JP2005520357A - 半導体ウェハを研磨するためのマルチボリューム隔壁を有するキャリヤと研磨方法 - Google Patents

Abstract

半導体ウェハ（５６、１２４）の表面を研磨する装置（１０）のキャリヤを提供する。好適実施例では、キャリヤには、ウェハの裏面に接触するための面を有する加圧可能な空隙（５０、５２）を形成する、柔軟な材料から製造された１つまたは複数の隔壁（４０、４２）に接続された剛体板（３４）が含まれる。隔壁の空隙を選択的に加圧するのに、複数のコンジット（２８ａ、２８ｃ）が採用される。キャリヤヘッドには、ある隔壁の一部と他の隔壁の一部および半導体ウェハの間に形成される隔壁間空隙（５４）を設けることができる。隔壁間空隙には、加圧流体供給源または真空圧供給を選択的に隔壁間空隙に接続するために使用される、専用のコンジット（２８ｂ）が接続されている。動作中、一つまたは複数の空隙を通じてウェハをチャック（９０）する目的および研磨中に空隙を加圧（９６）する目的で、圧力および／または真空圧が加えられる。

Description

【０００１】
【背景技術】
本発明は、半導体処理装置に関し、特に化学機械平坦化処理(Chemical-mechanical Planarization)中に、半導体ウェハを保持するためのキャリヤに関する。
【０００２】
半導体ウェハは、半導体ウェハ上に電気回路を形成するプロセスの各工程を実行する前に滑らかで平坦な仕上がり面が得られるように、平坦化または研磨される。この研磨は、キャリヤにウェハを固定し、キャリヤを回転させ、回転しているウェハに回転している研磨パッドを接触させることによって達成される。この研磨処理に使用されるウェハキャリヤには非常に多くの種類がある。一般的な型式のキャリヤは、モーターによって回転するシャフトにしっかりと固定される。通常、液体中に研磨剤が懸濁している、液状（ｗｅｔ）研磨スラリーが、研磨パッドに塗布される。研磨処理中に、下向きの研磨圧力が、回転しているウェハと回転している研磨パッド間に加えられる。このようなシステムの場合、半導体ウェハ面を適正に研磨するためには、ウェハキャリヤと研磨パッドが完全に平行に整合していなければならない。
【０００３】
通例、ウェハキャリヤは、ウェハの研磨される表面と反対側にあるウェハの表面にはぴったり合わない、固くて平坦な面であった。したがってキャリヤプレートは、ウェハの全領域に渡って均一な研磨圧を加えることができず、特にウェハの縁（エッジ）部ではそれが顕著であった。この問題を解決しようとする試みとして、多くの場合、固いキャリヤプレートを柔らかいキャリヤフィルムで覆う方法が取られていた。このようなフィルムを使用する目的は、均一な研磨を行うのに役立つよう、ウェハの裏面に対して均一な圧力を伝達することにあった。このフィルムは、キャリヤプレートとウェハの裏面との間における面の凸凹を補正するだけでなく、ウェハ面上の多少の汚れもなめらかにすると考えられていた。このような汚れがある場合、キャリヤフィルムで覆わないと、高い加圧域が生じる可能性があった。残念なことに、フィルムは柔軟性が限られており、部分的にしか効果をあげることができず、さらに繰り返し使用した後では“ゆがむ”傾向にあった。特に、このようなゆがみは、半導体ウェハの縁（エッジ）部でよりひどくなる傾向にある。
【０００４】
米国特許出願５、７６２、５４４で公開されているウェハキャリヤは、多数の先行ウェハキャリヤ設計に関連付けられる別の問題を象徴するものである。米国特許出願５、７６２、５４４は、研磨中にキャリヤベース面を半導体ウェハ面と平行に保つことを目的とした、ジンバル機構を通じてシャフトに結合された平坦な剛性キャリヤベースの使用法を開示している。通常、このような構成によって、半導体ウェハ全面に同じ圧力が加えられる。したがって、シャフトを通じてキャリヤベースに伝達される力を変えると、半導体ウェハの全面に加えられる圧力も変わってしまう。
【０００５】
米国特許出願５、７６２、５４４で開示されているウェハキャリヤと同様のウェハキャリヤを使用する際に生じる問題は、見かけ上均一な圧力がウェハ面に加えられているにもかかわらず、一部の平坦化方法では、ウェハ周辺付近、回路を蒸着する表面上に、一つ以上の環状のくぼみが生じてしまうとうことである。回路を蒸着するときには、事実上、ウェハ面の十分に滑らかでしかも平坦な部分だけしか使用することができない。したがって、この環状のくぼみは半導体ウェハの利用可能な領域を狭めている。
【０００６】
米国特許出願５、７６２、５３９で開示されているような、他のウェハキャリヤの設計では、上記環状のくぼみなど、不均一な除去パターンを補正しようとする試みとして、半導体ウェハの裏面に複数の加圧域をもたらす手段を採用している。具体的には、米国特許出願５、７６２、５３９で公開されているキャリヤは、独立して加圧可能な複数の内部チャンバーを備えるトッププレートを持つ。複数の穴がトッププレートとトッププレートの底面に接触しているパッドを貫通している。トッププレートの個々のチャンバーを異なる圧力レベルで加圧することによって、パッドに接触するウェハ面全体に渡って様々な圧力分布を実現することができる。ただし、ウェハの裏面に渡って、同じ圧力が加えられる個別の複数の加圧域を実現できるほど、圧力分布を十分に制御できるわけではない。それは、トッププレートの小さな穴を通じてウェハの裏面に加圧流体が直接供与されるが、この加圧流体は実質的にはウェハの裏面を自由に移動できるという理由による。このように、ウェハの裏面の一領域に供与される加圧流体は、異なる圧力で加圧流体が供給されるウェハの裏面の隣接領域に進入する。したがって、ウェハの指定された、異なるセクションに供給される圧力を制御する能力が制限されるため、予測される除去の問題を補正するための設計能力も制限されることになる。
【０００７】
