JP2004520705A - 半導体ウエハ、研磨装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
半導体ウエハ研磨用のウエハ研磨装置。該研磨装置は、ベース（２３）、ターンテーブル（２７）、研磨パッド（２９）、および研磨ヘッド（６３）を回転するための駆動メカニズム（４５）を含む。研磨ヘッドは、少なくとも一のウエハ（３５）を保持して、ウエハの表面を、研磨パッドのワーク面に噛合わせる。球状のベアリングアセンブリ（７５）は、研磨パッド（６３）を駆動メカニズム上に載置し、ジンバルポイント（ｐ）の周りで研磨ヘッドをピボット旋回させる。研磨ヘッドは、ウエハを研磨ヘッドと噛合うように保持した場合、ジンバルポイントはワーク表面より高い位置にはならない。このピボット旋回は、ウエハ表面が、ウエハ表面にかかる圧力が均等になるように連続的に自己整合でき、一方、研磨ヘッドの回転は、駆動メカニズムにより行なわれる。これは、表面とワーク表面とを、連続的に平行な関係に維持し、半導体ウエハ、特にウエハの横のエッジ近傍で、より均一な研磨を行なう。ウエハのカセットおよび研磨方法も記載されている。
Description
【背景技術】
【０００１】
本発明は半導体又は類似のタイプの材料の研磨装置に関し、特に、研磨されたウエハ面及び／又は装置の研磨ヘッドに加わる下向きの圧力を均一化を容易に行なう装置に関する。
【０００２】
物品を研磨して、高反射で損傷の無い表面を作製することは、多くの分野で応用されている。電子ビームリソグラフィやフォトレジストリソグラフィプロセス（以下、「リソグラフィ」という。）で、ウエハ上に回路をプリントするために準備される半導体材料のウエハのような物品を研磨する場合に、特に良好な仕上げが要求される。回路がプリントされるウエハ表面の平坦性は、ラインの分解能を維持するために厳格であり、０．１３ミクロン（５．１マイクロインチ）又はそれ以下である。平坦な表面の要求、特に表面の別個の領域における部分的な平坦性への要求は、ステッパリソグラフィプロセスが使用される場合、より高くなる。
【０００３】
平坦性は、全体的な平坦性変動パラメータ（global flatness variation parameter）（例えば、全膜厚変動（ＴＴＶ））により、又は、ウエハ（例えば、Site Best Fit Reference Plane）の比較面に対して測定される局所的な平坦性変動パラメータ（例えば、Site Total Indicated Reading (ＳＴＩＲ)、又はSite Focal Plane Deviation (ＳＦＰＤ)）により定量化される。ＳＴＩＲは、ウエハの小さな領域における表面の、焦点平面と呼ばれる参照面からの最大正偏差及び最大負偏差の和である。ＳＦＱＲは、表面側の最適参照面から測定された、ＳＴＩＲ測定の特別なタイプである。ウエハの平坦性についての更なる検討は、F. ShimuraのSemiconductor Silicon Crystal Technology (Academic Press 1989年)の１９１から１９５頁に記載されている。現在、片面研磨ウエハの研磨表面の平坦性パラメータは、以下に述べるように、一般には、殆どのウエハの中央領域では満足しているが、ウエハのエッジ近傍では満足しないようになる。
【０００４】
従来の研磨装置の構造は、ウエハのエッジ近傍で受け入れられない平坦性を与える。研磨装置は、一般に、ターンテーブル上に載置された環状の研磨パッドを含み、該パッドは、パッド中央を通る垂直軸の周りを駆動されて回転する。ウエハは、研磨パッド上の圧力プレートに固定されて搭載され、回転する研磨パッドと研磨状態で噛合うように下げられる。研磨スラリーは、一般には化学研磨薬品と研磨用粒子とを含み、研磨パッドとウエハとの間のより大きな研磨の相互作用のためにパッドに適用される。
【０００５】
必要な研磨の程度を得るために、本質的に垂直の力が、ウエハをパッドに噛合うように押しつける。パッドとウエハとの間に摩擦係数は、ウエハ上で重要な横方向の力を形成する。例えば、ウエハの主なエッジでも摩擦力の垂直成分を生じることにより、この横方向の力は、研磨中に歪を与える。ウエハが横方向の摩擦力の影響下でジンバルポイントの周りをピボット旋回するように搭載されているため、摩擦力の垂直成分が生じる。ウエハに与えられる正味の垂直力の変化は、研磨圧力と研磨速度を部分的に変化させ、研磨の歪を生じさせる。しばしば、不均一な力が、ウエハ周辺のエッジマージンを、ウエハの多くの部分より少し薄くしウエハのエッジマージンを、リソグラフィプロセスで役に立たないようにする。この状態は、ウエハの平坦性に関するより一般的な問題の一形態であり、以下においてエッジロールオフと呼ぶ。
【０００６】
ウエハ研磨の改良は、エッジロールオフを減少させる。最近の設計では、ウエハとメカニズムとの間に円錐型のベアリングアセンブリが組み込まれ、研磨力を与えるとともにウエハの自由な回転を許容する。円錐型のベアリングアセンブリは、伝統的なボールとソケット形状の改良である。これは、メカニズムのジンバルポイントが、ベアリングより下部のポイントであり、ウエハと研磨パッドとの間のインターフェイスに近いためである。研磨ヘッドの真下で研磨パッドが回転するため、パッドとウエハの間の摩擦がヘッド上で水平力を形成し、ヘッド上でモーメントを形成する。このモーメントが、研磨ヘッドをパッドに対して傾斜させ、ヘッドの主要エッジにより大きな力を与える。研磨パッドのワーク表面に向って、又は表面よりやや下部に、研磨ヘッドのピボットポイントを低くすることにより、摩擦力により研磨ヘッドに与えられるトルクモーメントが最小になるか、削除されるか、又はより所望の方向に分けられる。このモーメントの制御は、ウエハ上の全ての点で、より均一な研磨圧力を与え、研磨パッドをより均一に磨り減らす。ワーク表面近傍にジンバルポイントを有して研磨されたウエハは、特に、従来の研磨プロセスが「ロールオフ」特性を示すウエハの外部エッジの近傍や、スラリーの欠乏が発生しやすい中央近傍で、優れた平坦性を示す。ロールオフは、摩擦による研磨ヘッド上のトルクが、研磨ヘッドの主要エッジと、ウエハとを、研磨パッドに押す、ワーク表面上にジンバルポイントを有する研磨装置で発生する。スラリーの欠乏は、ウエハの主要エッジとヘッドが研磨パッドに押され、スラリーを前方に押して、パッドとウエハとの間をスラリーが流れるのを阻止する場合に発生する。従来技術のそのような改良にもかかわらず、ウエハのエッジには、許容できないロールオフが生じ、ウエハの中央には不充分な研磨が残る。
【０００７】
ジンバルポイントをワーク表面又はそれより下部に下げるとともに、ウエハの回転を制御することは、より望まれる。メカニズムのジンバルポイントと研磨ヘッド、ウエハ双方の回転速度を制御することは、ウエハ研磨プロセスの更なる制御を可能にするからである。これとは対照に、研磨ヘッドとウエハは、ウエハと研磨ヘッドとの間の摩擦力に対応して単に回転するだけなので、自由に回転する研磨ヘッドは、研磨プロセスをほとんど制御しない。摩擦力はウエハの間、一の研磨装置から次の研磨装置（例えば、ターンテーブルとメカニズムの調整不良により）の間で変化し、研磨ヘッドの回転速度とウエハ研磨特性を異ならせる。このプロセスは、ウエハ間の不均一な研磨につながり、研磨パッドの外部の消耗を増加させる。自由に回転するウエハは、より速く回転しようとするため、研磨パッドの内部ではより直線的なウエハの軌跡となり、パッドの中央近傍で、より速くパッドを磨耗させる。パッドが中央近傍でより速く磨耗した場合、パッドはもはや平坦ではないため、ウエハの平坦性は劣化する。ウエハの回転速度が減少した場合、研磨パッドがより均一に磨耗するため、研磨の質は大幅に改良される。更に、パッドの磨耗は、ウエハ表面のディッシング（dishing）やドゥーミング（doming）に影響を与え、これはウエハの回転速度により、より効果的に制御される。このように、設計の改良には、低いジンバルポイントやウエハ回転の制御のような、エッジロールやウエハの平坦性を全体的に改良するための、更なる特徴の組み込みが必要とされる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の多くの目的や特徴の中で、半導体ウエハ、半導体ウエハの研磨装置、処理されたウエハの平坦性を改良する方法の提供、ウエハエッジのロールオフを減少させたウエハ、装置、方法の提供、リソグラフィ処理に使用できるウエハの面積を増加させたウエハ、装置、方法の提供、およびウエハ上の、外部リングサイトと内部リングサイトとの間の、サイトとサイトとの整合性を改良したウエハ、装置、方法の提供は留意すべきである。
【０００９】
本発明のウエハ研磨装置は、一般に、研磨装置の要素を支えるベースを含む。研磨パッドをその上に有するターンテーブルはベース上に載置され、ターンテーブルと研磨パッドに垂直な軸の周りで、ベースに対して、ターンテーブルと研磨パッドが回転する。研磨パッドはウエハの表面と噛合う、ウエハの表面を研磨するためのワーク表面を有する。駆動メカニズムがベース上に載置され、ターンテーブルの軸に実質的に平行な軸の周りで回転運動を与える。研磨ヘッドの駆動された回転のために、駆動メカニズムに接続された研磨ヘッドは、少なくとも１つのウエハを保持し、ウエハの表面を研磨パッドのワーク表面に噛合わせる。球状のベアリングアセンブリが駆動メカニズム上の研磨ヘッドに載置され、ウエハを研磨パッドと噛合った状態に保持した場合に、ウエハ表面とワーク表面とのインターフェイスより高くない位置に置かれるジンバルポイントの周りで、研磨ヘッドをピボット旋回させる。このピボット旋回は、ウエハの表面上の研磨圧力を均一にするようにウエハ表面を連続的にそれ自身で調整させ、一方、研磨ヘッドの回転は駆動メカニズムにより行なわれる。これは、表面とワーク表面を、半導体ウエハがより均一に研磨される平行な関係に、連続的に保持する。
【００１０】
本発明の他の態様では、半導体ウエハの研磨方法は、一般に、ウエハ研磨装置の研磨ヘッドの中に半導体ウエハを配置する工程と、第１軸の周りで研磨装置のターンテーブル上で研磨パッドを回転させる工程とを含む。研磨ヘッドの回転は、一般に、第１軸と一致しない第２軸の周りで行われる。研磨ヘッドで保持されたウエハは、ウエハ表面が研磨パッドのワーク表面に噛合い、研磨パッドに作用するように配置される。研磨ヘッドは、ワーク表面とウエハ表面のインターフェイスより高くないジンバルポイントの周りをピボット旋回するように配置され、研磨ヘッドの回転が続く場合に、ウエハ表面に垂直な方向に、ジンバルポイントの周りの全ての力に対応して、ウエハ表面が、研磨パッドのウエハ表面上の研磨圧力を均一にし、一方、ジンバルポイントを概ね通るウエハ表面に平行な力の下で、ウエハの表面がピボット旋回するのを防止する。ウエハはターンテーブルとの噛合わせが外され、研磨ヘッドから取り除かれる。
【００１１】
本発明の最後の形態では、片面が研磨された、単結晶半導体ウエハのカセットが開示される。各ウエハは、中心軸と、中心軸に概ね垂直で、最終研磨状態に研磨された表面とを含む。中心軸から、周囲のエッジから少なくとも２ミリメータ（０．０８インチ）の領域で、回路の写真製版に使用できるように、表面は均一な平坦性を有する。ウエハは、それらの平坦性によって選択されるものではない。
【００１２】
本発明の他の目的や特徴は、一部分は明らかであり、一部分は以下で述べる。
【００１３】
図面、特に図１を参照すると、全体が１５で表される従来のウエハ研磨装置の概略図は、搭載シャフト１６、研磨ヘッド１７、ウエハ１８および研磨パッド１９を含む。シャフト１６、研磨ヘッド１７、およびウエハ１８は、ウエハを研磨するためにウエハを研磨パッド１９に押しつけながら、垂直軸の周りを回転する。以下で詳細に検討するように、研磨ヘッド１７は、シャフト１６に対してピボット旋回して、ウエハ１８が研磨パッド１９と平らに噛合うようにする。研磨ヘッド１７とウエハ１８は、ジンバルポイントＰの周りをシャフト１６に対してピボット旋回するように搭載される。図１の概略図を含む、多くの従来の研磨装置では、ジンバルポイントＰは、ウエハ１８と研磨パッド１９とのインターフェイスの上に位置する。パッド１９からジンバルポイントＰまでの距離は、しばしば数インチの大きさとなり、例えば図１では２インチとして記載される。
【００１４】
本発明に戻ると、特に図１Ａ、１Ｂのように、本発明に従って組み立てられた、全体が２１で表されるウエハ研磨装置は、ハウジングや研磨装置の他の要素を支持するための、全体が２３で表されるベースを含む。ベース２３は多様な形状であっても良いが、好適には研磨装置２１を安定して支持できるように形成される。好適な具体例では、ブース２５はウエハ研磨装置２１を含み、空気で運ばれる汚染物がブースに侵入し、装置や研磨される物品を汚染するのを防止する。研磨中に研磨装置によってウエハが保持され研磨される方法に関して以下で述べる点を除いて、研磨装置の構成は従来のものと同じである。ここで検討されるタイプのそのような従来の片面研磨装置として、例えば、California州、San Luis ObispoのStrasbaugh Inc.から入手できるStrasbaugh Model 6DZがある。
【００１５】
ターンテーブル２７はベース２３に載置され、ベースに対して回転する。ターンテーブル２７は円形で、半導体ウエハ３５を研磨するために、その上に研磨パッド２９が載置されている。研磨パッド２９は、好適には裏面が接着され、パッドをターンテーブル２７に固定する。ターンテーブルと研磨パッド２９は、ターンテーブルと研磨パッドとに垂直な軸の周りを、ベース２３に対して、組み合った状態で回転する。研磨パッドの反対側は、半導体ウエハ３５の表面３９と噛合ったワーク表面３７を含む。研磨中、研磨スラリーの連続供給を受け入れるように研磨パッド２９は設計される。研磨スラリーは、スラリー配布システム（図示せず）によりパッド２９に配布される。研磨パッド２９、研磨スラリー、および研磨スラリー配布システムは、関連分野で良く知られている。ターンテーブル２７の回転は、ターンテーブルモータおよびターンテーブル制御装置（図示せず）により制御される。ターンテーブル制御装置はターンテーブルの回転速度を制御し、以下で詳細について見当するように、ウエハ３５の研磨を更に調整する。ターンテーブル制御装置とモーターは関連分野で良く知られている。
【００１６】
全体が４５で表される駆動メカニズムは、ターンテーブル２７の上方で、ベース２３上に搭載され、ターンテーブルの軸Ａに実質的に平行な軸Ｂの周りで、駆動メカニズムの回転運動を与える（図１Ｂ）。駆動メカニズム４５は、モータ４７と、移動可能なアーム５３に組み込まれたギアボックス４９を含む。移動可能なアーム５３は、水平および垂直の双方向にピボット旋回し、以下で非常に詳細に述べるように、半導体ウエハ３５を取り上げ、研磨し、放すことができる。駆動メカニズム４５はまた、駆動メカニズムの回転速度を制御し、研磨プロセスの研磨特性を高める制御装置（図示せず）を含む。モーター４７は、アーム５３の中に水平に配置され、適当なワームギアアセンブリ（図示せず）を含むギアボックス４９に接続され、水平軸の周りをモータの回転を、軸Ｂの周りの出力シャフト５５の回転に変える。ギアボックス４９内での、回転モータ４７のエネルギの変換は、この分野で良く知られており、ここでは更には記載しない。出力シャフト５５は、ギアボックス４９から２列の放射線状のベアリング５７を通り、シャフト位置を制御する。
【００１７】
ベース２３、ブース２５、ターンテーブル２７、および駆動メカニズム４５は関連分野では公知であり、上述の片面ウエハ研磨装置２１の基本要素を含む。本発明の主題は、そのような研磨装置２１に対する、新規で有用な改良である。本具体例の新規で有用な特徴に話を戻すと、ウエハ研磨装置２１は、研磨ヘッドの駆動された回転のための駆動メカニズム４５に、ピボット旋回し、回転するように接続された、全体が６３で表される研磨ヘッドを更に含む（図１Ｂ）。研磨ヘッド６３の第１の目的は、研磨中にウエハ３５を固く保持し、ウエハが均一に研磨されるようにすることである。研磨ヘッド６３は出力シャフト５５の下端部に搭載され、組み合って回転する。研磨ヘッド６３は、従来は、片面研磨を行なうのに使用されていたが、研磨ウエハ３５の品質に関して多くの欠点を持っていた。本具体例の研磨ヘッド６３は、更に全体が７５で表される球状のベアリングアセンブリを更に含むことにより、それらの欠点を避けるものである。アセンブリは、上部ベアリング部材７７、下部ベアリング部材７９、および複数のボールベアリング８１を含む。上部ベアリング部材７７と下部ベアリング部材７９は、互いに固定されて接続されておらず、互いに動くことができる。ボールベアリング８１は、上部ベアリング部材７７、下部ベアリング部材７９と、部材間で相対運動できるように噛合い、研磨ヘッド６３は駆動メカニズム４５に対してピボット旋回できる。ベアリング８１は、好適には、関連分野で良く理解されているように、従来のベアリング軌道軸（図示せず）中に保持され、ベアリングを、ベアリング部材７７、７９の間の位置に保持する。上部ベアリング部材７７は、駆動メカニズム４５上に固定され、一方、下部ベアリング７９は、研磨ヘッド６３上に固定されている。上部ベアリング部材７７と下部ベアリング部材７９は、球形のベアリング表面を有し、各球形のベアリング表面の曲率の中心がジンバルポイントＰに一致する。いずれのベアリング表面に垂直なラインも、一般には、ジンバルポイントＰ、アセンブリ７５のピボット中心を通る。このように、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３は、また、ジンバルポイントＰの周りをピボット旋回する。好適な具体例では、ベアリング部材７７、７９およびボールベアリング８１は、硬化鋼または、研磨ヘッド６３が回転した場合に、研磨ヘッドの繰り返されるピボット運動に耐え得る他の材料から形成される。表面は高度に研磨され、破損によるくずの形成を防止し、球形のベアリングアセンブリ７５中での摩擦を最小にし、ベアリングアセンブリの非常にスムースなピボット運動を確保している。
【００１８】
