリアが用いられている。（本発明の実
施形態は、絶対的に均一な圧力が要求されないように、すなわち提供されないよ
うに、エッジ部での圧力を調整するために設けられているという。）下方への圧
力がゴムリングを介してウエハに加えられる周縁部での適度な平坦性の要求を除
いて、サブキャリア面の平坦性および平滑性は重要ではない。それゆえ、サブキ
ャリアは精度が低くコストが低い部品でよい。

【００６８】これらの構造は、半導体ウエハ等の基板または他の被加工物の表面を研磨する
ための研磨（平坦化）装置、機械、または工具（ＣＭＰ工具）を提供する。装置
は、回転可能な研磨パッドと、基板を受け入れ、かつ基板を研磨パッドに対して
位置決めするウエハ又は基板の受け入れ部を有したウエハサブキャリアと、第１
押圧部材および第２押圧部材を有したウエハ押圧部材とを備えている。第１押圧
部材はウエハのエッジ部を研磨パッドに対して押圧する第１負荷圧力を加え、第
２押圧部材はウエハの中心部をパッドに対して押圧する第２負荷圧力を加え、こ
の第１および第２負荷圧力は異なっている。このウエハサブキャリアとウエハ押
圧部材は個別に使用可能であるが、本発明の好ましい実施形態においては、研磨
装置は、ウエハサブキャリアを取り囲むリテーナリングと、リテーナリングを研
磨パッドに押圧する第３負荷圧力を加えるリテーナリング押圧部材とを備えてい
る。第１、第２および第３負荷圧力は独立して調整可能である。

【００６９】図１０に示す本発明のヘッド３０２は、上部ハウジングプレート３０８、下部
ハウジングスカート３１０および内部ハウジングプレート３１２を有したハウジ
ング３０４を備えている。上部ハウジングプレート３０８は、軸取付カラー３１
６を介してネジまたは他の締結具３１２，３１４によって軸３０６に取り付けら
れている。単純な軸３０６が図示されているが、軸３０６は従来の一般的なデザ
インであり、例えば軸を研磨装置の残りの部分に回転可能に装着するベアリング
（図示せず）と、ガス及び／又は流体を、ガスまたは流体の固定供給源からヘッ
ドに連通させるための１又は２以上のロータリジョイント３０５とを備えている
。本発明のヘッド構造とともに用いることが可能な軸およびロータリジョイント
の型の例が、ボロダルスキらによる「水ポリッシング装置における流体を連結す
るためのロータリジョイント」という名称で、譲受人が三菱マテリアル株式会社
である米国特許第５，４４３，４１６に図示されている。

【００７０】上述した実施形態においては、上部ハウジングプレート３０８は安定した機械
的なプラットフォームを提供し、このプラットフォームからリテーナリングアセ
ンブリ３２０およびサブキャリアアセンブリ３５０が吊下されるか、又はこのプ
ラットフォームにリテーナリングアセンブリ３２０およびサブキャリアアセンブ
リ３５０が装着されている。下部ハウジングスカート３１０は、研磨スラリのヘ
ッド内部への侵入を防ぐなどのように、リテーナリングアセンブリ３２０の外周
部への保護を提供し、リテーナリングアセンブリ３２０の水平動を制御または制
限し、かつ柔軟性のあるリテーナリングアセンブリ装着リング３２３の半径方向
外側のエッジ部３２４を上部ハウジングプレート３０８にクランプするように作
動する。

【００７１】内部ハウジングプレート３１２は上部ハウジングプレート３０８の下面に取り
付けられ、柔軟性のあるリテーナリングアセンブリ装着リング３２３の半径方向
内部のエッジ部３２６を上部ハウジングプレート３０８にクランプするように作
動する。内部ハウジングプレート３１２は、また柔軟性のあるサブキャリアアセ
ンブリ装着リング３２７の半径方向内側のエッジ部３２８を内側ハウジングプレ
ート３１２にクランプするように作動し、かつ上部ハウジングプレート３０８へ
の直接の接続によって、前記柔軟性のあるサブキャリアアセンブリ装着リング３
２７の半径方向内側のエッジ部３２８を上部ハウジングプレート３０８にクラン
プするように作動する。

【００７２】図３および図４の実施形態は、単純な１つの部材である概略円筒形および環状
のサブキャリアとリテーナリングに関連して説明したが、本実施形態はこれらの
機能を果たすために複数の構成要素からなるより複雑なアセンブリを提供する。
これゆえ、リテーナリングよりもリテーナリングアセンブリについて言及し、か
つサブキャリアよりもサブキャリアセンブリについて言及する。既述した構造お
よび作用的な原理はこれらの追加の実施形態にも当てはまり、図３乃至図９に図
示された実施形態に対して説明した本発明の特徴は、図１０および図１６におけ
る実施形態に対して説明される特定の実施の詳細によってさらに詳しく説明され
ている。

【００７３】リテーナリングアセンブル３２０は、半径方向の内部エッジ３１５に沿ってウ
エハポケット３３４を形成することによって、パッド２２６の水平面内でウエハ
２３０の限定された動きを許容し、下部リング摩耗面３２２で研磨パッド２２６
に接触するリテーナリング３２１を備えている。リテーナリングアセンブリ３２
０は、また、下面３３７および上面３３８を有した概略環状の支持プレート３３
６を備えている。下面３３７はリテーナリング３３８の上面（摩耗面３２１の反
対側の面）に取り付けられ、かつ支持プレートは下面から上面３３８に向かって
上方に延びている。そして、上面３３８はクランプ３４０の下面３３９と協働し
てリテーナリング支持プレート３２２を概略環状のリテーナリング支持連結要素
３２５を介してハウジング３０８に可動に取り付けている。

【００７４】本発明の一実施形態においては、リテーナリングの圧力はリテーナリングの摩
耗を補償する。矩形でないリテーナリングが摩耗すると、パッドに接触する表面
の面積が時間の経過とともにおよび摩耗とともに変化する。結果として、プロセ
スのために設定された圧力（例えば５ｐｓｉ）は意図した効果を有さず、より大
きな表面に適合するように望ましく変更される。面取りされた外周縁を提供する
ような矩形でないリテーナリングの形状は、研磨スラリのウエハおよびウエハ下
方のパッドへの分布を向上させるので、好ましい。この方法によれば、スラリの
扱いが容易となる。それゆえ、リテーナリングの圧力は、ウエハのエッジ部での
サブキャリアの圧力およびウエハのより中心領域での裏面側圧力の両方に対して
、独立して制御可能である。好ましくは、リテーナリング摩耗圧力補償は、例え
ば、処理されたウエハの数、作動時間、手作業による計測、またはリテーナリン
グ摩耗の実際の量を検知するセンサに基づいて、自動化され、コンピュータ制御
される。

【００７５】１つの実施形態においては、リテーナリング支持要素３２５は、柔軟性のある
ゴム状材料（ＥＰＤＭ材）によってモールドされ、クランプ３４０のいずれかの
側に２つの環状溝部３４１，３４２を形成している。これらの２つの溝部は、断
面において、湾曲したループとして表れ（図１２において詳細を示す）、かつハ
ウジング３０４およびサブキャリアアセンブリ３５０に対して、リテーナリング
アセンブリの比較的摩擦がない縦方向の動きを提供する。さらに、この種の支持
要素３２５は、リテーナリングアセンブリ３２０およびサブキャリアアセンブリ
３５０の動きを分断し、これゆえ、摺動面で発生する可能性のある摩擦を除いて
、リテーナリングアセンブリ３２０およびサブキャリアアセンブリ３５０の動き
は独立かまたは実質的に独立である。

【００７６】ハウジング３０４に対するリテーナリングアセンブリ３２０の吊り下げは、上
部ハウジング３０８の部分と下部ハウジングスカート３１０との間に半径方向外
側のエッジ部３２４をネジ３４４または他の締結具でクランプすることによって
、少なくとも部分的に行なわれる。類似した方法では、半径方向内側のエッジ部
３２６は、上部ハウジング３０８の他の部分と下部ハウジングスカート３１０と
の間にネジ３４５または他の締結具によってクランプされる。支持要素３２５の
中間部３４３は、リテーナリング支持プレート３３６の上面とクランプ３３９の
間にネジ３４６または他の締結具を用いてクランプされる。好ましくは、ハウジ
ング３０４のエッジおよびコーナ部、リテーナリング支持プレート３３６および
クランプ３３９は、支持要素へのストレスを減らし、かつ摩耗を防止して要素の
寿命を長くするために、接触点でリテーナリング支持要素３２５の公称の曲率に
近づけるために丸くされている。溝部またはループ３４１，３４２は、リテーナ
リングアセンブリ３２０が上下方向（研磨パッドに対して上下）にある範囲を動
くことができるようなサイズになっている。

【００７７】リテーナリングアセンブリ３２０の動きは、有利には、ウエハの装着、ウエハ
の取り外し、およびポリッシング工程のために充分である予め定めた範囲の動き
に限定されている。その動きの範囲を限定するために用いられる種々の干渉機械
構造があるが、図１０の実施形態においては、リテーナリング支持プレート３３
６のノッチ３４８は、内部ハウジングプレート３１２から延びる係合用突起３４
９と接触するために設けられ、これによって、予め定めた範囲を超えてリテーナ
リングアセンブリが動くことが防止されるようになっている。好ましくは、その
ような限度を超える範囲の保護は、内部部品、特にリテーナリング支持要素３２
５を損傷又は時期尚早な摩耗から保護するために設けられている。例えば、リテ
ーナリングアセンブリの全体の重量がリテーナリング支持要素３２５によって支
持されるとした場合には、リテーナリング支持要素３２５は損傷を受けやすいか
、又は少なくとも時期尚早な摩耗を受けやすい。

【００７８】リテーナリング支持要素３２５の実施形態が図１１に示されており、図１１は
中間部３４３、内側および外側ループまたは溝部３４２，３４３、および半径方
向内側および外側エッジ部３２４，３２６を示す要素の部分的に半分断面された
斜視図である。サブキャリアアセンブリ３５０は、サブキャリア支持プレート３５１、支持プ
レート３５１にネジ３５３または他の締結具によって取り付けられたメンブレン
バッキングプレート３５２、メンブレン２５０、および１つの実施形態において
はメンブレンバッキングプレート３５２の下部または外面３５５とメンブレン３
５０の内面３５６との間に形成されたバックサイドプレッシャチャンバ３５４と
を備えている。バックサイドプレッシャチャンバ３５４の他の実施形態は、本発
明によって提供され、かつ以下に詳細に説明される。

【００７９】サブキャリアアセンブリ３５０は、好ましくは、ヘッドが研磨パッド２２６か
ら離れて上昇する場合、ハウジングからサブキャリアアセンブリが延びすぎるこ
とを防止するため、支持プレート３５１に取り付けられ、かつ内部ハウジングプ
レート３１２の穴を介して内部ハウジングプレート３１２の停止面３５９と干渉
的に相互に作用しあうストッパネジ又はストッパボルト３５８の形をした機械的
ストッパ３５８を備えている。ストッパボルト３５８は、ローディング（装着）
、アンローディング（取り外し）、ポリッシング（研磨）の間、ヘッド内でサブ
キャリアの適当な範囲の動き、すなわちヘッドの内部要素が延びすぎによって損
傷する程度には大きな範囲の動きではないが妥当な範囲の動きを提供するために
選択される。例えば、リテーナリングアセンブリによるように、サブキャリアア
センブリ３５０の全体的な重量がサブキャリアアセンブリ支持要素３６０によっ
て支持されるとした場合には、サブキャリア支持要素３６０は損傷を受けやすく
いか、または少なくとも時期尚早な摩擦を受けやすい。

【００８０】図３および図４の実施形態で説明したように、取付用ボールまたはキー、スプ
ライン、シム、ダイアフラムなどの同等な機械的な構造は、回転運動のために、
ハウジング２０８をサブキャリアアセンブリ３５０およびリテーナリングアセン
ブリ３２０に連結するために用いることができる。

【００８１】１つの別の実施形態においては、図１２に示されるように、金属（例えば、薄
いステンレススチール）などの材料からなる薄いシート３２９がトルクをリテー
ナリングアセンブリおよびサブキャリアアセンブリに伝達するために用いられる
。この構造は、連結された部材間で回転およびトルクを伝達している間、ハウジ
ングと取り付けられたリテーナリングアセンブリまたはサブキャリアアセンブリ
との間の相対的な上下方向の動きを許容する。金属製の連結部３３９等のデザイ
ンは、トルクが一方の回転方向にのみ伝達されるが、ヘッドが一方向に回転する
ので、この限定は問題がないというようなデザインである。他のダイアフラム型
の連結部は、ハウジングをリテーナリングアセンブリ及び／又はサブキャリアア
センブリに連結するために用いることができる。ここで説明される本発明の特徴
は、何ら特別のリテーナリングまたはサブキャリア支持システムに限定されるこ
とはない。

【００８２】ハウジング、リテーナリングアセンブリおよびサブキャリアアセンブリの機械
的な構造は、ＣＭＰヘッドの設置面積を減少させるように設計されている。例え
ば、リテーナリング支持プレートの一部は、サブキャリアプレートの一部と重な
っている。機械的構造のこれらの態様および他の態様は、ヘッドのサイズを小さ
くし、かつより小さなＣＭＰ装置を可能とする。

【００８３】サブキャリアアセンブリ支持要素３６０の半径方向外側部３６１は、第１クラ
ンプ３６７によってサブキャリア支持プレート３５１の上面３６６に取り付けら
れている。クランプ３６７は、例えば、半径方向外側部３６１に重なるとともに
支持要素３６０の穴３６４を介してネジ３６９によってサブキャリア支持プレー
ト３５１に固定されている環状のリング３６８を備えることができる。サブキャ
リアアセンブリ支持要素３６０の半径方向内側部３６２は、第２クランプ３７１
によって下面３７０に取り付けられている。第２クランプ３７１は、例えば、半
径方向内側部３６２に重なるとともに支持要素３６０の穴３６４を介してネジ３
７２によってサブキャリア支持プレート３５１に固定されている環状のリング３
７１を備えることができる。