したがって、研磨工程で、半導体ウェハの裏面全体に渡って複数の加圧域を設けるための制御を可能にするキャリヤを設計手法が求められていた。
【０００８】
【発明の簡単な説明】
本発明は、一般に、半導体ウェハを研磨するための改良されたウェハキャリヤを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、希望に応じて、半導体ウェハの全領域に渡って均一な圧力を加えるウェハキャリヤを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、周囲に生じる環状のくぼみや、通常中心低速（センタースロー）の問題と呼ばれている中心に局在する隆起などの予測されるやっかいな除去パターンを補正するため、半導体ウェハの全領域に対し不均一ではあるが、制御された圧力を加えるウェハキャリヤを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、半導体ウェハの裏面に接触し、その裏面の凸凹にぴったり合うキャリヤ面を提供することにある。このキャリヤ面は、半導体ウェハの裏面に存在する小さな凸凹ともぴったり合うことが好ましい。
【００１２】
これらの目的および他の目的は、主表面を有する剛体板（リジッドプレート）を含む加工物の表面の化学機械的平坦化を行なう装置のためのキャリヤによって達成される。このキャリヤは、加工物の第一面部分と接触する第一セクションを持つ柔らかく柔軟な材料で製造された第一隔壁（ダイアフラム）を持つ。第一隔壁は、剛体板に接続され、少なくとも主表面の第一部分に渡って延びているので、それらの間に第一の空隙（キャビティ）が形成される。
【００１３】
キャリヤには、加工物の第二面部分と接触する第二のセクションを持つ柔らかく柔軟な材料で製造された第二隔壁（ダイアフラム）が備わっている。この第二隔壁は剛体板に接続され、少なくとも主表面の第二部分に渡って延びているので、それらの間に第二空隙（キャビティ）が形成される。これら空隙のうちの一つまたは複数に接続されている複数の流体コンジットが、気体などの加圧流体を供給する。
【００１４】
希望に応じて、同じ圧力または異なる圧力に空隙を加圧することによって、加工物の面上に、均一な圧力分布あるいは制御された不均一な圧力分布をそれぞれ加えることができる。
【００１５】
さらに、隔壁はポリウレタンや、ニトリルゴムまたはブチルゴムなどの柔らかい、柔軟な材料で製造されているので、加工物の裏面と接触する隔壁は裏面の凸凹とぴったり合う。
【００１６】
本発明の装置の好適実施例においては、それぞれ関連する空隙と隔壁間空隙を有する二種類の隔壁だけが含まれている。ただし、一般には、それぞれの空隙と隔壁間空隙を有する、所望する数の隔壁を導入してもよい。さらに、隔壁の数とは関係なく、これらの隔壁は互いに接続された独立した隔壁であってもよいし、所望の数の独立した空隙を有する一体型隔壁であってもよい。
【００１７】
本発明の他の実施例では、キャリヤは、内部に複数の空隙が形成される主表面を有する剛体板、この主表面の一部に接合および接触している柔軟な材料から製造された隔壁、この隔壁の下面に接合および接触している第一部材、隔壁の下面に接合および接触している第二部材および、気体などの加圧流体供給源を少なくとも空隙の一つに接続するための複数の流体コンジットを有している。先行技術によるキャリヤの実施例の場合に見られるように、この後者の実施例におけるキャリヤ空隙の適切な加圧により、加工物の研磨工程で、別の方法では不均一となる除去速度を補正することができる。
【００１８】
本発明は、加工物面における不均一な除去速度を補正するための、加工物面の化学機械的平坦化を制御するための方法において、主表面を有する剛体板を提供する工程と、前記加工物面の反対側に配置された前記加工物の第一面部分に第一隔壁の第一セクションが接触可能なように、柔軟な材料で製造された第一隔壁と前記剛体板の主表面の第一部分とによって形成される第一の空隙を加圧する工程と、前記加工物面の反対側に配置された前記加工物の第二面部分に第二隔壁の第二セクションが接触可能なように、柔軟な材料で製造された第二隔壁と前記剛体板の主表面の第二の部分とによって形成される第二の空隙を加圧する工程と、不均一な除去速度を補正することを目的として前記空隙の加圧を選択する工程と、前記加工物面を研磨するための工程とを実行する方法を提供する。
【００１９】
研磨工程では、空隙は気体などの流体によって加圧され、それによって隔壁は隣接した研磨パッドに加工物を押し込むように加工物に力を加える。隔壁は、薄くて柔らかい、極めて柔軟性の高い材料で製造されているため、隔壁は研磨する面と反対側の加工物の裏面にぴったり合う。加工物面における小さな変形にもぴったり合うことにより、隔壁が加工物の裏面全体に均一に圧力を加えるので、均一な研磨を行うことができる。
【００２０】
本発明のこれらの目的や他の目的、特徴および態様は、以下の説明から明らかとなろう。説明の一部を構成し、本発明の好適な実施例を表している附属の図面を参照しながら、説明を行う。このような実施例は、必ずしも本発明の全範囲を表しているわけではないので、本発明の範囲を解釈するには、本願記載の各請求項を参照するべきである。
【００２１】
【好適実施例の詳細な説明】
次に、図面を参照して、具体的には図１を参照すると、本発明の好適な実施例である研磨装置１０が直径方向に沿った分解断面図で示されている。各図を通じて類似の参照符号は互いに対応する要素を表わす。この好適な実施例では、装置１０は、半導体ウェハのおもての面を平坦化または研磨するのに使用される。ただし、装置１０は、能動デバイスまたは回路を有するまたは有しないベアシリコン半導体基板およびその他の半導体基板などの半導体ウェハ、および半加工のウェハ、シリコンオンインシュレータ、ハイブリッドアセンブリ、フラットパネルディスプレイ、マイクロエレクトロメカニカルセンサ（ＭＥＭＳ）、ＭＥＭＳウェハ、コンピュータハードディスクまたは平坦化による恩恵を得るその他の材料などを含む、“加工物”の研磨に使用することができる。
