JP2005223322A - 研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 均一な圧力で基板を加圧することができる研磨ヘッド用フレキシブルメンブレインと、これを含み、基板表面を均一な厚さで研磨することができる研磨装置とを提供する。
【解決手段】 フレキシブルメンブレイン１００は、加圧板１１０及び区画部材を備える。加圧板１１０は、基板を吸着及び加圧する第１面と、基板を吸着するための真空、及び基板を加圧するための第１空気圧の提供を受けるために、第１面と反対側に位置する第２面１１２とを有する。区画部材は、加圧板１１０の第２面１１２上に形成され第２面１１２の上部に多数の領域を限定し、加圧板１１０の第２面１１２に第２空気圧を提供するための空気圧導入部を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン及び研磨装置に関し、より具体的には、基板を吸着して研磨パッドに圧着させるためのフレキシブルメンブレインと、このようなフレキシブルメンブレインを用いて、基板を化学機械的に研磨する研磨装置とに関する。

最近、半導体装置が高集積化されるにつれて、配線構造が多層化され、半導体基板上に積層された単位セルの間の表面段差が漸次増加している。単位セルの間の表面段差を低減させるために、基板の表面を研磨する多様な方法が提示されている。研磨方法のうちでは、基板表面にスラリーを供給しながら研磨パッドで基板表面を研磨する化学機械的研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）が主に用いられている。

このような化学機械的研磨方法を行うためのＣＭＰ装置は、例えば、特許文献１に開示されている。図１は、特許文献１に開示されたＣＭＰ装置を示す斜視図である。
図１を参照すると、図示されたＣＭＰ装置は、ステーション１上に配置されたプラテン（ｐｌａｔｅｎ）２を含む。プラテン２は、ステーション１の内部に配置されたモーター（図示せず）で駆動され回転する。プラテン２の表面には、基板を研磨するための研磨パッド３が取付けられている。ステーション１に設置されたスラリーライン７は、研磨パッド３の表面にスラリーを供給する。又、ステーション１は、パッドコンディショナー８を具備している。パッドコンディショナー８は、研磨パッド３に付いている異物を除去する。

研磨パッド３上に装着された基板を加圧する研磨ヘッド４がプラテン２の上部に配置される。研磨ヘッド４は、モーター５に回転軸６を介して連結され、プラテン２の回転方向と反対方向に回転する。研磨ヘッド４は、基板を真空で吸着して、研磨パッド３上に配置する。又、研磨ヘッド４は、基板を空気圧で圧着して、研磨パッド３に密着させる。従って、研磨ヘッド４には、研磨ヘッド４に真空と空気圧をそれぞれ提供するための真空ライン（図示せず）と空気圧ライン（図示せず）が連結されている。
研磨ヘッド４は、真空ラインと空気圧ラインが連結されたキャリア、キャリア内に配置されたサポーター、サポーターにより支持され基板を吸着するフレキシブルメンブレイン、及びフレキシブルメンブレインに吸着された基板の離脱を防止するリテイナーリングを含む。

従来のフレキシブルメンブレインは、円板型の加圧板を含む。加圧板のエッジ上に側壁が形成されている。加圧板の中央部位には、真空にする領域を限定するための隔壁が形成されている。
前記のようなフレキシブルメンブレインで基板を研磨パッドに対して加圧しながら研磨工程を行う時、基板の表面を均一な厚さで研磨することが最も重要である。このためには、フレキシブルメンブレインから基板全体に均一な圧力が加えられるようにすることが要求される。

しかし、従来のフレキシブルメンブレインは、真空領域と加圧領域のみに区分されているので、全体的に均一に基板に圧力を加えることが困難である。従って、基板上に形成された膜を研磨する時に部位間で研磨速度に大きな差異を誘発する。
前記のような研磨速度の不均一は、基板表面の研磨厚さの不均一を招来する。従って、基板表面が平坦化されず、基板の中央部が凹むディッシング現象が発生する。平坦化されない基板表面には、後続工程で膜を所望する形状に正確に形成することができない。

大韓民国特許出願公開第２００２−４０５２９号明細書

本発明の目的は、加圧板を通じて基板に直接的に提供される圧力と、隔壁を通じて基板に間接的に提供される圧力との間の差異を低減させて、均一な圧力で基板を加圧することができる研磨ヘッド用フレキシブルメンブレインを提供することにある。
本発明の他の目的は、前述したフレキシブルメンブレインを含むことにより、基板全体に均一な圧力を加えながら研磨動作を行って、基板表面を均一な厚さで研磨することができる研磨装置を提供することにある。

