JP2022538107A - 温度制御された基板キャリアと研磨用部品 - Google Patents

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Abstract

温度制御された研磨パッドが開示されている。一態様では、ＣＭＰシステムは、ＣＭＰシステムの研磨パッドを冷却するため、あるいは研磨パッドからエネルギー及び／又は熱を除去するための任意のタイプの霧化システムの使用を含む。霧化システムは、オリフィスを介して任意の圧縮ガスと組み合わせて任意の液体媒体を使用して、パッドを冷却すること、あるいはパッドからエネルギー及び／又は熱を除去することができ、それによって、ＣＭＰ中の除去速度をより高くすることが可能になる。【選択図】図９

Description

（任意の優先出願への参照による援用）
本出願は、２０１９年７月１日に出願された仮特許出願第６２／８６９，４２７号の先の出願日、及び２０１９年１０月８日に出願された仮特許出願第６２／９１２，５２３号の先の出願日の利益を主張する実用特許出願であり、それらは参照によりそれぞれの全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、基板処理設備、より具体的には、薄膜の平坦化のための化学機械平坦化（ＣＭＰ）性能を改善するためのシステム及び装置に関する。
化学機械平坦化又は研磨（ＣＭＰ）中に、研磨剤と酸性又はアルカリ性のスラリーが、計量ポンプ又は質量流量制御調整器システムを介して回転する研磨パッド／プラテンに塗布される。ウェーハは、回転している、研磨プラテンに特定の時間押し付けられるウェーハキャリアによって保持される。ウェーハは、ＣＭＰプロセスにおける摩耗（abrasion）と腐食の両方によって研磨又は平坦化される。処理中のウェーハとキャリアとの間の相互作用は、ウェーハの破損、不均一性、又はその他の問題を引き起こす可能性がある。したがって、処理中のウェーハとキャリアとの間の相互作用によって引き起こされる影響に対処するために、ウェーハキャリアの性能を改善する必要がある。
本開示と、従来技術に対して達成された利点とを要約する目的で、本開示の特定の目的及び利点が本明細書に記載されている。そのような目的又は利点のすべてが任意の実施形態で達成され得るわけではない。したがって、例えば、当業者は、本明細書で教示されたり示唆されたりするような他の目的や利点を必ずしも達成することなく、本発明が、本明細書で教示されるような１つの利点又は利点のグループを達成又は最適化する方法で具体化又は実行され得ることを認識するであろう。
開示された技術の１つの態様は、基板キャリアヘッドであり、該基板キャリアヘッドは、キャリア本体と、基板を受け取るように構成された開口を含む、前記キャリア本体に取り付けられた基板保持器と、前記基板の表面に接触するように構成された第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する弾性膜と、前記第２の表面に沿って形成された膜空洞と、液体が前記膜空洞に流入することを可能にするように構成された入口と、液体が前記膜空洞から流出することを可能にするように構成された出口と、を含む。
１つの実施形態によれば、前記出口は、前記入口よりも前記キャリア本体の中心から半径方向の位置に位置する。
１つの態様によれば、前記入口は、前記キャリア本体のほぼ中心に位置する。
別の態様によれば、前記基板キャリアヘッドは、前記弾性膜の幅よりも狭い幅を有する二次弾性膜を更に含む。
別の態様によれば、前記基板キャリアは、前記弾性膜と前記キャリア本体との間にある液密シールを更に含む。
開示された技術の別の態様は、基板キャリアシステムであり、該基板キャリアシステムは、基板キャリアヘッドであって、キャリア本体と、前記キャリア本体に取り付けられた、前記キャリア本体に基板を保持するように構成された基板保持器と、前記基板の表面に接触するように構成された第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する弾性膜と、前記第２の表面に沿って形成された、液体が前記第２の表面に沿って流れることを可能にするように構成された膜空洞と、を含む、基板キャリアヘッドと、前記膜空洞を通る前記液体の圧力及び流量の少なくとも１つを調整するように構成された制御システムと、を含む。