【００２２】
装置１０は、ジンバルアセンブリ（表示せず）によって回転ドライブ機構に接続される、スピンドルシャフト１４に取り付けられたキャリヤ１２を有する。スピンドルシャフト１４の一端は、回転カプリング１６に接続されている。回転カプリング１６の型式は、ロータリーシステム部品番号２０２１９６として製造されている回転式カプリングなどのような、当業者によってよく知られている型式である。回転カプリング１６によって、気体のような加圧流体を回転カプリング１６の供給側に固定された複数のコンジットを通じて伝達することが可能となり、さらに回転カプリング１６のキャリヤ側への移動も可能となる。具体的には、細管（tubing）２６ａ、２６ｂおよび２６ｃは固定されている。要素２０は、加圧流体（気体など）または真空圧を提供する供給源を表す。要素２２ａ、２２ｂおよび２２ｃは、流体（気体など）の加圧度か、または供与される真空圧の大きさを制御するレギュレーターを表している。
【００２３】
部品番号ＩＴ２０１１−Ｎ３２としてＳＭＣ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ、Ｉｎｃ．社によって製造されているレギュレーターのような圧力および真空レギュレーターが、当業者によく知られている。
【００２４】
細管２４ａ、２４ｂおよび２４ｃは、それぞれ加圧／真空源とレギュレータ２２ａ、２２ｂおよび２２ｃの間を接続する。レギュレータ２２ａ、２２ｂおよび２２ｃは、細管２６ａ、２６ｂおよび２６ｃを介して回転カプリング１６に接続される。細管２６ａ、２６ｂおよび２６ｃは、それぞれ回転カプリング１６を通じて、細管２８ａ、２８ｂおよび２８ｃに接続されている。細管２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、スピンドルシャフト１４の内部空隙内に示されているが、細管２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、スピンドルシャフト１４内に配置される必要はない。細管２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、それぞれ細管接続部３０ａ、３０ｂおよび３０ｃに接続される。
【００２５】
細管接続部３０ａ、３０ｂおよび３０ｃは、剛体板３４の上面３６を貫通し、剛体板３４の下面３８まで流体が流れ込むことを可能にするので、加圧／真空源２０から剛体板３４の下面３８までの間すべてにおける流体の流通が実現する。細管２４ａ〜２４ｃ、２６ａ〜２６ｃおよび２８ａ〜２８ｃは柔軟かつ軽量であることが望ましいが、細管に用いられる材料としては様々な柔軟度と重量を持つものが使用可能である。このような細管は、当業者によく知られている。さらに、当業者によく知られている多種多様な型式の細管接続部が、細管接続部３０ａ〜３０ｃとして使用可能である。
【００２６】
このように、複数のコンジットが、加圧／真空源２０から剛体板３４の主表面もしくは下面３８まで伸びており、これらコンジットは“加圧された”液体または気体の供給源を空隙に提供する（以下を参照）。ただし、“加圧された”という用語は、絶対圧力を表すことを目的に使用されている。
【００２７】
したがって、正の絶対圧とは、気体など、コンジット内の流体が加圧され、絶対圧力ゼロとはコンジットを通じて真空圧が提供されることを意味する。
【００２８】
スピンドルシャフト１４は、ステンレススチールなどの堅牢な剛体の材料から構成されていることが好ましい。しかし、堅牢で剛体、好適には軽量な材料であれば、スピンドルシャフト１４に使用することができる。スピンドルシャフト１４は、一端で回転カプリング１６に接続され、他端で剛体板３４に接続される。スピンドルシャフト１４は、またジャーナル軸受け１８によって支持されている。様々な異なる種類の接続形態が採用可能なので、スピンドルシャフト１４の剛体板３４に対する接続の形態は図示しない。上側セクション３２ａ、中央セクション３２ｂおよび下側セクション３２ｃを有するカバーが提供されている。切削屑(debris)からスピンドルシャフト１４、細管２８ａ〜２８ｃおよび細管取り付け部３０ａ〜３０ｃを保護するために、カバー３２ａ〜３２ｃは剛体板３４上に接続される。カバー３２ａ〜３２ｃは、軽量の材料で製造されることが好ましく、当業者によく知られている様々な方法の一つで、剛体板３４に接続される。
【００２９】
図１の左から右にかけて図示されているように、剛体板３４の下面３８に注目すると、下面３８には、ポジション３８ａと３８ｂの間に環状のくぼみ（annular recess）があり、ポジション３８ｃと３８ｄの間に隆起した環状部分があり、ポジション３８ｃと３８ｄの間にもう一つの環状のくぼみがあり、ポジション３８ｄによって囲まれた部分に隆起した円形部分がある。剛体板３４は、ステンレススチールなどで製造されていることが好ましいが、要求に応じて堅牢な剛体の材料で代用してもよい。隔壁４０は、剛体板３４に結合している。隔壁４０には、ポジション４０ａと４０ｂとの間に、加工物（例えば、半導体ウェハ５６、図２）の上面部分と接触する中心に配置されたセクションが含まれている。隔壁４０の接触セクションは、実質的に円形である。隔壁４０には、剛体板３４との接続のためのリム４０ｃ、およびリム４０ｃとポジション４０ａおよび４０ｂで囲まれたウェハ接触セクションとの間に配置されたベロー（bellows）４０ｄも有する。
【００３０】