本発明による研磨ヘッド用フレキシブルメンブレインは、加圧板及び区画部材を備える。加圧板は、基板を吸着及び加圧する第１面と、前記基板を吸着するための真空、及び前記基板を加圧するための第１空気圧の提供を受けるために、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する。区画部材は、前記加圧板の第２面上に形成され前記第２面の上部に多数の領域を限定し、前記加圧板の第２面に第２空気圧を提供するための空気圧導入部を有する。

本発明による研磨ヘッド用フレキシブルメンブレインは、加圧板、第１隔壁、第２隔壁及び側壁を備える。加圧板は、基板を吸着及び加圧する第１面と、前記基板を吸着するための真空、及び前記基板を加圧するための第１メイン空気圧の提供を受けるために、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する。第１隔壁は、前記加圧板の第２面の中央に配置され、前記真空及び前記第１メイン空気圧が選択的に提供される真空領域を限定し、前記加圧板の第２面に第１補助空気圧を提供するための第１空気圧導入部を有する。第２隔壁は、前記第１隔壁の外部に配置され、前記基板を加圧する時の第２メイン空気圧が提供される主加圧領域を前記第１隔壁と共に限定し、前記加圧板の第２面に第２補助空気圧を提供するための第２空気圧導入部を有する。側壁は、前記加圧板の第２面のエッジに形成され、前記基板を加圧する時の第３メイン空気圧が提供される外郭加圧領域を前記第２隔壁と共に限定する。

本発明の研磨装置は、基板を研磨するためのパッドを有するプラテンと、前記プラテン上に配置され、前記基板を吸着して前記プラテンの研磨パッドに対して加圧するフレキシブルメンブレイン、及び前記フレキシブルメンブレインを支持するサポーターを有する研磨ヘッドと、を備える。前記フレキシブルメンブレインは、加圧板及び区画部材を有する。加圧板は、基板を吸着及び加圧する第１面と、前記基板を吸着するための真空、及び前記基板を加圧するための第１空気圧の提供を受けるために、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する。区画部材は、前記加圧板の第２面上に形成され前記第２面上に多数の領域を限定し、前記加圧板の第２面に第２空気圧を提供するための空気圧導入部を有する。

前記のような本発明によると、区画部材に空気圧導入部が形成されることにより、区画部材下部に位置する加圧板部分にも空気圧を提供することができる。従って、加圧板が基板を均一な圧力で研磨パッドに対して加圧することができるので、基板を均一な厚さで研磨することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施例によるフレキシブルメンブレインを示す平面図であり、図３は、図２のIII部位を拡大した斜視図であり、図４は、図２のIV−IV′線に沿って切断した断面図である。
図２から図４を参照すると、本実施例によるフレキシブルメンブレイン１００は、加圧板１１０と、加圧板１１０上に形成された区画部材である第１隔壁１２０及び第２隔壁１３０、ならびに側壁１４０と、区画部材及び側壁１４０に形成された空気圧導入部であるスロット１２５、１３５、１４５とを含む。フレキシブルメンブレイン１００は、研磨ヘッドのサポーター（図示せず）に結合され、基板を真空で吸着することができる。フレキシブルメンブレイン１００は、例えば、エチレンプロピレンゴム、ネオプレンゴム、ニトリルゴム等のゴムからなる。

加圧板１１０は、大体円板形状を有する。加圧板１１０の形状は、研磨対象体によって変更される。従って、大略円型である半導体ウェーハが研磨対象体である場合、加圧板１１０は、前述した円板形状を有する。反面、液晶表示装置に用いられる矩形のガラス基板が研磨対象体である場合、加圧板１１０は矩形の形状を有する。
加圧板１１０は、第１面１１１と、第１面１１１と反対側に位置する第２面１１２とを有する。第１面１１１が研磨パッド（図示せず）が位置する下部に向かい、第２面１１２が上部に向かうことになる。基板は、第１面１１１に吸着される。基板を吸着するための真空と、基板を研磨パッドに密着させるための空気圧は、第２面１１２に選択的に提供される。