１つの実施形態によれば、前記基板キャリアヘッドは、液体が前記膜空洞に流入することを可能にするように構成された入口と、液体が前記膜空洞から流出することを可能にするように構成された出口と、を更に含む。
１つの態様によれば、前記制御システムは、前記液体を前記出口から前記入口に再循環させるように更に構成される。
別の態様によれば、前記出口は、前記入口よりも前記キャリア本体の中心から半径方向の位置に位置する。
更に別の態様によれば、前記入口は、前記キャリア本体のほぼ中心に位置する。
更に別の態様によれば、前記制御システムは、前記液体を周囲温度未満に冷却するように更に構成される。
１つの態様によれば、前記基板キャリアシステムは、前記膜空洞に流体的に接続された液体源を更に含む。
別の態様によれば、前記基板キャリアヘッドは、前記弾性膜の幅よりも狭い幅を有する二次弾性膜を更に含む。
更に別の態様によれば、前記弾性膜は、実質的に完全に無孔である。
更に別の態様によれば、前記制御システムは、前記液圧を制御するように構成された流体背圧調整器を含む。
１つの態様によれば、前記制御システムは、前記液圧を制御するために前記流体背圧調整器に信号を提供するように構成された空気圧調整器を更に含む。
別の態様によれば、前記基板キャリアシステムは、前記空気圧調整器に流体的に接続された空気源を更に含む。
更に別の態様によれば、前記基板キャリアシステムは、前記膜空洞内の液体に負圧を提供するように構成された液体吸引器を更に含む。
更に別の態様によれば、前記基板キャリアシステムは、前記基板をさらに含み、前記基板が炭化ケイ素ウェーハである。
１つの態様によれば、前記基板キャリアシステムは、前記液体をさらに含み、前記液体が水を含む。
別の態様によれば、前記制御システムは、前記基板キャリアヘッドを、１００ｒｐｍを超える速度で回転させるように更に構成される。
更に別の態様によれば、前記制御システムは、前記液圧を、６ｐｓｉを超える圧力に制御するように更に構成される。
更に別の態様によれば、前記制御システムは、化学機械研磨（ＣＭＰ）中に前記基板の温度を１００°Ｆ未満に制御するように更に構成される。
１つの態様によれば、前記基板キャリアシステムは、前記基板をさらに含み、前記基板は厚さが６００μｍ未満である
別の態様によれば、前記基板キャリアシステムは、１００ｍｌ／ｍｉｎ未満の速度で処理スラリーを前記基板に送給するように構成されたスラリー送給システムを更に含む。
開示された技術の更に別の態様は、基板の化学機械研磨（ＣＭＰ）中に前記基板を冷却する方法であり、該方法は、キャリアヘッドのキャリア本体に取り付けられた基板保持器の開口内に基板を保持するステップと、前記キャリアヘッド内の膜空洞に液体を供給するステップと、弾性膜の第１の表面に沿って膜空洞内に液体を流すステップと、を含む。
１つの態様によれば、前記方法は、前記膜空洞を通る前記液体の圧力及び流量の少なくとも１つを調整するステップを更に含む。
別の態様によれば、前記方法は、前記液体を、入口を通って前記膜空洞に流入させるステップと、前記液体を、出口を通って前記膜空洞から流出させるステップと、を更に含む。
更に別の態様によれば、前記方法は、前記液体を前記出口から前記入口に再循環させるステップを更に含む。
更に別の態様によれば、前記方法は、前記液体を周囲温度未満に冷却するステップを更に含む。
１つの態様によれば、前記方法は、前記膜空洞内の前記液体の前記流量及び前記圧力の少なくとも１つを選択された値に制御するステップを更に含む。
別の態様によれば、前記制御するステップは、前記膜空洞の下流に配置された流体背圧調整器を介して前記液体の前記圧力を制御することを含む。
更に別の態様によれば、前記方法は、前記弾性膜に対して前記基板を吸引するために前記液体に負圧を提供するステップを更に含む。
開示された技術の更に別の態様は、基板キャリアヘッドであり、該基板キャリアヘッドは、キャリア本体と、基板を受け取るように構成された開口を含む、前記キャリア本体に取り付けられた基板保持器と、前記基板の前記開口に隣接して形成された液体空洞と、液体が前記液体空洞に流入することを可能にするように構成された入口と、液体が前記液体空洞から流出することを可能にするように構成された出口と、を含む。