もう一つの隔壁４２には、半導体ウェハ５６の上面５６ｕの表面部分と接触するセクションが含まれている。隔壁４２のウェハ接触セクションは、ポジション４２ａと４２ｂによって囲まれた環状領域を有する。隔壁４２には、剛体板３４との接続のための、内側リム４２ｃと外側リム４２ｄが含まれている。隔壁４２には、隔壁のウェハ接触セクションとリム４２ｃおよびリム４２ｄとの間にベロー（bellows）４２ｅも有する。隔壁４０と４２は共に、ポリウレタンなどの柔らかく柔軟な材料で製造されていることが好ましいが、隔壁４０と４２には、柔らかく柔軟でしかも実質的に薄い材料を使用してもよい。
【００３１】
環状クランプ４４は、ファスナー４６（ネジやその他のコネクタなど）および対応するネジ山付き空隙５１を使用して剛体板３４に固定されているので、剛体板３４の下面３８にリム４０ｃと４２ｃとをしっかりと固定できる。同様に、耐摩耗リングリング４８は、ファスナー４９とネジ山付き空隙５５を使用して、剛体板３４の下面３８に対し固定される。剛体板３４に固定される際に、耐摩耗リング４８は、隔壁４２の外側リム４２ｄを剛体板３４の下面３８に対して締めつける。隔壁４２が適正な位置に取り付けられるよう、外側リム４２ｄの突出リブが剛体板３４の下面３８に設けられたノッチ５３に挿入される。このようにして、耐摩耗リング４８は、外側リム４２ｄを下面３８に対し締めつける。
【００３２】
図２は、本発明の好適な実施例に従った図１の研磨装置の直径方向に沿った全組立断面図である。図２は、加工物５６（例えば半導体ウェハ）の裏面もしくは上面５６ｕと接触している研磨装置を表している。加工物５６は、研磨パッド（表示せず）と接触するように配置されたときに研磨される、おもて面または下面５６ｌを有している。
【００３３】
空隙５０が、隔壁４０と剛体板３４の下面３８との間に形成される。同様に、空隙５２が、隔壁４２と剛体板３４の下面３８との間に形成される。さらに、空隙５４が、隔壁４０の一部、隔壁４２の一部および半導体ウェハ５６の一部の間に形成される。空隙５４は、“隔壁間空隙”と呼ばれる。
【００３４】
空隙５０は、一般には、円筒形をしており、空隙５２と５４は一般に環状をしており、空隙５０と同心になるように配置される。
【００３５】
図３は、本発明の好適な実施例に従ったキャリヤ１２の一部を直径方法に沿って示した断面図である。キャリヤの一部分が、半導体ウェハ５６の上面にぴったりと結合している隔壁セクションと一緒に図示されている。細管またはコンジット２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、剛体板３４を通じて、それぞれ対応する空隙５２、５４および５０に加圧流体（例えば気体）または真空圧を供与する。
【００３６】
隔壁４０と剛体板３４が空隙５０を形成し、隔壁４２と剛体板３４が空隙５２を形成する。隔壁間空隙５４は、隔壁４０および４２の一部分と半導体ウェハ５６の一部分とによって形成される。ここに図示されている隔壁間空隙５４は、空隙５４の側面の境界が隔壁４０と４２の一部分によって形成され、空隙５４の上側の境界が剛体板３４によって形成され、下側の境界が半導体ウェハ５６によって形成される。この点においては、隔壁間空隙５４の下側の境界のどの部分も、実質的に隔壁４０および４２によっては提供されない。隔壁４０および４２の接触セクションは、半導体ウェハ５６の上面５６ｕ（図２）のわずかな変形にそれらがぴったり合うことによって、多少曲がったり斜めになったりしている。
【００３７】
図４を参照すると、本発明の他の実施例に従った、キャリヤ１２の一部分が直径方向に沿った断面図として図示されている。このキャリヤ１２の一部分は、半導体ウェハ５６の上面にぴったりと結合している隔壁セクションと一緒に図示されている。
【００３８】
図４に示されているキャリヤ１２は、図３に示されているキャリヤと実質的に類似している。キャリヤ１２のこれら２つの態様間の唯一の相違点は、隔壁間空隙５４の下側の境界が、部分的に隔壁４０と４２によって形成されているという点にある。図３では、隔壁間空隙５４の下側の境界は、半導体ウェハ５６だけから形成されている。
【００３９】
図４のキャリヤ１２で表されているもう一つの相違点は、隔壁４０と４２とに、各接触セクションを貫通する１つ以上の開口部５８が設けられることである。１つ以上の開口部５８は、空隙５０、５２および５４に対応する接触セクションの１つまたは複数に配置することができる。図７に詳細に示されているように、開口部５８は、研磨工程を実施する前に、半導体ウェハのチャッキングを可能にする。開口部５８は、図４の空隙５０、５２および５４のそれぞれに示されているが、開口部５８をそれぞれの空隙に必ず設けなければいけないわけではない。
【００４０】
図５を参照すると、本発明の別の実施例に従った一体型隔壁６０の一部分が透視図として示されている。図に示されているように、隔壁６０は、キャリヤの剛体板に接続されたときに複数の空隙を形成する。
【００４１】
隔壁６０は、隔壁４０と４２を組み合わせたときには、図１および図２の隔壁４０および４２と実質的に同じである。すなわち、隔壁４０および４２と隔壁６０との間の唯一の相違点は、隔壁６０が単一の、一体型隔壁を持つという点にある。したがって、隔壁６０は、図１〜図４の各図に示されているように、キャリヤ１２内で隔壁４０および４２の代わりに使用することができる。
【００４２】
隔壁６０は、ポジション６４と６６によって囲まれた中央の円形接触セクション６２を有している。ベロー（bellows）部分６８は、中央接触セクション６２から上側に伸びている。環状接続セクション７０には、剛体板３４（図１）に隔壁６０を固定するのに使用される開口部７２が含まれている。開口部７２の大部分は、剛体板３４に隔壁６０を固定するのに使用される。ただし、開口部７２の少なくとも一つは、ベロー部分６８と７４との間に形成される隔壁間空隙５４（図２）を加圧するのに使用される。
【００４３】