側壁１４０は、加圧板１１０の第２面１１２のエッジに形成される。従って、側壁１４０は、リング形状を有する。側壁１４０は、研磨ヘッドのサポーターに結合され、サポーターと共に加圧板１１０の第２面１１２の上部に外部と隔離された空間を形成する。
区画部材は、側壁１４０の高さとほぼ同じ高さを有する第１隔壁１２０及び第２隔壁１３０を含む。第１隔壁１２０は、加圧板１１０の第２面１１２の中央に配置され、リング形状を有する。第１隔壁１２０も研磨ヘッドのサポーターに結合され、前記空間を区画することになる。第１隔壁１２０により区画された空間が、真空と第１メイン空気圧ＭＰ１が選択的に提供される真空領域ＭＺ１として定義される。

第２隔壁１３０は、第１隔壁１２０と側壁１４０との間に配置され、リング形状である。従って、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０は、同心円形態で配列される。一方、加圧板１１０が矩形である場合、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０は、矩形枠形状の同心パターン形態で配列される。勿論、加圧板１１０が矩形であっても、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０は、同心円形態で配置することもできる。第２隔壁１３０は、研磨ヘッドのサポーターと結合され、第１隔壁１２０と側壁１４０との間の空間を２個の空間に区画する。

第１隔壁１２０及び第２隔壁１３０の間の空間を、基板加圧のための第２メイン空気圧ＭＰ２が提供される主加圧領域ＭＺ２として定義する。第２隔壁１３０と側壁１４０との間の空間を、基板加圧のための第３メイン空気圧ＭＰ３が提供される外郭加圧領域ＭＺ３として定義する。即ち、基板は、真空領域ＭＺ１に提供される真空により加圧板１１０の第１面１１１に真空吸着され、真空領域ＭＺ１、主加圧領域ＭＺ２及び外郭加圧領域ＭＺ３に提供される第１メイン空気圧、第２メイン空気圧及び第３メイン空気圧ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３により研磨パッドに密着する。

第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０を通じて、第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３が加圧板１１０に提供されるようにするために、空気圧導入部が第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０に形成される。空気圧導入部は、第１隔壁１２０に形成された第１スロット１２５、第２隔壁１３０に形成された第２スロット１３５、及び側壁１４０に形成された第３スロット１４５を含む。第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５は、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０の上面から加圧板１１０の第２面１１２まで延長され、又、第１隔壁１２０、第２側壁１３０及び側壁１４０の全体長手方向に沿って形成される。

本実施例による第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５は、それぞれ一体に連結されたリング形状を有する。従って、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５は、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０と同様に同心円形態で配列される。第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５により第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０は、２個に分割される。従って、第１隔壁１２０及び第２隔壁１３０は、第１スロット１２５及び第２スロット１３５を挟んで配置された内側壁１２０ａ、１３０ａと外側壁１２０ｂ、１３０ｂとで構成される。又、側壁１４０も第３スロット１４５を挟んで配置された内側壁１４０ａと外側壁１４０ｂとで構成される。

第１補助領域形成部材から第３補助領域形成部材が第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０上に形成されている。第１補助領域形成部材から第３補助領域形成部材は、第１補助圧力領域から第３補助圧力領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３を定義する。補助領域形成部材は、第１隔壁１２０上に形成され第１補助空気圧領域ＡＺ１を定義する第１隔板、第２隔壁１３０上に形成され第２補助空気圧領域ＡＺ２を定義する第２隔板、及び側壁１４０上に形成され第３補助空気圧領域ＡＺ３を定義する第３隔板を含む。

第１隔板から第３隔板のそれぞれは、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０の上端内側から水平に延長された第１内側水平拡張部から第３内側水平拡張部１２１ａ、１３１ａ、１４１ａと、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０の上端外側から水平に延長された第１外側水平拡張部から第３外側水平拡張部１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂと、第１内側水平拡張部から第３内側水平拡張部１２１ａ、１３１ａ、１４１ａの端部から上方に向かって形成された第１内側障壁部から第３内側障壁部１２２ａ、１３２ａ、１４２ａと、第１外側水平拡張部から第３外側水平拡張部１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂの端部から上方に向かって形成された第１外側障壁部から第３外側障壁部１２２ｂ、１３２ｂ、１４２ｂとを含む。特に、第１内、外側水平拡張部から第３内、外側水平拡張部１２１ａ、１２１ｂ、１３１ａ、１３１ｂ、１４１ａ、１４１ｂの表面は、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０の各表面より少し低いので、段差を形成する。