ウエハ研磨中に、アーム５３は、研磨ヘッド６３に下方に圧力をかける（図１Ｂ）。上述のように、アーム５３は、アームの近い方の端部に近い水平軸の周りを垂直にピボット旋回する（図示せず）。油圧式のアクチュエーションシステムが、研磨アーム５３を繋ぐのに通常使用されが、他の接続システムも本発明の範囲に入るものと考える。関連技術分野において、これらのシステムは良く知られており、ここでは詳細な説明は行なわない。接続システムからの下方向の力は、出力シャフト５５、上部ベアリング部材７７、ボールベアリング８１、および下部ベアリング部材７９を通ってウエハ３５に伝えられる。
【００１９】
ウエハ研磨装置２１は、更に、全体が８９で表される半硬質の接続部を、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３との間に含み、駆動メカニズムから研磨ヘッドに回転力を伝える（図１Ｂ）。半硬質の接続部８９は、研磨ヘッド６３と駆動メカニズム４５とが一緒に回転するのを確実にし、制御装置が駆動メカニズムの速度を調整することにより、ウエハ３５を回転させる。半硬質の接続部８９が無くても、上部ベアリング部材７７は駆動メカニズム４５とともに回転するが、一方で、下部ベアリング部材７９とウエハ３５は、球形のベアリングアセンブリ７５の真下で回転しない。駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３との間の接続部は半硬質であり、球状のベアリングアセンブリ７５の周りで、駆動メカニズムに対して研磨ヘッドの自在なピボット旋回運動が、駆動メカニズムの駆動力によって影響を受けないようにしなければならない。半硬質の接続部８９は、フレキシブルな接続部であり、第１の具体例では、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３とに取り付けられたトルク伝達ブース９３である。ブート９３は、研磨ヘッド６３が、球状のベアリングアセンブリ７５のジンバルポイントＰを通る水平軸の周りで、駆動メカニズム４５に対して、ピボット旋回できるようにし、駆動メカニズムから研磨ヘッドに回転を伝える。リング９５は、トルク伝達ブート９３の外方のエッジ上に適合され、ブートを研磨ヘッド６３に固定する。リング９５とブート９３は、それぞれ複数のマッチングホール９７を含み、複数のボルト１０３がリングとブートを通って、ブートを研磨ヘッド６３に固く保持する。リング９５はブート９３を補強し、ブートを通って伝達される回転力が、ブートの周辺に均一に広げられる。好適な具体例では、トルク伝達ブート９３は、ゴム（例えば、ウレタン）のような弾性材料から形成され、駆動メカニズム４５の回転エネルギを研磨ヘッド６３に伝えうる硬質性を有し、弾力が、研磨ヘッドのピボット旋回運動を可能にする。回転エネルギの伝達が可能で、研磨ヘッド６３のピボット旋回運動が可能な他の材料も、本発明の範囲に入るものと考える
【００２０】
研磨ヘッド６３は、更に、ウエハの表面３９を研磨パッド２９のワーク表面３７に噛合わせて、ウエハ３５を保持するように取り付けられる（図１Ｂ）。ヘッド６３は、下部ベアリング部材７９に載置された下部ボディ１０９を含む。下部ボディ１０９は、下部ベアリング部材と結合して回転し、上述のようにトルク伝達ブート９３に固定されている。これにより、ブート９３は、出力シャフト５５の回転エネルギーを、研磨ヘッド６３の下部ボディ１０９に伝達する。加えて、下部ボディ１０９は、上部ベアリング部材７７の上で内方に突出した内方に向った環状のフランジ１１１を含み、アーム５３が研磨ヘッド６３を上方に持ち上げた場合、下部ボディ１０９、研磨ブロック１１５および上は３５の重量は、トルク伝達ブート９３よりむしろ固い上部ベアリング部材上に残る。このフランジ１１１は、アーム５３が駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３を持ち上げた場合に、トルク伝達ブート９３を繰り返される垂直張力の負荷にトルク伝達ブート９３を晒さないことにより、トルク伝達ブート９３の保護を助ける。下部ボディ１０９は、更に、下部ボディの真下にある保持リング１１７と搭載シム１１９とを含み、研磨ブロック１１５を研磨ヘッド６３に載せるためのシートを協同で形成する。保持リング１１７は、下部ボディ１０９の外周部から下方に延びて、研磨ブロック１１５を横方向にサポートし、搭載シム１１９は下部ボディの下面上に載置され、ブロックを下部ボディから離す。研磨ブロック１１５は厚く、固いブロックであり、研磨中に、ウエハ３５のサポートとして使用される。研磨ブロック１１５は、平坦性と固さのために選択され、一般には、構成上の剛性および温度安定性ゆえに、セラミック材料から形成される。ウエハ３５は、ワックス層を研磨ブロックに塗り、ウエハをブロックに接着する従来の方法で、研磨ブロック１１５の底面に載置され、ウエハの表面３９を露出させて、下方に向ける。研磨ブロック１１５は、続いて、下部ボディ、シム１１９、および研磨ブロックの間に形成された排気されたキャビティ１２５により、下部ボディ１０９に載置される。このキャビティ１２５の排気は、研磨ブロック１１５を研磨ヘッド６３上に固定して保持する。
【００２１】
次に図２を参照すると、動作における、駆動メカニズム４５上にピボット状に搭載された研磨ヘッド６３の相互作用について、模式的に描く。矢印Ｄは、ウエハ３５に対するターンテーブル２７の移動方向を示す。前に検討したように、ジンバルポイントＰは、完全に球状のベアリングアセンブリ７５の転心となる。ウエハに対するこのジンバルポイントＰの位置は、研磨装置２１の研磨特性に影響する。研磨パッド２９は研磨ヘッド６３の下方で回転するので、パッドとウエハ３５の間の摩擦が、ヘッド上で水平方向力を形成し、ヘッド上のモーメントとなる。研磨ヘッド６３のジンバルポイントＰを、ワーク表面３７に向って、又は、噛合わせ位置で図２に示すように表面よりわずかに下に向って下げることにより、摩擦力により研磨ヘッドに加えられるモーメントは、最小になるか、又は他のより好ましい方向に分けられる。このモーメントの制御は、ウエハ３５上のすべてのポイントにおいてより均一な研磨圧力となり、より均一な研磨パッド２９の消耗となる。ワーク表面３７の近傍又は僅かに下のジンバルポイントＰを用いて研磨されたウエハ３５は、特に、従来の研磨プロセスが「ロールオフ」特性を示す、ウエハの外部エッジ１２９の近傍において、優れた平坦性を示す。ロールオフは、ワーク表面３７の上にジンバルポイントＰ’を有する研磨装置で発生する。ここでは、摩擦による研磨ヘッド６３上のトルクが、ウエハ３５の主なエッジ１３１を、研磨パッド２９に押しつける。ウエハ３５が回転するため、ウエハの主なエッジ１３１は連続して変化し、ウエハの周辺に下向きの傾斜したエッジ、又はロールオフを形成する。ジンバルポイントＰが研磨インターフェイスにある場合、摩擦力がジンバルポイントＰ又はその非常に近傍を通り抜けるため、モーメントは減少する。ウエハ３５の主なエッジ１３１（又は、以下で議論するようなウエハを保持する保持リング）は、研磨パッド２９にウエハ３５をそのような大きな力で押しつけず、ウエハのロールオフを減少させる。加えて、ジンバルポイントＰ’が、ワーク表面３７よりずっと上にある一般的な研磨装置と比較して、より少ない研磨スラリーがウエハ３５に向って押しつけられ、ウエハ３５の主なエッジ１３１が研磨パッドを横切るようにパッド２９を圧迫する。より多くのスラリーをウエハ３５の中央に向って流すことにより、中央がより研磨され、ウエハエッジ１２９のオーバーポリッシングを少なくできる。ピボットポイントＰがワーク表面３７より下方の場合、ヘッド６３の垂れ下がってエッジ１３３に研磨圧力をかけることにより、モーメントはスラリーがウエハ３５の下方を流れるのを助長し、ウエハの中心部分の研磨を改良する。
【００２２】
本発明では、研磨ヘッド６３が、ウエハ３５を研磨パッド２９と噛合って保持する場合に、ジンバルポイントＰがワーク表面３７の近傍に位置する。この位置は、ウエハが連続的に自己整合し、ウエハの表面３９にかかる研磨圧力を均等にし、一方、駆動メカニズム４５により研磨ヘッド６３が回転する。研磨ヘッド６３がピボット運動するために、表面３９はワーク表面３７との平坦な噛合わせを維持し、半導体ウエハ３５をより均一に研磨する。更に、研磨インターフェイスに位置するポイントＰの周りをピボット回転することにより、摩擦力から生じる、ウエハ３５の表面３９に平行な方向の、ヘッド６３上のモーメントは、垂直方向に除去される。好適な具体例では、ジンバルポイントＰは、ターンテーブル２７を含むインターフェイスの側の、ウエハ３５とワーク表面３７のインターフェイスより高くない位置にある。この構造は、ウエハ３５のより均一な研磨のために表面のかかる研磨圧力を均一にすることにより、ワーク表面３７と表面３９とを、ほとんど平行な関係に維持する。この構成は、更に、ヘッドがターンテーブル２７に対してピボット回転することにより、圧力ポイントがウエハ３５の主エッジ１３１近傍に形成されるのを防止する。研磨ヘッド６３のモーメントが、ウエハ３５の垂れ下がったエッジ１３３にもう少し大きな圧力を与えるために、適当な量のスラリーが、ウエハと研磨パッド２９との間を通り、ウエハの研磨を改良する。
【００２３】
研磨ヘッドの回転軸（軸Ｂ）は、ターンテーブルの回転軸（軸Ａ）から間隔を隔てている（図１Ｂ）。これにより、研磨パッド２９の実体的な部分で、ウエハ３５が均一研磨されるのを確実にする。研磨パッドは、好適には、ウエハ３５や研磨ヘッド６３より大きく、研磨中に、ウエハのどの部分も、研磨パッドの中央部分を通過しない。これにより、ウエハ３５が、研磨パッドの大部分と関係するため、研磨パッド２９の寿命が延び、ウエハ研磨の均一性が良くなる。
【００２４】
加えて、ウエハ３５の更なる均一性、有効な研磨のために、研磨パッド６３とターンテーブル２７は、異なった相対回転速度で回転する。研磨ヘッド６３の回転速度の調整は研磨ヘッド２９の消耗パターンに影響し、消耗パターンは、ウエハ３５の平坦性と研磨パッドの寿命に影響する。ウエハ３５と研磨パッド２９の回転は、どのような相対速度が最も均一な平坦性と長いパッド寿命を与えるかを決定するために相対速度を比較して数学的に設計される。図２Ａは、そのような比較結果を表したグラフである。図２Ａの曲線の組は、研磨パッド２９の各点の上の、ウエハ３５の動いた全直線距離を表す。各曲線は、研磨ヘッド６３の異なる回転速度（Ωｈ）を示し、一方、研磨パッド２９の回転速度は、毎分２００回転（ｒｐｍ）で一定に保たれる。例えば、研磨パッド２９と研磨ヘッド６３が、同じ回転速度２００ｒｐｍ（Ωｈ＝２００ｒｐｍ）である場合、パッドの中心から６０ミリメータ（２．４インチ）に位置する研磨パッド上の点は、研磨パッドの１回転中に、その上を概ね２３５ミリメータ（９．２５インチ）移動する。２００ｒｐｍ（Ωｈ＝２００ｒｐｍ）の研磨ヘッド速度に対応する曲線を見ると、図２は、研磨パッド２９と研磨ヘッドが同じ速度で回転した場合、研磨パッドの半径方向の内方部分は、研磨パッドの外方部分より、より大きなウエハ経路の直線距離となることを示す。時間が経過すると、研磨パッド２９の内方部分の近傍に、より大きな研磨パッド２９の磨耗が形成される。理想的には、研磨パッド２９の各ポイントは、１回転の間に、理想的な量のウエハ３５経路を通らなければならない。しかし、図２Ａから、いずれの角速度の組み合わせも、結果として水平な線を形成しないことが明らかである。最良の得られたプロファイルは、パッド２９の各位置で見られたウエハ３５の距離を、全研磨パッドでより均一に分散させるであろう。研磨ヘッド６３が、１００ｒｐｍ（Ωｈ＝１００ｒｐｍ）で回転した場合に、曲線は概ねそのような結果となる。それゆえに、約１００ｒｐｍ近傍で研磨ヘッド６３を回転すると、ウエハ３５のより均一な研磨や、研磨パッド２９のより一貫した磨耗が、しばしばもたらされる。これは、パッドの消耗は、研磨パッドで見られる直線ウエハ距離から影響を受けるからである。それらの結果は相対速度に基づくためそれらは比較でき、研磨ヘッド６３の速度は、研磨パッド２９の回転速度のパーセンテージとして表示できる。
【００２５】
上述のように、好適な具体例では、研磨ヘッド６３はターンテーブル２７より遅い速度で駆動される。ウエハ３５と研磨ヘッド６３が自由に回転できた場合、それらは、おおよそ研磨ヘッド２９と同じ速度で回転し、パッドの不均一な消耗を招く。このように、駆動メカニズム４５が、実質的に研磨パッド６３を減速させ、研磨ヘッドは、ターンテーブル２７の回転速度の、約４０％と約７０％の間の速度で回転する。上の例では、これは８０ｒｐｍと１４０ｒｐｍの間のΩｈに相当する。更なる実験と上記分析によると、ウエハを研磨し、表面２９のより均一な研磨およびより均一な研磨パッド２９の消耗を得るためには、この範囲が最適であることが見出された。特に、駆動メカニズム４５が、ターンテーブル２７の回転速度の５５％で回転するときに、最良の研磨が得られる。図２Ａの例では、これは、Ωｈがおおよそ１１０ｒｐｍの場合に相当する。
【００２６】
本発明の研磨ヘッドの第２の具体例では、研磨ヘッド１５３が駆動メカニズム４５に接続され、研磨ヘッドを駆動回転させる（図３）。研磨ヘッド１５３はウエハ３５を保持し、ウエハの表面３９を研磨パッド２９のワーク表面に噛合わせる。研磨ヘッド１５３は、全体が１５９で表される、球状のベアリングアセンブリにより駆動メカニズム４５に取り付けられ、ワーク表面３７の近傍にあるジンバルポイントの周りで、研磨ヘッドをピボット回転させる。研磨ヘッド１５３は、ウエハ３５の表面３９を研磨パッド２９と噛合うように保持する。これにより、ウエハを研磨し、表面を連続して自己整合させてウエハの表面上の研磨圧力を均一にし、半導体ウエハをより均一に研磨する。
【００２７】
全体が１６３で表される、半硬質の接続部は、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド１５３とに取り付けられ、駆動メカニズムから研磨ヘッドに回転力を伝達し、一方、駆動メカニズムについては、球状のベアリングアセンブリ１５９の周りで、研磨ヘッドの自由なピボット運動を許容する。多くの点において、第２の具体例は、第１の具体例に近似している。
【００２８】
近似しているが、研磨ヘッド１５３の第２の具体例はウエハ３５を保持し、ウエハに圧力を与え、一般的な方法で研磨ヘッドに回転を伝達する。研磨ヘッド１５３も下側に、膜１６９が搭載されている（図３）。好適な具体例では、膜１６９は、シリコーンから形成されるが、他の適当な材料も、本発明の範囲内に入るものと考える。膜１６９は、ウエハ３５と噛合い、ウエハを研磨ヘッド１５３に載せる外部表面１７１と、研磨ヘッドに面し外部表面と対向する内部表面１７３を有する。研磨ヘッド１５３は、更に、膜１６９を囲み、研磨ヘッドに取り付いてヘッド上に膜を保持するリング形状の固定具１７７を含む。固定具１７７は、膜１６９の周囲を研磨ヘッド１５３に封止し、膜の部分が直接、固定具に噛合わずに、ヘッドから短い距離だけ、内方または外方に独立して移動できるようになっている。膜１６９とヘッド１５３の間に形成されるキャビティ１７９は、真空源と流体接続されている。出力シャフト５５とヘッドの中の直列チャネル１８１を通って、真空が研磨ヘッド１５３に伝えられる。膜１６９は、その中に設けられた孔を有し、キャビティが真空に引かれた場合、膜１６９は膜に向ってウエハ３５を引き、ウエハを保持する。更に、キャビティ１７９内で、表面をワーク表面３７に向って均一に押す空気圧を選択的に変化させることによってもウエハを保持できる。第２の具体例は、第１の具体例と実質的に同様の研磨を行なうが、第２の具体例は、両面研磨されたウエハの研磨装置で先に研磨されたウエハ３５の研磨に、理想的には適している。そのようなウエハは既に研磨されていて実質的に平坦であり、更なる研磨は、ウエハ全体のシリコン材料の均一層の除去を目的とし、全体的にウエハを平坦にするものではない。固定具１７７が研磨パッド２９に固く押えられてウエハ３５を保持し、一方、シリコンの均一層を除去するために、ウエハが研磨パッドに従うことを膜が許容するように、膜１６９は、一部ではそのような目的に特に良く適している。
【００２９】
球状のベアリングアセンブリ１５９は、更に、駆動メカニズム４５に取りつけられ、これとともに回転する上部円錐シート１８７を含む（図３）。下部球状ピボット１８９は、研磨ヘッド１５３上に固定され、駆動メカニズム４５に向って上方に延びる。下部球状ピボット１８９は上部円錐シート１８７と噛合い、駆動メカニズム４５に対して研磨ヘッド１５３のピボット運動を可能とする。下部球状ピボット１８９は上方に向う球状の表面１９１を有する。球状の表面１９１へのいずれの法線もピボットのジンバルポイントを通る。球状のベアリングアセンブリ１５９の構造は、第１の具体例とは実質的に異なるが、ピボット動作は実質的に近似し、この結果、固定具１７７の均一な圧力、シリコンの均一層が除去された研磨ウエハ３５が得られる。先の具体例のように、ジンバルポイントは、ウエハ３５と、ターンテーブル２７を含むインターフェイス側の上のワーク表面３７のインターフェイスに、又はインターフェイスよりやや下方に位置する。この外形では、ワーク表面３７と固定具１７７を、均一な距離で平坦に噛合うように維持し、固定具により均一な圧力を与える。この構造は、ターンテーブル２７に対する研磨ヘッド１５３のピボット回転により、低圧ポイントが固定具１７７の垂れ下がったエッジの近傍に形成されるのを防止し、ウエハの固定を助ける。好適には、下部球形ピボット１８９は、ステンレス鋼のような高張力金属から形成され、下部円錐シート１８７は、米国、ペンシルバニア州、Westcheter の Victrex USA Inc. から入手できるＰＥＥＫ、ポリアリルエーテルケトン（polyaryletherketone）樹脂のようなプラスチック材料から形成される。双方の表面が高度に研磨されで、磨耗くずの形成を防止し、球形のベアリングアセンブリ１５９中での摩擦を最小にし、非常にスムースなベアリングアセンブリのピボット動作を形成する。
【００３０】