環状接触セクション７８は、ポジション８０と８２によって囲まれている。もう一つのベロー（bellows）部分７６は、環状接触セクション７８から上向きに伸びている。環状リム８４と突出リブ部分８６は、耐摩耗リング４８（図１）と剛体板３４との間で隔壁６０を整合させ、しっかりと固定するのに使用される。空隙５０（図２）は、ベロー６８、中央接触セクション６２および剛体板３４の間に形成される。隔壁間空隙５４（図２）は、ベロー部分６８、ベロー部分７４、環状接続セクション７０およびウェハ５６（図２）の間に形成される。空隙５２（図２）は、環状接触セクション７８、ベロー部分７４と７６および剛体板３４の間に形成される。
【００４４】
図６は、本発明のさらに別の実施例に従った、キャリヤに結合可能な複数の隔壁を示す簡略断面図である。異なる隔壁セクション４０、４２および８８は、図１および図２に関して記述されている方法に類似した方法で、互いに結合させることができる。
【００４５】
すでに述べたように、図１と図２に図示されている隔壁セクション４０と４２の結合から、独立して加圧可能な、３つの空隙５０、５２および５４が形成される。図６は、結果として２つの追加の空隙（表示せず）が形成される、少なくとも１つの追加隔壁セクション８８も採用可能であることを示している。これらの追加空隙は個別に加圧することができる。したがって、図１と図２の隔壁セクション４０と４２が半導体ウェハの中心領域および１つの環状領域に加えられる圧力を精密に制御できる場合には、追加隔壁セクション８８の設置によって、ウェハの第二環状領域に加えられる圧力をさらに精密に制御することができる。研磨工程におけるこのような精密制御によって、２個またはそれ未満の隔壁セクションを含む実施例を用いた場合に比べて、より平坦なウェハ面を得ることができる。別の実施例として、もっと多くの隔壁セクションを採用することもできる。
【００４６】
図７は、本発明の好適な実施例に従った、加工物を研磨するためにキャリヤを操作する方法のフローチャートを示す。ステップ９０において、上記の剛体板を含むキャリヤを準備する工程から、当該方法が始まる。ステップ９２で、半導体ウェハまたはその他の研磨される加工物がチャックにかけられる。これは、加工する１つまたは複数の半導体ウェハ５６上にキャリヤ１２を懸垂することによって達成される。キャリヤ１２は、一番上のウェハ５６の少し上の位置まで降下する。
【００４７】
開口部５８（図４）を隔壁４０および４２にまったく設定しない場合には、ウェハをチャックするのに隔壁間空隙５４（図２）が使用される。
【００４８】
したがって、隔壁間空隙５４に結合されたコンジットが真空圧源に接続され、所望の場合には、空隙５０と５２（図２）に結合するコンジットをはじめに加圧して、隔壁４０および４２に対してチャックできるように、半導体ウェハ５６に対するシーリングを助ける。あるいは、隔壁４０および／または４２に対して、１つまたは複数の開口部５８（図４）を接触セクションを通じて設けてもよい。後者の場合、空隙５０、５２および５４のどれか一つまたは複数を真空にして、半導体ウェハ５６をチャックにかけることができる。
【００４９】
次に、ステップ９６で、キャリヤ１２およびウェハ５６を、研磨パッドおよびプラテン（表示せず）上に移動して、次にステップ９８で、ウェハ５６の下面５６ｌ（図２）が研磨パッドと接触するように降下させる。これ以降の研磨方法は、回転(rotational)、軌道（orbital)またはそれらの組み合わせなど、当業者によく知られた技術を使用することができる。
【００５０】
ステップ９９では、使用する研磨技術とは関係なく、ユーザは、半導体ウェハ５６の全面に渡って均一な研磨圧を設定するために、空隙５０〜５４内の圧力を同じ圧力になるよう調整してもよい。あるいは、ユーザは、空隙５０〜５４（図２）内の圧力を異なるレベルに調整し、半導体ウェハ５６の全面に渡って均一ではないが、制御された圧力分布を実現してもよい。
【００５１】
この方法により、ユーザが均一な力分布を半導体ウェハ５６の表面にかけた場合には、除去速度が低速になる区域に対する圧力分布を向上させることができる。例えば、業界内で既知の問題の一つは、“中心低速除去速度”と呼ばれている。研磨された半導体ウェハ５６の中心低速除去速度は、半球状またはドーム状の隆起を有する、半導体ウェハ５６の中心部分によって例証される。
【００５２】
中心低速の問題を回避するためには、半導体ウェハ５６の中心部分にもっと大きな圧力分布を供与することが効果的であろう。この実施例では、ユーザが、半導体ウェハ５６の中心部分でもっと大きな力分布を実現するために、空隙５２と５４に加えられる圧力に比してより高い圧力を空隙５０に加えることになろう。半導体ウェハ５６の中心部分でもっと大きな圧力分布を実現することは、半導体ウェハ５６のこの区域における高い除去速度が達成されることに等しい。したがって、さらに滑らかで平坦な加工面が、半導体ウェハ５６の下面もしくは加工面５６ｌ（図２）で実現されるであろう。
【００５３】
研磨が完了すると、この方法は終了する。この方法は、図１〜図６に示されている各実施例に適用可能であり、以下に説明する、図８〜図１０の実施例に対しても、多少の変更を加えることで適用可能である。実施例によっては、本発明の特長を最適に達成するためには、加圧する空隙の数を変える必要があるであろう。
【００５４】
図８は、本発明のさらに別の実施例に従った、キャリア１００を表す直径方向に沿った全組立断面図である。図９および図１０は、図８のキャリヤの一部分の直径方向に従った断面図である。
【００５５】
図１〜図４に示されているキャリヤ１２と同様、キャリヤ１００も、半導体ウェハなどの加工物のおもて面の化学機械的平坦化を実施する装置の一部である。したがって、キャリヤ１００は、もっと大きな平坦化装置の要素としては表示されていないものの、キャリヤ１００が平坦化装置を構成する各種要素に結合されることがわかる（例えば、図１〜図２のスピンドルシャフト１４、回転カプリング１６など）。
【００５６】