【００８４】本発明のＣＭＰヘッドの詳細な部分は図１３に示されており、この図１３は、
他の特徴の中で、サブキャリアアセンブリ支持要素３６０の具体例としての構造
を示している。この要素は、部分的に半分断面された斜視図として図１４に示さ
れている。特に、図１４は環状ループまたは溝部の形状をした中間部３６３、お
よび半径方向外側および内側エッジ部３６１，３６２を備えた要素３６０を示し
ている。湾曲したループの形をした断面として見える環状の溝部３６３は、ハウ
ジング３０４およびリテーナリングアセンブリ３２０に対してサブキャリアアセ
ンブリの相対的に摩擦がない上下方向の動きを提供する。さらに、この種の支持
要素３６０は、好ましくは、リテーナリングアセンブリ３２０およびサブキャリ
アアセンブリ３５０の動きを分断し、これゆえ、その動きは、摺動面で起こり得
る無視できる摩擦干渉を除いて、独立である。支持要素３６０は、優れた耐化学
性および動特性を有した一般的な目的のゴム材料であるＥＰＲとしても知られて
いるＥＰＤＭから形成することができる。ＥＰＤＭの一つの変種体は８００ｐｓ
ｉの引張強度と、５５から６５の公称デュロメータとを有している。

【００８５】メンブレンバッキングプレート３５２の上面３８０は、ネジ３５３または他の
締結具によってサブキャリア支持プレート３５１の下面３８１に取り付けられて
いる。１つの実施形態においては、バッキングプレートの下部または外面３８２
（メンブレン３５０に面した面）は、メンブレン３５０がメンブレンバッキング
プレート３５２に取り付けられたとき、メンブレンのみがバッキングプレートの
エッジ部近くの半径方向の外周部でバッキングプレートに接触するように、凹部
またはキャビティ３８３を備えている。図１０の実施形態において、メンブレン
３５０とメンブレンバッキングプレート３５２間の分離又はキャビティ３８３は
チャンバを形成し、このチャンバ内に空気圧又はエア圧（正圧および負圧または
真空）が導入されて、ヘッドの所望の操作を行なうことができる。

【００８６】図１６に関して説明した別の実施形態においては、メンブレンは、囲い部すな
わちチャンバが形成されず、むしろ圧力がウエハの裏面に直接に加わるように少
なくとも１つの穴またはオリフィス２６５を有している。後者の実施形態におけ
るメンブレン３５０は、ヘッドへのスラリの汚染を制限するため、およびヘッド
に対してウエハをシールまたは部分的にシールするのに役立つために用いられて
いる。

【００８７】単純化された図３及び図４の実施形態の詳細な説明に記載されているように、
所定の材料特性を有したコーナ部２６０、凹部２７９を有したメンブレンバッキ
ングプレート２６１、またはメンブレン自身の厚くなった部分２６３が、所望の
力を周縁部に近いサブキャリアから伝達するために用いられている。同様な効果
が、メンブレンバッキングプレート３５１のみによって提供されるか、またはメ
ンブレン２５０と協働するメンブレンバッキングプレート３５１によって提供さ
れ、このメンブレン２５０は、メンブレンバッキングプレート２５２の全域に広
げられ（円筒状のフレームを覆うドラム表皮のように）かつクランプ要素として
のメンブレンバッキングプレート３５１およびサブキャリア支持プレートの下面
とを用いて取り付けられている。

【００８８】１つの実施形態においては、メンブレン２５０はＥＰＤＭまたは他のゴム状材
料によってモールドされている。しかしながら、他の材料も用いることができる
。例えば、シリコンゴムも同様に用いることができるが、ある環境においては、
シリコンゴムはシリコンウエハにはり付いてしまう場合がある。メンブレンの材
料は、約２０から約８０、より典型的には約３０から約５０、そして、通常、約
３５から約４５のデュロメータを有することが良く、４０のデュロメータは多く
の場合、最良の結果を与える。デュロメータは、重合体材料の硬さの測定値であ
る。低いデュロメータは高いデュロメータの材料よりも柔らかい材料であること
を表している。材料は、弾性的であることがよく、かつ良好な耐化学性を有し、
かつＣＭＰの平坦化環境における操作に適合した他の物理的および化学的特性を
有することがよい。

【００８９】１つの実施形態においては、メンブレン２５０，３５０は、設置される間、所
望の設置サイズでフルサイズ（１００％）に広げられたものよりも、約０％から
約５％だけ直径が小さく、より一般的には、約２％から約３％だけ直径が小さく
作られており、特に低いデュロメータ材料の場合には、そうである。それゆえ、
製造時のメンブレンの直径は、設置されたときに広げられてぴんと張られるよう
に設置時の直径よりも小さい。

【００９０】円形のメンブレン２５０の１つの実施形態が図１５に示されている。メンブレ
ン２５０は、製作時に、約０．２ｍｍから約２ｍｍ、より一般的には約０．５ｍ
ｍから約１．５ｍｍの公称厚さを有しており、１つの特別な実施形態では約１ｍ
ｍの厚さを有している。これらの寸法は、一定の厚さを有したメンブレンの中心
部のものであり、上述したいくつかの実施形態の周縁部または周縁部近くの厚く
なった部分は含んではいない。メンブレンは、特定の実施状態に応じて、コーナ
リング又はメンブレンバッキングプレート２６１の外周縁に取り付けられている
。

【００９１】ウエハの裏面に実際に接触するメンブレンの量は、エッジ除外条件、入ってく
るウエハの均一性、エッジ部の差動圧力がなく操作されたとした場合ＣＭＰプロ
セスの研磨の不均一性、および他のファクタに応じて変えることができる。典型
的な状況においては、ウエハ裏面と接触しているメンブレンの量は、約０．５ｍ
ｍから約２０ｍｍの間、より典型的には、約１ｍｍから約１０ｍｍの間、そして
、通常は、約１ｍｍから約５ｍｍの間で変わる。しかしながら、これらの範囲は
、プロセスの不均一性を修正するための必要性から生じ、本発明の構造も方法も
これらの範囲に限定されるものではない。例えば、サブキャリアの圧力を直接に
ウエハの外側の５０ｍｍの領域に加えるという理由があったとしたならば、本発
明の構造および方法は、その状況のために即座に適合可能である。

【００９２】サブキャリアの圧力をウエハのエッジ部に伝達するため、環状またはリング状
のコーナインサートを用いる本発明の実施形態においては、メンブレンは底部お
よび側壁部において実質的に均一な壁の厚さを有している。しかしながら、厚い
メンブレンの側壁それ自体が力の伝達手段として用いられる場合には、側壁の厚
さは、サブキャリアの力が直接にウエハに加えられるべきである距離と一致させ
るべきである。単純な云い方をすれば、サブキャリアの力がウエハの外側３ｍｍ
に加えられることが望ましい場合には、膜の側壁の厚さは３ｍｍがよい。サブキ
ャリアの力が加えられるべき所望の面積又は領域とメンブレン側壁の厚さとの間
に正確に１対１の関係がなくともよいということも認識されるであろう。隣接す
る領域間の力または圧力の伝達の遷移は、突然の圧力の不連続性を避けるために
ある状況において期待されるか、確かに要求されさえする。また、サブキャリア
圧力とウエハ裏面の圧力との間で所望の圧力の遷移を得るために、サブキャリア
の力が加えられるべきである距離よりも幾分少ないか多いメンブレン側壁の厚さ
を提供することが、常にではないが、好ましい場合がある。例えば、ある場合に
は、直接のサブキャリアの圧力が加えられるべき公称３ｍｍ幅のウエハの外周縁
領域のために、メンブレンの側壁部の厚さは約２ｍｍから約４ｍｍの範囲がよい
。これら特定の数値は単に具体例であり、最良の寸法は、メンブレンの材料、平
坦化圧力、研磨パッドの特性、スラリのタイプ等の要素に依存し、そして、一般
的に、ＣＭＰ装置およびプロセスを開発している間に実験的に決定される。

【００９３】一般的な意味では、理論的な助けなしでも、ＦＳＣ＞ＦＢＳである場合、サブ
キャリア圧力（ＦＳＣ）はウエハのエッジ部の圧力に重なり、これゆえ、ウエハ
エッジ部はサブキャリア圧力（ＦＳＣ）を受け、ウエハの中心部は裏面圧力（Ｆ
ＢＳ）を受ける。ＦＳＣ＜ＦＢＳである場合、裏面圧力（ＦＢＳ）は、それが充
分に大きいとき、サブキャリア圧力（ＦＳＣ）に対して支配的な影響力をもつ。
しかしながら、典型的には、ＣＭＰヘッドはＦＳＣ＞ＦＢＳの状態で操作され、
それゆえ、ウエハの周縁部で除去される材料の量は、中心部で除去される材料の
量より少ない。相対的な圧力、直径、および材料の性質は、所望の平坦化の結果
を得るために調整される。

【００９４】以下に、圧力領域、圧力室（圧力チャンバ）、およびシステムの異なった部分
に加えられる圧力について説明する。要約すると、リテーナリングの圧力は、リ
テーナリングの下部摩擦面を研磨パッドに押圧するために加えられ、サブキャリ
アの圧力は、ウエハの半径方向外側の周縁部に加えられ、ウエハの裏面圧力（ま
たは真空）は、ウエハの中心部の背面部に加えられる。１つのさらなる加圧ライ
ンまたはチャンバは、有利には、ヘッドに移動する可能性のある研磨スラリおよ
び屑を洗い流すためのヘッドフラッシュ用に用いる。１又は２以上の付加的な圧
力領域は、付加的に、ウエハの裏面の中心の円形領域、またはウエハの裏面の中
心領域と外周領域との間の環状の領域に加えることができる。このような、膨ら
ますことができる一般的に環状のチューブまたはリング形状のブラダ（袋体）を
用いた実施形態は、ここにおいて、加圧流体をヘッドのこれらの領域および他の
領域に連通させるためのロータリジョイントを備えるものとして説明される。まさに説明した実施形態においては、裏面圧力チャンバ３５４は、概略、メン
ブレンバッキングプレート３５２の外面３５５とメンブレン３５０の内面３５６
との間に形成されている。

【００９５】図１６の本発明の実施形態に着目すると、この実施形態は、図４に関連して説
明した実施形態と類似したオリフィスを有したメンブレンを備えている。サブキ
ャリア圧力が直接に加えられるウエハの周縁部近くを除いて、ウエハの裏面に必
ず接触しているメンブレンがなく、裏面圧力が直接にウエハに加えられるように
、メンブレン圧力穴またはオリフィスがメンブレン２５０に設けられている。こ
の実施形態において、研磨中、ウエハの中心部に覆いかぶさっているメンブレン
は、主として圧力／真空シールを形成するために用いられている。すなわち、ウ
エハのローディング（装着）およびアンローディング（取り外し）の操作の間、
ウエハがヘッドに保持されているときである。メンブレンのオリフィスのサイズ
は、数ｍｍからサブキャリアプレートの外径近くまで延びる直径まで変化する。

【００９６】図４の実施形態について説明したように、ウエハのローディングの間、リザー
バは研磨スラリが圧力／真空ラインに吸い込まれることを防止している。リザー
バのエッジ部を傾斜させることによって、ヘッドからのスラリの排出を容易に行
なうことができる。リザーバに吸入されるスラリの量は、ごくたまにクリーニン
グが必要とされる程度に、少ないことが予期されている。そのようなクリーニン
グは手作業で行うことができ、また流れ、すなわち加圧空気、水、又は空気と水
の組み合わせたものを噴出することによって行うことができ、これによってライ
ンとリザーバとを清掃することができる。

【００９７】メンブレンオリフィスの存在は、ウエハ裏面への真空の伝達を幾分複雑にする
とともに、真空圧力の形成を検出することによってなされる適正なウエハの装着
の検出を複雑にする。メンブレンバッキングプレートの凹部が浅い場合、中央の
圧力ラインから真空を引くことは、バッキングプレートに対して中心でメンブレ
ンをシールすることになるが、真空をウエハの他の領域に連通させることにはな
らない。オリフィスがない場合には、メンブレン自身は引く力を発揮しない。一
方、この問題はメンブレンバッキングプレートの凹部の深さを増加させることに
よって解決されるか、またはコーナインサートまたは厚くなったメンブレンエッ
ジの実施形態を用いることによって解決される。しかしながら、このことは、ウ
エハに対して利用できるという支持を減少させることになる。

【００９８】図１７および図１８に示されるメンブレンバッキングプレートの実施形態によ
って、よりよい解決方法がもたらされる。ここで、図１８は図１７に示すプレー
トの斜視図である。付加的な支持を設けることが、ウエハの曲げ、反り、または
巻きつきを防止するために好ましい。ウエハの基板自身は、永久的に変形、割れ
または損傷を受けることはないかもしれないが、ウエハの表面側の金属、酸化物
、及び／又は他の構造物、および配線は、ストレスを受けると、割れる可能性が
ある。これゆえ、裏面に充分なサポートが設けられ、特に、研磨前のローディン
グの間および研磨後でウエハの取り外し前に、ウエハが上方に引かれてダイアフ
ラムに当たっているときに充分なサポートが設けられることが好ましい。

【００９９】１又は２以上のオリフィスまたは穴がメンブレンバッキングプレートの外周縁
近くに設けられている。これらは、メンブレンバッキングプレートとサブキャリ
アプレートの間にメンブレンをクランプしている間、メンブレンバッキングプレ
ートをサブキャリアプレートに取り付けるためのボルト穴として機能する。第１
および第２半径方向の通路は、研磨中、バックサイドプレッシャ（背面圧力）を
提供する外部圧力／真空源と連通するため、および研磨前後にウエハを装着して
いる間、真空と連通するために、中心孔から延びている。第１および第２同心環
状通路は半径方向通路と交差している。その効果は、圧力と真空をウエハに連通
させること、およびウエハに対して所望のサポートを提供することである。