第２の具体例では、半硬質の接続部１６３が、研磨ヘッド１５３に取りつけられた複数のショルダーボルト１９７を含む（図３）。それらのショルダボルト１９７は研磨ヘッド１５３から下方に延び、上部円錐シート１８７から横方向に延びた環状のフランジ２０１中の、一連の放射状のスロット１９９を通る。放射状のスロット１９９は、ボルト１９７より少し大きなサイズで、駆動メカニズム４５が回転した場合に、放射状のスロットはショルダーボルトと噛合い、研磨ヘッド１５３の回転を生じさせる。放射状のスロット１９９とボルト１９７との間の更なる隙間は、上部円錐シート１８７と下部球状ピボット１８９が、互いに対して少しピボット回転することを許容し、ウエハ３５がヘッド１５３から落下するのを防止し、固定具１７７上の磨耗を低減する。先の具体例のように、ピボット回転は、より均一な研磨と、駆動メカニズム４５から研磨ヘッド１５３への回転の連続した伝達を可能とする。フランジ２０１と上部円錐シート１８７は単一で、プラスチック構造である。駆動メカニズム４５が研磨後に上方に持ち上げられた時、各ショルダーボルト１９７のボルトヘッド２０５はプラスチックフランジ２０１と噛合い、研磨ヘッド１５３はワーク表面３７から持ち上げられる。
【００３１】
膜１６９を通して研磨圧力を加えることは、研磨中に剛性の表面でウエハ３５を保持する研磨装置に対して有利である。第１に、接着剤を用いることなくヘッド１５３はウエハ３５を保持でき、複雑さを排除し、起こり得る汚染を除去できる。この具体例では、真空を用いてウエハ３５をヘッド１５３に固定し、潜在的な汚染源を排除している。第２に、膜１６９を通して研磨圧力がウエハ３５に加えられるので、ウエハ３５と膜１６９の間でうっかり捕らえられた粒子状の物質は研磨表面に影響しない。従来のシステムでは、粒子状の物質は、ウエハ３５と固い支持表面（例えば、バッキングプレート）の間で留まることができる。研磨中に、この物質がウエハ３５の裏面に圧力をこれにより、ウエハの小さな部分を外方に、研磨パッドに押しつける。研磨操作はウエハの平坦化を求め、一般に、異物により外方に押されたウエハの小さなこの部分を平坦化する。一旦、ウエハが固い支持から外された場合、ごみにより押し出されたウエハの部分は、本来の位置に戻り、研磨された表面に窪みの欠陥を残すことになる。膜１６９を用いることにより、膜とウエハ３５との間に留まる粒子状の物質が、ウエハでなく、瞬時に膜を変形させ、ウエハは窪むことなく、通常の研磨が行なえる。
【００３２】
操作において、ウエハ３５と固定リング１７７の双方はワーク表面３７と噛合う（図３）。研磨ヘッド１５３が回転した場合、膜１６９はウエハ３５をワーク表面３７に押しつけ、一方、リング１７７はヘッド内にウエハ３５を保持し、ワーク表面とウエハとの間の摩擦は、ウエハをヘッドの外に押すことができない。固定具１７７は、長期間の使用の後、少し磨耗し、これにより固定具のボトム２０９と膜１６９とのオフセットが維持される。事実上、リング１７７は、ワーク表面３７から適当な距離に研磨ヘッド１５３を保持し、一方、膜１６９はウエハ３５をワーク表面に押しつける。ウエハ３５を取り囲み、研磨ヘッド１５３からウエハの近傍まで下方に延びることにより、時が経過すると固定具がいくらか磨耗するが、固定具１７７はウエハのエッジ１２９と噛合う。第１の具体例と同じように、研磨ヘッド１５３とターンテーブル２７が異なった相対速度で回転することにより、ウエハ３５はより均一に研磨される。研磨ヘッド１５３は、ターンテーブル２７より遅い速度で回転する。好適には、駆動メカニズム４５は、ターンテーブル２７の回転速度の、約４０％と約７０％の間の速度でヘッド１５３を回転させる。研磨ヘッド１５３が、ターンテーブル２７の回転速度の約５５％で回転する場合、研磨装置は最も平坦なウエハを作製できる。
【００３３】
次に、第３の具体例について、本具体例は、駆動メカニズム４５と接続され、研磨ヘッドを駆動回転させる研磨ヘッド２２３を含む（図４）。研磨ヘッド２２３は、ウエハ３５の表面３９を研磨パッドのワーク表面３７に噛合わせて、ウエハ３５を保持するために取り付けられる。先の具体例のように、本具体例は、ウエハ３５上に均一な圧力を加え、両面研磨プロセス又は微細グラインドプロセスにより形成されたウエハから均一なシリコンを除去する。
【００３４】
全体が２２７で表される、球状のベアリングアセンブリは、研磨ヘッド２２３と駆動メカニズム４５を接続し、研磨ヘッドをピボット回転させる。球状のベアリングアセンブリは、更に、上部円錐シート２２９と下部球状ピボット２３１を含み、第２の具体例に近似している。上部円錐シート２２９は、好適には、駆動メカニズムの末端部２３２に沿って、駆動メカニズム４５に溶接されるが、他の永久的な取り付け形態も本発明の範囲内に入ると考える。研磨ヘッドが、研磨パッドに噛合ってウエハ３５を維持した場合、研磨ヘッド２２３は、ワーク表面３７より高くない位置にあるジンバルポイントの周りをピボット旋回し、これにより、ウエハの表面３９が連続的に自己整合し、ウエハの表面にかかる研磨圧力を均等にし、一方、駆動メカニズム４５により研磨ヘッドが回転する。好適には、先に具体例のように、ジンバルポイントは、ウエハ３５と、ターンテーブル２７を含むインターフェイスの一の側のワーク表面３７との、インターフェイスより下方に位置し、ウエハの表面３９全体で研磨圧力を均一にする。ウエハのより均一な研磨のために、ターンテーブル２７に対する研磨ヘッド２２３のピボット旋回により、圧力ポイントがウエハ３５のエッジ近傍に形成されるのを防ぎ、均一な圧力が表面３９とワーク表面３７との間に維持される。
【００３５】
全体が２３３で表される、駆動メカニズム４５と研磨パッド２２３との間の半硬質の接続部は、駆動メカニズムの回転力を研磨ヘッドに伝達し、一方、軌道メカニズムに対して研磨ヘッドの自由なピボット運動を可能とする。この接続部２３３は、第２の具体例の半硬質の接続部１６３（図３）と類似しており、研磨ヘッド２２３に搭載され、上部円錐シート２２９中の孔２３７を通るショルダーボルト２２３を用いる。しかしながら、比較すると、上部円錐シート２２９は一体構造ではない。円錐シート２２９は、駆動メカニズム４５に溶接され、そこから横方向に延びてショルダーボルト２３５と噛合うベース２２９ａを含み、一方、上部円錐シート２２９の部分２２９ｂは、ベースから下方に延びて、下部球状ピボット２３１と噛合っている。ベース２２９ａは、好適には、金属から形成されて駆動メカニズム４５に溶接される。部分２２９ｂは、好適には、例えば、米国、ペンシルバニア州、Westcheter の Victrex USA Inc. から入手できるＰＥＥＫ、ポリアリルエーテルケトン（polyaryletherketone）樹脂のようなプラスチック材料から形成される。上部円錐シート２２９と下部球状ピボット２３１は、高度に研磨され、磨耗によるくずの発生を防止し、球状のベア稟議アセンブリ２２７中の摩擦を最小にし、ベアリングアセンブリを非常にスムースにピボット運動させる。
【００３６】
第２の具体例と第３の具体例との間の重要な違いは、ウエハ３５に研磨圧力を加える方法である。第３の具体例は膜１６９を用いないが、硬いバッキングプレート２４７と固定具２４９とを用い、双方は、ウエハ３５を固定するために研磨ヘッド２２３に取り付けられる。バッキングプレート２４７は平坦で硬く、第１の具体例の研磨ブロック１１５に類似しており、ウエハの均一研磨のために、ウエハ３５全体に均一な圧力を与えるように取り付けられる。研磨ヘッド２２３とバッキングプレート２４７の間に形成されたキャビティ２５１中に維持された空気圧は、バッキングプレートとウエハ３５の上に、下向きの力として働く。固定具２４９は、研磨ヘッド２２３からバッキングプレート２４７の下まで下方に延び、第２の具体例のように、研磨中にウエハ３５を固定する。バッキングプレート２４７は、固定具２４９を独立して動かし、固定具が磨耗した場合、バッキングプレートは、それに対応して少ない距離だけ外方に延び、バッキングプレートと固定具の間の距離を同じになるように維持する。これにより、研磨中に固定具中にウエハを維持するための、固定具２４９とウエハ３５との間の妥当な噛合い深さが得られる。ワーク表面３７から研磨ヘッド２２３を上昇させた場合、研磨の前後において、駆動シャフト４５が球状のベアリングアセンブリ２２７を最初に持ち上げる。リフトワッシャ２７３は、駆動メカニズム４５とショルダーボルト２３５上にゆるく配置され、駆動メカニズムが研磨ヘッド２２３を持ち上げた場合、ショルダーボルトヘッド２７７がワッシャに寄りかかり、駆動メカニズムが研磨ヘッドを持ち上げることができる。ショルダーボルト２３５と駆動メカニズムの上にゆるく配置されたリフトワッシャ２７３は、ジンバル動作を防止することにより、ワッシャが研磨プロセスに影響しないようにしている。
【００３７】
操作においては、第３の具体例は、先の２つの具体例と実質的に同一である。これは、ターンテーブル２７に対する駆動メカニズム４５の回転速度の制御工程も含む。同じ速度範囲（約４０％から約７０％）が適用され、最良の回転速度は約５５％である。
【００３８】
本発明は、更に、片面研磨のグループに関し、第１の具体例で述べたように、ウエハ研磨装置で研磨された単結晶半導体ウエハ３５に関する。そのようなウエハ３５は、一般には、全体が２５３で表される（図４Ａ）、カセットに保持され、複数のウエハが保存され運ばれる。カセット２５３は、一般に、ボトム部分２５５、ウエハスロット２５７、およびふた２５９を含む。製造後、１組の独立したウエハ３５は、一般には、保存または持ち運びのために、カセット２５３に入れられる。カセット２５３は、例えば、１カセットあたり、２５、２０、１５、１３、又は１０枚のような、いくつの数のウエハでも保持できるような、さまざまな大きさにできる。ウエハ３５は、好適には単結晶シリコンから形成されるが、本発明の研磨装置や研磨方法は、他の材料の研磨にも容易に適用できる。ウエハ３５の表面３９は最終研磨状態に研磨され、一方、ウエハの裏面は最終研磨状態には研磨されない。図示されたウエハはそのような弦を有さないが、殆どのウエハ３５は、ウエハの一のエッジ１２９から除去した材料の小さな弦又はノッチを有する。
【００３９】
ウエハ３５の表面３９は、回路の写真製版に使用するために、均一に平坦である。本発明にかかる研磨されたウエハ３５は、中心から、周辺のエッジ１２９から少なくとも２ミリメータ（０．０８インチ）までの領域で、有用な表面３９を有する。ウエハは、図５に示すように、一般に、表面３９にグリッド状のサイトを投影することにより、分析のために分割される。半導体ウエハ３５のアウトラインを示す。ウエハの用途に依存して、予め定められた数の、幾何学的な大きさ又は幾何学的な形状のサイトが、ウエハの表面３９に配置されても良い。最も一般的には、サイトは、一定の大きさ及び形状の、正方形又は矩形である。サイトは、完全サイト２６１と他の不完全サイト２６３に分類される。本分析のために、多数の完全サイト２６１は、ウエハ３５の表面に全て配置され、複数の不完全サイト２６３は、一部はウエハの表面に配置され、また一部はウエハの周辺エッジ１２９の外側に配置される。本発明により研磨された場合、不完全サイト２６３の平坦性は、実質的に完全サイト２６１の平坦性に等しい。討論する目的で、以下のデータ分析は、図５に示すような、２０の不完全サイト２６３と、３２の完全サイト２６１の投影されたグリッドを有する直径約２００ミリメータ（７．９インチ）の半導体ウエハに基づく。この分析で用いられたウエハはその平坦性によって選択されたものではなく、ウエハの一般的な製造グループを代表するものである。各サイトは、好適には、その各辺が２５ミリメータ（０．９８インチ）の正方形である。これは、各完全サイト２６１又は各不完全サイトの面積が、ウエハの表面３９の面積の約２％であることに対応する。ウエハ３５のエッジ１２９近傍に位置する不完全サイト２６３は、本発明により改良される外部リングを含む。データ分析は、２００ミリメータ（７．９インチ）のウエハからの測定に基づくが、本発明は、例えば、１００ミリメータ（３．９インチ）、１５０ミリメータ（５．９インチ）、３００ミリメータ（１２インチ）のような他の直径のウエハにも容易に適用できる。
【００４０】
本発明にかかる片面研磨ウエハ３５は、実質的に完全サイト２６１と同様の均一な平坦性を有する不完全サイト２６３を示す。これは、しばしば許容できないウエハのエッジ１２９近傍のロールオフを示す、従来の研磨装置で研磨した片面研磨ウエハ３５の実質的な改良に相当する。本発明のウエハ３５の表面３９は、表面の殆どで均一な平坦性を有する高度に研磨された表面であり、ウエハの周辺エッジ１２９の約２ミリメータ（０．０８インチ）以内までの、大きなウエハ表面領域を含む。典型的には、中心軸から、ウエハエッジより３ミリメータ（０．１２インチ）以内までの、ウエハを写真製版に用いるのに十分なウエハ３５の、エッジ１２９の平坦性を悪化させる。ウエハ３５のエッジ１２９から、３ミリメータ（０．１２インチ）以内から２ミリメータ（０．０８インチ）以内に、ウエハ３５の使用可能な領域を拡大することにより、使用可能なウエハ面積は２％増加する。使用可能な領域は、２ミリメータ（０．０８インチ）より更にエッジに向かって拡大していると信じられている。より重要なのは、ウエハ３５のエッジ１２９近傍の不完全サイト２６３がより平坦な特性を示すことで、それらの不完全サイトのリソグラフィが、ウエハ上で正確なリソグラフとなる。より良く焦点の合ったリソグラフィは、エッジの欠陥を殆ど無くし、デバイスの欠陥も殆ど無くなる。更に、本発明のウエハ３５は、ウエハの周囲でより対称である。ウエハのすべての部分において均一なプロセスを可能とするため、より対称なウエハ３５は有用である。
【００４１】
例えば、図６は、ジンバルポイントがワーク表面の概ね５１ミリメータ（２．０インチ）上方に有る、従来の片面研磨装置で研磨した、２００ミリメータ（７．９インチ）直径のウエハの母集団を示す。データは、２．０ミリメータ（０．０７９インチ）のエッジを除外して処理され、部分的に活性で、窪みを含む。加えて、２５ミリメータ（０．９８インチ）角のサイトが用いられ、平坦性のデータが収集され解析された。ウエハの片面が、０．２５０ミクロン（９．８４ミクロインチ）より大きなＳＦＱＲ値を有した場合、このような特別なウエハは販売できないものとしてデータから除外され、これにより分析された。これらのウエハ３５は、窪んだ欠陥を有すると仮定される。サンプル中の、オリジナルの３６３枚のウエハから、１５枚が除外され、３４８のウエハと３４８のデータが残った。これらのデータは、従来の片面ウエハ研磨装置の、従来通りの結果に非常に類似する。各ウエハから、ウエハ上の不完全サイト２６３の中の最大ＳＦＱＲ値を示す１つのデータがプロットされた。かかる値は、未来技術光ツール（emerging technology optical tool）よりむしろ、業界標準キャパシタンスツール（industry-standard capacitance tool）で測定された。例えばここで記載されたデータは、Massachusetts州、Westwood のADE Corporation で製造されたUltrascan 9000 シリーズ（例えば、Ultrascan 9600）で収集された。これらのデータ点は、図６にプロットされ、ウエハの全母集団の最大ＳＦＱＲの不完全サイト２６３について、平均値０．１３６ミクロン（５．３４マイクロインチ）を示す。従来通り研磨された母集団と本発明とを比較するために、図７に、駆動される研磨ヘッドと、ウエハ表面３９とワーク表面のインターフェイスにあるジンバルポイントとを有する本発明にかかるウエハ研磨装置で研磨されたウエハの母集団を示す。ウエハ３５は、研磨工程を除いて、同一の大きさ、同一の方法で処理された。試料のオリジナルの１７４５個のウエハのうち、８６個のウエハは、０．２５０ミクロン（９．８４マイクロインチ）より大きなＳＦＱＲ値を備えたウエハのサイトを有するために排除される。これは窪みのためと思われ、１６５９個のウエハと１６５９のデータ点が残される。これらのデータは、より小さな母集団の平均値０．１０２ミクロン（４．０２マイクロインチ）を示し、従来のプロセスに対して２４．８％の改良となる。それゆえに、本発明により研磨されたウエハは、平均ＳＦＱＲが約０．１０５ミクロン（４．１３マイクロインチ）より小さい、最大の不完全サイト２６３を示す。平坦性が改良されたそれらのウエハは、ウエハの表面３９全体に渡って、実質的に精密なリソグラフィが可能となる。
【００４２】
エッジの平坦性の他の測定は、ウエハ上の全ての不完全サイト２６３に対するＳＦＱＲの平均値である。図８は、図６で示した従来通りに研磨されたウエハの同じ母集団についてのこの測定結果を示し、ウエハ上の全ての不完全サイト２６３のＳＦＱＲ値の平均は、０．０８８ミクロン（３．４６マイクロインチ）である。図９は、図７に示した本発明により研磨されたウエハの同じ母集団に対する、同一の測定結果を示す。ここでは、ウエハの全ての不完全サイト２６３に対するＳＦＱＲ値の平均は、０．０６４ミクロン（２．５４マイクロインチ）である。本発明の装置又は方法を用いて研磨されたウエハは、従来のプロセスに対して、平坦性が２６．７％増加した。ウエハ３５の平坦性は改良され、実質的にウエハの全表面３９に渡って精密なリソグラフィが可能となった。
【００４３】
更なる重要な平坦性のパラメータは、隣接するサイトの平坦性である。リソグラフィは、ウエハの表面での、リソグラフィ装置の慎重な焦点合わせを必要とする。完全サイト２６１上での焦点合わせは機械的作業であるが、不完全サイト２６３上での焦点合わせにはより先端的な技術が要求され、これはリソグラフィプロセスに、コストと時間を追加する。それゆえに、ウエハを写真製版する者は、しばしば、完全サイト２６７、２６７’に焦点を合わせ、それから隣接した焦点合わせをしていない不完全サイト２６９に移動し、２つのサイトは同様の平坦性を有するように研磨され、不完全サイトのリソグラフィもまた、焦点が合っていると仮定する。以前の、完全サイト２６１および不完全サイト２６３と一致するが、焦点調整の完全サイト２６７、２６７’と、焦点非調整の不完全サイト２６９とはリナンバされ、写真製版をする者の動きを描く。図１０に、焦点調整の完全サイト２６７、２６７’から、焦点非調整の不完全サイト２６９への、リソグラフィ装置の移動を（矢印で）示す。例えば、写真製版をする者は、サイトＸでは、該サイトが不完全サイト２６９であるため、精密に焦点合わせができない。それゆえに、写真製版をする者は、一般にサイトＹで焦点を合わせ、それからカメラを矢印で示される方向に移動させて、サイトＸ上でリソグラフィを行なう。隣接するサイトが類似した平坦性を有するとの仮定は、焦点非調整サイト２６７が焦点調整サイト２６９と同じように研磨された場合にのみ有効である。しかしながら、ウエハが大きなエッジのロールオフを有する場合、この仮定はリソグラフィエラーにつながる。中央とエッジとで同じような平坦特性を有するウエハは、この仮説をより妥当なものとする。