キャリヤ１００は、上面１０２ｕと下面１０２ｌを有する剛体板１０２を含む。図８の左から右に示されているように、剛体板１０２の下面１０２ｌに注目すると、下側または主表面１０２ｌには、おおよそ平坦な外側環状領域１０３と下面１０２ｌに形成されている複数の空隙１３８、１０４および１０６がある。
【００５７】
好適な実施例では、比較的小さな環状空隙１３８がＯリングを保持している。他の実施例としては、環状空隙１３８は設けられない。さらに右の方に移動すると、大きな環状空隙１０４が下面１０２ｌに形成され、円筒形空隙１０６が環状空隙１０４に対して同心に配置されている。剛体板１０２は、ステンレススチールで製造されていることが好ましいが、任意の適切な強固な剛体材料で実現してもよい。
【００５８】
剛体板1０２を、複数の流体コンジット１０８、１１０および１１２が貫通する。
【００５９】
流体コンジット１０８、１１０および１１２は、コンジット１０８、１１０および１１２のいずれに対しても、真空圧または選択した圧力の流体（例えば気体）のどちらかを供給可能な独立した圧力供給源（表示せず）に結合されている。好適な実施例では、真空圧または流体（例えば気体）が、図１と図２に関連して記載されたものと同様の方法で供給される。流体コンジット１０８、１１２はそれぞれ空隙１０４、１０６と連通し、流体コンジット１１０は中間空隙１４０と連通している。
【００６０】
図９にさらに簡単に示されているように、柔軟な材料から成る隔壁１１４は、板１０２の下面１０２ｌの特定部分１０２ａに結合および接触している。隔壁１１４は、好適には、適切に柔軟な弾力性のある材料（例えばネオプレンなど）で製造された丸い部品を含んで構成される。
【００６１】
図８に戻ると、耐摩耗リング１１６が、隔壁１１４の開口部（表示せず）を貫通するファスナー１１８（例えばネジやその他のコネクタなど）を用いて、隔壁１１４の上面を板１０２の下面１０２ｌの部分１０２ａに対して締めつけている。耐摩耗リング１１６は、当業者によく知られているセラミックまたはプラスチック材料で製造されていることが好ましい。
【００６２】
円筒形部材１１９は、、環状クランプ１２６および隔壁１１４の開口部（表示せず）を貫通するコネクタ１２８を用いて隔壁１１４の下面に結合されている。図９にさらに詳しく示されているように、環状クランプ１２６は、剛体板１０２の保持リップ１２９を受け入れる、隔壁１１４の上に配置されたノッチ１２７を含む。
【００６３】
円筒形部材１１９は、空隙１０６の下側に配置され、剛体板１０２と半導体ウェハ１２４に対し中心合わせされている。円筒形部材１１９と環状クランプ１２６は、ステンレススチールで製造されていることが好ましいが、他の剛体材料を使用してもよい。
【００６４】
環状部材１２０は、環状クランプ１３０および隔壁１１４の開口部（表示せず）を貫通するファスナー１３２（例えばネジやその他のコネクタなど）を用いて、隔壁１１４の下面に結合されている。環状クランプ１３０は空隙１０４内にはめ込まれているが、これは、図９で明らかなように、空隙内をすべて占有しているわけではない。環状部材１２０は、円筒形部材１１９に対して同心となるように配置されている。さらに、環状部材１２０は、空隙１０４の下側、半導体ウェハ１２４周囲の環状領域の上側に配置されている。環状部材１２０と環状クランプ１３０も、ステンレススチールで製造されていることが好ましいが、その他の剛体材料を使用して実現してもよい。
【００６５】
部材１１９と１２０の下面は、基本的には半導体ウェハ１２４の裏面の中心部分と環状部分に直接圧力を加えるが、比較的薄いキャリヤフィルム１２２（以下を参照）が部材１１９、１２０の下面と半導体ウェハ１２４の裏面との間に配置されている。したがって、均一な圧力が部材１１９と１２０に渡ってウェハ１２４に加えられるようにするには、部材１１９と１２０の下面は、できるかぎり平坦でしかも円滑であることが望ましい。
【００６６】
図９に簡単に示されるように、中間空隙１４０は、円筒形部材１１９と環状部材１２０の間に形成されている。中間空隙１４０は、保持リング１３４、隔壁１１４、円筒形部材１１９、環状部材１２０およびキャリヤフィルム１２２によって形成される。好適な実施例では、保持リング１３４が隔壁１１４の開口部（表示せず）を貫通している、コネクタ（表示せず）を用いて剛体板１０２に結合される。
【００６７】
保持リング１３４は、たとえ中間空隙１４０が正に加圧されたり負に加圧（減圧）された場合であっても、剛体板１０２に対して隔壁１１４をしっかりと保持する。コンジット１１０を通じて加えられる加圧流体（気体など）や真空圧が中間空隙１４０まで届くようにするため、隔壁１１４内の開口部１１１が、保持リング１３４を通じて流体コンジット１１０および開口部１１３と整合されている。
【００６８】
すでに述べたように、キャリヤフィルム１２２が、部材１１９、１２０の下面と半導体ウェハ１２４との間に配置される。キャリヤフィルム１２２は、中間空隙１４０に加えられる真空圧を用いたウェハ１２４のチャックを助けるため、１つまたは複数の開口部１４２を含んでいることが好ましい。ウェハのチャックについては、図７に関連してさらに詳細に説明する。
【００６９】
キャリヤフィルム１２２は、環状部材１２０と円筒形部材１１９の下面と接触して配置され、通常は中間空隙１４０を横断してこれら２つの部材１１９と１２０との間に延在しているが、キャリヤフィルム１２２は、空隙１４０を横断して設けられる必要はない。キャリヤフィルム１２２は、デラウェア州ニューアークのＲｏｄｅｌ Ｉｎｃ．によって製造されているＤＦ−２００キャリヤフィルムからなることが好ましいが、柔らかい弾力性のあるキャリヤフィルムならどれを使用してもよい。
【００７０】
図９を参照すると、環状クランプ１３０の周囲には、空隙１０４に加圧流体（例えば気体など）または真空圧を加えることができるように、十分な空間があることは明らかである。このことは、環状クランプ１２６の周囲の空間にも該当し、空隙１０６全体に、加圧流体（例えば気体など）または真空圧を加えることができる。