【０１００】ヘッドの物理的な構造は、多くの従来のヘッド構造におけるように、ヘッドを
分解する必要がなく、ヘッドの外側から、メンブレン２５０をサブキャリア支持
プレートから取り除くためのアクセスを容易とする。既述のように、メンブレン
バッキングプレートのボルト穴は、メンブレンをサブキャリアプレートに固定し
ており、ヘッドの外部からアクセス可能である。１又は１セットの穴が真空およ
びウエハの存在又はウエハの位置決めをチェックするために用いられており、別
のセットの穴がメンブレンをヘッドに取り付けるネジまたは他の締結具にアクセ
スするために用いられる。メンブレンが摩耗品であるので、メンブレンは、時に
は変える必要があり、それゆえ、ヘッドの分解をすることなく、ヘッドの外部か
らメンブレンを交換できることは都合がよい。

【０１０１】追加の実施形態を図１９乃至図２７に関連して説明する。ＣＭＰヘッドおよび
ＣＭＰ工具デザインの各々は、図７Ａ、図７Ｂ、図８および図９に関連して説明
した実施形態に少なくとも幾分類似している。図１９は研磨ヘッド３００がエッジ領域および中心領域を提供するため２つの
チャンバを備えている第１またはゾーンＩ案を示している。図１９の実施形態に
おいて、部分的に断面された側面図において、外側のチャンバまたはエッジ遷移
チャンバ３０２、および内側またはバックプレッシャチャンバ３０４を備えたヘ
ッド３００が示されている。ヘッド３００の部分的に断面された側面図に示され
るように、ヘッド３００は、外面３０８を有したサブキャリアプレート３０６、
リテーナリング３１０、およびバッキング又はアダプタリテーナリング３１２を
備えている。柔軟性のあるメンブレン３１４，３１６（その柔軟性又は弾性的な
特性を強調するため、変則的な線で示されている）は、サブキャリアプレート３
０６の外面３１２およびスペーサ３１３又は支持部とともに、チャンバ３０２，
３０４を形成するために用いられている。外側のメンブレン３１４は、基板また
はウエハ３１８を受け入れるようになっている受入れ面３１７を有している。外
部の圧力源（図示せず）から、加圧流体は、第１圧力でエッジ遷移チャンバ３０
２に導入され、第２圧力でバックプレッシャチャンバ３０４に導入される。加圧
流体は、典型的には、空気または別のガスであるが、液体を用いることもできる
。加圧流体は基板のエッジ部を含むウエハ３１８の全体を研磨パッド（図示せず
）に押圧するように機能し、バックプレッシャチャンバ３０４は負荷力をウエハ
の中心領域に加えるように機能する。エッジ領域またはゾーンにおいて、エッジ
遷移チャンバ３０２のエッジ遷移圧力のみがウエハをパッドに対して押圧するが
、２つのメンブレン３１４，３１６が互いに重なっている中心領域においては、
研磨圧力は、必ずしも加算ではないけれども、２つの圧力の組み合わせである。
２つの重なっている領域の目的は、作動圧力または負荷が２つの領域またはゾー
ンに作用することを可能とすることである。これら２つの圧力は、好ましくは、
プロセスの構築の間に、所望の平坦化の結果を得るように決定される。一般的に
は、必ずしもそうではないが、パックプレッシャチャンバ３０４に導入される流
体の圧力は、エッジ遷移チャンバ３０２に導入される流体の圧力より高い。この
実施態様は、中心が速い研磨速度を有した研磨プロセスが好ましい場合に有益で
あり、例えば、銅のような材料が堆積されているため、ウエハ３１８が凸面を持
っている場合などに有益である。また、中心領域でのより高い圧力は、研磨パッ
ド、特定のスラリが使用されるか、またはいわゆるエッジ効果のため、エッジ部
が速い研磨速度を有しているプロセスを補正するために好ましい。

【０１０２】図２０は、研磨ヘッド３００がエッジ領域および中心領域を有した第２または
ゾーンII案を示している。図２０の実施形態においては、外側のメンブレン３１
４が開口した環状のメンブレンの形状であり、内側のメンブレンが円形またはデ
ィスク状であり、２つのメンブレンが重なっていないという点を除いて、類似し
た構造が設けられている。この実施形態においては、環状の外側のメンブレン３
１４は、ウエハ３１８を受け入れるようになっている受入れ面３１７と、ヘッド
３００に対してウエハをシールするのに助けとなるリップ部３２０とを備えてい
る。外側のメンブレン３１４、ウエハ３１８の裏面、およびサブキャリアプレー
ト３０６の外面３０８によって形成された第１チャンバ３０２に導入された加圧
流体は、ウエハの裏面の一部に対して直接に力を加える。外側のメンブレン３１
４も、エッジ部の圧力または力をウエハ３１８のエッジ部に加えるのに助けとな
る。

【０１０３】図２１は、研磨ヘッド３００がエッジ領域と中心領域を有した第３またはゾー
ンIII案を示している。図２１の実施形態は、外側および内側のメンブレン３１
４，３１６が、エッジ領域チャンバとバックサイドプレッシャチャンバとが重な
らないで分離する内壁３２４を有した単一のメンブレン３２２によって置き換え
られていることを除いて、図１９および図２０の実施形態と類似している。これ
ゆえ、外側のチャンバ３０２に導入されるエッジ遷移圧力はウエハ３１８の外側
の環状領域に対してのみ作用し、内側のチャンバ３０４はウエハの内側の円形の
部分に対してのみ作用する。

【０１０４】図２２は、研磨ヘッド３００がエッジ領域と中心領域を有した第４またはゾー
ンIV案を示している。図２２の実施形態は、図２１に関連して説明した実施形態
と類似しているが、外側のチャンバは、膨らませることができる内側のチューブ
３２６またはブラダを含むか形成している。この実施形態の１つの変形例におい
ては、ヘッド３００は先に所望の圧力に膨らませ、かつシールされた内側チュー
ブ３２６とともに組み立てられ、それによって、加圧流体のヘッドへの接続を単
純化している。これゆえ、ウエハ３１８のエッジ部に加わる力は、主として、サ
ブキャリア３０６によって加えられる力によって決定され、一方、ウエハ３１８
の中心部に加わる力は中心チャンバ３０４に導入される流体の圧力とサブキャリ
アに加えられる力の組み合わせによる。これゆえ、中心チャンバに導入される流
体の圧力を変更することによって、ウエハ３１８の中心領域およびエッジ領域に
伝達されるサブキャリア３０６によって加えられる力の一部を変えることができ
る。すなわち、膨らませることができるチューブ３２６の圧力より大きな圧力で
中心チャンバ３０４に導入された流体によって、サブキャリア３０６によって加
えられる力の全てまたはほとんどがウエハ３１８の中心領域に伝達される。一方
、膨らませることができるチューブの圧力より小さい圧力によって、サブキャリ
ア３０６によって加えられる力の全てまたはほとんどがエッジ領域に伝達される
結果になる。

【０１０５】図２３は、研磨ヘッド３００がエッジ領域と中心領域を作り出す単一の環状の
メンブレン３２８を有した第５またゾーンＶ案を示している。図２３の実施形態
は、上述したような環状のメンブレン３２８によって形成された外側の環状チャ
ンバ３３０を備えている。エッジ遷移チャンバ３０２は、環状メンブレン３２８
、サブキャリアプレート３０６の外面３０８、およびスペーサ３１３によって形
成されている。研磨圧力をウエハの内部に加えるバックプレッシャチャンバ３０
４は、独立したメンブレンまたは明確なチャンバを含んではいない。その代わり
、バックプレッシャチャンバ３０４はサブキャリアプレート３０６の外面３０８
、環状メンブレン３２８の内周縁３３２、および環状メンブレンの受入れ面３１
７に保持されたウエハ３１８の裏面によって形成されている。これゆえ、バック
プレッシャチャンバ３０４は、ウエハ３１８または他の基板がヘッド３００に装
着されたとき、特に、環状メンブレン３２８によってシールするように装着され
たときのみ形成される。この実施形態は、メンブレン（または従来の接触タイプ
のサブキャリア）において起こり得る不完全性は、圧力が直接に加えられるウエ
ハ３１８の中心部における平坦化の変動を引き起こすことがあり得ないという利
点を有している。

【０１０６】図２４は、研磨ヘッド３００が中心領域および多数の環状領域を提供するため
の多数の内部壁を有した多数のメンブレンまたは単一のメンブレンを備えた案を
示している。図２４に示した実施形態は、サブキャリアプレート３０６の下面３
０８を実質的に覆う単一のメンブレン３３４及び４つの環状領域３３８Ａ−Ｄを
形成する４つの環状メンブレン３３６Ａ−Ｄを含む多数のメンブレンと、サブキ
ャリアプレートの下面、単一のメンブレン３３４および環状メンブレン３３６Ｄ
の内部周縁壁によって形成される中心領域３４０とを備えている。また、５つの
領域を形成する４つの内部環状壁を有した単一のメンブレン（図示せず）を用い
ることもできる。いずれの実施形態においても、５つの領域は同時にかつ実質的
に独立して制御することができる。これより少ないか、又はこれより多い領域が
望ましい場合は、内壁及び／又はメンブレンの数を所望の数のチャンバを提供す
るように調整可能である。

【０１０７】図２５は、二重のメンブレンヘッドの実施形態を示しており、この二重のメン
ブレンヘッドにおいては、外側のメンブレンは開口した環状のメンブレンの形状
をしており、内側の円形のメンブレンに加わる圧力は、力が加わる基板の中心部
の面積を変えるために変更することができる。図２５を参照すると、研磨ヘッド
３５０は、研磨または平坦化工程の間、研磨面（図示せず）上に基板３５６を保
持しかつ位置決めするためのサブキャリアプレート３５４を有したハウジングま
たはキャリア３５２と、サブキャリアプレートの一部の回りに円周方向に配置さ
れたリテーナリング３５８とを備えている。サブキャリアプレート３５４および
リテーナリング３５８は、バッキングリング３６０を介してキャリア３５２から
吊下されており、これゆえ、これらサブキャリアプレート３５４およびリテーナ
リング３５８は、ほとんど摩擦がなくかつ拘束がなく上下方向に動くことができ
る。サブキャリアプレート３５４とリテーナリング３５８の間および隣接した要
素の間に小さな機械的な許容誤差が設けられており、これゆえ、これらは、ポリ
ッシング工程の間、小さな縦方向の動きおよび小さな角度変動の両方を許容する
ような方法で研磨面上をフロート（浮動）することができる。フランジ３６１は
ネジ（図示せず）または他の締結具を介してハウジング３５２の内側の下面３６
２に取り付けられている。フランジ３６１は第１可撓性部材またはガスケット３
６４を介してサブキャリアプレート３５４に取り付けられた内側支持リング３６
６に結合されており、これにより、サブキャリアプレートを柔軟に支持するとと
もに、サブキャリアプレートの上方に閉塞されたチャンバまたはキャビティ（空
洞）３６８を形成している。リテーナリング３５８は、サブキャリアプレート３
５４とキャリア３５２のスカート部３７２との間に延びている第２可撓性部材す
なわちガスケット３７０によって支持されている。リテーナリング３５８は、ガ
スケットの反対側にあるバッキングプレート（図示せず）に接着剤、ネジまたは
他の締結具（図示せず）を取り付け、バッキングリング３６０を介して第２ガス
ケット３７０に連結されている。フランジ３６１、下部スカート部３７２、内側
支持リング３６６、および第１および第２ガスケット３６６，３７０はリテーナ
リング３５８の上方で第２閉塞キャビティ３７４を形成している。上述したよう
に、動作中は、ガスや液体などの加圧流体がこれらキャビティ３６８，３７４に
導入され、サブキャリアプレート３５４およびリテーナリング３５８をそれぞれ
研磨面に対して押圧する力を提供する。

【０１０８】本発明の実施形態によれば、研磨ヘッド３５０は、さらに、サブキャリアプレ
ート３５４の外面３７８にスペーサ３７９によって連結された環状の第１メンブ
レン３７６を備え、第１メンブレンは基板３５６を受け入れるようになっている
受入れ面３８０と、基板の裏面とサブキャリアプレートの外面間に第１チャンバ
３８４を形成する基板の裏面をシールするようになっているリップ部またはリッ
プ３８２とを備えている。研磨ヘッド３５０は、さらに第１メンブレン上方に位
置する第２メンブレン３８６を備えている。第２メンブレン３８６は、サブキャ
リアプレート３５４に連結されており、第２メンブレンの内面３９０とサブキャ
リアプレートの外面３７８との間に第２チャンバ３８８を形成している。研磨工
程の間、通路３９１を介して第２チャンバ３８８に導入された加圧流体は、メン
ブレンを外側に反るかまたは膨張させ、基板３５６の裏面の一部に力を及ぼし、
それによって、矢印３９２によって図中に示された基板の表面の予め定められた
面積を研磨パッドに対して押圧する。予め定められた面積は、第２チャンバに導
入される流体の圧力に比例している。１つの実施形態においては、予め定められ
た面積は、流体の圧力に正比例している。

【０１０９】１つの実施形態においては、第２チャンバ３８８に導入される圧力より低い圧
力の加圧流体が通路３９３を介して第１チャンバ３８４に導入され、基板３５６
の表面を研磨パッドに対して押圧する。この実施形態においては、予め定められ
た面積３９２は、第１チャンバに導入された流体と第２チャンバに導入された流
体の圧力差に比例している。

【０１１０】他の実施形態においては、第２メンブレン３８６はスカート部３９４と下面部
３９６とを備え、スカート部は下面部よりも小さい硬さを有し、第１および第２
チャンバ３８４，３８８間の圧力の変化によって規則的で制御された方法で、第
２メンブレンの下面が膨張、反りまたは変形することを可能としている。好まし
くは、スカート部３９４は下面部３９６よりも少なくとも約５０％高い硬さを有
している。より好ましくは、下面部３９６が約３０Ａから約６０Ａのデュロメー
タを有している場合には、スカート部３９４は約６０Ａから約９０Ａのデュロメ
ータを有している。もっとも好ましくは、下面部３９６が約５０Ａ以下のデュロ
メータの硬さを有している場合には、スカート部３９４は少なくとも約７０Ａの
デュロメータの硬さを有している。