【００４４】
不完全サイトと、隣接する完全サイトの内部リングとでウエハが同様の研磨を有するか否かを定量化するために、図５で規定するような、焦点非調整の不完全サイト２６９の外部リングと、焦点調整の完全サイト２６７の内部リングとを（サイト２６７’は、焦点調整の完全サイト２６７のデータには含まれない）、比較することができる。図１１に示されるデータは、図６に示された従来方法で研磨されたウエハと同じ母集団に対して求めた、２０個の焦点非調整の不完全サイト２６９の外部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値と、１６個の焦点調整の完全サイト２６７の隣接した内部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値とのばらつきである。従来の研磨装置で研磨されたウエハの、平均ＳＦＱＲのばらつきは、０．０３０μｍ（１．２マイクロインチ）である。図１２に示されたデータは、図７に示された本発明のウエハと同じ母集団に対して求めた、２０個の不完全サイト２６９の外部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値と、１６個の完全サイト２６７の隣接した内部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値とのばらつきである。本発明のウエハの、平均ＳＦＱＲのばらつきは、０．０１３μｍ（０．５２マイクロインチ）である。本発明の装置又は方法で研磨されたウエハは、従来のプロセスより、隣接するサイトの平坦性が５５％増加している。本発明のウエハは、各不完全サイトでリソグラフィ装置の再焦点合わせ無しに、不完全サイト２６９の精密なリソグラフィが可能とする。
【００４５】
他の方法でデータを再検討すると、図１３は、従来のウエハ研磨装置に対して求めた、不完全サイト２６９の外部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値と、完全サイト２６７の隣接した内部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値とのばらつきである。図６に示される従来通りに研磨されたウエハの、同様の母集団に対して求めた、従来の研磨装置で研磨されたウエハ３５の、外部および内部リングの平均ＳＦＱＲは、５６．３％である。これに比較して、図１４は、図７を作成するのに用いられた本発明のウエハ３５と同一の母集団に対する、同様のパーセンテージばらつきを示す。本発明のウエハ研磨装置で研磨されたウエハの、外部および内部リング平均ＳＦＱＲの平均パーセンタテージばらつきは、１８．３％である。このように本発明の研磨装置は、従来の研磨装置に比較して、このパラメータにおいて６７．６パーセントの減少を示す。それゆえに、本発明により研磨したウエハ３５は、完全サイトの内部リングの、ＳＦＱＲの平均より５５％大きい、不完全サイト２６９の外部リングの、ＳＦＱＲの平均値を有するとの結果を得る。更に、本発明は、内部リングと外部リングの間で、３０％より小さい、更には１８％より小さい平均ＳＦＱＲのばらつきを示す。
【００４６】
ウエハ３５の平坦性の最後の測定は、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値と、各ウエハの完全サイトの最大ＳＦＱＲ値とのパーセンテージばらつきである（図５）。次に、図１５を参照すると、そのような比較を示すデータは、図に示す従来の研磨ウエハと同じ母集団に対して、２１．２％の、不完全サイト２６３の最大ＳＦＱＲと完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲとの間のパーセンテージばらつきを示す。これと比較して、図１６に、図７に用いられたのと同様の本発明のウエハ３５の母集団に対する、同様のパーセンテージばらつきを示す。本発明のウエハ研磨装置で研磨されたウエハ３５の、不完全サイト２６３の最大ＳＦＱＲと、完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲとの平均パーセンテージばらつきは、−１０．７％である。このような負の値は、本発明により研磨されたウエハ３５に対して、不完全サイト２６３の最大ＳＦＱＲは、完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲによりも小さいことを示す。従来の方法で研磨されたウエハ３５とは反対に、こられのウエハでは、完全サイト２６１より、不完全サイト２６３において、ＳＦＱＲ最大値が小さくなる傾向にある。このように、本発明に研磨装置では、従来の研磨装置に比べて、そのパラメータにおいて十分な改良が見られる。それゆえに、本発明により研磨されたウエハは、完全サイト２６１に対する最大ＳＦＱＲ値より、たかだか２０％だけ大きいだけの、不完全サイト２６３に対する最大ＳＦＱＲ値を示す。更には、本発明は、完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲ値とほぼ同じで、および１０％だけ小さい場合もある、不完全サイト２６３に対する平均最大ＳＦＱＲ値を有する。
【００４７】
以上のことから、本発明の多くの目的が達成され、他の有利な結果が得られることが分かるであろう。
【００４８】
本発明又は好適な具体例の要素を説明する場合に、冠詞"a"、"an"、"the"、および"said"は、１又はそれ以上の要素があることを意味するものである。"comprising（含む）"、"including（含む）"、および"having（有する）"の語句は包括的であり、挙げられた要素以外にも含まれる要素が存在し得ることを意味する。
【００４９】
本発明の範囲からはずれることなく、多くの変形が上記構造の中で可能である。また、上記記載に含まれ、又は添付図面に示されたすべての内容は、例示であり、これに限定しないように解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のウエハ研磨装置の概略的な側面図である。
【図１Ａ】無汚染ブース内部にある、図１のウエハ研磨装置の模式的な側面図である。
【図１Ｂ】本発明のウエハ研磨装置の、概略的な側面図と部分断面である。
【図２】ウエハ研磨装置の拡大、断片概略図であって、その研磨ヘッドの断面を示す。
【図２Ａ】異なる研磨ヘッド回転速度の、ウエハが研磨パッド上の各点を移動する全直線距離の比較を示すグラフである。
【図３】本発明の研磨ヘッドの第２の具体例の拡大、断片断面図である。
【図４】本発明の研磨ヘッドの第３の具体例の拡大、断片断面図である。
【図４Ａ】ウエハキャリアの斜視図である。
【図５】サイトに分割された２００ミリメータ（７．９インチ）直径のウエハの概略図である。
【図６】従来のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値を示すグラフである。
【図７】本発明のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値を示すグラフである。
【図８】従来のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値の平均を示すグラフである。
【図９】本発明のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値の平均を示すグラフである。
【図１０】直径２００ミリメータ（７．９インチ）のウエハの概略図であって、焦点を合わせた全てのサイトから焦点の合わない不完全サイトへの、リソグラフィ装置の移動を示す。
【図１１】従来のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１２】本発明のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１３】従来のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１４】本発明のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１５】従来のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値と、完全サイトの最大ＳＦＱＲ値との間の、パーセントで表したばらつきを示すグラフである。
【図１６】本発明のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値と、完全サイトの最大ＳＦＱＲ値との間の、パーセントで表したばらつきを示すグラフである。
図面の多くの図を通して、同じ参照符号は同じ部分を示す。
【符号の説明】
【００５１】
２１ ウエハ研磨装置、２３ ベース、２５ ブース、２７ ターンテーブル、２９ 研磨パッド、３５ 半導体ウエハ、４５ 駆動メカニズム、４７ モータ、４９ ギアボックス、５３ アーム、５５ 出力シャフト、５７ ベアリング、６３ 研磨ヘッド、７５ 球状ベアリングアセンブリ、７７ 上部ベアリング部材、７９ 下部ベアリング部材、８１ ボールベアリング。
【０００１】
本発明は半導体又は類似のタイプの材料の研磨装置に関し、特に、研磨されたウエハ面及び／又は装置の研磨ヘッドに加わる下向きの圧力を均一化を容易に行なう装置に関する。
【０００２】
物品を研磨して、高反射で損傷の無い表面を作製することは、多くの分野で応用されている。電子ビームリソグラフィやフォトレジストリソグラフィプロセス（以下、「リソグラフィ」という。）で、ウエハ上に回路をプリントするために準備される半導体材料のウエハのような物品を研磨する場合に、特に良好な仕上げが要求される。回路がプリントされるウエハ表面の平坦性は、ラインの分解能を維持するために厳格であり、０．１３ミクロン（５．１マイクロインチ）又はそれ以下である。平坦な表面の要求、特に表面の別個の領域における部分的な平坦性への要求は、ステッパリソグラフィプロセスが使用される場合、より高くなる。
【０００３】
平坦性は、全体的な平坦性変動パラメータ（global flatness variation parameter）（例えば、全膜厚変動（ＴＴＶ））により、又は、ウエハ（例えば、Site Best Fit Reference Plane）の比較面に対して測定される局所的な平坦性変動パラメータ（例えば、Site Total Indicated Reading (ＳＴＩＲ)、又はSite Focal Plane Deviation (ＳＦＰＤ)）により定量化される。ＳＴＩＲは、ウエハの小さな領域における表面の、焦点平面と呼ばれる参照面からの最大正偏差及び最大負偏差の和である。ＳＦＱＲは、表面側の最適参照面から測定された、ＳＴＩＲ測定の特別なタイプである。ウエハの平坦性についての更なる検討は、F. ShimuraのSemiconductor Silicon Crystal Technology (Academic Press 1989年)の１９１から１９５頁に記載されている。現在、片面研磨ウエハの研磨表面の平坦性パラメータは、以下に述べるように、一般には、殆どのウエハの中央領域では満足しているが、ウエハのエッジ近傍では満足しないようになる。
【０００４】
従来の研磨装置の構造は、ウエハのエッジ近傍で受け入れられない平坦性を与える。研磨装置は、一般に、ターンテーブル上に載置された環状の研磨パッドを含み、該パッドは、パッド中央を通る垂直軸の周りを駆動されて回転する。ウエハは、研磨パッド上の圧力プレートに固定されて搭載され、回転する研磨パッドと研磨状態で噛合うように下げられる。研磨スラリーは、一般には化学研磨薬品と研磨用粒子とを含み、研磨パッドとウエハとの間のより大きな研磨の相互作用のためにパッドに適用される。
【０００５】
必要な研磨の程度を得るために、本質的に垂直の力が、ウエハをパッドに噛合うように押しつける。パッドとウエハとの間に摩擦係数は、ウエハ上で重要な横方向の力を形成する。例えば、ウエハの主なエッジでも摩擦力の垂直成分を生じることにより、この横方向の力は、研磨中に歪を与える。ウエハが横方向の摩擦力の影響下でジンバルポイントの周りをピボット旋回するように搭載されているため、摩擦力の垂直成分が生じる。ウエハに与えられる正味の垂直力の変化は、研磨圧力と研磨速度を部分的に変化させ、研磨の歪を生じさせる。しばしば、不均一な力が、ウエハ周辺のエッジマージンを、ウエハの多くの部分より少し薄くしウエハのエッジマージンを、リソグラフィプロセスで役に立たないようにする。この状態は、ウエハの平坦性に関するより一般的な問題の一形態であり、以下においてエッジロールオフと呼ぶ。
【０００６】
ウエハ研磨の改良は、エッジロールオフを減少させる。最近の設計では、ウエハとメカニズムとの間に円錐型のベアリングアセンブリが組み込まれ、研磨力を与えるとともにウエハの自由な回転を許容する。円錐型のベアリングアセンブリは、伝統的なボールとソケット形状の改良である。これは、メカニズムのジンバルポイントが、ベアリングより下部のポイントであり、ウエハと研磨パッドとの間のインターフェイスに近いためである。研磨ヘッドの真下で研磨パッドが回転するため、パッドとウエハの間の摩擦がヘッド上で水平力を形成し、ヘッド上でモーメントを形成する。このモーメントが、研磨ヘッドをパッドに対して傾斜させ、ヘッドの主要エッジにより大きな力を与える。研磨パッドのワーク表面に向って、又は表面よりやや下部に、研磨ヘッドのピボットポイントを低くすることにより、摩擦力により研磨ヘッドに与えられるトルクモーメントが最小になるか、削除されるか、又はより所望の方向に分けられる。このモーメントの制御は、ウエハ上の全ての点で、より均一な研磨圧力を与え、研磨パッドをより均一に磨り減らす。ワーク表面近傍にジンバルポイントを有して研磨されたウエハは、特に、従来の研磨プロセスが「ロールオフ」特性を示すウエハの外部エッジの近傍や、スラリーの欠乏が発生しやすい中央近傍で、優れた平坦性を示す。ロールオフは、摩擦による研磨ヘッド上のトルクが、研磨ヘッドの主要エッジと、ウエハとを、研磨パッドに押す、ワーク表面上にジンバルポイントを有する研磨装置で発生する。スラリーの欠乏は、ウエハの主要エッジとヘッドが研磨パッドに押され、スラリーを前方に押して、パッドとウエハとの間をスラリーが流れるのを阻止する場合に発生する。従来技術のそのような改良にもかかわらず、ウエハのエッジには、許容できないロールオフが生じ、ウエハの中央には不充分な研磨が残る。
【０００７】
ジンバルポイントをワーク表面又はそれより下部に下げるとともに、ウエハの回転を制御することは、より望まれる。メカニズムのジンバルポイントと研磨ヘッド、ウエハ双方の回転速度を制御することは、ウエハ研磨プロセスの更なる制御を可能にするからである。これとは対照に、研磨ヘッドとウエハは、ウエハと研磨ヘッドとの間の摩擦力に対応して単に回転するだけなので、自由に回転する研磨ヘッドは、研磨プロセスをほとんど制御しない。摩擦力はウエハの間、一の研磨装置から次の研磨装置（例えば、ターンテーブルとメカニズムの調整不良により）の間で変化し、研磨ヘッドの回転速度とウエハ研磨特性を異ならせる。このプロセスは、ウエハ間の不均一な研磨につながり、研磨パッドの外部の消耗を増加させる。自由に回転するウエハは、より速く回転しようとするため、研磨パッドの内部ではより直線的なウエハの軌跡となり、パッドの中央近傍で、より速くパッドを磨耗させる。パッドが中央近傍でより速く磨耗した場合、パッドはもはや平坦ではないため、ウエハの平坦性は劣化する。ウエハの回転速度が減少した場合、研磨パッドがより均一に磨耗するため、研磨の質は大幅に改良される。更に、パッドの磨耗は、ウエハ表面のディッシング（dishing）やドゥーミング（doming）に影響を与え、これはウエハの回転速度により、より効果的に制御される。このように、設計の改良には、低いジンバルポイントやウエハ回転の制御のような、エッジロールやウエハの平坦性を全体的に改良するための、更なる特徴の組み込みが必要とされる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の多くの目的や特徴の中で、半導体ウエハ、半導体ウエハの研磨装置、処理されたウエハの平坦性を改良する方法の提供、ウエハエッジのロールオフを減少させたウエハ、装置、方法の提供、リソグラフィ処理に使用できるウエハの面積を増加させたウエハ、装置、方法の提供、およびウエハ上の、外部リングサイトと内部リングサイトとの間の、サイトとサイトとの整合性を改良したウエハ、装置、方法の提供は留意すべきである。
【０００９】
本発明のウエハ研磨装置は、一般に、研磨装置の要素を支えるベースを含む。研磨パッドをその上に有するターンテーブルはベース上に載置され、ターンテーブルと研磨パッドに垂直な軸の周りで、ベースに対して、ターンテーブルと研磨パッドが回転する。研磨パッドはウエハの表面と噛合う、ウエハの表面を研磨するためのワーク表面を有する。駆動メカニズムがベース上に載置され、ターンテーブルの軸に実質的に平行な軸の周りで回転運動を与える。研磨ヘッドの駆動された回転のために、駆動メカニズムに接続された研磨ヘッドは、少なくとも１つのウエハを保持し、ウエハの表面を研磨パッドのワーク表面に噛合わせる。球状のベアリングアセンブリが駆動メカニズム上の研磨ヘッドに載置され、ウエハを研磨パッドと噛合った状態に保持した場合に、ウエハ表面とワーク表面とのインターフェイスより高くない位置に置かれるジンバルポイントの周りで、研磨ヘッドをピボット旋回させる。このピボット旋回は、ウエハの表面上の研磨圧力を均一にするようにウエハ表面を連続的にそれ自身で調整させ、一方、研磨ヘッドの回転は駆動メカニズムにより行なわれる。これは、表面とワーク表面を、半導体ウエハがより均一に研磨される平行な関係に、連続的に保持する。