第１内、外側障壁部１２２ａ、１２２ｂの上端はサポーターに結合され、第１隔板、サポーター及び第１隔壁１２０の表面が形成する空間は、第１補助空気圧ＡＰ１が提供される第１補助空気圧領域ＡＺ１として定義される。
第２内、外側障壁部１３２ａ、１３３ｂの上端はサポーターに結合され、第２隔板、サポーター及び第２隔壁１３０の表面が形成する空間が、第２補助空気圧ＡＰ２が提供される第２補助空気圧領域ＡＺ２として定義される。
第３内、外側障壁部１４２ａ、１４２ｂの上端はサポーターに結合され、第３隔板、サポーター及び側壁１４０の表面が形成する空間が、第３補助空気圧ＡＰ３が提供される第３補助空気圧領域ＡＺ３として定義される。

第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５は、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０の表面から加圧板１１０に向かって形成される。従って、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５のそれぞれは、第１補助空気圧領域から第３補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３のそれぞれと連通する。従って、第１補助空気圧領域から第３補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３のそれぞれは、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５の大きさだけ拡張された空間を有する。

第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５の深さは、第１隔壁１２０、第２隔壁１３０及び側壁１４０の高さとほぼ同じである。第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３は、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５を通じて加圧板１１０の第２表面１１２に直接提供される。従って、第１補助空気圧領域から第３補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３を通じて加圧板１１０に提供される第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３は、真空領域ＭＺ１、主加圧領域ＭＺ２及び外郭加圧領域ＭＺ３を通じて加圧板１１０に提供される第１メイン空気圧から第３メイン空気圧ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３と大きな差異がない。このように、加圧板１１０の第２表面１１２に全体的に均一な圧力が提供されるので、加圧板１１０の第１表面１１１が均一な圧力で基板を研磨パッドに密着させることができる。

一方、本実施例では、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５の上下幅がほぼ同じである。第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５を通じて加圧板１１０の第２表面１１２の露出面積を拡張させるために、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５は、上部から下部にいくほど、漸次幅が増加する形状を有することもできる。又、第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５は、下部幅が上部幅より長い二重構造を有することもできる。

図５は、本発明の一実施例による研磨装置を示す断面図である。
図５を参照すると、本実施例による研磨装置６００は、プラテン６６０と、プラテン６６０の上部に配置された研磨ヘッド６１０とを含む。
基板Ｓが密着される研磨パッド６８０がプラテン６６０の表面に取付けられる。プラテン６６０は、第１モーター６７０に回転軸６９０で連結される。スラリーライン６８５が研磨パッド６８０の表面に近接して配置され、研磨パッド６８０の表面にスラリーが供給される。

研磨ヘッド６１０は、第２モーター６４０、第２モーター６４０に回転軸６４５を介して連結されたサポーター６２０、サポーター６２０に支持され基板Ｓを吸着するフレキシブルメンブレイン１００、及びフレキシブルメンブレイン１００に吸着された基板Ｓの離脱を防止するリテイナーリング６５０を含む。
フレキシブルメンブレイン１００は、前述したように、空気圧導入部１２５、１３５、１４５を有する。従って、フレキシブルメンブレイン１００についての説明は省略する。フレキシブルメンブレイン１００は、サポーター６２０の底面に支持される。基板Ｓは、フレキシブルメンブレイン１００の底面に吸着され、研磨パッド６８０の表面に密着する。
リテイナーリング６５０はサポーター６２０の底面エッジに設けられ、研磨動作中基板Ｓがフレキシブルメンブレイン１００から離脱することを防止する。

サポーター６２０は、フレキシブルメンブレイン１００を収容する空間が底面に形成された構造を有する。又、サポーター６２０は、フレキシブルメンブレイン１００の第１隔壁１２０及び第２隔壁１３０を支持する第１隔壁支持部６２１及び第２隔壁支持部６２２と、側壁１４０を支持する側壁支持部６２３とを有する。

従って、真空領域ＭＺ１は、第１隔壁１２０、第１隔壁支持部６２１、サポーター６２０の底面、及び加圧板１１０の表面により定義される。主加圧領域ＭＺ２は、第１隔壁１２０及び第２隔壁１３０と、第１隔壁支持部６２１及び第２隔壁支持部６２２と、サポーター６２０の底面と、加圧板１１０の表面とにより定義される。外郭加圧領域ＭＺ３は、第２隔壁１３０、側壁１４０、第２隔壁支持部６２２、側壁支持部６２３、サポーター６２０の底面、及び加圧板１１０の表面により定義される。