開示された技術の別の態様は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムであり、該システムは、研磨パッドと、前記研磨パッドに対してウェーハを保持するように構成された基板キャリアヘッドと、液体を霧化し、前記霧化された液体の層を前記研磨パッドの表面積に広げて、前記液体を蒸発させ、前記研磨パッドの表面から熱を直接的に引き出すように構成された霧化器と、を含む。
１つの態様によれば、前記霧化器は、圧縮ガスを前記液体と合わせて、オリフィスを通して前記液体を強制的に霧化するように更に構成される。
別の態様によれば、前記研磨パッドは、ポリウレタンで形成される。
更に別の態様によれば、前記研磨パッドに提供される液体の量が、前記研磨パッドに塗布されるスラリーの化学的性質の変化による除去速度の大幅な低下を防ぐのに十分に少ない。
更に別の態様によれば、ＣＭＰシステムは、階段状の形状を有する保持リングを更に含む。
１つの態様によれば、前記保持リングは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で形成される。
別の態様によれば、前記保持リングは、ツーピース構造を有する。
更に別の態様によれば、前記保持リングは、１５平方インチ未満の表面積を有する。
これらの実施形態のすべては、本明細書に開示される本発明の範囲内にあることを意図している。これら及び他の実施形態は、添付の図を参照する好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、当業者にとって容易に明らかになり、本発明は、開示された任意の特定の好ましい実施形態に限定されない。
本発明の概念の上記並びに追加の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、本発明の実施形態の以下の例示的かつ非限定的な詳細な説明を通じてよりよく理解されるであろう。図面では、特に明記しない限り、同じ参照番号が同じ要素に使用される。
基板処理システムの概略図であり、処理位置に基板を保持する基板キャリアを示す。 図１の基板処理システムの図であり、基板を装着位置に保持する基板キャリアを示す。 図１及び図２に示されるウェーハキャリアの一部として含まれ得る基板キャリアヘッドの部分断面図である。 本開示の態様に従って、ウェーハの温度を制御するために使用することができる基板キャリアシステムを示すブロック図である。 本開示の態様に従って、ウェーハの温度を制御するために使用することができる別の基板キャリアシステムを示すブロック図である。 別の実施形態に従って、図１及び図２に示されるウェーハキャリアの一部として含まれ得る基板キャリアヘッドの別の部分断面図である。 本開示の態様に係る基板キャリアヘッドの一実施形態の分解された上面等角図である。 本開示の態様に係る、図６のキャリアヘッドの分解された底部等角図である。 本開示の態様に係る、図６のキャリアヘッドの断面図である。 本開示の態様に係る、基板の温度を制御するための基板キャリアシステムの一部として使用することができる基板キャリアの別の実施形態の斜視図である。 図９の線Ａ－Ａに沿って取られた、図９の基板キャリアの断面図である。 図９の線Ｂ－Ｂに沿って取られた、図９の基板キャリアの別の断面図である。 図１０の線Ｃ－Ｃに沿って取られた、底板の断面斜視図である。 ポリウレタンの熱伝導率を温度の関数として示すプロットである。 ＩＣ１０００微細多孔性ポリウレタン（ＭＰＵ）パッドのＳＥＭ画像である。 本開示の態様に係る、ＣＭＰ中の研磨パッド及びウェーハの断面図である。 本開示の態様に係る、一体化霧化器システムを含む基板処理システムの概略図である。 実験１と実験２との間のパッド温度の差を示すプロットである。 保持リングを使用するＣＭＰシステムのリング圧力（ｐｓｉ）とプラテン温度（℃）との間の関係を示すプロットである。 階段状の形状を有する保持リングを示す。
以下のテキストは、本発明の多くの異なる実施形態の詳細な説明を記載しているが、本発明の法的範囲は、特許出願の最後に記載されている特許請求の範囲の文言によって定義されることを理解されたい。詳細な説明は、単に例示として解釈されるべきであり、すべての可能な実施形態を説明することは不可能ではないにしても非現実的であるため、本発明のすべての可能な実施形態を説明するわけではない。現在の技術又は本特許出願の出願日以降に開発された技術のいずれかを使用して、多くの代替の実施形態を実施することができ、それは、依然として、本発明を定義する特許請求の範囲内にある。
（化学機械平坦化（ＣＭＰ））