【００７１】
好適な実施例では、キャリヤ１００は特定の順序で組み立てられているが、他の組立順序も採用することが可能である。好適な実施例では、はじめに部材１１９と１２０とが隔壁１１４に固定される。次に、環状クランプ１２６と１３０とが、それぞれ空隙１０６と１０４とに挿入される。これに関しては、空隙１０６に環状クランプ１２６を挿入できるように、保持リップ１２９にキー溝（keyed）が付けられている。次に、環状クランプ１２６が、保持リップ１２９のキー溝付きスロット（表示せず）から落下するのを防止する位置にまで回転される。次に、保持リング１３４と耐摩耗リング１１６が固定され、隔壁１１４を適所に保持するだけでなく、独立した加圧域（例えば、この場合、空隙１０４、１０６および１４０に対応して３つ）を互いに分離する。
【００７２】
図１０は、環状クランプ１２６と１３０、ひいては部材１１９と１２０の下向きの動きを制限するための機械的停止機構として、耐摩耗リング１１６と保持リップ１２９が動作することを示している。部材１１９と１２０は、重力によりクランプ１２６と１３０の機械的停止機構まで降下するものとする。ただし、半導体ウェハ１２４が、キャリヤ１００と研磨プラテン（表示せず）との間の位置にあるときには、ウェハ１２４の厚さによって、クランプ１２６と１３０がそれらの機械的停止機構に到達するのを抑止しようとする。正または負の圧力が空隙１０４および１０６に加えられるときには、クランプ１２６と１３０がそれぞれ機械的停止機構の方向へ移動させられるかあるいはそこから離れる方向へ移動させられる。このようにして、差圧をクランプ１２６、１３０および部材１１９、１２０を介して、半導体ウェハ１２４に加えることができる。
【００７３】
キャリヤ１００の操作方法は、キャリヤ１２の操作の説明で参照されている図７に関して記載されている方法と酷似している。この方法は、研磨対象の半導体ウェハ１２４またはその他の加工物をチャックにかける工程から始まる。これは、加工しようとする１つまたは複数の半導体ウェハ１２４上にキャリヤ１００を懸垂することによって達成される。キャリヤ１００は、一番上のウェハのすぐ上の位置まで降下する。コンジット１１０は、キャリヤフィルム１２２の開口部１４２を用いて、半導体ウェハ１２４をチャックするため、空隙１４０内に負の圧力を加える真空圧供給源に接続されている。チャック工程でウェハ１２４との密閉状態を保持するのに役立つよう、正の圧力を空隙１０４と１０６に加えることができる。
【００７４】
次に、キャリヤ１００とウェハ１２４は、研磨パッドとプラテン（表示せず）上に移動し、研磨パッドとウェハ１２４の下面が接触するように降下する。ここからは、当業者によく知られている、ローテーション（回転）、オービタル（楕円、軌道）またはそれらの組み合わせなどの研磨技術を使用することができる。ユーザは、半導体ウェハ１２４の全面に渡って均一な研磨圧を実現するために、空隙１０４、１０６および１４０を同じ圧力まで加圧することができる。あるいは、ユーザは、空隙１０４、１０６および１４０を異なったレベルまで加圧し、それによって均一ではないが、それでもなお半導体ウェハ１２４の全面に渡って制御された圧力が分布するようにもできる。
【００７５】
このような方法で、ユーザーは、均一な力分布を半導体ウェハ１２４の表面にかけた場合に除去速度低くなる区域に対する圧力分布を向上させることができる。図１０から明らかなように、空隙１０４内の供給圧を上げるに伴って隔壁１１４がわずかに膨らんで、ウェハ１２４に対し環状部材１２０からより大きな圧力が加わるため、そのようなことが可能になるのである。同じことが、空隙１０６およびそれより低いレベルで空隙１４０に加えられる圧力にも該当する。研磨が完了すると、この方法は終了となる。
【００７６】
上記の方法と装置は説明のための例示に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではなく、また本発明の範囲内で様々な変更を当業者が行うことができるということは理解されるであろう。例えば、本願に記載した加圧流体は加圧気体であることが好ましいが、代替の手段として加圧液体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好適実施例に従った研磨装置を表す直径方向に沿った断面分解図。
【図２】
本発明の好適実施例に従った図１の研磨装置を表す直径方向に沿った全組立断面図。
【図３】
本発明の好ましい実施例に従った図１のキャリヤの一部を表す直径方向に沿った断面図。
【図４】
本発明の別の実施例に従った図１のキャリヤの一部を表す直径方向に沿った断面図。
【図５】
本発明の別の実施例に従った一体型隔壁の一部の透視図。
【図６】
本発明のさらに別の実施例に従った、キャリヤに結合可能な複数の隔壁の簡略断面図。
【図７】
本発明の好適な実施例に従った、加工物を研磨するためにキャリヤを操作する方法のフローチャート。
【図８】
本発明のさらに別の実施例に従った、キャリアを表す直径方向に沿った全組立断面図。
【図９】
図８のキャリヤの一部の直径方向に従った断面図。
【図１０】
図８のキャリヤの一部の直径方向に従った別の断面図である。

Claims (24)

1. 加工物の表面の化学機械的平坦化を実施する装置のキャリヤにおいて、
   主表面を有する剛体板と、
   加工物の第一面部分と接触する第一セクションを持つ柔軟な材料から形成された第一隔壁であって、前記剛体板に接続され、少なくとも前記主表面の第一部分を横断するように延在し、それによって第一空隙をその間に形成する第一隔壁と、
   前記加工物の第二面部分と接触する第二セクションを持つ柔軟な材料から形成された第二隔壁であって、前記剛体板に接続し、少なくとも前記主表面の第二部分を横断するように延在し、それによって第二空隙をその間に形成する第二隔壁と、