一方、第１補助空気圧領域ＡＺ１は、第１隔壁１２０の表面、第１隔板、及びサポーター６２０の底面により定義される。第２補助空気圧領域ＡＺ２は、第２隔壁１３０の表面、第２隔板、及びサポーター６２０の底面により定義される。第３補助空気圧領域ＡＺ３は、側壁１４０の表面、第３隔板、及びサポーター６２０の底面により定義される。

各領域に空気圧を提供するための第１通路６３０がサポーター６２０の上面に形成される。第１通路６３０は、第１メイン空気圧から第３メイン空気圧ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３を真空領域ＭＺ１、主加圧領域ＭＺ２及び外郭加圧領域ＭＺ３にそれぞれ提供するための第１メイン通路から第３メイン通路６３１、６３２、６３３と、第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３を第１補助空気圧領域から第３補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３にそれぞれ提供するための第１補助通路から第３補助通路６３４、６３５、６３６に分岐する。又、第２通路６３０ａが真空領域ＭＺ１のみに連結され、真空領域ＭＺ１に基板Ｓを吸着するための真空ＶＰが提供される。
基板Ｓは、第２通路６３０ａを通じて真空領域ＭＺ１に提供された真空ＶＰにより加圧板１１０の底面に吸着される。このような状態で、研磨ヘッド６１０がプラテン６７０の上部に配置される。

第１通路６３０を通じて空気圧が各領域に提供される。即ち、第１メイン空気圧から第３メイン空気圧ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３は、第１メイン通路から第３メイン通路６３１、６３２、６３３を通じて加圧板１１０の表面に直接提供される。一方、第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３は、第１補助通路から第３補助通路６３４、６３５、６３６と第１スロットから第３スロット１２５、１３５、１４５を通じて加圧板１１０の表面に直接提供される。

前述した空気圧と補助空気圧により、基板Ｓは均一な圧力で研磨パッド６８０に密着する。スラリーライン６８５からスラリーが研磨パッド６８０の表面に供給されると、第１モーター６７０により研磨パッド６８０が第１方向、例えば、時計方向に回転する。又、第２モーター６４０により研磨ヘッド６１０が第１方向と反対である時計反対方向又は時計方向に回転する。基板Ｓが回転しながら研磨パッド６８０に圧着されることにより、基板Ｓの表面が均一な厚さで研磨される。

（研磨特性実験１）
＜フレキシブルメンブレイン製造＞
大きさ２００ｍｍであって、空気圧導入部であるスロットがないフレキシブルメンブレインと、図２に示した本実施例によるフレキシブルメンブレイン１００との間の研磨特性を比較した。まず、比較例として図６に示すように空気圧導入部がないフレキシブルメンブレイン１０００を製作した。図６のフレキシブルメンブレイン１０００は、空気圧導入部がない点を除いては、図２に示したフレキシブルメンブレイン１００とほぼ同じ大きさ及び形状を有する。図６のフレキシブルメンブレイン１０００と図２のフレキシブルメンブレイン１００とを図５に示した研磨装置６００に採用した。

＜研磨対象膜の形成＞
研磨対象体である２００ｍｍ大きさの半導体基板上に酸化物を６０００Åの厚さで蒸着し、タンタリウムを酸化物上に２５０Åの厚さで蒸着した。シード膜としての銅を１５００Åの厚さでタンタリウム上に蒸着し、銅をシード膜上に電界鍍金法を通じて１４０００Åの厚さで蒸着した。このような構造物を有する半導体基板２個を準備した。

＜研磨工程＞
まず、図６のフレキシブルメンブレイン１０００と図２のフレキシブルメンブレイン１００との各領域に加えられた圧力を測定した。測定された圧力値を下記表１に示す。