【０１１１】また、下面部３９６の厚さはスカート部３９４の厚さより小さい。好ましくは
、スカート部３９４は、下面部３９６の厚さより約２０から７０％大きい厚さを
有している。より好ましくは、スカート部３９４は、下面部３９６の厚さより少
なくとも約５０％大きい厚さを有している。これゆえ、約０．３ｍｍから約３ｍ
ｍの厚さを持った下面部３９６を有した第２または内側メンブレン３８６に対し
て、スカート部３９４は、一般的には、約１ｍｍから約３０ｍｍの厚さを有して
いる。正確な厚さは、とりわけ内側のメンブレン３８６の全体の直径に依存する
。すなわち、１００ｍｍの直径を有した基板３５６を受け入れるサイズの内側メ
ンブレン３８６は、一般的には、２００ｍｍまたは３００ｍの基板のために設計
されたものよりも薄いであろう。

【０１１２】また別の実施形態においては、図２６に示されるように、第１メンブレン３７
６は実質的にサブキャリアプレート３５４の外面３７８の全域に延びており、第
２または内側メンブレン３８６を囲んでいる。そして、第２チャンバに導入され
た加圧流体によって、第２メンブレンは第１または外側のメンブレン３７６へ力
を加え、これによって、予め定められた面積をもった基板３５６の表面の一部を
研磨パッドに対して押圧する。随意的には、第１または外側のメンブレン３７６
は、さらに、外側のメンブレン３７６の厚さを貫通して延びている多数の開口ま
たは穴（図示せず）を有することができ、これにより、加圧流体を少なくとも一
部直接に基板３５６の裏面に加え、基板を直接に研磨面に対して押圧する。一般
的には、加えられる圧力は、約２から８ｐｓｉの範囲であり、より典型的には、
約５ｐｓｉである。好ましくは、穴の数および穴のサイズは、研磨中、トルクま
たは回転エネルギを研磨ヘッド３５０から基板に付与する基板と係合または接触
する受入れ面３８０の充分な面積を得るとともに、加圧流体に直接に晒されてい
る基板３５６の面積を最大にするように選択される。

【０１１３】図２７は、ヘッド３５０のさらに別の実施形態を示し、このヘッド３５０は基
板３５６の裏面のエッジ部をシールし、それによって２つのチャンバを形成する
ようになっている閉塞された環状のメンブレン４００の形状をした単一のメンブ
レンを備えている。第１環状チャンバ４０２は、環状メンブレン４００、スペー
サ３７９およびサブキャリアプレート３５４の外面３７８によって形成されてい
る。第２または中心チャンバ４０４は環状メンブレン４００、サブキャリアプレ
ート３５４の外面３７８、および環状メンブレンの受入れ面３８０に保持された
基板３５６の裏面によって形成されている。環状メンブレン４００に加えられる
圧力は、チャンバ４０２，４０４の相対的なサイズ、または力が加えられる基板
３５６のエッジ部の面積を変更するために可変である。

【０１１４】１つの実施形態においては、環状チャンバ４０２に導入される圧力より低い圧
力の加圧流体が中心チャンバ４０４に導入され、基板３５６の表面を研磨パッド
に対して押圧する。この実施形態においては、予め定められた面積３９２は、環
状チャンバ４０２に導入された流体と中心チャンバ４０４に導入された流体の圧
力差に比例している。

【０１１５】他の実施形態においては、環状メンブレン４００はスカート部４０６と下面部
４０８とを備え、スカート部は下面部よりも小さい硬さを有し、チャンバ４０２
，４０４間の圧力の変化によって規則的で制御された方法で、環状メンブレン４
００の下面部４０８が膨張、反りまたは変形することを可能としている。好まし
くは、スカート部４０６は下面部４０８よりも少なくとも約５０％高い硬さを有
している。より好ましくは、下面部４０８が約３０Ａから約６０Ａのデュロメー
タを有している場合には、スカート部４０６は約６０Ａから約９０Ａのデュロメ
ータを有している。もっとも好ましくは、下面部４０８が約５０Ａ以下のデュロ
メータの硬さを有している場合には、スカート部４０６は少なくとも約７０Ａの
デュロメータの硬さを有している。

【０１１６】また、下面部４０８の厚さはスカート部４０６の厚さより小さい。好ましくは
、スカート部４０６は、下面部４０６の厚さより約２０から７０％大きい厚さを
有している。より好ましくは、スカート部４０６は、下面部４０８の厚さより少
なくとも約５０％大きい厚さを有している。これゆえ、約０．３ｍｍから約３ｍ
ｍの厚さを持った下面部４０８を有した環状メンブレン４００に対して、スカー
ト部４０６は、一般的には、約１ｍｍから約３０ｍｍの厚さを有している。正確
な厚さは、とりわけ環状メンブレン４００の全体の直径に依存する。すなわち、
１００ｍｍの直径を有した基板３５６を受け入れるサイズの環状メンブレン４０
０は、一般的には、２００ｍｍまたは３００ｍの基板のために設計されたものよ
りも薄いであろう。

【０１１７】当業者は、詳細な説明に照らして、円形および環状チャンバの他の組み合わせ
を設けること、および各チャンバは、シールタイプまたはヘッドに基板が装着さ
れる際のみシールするタイプでよいということが分かるであろう。領域の数が増加するにつれて、異なった圧力を複数の領域に提供する必要があ
るということが分かる。この目的のためにロータリジョイントがこれまで用られ
てきた。しかしながら、領域の数が増加するにつれて、所望の数の異なった圧力
を連通させるために多数のロータリジョイントを設けることは、次第に複雑にな
っていく。それゆえ、本発明のＣＭＰヘッド、ＣＭＰ工具、および研磨および平
坦化方法の実施形態においては、圧力調整手段がヘッドに、又はヘッド内に設け
られる。圧力調整手段は、例えば、共通の供給源から加圧ガスを受け入れる共通
のマニホールドに連結された複数の圧力調整器からなることができる。加圧ガス
の単一の供給源からの加圧ガスは、予め定められた調整された圧力で異なった領
域に分配される。圧力調整は、固定されたものでもよいし、または各領域ごとに
圧力を好ましいレベルに維持するためにセンサおよびフィードバックを含むこと
ができる。

【０１１８】本発明のいくつかの重要な態様は、その構造、機能および利点をさらに強調す
るために繰り返して説明される。１態様では、半導体ウエハ等の基板を研磨するための基板研磨装置用のキャリ
アが提供される。キャリアは、ハウジングと；前記ハウジングに弾性的に連結さ
れたリテーナリングと；前記ハウジングに対して第１の予め定められた方向に前
記リテーナリングを付勢するため、第１の力を発揮する第１圧力チャンバと；外
面を有するとともに前記ハウジングに弾性的に連結されたサブキャリアプレート
と；前記ハウジングに対して第２の予め定められた方向に前記サブキャリアプレ
ートを付勢するため、第２の力を発揮する第２圧力チャンバと；を備え；前記リ
テーナリングは前記サブキャリアプレートの一部を囲むとともに円形の凹部を形
成しており；前記キャリアは、さらに、前記リテーナリングの円形の凹部内で前
記サブキャリアプレートの外面の外周縁部に連結されたスペーサと；前記スペー
サを介して前記サブキャリアプレートに連結されるとともに前記円形の凹部内に
配置され、かつ前記サブキャリアプレートの外面から前記スペーサの厚さだけ離
間して設けられた可撓性の弾性材料からなるメンブレンと；前記メンブレンと前
記サブキャリアプレートの外面の間に形成され、前記ハウジングに対して第３の
予め定められた方向に前記メンブレンを付勢する第３の力を発揮する第３の圧力
チャンバと；を備えている。一般的には、メンブレンと基板との間にはインサー
トは設けられておらず、それによってインサートの特性における変動によって引
き起こされるプロセス間の変動を減らすことができる。

【０１１９】スペーサは、環状リング、円形ディスクまたはメンブレンの周縁部に近接した
メンブレンの厚い部分を含むことができる。一般的には、スペーサは環状の形状
および環状の幅を有しており、エッジ研磨圧力は環状スペーサを通して作用する
第２の力によって基板の周縁部に対して作用し、中心研磨圧力は基板の中心部に
対して作用する。好ましくは、スペーサは約１ｍｍから約２０ｍｍの環状を幅を
有している。より好ましくは、スペーサは約２ｍｍから約１０ｍｍの環状の幅を
有し、もっとも好ましくは、スペーサは約１ｍｍから約５ｍｍの環状の幅を有す
る。さらにより好ましくは、スペーサは約１ｍｍから約２ｍｍの環状の幅を有し
、または約２ｍｍから約５ｍｍの幅を有する。

【０１２０】スペーサは所望のエッジ圧力から中心部の圧力遷移を提供するために選択され
た材料からなっている。スペーサは、金属製の材料などの実質的に非圧縮性の材
料から形成することができるか、または圧縮性の重合体材料または粘性のある材
料などの圧縮性の材料から形成されている。

【０１２１】一般的には、前記メンブレンと前記サブキャリアプレート外面との間に形成さ
れた前記第３の圧力チャンバは、前記基板が前記凹部に装着された時のみ形成さ
れる。好ましくは、前記メンブレンは前記第３のチャンバと前記凹部との間にオ
リフィスを有している。さらに好ましくは、前記基板の平坦化の工程中、加圧ガ
スは前記オリフィスを通って前記凹部に流れる。

【０１２２】１つの実施形態では、前記リテーナリングは前記サブキャリアを介して間接的
に前記ハウジングに弾性的に連結され、前記サブキャリアは前記リテーナリング
を介して間接的に前記ハウジングに弾性的に連結されている。また、前記リテー
ナリングおよび前記サブキャリアは直接的に前記ハウジングに弾性的に連結され
ている。他の実施形態では、前記キャリアは独立の空気圧又は機械的移動装置によって
研磨パッドに対して位置決め可能である。

【０１２３】さらに他の実施形態では、前記第１、第２及び第３の圧力は、各々、他の圧力
とは独立して形成される。さらに他の実施形態では、前記リテーナリングは第１ダイヤフラムを介して前
記ハウジングに弾性的に連結され、前記サブキャリアプレートは第２ダイヤフラ
ムを介して前記ハウジングに弾性的に連結されている。本実施形態の１態様では
、前記リテーナリングは柔軟な材料からなる第１リングを介して前記ハウジング
に弾性的に連結され、前記サブキャリアプレートは柔軟な材料からなる第２リン
グを介して前記ハウジングに弾性的に連結されている。好ましくは、前記柔軟な
材料はＥＰＤＭ，ＥＰＲ及びゴムからなるグループから選択されている。

【０１２４】他の実施形態では、前記サブキャリアプレートは、前記ハウジングと前記サブ
キャリアプレート間で回転力を伝達するため、ロッドとロッドを受け入れるため
のソケットを介して前記ハウジングにさらに連結されている。一般的には、前記
ロッドは端部に取付用ボールを有し、前記ソケットは前記取付用ボールを摺動可
能に受け入れるためのシリンダを有する。本実施形態の１態様では、多数の前記
ロッドと前記ソケットは、前記サブキャリアプレートを前記ハウジングに連結す
る。

【０１２５】さらに他の実施形態では、前記リテーナリングは、前記ハウジングと前記サブ
キャリアプレート間で回転力を伝達するため、ロッドとロッドを受け入れるため
のソケットを介して前記ハウジングにさらに連結されている。前記ロッドは端部
に取付用ボールを有し、前記ソケットは前記取付用ボールを摺動可能に受け入れ
るためのシリンダを有する。好ましくは、多数の前記ロッドと前記ソケットは、
前記リテーナリングを前記ハウジングに連結する。

【０１２６】１つの実施形態では、前記メンブレンは少なくとも一つの穴を有し、前記第３
のチャンバは前記基板を前記メンブレンに装着した際にのみシールされる。ある
いは、前記メンブレンは少なくとも一つの穴を有し、前記第３のチャンバは前記
基板を前記キャリアに装着した際にのみ形成される。

【０１２７】他の実施形態では、前記サブキャリアプレートの前記圧力は前記基板の周縁部
に加えられる圧力である。前記サブキャリアプレートは、前記基板に接触しない
が安定性を提供する。あるいは、前記メンブレンは、機械的な力を伝達するため
、エッジ部に厚い部分を有する。

【０１２８】他の実施形態では、前記メンブレンは穴を有し、前記穴は前記第３のチャンバ
に予め定められた大きさの真空を形成する能力に基づいて基板が前記メンブレン
に付着したかどうかを検出する。本実施形態の一例では、前記基板の取り付けチ
ェック穴は前記メンブレンの中心付近に配置されている。他の例では、前記メン
ブレンは時々取り替えることを必要とする消耗品であり、前記キャリアを分解す
る必要がなくメンブレンを取り除くことができるように多数の穴が設けられてい
る。前記穴は約１ｍｍから約１０ｍｍの間の寸法を有する。一般的には、前記メンブレンと組み合わさせた前記スペーサは、弾性的な力の
伝達を提供するが、基板をメンブレンに対してシールすることを必要としない。

【０１２９】他の実施形態では、前記サブキャリアプレートは、前記第３の圧力を外部の供
給源から前記第３のチャンバに連通させる通路をさらに有する。好ましくは、研
磨スラリ用のリザーバを提供するとともに、真空が前記基板を前記メンブレンに
付着させるために加えられる際に前記研磨スラリが前記通路内に引き込まれるこ
とを防止するために、前記サブキャリアプレートは、前記通路の周りに配置され
たキャビティをさらに有する。さらに好ましくは、研磨前後に前記基板を前記メ
ンブレンに保持させるため、真空が前記第３のチャンバに加えられる。もっとも
好ましくは、前記キャビティは、前記研磨スラリを前記キャビティ及び前記メン
ブレンと前記サブキャリアプレートとの間から排出することを容易にするため円
錐形状をしている。

【０１３０】さらに他の実施形態では、裏面側の基板支持部は、装着の間、基板を保持する
ために設けられており、多数の通路が基板の存在をチェックするために支持部に
設けられている。