【００１０】
本発明の他の態様では、半導体ウエハの研磨方法は、一般に、ウエハ研磨装置の研磨ヘッドの中に半導体ウエハを配置する工程と、第１軸の周りで研磨装置のターンテーブル上で研磨パッドを回転させる工程とを含む。研磨ヘッドの回転は、一般に、第１軸と一致しない第２軸の周りで行われる。研磨ヘッドで保持されたウエハは、ウエハ表面が研磨パッドのワーク表面に噛合い、研磨パッドに作用するように配置される。研磨ヘッドは、ワーク表面とウエハ表面のインターフェイスより高くないジンバルポイントの周りをピボット旋回するように配置され、研磨ヘッドの回転が続く場合に、ウエハ表面に垂直な方向に、ジンバルポイントの周りの全ての力に対応して、ウエハ表面が、研磨パッドのウエハ表面上の研磨圧力を均一にし、一方、ジンバルポイントを概ね通るウエハ表面に平行な力の下で、ウエハの表面がピボット旋回するのを防止する。ウエハはターンテーブルとの噛合わせが外され、研磨ヘッドから取り除かれる。
【００１１】
本発明の最後の形態では、片面が研磨された、単結晶半導体ウエハのカセットが開示される。各ウエハは、中心軸と、中心軸に概ね垂直で、最終研磨状態に研磨された表面とを含む。中心軸から、周囲のエッジから少なくとも２ミリメータ（０．０８インチ）の領域で、回路の写真製版に使用できるように、表面は均一な平坦性を有する。ウエハは、それらの平坦性によって選択されるものではない。
【００１２】
本発明の他の目的や特徴は、一部分は明らかであり、一部分は以下で述べる。
【００１３】
図面、特に図１を参照すると、全体が１５で表される従来のウエハ研磨装置の概略図は、搭載シャフト１６、研磨ヘッド１７、ウエハ１８および研磨パッド１９を含む。シャフト１６、研磨ヘッド１７、およびウエハ１８は、ウエハを研磨するためにウエハを研磨パッド１９に押しつけながら、垂直軸の周りを回転する。以下で詳細に検討するように、研磨ヘッド１７は、シャフト１６に対してピボット旋回して、ウエハ１８が研磨パッド１９と平らに噛合うようにする。研磨ヘッド１７とウエハ１８は、ジンバルポイントＰの周りをシャフト１６に対してピボット旋回するように搭載される。図１の概略図を含む、多くの従来の研磨装置では、ジンバルポイントＰは、ウエハ１８と研磨パッド１９とのインターフェイスの上に位置する。パッド１９からジンバルポイントＰまでの距離は、しばしば数インチの大きさとなり、例えば図１では２インチとして記載される。
【００１４】
本発明に戻ると、特に図１Ａ、１Ｂのように、本発明に従って組み立てられた、全体が２１で表されるウエハ研磨装置は、ハウジングや研磨装置の他の要素を支持するための、全体が２３で表されるベースを含む。ベース２３は多様な形状であっても良いが、好適には研磨装置２１を安定して支持できるように形成される。好適な具体例では、ブース２５はウエハ研磨装置２１を含み、空気で運ばれる汚染物がブースに侵入し、装置や研磨される物品を汚染するのを防止する。研磨中に研磨装置によってウエハが保持され研磨される方法に関して以下で述べる点を除いて、研磨装置の構成は従来のものと同じである。ここで検討されるタイプのそのような従来の片面研磨装置として、例えば、California州、San Luis ObispoのStrasbaugh Inc.から入手できるStrasbaugh Model 6DZがある。
【００１５】
ターンテーブル２７はベース２３に載置され、ベースに対して回転する。ターンテーブル２７は円形で、半導体ウエハ３５を研磨するために、その上に研磨パッド２９が載置されている。研磨パッド２９は、好適には裏面が接着され、パッドをターンテーブル２７に固定する。ターンテーブルと研磨パッド２９は、ターンテーブルと研磨パッドとに垂直な軸の周りを、ベース２３に対して、組み合った状態で回転する。研磨パッドの反対側は、半導体ウエハ３５の表面３９と噛合ったワーク表面３７を含む。研磨中、研磨スラリーの連続供給を受け入れるように研磨パッド２９は設計される。研磨スラリーは、スラリー配布システム（図示せず）によりパッド２９に配布される。研磨パッド２９、研磨スラリー、および研磨スラリー配布システムは、関連分野で良く知られている。ターンテーブル２７の回転は、ターンテーブルモータおよびターンテーブル制御装置（図示せず）により制御される。ターンテーブル制御装置はターンテーブルの回転速度を制御し、以下で詳細について見当するように、ウエハ３５の研磨を更に調整する。ターンテーブル制御装置とモーターは関連分野で良く知られている。
【００１６】
全体が４５で表される駆動メカニズムは、ターンテーブル２７の上方で、ベース２３上に搭載され、ターンテーブルの軸Ａに実質的に平行な軸Ｂの周りで、駆動メカニズムの回転運動を与える（図１Ｂ）。駆動メカニズム４５は、モータ４７と、移動可能なアーム５３に組み込まれたギアボックス４９を含む。移動可能なアーム５３は、水平および垂直の双方向にピボット旋回し、以下で非常に詳細に述べるように、半導体ウエハ３５を取り上げ、研磨し、放すことができる。駆動メカニズム４５はまた、駆動メカニズムの回転速度を制御し、研磨プロセスの研磨特性を高める制御装置（図示せず）を含む。モーター４７は、アーム５３の中に水平に配置され、適当なワームギアアセンブリ（図示せず）を含むギアボックス４９に接続され、水平軸の周りをモータの回転を、軸Ｂの周りの出力シャフト５５の回転に変える。ギアボックス４９内での、回転モータ４７のエネルギの変換は、この分野で良く知られており、ここでは更には記載しない。出力シャフト５５は、ギアボックス４９から２列の放射線状のベアリング５７を通り、シャフト位置を制御する。
【００１７】
ベース２３、ブース２５、ターンテーブル２７、および駆動メカニズム４５は関連分野では公知であり、上述の片面ウエハ研磨装置２１の基本要素を含む。本発明の主題は、そのような研磨装置２１に対する、新規で有用な改良である。本具体例の新規で有用な特徴に話を戻すと、ウエハ研磨装置２１は、研磨ヘッドの駆動された回転のための駆動メカニズム４５に、ピボット旋回し、回転するように接続された、全体が６３で表される研磨ヘッドを更に含む（図１Ｂ）。研磨ヘッド６３の第１の目的は、研磨中にウエハ３５を固く保持し、ウエハが均一に研磨されるようにすることである。研磨ヘッド６３は出力シャフト５５の下端部に搭載され、組み合って回転する。研磨ヘッド６３は、従来は、片面研磨を行なうのに使用されていたが、研磨ウエハ３５の品質に関して多くの欠点を持っていた。本具体例の研磨ヘッド６３は、更に全体が７５で表される球状のベアリングアセンブリを更に含むことにより、それらの欠点を避けるものである。アセンブリは、上部ベアリング部材７７、下部ベアリング部材７９、および複数のボールベアリング８１を含む。上部ベアリング部材７７と下部ベアリング部材７９は、互いに固定されて接続されておらず、互いに動くことができる。ボールベアリング８１は、上部ベアリング部材７７、下部ベアリング部材７９と、部材間で相対運動できるように噛合い、研磨ヘッド６３は駆動メカニズム４５に対してピボット旋回できる。ベアリング８１は、好適には、関連分野で良く理解されているように、従来のベアリング軌道軸（図示せず）中に保持され、ベアリングを、ベアリング部材７７、７９の間の位置に保持する。上部ベアリング部材７７は、駆動メカニズム４５上に固定され、一方、下部ベアリング７９は、研磨ヘッド６３上に固定されている。上部ベアリング部材７７と下部ベアリング部材７９は、球形のベアリング表面を有し、各球形のベアリング表面の曲率の中心がジンバルポイントＰに一致する。いずれのベアリング表面に垂直なラインも、一般には、ジンバルポイントＰ、アセンブリ７５のピボット中心を通る。このように、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３は、また、ジンバルポイントＰの周りをピボット旋回する。好適な具体例では、ベアリング部材７７、７９およびボールベアリング８１は、硬化鋼または、研磨ヘッド６３が回転した場合に、研磨ヘッドの繰り返されるピボット運動に耐え得る他の材料から形成される。表面は高度に研磨され、破損によるくずの形成を防止し、球形のベアリングアセンブリ７５中での摩擦を最小にし、ベアリングアセンブリの非常にスムースなピボット運動を確保している。
【００１８】
ウエハ研磨中に、アーム５３は、研磨ヘッド６３に下方に圧力をかける（図１Ｂ）。上述のように、アーム５３は、アームの近い方の端部に近い水平軸の周りを垂直にピボット旋回する（図示せず）。油圧式のアクチュエーションシステムが、研磨アーム５３を繋ぐのに通常使用されが、他の接続システムも本発明の範囲に入るものと考える。関連技術分野において、これらのシステムは良く知られており、ここでは詳細な説明は行なわない。接続システムからの下方向の力は、出力シャフト５５、上部ベアリング部材７７、ボールベアリング８１、および下部ベアリング部材７９を通ってウエハ３５に伝えられる。
【００１９】
ウエハ研磨装置２１は、更に、全体が８９で表される半硬質の接続部を、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３との間に含み、駆動メカニズムから研磨ヘッドに回転力を伝える（図１Ｂ）。半硬質の接続部８９は、研磨ヘッド６３と駆動メカニズム４５とが一緒に回転するのを確実にし、制御装置が駆動メカニズムの速度を調整することにより、ウエハ３５を回転させる。半硬質の接続部８９が無くても、上部ベアリング部材７７は駆動メカニズム４５とともに回転するが、一方で、下部ベアリング部材７９とウエハ３５は、球形のベアリングアセンブリ７５の真下で回転しない。駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３との間の接続部は半硬質であり、球状のベアリングアセンブリ７５の周りで、駆動メカニズムに対して研磨ヘッドの自在なピボット旋回運動が、駆動メカニズムの駆動力によって影響を受けないようにしなければならない。半硬質の接続部８９は、フレキシブルな接続部であり、第１の具体例では、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３とに取り付けられたトルク伝達ブース９３である。ブート９３は、研磨ヘッド６３が、球状のベアリングアセンブリ７５のジンバルポイントＰを通る水平軸の周りで、駆動メカニズム４５に対して、ピボット旋回できるようにし、駆動メカニズムから研磨ヘッドに回転を伝える。リング９５は、トルク伝達ブート９３の外方のエッジ上に適合され、ブートを研磨ヘッド６３に固定する。リング９５とブート９３は、それぞれ複数のマッチングホール９７を含み、複数のボルト１０３がリングとブートを通って、ブートを研磨ヘッド６３に固く保持する。リング９５はブート９３を補強し、ブートを通って伝達される回転力が、ブートの周辺に均一に広げられる。好適な具体例では、トルク伝達ブート９３は、ゴム（例えば、ウレタン）のような弾性材料から形成され、駆動メカニズム４５の回転エネルギを研磨ヘッド６３に伝えうる硬質性を有し、弾力が、研磨ヘッドのピボット旋回運動を可能にする。回転エネルギの伝達が可能で、研磨ヘッド６３のピボット旋回運動が可能な他の材料も、本発明の範囲に入るものと考える
【００２０】
研磨ヘッド６３は、更に、ウエハの表面３９を研磨パッド２９のワーク表面３７に噛合わせて、ウエハ３５を保持するように取り付けられる（図１Ｂ）。ヘッド６３は、下部ベアリング部材７９に載置された下部ボディ１０９を含む。下部ボディ１０９は、下部ベアリング部材と結合して回転し、上述のようにトルク伝達ブート９３に固定されている。これにより、ブート９３は、出力シャフト５５の回転エネルギーを、研磨ヘッド６３の下部ボディ１０９に伝達する。加えて、下部ボディ１０９は、上部ベアリング部材７７の上で内方に突出した内方に向った環状のフランジ１１１を含み、アーム５３が研磨ヘッド６３を上方に持ち上げた場合、下部ボディ１０９、研磨ブロック１１５および上は３５の重量は、トルク伝達ブート９３よりむしろ固い上部ベアリング部材上に残る。このフランジ１１１は、アーム５３が駆動メカニズム４５と研磨ヘッド６３を持ち上げた場合に、トルク伝達ブート９３を繰り返される垂直張力の負荷にトルク伝達ブート９３を晒さないことにより、トルク伝達ブート９３の保護を助ける。下部ボディ１０９は、更に、下部ボディの真下にある保持リング１１７と搭載シム１１９とを含み、研磨ブロック１１５を研磨ヘッド６３に載せるためのシートを協同で形成する。保持リング１１７は、下部ボディ１０９の外周部から下方に延びて、研磨ブロック１１５を横方向にサポートし、搭載シム１１９は下部ボディの下面上に載置され、ブロックを下部ボディから離す。研磨ブロック１１５は厚く、固いブロックであり、研磨中に、ウエハ３５のサポートとして使用される。研磨ブロック１１５は、平坦性と固さのために選択され、一般には、構成上の剛性および温度安定性ゆえに、セラミック材料から形成される。ウエハ３５は、ワックス層を研磨ブロックに塗り、ウエハをブロックに接着する従来の方法で、研磨ブロック１１５の底面に載置され、ウエハの表面３９を露出させて、下方に向ける。研磨ブロック１１５は、続いて、下部ボディ、シム１１９、および研磨ブロックの間に形成された排気されたキャビティ１２５により、下部ボディ１０９に載置される。このキャビティ１２５の排気は、研磨ブロック１１５を研磨ヘッド６３上に固定して保持する。
【００２１】
次に図２を参照すると、動作における、駆動メカニズム４５上にピボット状に搭載された研磨ヘッド６３の相互作用について、模式的に描く。矢印Ｄは、ウエハ３５に対するターンテーブル２７の移動方向を示す。前に検討したように、ジンバルポイントＰは、完全に球状のベアリングアセンブリ７５の転心となる。ウエハに対するこのジンバルポイントＰの位置は、研磨装置２１の研磨特性に影響する。研磨パッド２９は研磨ヘッド６３の下方で回転するので、パッドとウエハ３５の間の摩擦が、ヘッド上で水平方向力を形成し、ヘッド上のモーメントとなる。研磨ヘッド６３のジンバルポイントＰを、ワーク表面３７に向って、又は、噛合わせ位置で図２に示すように表面よりわずかに下に向って下げることにより、摩擦力により研磨ヘッドに加えられるモーメントは、最小になるか、又は他のより好ましい方向に分けられる。このモーメントの制御は、ウエハ３５上のすべてのポイントにおいてより均一な研磨圧力となり、より均一な研磨パッド２９の消耗となる。ワーク表面３７の近傍又は僅かに下のジンバルポイントＰを用いて研磨されたウエハ３５は、特に、従来の研磨プロセスが「ロールオフ」特性を示す、ウエハの外部エッジ１２９の近傍において、優れた平坦性を示す。ロールオフは、ワーク表面３７の上にジンバルポイントＰ’を有する研磨装置で発生する。ここでは、摩擦による研磨ヘッド６３上のトルクが、ウエハ３５の主なエッジ１３１を、研磨パッド２９に押しつける。ウエハ３５が回転するため、ウエハの主なエッジ１３１は連続して変化し、ウエハの周辺に下向きの傾斜したエッジ、又はロールオフを形成する。ジンバルポイントＰが研磨インターフェイスにある場合、摩擦力がジンバルポイントＰ又はその非常に近傍を通り抜けるため、モーメントは減少する。ウエハ３５の主なエッジ１３１（又は、以下で議論するようなウエハを保持する保持リング）は、研磨パッド２９にウエハ３５をそのような大きな力で押しつけず、ウエハのロールオフを減少させる。加えて、ジンバルポイントＰ’が、ワーク表面３７よりずっと上にある一般的な研磨装置と比較して、より少ない研磨スラリーがウエハ３５に向って押しつけられ、ウエハ３５の主なエッジ１３１が研磨パッドを横切るようにパッド２９を圧迫する。より多くのスラリーをウエハ３５の中央に向って流すことにより、中央がより研磨され、ウエハエッジ１２９のオーバーポリッシングを少なくできる。ピボットポイントＰがワーク表面３７より下方の場合、ヘッド６３の垂れ下がってエッジ１３３に研磨圧力をかけることにより、モーメントはスラリーがウエハ３５の下方を流れるのを助長し、ウエハの中心部分の研磨を改良する。
【００２２】
本発明では、研磨ヘッド６３が、ウエハ３５を研磨パッド２９と噛合って保持する場合に、ジンバルポイントＰがワーク表面３７の近傍に位置する。この位置は、ウエハが連続的に自己整合し、ウエハの表面３９にかかる研磨圧力を均等にし、一方、駆動メカニズム４５により研磨ヘッド６３が回転する。研磨ヘッド６３がピボット運動するために、表面３９はワーク表面３７との平坦な噛合わせを維持し、半導体ウエハ３５をより均一に研磨する。更に、研磨インターフェイスに位置するポイントＰの周りをピボット回転することにより、摩擦力から生じる、ウエハ３５の表面３９に平行な方向の、ヘッド６３上のモーメントは、垂直方向に除去される。好適な具体例では、ジンバルポイントＰは、ターンテーブル２７を含むインターフェイスの側の、ウエハ３５とワーク表面３７のインターフェイスより高くない位置にある。この構造は、ウエハ３５のより均一な研磨のために表面のかかる研磨圧力を均一にすることにより、ワーク表面３７と表面３９とを、ほとんど平行な関係に維持する。この構成は、更に、ヘッドがターンテーブル２７に対してピボット回転することにより、圧力ポイントがウエハ３５の主エッジ１３１近傍に形成されるのを防止する。研磨ヘッド６３のモーメントが、ウエハ３５の垂れ下がったエッジ１３３にもう少し大きな圧力を与えるために、適当な量のスラリーが、ウエハと研磨パッド２９との間を通り、ウエハの研磨を改良する。
【００２３】
研磨ヘッドの回転軸（軸Ｂ）は、ターンテーブルの回転軸（軸Ａ）から間隔を隔てている（図１Ｂ）。これにより、研磨パッド２９の実体的な部分で、ウエハ３５が均一研磨されるのを確実にする。研磨パッドは、好適には、ウエハ３５や研磨ヘッド６３より大きく、研磨中に、ウエハのどの部分も、研磨パッドの中央部分を通過しない。これにより、ウエハ３５が、研磨パッドの大部分と関係するため、研磨パッド２９の寿命が延び、ウエハ研磨の均一性が良くなる。