前記表１に示すように、図６に示したフレキシブルメンブレイン１０００では、真空領域ＭＺ１に提供された第１メイン空気圧ＭＰ１が２．８ｐｓｉ（１９．３ｋＰａ）、主加圧領域ＭＺ２に提供された第２メイン空気圧ＭＰ２が２．４５ｐｓｉ（１６．９ｋＰａ）、外郭加圧領域ＭＺ３に提供された第３メイン空気圧ＭＰ３が２．６ｐｓｉ（１７．９ｋＰａ）であった。又、第１補助空気圧領域ＡＺ１に提供された第１補助空気圧ＡＰ１が４．０ｐｓｉ（２７．６ｋＰａ）、第２補助空気圧領域ＡＺ２に提供された第２補助空気圧ＡＰ２が３．５ｐｓｉ（２４．１ｋＰａ）、第３補助空気圧領域ＡＺ３に提供された第３補助空気圧ＡＰ３が２．０ｐｓｉ（１３．８ｋＰａ）であった。前記結果のように、図６に示したフレキシブルメンブレイン１０００では、補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３で測定された圧力値間に相当な差を示している。

反面、図２に示したフレキシブルメンブレイン１００では、真空領域ＭＺ１、主加圧領域ＭＺ２及び外郭加圧領域ＭＺ３にそれぞれ提供された第１メイン空気圧から第３メイン空気圧ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３は、２．４ｐｓｉ（１６．５ｋＰａ）、２．２３ｐｓｉ（１５．４ｋＰａ）及び２．３ｐｓｉ（１５．９ｋＰａ）であった。第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３にそれぞれ提供された第１補助空気圧から第３補助空気圧ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３は、それぞれ２．０ｐｓｉ（１３．８ｋＰａ）、１．８ｐｓｉ（１２．４ｋＰａ）、１．０ｐｓｉ（６．８９ｋＰａ）であった。このように、本実施例によるフレキシブルメンブレイン１００では、補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３で測定された圧力値がメイン空気圧領域で測定された値より低かった。このような圧力差は、空気圧導入部により形成されたと判断される。

前記のような圧力分布をそれぞれ有する従来のフレキシブルメンブレイン１０００と本実施例のフレキシブルメンブレイン１００とをそれぞれ有する研磨装置を用いて、半導体基板に対する研磨工程を実施した。ここで、研磨剤としては、無研磨剤（ａｂｒａｓｉｖｅ−ｆｒｅｅ）スラリーを用いた。研磨ヘッドの回転速度は２３ｒｐｍ、プラテンの回転速度は６００ｒｐｍで、９０秒間研磨工程を実施した。

図７は、図６のフレキシブルメンブレイン１０００を用いた場合の研磨速度を示すグラフであり、図８は、図２のフレキシブルメンブレイン１００を用いた場合の研磨速度を示すグラフである。図７及び図８において、横軸は半導体基板の位置を示し、縦軸は研磨速度（Å／分）を示す。
まず、図７に示すように、真空領域ＭＺ１、主加圧領域ＭＺ２及び外郭加圧領域ＭＺ３と対応する半導体基板部分の研磨速度は８０００Å／分程度である反面、第１補助空気圧領域ＡＺ１及び第２補助空気圧領域ＡＺ２と対応する半導体基板部分の研磨速度は６０００Åであり、第３補助空気圧領域ＡＺ３と対応する半導体基板部分の研磨速度は１１０００Å／分であった。このように、図６のフレキシブルメンブレイン１０００を用いた研磨工程では、真空及び加圧領域ＭＺ１、ＭＺ２、ＭＺ３と補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３との間に大きな差異を有する研磨速度を示している。

これは、前述した圧力測定結果から分かる。即ち、補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３で測定された圧力値と真空及び加圧領域ＭＺ１、ＭＺ２、ＭＺ３で測定された圧力値との間に非常に大きな差異が発生し、又、補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３で測定された圧力値も互いに異なるので、従来のフレキシブルメンブレイン１０００では、半導体基板を均一な圧力で研磨パッドに密着させることができなかった。

反面、図８に示すように、図２のフレキシブルメンブレイン１００を用いた研磨工程では、１１０００Å／分以上の研磨速度を示す第３補助空気圧領域ＡＺ３を除いては、研磨速度が全般的に９５００〜１００００Å／分程度であって均一に測定された。

前述した圧力測定結果から分かるように、本実施例のフレキシブルメンブレイン１００では、補助空気圧領域ＡＺ１、ＡＺ２、ＡＺ３に加えられた圧力がほぼ同じであり、又、真空及び加圧領域ＭＺ１、ＭＺ２、ＭＺ３に加えられた圧力とも大きな差異がない。従って、本実施例のフレキシブルメンブレイン１００は、半導体基板を全体的に均一な圧力で研磨パッドに密着させることができる。従って、本実施例による研磨装置は、半導体基板を均一な厚さで研磨することができる。