   前記空隙の少なくともどれか一つに加圧流体の供給源を接続するのに用いる複数の流体コンジットとを有するキャリヤ。
2. 前記加工物の前記表面の反対側にある、前記加工物の前記第一面部分を中心として前記第一空隙が配置され、前記第二空隙が前記第一空隙に対し同心に配置されている、請求項１記載のキャリヤ。
3. 前記第一の空隙と前記第二の空隙が、それぞれ円筒形と環状である、請求項１記載のキャリヤ。
4. 前記第一隔壁の一部、前記第二隔壁の一部および前記加工物の一部の間に形成された隔壁間空隙をさらに有する、請求項１記載のキャリヤ。
5. 前記隔壁間空隙に加圧流体の供給源を接続するのに用いるその他の流体コンジットをさらに有する、請求項４記載のキャリヤ。
6. 前記第一隔壁は前記第一隔壁の前記剛体板との接続部と前記加工物の前記第一面部分と接触する前記第一セクションとの間に配置されたベロー部分を含み、前記ベロー部分は前記主表面に実質的に直交する軸に沿って前記第一空隙の伸長を可能にする構成されている、請求項１記載のキャリヤヘッド。
7. 前記第二隔壁は前記第二隔壁の前記剛体板との接続部と前記加工物の前記第二面部分と接触する前記第二セクションとの間に配置されたベロー部分を含み、前記ベロー部分は前記主表面に実質的に直交する軸に沿って前記第二空隙の伸長を可能にする構成されている、請求項１記載のキャリヤ。
8. 前記第一隔壁の前記第一セクションおよび前記第二隔壁の前記第二セクションの少なくとも一方が、それらを貫通する複数の開口部を有することを特徴とする、請求項１記載のキャリヤ。
9. 前記第一隔壁と前記第二隔壁とが互いに一体的に接続されている、請求項１記載のキャリヤ。
10. 前記柔軟な材料はポリウレタンを含む、請求項１記載のキャリヤ。
11. 加工物の表面の化学機械的平坦化を実施する装置のキャリヤにおいて、
    主表面を有する剛体板と、
    半導体ウェハの面部分と接触するセクションを持つ柔軟な材料から形成れた隔壁であって、前記剛体板に接続され、少なくとも前記主表面の一部分を横断するように延在し、それによって空隙をその間に形成する隔壁と、
    半導体ウェハの独立した面部分と接触する独立したセクションを持つ柔軟な材料から形成された複数のその他の隔壁であって、それぞれが前記剛体板に接続され、前記主表面の独立した部分をそれぞれ横断するように延在し、それによってそれぞれがその他の空隙を形成する複数の隔壁と、
    前記空隙の少なくともどれか一つに加圧流体の供給源を接続するのに用いる複数の流体コンジットとを有するキャリヤ。
12. 前記加工物の前記表面の反対側にある、前記加工物の前記面部分を中心として前記空隙が配置され、前記その他の空隙が前記空隙に対し同心に配置されている、請求項１１記載のキャリヤ。
13. 前記空隙と前記他の空隙が、それぞれ円筒形と環状であることを特徴とする、請求項１１記載のキャリヤ。
14. 面上の不均一な除去速度を補正するため、加工物の表面の化学機械的平坦化を制御する方法において、
    主表面を有する剛体板を用意する工程と、
    柔軟な材料から形成された第一隔壁と前記剛体板の主表面の第一部分とによって形成される第一空隙を加圧して、前記第一隔壁の第一セクションが、前記加工物の前記表面の反対側の第一面部分と接触できるようにする工程と、
    柔軟な材料から形成された第二隔壁と前記剛体板の主表面の第二部分とによって形成される第二空隙を加圧して、前記第二隔壁の第二セクションが、前記加工物の前記表面の反対側の第二面部分と接触できるようにする工程と、
    不均一な除去速度を補正するために前記空隙の加圧を調整する工程と、
    前記加工物の表面を研磨する工程とを実行する方法。
15. 前記加工物の前記第一面部分を中心として前記第一空隙が配置され、前記第二空隙が前記第一空隙に対し同心に配置されている、請求項１４記載の方法。
16. 前記第一空隙と前記第二空隙が、それぞれ円筒形と環状である、請求項１４記載の方法。
17. 加工物の表面の化学機械的平坦化を実施する装置のキャリヤにおいて、
    複数の空隙が形成された主表面を有する剛体板と、
    前記主表面の一部に結合および接触している上面を持つ柔軟な材料から形成された隔壁と、
    前記隔壁の下面に結合および接触するとともに、前記主表面の第一空隙の下側に配置される第一部材と、
    前記隔壁の前記下面に結合および接触するとともに、前記主表面の第二空隙の下側に配置される第二部材と、
    加圧流体の供給源を前記空隙うちのすくなくとも一つに接続するのに用いられる複数の流体コンジットとを有するキャリヤ。
18. 前記第一部材が前記加工物の裏面に配置された前記第一部分を中心として配置され、前記第二部材が前記第一部材に対し同心に配置されている、請求項１７記載のキャリヤ。
19. 前記第一部材と前記第二部材が、それぞれ円筒形と環状である、請求項１７記載のキャリヤ。
20. 前記第一部材の一部、前記第二部材の一部、前記隔壁の一部および前記加工物の裏面の一部の間に形成された中間空隙をさらに有する、請求項１７記載のキャリヤ。
21. 前記中間空隙に加圧源を接続するのに用いるその他のコンジットをさらに有する、請求項２０記載のキャリヤ。
22. 前記第一・第二部材の下面と前記加工物の裏面と接触するキャリヤフィルムを含む、請求項２０記載のキャリヤ。
23. 前記キャリアフィルムが、前記第一部材の下面と前記第二部材の下面との間に延在して、前記中間空隙の境界を一部形成する、請求項２２記載のキャリヤ。
24. 前記キャリヤフィルムがそれを貫通する少なくとも１つの開口部を含む、請求項２２記載のキャリヤ。

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