【０１３１】他の実施形態では、基板研磨装置用のキャリアが提供される。キャリアは、サ
ブキャリアプレートと；前記サブキャリアプレートに第１の下方への圧力を発生
するように配置された第１の圧力チャンバと；基板受け入れ面を有し、前記サブ
キャリアプレートに連結されるとともに、前記サブキャリアプレートに装着され
た環状の外周部とを有し、前記サブキャリアプレートから分離されている内側の
円形部は第２圧力を発生する第２圧力チャンバを形成するメンブレンと；を備え
；前記基板は前記環状の外周部と前記内側の円形部の両方で前記メンブレンに装
着可能であり；前記環状の外周部は前記第１圧力を前記基板の外周縁部に働かせ
、前記内側の円形部は前記第２圧力を前記基板に働かせる。

【０１３２】さらに他の実施形態では、半導体ウエハを平坦化する方法が提供される。この
方法は、一般に、ウエハを囲むリテーナリングを第１圧力で研磨パッドに押圧し
；前記ウエハの第１周縁部を第２圧力で前記研磨パッドに押圧し；前記周縁部の
内側の前記ウエハの第２部を第３の圧力で前記研磨パッドに押圧する。

【０１３３】１つの実施形態では、前記第２圧力は前記周縁部に接触する機械的な部材を介
して提供され、前記第２の圧力は前記ウエハの裏面に対する空気圧である。本実
施形態の一例では、前記空気圧は弾性メンブレンを介して作用する。前記空気圧
は、前記ウエハの裏面の少なくとも一部に対して直接にガスの押圧によって作用
することができる。他の実施形態では、方法は、さらに、前記周縁部の内側の前記ウエハの多数の
環状部を多数の圧力で前記研磨パッドに押圧する。

【０１３４】他の態様では、ＣＭＰ装置用のサブキャリアが提供される。この装置は、外面
を有するプレートと；前記プレートを予め定められた方向に付勢するための力を
発揮する第１圧力チャンバと；前記プレートの外周縁部に連結されたスペーサと
；前記スペーサを介して前記プレートに連結されるとともに前記プレートから前
記スペーサの厚さだけ離間しているメンブレンと；前記メンブレンと前記プレー
ト面との間に形成され、前記メンブレンを第３の予め定められた方向に付勢する
ための第２の力を発揮する第２の圧力チャンバと；を備えている。

【０１３５】さらに他の態様では、基板の表面を研磨するための研磨装置が提供される。こ
の研磨装置は、回転可能な研磨パッドと、基板サブキャリアとを備えている。基
板サブキャリアは、基板を受け入れるとともに基板を研磨パッドに対して位置決
めするための基板受け入れ部と、第１押圧部材と第２押圧部材とを有した基板押
圧部材とを備え、前記第１押圧部材は前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記
研磨パッドに押圧し、前記第２押圧部材は前記基板の中心部を第１負荷圧力とは
異なった第２負荷圧力で前記パッドに押圧する。

【０１３６】１つの実施形態では、研磨装置は、さらに、前記ウエハサブキャリアを取り囲
むリテーナリングと；前記リテーナリングを第３の負荷圧力で前記研磨パッドに
押圧するリテーナリング押圧部材とを備えている。好ましくは、前記第１、第２
及び第３の負荷圧力は独立して調整可能である。

【０１３７】他の態様では、基板の表面を研磨するための研磨装置が提供される。この研磨
装置は、回転可能な研磨パッドと、基板サブキャリアとを備えている。基板サブ
キャリアは、基板を受け入れるとともに基板を研磨パッドに対して位置決めする
ための基板受け入れ部と、第１押圧部材と第２押圧部材とを有した基板押圧部材
とを備え、前記第１押圧部材は前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記研磨パ
ッドに押圧し、前記第２押圧部材は前記基板の中心部を第２負荷圧力で前記パッ
ドに押圧し、前記第１および第２負荷圧力は異なっている。

【０１３８】１つの実施形態では、研磨装置は、さらに、前記ウエハサブキャリアを取り囲
むリテーナリングと、前記リテーナリングを第３の負荷圧力で前記研磨パッドに
押圧するリテーナリング押圧部材とを備えている。好ましくは、前記第１、第２
及び第３の負荷圧力は独立して調整可能である。

【０１３９】さらに他の実施形態では、基板の表面を研磨するための研磨装置が提供される
。この研磨装置は、回転可能な研磨パッドと、基板サブキャリアとを備えている
。基板サブキャリアは、基板を受け入れるとともに基板を研磨パッドに対して位
置決めするための基板受け入れ部と、基板押圧部材とを備え、基板押圧部材は、
前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記研磨パッドに押圧する第１押圧部材と
、多数の異なった負荷圧力で前記基板の中心領域を前記パッドに押圧する第２押
圧部材とを備えている。

【０１４０】１つの実施形態では、前記第２押圧部材は多数の実質的に同心状の押圧部材か
らなり、各押圧部材は前記基板の部分的な領域を負荷圧力で前記研磨パッドに押
圧する。本実施形態の一例では、前記多数の実質的に同心状の押圧部材の各々は
、弾性面によって少なくとも一つの部分に形成された圧力チャンバを備え、前記
弾性面は、加圧ガスが前記チャンバに導入された際に前記負荷を提供するために
、前記基板に押圧される。他の例では、研磨装置は、弾性押圧面の各々と基板と
の間に介装されたメンブレンをさらに備えている。一般的には、メンブレンはＥ
ＰＤＭ、ＥＰＲ、およびゴムからなる材料のグループから選択される。

【０１４１】好ましくは、前記介装されたメンブレンは加圧ガスの外部供給源から圧力を受
けるとともに前記基板を前記研磨パッドに押圧する負荷力を発揮する外側の圧力
チャンバの表面部を形成する。より好ましくは、前記介装されたメンブレンは加
圧ガスの外部供給源から圧力を受けるとともに前記基板を前記研磨パッドに押圧
する負荷力を発揮する外側の圧力チャンバの表面部を形成し、前記多数の実質的
に同心状の押圧部材の各々は前記外側の圧力チャンバ内に収容されている。もっ
とも好ましくは、前記外側の圧力室によって発揮される前記負荷圧力は前記多数
の押圧部材の一つの負荷圧力とともに個別に、加算的であり、それゆえ、異なっ
た領域での負荷圧力は別々に調整可能であり、前記外側の圧力チャンバは圧力領
域の境界での圧力の不連続性を最小とする。

【０１４２】他の実施形態では、前記多数の実質的に同心状の押圧部材の少なくとも一つは
、前記基板の実質的に環状の領域に負荷圧力を加える実質的に円形又は環状の部
材からなる。好ましくは、前記多数の実質的に同心状の押圧部材の少なくとも一
つは、前記基板の実質的に環状の領域に負荷圧力を加える実質的に環状の部材か
らなり、多数の実質的に同心状の押圧部材の一つは、前記基板の実質的に円形の
領域に負荷圧力を加える実質的に円形の部材からなる。

【０１４３】さらに他の実施形態では、ＣＭＰ工具において基板を研磨パッドに押し付けて
基板を研磨するための基板サブキャリアが提供される。この基板サブキャリアは
、基板を受け入れるための基板受け入れ部と；基板を前記パッドに対して押圧す
るための基板押圧部材と；を備え、前記基板押圧部材は、前記基板のエッジ部を
第１負荷圧力で前記研磨パッドに押圧する第１押圧部材と；多数の異なった負荷
圧力で前記基板の中心領域を前記パッドに押圧する第２押圧部材とを備えている
。

【０１４４】１つの実施形態では、前記第２押圧部材は多数の実質的に同心状の押圧部材か
らなり、各押圧部材は前記基板の部分的な領域を負荷圧力で前記研磨パッドに押
圧する。前記多数の実質的に同心状の押圧部材の各々は、弾性面によって少なく
とも一つの部分に形成された圧力チャンバを備えることができ、前記弾性面は、
加圧ガスが前記チャンバに導入された際に前記負荷を提供するために、前記基板
に押圧される。

【０１４５】他の態様では、半導体ウエハを平坦化する方法が提供される。一般的には、こ
の方法は、半導体ウエハのエッジ領域を第１負荷圧力で研磨パッドに押圧し；前
記半導体ウエハの多数の部分を、前記エッジ領域の内部の同心状の領域において
多数の異なった負荷圧力で前記研磨パッドに押圧する。

【０１４６】１つの実施形態では、この方法は、前記ウエハを囲むリテーナリングを第３の
負荷圧力で研磨パッドに押圧する。本実施形態の一例では、前記負荷圧力は、弾
性メンブレンを介して作用される空気圧からなる。随意的には、前記空気圧は、前記ウエハの裏面の少なくとも一部に対して直接
にガスの押圧によって作用する。

【０１４７】本発明の１態様によれば、基板を処理して基板から材料を取り除くために研磨
装置の研磨面上に表面を有した基板を位置決めするための研磨ヘッドが提供され
る。この研磨ヘッドは、外面を有したサブキャリアプレートと；前記サブキャリ
アプレートに連結されるとともに、基板を受け入れるようになっている受入れ面
と、前記基板の裏面をシールし、前記基板の裏面と前記サブキャリアプレートの
外面との間に第１チャンバを形成するリップとを有した環状の第１メンブレンと
；前記第１メンブレンの上方に位置するとともに、前記サブキャリアプレートに
連結され、第２メンブレンの内面と前記サブキャリアプレートの外面との間に第
２チャンバを形成する第２メンブレンと；を備えている。研磨中、前記第２チャ
ンバに導入された加圧流体が前記第２メンブレンを外側にたわませ、前記基板の
裏面の一部に力を働かせ、それによって前記基板の表面の予め定められた面積を
前記研磨パッドに押圧する。前記予め定められた面積は前記第２チャンバに導入
された流体の圧力に比例する。

【０１４８】１つの実施形態では、前記第２チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力
の加圧流体が前記第１チャンバに導入され、前記基板の表面を前記研磨パッドに
押圧する。この実施形態において、前記予め定められた面積は前記第１チャンバ
と第２チャンバに導入された流体の圧力差に比例する。他の実施形態では、前記第２メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前記
スカート部は下面部の硬さよりも硬さが小さい。また、下面部は前記スカート部
の厚さより小さい厚さである。

【０１４９】また他の実施形態では、第１メンブレンはサブキャリアプレートの外面の実質
的に全域に延び、第２チャンバに導入された加圧流体によって第２メンブレンは
第１メンブレンに力を作用させ、これによって、予め定められた面積を有した基
板の表面の一部を研磨パッドに対して押圧する。

【０１５０】他の態様では、上述した装置を用いて基板の表面を研磨する方法に関するもの
であり、またこの方法によって研磨された半導体基板に関するものである。この
方法は次の工程を含む。（ｉ）前記サブキャリアプレートに連結された環状の第
１メンブレンを設け、該第１メンブレンは、前記基板を受け入れるようになって
いる受入れ面と、基板の裏面をシールし、前記基板の裏面と前記サブキャリアプ
レートの外面との間に第１チャンバを形成するようになっているリップとを有し
；（ii）前記第１メンブレンの上方に位置する第２メンブレンを設け、該第２メ
ンブレンは、前記サブキャリアプレートに連結され、前記第２メンブレンの内面
と前記サブキャリアプレートの外面との間に第２チャンバを形成し；（iii）前
記第１メンブレンの受入れ面に基板を位置決めし；（iv）加圧流体を第２チャン
バに導入することによって基板の表面を研磨パッドに押圧し、前記第２メンブレ
ンが基板の裏面の一部に力を加え、それによって、基板の表面の予め定められた
面積を研磨パッドに押圧し；（Ｖ）前記サブキャリアと前記研磨パッドとの間の
相対的な動きを行わせ、基板の表面を研磨する。一般的に、加圧流体は所望の予
め定められた面積を提供するように選択された圧力を有している。

【０１５１】１つの実施形態では、前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程は、前
記第２チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力の加圧流体を前記第１チャ
ンバに導入し、前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程からなる。した
がって、前記予め定められた面積は、前記第１チャンバと第２チャンバに導入さ
れた流体の圧力差に比例し、加圧流体は所望の予め定められた面積を提供するよ
うに選択された圧力を有している。

【０１５２】また他の態様においては、基板を処理して基板から材料を取り除くための研磨
装置の研磨面上に表面を有した基板を位置決めするために、研磨ヘッドが設けら
れている。研磨ヘッドは外周縁部および中心部を有した外面を備えたサブキャリ
アプレートと、サブキャリアの外周縁部に連結されたスペーサと、基板を受け入
れるようになっている受入れ面を有した環状のメンブレンとを備えており、環状
のメンブレンはサブキャリアプレートの外面の外周縁部にスペーサを介して連結
された外縁部と、サブキャリアプレートの外面の中心部に連結された内縁部とを
有しており、環状のメンブレンはスペーサの厚さだけ外面から離れていてメンブ
レンと外面との間に環状チャンバを形成する。研磨中、環状チャンバに導入され
た加圧流体は環状メンブレンを外側にたわませ、基板の裏面の一部に力を加え、
それによって、基板の表面の予め定められた面積を研磨パッドに対して押圧する
。前記予め定められた面積は前記第２チャンバに導入された流体の圧力に比例す
る。

【０１５３】１つの実施形態においては、環状メンブレンの受入れ面は基板の裏面をシール
しており、基板の裏面、環状メンブレンの受入れ面、およびサブキャリアプレー
トの外面との間に中心チャンバを形成する。そして、環状チャンバに導入された
加圧流体の圧力より低い圧力の加圧流体は中心チャンバに導入され、基板の表面
を研磨パッドに対して押圧する。この実施形態においては、前記予め定められた
面積は前記環状のチャンバと中心チャンバに導入された流体の圧力差に比例する
。