（研磨特性実験２）
＜研磨対象膜の形成＞
研磨対象体である半導体基板上に、フッ素がドーピングされたシリケートガラス（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ：ＦＳＧ）を３０００Å厚さで蒸着した。

＜研磨工程＞
図２に示したフレキシブルメンブレインを有する本実施例による研磨装置を用いて、半導体基板に対する研磨工程を実施した。研磨剤としては、シリカ基材（ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ）スラリーを用いた。研磨ヘッドの回転速度は２３ｒｐｍ、プラテンの回転速度は３００ｒｐｍで、９０秒間研磨工程を実施した。
図９に半導体基板の位置別研磨速度がグラフとして図示されている。図９において、線「丸囲み１」は所望する目標研磨速度を示し、線「丸囲み２」は半導体基板の実際研磨速度を示す。

図９に示すように、本実施例のフレキシブルメンブレインを有する研磨装置で半導体基板を研磨した結果、実際研磨速度が目標研磨速度に非常に近接した。又、半導体基板の位置別研磨速度も領域別差異を殆ど示さなかった。
前記測定結果から、本実施例によるフレキシブルメンブレインが採用された研磨装置は、半導体基板を均一な厚さで研磨することができることがわかる。このような結果から本実施例のフレキシブルメンブレインは、半導体基板を均一な圧力で研磨パッドに密着させることができることがわかる。

前述したように、本実施例によると、区画部材と側壁に空気圧導入部が形成されることにより、空気圧を区画部材と側壁が形成された加圧板部分でも直接的に提供することができる。従って、加圧板に全体的に均一な空気圧が提供されるので、加圧板が基板を均一な圧力で研磨パッドに密着させることができる。従って、基板を均一な厚さで研磨することができる。

以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できる。

従来の研磨装置を示す斜視図である。 本発明の実施例によるフレキシブルメンブレインを示す平面図である。 図２のIII部位を拡大した斜視図である。 図２のIV−IV′線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施例による研磨装置を示す断面図である。 本発明の比較例としての従来技術によるフレキシブルメンブレインを示す断面図である。 本発明の比較例によるフレキシブルメンブレインを用いて、半導体基板上に形成された銅膜を研磨した場合の研磨速度を半導体基板の位置別に示すグラフである。 本発明の実施例によるフレキシブルメンブレインを用いて、半導体基板上に形成された銅膜を研磨した場合の研磨速度を半導体基板の位置別に示すグラフである。 本発明の実施例によるフレキシブルメンブレインを用いて、半導体基板上に形成されたＦＳＧ膜を研磨した場合の研磨速度を半導体基板の位置別に示すグラフである。

符号の説明

１１０ 加圧板、１１１ 第１面、１１２ 第２面、１２０ 第１隔壁、１２５ 第１スロット、１３０ 第２隔壁、１３５ 第２スロット、１４０ 側壁、１４５ 第３スロット

Claims (20)