半導体ＩＣ、ＭＥＭＳデバイス、及びＬＥＤの製造における薄膜の平坦化のための化学機械平坦化（ＣＭＰ）の採用と使用は、他の多くの同様の応用の中で、これらのタイプのデバイスの「チップ」を製造する企業の間で一般的である。この採用には、デスクトップ及びラップトップコンピュータに加えて、携帯電話、タブレット、その他のポータブルデバイス用のチップの製造が含まれる。超微細技術と微細加工の成長は、医療分野、自動車分野、及びモノのインターネット（「ＩｏＴ」）におけるデジタルデバイスのこれまでにない広範な使用と適応に非常に有望である。薄膜の平坦化のための化学機械平坦化は、１９８０年代初頭に、ＩＢＭ社の科学者及び技術者によって発明され、開発された。今日、このプロセスは、世界規模で普及しており、多くのデジタルデバイスの製造において真に可能になる技術の１つである。
集積回路は、導電性材料（例えば、銅、タングステン、アルミニウムなど）、絶縁層（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素など）、及び半導体材料（例えば、ポリシリコン）の多層及び交互の層で製造される。これらの層の連続的な組み合わせがウェーハ表面に順次適用されるが、その表面にデバイスが埋め込まれているため、二酸化ケイ素絶縁体層の場合と同様に、デバイス構造に地形的な起伏が生じる。これらの不要な地形的な起伏は、次の層を堆積する前に、ＣＭＰを使用して扁平化又は「平坦化」されて、サイズがますます小さくなるデバイス構造間の適切な相互接続を可能にする。銅層の場合、銅は、表面に堆積して接触ビアを満たし、デバイス間及び層間の電子の移動のための効果的な垂直経路を作る。この手順は、適用される（通常は堆積プロセスによって適用される）各層で続行される。複数の導電性材料層（複数の金属層）の場合、これは、デバイス構造間の回路と相互接続を成功させるために、多くの研磨手順（導体、絶縁体、及び半導体材料の各層に１つ）をもたらす可能性がある。
ＣＭＰプロセスにおいて、基板又はウェーハはウェーハキャリアによって保持され、ウェーハキャリアは回転しており、通常、ウェーハキャリア内の弾性膜を介して研磨プラテンに特定の時間押し付けられる。ＣＭＰウェーハキャリアは通常、プロセスヘッドのシリコンウェーハ及び／又はそれらに堆積されたフィルムなどの、一般的に平らで丸いワークピースの精密研磨用の部品を組み込んでいる。これらの部品には、１）上面又は裏側に圧縮ガスが加えられた弾性膜であって、該圧力が膜を介してワークピースの上面又は裏側に伝達されて、ＣＭＰ中に材料を除去する、弾性膜と、２）膜をその嵌合部品に固定し、膜をその所望の形状及び寸法に保持し、及び／又は、膜をクランプして、制御されたガス圧を密封して、封じ込めるための密封容積部を提供するための手段を提供する１つ又は複数の剛性支持部品とが含まれる。
プロセスにおいて、スラリーは、計量ポンプや質量流量制御調整器システムなどの流体制御装置を介して、回転する研磨パッドに塗布される。スラリーは、シングルパス分配システムで研磨プラテンに運ぶことができる。性能を向上させるには、媒体中のスラリー粒子を回転ウェーハと回転する研磨パッド／プラテンとの間に均等に分配する必要がある。
ウェーハキャリア膜によってウェーハの裏側に力が加えられて、ウェーハがパッドに押し込まれ、両方が運動して相対速度を生成する場合がある。その運動と力により、パッドの一部がウェーハ表面を横切って移動するとき、研磨剤を基板に押し付けることで摩耗が生じる。スラリー中の腐食性化学物質は、ウェーハの表面で研磨される材料を変化させる。化学的変化とこの摩耗の機械的効果との組み合わせは、化学機械平坦化又は研磨（ＣＭＰ）と呼ばれる。材料の除去速度は、化学的効果と機械的効果の両方を同時に使用すると、どちらか一方を単独で使用した場合と比較して、簡単に一桁高くなる可能性がある。同様に、化学的効果と機械的効果を併用することにより、研磨後の表面の平滑性が向上する。
研磨プロセスにおいて、銅、誘電体、ポリシリコンなどの材料がウェーハの表面から除去される。これらの微細な粒子は、スラリー中に懸濁したままであるか、研磨パッドに埋め込まれるか、又はその両方になる。これらの粒子は、研磨されているフィルムの表面に引っかき傷を引き起こすため、回路の壊滅的な障害を引き起こし、チップが役に立たなくなり、歩留まりに大きな悪影響を及ぼす。