【０１５４】他の実施形態においては、環状メンブレンはスカート部と下面部を有しており
、スカート部は下面部よりも低い硬さを有している。また、下面部の厚さはスカ
ート部の厚さより小さい。さらに他の態様においては、本発明は、上述した装置を用いて基板の表面を研
磨する方法に関するものであり、またこの方法によって研磨された半導体基板に
関するものである。この方法は次の工程を含む。（ｉ）基板を受け入れるように
なっている受入れ面を有する環状メンブレンを設け、該環状メンブレンは、スペ
ーサを介して前記サブキャリアプレートの外面の外周縁部に連結される外縁部と
、前記サブキャリアプレートの外面の中心部に連結される内縁部とを有し、前記
環状メンブレンは外面からスペーサの厚さだけ離間して、前記メンブレンと外面
との間に環状のチャンバを形成し；（ii）前記環状メンブレンの受入れ面に基板
を位置決めし；（iii）加圧流体を前記環状チャンバに導入することによって前
記基板の表面の予め定められた面積を前記研磨パッドに押圧し、前記環状メンブ
レンが前記基板の裏面の一部に力を作用し；（iv）前記サブキャリアと前記研磨
パッドとの間の相対的な動きを行わせ、基板の表面を研磨する。一般的には、加
圧流体は所望の予め定められた面積を提供するため選択された圧力を有している
。

【０１５５】１つの実施形態では、前記環状メンブレンの受入れ面は基板の裏面をシールし
、基板の裏面、環状メンブレンの受入れ面およびサブキャリアプレートの外面と
の間に中心チャンバを形成し、前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程
は、さらに、前記環状チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力の加圧流体
を前記中心チャンバに導入して、基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程か
らなる。したがって、前記予め定められた面積は、前記環状チャンバと中心チャ
ンバに導入された流体の圧力差に比例し、加圧流体は所望の予め定められた面積
を提供するために選択された圧力を有している。

【０１５６】本発明の特定の実施形態に関する前述した説明は、例証および説明の目的のた
めに提示された。これらの詳細な説明は、網羅的であることを意図してはおらず
、または本発明を開示されたその形に限定することを意図してはおらず、明らか
に多くの改変および変更が上述の教示に照らしてなし得る。実施形態は、本発明
の原理およびその実用的な適用を最良に説明するために選択され説明されており
、それによって、当業者が特定の用途に適合するように、本発明および種々の実
施形態に種々の改変をして最良に用いることを可能とする。本発明の範囲は、特
許請求の範囲およびその均等物によって規定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は具体例としてのマルチヘッドＣＭＰ研磨または平坦化装置を示す概略図
である。

【図２】図２（従来の技術）は、従来のＣＭＰヘッドを示す概略図である。

【図３】図３は密閉された圧力室（圧力チャンバ）を有したメンブレンを備えたソフト
バックのＣＭＰヘッドの実施形態を示す概略図であり、図３Ａは圧力室凹部を有
したメンブレンバッキングプレートを用いた実施形態であり、図３Ｂは環状のコ
ーナリングを用いた実施形態であり、図３Ｃは研磨力を伝達する厚い周縁部を有
したメンブレンを用いた実施形態である。

【図４】図４はメンブレンとオリフィスを有したＣＭＰヘッドの実施形態を示す概略図
である。

【図５】図５はオリフィスを有したメンブレンと溝付きのバッキングプレートとを備え
たＣＭＰヘッドの実施形態を示す概略図である。

【図６】図６はメンブレンとオリフィスを備え、ウエハの表面への空気の流れをクッシ
ョンにするＣＭＰヘッドの実施形態を示す概略図である。

【図７】図７は二重に密閉された圧力室（圧力チャンバ）を備えたＣＭＰヘッドの実施
形態を示す概略図であり、図７Ａは二重に密閉された圧力室を有したメンブレン
を用いたＣＭＰヘッドの実施形態であり、図７Ｂはリテーナリングとサブキャリ
アの部分のみを示しＣＭＰヘッドの他の部分を省略した実施形態である。

【図８】図８はメンブレンの一部とウエハに異なった圧力を加えるための、メンブレン
で密閉されたチャンバと、環状のチューブ状の圧力リングとを備えたＣＭＰヘッ
ドの実施形態を示す概略図である。

【図９】図９はメンブレンの複数の領域とウエハに異なった圧力を加えるための、メン
ブレンで密閉されたチャンバと、同心状に配置され環状でチューブ状の複数の圧
力リングとを備えたＣＭＰヘッドの実施形態を示す概略図である。

【図１０】図１０はメンブレンと密閉された圧力チャンバとを備えた本発明のヘッドの好
ましい実施形態を示す概略図である。

【図１１】図１１は図１０の実施形態において用いられるリテーナリング支持部材の実施
形態を示す概略図である。

【図１２】図１２は図１０の実施形態において使用可能な別のトルク伝達部材の実施形態
を示す概略図である。

【図１３】図１３は図１０のＣＭＰヘッドの詳細を示す概略図であり、組み立てられたヘ
ッドのサブキャリアアセンブリ支持部材の取付部を示す。

【図１４】図１４はサブキャリアアセンブリ支持部材の実施形態を示す概略図である。

【図１５】図１５はウエハの裏面のメンブレンの実施形態を示す概略図である。

【図１６】図１６はオリフィスを有したメンブレンと円錐形状のキャビティを有したサブ
キャリアとを備えた本発明のヘッドの別の好ましい実施形態を示す概略図である
。

【図１７】図１７は図１６の実施形態で使用可能なメンブレンバッキングプレートの実施
形態を示す概略図である。

【図１８】図１８は図１７のメンブレンバッキングプレートの斜視図を示す概略図である
。

【図１９】図１９は内側チャンバと外側チャンバとを備えた本発明のヘッドの実施形態を
示す概略図である。

【図２０】図２０は２つのメンブレンが重ならないで外側のメンブレンが開口した環状リ
ングの形状をしたことを除いて、図１９に示すヘッドに類似した本発明のヘッド
の実施形態を示す概略図である。

【図２１】図２１は２つのメンブレンが重ならないことを除いて、図１９に示すヘッドと
類似した本発明のヘッドの実施形態を示す概略図である。

【図２２】図２２は外側のチャンバが膨らますことができる内側チューブまたはブラダ（
袋体）を含むか又は形成していることを除いて、図２１のヘッドに類似した本発
明のヘッドの実施形態を示す概略図である。

【図２３】図２３は外側のチャンバが外側の環状チャンバを備えた本発明のヘッド実施形
態を示す概略図である。

【図２４】図２４は５つの領域を同時にかつ実質的に独立して制御する構造および方法を
備えた本発明のヘッドの実施形態を示す概略図である。

【図２５】図２５は二重メンブレンヘッドの実施形態を示す概略図であり、この二重メン
ブレンヘッドにおいては、外側のメンブレンは開口した環状リングの形状であり
、力が加えられる基板の中心部の面積を変えるために内側の円形のメンブレンに
加えられる圧力が可変である。

【図２６】図２６は外側のメンブレンが円形のメンブレンの形状で内側のメンブレンを囲
んでいる図２５に示すヘッドに類似した二重メンブレンヘッドの実施形態を示す
概略図である。