1. 基板を吸着及び加圧する第１面と、前記基板を吸着するための真空、及び前記基板を加圧するための第１空気圧の提供を受けるために、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する加圧板と、
   前記加圧板の第２面上に形成され前記第２面の上部に多数の領域を限定し、前記加圧板の第２面に第２空気圧を提供するための空気圧導入部を有する区画部材と、
   を備えることを特徴とする研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
2. 前記区画部材は、
   前記加圧板の第２面の中央に配置され、前記基板を吸着する時の真空領域を形成する領域を限定する第１隔壁と、
   前記第１隔壁の外部に配置され、前記基板を加圧する時の主加圧領域を限定する第２隔壁と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
3. 前記加圧板の第２面のエッジに形成された側壁を更に備えることを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
4. 前記側壁には、前記加圧板の第２面のエッジに第３空気圧を提供するための第２空気圧導入部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
5. 前記第２空気圧は、前記第１空気圧より小さいことを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
6. 前記空気圧導入部は、前記区画部材の上面に形成されているスロットであることを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
7. 前記スロットは、前記区画部材の全体長手方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項６記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
8. 前記スロットは、前記区画部材の高さとほぼ同じ深さを有することを特徴とする請求項６記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
9. 前記加圧板及び前記区画部材は、エチレンプロピレンゴム、ネオプレンゴム又はニトリルゴムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
10. 前記区画部材は、
    前記基板の中央側に形成されている内側壁と、
    前記基板の外郭側に前記内側壁に対向して配置され、前記空気圧導入部を形成する外側壁と、
    前記内側壁の上端から前記中央側に水平に延長された内側水平拡張部と、
    前記外側壁の上側から前記外郭側に水平に延長された外側水平拡張部と、
    前記内側水平拡張部の端部から上方に延長されている内側障壁部と、
    前記外側水平拡張部の端部から上方に延長されている外側障壁部と、
    を有することを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
11. 基板を吸着及び加圧する第１面と、前記基板を吸着するための真空、及び前記基板を加圧するための第１メイン空気圧の提供を受けるために、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する加圧板と、
    前記加圧板の第２面の中央に配置され、前記真空及び前記第１メイン空気圧が選択的に提供される真空領域を限定し、前記加圧板の第２面に第１補助空気圧を提供するための第１空気圧導入部を有する第１隔壁と、
    前記第１隔壁の外部に配置され、前記基板を加圧する時の第２メイン空気圧が提供される主加圧領域を前記第１隔壁と共に限定し、前記加圧板の第２面に第２補助空気圧を提供するための第２空気圧導入部を有する第２隔壁と、
    前記加圧板の第２面のエッジに形成され、前記基板を加圧する時の第３メイン空気圧が提供される外郭加圧領域を前記第２隔壁と共に限定する側壁と、
    を備えることを特徴とする研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
12. 前記側壁には、前記加圧板の第２面のエッジに第３補助空気圧を提供するための第３空気圧導入部が形成されていることを特徴とする請求項１１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
13. 前記第１補助空気圧及び前記第２補助空気圧は、前記第１メイン空気圧及び前記第２メイン空気圧より小さいことを特徴とする請求項１１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
14. 前記第１空気圧導入部及び前記第２空気圧導入部は、区画部材の上面から前記加圧板の第２面まで延長され前記区画部材の全体長手方向に沿って形成されているスロットであることを特徴とする請求項１１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
15. 前記加圧板及び区画部材は、エチレンプロピレンゴム、ネオプレンゴム又はニトリルゴムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
16. 前記第１隔壁及び前記第２隔壁のそれぞれは、
    前記基板の中央側に形成されている内側壁と、
    前記基板の外郭側に前記内側壁に対向して配置され、前記第１空気圧導入部又は前記第２空気圧導入部を形成する外側壁と、
    前記内側壁の上端から前記中央側に水平に延長された内側水平拡張部と、
    前記外側壁の上端から前記外郭側に水平に延長された外側水平拡張部と、
    前記内側水平拡張部の端部から上方に延長されている内側障壁部と、
    前記外側水平拡張部の端部から上方に延長されている外側障壁部と、
    を有することを特徴とする請求項１１記載の研磨ヘッド用フレキシブルメンブレイン。
17. 基板を研磨するためのパッドを有するプラテンと、
    前記プラテン上に配置され、前記基板を吸着して前記プラテンの研磨パッドに対して加圧するフレキシブルメンブレイン、及び前記フレキシブルメンブレインを支持するサポーターを有する研磨ヘッドと、を備え、
    前記フレキシブルメンブレインは、
    基板を吸着及び加圧する第１面と、前記基板を吸着するための真空、及び前記基板を加圧するための第１空気圧の提供を受けるために、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する加圧板と、
    前記加圧板の第２面上に形成され前記第２面上に多数の領域を限定し、前記加圧板の第２面に第２空気圧を提供するための空気圧導入部を有する区画部材と、
    を有することを特徴とする研磨装置。
18. 前記区画部材は、
    前記加圧板の第２面の中央に配置され、前記基板を吸着する時の真空領域を形成する領域を限定する第１隔壁と、
    前記第１隔壁の外部に配置され、前記基板を加圧する時の主加圧領域を限定する第２隔壁と、
    を有することを特徴とする請求項１７記載の研磨装置。
19. 前記フレキシブルメンブレインは、前記加圧板の第２面のエッジに形成された側壁を更に有し、前記側壁には前記加圧板の第２面のエッジに第３空気圧を提供するための第２空気圧導入部が形成されていることを特徴とする請求項１７記載の研磨装置。
20. 前記空気圧導入部は、前記区画部材の上面に形成されているスロットであることを特徴とする請求項１７記載の研磨装置。

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