歩留まりは、集積回路、ＭＥＭＳ、ＬＥＤなどの多くの製品の製造レベルでの成功を決定する原動力である。半導体製造施設（「ファブ」）及びファウンドリ内のＣＭＰプロセスの表面品質公差は、ナノメートル及びオングストローム単位でさえも測定される。ＣＭＰ中にウェーハ又はフィルムの表面から可能な限り均一に材料を除去する能力は重要である。したがって、キャリア設計技術は、この能力の向上に向けて絶えず進化している。ＣＭＰシステムで処理されたウェーハの平坦度に小さな不均一性があると、歩留まりが低下し、廃棄物が増加する可能性がある。ウェーハキャリアと処理パッドの直径全体の不均一性又は圧力差は、ウェーハの破損を引き起こす可能性がある。ソリッドステートデバイスの製造にかかる累積コストは、まとめて「所有コスト」（ＣｏＯ）と呼ばれ、この用語は、必要な各製造ステップにも適用される。ＣＭＰプロセスのＣｏＯは、半導体「チップ」とそれに関連するデジタルデバイスを製造するために必要な５００～８００ある個々の製造ステップでＣｏＯ数値が最も高いものの１つである。
炭化ケイ素で形成されたウェーハは、多くの集積回路の応用でより一般的になる可能性がある。例えば、自動車産業は、従来のシリコンウェーハに対する炭化ケイ素ウェーハの特定の利点のために、炭化ケイ素ウェーハを使用して集積回路を製造することが期待されている。例えば、シリコンウェーハベースの集積回路と比較して、炭化ケイ素ウェーハベースの集積回路は、より低い電力消費及びより高い耐熱性を有し得る。したがって、自動車が車両の様々な側面を制御するために集積回路をますます多く使用するにつれて、炭化ケイ素ウェーハの望ましい特性のために、これらの制御システムは、炭化ケイ素ウェーハを使用してますます多く製造されている。
ただし、炭化ケイ素はシリコンよりも硬い材料である。したがって、他の点では同様のシリコンウェーハベースのＣＭＰプロセスと比較して、炭化ケイ素ウェーハは、ＣＭＰ中に十分な除去速度を達成するためにより高い圧力及び／又は速度（例えば、ウェーハの表面と研磨パッド／プラテンとの間の相対速度）を必要とする場合がある。同様のシリコンウェーハベースのＣＭＰと比較して、これらの増加した圧力及び／又は速度は、炭化ケイ素ウェーハのＣＭＰ中に生成される熱の増加につながる可能性がある。この増加した熱は、次に、ウェーハ表面、研磨パッド、及び／又はウェーハに接触して圧力を加える弾性膜に悪影響を与える可能性がある。例えな、過剰な熱はウェーハの表面欠陥につながる可能性がある。過剰な熱は、弾性膜及び／又は研磨パッドを溶融し、及び／又はウェーハを膜に付着させ、又はキャリアからそれを失って、ウェーハ及びキャリアを損傷し、及び／又はウェーハをキャリアから荷卸すのを妨げる可能性がある。したがって、研磨中の温度を下げるために、ウェーハ及び／又は弾性膜を冷却する必要がある。本開示の態様は、炭化ケイ素以外の材料で形成された基板に対して実施され得ること、ＣＭＰなどの基板キャリアを持つ基板プロセスの任意の段階で、ウェーハ、膜、又はウェーハキャリアの他の部分を所望の温度に冷却、加熱、又は他の方法で制御するために実施され得ることが理解されよう。
開示された技術は、特定の実施形態に関して、及び特定の図面を参照して説明される。本開示はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載されている図面は単に概略的なものであり、限定的なものではない。図面では、いくつかの要素のサイズは、説明の目的で誇張されており、縮尺どおりに描かれていない場合がある。寸法及び相対寸法は、必ずしも本開示の実施のための実際の縮小に対応するわけではない。
（液冷式ＣＭＰシステム）
図１は、研磨パッド１１０を処理するための化学機械平坦化システム１００の概略図である。システム１００は、ウェーハを保持及び処理するように構成されたウェーハキャリア１５０を含むことができる。本明細書で使用される「ウェーハ」という用語は、半導体ウェーハ（例えば、円形）を指す場合があるが、ＣＭＰ設備などの研磨又は平坦化設備によって処理される異なる形状の他のタイプの基板をより広く包含することができることが理解されよう。したがって、以下の説明において、「ウェーハ」及び「基板」という用語は、文脈が特に「基板」の「ウェーハ」の１つのみに明確に関連する場合を除いて、交換可能に使用され得る。図示の実施形態では、基板キャリア１５０は、処理（例えば、下部）位置にあり、膜（図示せず）を備えた研磨パッド１１０に対して基板（図示せず）を保持している。研磨パッド１１０は、プラテン１２０の表面などの支持面に配置することができる。