【図２７】図２７は閉じた環状リングの形状をした外側のメンブレンを備えたヘッドの実
施形態を示す概略図であり、このヘッドにおいては、力が加えられる基板のエッ
ジ部の面積を変えるためにメンブレンに加えられる圧力が可変である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号０９／５７０，３７０ (32)優先日平成12年５月12日(2000．5．12) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＣ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者モロニ、ジェラルド、エス．アメリカ合衆国 95035 カリフォルニア、ミルピタス、ワシントンスクエアドライヴ 74 (72)発明者ワン、ヒュイ−ミンアメリカ合衆国 94555 カリフォルニア、フレモント、クウォーツテラス 34294 (72)発明者ハンセン、デイビッド、エー．アメリカ合衆国 94306 カリフォルニア、パロアルト、ハーバードストリート 2253 (72)発明者レイエス、アレジャンドロアメリカ合衆国 95131 カリフォルニア、サンノゼ、アルスタードライヴ 2080 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 BA05 CB01 CB03 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板研磨装置に基板を保持するキャリアであって；ハウジングと；前記ハウジングに弾性的に連結されたリテーナリングと；前記ハウジングに対して第１の予め定められた方向に前記リテーナリングを付
勢するため、第１の力を発揮する第１圧力チャンバと；外面を有するとともに前記ハウジングに弾性的に連結されたサブキャリアプレ
ートと；前記ハウジングに対して第２の予め定められた方向に前記サブキャリアプレー
トを付勢するため、第２の力を発揮する第２圧力チャンバと；を備え；前記リテーナリングは前記サブキャリアプレートの一部を囲むとともに円形の
凹部を形成しており；前記キャリアは、さらに、前記リテーナリングの円形の凹部内で前記サブキャリアプレートの外面の外周
縁部に連結されたスペーサと；前記スペーサを介して前記サブキャリアプレートに連結されるとともに前記円
形の凹部内に配置され、かつ前記サブキャリアプレートの外面から前記スペーサ
の厚さだけ離間して設けられたメンブレンと；前記メンブレンと前記サブキャリアプレートの外面の間に形成され、前記ハウ
ジングに対して第３の予め定められた方向に前記メンブレンを付勢する第３の力
を発揮する第３の圧力チャンバと；を備えたことを特徴とする基板研磨装置に基板を保持するキャリア。
【請求項２】前記スペーサは環状リングからなることを特徴とする請求項
１に記載のキャリア。
【請求項３】前記スペーサは円形のディスクからなることを特徴とする請
求項１に記載のキャリア。
【請求項４】前記スペーサは前記メンブレンの周縁部に近接した前記メン
ブレンの厚い部分からなることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５】前記メンブレンと前記サブキャリアプレート外面との間に形
成された前記第３の圧力チャンバは、前記基板が前記凹部に装着された時のみ形
成されることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項６】前記メンブレンは前記第３のチャンバと前記凹部との間にオ
リフィスを有していることを特徴とする請求項５に記載のキャリア。
【請求項７】前記基板の平坦化の工程中、加圧ガスは前記オリフィスを通
って前記凹部に流れることを特徴とする請求項６に記載のキャリア。
【請求項８】前記リテーナリングは前記サブキャリアを介して間接的に前
記ハウジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のキャ
リア。
【請求項９】前記サブキャリアは前記リテーナリングを介して間接的に前
記ハウジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のキャ
リア。
【請求項１０】前記リテーナリングは直接的に前記ハウジングに弾性的に
連結されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項１１】前記サブキャリアは直接的に前記ハウジングに弾性的に連
結されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項１２】前記キャリアは独立の空気圧移動装置によって研磨パッド
に対して位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項１３】前記キャリアは独立の機械的移動装置によって研磨パッド
に対して位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項１４】前記スペーサは環状の形状を有するとともに環状の幅を有
することを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項１５】前記エッジ研磨圧力は、前記環状スペーサを介して作用す
る前記第２の力によって前記基板の周縁部に作用し、中央研磨圧力は前記基板の
中心部に作用することを特徴とする請求項１４に記載のキャリア。
【請求項１６】前記第１、第２及び第３の圧力は、各々、他の圧力とは独
立して形成されることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項１７】前記基板は半導体ウエハからなることを特徴とする請求項
１に記載のキャリア。
【請求項１８】前記メンブレンは可撓性の弾性材料からなることを特徴と
する請求項１に記載のキャリア。
【請求項１９】前記リテーナリングは第１ダイヤフラムを介して前記ハウ
ジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項２０】前記サブキャリアプレートは第２ダイヤフラムを介して前
記ハウジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のキャ
リア。
【請求項２１】前記リテーナリングは柔軟な材料からなる第１リングを介
して前記ハウジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載
のキャリア。
【請求項２２】前記サブキャリアプレートは柔軟な材料からなる第２リン
グを介して前記ハウジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１
に記載のキャリア。
【請求項２３】前記柔軟な材料はＥＰＤＭ，ＥＰＲ及びゴムからなるグル
ープから選択されていることを特徴とする請求項２２に記載のキャリア。
【請求項２４】前記リテーナリングは第１ダイヤフラムを介して前記ハウ
ジングに弾性的に連結され、前記サブキャリアプレートは第２ダイヤフラムを介
して前記ハウジングに弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載
のキャリア。
【請求項２５】前記サブキャリアプレートは、前記ハウジングと前記サブ
キャリアプレート間で回転力を伝達するため、ロッドとロッドを受け入れるため
のソケットを介して前記ハウジングにさらに連結されていることを特徴とする請
求項１に記載のキャリア。
【請求項２６】前記ロッドは端部に取付用ボールを有し、前記ソケットは
前記取付用ボールを摺動可能に受け入れるためのシリンダを有することを特徴と
する請求項２５に記載のキャリア。
【請求項２７】複数の前記ロッドと前記ソケットは、前記サブキャリアプ
レートを前記ハウジングに連結することを特徴とする請求項２６に記載のキャリ
ア。
【請求項２８】前記リテーナリングは、前記ハウジングと前記サブキャリ
アプレート間で回転力を伝達するため、ロッドとロッドを受け入れるためのソケ
ットを介して前記ハウジングにさらに連結されていることを特徴とする請求項１
に記載のキャリア。
【請求項２９】前記ロッドは端部に取付用ボールを有し、前記ソケットは
前記取付用ボールを摺動可能に受け入れるためのシリンダを有することを特徴と
する請求項２８に記載のキャリア。
【請求項３０】複数の前記ロッドと前記ソケットは、前記リテーナリング
を前記ハウジングに連結することを特徴とする請求項２９に記載のキャリア。
【請求項３１】前記メンブレンと前記基板との間にはインサートが設けら
れておらず、これによってインサートの特性における変動によって引き起こされ
るプロセス間の変動を減らすようにしたことを特徴とする請求項１に記載のキャ
リア。
【請求項３２】前記メンブレンは少なくとも一つの穴を有し、前記第３の
チャンバは前記基板を前記メンブレンに装着した際にのみシールされることを特
徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３３】前記メンブレンは少なくとも一つの穴を有し、前記第３の
チャンバは前記基板を前記キャリアに装着した際にのみ形成されることを特徴と
する請求項１に記載のキャリア。
【請求項３４】前記スペーサは約１ｍｍから約２０ｍｍの環状の幅を有し
ていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３５】前記スペーサは約２ｍｍから約１０ｍｍの環状の幅を有し
ていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３６】前記スペーサは約１ｍｍから約５ｍｍの環状の幅を有して
いることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３７】前記スペーサは約１ｍｍから約２ｍｍの環状の幅を有して
いることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３８】前記スペーサは約２ｍｍから約５ｍｍの環状の幅を有して
いることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３９】前記サブキャリアプレートの前記圧力は前記基板の周縁部
に加えられる圧力であることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項４０】前記サブキャリアプレートは、前記基板に接触しないが安
定性を提供することを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項４１】前記メンブレンは、機械的な力を伝達するため、エッジ部
に厚い部分を有することを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項４２】前記スペーサは金属材料から形成されていることを特徴と
する請求項１に記載のキャリア。
【請求項４３】前記スペーサは実質的に非圧縮性材料からなることを特徴
とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項４４】前記スペーサは圧縮性の重合体材料であることを特徴とす
る請求項１に記載のキャリア。
【請求項４５】前記スペーサは粘性のある材料からなることを特徴とする
請求項１に記載のキャリア。
【請求項４６】前記スペーサは、所望のエッジ圧力から中心への圧力遷移
を提供するように選択された材料からなることを特徴とする請求項１に記載のキ
ャリア。
【請求項４７】前記メンブレンは穴を有し、前記穴は前記第３のチャンバ
に予め定められた大きさの真空を形成する能力に基づいて基板が前記メンブレン
に付着したかどうかを検出するために用いられることを特徴とする請求項１に記
載のキャリア。
【請求項４８】前記基板の取り付けチェック穴は前記メンブレンの中心付
近に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項４９】前記メンブレンと組み合わせた前記スペーサは、弾性的な
力の伝達を提供するが、基板をメンブレンに対してシールすることを必要としな
いことを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５０】前記第１、前記第２、前記第３の圧力は、各々独立した正
圧又は負（真空）圧であることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５１】前記穴は約１ｍｍから約１０ｍｍの間の寸法を有すること
を特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５２】前記メンブレンは時々取り替えることを必要とする消耗品
であり、前記キャリアを分解する必要がなくメンブレンを取り除くことができる
ように複数の穴が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５３】前記サブキャリアプレートは、前記第３の圧力を外部の供
給源から前記第３のチャンバに連通させる通路を有することを特徴とする請求項
１に記載のキャリア。
【請求項５４】研磨スラリ用のリザーバを提供するとともに、真空が前記
基板を前記メンブレンに付着させるために加えられる際に前記研磨スラリが前記
通路内に引き込まれることを防止するために、前記サブキャリアプレートは、前
記通路の周りに配置されたキャビティをさらに有することを特徴とする請求項５
３に記載のキャリア。
【請求項５５】研磨前後に前記基板を前記メンブレンに保持させるため、
真空が前記第３のチャンバに加えられることを特徴とする請求項１に記載のキャ
リア。
【請求項５６】前記キャビティは、前記研磨スラリを前記キャビティ及び
前記メンブレンと前記サブキャリアプレートとの間から排出することを容易にす
るため円錐形状をしていることを特徴とする請求項５４に記載のキャリア。
【請求項５７】裏面側の基板支持部は、装着の間、基板を保持するために
設けられていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５８】複数の通路が基板の存在をチェックするために設けられて
いることを特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項５９】サブキャリアプレートと；前記サブキャリアプレートに第１の下方への圧力を発生するように配置された
第１の圧力チャンバと；前記サブキャリアプレートに連結されるとともに、基板を受け入れるための基
板受け入れ面と前記サブキャリアプレートに装着された環状の外周部とを有し、
前記サブキャリアプレートから分離されている内側の円形部は第２圧力を発生す
る第２圧力チャンバを形成するメンブレンと；を備え；前記基板は前記環状の外周部と前記内側の円形部の両方で前記メンブレンに装
着可能であり；前記環状の外周部は前記第１圧力を前記基板の外周縁部に働かせ、前記内側の
円形部は前記第２圧力を前記基板に働かせることを特徴とする基板研磨装置用の
キャリア。
【請求項６０】ウエハを囲むリテーナリングを第１圧力で研磨パッドに押
圧し；前記ウエハの第１周縁部を第２圧力で前記研磨パッドに押圧し；前記周縁部の内側の前記ウエハの第２内側部を第３の圧力で前記研磨パッドに
押圧することを特徴とする半導体ウエハを平坦化する方法。
【請求項６１】前記第２圧力は前記周縁部に接触する機械的な部材を介し
て提供され、前記第３の圧力は前記ウエハの裏面に対する空気圧であることを特
徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】前記空気圧は弾性メンブレンを介して作用することを特徴
とする請求項６１に記載の方法。【請求項６２】前記空気圧は、前記ウエハの裏面の少なくとも一部に対し
て直接にガスの押圧によって作用することを特徴とする請求項６１に記載の方法
。
【請求項６３】前記周縁部の内側の前記ウエハの複数の環状部を複数の圧
力で前記研磨パッドに押圧することを特徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６４】請求項６０の方法によって平坦化された半導体ウエハ。
【請求項６５】外面を有するプレートと；前記プレートを予め定められた方向に付勢するための力を発揮する第１圧力チ
ャンバと；前記プレートの外周縁部に連結されたスペーサと；前記スペーサを介して前記プレートに連結されるとともに前記プレートから前
記スペーサの厚さだけ離間しているメンブレンと；前記メンブレンと前記プレート面との間に形成され、前記メンブレンを第３の
予め定められた方向に付勢するための第２の力を発揮する第２の圧力チャンバと
；を備えたことを特徴とする化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置用のサブキャリア。
【請求項６６】基板の表面を研磨するための研磨装置であって；回転可能な研磨パッドと；基板サブキャリアと；を備え、基板サブキャリアは、基板を受け入れるとともに基板を研磨パッドに対して位置決めするための基板
受け入れ部と；第１押圧部材と第２押圧部材とを有した基板押圧部材と；を備え；前記第１押圧部材は前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記研磨パッドに押
圧し、前記第２押圧部材は前記基板の中心部を第２負荷圧力で前記パッドに押圧
し、前記第１および第２負荷圧力は異なっていることを特徴とする基板の表面を
研磨するための研磨装置。
【請求項６７】前記ウエハサブキャリアを取り囲むリテーナリングと；前記リテーナリングを第３の負荷圧力で前記研磨パッドに押圧するリテーナリ
ング押圧部材とをさらに備えたことを特徴とする請求項６６に記載の研磨装置。
【請求項６８】前記第１、第２及び第３の負荷圧力は独立して調整可能で
あることを特徴とする請求項６７に記載の研磨装置。
【請求項６９】前記基板は半導体ウエハからなり、前記装置は、さらに、前記ウエハサブキャリアを取り囲むリテーナリングと；前記リテーナリングを第３の負荷圧力で前記研磨パッドに押圧するリテーナリ
ング押圧部材と；を備え；第１、第２及び第３の負荷圧力は独立して調整可能であることを特徴とする請
求項６６に記載の研磨装置。
【請求項７０】基板の表面を研磨するための研磨装置であって；回転可能な研磨パッドと；基板サブキャリアと；を備え、基板サブキャリアは、基板を受け入れるとともに基板を研磨パッドに対して位置決めするための基板
受け入れ部と；第１押圧部材と第２押圧部材とを有した基板押圧部材と；を備え；前記第１押圧部材は前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記研磨パッドに押
圧し、前記第２押圧部材は前記基板の中心部を第２負荷圧力で前記パッドに押圧
し、前記第１および第２負荷圧力は異なっていることを特徴とする基板の表面を
研磨するための研磨装置。
【請求項７１】前記ウエハサブキャリアを取り囲むリテーナリングと；前記リテーナリングを第３の負荷圧力で前記研磨パッドに押圧するリテーナリ
ング押圧部材とを備えたことを特徴とする請求項７０に記載の研磨装置。
【請求項７２】前記第１、第２及び第３の負荷圧力は独立して調整可能で
あることを特徴とする請求項７１に記載の研磨装置。
【請求項７３】前記基板は半導体ウエハからなり、前記装置は、さらに、前記ウエハサブキャリアを取り囲むリテーナリングと；前記リテーナリングを第３の負荷圧力で前記研磨パッドに押圧するリテーナリ
ング押圧部材と；を備え；第１、第２及び第３の負荷圧力は独立して調整可能であることを特徴とする請
求項７０に記載の研磨装置。
【請求項７４】基板の表面を研磨するための研磨装置であって；回転可能な研磨パッドと；基板サブキャリアと；を備え、基板サブキャリアは、基板を受け入れるとともに基板を研磨パッドに対して位置決めするための基板
受け入れ部と；基板押圧部材と；を備え、基板押圧部材は、前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記研磨パッドに押圧する第１押圧部材
と；複数の異なった負荷圧力で前記基板の中心領域を前記パッドに押圧する第２押