【００２４】
加えて、ウエハ３５の更なる均一性、有効な研磨のために、研磨パッド６３とターンテーブル２７は、異なった相対回転速度で回転する。研磨ヘッド６３の回転速度の調整は研磨ヘッド２９の消耗パターンに影響し、消耗パターンは、ウエハ３５の平坦性と研磨パッドの寿命に影響する。ウエハ３５と研磨パッド２９の回転は、どのような相対速度が最も均一な平坦性と長いパッド寿命を与えるかを決定するために相対速度を比較して数学的に設計される。図２Ａは、そのような比較結果を表したグラフである。図２Ａの曲線の組は、研磨パッド２９の各点の上の、ウエハ３５の動いた全直線距離を表す。各曲線は、研磨ヘッド６３の異なる回転速度（Ωｈ）を示し、一方、研磨パッド２９の回転速度は、毎分２００回転（ｒｐｍ）で一定に保たれる。例えば、研磨パッド２９と研磨ヘッド６３が、同じ回転速度２００ｒｐｍ（Ωｈ＝２００ｒｐｍ）である場合、パッドの中心から６０ミリメータ（２．４インチ）に位置する研磨パッド上の点は、研磨パッドの１回転中に、その上を概ね２３５ミリメータ（９．２５インチ）移動する。２００ｒｐｍ（Ωｈ＝２００ｒｐｍ）の研磨ヘッド速度に対応する曲線を見ると、図２は、研磨パッド２９と研磨ヘッドが同じ速度で回転した場合、研磨パッドの半径方向の内方部分は、研磨パッドの外方部分より、より大きなウエハ経路の直線距離となることを示す。時間が経過すると、研磨パッド２９の内方部分の近傍に、より大きな研磨パッド２９の磨耗が形成される。理想的には、研磨パッド２９の各ポイントは、１回転の間に、理想的な量のウエハ３５経路を通らなければならない。しかし、図２Ａから、いずれの角速度の組み合わせも、結果として水平な線を形成しないことが明らかである。最良の得られたプロファイルは、パッド２９の各位置で見られたウエハ３５の距離を、全研磨パッドでより均一に分散させるであろう。研磨ヘッド６３が、１００ｒｐｍ（Ωｈ＝１００ｒｐｍ）で回転した場合に、曲線は概ねそのような結果となる。それゆえに、約１００ｒｐｍ近傍で研磨ヘッド６３を回転すると、ウエハ３５のより均一な研磨や、研磨パッド２９のより一貫した磨耗が、しばしばもたらされる。これは、パッドの消耗は、研磨パッドで見られる直線ウエハ距離から影響を受けるからである。それらの結果は相対速度に基づくためそれらは比較でき、研磨ヘッド６３の速度は、研磨パッド２９の回転速度のパーセンテージとして表示できる。
【００２５】
上述のように、好適な具体例では、研磨ヘッド６３はターンテーブル２７より遅い速度で駆動される。ウエハ３５と研磨ヘッド６３が自由に回転できた場合、それらは、おおよそ研磨ヘッド２９と同じ速度で回転し、パッドの不均一な消耗を招く。このように、駆動メカニズム４５が、実質的に研磨パッド６３を減速させ、研磨ヘッドは、ターンテーブル２７の回転速度の、約４０％と約７０％の間の速度で回転する。上の例では、これは８０ｒｐｍと１４０ｒｐｍの間のΩｈに相当する。更なる実験と上記分析によると、ウエハを研磨し、表面２９のより均一な研磨およびより均一な研磨パッド２９の消耗を得るためには、この範囲が最適であることが見出された。特に、駆動メカニズム４５が、ターンテーブル２７の回転速度の５５％で回転するときに、最良の研磨が得られる。図２Ａの例では、これは、Ωｈがおおよそ１１０ｒｐｍの場合に相当する。
【００２６】
本発明の研磨ヘッドの第２の具体例では、研磨ヘッド１５３が駆動メカニズム４５に接続され、研磨ヘッドを駆動回転させる（図３）。研磨ヘッド１５３はウエハ３５を保持し、ウエハの表面３９を研磨パッド２９のワーク表面に噛合わせる。研磨ヘッド１５３は、全体が１５９で表される、球状のベアリングアセンブリにより駆動メカニズム４５に取り付けられ、ワーク表面３７の近傍にあるジンバルポイントの周りで、研磨ヘッドをピボット回転させる。研磨ヘッド１５３は、ウエハ３５の表面３９を研磨パッド２９と噛合うように保持する。これにより、ウエハを研磨し、表面を連続して自己整合させてウエハの表面上の研磨圧力を均一にし、半導体ウエハをより均一に研磨する。
【００２７】
全体が１６３で表される、半硬質の接続部は、駆動メカニズム４５と研磨ヘッド１５３とに取り付けられ、駆動メカニズムから研磨ヘッドに回転力を伝達し、一方、駆動メカニズムについては、球状のベアリングアセンブリ１５９の周りで、研磨ヘッドの自由なピボット運動を許容する。多くの点において、第２の具体例は、第１の具体例に近似している。
【００２８】
近似しているが、研磨ヘッド１５３の第２の具体例はウエハ３５を保持し、ウエハに圧力を与え、一般的な方法で研磨ヘッドに回転を伝達する。研磨ヘッド１５３も下側に、膜１６９が搭載されている（図３）。好適な具体例では、膜１６９は、シリコーンから形成されるが、他の適当な材料も、本発明の範囲内に入るものと考える。膜１６９は、ウエハ３５と噛合い、ウエハを研磨ヘッド１５３に載せる外部表面１７１と、研磨ヘッドに面し外部表面と対向する内部表面１７３を有する。研磨ヘッド１５３は、更に、膜１６９を囲み、研磨ヘッドに取り付いてヘッド上に膜を保持するリング形状の固定具１７７を含む。固定具１７７は、膜１６９の周囲を研磨ヘッド１５３に封止し、膜の部分が直接、固定具に噛合わずに、ヘッドから短い距離だけ、内方または外方に独立して移動できるようになっている。膜１６９とヘッド１５３の間に形成されるキャビティ１７９は、真空源と流体接続されている。出力シャフト５５とヘッドの中の直列チャネル１８１を通って、真空が研磨ヘッド１５３に伝えられる。膜１６９は、その中に設けられた孔を有し、キャビティが真空に引かれた場合、膜１６９は膜に向ってウエハ３５を引き、ウエハを保持する。更に、キャビティ１７９内で、表面をワーク表面３７に向って均一に押す空気圧を選択的に変化させることによってもウエハを保持できる。第２の具体例は、第１の具体例と実質的に同様の研磨を行なうが、第２の具体例は、両面研磨されたウエハの研磨装置で先に研磨されたウエハ３５の研磨に、理想的には適している。そのようなウエハは既に研磨されていて実質的に平坦であり、更なる研磨は、ウエハ全体のシリコン材料の均一層の除去を目的とし、全体的にウエハを平坦にするものではない。固定具１７７が研磨パッド２９に固く押えられてウエハ３５を保持し、一方、シリコンの均一層を除去するために、ウエハが研磨パッドに従うことを膜が許容するように、膜１６９は、一部ではそのような目的に特に良く適している。
【００２９】
球状のベアリングアセンブリ１５９は、更に、駆動メカニズム４５に取りつけられ、これとともに回転する上部円錐シート１８７を含む（図３）。下部球状ピボット１８９は、研磨ヘッド１５３上に固定され、駆動メカニズム４５に向って上方に延びる。下部球状ピボット１８９は上部円錐シート１８７と噛合い、駆動メカニズム４５に対して研磨ヘッド１５３のピボット運動を可能とする。下部球状ピボット１８９は上方に向う球状の表面１９１を有する。球状の表面１９１へのいずれの法線もピボットのジンバルポイントを通る。球状のベアリングアセンブリ１５９の構造は、第１の具体例とは実質的に異なるが、ピボット動作は実質的に近似し、この結果、固定具１７７の均一な圧力、シリコンの均一層が除去された研磨ウエハ３５が得られる。先の具体例のように、ジンバルポイントは、ウエハ３５と、ターンテーブル２７を含むインターフェイス側の上のワーク表面３７のインターフェイスに、又はインターフェイスよりやや下方に位置する。この外形では、ワーク表面３７と固定具１７７を、均一な距離で平坦に噛合うように維持し、固定具により均一な圧力を与える。この構造は、ターンテーブル２７に対する研磨ヘッド１５３のピボット回転により、低圧ポイントが固定具１７７の垂れ下がったエッジの近傍に形成されるのを防止し、ウエハの固定を助ける。好適には、下部球形ピボット１８９は、ステンレス鋼のような高張力金属から形成され、下部円錐シート１８７は、米国、ペンシルバニア州、Westcheter の Victrex USA Inc. から入手できるＰＥＥＫ、ポリアリルエーテルケトン（polyaryletherketone）樹脂のようなプラスチック材料から形成される。双方の表面が高度に研磨されで、磨耗くずの形成を防止し、球形のベアリングアセンブリ１５９中での摩擦を最小にし、非常にスムースなベアリングアセンブリのピボット動作を形成する。
【００３０】
第２の具体例では、半硬質の接続部１６３が、研磨ヘッド１５３に取りつけられた複数のショルダーボルト１９７を含む（図３）。それらのショルダボルト１９７は研磨ヘッド１５３から下方に延び、上部円錐シート１８７から横方向に延びた環状のフランジ２０１中の、一連の放射状のスロット１９９を通る。放射状のスロット１９９は、ボルト１９７より少し大きなサイズで、駆動メカニズム４５が回転した場合に、放射状のスロットはショルダーボルトと噛合い、研磨ヘッド１５３の回転を生じさせる。放射状のスロット１９９とボルト１９７との間の更なる隙間は、上部円錐シート１８７と下部球状ピボット１８９が、互いに対して少しピボット回転することを許容し、ウエハ３５がヘッド１５３から落下するのを防止し、固定具１７７上の磨耗を低減する。先の具体例のように、ピボット回転は、より均一な研磨と、駆動メカニズム４５から研磨ヘッド１５３への回転の連続した伝達を可能とする。フランジ２０１と上部円錐シート１８７は単一で、プラスチック構造である。駆動メカニズム４５が研磨後に上方に持ち上げられた時、各ショルダーボルト１９７のボルトヘッド２０５はプラスチックフランジ２０１と噛合い、研磨ヘッド１５３はワーク表面３７から持ち上げられる。
【００３１】
膜１６９を通して研磨圧力を加えることは、研磨中に剛性の表面でウエハ３５を保持する研磨装置に対して有利である。第１に、接着剤を用いることなくヘッド１５３はウエハ３５を保持でき、複雑さを排除し、起こり得る汚染を除去できる。この具体例では、真空を用いてウエハ３５をヘッド１５３に固定し、潜在的な汚染源を排除している。第２に、膜１６９を通して研磨圧力がウエハ３５に加えられるので、ウエハ３５と膜１６９の間でうっかり捕らえられた粒子状の物質は研磨表面に影響しない。従来のシステムでは、粒子状の物質は、ウエハ３５と固い支持表面（例えば、バッキングプレート）の間で留まることができる。研磨中に、この物質がウエハ３５の裏面に圧力をこれにより、ウエハの小さな部分を外方に、研磨パッドに押しつける。研磨操作はウエハの平坦化を求め、一般に、異物により外方に押されたウエハの小さなこの部分を平坦化する。一旦、ウエハが固い支持から外された場合、ごみにより押し出されたウエハの部分は、本来の位置に戻り、研磨された表面に窪みの欠陥を残すことになる。膜１６９を用いることにより、膜とウエハ３５との間に留まる粒子状の物質が、ウエハでなく、瞬時に膜を変形させ、ウエハは窪むことなく、通常の研磨が行なえる。
【００３２】
操作において、ウエハ３５と固定リング１７７の双方はワーク表面３７と噛合う（図３）。研磨ヘッド１５３が回転した場合、膜１６９はウエハ３５をワーク表面３７に押しつけ、一方、リング１７７はヘッド内にウエハ３５を保持し、ワーク表面とウエハとの間の摩擦は、ウエハをヘッドの外に押すことができない。固定具１７７は、長期間の使用の後、少し磨耗し、これにより固定具のボトム２０９と膜１６９とのオフセットが維持される。事実上、リング１７７は、ワーク表面３７から適当な距離に研磨ヘッド１５３を保持し、一方、膜１６９はウエハ３５をワーク表面に押しつける。ウエハ３５を取り囲み、研磨ヘッド１５３からウエハの近傍まで下方に延びることにより、時が経過すると固定具がいくらか磨耗するが、固定具１７７はウエハのエッジ１２９と噛合う。第１の具体例と同じように、研磨ヘッド１５３とターンテーブル２７が異なった相対速度で回転することにより、ウエハ３５はより均一に研磨される。研磨ヘッド１５３は、ターンテーブル２７より遅い速度で回転する。好適には、駆動メカニズム４５は、ターンテーブル２７の回転速度の、約４０％と約７０％の間の速度でヘッド１５３を回転させる。研磨ヘッド１５３が、ターンテーブル２７の回転速度の約５５％で回転する場合、研磨装置は最も平坦なウエハを作製できる。
【００３３】
次に、第３の具体例について、本具体例は、駆動メカニズム４５と接続され、研磨ヘッドを駆動回転させる研磨ヘッド２２３を含む（図４）。研磨ヘッド２２３は、ウエハ３５の表面３９を研磨パッドのワーク表面３７に噛合わせて、ウエハ３５を保持するために取り付けられる。先の具体例のように、本具体例は、ウエハ３５上に均一な圧力を加え、両面研磨プロセス又は微細グラインドプロセスにより形成されたウエハから均一なシリコンを除去する。
【００３４】
全体が２２７で表される、球状のベアリングアセンブリは、研磨ヘッド２２３と駆動メカニズム４５を接続し、研磨ヘッドをピボット回転させる。球状のベアリングアセンブリは、更に、上部円錐シート２２９と下部球状ピボット２３１を含み、第２の具体例に近似している。上部円錐シート２２９は、好適には、駆動メカニズムの末端部２３２に沿って、駆動メカニズム４５に溶接されるが、他の永久的な取り付け形態も本発明の範囲内に入ると考える。研磨ヘッドが、研磨パッドに噛合ってウエハ３５を維持した場合、研磨ヘッド２２３は、ワーク表面３７より高くない位置にあるジンバルポイントの周りをピボット旋回し、これにより、ウエハの表面３９が連続的に自己整合し、ウエハの表面にかかる研磨圧力を均等にし、一方、駆動メカニズム４５により研磨ヘッドが回転する。好適には、先に具体例のように、ジンバルポイントは、ウエハ３５と、ターンテーブル２７を含むインターフェイスの一の側のワーク表面３７との、インターフェイスより下方に位置し、ウエハの表面３９全体で研磨圧力を均一にする。ウエハのより均一な研磨のために、ターンテーブル２７に対する研磨ヘッド２２３のピボット旋回により、圧力ポイントがウエハ３５のエッジ近傍に形成されるのを防ぎ、均一な圧力が表面３９とワーク表面３７との間に維持される。
【００３５】
全体が２３３で表される、駆動メカニズム４５と研磨パッド２２３との間の半硬質の接続部は、駆動メカニズムの回転力を研磨ヘッドに伝達し、一方、軌道メカニズムに対して研磨ヘッドの自由なピボット運動を可能とする。この接続部２３３は、第２の具体例の半硬質の接続部１６３（図３）と類似しており、研磨ヘッド２２３に搭載され、上部円錐シート２２９中の孔２３７を通るショルダーボルト２２３を用いる。しかしながら、比較すると、上部円錐シート２２９は一体構造ではない。円錐シート２２９は、駆動メカニズム４５に溶接され、そこから横方向に延びてショルダーボルト２３５と噛合うベース２２９ａを含み、一方、上部円錐シート２２９の部分２２９ｂは、ベースから下方に延びて、下部球状ピボット２３１と噛合っている。ベース２２９ａは、好適には、金属から形成されて駆動メカニズム４５に溶接される。部分２２９ｂは、好適には、例えば、米国、ペンシルバニア州、Westcheter の Victrex USA Inc. から入手できるＰＥＥＫ、ポリアリルエーテルケトン（polyaryletherketone）樹脂のようなプラスチック材料から形成される。上部円錐シート２２９と下部球状ピボット２３１は、高度に研磨され、磨耗によるくずの発生を防止し、球状のベア稟議アセンブリ２２７中の摩擦を最小にし、ベアリングアセンブリを非常にスムースにピボット運動させる。
【００３６】
第２の具体例と第３の具体例との間の重要な違いは、ウエハ３５に研磨圧力を加える方法である。第３の具体例は膜１６９を用いないが、硬いバッキングプレート２４７と固定具２４９とを用い、双方は、ウエハ３５を固定するために研磨ヘッド２２３に取り付けられる。バッキングプレート２４７は平坦で硬く、第１の具体例の研磨ブロック１１５に類似しており、ウエハの均一研磨のために、ウエハ３５全体に均一な圧力を与えるように取り付けられる。研磨ヘッド２２３とバッキングプレート２４７の間に形成されたキャビティ２５１中に維持された空気圧は、バッキングプレートとウエハ３５の上に、下向きの力として働く。固定具２４９は、研磨ヘッド２２３からバッキングプレート２４７の下まで下方に延び、第２の具体例のように、研磨中にウエハ３５を固定する。バッキングプレート２４７は、固定具２４９を独立して動かし、固定具が磨耗した場合、バッキングプレートは、それに対応して少ない距離だけ外方に延び、バッキングプレートと固定具の間の距離を同じになるように維持する。これにより、研磨中に固定具中にウエハを維持するための、固定具２４９とウエハ３５との間の妥当な噛合い深さが得られる。ワーク表面３７から研磨ヘッド２２３を上昇させた場合、研磨の前後において、駆動シャフト４５が球状のベアリングアセンブリ２２７を最初に持ち上げる。リフトワッシャ２７３は、駆動メカニズム４５とショルダーボルト２３５上にゆるく配置され、駆動メカニズムが研磨ヘッド２２３を持ち上げた場合、ショルダーボルトヘッド２７７がワッシャに寄りかかり、駆動メカニズムが研磨ヘッドを持ち上げることができる。ショルダーボルト２３５と駆動メカニズムの上にゆるく配置されたリフトワッシャ２７３は、ジンバル動作を防止することにより、ワッシャが研磨プロセスに影響しないようにしている。
【００３７】
操作においては、第３の具体例は、先の２つの具体例と実質的に同一である。これは、ターンテーブル２７に対する駆動メカニズム４５の回転速度の制御工程も含む。同じ速度範囲（約４０％から約７０％）が適用され、最良の回転速度は約５５％である。
【００３８】
本発明は、更に、片面研磨のグループに関し、第１の具体例で述べたように、ウエハ研磨装置で研磨された単結晶半導体ウエハ３５に関する。そのようなウエハ３５は、一般には、全体が２５３で表される（図４Ａ）、カセットに保持され、複数のウエハが保存され運ばれる。カセット２５３は、一般に、ボトム部分２５５、ウエハスロット２５７、およびふた２５９を含む。製造後、１組の独立したウエハ３５は、一般には、保存または持ち運びのために、カセット２５３に入れられる。カセット２５３は、例えば、１カセットあたり、２５、２０、１５、１３、又は１０枚のような、いくつの数のウエハでも保持できるような、さまざまな大きさにできる。ウエハ３５は、好適には単結晶シリコンから形成されるが、本発明の研磨装置や研磨方法は、他の材料の研磨にも容易に適用できる。ウエハ３５の表面３９は最終研磨状態に研磨され、一方、ウエハの裏面は最終研磨状態には研磨されない。図示されたウエハはそのような弦を有さないが、殆どのウエハ３５は、ウエハの一のエッジ１２９から除去した材料の小さな弦又はノッチを有する。