圧部材とを備えたことを特徴とする基板の表面を研磨するための研磨装置。
【請求項７５】前記第２押圧部材は複数の実質的に同心状の押圧部材から
なり、各押圧部材は前記基板の部分的な領域を負荷圧力で前記研磨パッドに押圧
することを特徴とする請求項７４に記載の研磨装置。
【請求項７６】前記複数の実質的に同心状の押圧部材の各々は、弾性面に
よって少なくとも一つの部分に形成された圧力チャンバを備え、前記弾性面は、
加圧ガスが前記チャンバに導入された際に前記負荷を提供するために、前記基板
に押圧されることを特徴とする請求項７５に記載の研磨装置。
【請求項７７】前記弾性押圧面の各々と前記基板との間に介装されたメン
ブレンを備えていることを特徴とする請求項７６に記載の研磨装置。
【請求項７８】前記介装されたメンブレンは加圧ガスの外部供給源から圧
力を受けるとともに前記基板を前記研磨パッドに押圧する負荷力を発揮する外側
の圧力チャンバの表面部を形成することを特徴とする請求項７７に記載の研磨装
置。
【請求項７９】前記介装されたメンブレンは加圧ガスの外部供給源から圧
力を受けるとともに前記基板を前記研磨パッドに押圧する負荷力を発揮する外側
の圧力チャンバの表面部を形成し、前記複数の実質的に同心状の押圧部材の各々
は前記外側の圧力チャンバ内に収容されていることを特徴とする請求項７７に記
載の研磨装置。
【請求項８０】前記外側の圧力チャンバによって発揮される前記負荷圧力
は前記複数の押圧部材の一つの負荷圧力とともに個別に、加算的であり、それゆ
え、異なった複数の領域での負荷圧力は別々に調整可能であり、前記外側の圧力
チャンバは圧力領域の境界での圧力の不連続性を最小とすることを特徴とする請
求項７９に記載の研磨装置。
【請求項８１】前記複数の実質的に同心状の押圧部材の少なくとも一つは
、前記基板の実質的に環状の領域に負荷圧力を加える実質的に環状の部材からな
ることを特徴とする請求項７５に記載の研磨装置。
【請求項８２】前記複数の実質的に同心状の押圧部材の少なくとも一つは
、前記基板の実質的に円形の領域に負荷圧力を加える実質的に円形の部材からな
ることを特徴とする請求項７５に記載の研磨装置。
【請求項８３】前記複数の実質的に同心状の押圧部材の少なくとも一つは
、前記基板の実質的に環状の領域に負荷圧力を加える実質的に環状の部材からな
り、複数の実質的に同心状の押圧部材の少なくとも一つは、前記基板の実質的に
円形の領域に負荷圧力を加える実質的に円形の部材からなることを特徴とする請
求項７５に記載の研磨装置。
【請求項８４】前記メンブレンはＥＰＤＭ，ＥＰＲ及びゴムからなるグル
ープから選択されていることを特徴とする請求項７５に記載の研磨装置。
【請求項８５】前記第２の押圧部材は複数の実質的に同心状の押圧部材か
らなり、各押圧部材は前記基板の部分的な領域を前記研磨パッドに押圧する負荷
圧力を加え、前記複数の実質的に同心状の押圧部材の各々は、弾性面によって少
なくとも１つの部分に形成された圧力チャンバを備え、前記弾性面は、加圧ガス
が前記チャンバに導入された際に前記負荷を提供するために、前記基板に押圧さ
れるようになっており；前記装置は、さらに、前記弾性押圧面の各々と前記基板との間に介装されたメ
ンブレンを備え；前記介装されたメンブレンは加圧ガスの外部供給源から圧力を受けるとともに
前記基板を前記研磨パッドに押圧する負荷力を発揮する外側の圧力チャンバの表
面部を形成し、前記複数の実質的に同心状の押圧部材の各々は前記外側の圧力チ
ャンバ内に収容されており；前記外側の圧力チャンバによって発揮される前記負荷圧力は前記複数の押圧部
材の一つの負荷圧力とともに個別に、加算的であり、それゆえ、異なった複数の
領域での負荷圧力は別々に調整可能であり、前記外側の圧力チャンバは圧力領域
の境界での圧力の不連続性を最小とし；前記基板は、半導体ウエハ、ガラス、液晶（ＬＣＤ）パネル、めっきされた面
、コーティングされた面、およびそれらの組み合わせからなる基板のグループか
ら選択され；前記弾性面および前記メンブレンは、各々、ＥＰＤＭ、ＥＰＲ、およびゴムか
らなる材料のグループから選択された材料から形成されていることを特徴とする
請求項７４記載の研磨装置。
【請求項８６】ＣＭＰ工具において基板を研磨パッドに押し付けて基板を
研磨するための基板サブキャリアであって、基板サブキャリアは、基板を受け入れるための基板受け入れ部と；基板を前記パッドに対して押圧するための基板押圧部材と；を備え、前記基板押圧部材は、前記基板のエッジ部を第１負荷圧力で前記研磨パッドに押圧する第１押圧部材
と；複数の異なった負荷圧力で前記基板の中心領域を前記パッドに押圧する第２押
圧部材とを備えたことを特徴とする基板サブキャリア。
【請求項８７】前記第２押圧部材は複数の実質的に同心状の押圧部材から
なり、各押圧部材は前記基板の部分的な領域を負荷圧力で前記研磨パッドに押圧
することを特徴とする請求項８６に記載の研磨装置。
【請求項８８】前記複数の実質的に同心状の押圧部材の各々は、弾性面に
よって少なくとも一つの部分に形成された圧力チャンバを備え、前記弾性面は、
加圧ガスが前記チャンバに導入された際に前記負荷を提供するために、前記基板
に押圧されることを特徴とする請求項８７に記載の研磨装置。
【請求項８９】半導体ウエハのエッジ領域を第１負荷圧力で研磨パッドに
押圧し；前記半導体ウエハの複数の部分を、前記エッジ領域の内部の同心状の領域にお
いて複数の異なった負荷圧力で前記研磨パッドに押圧することを特徴とする半導
体ウエハを平坦化するための方法。
【請求項９０】前記ウエハを囲むリテーナリングを第３の負荷圧力で研磨
パッドに押圧することを特徴とする請求項８９記載の方法。
【請求項９１】前記負荷圧力は、弾性メンブレンを介して作用される空気
圧からなることを特徴とする請求項８９記載の方法。
【請求項９２】前記空気圧は、前記ウエハの裏面の少なくとも一部に対し
て直接にガスの押圧によって作用することを特徴とする請求項９１に記載の方法
。
【請求項９３】請求項８９の方法によって平坦化された半導体ウエハ。
【請求項９４】研磨装置の研磨パッド上に表面を有した基板を位置決めす
るための研磨ヘッドであって；外面を有したサブキャリアプレートと；前記サブキャリアプレートに連結されるとともに、基板を受け入れるようにな
っている受入れ面と、前記基板の裏面をシールし、前記基板の裏面と前記サブキ
ャリアプレートの外面との間に第１チャンバを形成するリップとを有した環状の
第１メンブレンと；前記第１メンブレンの上方に位置するとともに、前記サブキャリアプレートに
連結され、第２メンブレンの内面と前記サブキャリアプレートの外面との間に第
２チャンバを形成する第２メンブレンと；を備え；研磨中、前記第２チャンバに導入された加圧流体が前記第２メンブレンを外側
に膨張させ、前記基板の裏面の一部に力を働かせ、それによって前記基板の表面
の予め定められた面積を前記研磨パッドに押圧することを特徴とする研磨ヘッド
。
【請求項９５】前記予め定められた面積は前記第２チャンバに導入された
流体の圧力に比例することを特徴とする請求項９４記載の研磨ヘッド。
【請求項９６】前記第２チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力の
加圧流体が前記第１チャンバに導入され、前記基板の表面を前記研磨パッドに押
圧することを特徴とする請求項９４記載の研磨ヘッド。
【請求項９７】前記予め定められた面積は前記第１チャンバと第２チャン
バに導入された流体の圧力差に比例することを特徴とする請求項９６記載の研磨
ヘッド。
【請求項９８】前記第２メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前記
スカート部は第１の硬さを有し、前記下面部は第２の硬さを有することを特徴と
する請求項９４記載の研磨ヘッド。
【請求項９９】前記第２の硬さは第１の硬さよりも小さいことを特徴とす
る請求項９８記載の研磨ヘッド。
【請求項１００】前記第２メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前
記下面部は前記スカート部の厚さより小さい厚さであることを特徴とする請求項
９４記載のへ研磨ヘッド。
【請求項１０１】研磨パッドと、外面を持ったサブキャリアプレートを有
した研磨ヘッドとを備えた装置を用いて基板の表面を研磨する方法であって；前記サブキャリアプレートに連結された環状の第１メンブレンを設け、該第１
メンブレンは、前記基板を受け入れるようになっている受入れ面と、基板の裏面
をシールし、前記基板の裏面と前記サブキャリアプレートの外面との間に第１チ
ャンバを形成するようになっているリップとを有し；前記第１メンブレンの上方に位置する第２メンブレンを設け、該第２メンブレ
ンは、前記サブキャリアプレートに連結され、前記第２メンブレンの内面と前記
サブキャリアプレートの外面との間に第２チャンバを形成し；前記第１メンブレンの受入れ面に基板を位置決めし；加圧流体を第２チャンバに導入することによって基板の表面を研磨パッドに押
圧し、前記第２メンブレンが基板の裏面の一部に力を加え、それによって、基板
の表面の予め定められた面積を研磨パッドに押圧し；前記サブキャリアと前記研磨パッドとの間の相対的な動きを行わせ、基板の表
面を研磨することを特徴とする方法。
【請求項１０２】前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程は、所
望の予め定められた面積を提供するように選択された圧力を有した加圧流体を提
供する工程からなることを特徴とする請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程は、前
記第２チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力の加圧流体を前記第１チャ
ンバに導入し、前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程からなることを
特徴とする請求項１０１記載の方法。
【請求項１０４】前記予め定められた面積は、前記第１チャンバと第２チ
ャンバに導入された流体の圧力差に比例し、前記基板の表面を前記研磨パッドに
押圧する工程は、所望の予め定められた面積を提供するように前記第１チャンバ
および前記第２チャンバに導入された流体の圧力を選択する工程からなることを
特徴とする請求項１０３記載の方法。
【請求項１０５】請求項１０１の方法によって研磨された半導体基板。
【請求項１０６】研磨装置の研磨パッド上に表面を有した基板を位置決め
するための研磨ヘッドであって；外面を有したサブキャリアプレートと；前記サブキャリアの外周縁部に連結されたスペーサと；前記サブキャリアプレートにスペーサを介して連結されるとともに、サブキャ
リアプレートの外面からスペーサの厚さだけ離間し、かつサブキャリアプレート
の外面を実質的に横切って延び、第１メンブレンの内面と前記サブキャリアプレ
ートの外面との間に第１チャンバを形成し、かつ基板を受け入れるようになって
いる受入れ面を有した第１メンブレンと；前記第１メンブレンの上方に位置するとともに、前記サブキャリアプレートに
連結され、第２メンブレンの内面と前記サブキャリアプレートの外面との間に第
２チャンバを形成する第２メンブレンと；を備え；研磨中、前記第２チャンバに導入された加圧流体によって、前記第２メンブレ
ンが前記第１メンブレンに力を作用させ、予め定められた面積を有する前記基板
の表面の一部を前記研磨パッドに押圧することを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項１０７】前記第２メンブレンに作用する力によって、第２メンブ
レンが外側に膨張し、前記第１メンブレンの内面を押圧することを特徴とする請
求項１０６記載の研磨ヘッド。
【請求項１０８】前記予め定められた面積は前記第２チャンバに導入され
た流体の圧力に比例することを特徴とする請求項１０６記載の研磨ヘッド。
【請求項１０９】前記第２チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力
の加圧流体が前記第１チャンバに導入され、前記第１メンブレンが基板の表面の
一部を前記研磨パッドに押圧することを特徴とする請求項１０６記載の研磨ヘッ
ド。
【請求項１１０】前記予め定められた面積は前記第１チャンバと第２チャ
ンバに導入された流体の圧力差に比例することを特徴とする請求項１０９記載の
研磨ヘッド。
【請求項１１１】前記第１メンブレンは、厚さを有するとともに加圧流体
を直接に基板に加えるために前記厚さを貫通して受入れ面まで延びている複数の
穴を備えていることを特徴とする請求項１０９記載の研磨ヘッド。
【請求項１１２】複数の穴の数、サイズおよび形状は、前記受入れ面と基
板との間に充分な摩擦力を提供し、基板に回転エネルギを付与するように選択さ
れていることを特徴とする請求項１０９記載の研磨ヘッド。
【請求項１１３】前記第２メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前
記スカート部は第１の硬さを有し、前記下面部は第２の硬さを有することを特徴
とする請求項１０６記載の研磨ヘッド。
【請求項１１４】前記第２の硬さは第１の硬さよりも小さいことを特徴と
する請求項１１３記載の研磨ヘッド。
【請求項１１５】前記第２メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前
記下面部は前記スカート部の厚さより小さい厚さであることを特徴とする請求項
１０６記載の研磨ヘッド。
【請求項１１６】研磨パッドと、外面を持ったサブキャリアプレートを有
した研磨ヘッドとを備えた装置を用いて基板の表面を研磨する方法であって；前記サブキャリアプレートに連結された第１メンブレンを設け、該第１メンブ
レンは、前記サブキャリアプレートの外面に実質的に延び、前記第１メンブレン
の内面と前記サブキャリアプレートの外面との間に第１チャンバを形成し、前記
第１メンブレンは基板を受け入れるようになっている受入れ面を有し；前記第１メンブレンの上方に位置する第２メンブレンを設け、該第２メンブレ
ンは、前記サブキャリアプレートに連結され、前記第２メンブレンの内面と前記
サブキャリアプレートの外面との間に第２チャンバを形成し；前記第１メンブレンの受入れ面に基板を位置決めし；加圧流体を第２チャンバに導入することによって基板の表面を研磨パッドに押
圧し、前記第２メンブレンが第１メンブレンに力を作用させ、それによって、予
め定められた面積を有する基板の表面の一部を前記研磨パッドに押圧し；前記サブキャリアと前記研磨パッドとの間の相対的な動きを行わせ、基板の表
面を研磨することを特徴とする方法。
【請求項１１７】前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程は、所
望の予め定められた面積を提供するように選択された圧力を有した加圧流体を提
供する工程からなることを特徴とする請求項１１６記載の方法。
【請求項１１８】前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程は、前
記第２チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力の加圧流体を第１チャンバ
に導入し、前記第１メンブレンが基板の表面の一部を前記研磨パッドに押圧する
工程からなることを特徴とする請求項１１６記載の方法。
【請求項１１９】前記予め定められた面積は、前記第１チャンバと第２チ
ャンバに導入された流体の圧力差に比例し、前記基板の表面を前記研磨パッドに
押圧する工程は、所望の予め定められた面積を提供するように前記第１チャンバ
および前記第２チャンバに導入された流体の圧力を選択する工程からなることを
特徴とする請求項１１８記載の方法。
【請求項１２０】請求項１１６の方法によって研磨された半導体基板。
【請求項１２１】研磨装置の研磨パッド上に表面を有した基板を位置決め
するための研磨ヘッドであって；外周縁部と中心部を有した外面を備えたサブキャリアプレートと；前記サブキャリアプレートの外周縁部に連結されたスペーサと；基板を受け入れるようになっている受入れ面を有するとともに、スペーサを介
して前記サブキャリアプレートの外面の外周縁部に連結される外縁部と、前記サ
ブキャリアプレートの外面の中心部に連結される内縁部とを有し、外面からスペ
ーサの厚さだけ離間して、前記メンブレンと外面との間に環状のチャンバを形成
する環状メンブレンと；を備え；研磨中、前記環状チャンバに導入された加圧流体が前記環状メンブレンを外側
に膨張させ、前記基板の裏面の一部に力を働かせ、それによって前記基板の表面
の予め定められた面積を前記研磨パッドに押圧することを特徴とする研磨ヘッド
。
【請求項１２２】前記予め定められた面積は前記環状チャンバに導入され
た流体の圧力に比例することを特徴とする請求項１２１記載の研磨ヘッド。
【請求項１２３】前記環状メンブレンの受入れ面は基板の裏面をシールし
、基板の裏面、環状メンブレンの受入れ面およびサブキャリアプレートの外面と
の間に中心チャンバを形成し、前記環状チャンバに導入された流体の圧力より低
い圧力の加圧流体が前記中心チャンバに導入され、前記基板の表面を前記研磨パ
ッドに押圧することを特徴とする請求項１２１記載の研磨ヘッド。
【請求項１２４】前記予め定められた面積は、前記環状チャンバと中心チ
ャンバに導入された流体の圧力差に比例することを特徴とする請求項１２３記載
の研磨ヘッド。
【請求項１２５】前記環状メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前
記スカート部は第１の硬さを有し、前記下面部は第２の硬さを有することを特徴
とする請求項１２１記載のへ研磨ヘッド。
【請求項１２６】前記第２の硬さは第１の硬さよりも小さいことを特徴と
する請求項１２５記載の研磨ヘッド。
【請求項１２７】前記環状メンブレンはスカート部と下面部とを備え、前
記下面部は前記スカート部の厚さより小さい厚さであることを特徴とする請求項
１２１記載の研磨ヘッド。
【請求項１２８】研磨パッドと、外周縁部と中心部を有した外面を持った
サブキャリアプレートを有した研磨ヘッドとを備えた装置を用いて基板の表面を
研磨する方法であって；基板を受け入れるようになっている受入れ面を有する環状メンブレンを設け、
該環状メンブレンは、スペーサを介して前記サブキャリアプレートの外面の外周
縁部に連結される外縁部と、前記サブキャリアプレートの外面の中心部に連結さ
れる内縁部とを有し、前記環状メンブレンは外面からスペーサの厚さだけ離間し
て、前記メンブレンと外面との間に環状のチャンバを形成し；前記環状メンブレンの受入れ面に基板を位置決めし；加圧流体を前記環状チャンバに導入することによって前記基板の表面の予め定
められた面積を前記研磨パッドに押圧し、前記環状メンブレンが前記基板の裏面
の一部に力を作用し；前記サブキャリアと前記研磨パッドとの間の相対的な動きを行わせ、基板の表
面を研磨することを特徴とする方法。
【請求項１２９】前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程は、所
望の予め定められた面積を提供するように選択された圧力を有した加圧流体を提
供する工程からなることを特徴とする請求項１２８記載の方法。
【請求項１３０】前記環状メンブレンの受入れ面は基板の裏面をシールし
、基板の裏面、環状メンブレンの受入れ面およびサブキャリアプレートの外面と
の間に中心チャンバを形成し、前記基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程
は、前記環状チャンバに導入された流体の圧力より低い圧力の加圧流体を前記中
心チャンバに導入して、基板の表面を前記研磨パッドに押圧する工程からなるこ
とを特徴とする請求項１２８記載の方法。
【請求項１３１】前記予め定められた面積は、前記環状チャンバと中心チ
ャンバに導入された流体の圧力差に比例し、前記基板の表面を前記研磨パッドに
押圧する工程は、所望の予め定められた面積を提供するように前記環状チャンバ
および前記中心チャンバに導入された流体の圧力を選択する工程からなることを
特徴とする請求項１３０記載の方法。
【請求項１３２】請求項１２８の方法によって研磨された半導体基板。