【００３９】
ウエハ３５の表面３９は、回路の写真製版に使用するために、均一に平坦である。本発明にかかる研磨されたウエハ３５は、中心から、周辺のエッジ１２９から少なくとも２ミリメータ（０．０８インチ）までの領域で、有用な表面３９を有する。ウエハは、図５に示すように、一般に、表面３９にグリッド状のサイトを投影することにより、分析のために分割される。半導体ウエハ３５のアウトラインを示す。ウエハの用途に依存して、予め定められた数の、幾何学的な大きさ又は幾何学的な形状のサイトが、ウエハの表面３９に配置されても良い。最も一般的には、サイトは、一定の大きさ及び形状の、正方形又は矩形である。サイトは、完全サイト２６１と他の不完全サイト２６３に分類される。本分析のために、多数の完全サイト２６１は、ウエハ３５の表面に全て配置され、複数の不完全サイト２６３は、一部はウエハの表面に配置され、また一部はウエハの周辺エッジ１２９の外側に配置される。本発明により研磨された場合、不完全サイト２６３の平坦性は、実質的に完全サイト２６１の平坦性に等しい。討論する目的で、以下のデータ分析は、図５に示すような、２０の不完全サイト２６３と、３２の完全サイト２６１の投影されたグリッドを有する直径約２００ミリメータ（７．９インチ）の半導体ウエハに基づく。この分析で用いられたウエハはその平坦性によって選択されたものではなく、ウエハの一般的な製造グループを代表するものである。各サイトは、好適には、その各辺が２５ミリメータ（０．９８インチ）の正方形である。これは、各完全サイト２６１又は各不完全サイトの面積が、ウエハの表面３９の面積の約２％であることに対応する。ウエハ３５のエッジ１２９近傍に位置する不完全サイト２６３は、本発明により改良される外部リングを含む。データ分析は、２００ミリメータ（７．９インチ）のウエハからの測定に基づくが、本発明は、例えば、１００ミリメータ（３．９インチ）、１５０ミリメータ（５．９インチ）、３００ミリメータ（１２インチ）のような他の直径のウエハにも容易に適用できる。
【００４０】
本発明にかかる片面研磨ウエハ３５は、実質的に完全サイト２６１と同様の均一な平坦性を有する不完全サイト２６３を示す。これは、しばしば許容できないウエハのエッジ１２９近傍のロールオフを示す、従来の研磨装置で研磨した片面研磨ウエハ３５の実質的な改良に相当する。本発明のウエハ３５の表面３９は、表面の殆どで均一な平坦性を有する高度に研磨された表面であり、ウエハの周辺エッジ１２９の約２ミリメータ（０．０８インチ）以内までの、大きなウエハ表面領域を含む。典型的には、中心軸から、ウエハエッジより３ミリメータ（０．１２インチ）以内までの、ウエハを写真製版に用いるのに十分なウエハ３５の、エッジ１２９の平坦性を悪化させる。ウエハ３５のエッジ１２９から、３ミリメータ（０．１２インチ）以内から２ミリメータ（０．０８インチ）以内に、ウエハ３５の使用可能な領域を拡大することにより、使用可能なウエハ面積は２％増加する。使用可能な領域は、２ミリメータ（０．０８インチ）より更にエッジに向かって拡大していると信じられている。より重要なのは、ウエハ３５のエッジ１２９近傍の不完全サイト２６３がより平坦な特性を示すことで、それらの不完全サイトのリソグラフィが、ウエハ上で正確なリソグラフとなる。より良く焦点の合ったリソグラフィは、エッジの欠陥を殆ど無くし、デバイスの欠陥も殆ど無くなる。更に、本発明のウエハ３５は、ウエハの周囲でより対称である。ウエハのすべての部分において均一なプロセスを可能とするため、より対称なウエハ３５は有用である。
【００４１】
例えば、図６は、ジンバルポイントがワーク表面の概ね５１ミリメータ（２．０インチ）上方に有る、従来の片面研磨装置で研磨した、２００ミリメータ（７．９インチ）直径のウエハの母集団を示す。データは、２．０ミリメータ（０．０７９インチ）のエッジを除外して処理され、部分的に活性で、窪みを含む。加えて、２５ミリメータ（０．９８インチ）角のサイトが用いられ、平坦性のデータが収集され解析された。ウエハの片面が、０．２５０ミクロン（９．８４ミクロインチ）より大きなＳＦＱＲ値を有した場合、このような特別なウエハは販売できないものとしてデータから除外され、これにより分析された。これらのウエハ３５は、窪んだ欠陥を有すると仮定される。サンプル中の、オリジナルの３６３枚のウエハから、１５枚が除外され、３４８のウエハと３４８のデータが残った。これらのデータは、従来の片面ウエハ研磨装置の、従来通りの結果に非常に類似する。各ウエハから、ウエハ上の不完全サイト２６３の中の最大ＳＦＱＲ値を示す１つのデータがプロットされた。かかる値は、未来技術光ツール（emerging technology optical tool）よりむしろ、業界標準キャパシタンスツール（industry-standard capacitance tool）で測定された。例えばここで記載されたデータは、Massachusetts州、Westwood のADE Corporation で製造されたUltrascan 9000 シリーズ（例えば、Ultrascan 9600）で収集された。これらのデータ点は、図６にプロットされ、ウエハの全母集団の最大ＳＦＱＲの不完全サイト２６３について、平均値０．１３６ミクロン（５．３４マイクロインチ）を示す。従来通り研磨された母集団と本発明とを比較するために、図７に、駆動される研磨ヘッドと、ウエハ表面３９とワーク表面のインターフェイスにあるジンバルポイントとを有する本発明にかかるウエハ研磨装置で研磨されたウエハの母集団を示す。ウエハ３５は、研磨工程を除いて、同一の大きさ、同一の方法で処理された。試料のオリジナルの１７４５個のウエハのうち、８６個のウエハは、０．２５０ミクロン（９．８４マイクロインチ）より大きなＳＦＱＲ値を備えたウエハのサイトを有するために排除される。これは窪みのためと思われ、１６５９個のウエハと１６５９のデータ点が残される。これらのデータは、より小さな母集団の平均値０．１０２ミクロン（４．０２マイクロインチ）を示し、従来のプロセスに対して２４．８％の改良となる。それゆえに、本発明により研磨されたウエハは、平均ＳＦＱＲが約０．１０５ミクロン（４．１３マイクロインチ）より小さい、最大の不完全サイト２６３を示す。平坦性が改良されたそれらのウエハは、ウエハの表面３９全体に渡って、実質的に精密なリソグラフィが可能となる。
【００４２】
エッジの平坦性の他の測定は、ウエハ上の全ての不完全サイト２６３に対するＳＦＱＲの平均値である。図８は、図６で示した従来通りに研磨されたウエハの同じ母集団についてのこの測定結果を示し、ウエハ上の全ての不完全サイト２６３のＳＦＱＲ値の平均は、０．０８８ミクロン（３．４６マイクロインチ）である。図９は、図７に示した本発明により研磨されたウエハの同じ母集団に対する、同一の測定結果を示す。ここでは、ウエハの全ての不完全サイト２６３に対するＳＦＱＲ値の平均は、０．０６４ミクロン（２．５４マイクロインチ）である。本発明の装置又は方法を用いて研磨されたウエハは、従来のプロセスに対して、平坦性が２６．７％増加した。ウエハ３５の平坦性は改良され、実質的にウエハの全表面３９に渡って精密なリソグラフィが可能となった。
【００４３】
更なる重要な平坦性のパラメータは、隣接するサイトの平坦性である。リソグラフィは、ウエハの表面での、リソグラフィ装置の慎重な焦点合わせを必要とする。完全サイト２６１上での焦点合わせは機械的作業であるが、不完全サイト２６３上での焦点合わせにはより先端的な技術が要求され、これはリソグラフィプロセスに、コストと時間を追加する。それゆえに、ウエハを写真製版する者は、しばしば、完全サイト２６７、２６７’に焦点を合わせ、それから隣接した焦点合わせをしていない不完全サイト２６９に移動し、２つのサイトは同様の平坦性を有するように研磨され、不完全サイトのリソグラフィもまた、焦点が合っていると仮定する。以前の、完全サイト２６１および不完全サイト２６３と一致するが、焦点調整の完全サイト２６７、２６７’と、焦点非調整の不完全サイト２６９とはリナンバされ、写真製版をする者の動きを描く。図１０に、焦点調整の完全サイト２６７、２６７’から、焦点非調整の不完全サイト２６９への、リソグラフィ装置の移動を（矢印で）示す。例えば、写真製版をする者は、サイトＸでは、該サイトが不完全サイト２６９であるため、精密に焦点合わせができない。それゆえに、写真製版をする者は、一般にサイトＹで焦点を合わせ、それからカメラを矢印で示される方向に移動させて、サイトＸ上でリソグラフィを行なう。隣接するサイトが類似した平坦性を有するとの仮定は、焦点非調整サイト２６７が焦点調整サイト２６９と同じように研磨された場合にのみ有効である。しかしながら、ウエハが大きなエッジのロールオフを有する場合、この仮定はリソグラフィエラーにつながる。中央とエッジとで同じような平坦特性を有するウエハは、この仮説をより妥当なものとする。
【００４４】
不完全サイトと、隣接する完全サイトの内部リングとでウエハが同様の研磨を有するか否かを定量化するために、図５で規定するような、焦点非調整の不完全サイト２６９の外部リングと、焦点調整の完全サイト２６７の内部リングとを（サイト２６７’は、焦点調整の完全サイト２６７のデータには含まれない）、比較することができる。図１１に示されるデータは、図６に示された従来方法で研磨されたウエハと同じ母集団に対して求めた、２０個の焦点非調整の不完全サイト２６９の外部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値と、１６個の焦点調整の完全サイト２６７の隣接した内部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値とのばらつきである。従来の研磨装置で研磨されたウエハの、平均ＳＦＱＲのばらつきは、０．０３０μｍ（１．２マイクロインチ）である。図１２に示されたデータは、図７に示された本発明のウエハと同じ母集団に対して求めた、２０個の不完全サイト２６９の外部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値と、１６個の完全サイト２６７の隣接した内部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値とのばらつきである。本発明のウエハの、平均ＳＦＱＲのばらつきは、０．０１３μｍ（０．５２マイクロインチ）である。本発明の装置又は方法で研磨されたウエハは、従来のプロセスより、隣接するサイトの平坦性が５５％増加している。本発明のウエハは、各不完全サイトでリソグラフィ装置の再焦点合わせ無しに、不完全サイト２６９の精密なリソグラフィが可能とする。
【００４５】
他の方法でデータを再検討すると、図１３は、従来のウエハ研磨装置に対して求めた、不完全サイト２６９の外部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値と、完全サイト２６７の隣接した内部リングの各サイトの、ＳＦＱＲ値の平均値とのばらつきである。図６に示される従来通りに研磨されたウエハの、同様の母集団に対して求めた、従来の研磨装置で研磨されたウエハ３５の、外部および内部リングの平均ＳＦＱＲは、５６．３％である。これに比較して、図１４は、図７を作成するのに用いられた本発明のウエハ３５と同一の母集団に対する、同様のパーセンテージばらつきを示す。本発明のウエハ研磨装置で研磨されたウエハの、外部および内部リング平均ＳＦＱＲの平均パーセンタテージばらつきは、１８．３％である。このように本発明の研磨装置は、従来の研磨装置に比較して、このパラメータにおいて６７．６パーセントの減少を示す。それゆえに、本発明により研磨したウエハ３５は、完全サイトの内部リングの、ＳＦＱＲの平均より５５％大きい、不完全サイト２６９の外部リングの、ＳＦＱＲの平均値を有するとの結果を得る。更に、本発明は、内部リングと外部リングの間で、３０％より小さい、更には１８％より小さい平均ＳＦＱＲのばらつきを示す。
【００４６】
ウエハ３５の平坦性の最後の測定は、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値と、各ウエハの完全サイトの最大ＳＦＱＲ値とのパーセンテージばらつきである（図５）。次に、図１５を参照すると、そのような比較を示すデータは、図に示す従来の研磨ウエハと同じ母集団に対して、２１．２％の、不完全サイト２６３の最大ＳＦＱＲと完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲとの間のパーセンテージばらつきを示す。これと比較して、図１６に、図７に用いられたのと同様の本発明のウエハ３５の母集団に対する、同様のパーセンテージばらつきを示す。本発明のウエハ研磨装置で研磨されたウエハ３５の、不完全サイト２６３の最大ＳＦＱＲと、完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲとの平均パーセンテージばらつきは、−１０．７％である。このような負の値は、本発明により研磨されたウエハ３５に対して、不完全サイト２６３の最大ＳＦＱＲは、完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲによりも小さいことを示す。従来の方法で研磨されたウエハ３５とは反対に、こられのウエハでは、完全サイト２６１より、不完全サイト２６３において、ＳＦＱＲ最大値が小さくなる傾向にある。このように、本発明に研磨装置では、従来の研磨装置に比べて、そのパラメータにおいて十分な改良が見られる。それゆえに、本発明により研磨されたウエハは、完全サイト２６１に対する最大ＳＦＱＲ値より、たかだか２０％だけ大きいだけの、不完全サイト２６３に対する最大ＳＦＱＲ値を示す。更には、本発明は、完全サイト２６１の最大ＳＦＱＲ値とほぼ同じで、および１０％だけ小さい場合もある、不完全サイト２６３に対する平均最大ＳＦＱＲ値を有する。
【００４７】
以上のことから、本発明の多くの目的が達成され、他の有利な結果が得られることが分かるであろう。
【００４８】
本発明又は好適な具体例の要素を説明する場合に、冠詞"a"、"an"、"the"、および"said"は、１又はそれ以上の要素があることを意味するものである。"comprising（含む）"、"including（含む）"、および"having（有する）"の語句は包括的であり、挙げられた要素以外にも含まれる要素が存在し得ることを意味する。
【００４９】
本発明の範囲からはずれることなく、多くの変形が上記構造の中で可能である。また、上記記載に含まれ、又は添付図面に示されたすべての内容は、例示であり、これに限定しないように解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のウエハ研磨装置の概略的な側面図である。
【図１Ａ】無汚染ブース内部にある、図１のウエハ研磨装置の模式的な側面図である。
【図１Ｂ】本発明のウエハ研磨装置の、概略的な側面図と部分断面である。
【図２】ウエハ研磨装置の拡大、断片概略図であって、その研磨ヘッドの断面を示す。
【図２Ａ】異なる研磨ヘッド回転速度の、ウエハが研磨パッド上の各点を移動する全直線距離の比較を示すグラフである。
【図３】本発明の研磨ヘッドの第２の具体例の拡大、断片断面図である。
【図４】本発明の研磨ヘッドの第３の具体例の拡大、断片断面図である。
【図４Ａ】ウエハキャリアの斜視図である。
【図５】サイトに分割された２００ミリメータ（７．９インチ）直径のウエハの概略図である。
【図６】従来のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値を示すグラフである。
【図７】本発明のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値を示すグラフである。
【図８】従来のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値の平均を示すグラフである。
【図９】本発明のウエハ研磨装置上で研磨されたウエハの組の、各ウエハの不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値の平均を示すグラフである。
【図１０】直径２００ミリメータ（７．９インチ）のウエハの概略図であって、焦点を合わせた全てのサイトから焦点の合わない不完全サイトへの、リソグラフィ装置の移動を示す。
【図１１】従来のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１２】本発明のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１３】従来のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１４】本発明のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均と、隣接した完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の平均との間のばらつきを示すグラフである。
【図１５】従来のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値と、完全サイトの最大ＳＦＱＲ値との間の、パーセントで表したばらつきを示すグラフである。
【図１６】本発明のウエハ研磨装置で研磨された各ウエハの、不完全サイトの最大ＳＦＱＲ値と、完全サイトの最大ＳＦＱＲ値との間の、パーセントで表したばらつきを示すグラフである。
図面の多くの図を通して、同じ参照符号は同じ部分を示す。
【符号の説明】
【００５１】
２１ ウエハ研磨装置、２３ ベース、２５ ブース、２７ ターンテーブル、２９ 研磨パッド、３５ 半導体ウエハ、４５ 駆動メカニズム、４７ モータ、４９ ギアボックス、５３ アーム、５５ 出力シャフト、５７ ベアリング、６３ 研磨ヘッド、７５ 球状ベアリングアセンブリ、７７ 上部ベアリング部材、７９ 下部ベアリング部材、８１ ボールベアリング。
Claims (61)
- ウエハ研磨装置であって、
該研磨装置の要素を支持するためのベースと、
研磨パッドをその上に有し、該ベース上に載置されてターンテーブルと研磨パッドとに垂直な軸の周りで該ターンテーブルと該研磨パッドとを該ベースに対して回転させるターンテーブルであって、該研磨パッドが、ウエハの表面と噛合って該ウエハの表面を研磨するワーク表面を含む該ターンテーブルと、
該ベースに載置され、該ターンテーブルの該軸に実質的に平行な軸周りの回転運動を与える駆動メカニズムと、
該駆動メカニズムに接続されて回転する研磨ヘッドであって、ウエハの表面が該研磨パッドのワーク表面と噛合うように、少なくとも一のウエハを保持するように取り付けられた該研磨ヘッドと、
該研磨ヘッドを該駆動メカニズムに載せ、該研磨ヘッドが該研磨パッドに噛合った状態で該ウエハを保持する場合に、該ウエハの表面と該ワーク表面とのインターフェイスより高くない位置のジンバルポイントの周りで該研磨ヘッドをピボット運動させる球状のベアリングアセンブリであって、これにより、該ウエハの表面を連続的に自己整合させて、該ウエハの表面にかかる研磨圧力を均等にし、一方、該駆動メカニズムにより該研磨ヘッドを回転させ、該表面と該ワーク表面とが半導体ウエハのより均一な研磨のために平坦な噛合わせに維持されるウエハ研磨装置。 - 上記駆動メカニズムと上記研磨ヘッドとの間の半硬質の接続部であって、上記駆動メカニズムから上記研磨ヘッドに回転力を伝達し、該研磨ヘッドと駆動メカニズムとを結合させて回転させる一方、該駆動メカニズムに対して該球状ベアリングアセンブリの周りで該研磨ヘッドを自在にピボット運動させる該接続部を更に含む請求項１に記載のウエハ研磨装置。
- 上記球状ベアリングアセンブリは、上記ウエハと上記ワーク表面とのインターフェイスに上記ジンバルポイントが位置し、該ワーク表面と該表面とが平面で噛合って維持されるように配置された請求項２に記載のウエハ研磨装置。
- 上記球状ベアリングアセンブリは、上記ウエハ表面と上記ワーク表面とのインターフェイスよりやや下方に上記ジンバルポイントが位置し、該ワーク表面と該表面とが平面で噛合って維持されるように配置された請求項２に記載のウエハ研磨装置。
- 上記駆動メカニズムが、上記ターンテーブルの回転速度の約４０％から約７０％の回転速度で上記ウエハキャリアを駆動させる請求項２に記載のウエハ研磨装置。
- 上記駆動メカニズムが、上記ターンテーブルの回転速度の約５５％の回転速度で上記ウエハキャリアを駆動させる請求項５に記載のウエハ研磨装置。
- 上記半硬質の接続部が、上記駆動メカニズムと上記研磨ヘッドとを間の可撓性のある接続部を含む請求項２に記載のウエハ研磨装置。
- 上記可撓性のある接続部が、上記駆動メカニズムと上記研磨ヘッドとに取り付けられたトルク伝達ブートを更に含み、これにより、上記球状ベアリングアセンブリの周りで、該研磨ヘッドを該駆動メカニズムに対してピボット運動させ、該駆動メカニズムから該研磨ヘッドに回転を伝達する請求項７に記載のウエハ研磨装置。
- 上記トルク伝達ブートが、上記駆動メカニズムの回転エネルギを上記研磨ヘッドに伝達する硬さと、該研磨ヘッドのピボット回転を許容する弾性とを有する可撓性のある材料から形成された請求項８に記載のウエハ研磨装置。
- 上記可撓性のある材料が、ゴムである請求項９に記載のウエハ研磨装置。
- 上記球状ベアリングアセンブリが、上部ベアリング部材、下部ベアリング部材、および複数のボールベアリングを更に含み、該ボールベアリングが、該上部ベアリング部材と該下部ベアリング部材とに噛合ってこれらの部材の間で相対運動することにより、該研磨ヘッドが該駆動メカニズムに対してピボット運動をする請求項１０に記載のウエハ研磨装置。
- 上記上部ベアリング部材と上記下部ベアリング部材が、球状のベアリング表面を有し、各球状ベアリング表面の中心が上記ジンバルポイントに相当し、各表面の垂線が、該ジンバルポイントを通る請求項１１に記載のウエハ研磨装置。
- 上記駆動メカニズムが、上記ベース上に載置され、上記駆動メカニズムを回転させるために該駆動メカニズムに取り付けられたモータとギアボックスとを更に含む請求項１２に記載のウエハ研磨装置。
- 上記研磨ヘッドの回転軸が、上記ターンテーブルの回転軸から間隔をおいて配置される請求項１３に記載のウエハ研磨装置。
- 上記半硬質接続部が、上記研磨ヘッドに取り付けられ、上記駆動メカニズムの少なくとも一つの放射状のスロットを通る、少なくとも一つのショルダーボルトを更に含み、該放射状のスロットが該ボルトよりやや大きく、該駆動メカニズムが回転した場合に、該放射状のスロットが該ショルダーボルトと噛合って該研磨ヘッドの回転を生じさせる一方、上記上部円錐状シートと上記下部球状ピボットが互いに僅かに移動でき、より均一な研磨と該駆動メカニズムから該研磨ヘッドへの連続した回転の伝達を可能とする請求項２に記載のウエハ研磨装置。
- 上記研磨ヘッドに載置された膜であって、ウエハと噛合って該ウエハを該研磨ヘッドに載せる外部表面と、該研磨ヘッドに面する該外部表面と対向する内部表面とを有する該膜を更に含む請求項１５に記載のウエハ研磨装置。
- 上記膜の上記内部表面と上記研磨ヘッドとの間に形成されたキャビティと流体で接続された真空源を更に含み、該膜がその中に形成された少なくとも一の孔を有し、該キャビティが真空に引かれた場合に、該膜は該膜の上に向って該ウエハを引いて該ウエハを保持し、更に該膜は該ウエハが上記ワーク表面と噛合った場合に該ウエハを保持し、これにより、空気が該キャビティに導入されて真空を排除し、該キャビティ中で均一な空気圧を供給して該ワーク表面に対して該ウエハ表面を均一に押しつける請求項１５に記載のウエハ研磨装置。
- 上記研磨ヘッドに取り付けられた固定具であって、該研磨ヘッドから上記ウエハ及び研磨中に該ウエハを固定する膜まで延びた該固定具を更に含む請求項１７のウエハ研磨装置。
- 上記膜が、固定具に対して独立して動き、該固定具が磨耗した場合に、該固定具の底面と該膜との間のオフセットが維持される請求項１８に記載のウエハ研磨装置。
- 上記固定具がリング型で、上記膜とウエハを取り囲み、研磨中に該ウエハを固定する請求項１９に記載のウエハ研磨装置。
- 上記球状のベアリングアセンブリが、上記駆動メカニズムに取り付けられ共に回転する上部円錐シートと、上記研磨ヘッド上に固定された下部球状ピボットとを更に含み、該下部球状ピボットが該上部円錐シートと噛合って、該駆動メカニズムに対して該研磨ヘッドがピボット運動する請求項２０に記載のウエハ研磨装置。
- 上記下部球状ピボットが上方に向った球状表面を有し、該球状表面に垂直な全ての線が上記ジンバルポイントを通る請求項２１に記載のウエハ研磨装置。
- 共に上記研磨ヘッドに取り付けられた硬いバッキングプレートと固定具とを更に含み、該バッキングプレートは、上記ウエハの均一研磨のために該ウエハ表面全体に均一な圧力が加わるように取り付けられ、該固定具は、研磨中に該ウエハを保持するために該研磨ヘッドから該バッキング表面の下方まで延びた請求項１５に記載のウエハ研磨装置。
- 上記バッキングプレートが、上記固定具に対して独立して動き、該固定具が磨耗した場合に、該固定具の底面と該バッキングプレートとの間のオフセットが保持できる請求項２３に記載のウエハ研磨装置。
- 上記固定具が、研磨中に上記ウエハを固定する、上記バッキングプレートとウエハとを取り囲むリング形状である請求項２４に記載のウエハ研磨装置。
- 上記研磨ヘッドが、上記ウエハの表面を該研磨ヘッドのワーク表面に噛合わせるために、一のウエハを保持するように取り付けられた請求項２５に記載のウエハ研磨装置。
- 半導体ウエハの研磨方法であって、
該半導体ウエハを、ウエハ研磨装置の研磨ヘッド中に配置する工程と、
該研磨装置のターンテーブル上で、第１軸の周りで研磨パッドを回転駆動する工程と、
概ね上記第１軸と一致しない第２軸の周りで、該研磨ヘッドを回転駆動する工程と、
該研磨ヘッドで保持された該ウエハを配置し、該ウエハの表面を該研磨パッドのワーク表面に噛合わせる工程と、
該ウエハの表面を該研磨パッドに押し付ける工程と、
該研磨ヘッドの回転が駆動され続ける場合に、該ワーク表面と該ウエハの表面とのインターフェイスより高くないように位置するジンバルポイントの周りを自由にピボット運動するように該研磨ヘッドを保持し、該ウエハの表面に垂直な方向に該ジンバルポイントの周りで働く正味の力に応じて該ウエハの表面の研磨圧力を均一にするとともに、該ジンバルポイントを概ね通って、該ウエハの表面に平行な力のもとでの該ウエハの表面のピボット回転を防止する工程と、
該ターンテーブルから該ウエハをはずす工程と、
該研磨ヘッドから該ウエハを取る工程とを含む方法。 - 上記半導体ウエハを配置する工程が、該ウエハを研磨ブロックに接着する工程と、該研磨ブロックを上記研磨ヘッドに固定する工程とを含む請求項２７に記載の方法。
- 上記駆動工程が、上記ターンテーブルの回転速度より小さい速度で上記研磨ヘッドを回転させる工程を含む請求項２７に記載の方法。
- 上記駆動工程が、上記ターンテーブルの回転速度の約４０％と約７０％との間の速度で上記駆動メカニズムを回転させる工程を含む請求項２９に記載の方法。
- 上記駆動工程が、上記ターンテーブルの回転速度の約５５％の速度で上記駆動メカニズムを回転させる工程を含む請求項３０に記載の方法。
- 上記配置工程が、上記膜の後のキャビティを排気して、上記研磨工程中に該膜に向って上記ウエハを引っ張って保持することにより、該研磨ヘッドに載置された膜上に該ウエハを載せる工程を含み、
更に該方法が、該キャビティ内で空気圧を選択的に変化させ、上記ワーク表面に向って該ウエハ表面を均一に押しつける工程を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。 - 片面研磨の単結晶半導体ウエハであって、各ウエハが、上記請求項２７の方法で上記ウエハを研磨して形成された、実質的に平坦な表面を有する該ウエハ用のカセット。
- 上記各ウエハが、中心軸、該中心軸に概ね垂直で最終研磨状態まで研磨された表面、最終研磨状態まで研磨されていない裏面、および周辺エッジを含み、該表面は、該中心軸から、少なくとも該周辺エッジから２ミリメータ（０．０８インチ）内側までの領域で、その上を回路の写真製版に用いるように均一に平坦であり、このウエハは、その平坦性のために選択されたのではない請求項３３に記載の片面研磨の単結晶半導体ウエハ用のカセット。
- 上記各ウエハの表面が、グリッド状のサイトを上記表面に投影して、複数の完全サイトが該ウエハの表面内に全て位置し、複数の不完全サイトが該表面上に一部が位置し、該ウエハの周辺エッジの外側に一部が位置するようにして測定された均一な平坦性であって、該不完全サイトが、該完全サイトと実質的に同様の平坦性を有する請求項３４に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの、各完全サイト又は各不完全サイトの面積は、該ウエハの表面の面積の約２％で、投影された完全サイトと不完全サイトは、均一な大きさ及び形状を有する請求項３５に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも１０のウエハを含む請求項３６に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも１５のウエハを含む請求項３７に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも２０のウエハを含む請求項３８に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも２５のウエハを含む請求項３９に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの不完全サイトでの最大ＳＦＱＲ値の、上記カセット中の全てのウエハについての平均値が、各ウエハの完全サイトでの最大ＳＦＱＲの、上記カセット中の全てのウエハについての平均値より、２０％を超えない範囲で大きい請求項３３に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの不完全サイトでの最大ＳＦＱＲ値の、上記カセット中の全てのウエハについての平均値が、各ウエハの完全サイトでの最大ＳＦＱＲの、上記カセット中の全てのウエハについての平均値とほぼ同じである請求項４１に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、２５のウエハを含む請求項４２に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの周辺部の周りに位置する各不完全サイトが、共に、不完全サイトの外部リングを形成し、該外部リングの内方に隣接配置される各完全サイトが、共に、完全サイトの内部リングを形成する請求項３３に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値が、上記完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値より、５５％より少ない範囲で大きい請求項４４に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値が、上記完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値より、３０％より少ない範囲で大きい請求項４５に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値が、上記完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値より、１８％より少ない範囲で大きい請求項４６に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、２５のウエハを含む請求項４７に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記各ウエハが、中心軸、該中心軸に概ね垂直で最終研磨状態まで研磨された表面、最終研磨状態まで研磨されていない裏面、および周辺エッジを含み、該表面は、該中心軸から、少なくとも該周辺エッジから２ミリメータ（０．０８インチ）内側までの領域で、その上を回路の写真製版に用いるように均一に平坦であり、このウエハは、その平坦性のために選択されたのではない片面研磨の単結晶半導体ウエハ用のカセット。
- 上記各ウエハの表面が、グリッド状のサイトを上記表面に投影して、複数の完全サイトが該ウエハの表面内に全て位置し、複数の不完全サイトが該表面上に一部が位置し、該ウエハの周辺エッジの外側に一部が位置するようにして測定された均一な平坦性であって、該不完全サイトが、該完全サイトと実質的に同様の平坦性を有する請求項４９に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの、各完全サイト又は各不完全サイトの面積は、該ウエハの表面の面積の約２％である請求項５０に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 投影された完全サイトと不完全サイトは、均一な大きさ及び形状を有する請求項５１に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも１０のウエハを含む請求項５２に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも１５のウエハを含む請求項５３に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも２０のウエハを含む請求項５４に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、少なくとも２５のウエハを含む請求項５５に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの不完全サイトでの最大ＳＦＱＲ値の、上記カセット中の全てのウエハについての平均値が、各ウエハの完全サイトでの最大ＳＦＱＲの、上記カセット中の全てのウエハについての平均値より、２０％を超えない範囲で大きい請求項５３に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの不完全サイトでの最大ＳＦＱＲ値の、上記カセット中の全てのウエハについての平均値が、各ウエハの完全サイトでの最大ＳＦＱＲの、上記カセット中の全てのウエハについての平均値とほぼ同じである請求項５７に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記カセットが、２５のウエハを含む請求項５８に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 各ウエハの周辺部の周りに位置する各不完全サイトが、共に、不完全サイトの外部リングを形成し、該外部リングの内方に隣接配置される各完全サイトが、共に、完全サイトの内部リングを形成する請求項５３に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
- 上記不完全サイトの外部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値が、上記完全サイトの内部リングの各サイトのＳＦＱＲ値の、上記カセットの全ウエハの平均として得られた平均値より、５５％より少ない範囲で大きい請求項６０に記載の片面研磨ウエハ用のカセット。
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