図２は、図１の化学機械平坦化システムの図であり、基板キャリア１５０によって装着（例えば、上部）位置に保持された基板１５５を示す。基板１５５は、例えば、真空の力によって保持することができる。図１及び図２の両方を参照すると、システム１００は、処理スラリーを基板１５５に送給し、それを研磨パッド１１０に対して化学的／機械的に平坦化することを可能にするように構成されたスラリー送給システム１４０を含むことができる。システム１００は、端部にパッド調整器を含むパッド調整アーム１６０を含むことができ、該パッド調整器は、処理サイクル中又は処理サイクルの間に、パッドの表面粗さ又は他の処理特性を処理又は「リフレッシュ」するように構成することができる。
図１及び図２のシステム１００では、研磨パッド１１０は、垂直軸を中心に反時計回りに回転するプラテン１２０の上面にある。他の向きと移動方向を実現することもできる。
スラリー送給システム１４０は、研磨性及び腐食性粒子を含むスラリーを、処理された研磨パッド１３０の表面に送給することができる。研磨スラリーは、通常、研磨粒子のコロイド懸濁液であり、すなわち、水性媒体中のコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、又はコロイダルセリアである。様々な実施形態では、スラリー送給システム１４０は、計量ポンプ、質量流量制御調整器システム、又は他の適切な流体送給部品を含む
。
基板キャリア１５０は、例えば、真空で基板１５５を保持することができ、その結果、研磨される基板１５５の表面は、研磨パッド１１０の方を向く。研磨パッド１１０上にスラリー送給システム１４０によって堆積されたスラリー中の研磨粒子及び腐食性化学物質は、それぞれ、摩耗及び腐食によって基板を機械的及び化学的に研磨する。基板キャリア１５５及び研磨パッド１１０は、研磨を提供するために、いくつかの異なる方法のいずれかで互いに対して移動することができる。例えば、基板キャリア１５０は、基板１５５が研磨パッド１１０に押し付けられるように、プラテン１２０に対して下向きの力を加えることができる。本明細書で更に説明するように、基板１５５は、加圧膜（図示せず）を用いて研磨パッド１１０に押し付けることができる。基板１５５と研磨パッド１１０との間のスラリーの研磨粒子及び腐食性化学物質は、研磨パッド１１０及び基板キャリア１５５が互いに対して移動するとともに、化学的及び機械的研磨を提供することができる。研磨パッドと基板キャリアとの間の相対移動は、様々な方法で構成することができ、いずれか又は両方を、互いに対して振動、直線移動、及び／又は反時計回り、及び／又は時計回りに回転するように構成することができる。
パッド調整アーム１６０は、力で研磨パッド１１０を押すことによって、研磨パッド及び基板キャリア１５０に関して上記で記載される相対移動などのそれらの相対移動を伴い、研磨パッド１１０の表面を調整することができる。図示の実施形態のパッド調整アーム１６０は、振動することができ、その端部に、研磨パッド１１０に接触する回転するパッド調整器を備える。
図３は、図１及び図２に示される基板キャリア１５０の一部として含まれ得る基板キャリアヘッド３００の部分断面図である。基板キャリアヘッド３００は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムのための膜アセンブリ３０５を含む。いくつかの実施形態では、基板キャリアヘッド３００（本明細書ではキャリアヘッドとも呼ばれる）は、膜アセンブリ３０５が取り付けられる支持ベース３８０を含み得る。支持ベース３８０は、膜アセンブリに支持を提供するための任意の適切な構成であり得る。支持ベース３８０は、基板キャリアヘッド３００の残りの部分をＣＭＰシステム（図示せず）に取り付けられて接続することができる。支持ベース３８０は、キャリア本体、基板保持器、支持板、及び／又は本明細書の他の箇所に記載されている、ウェーハ（例えば、膜アセンブリ３０５）を支持し、及び／又はキャリアヘッド３００の残りの部分をＣＭＰシステムに接続する他の部品を含むことができる。
膜アセンブリ３０５は、示されるように、支持板３１０、弾性膜３２０、膜クランプ３３０などの膜保持器、及び任意選択の外部圧力リング３４０を含み得る。支持板３１０は、処理中にウェーハを支持し、例えば、膜アセンブリ３０５を支持ベース３８０に取り付けるための任意の適切な構成であり得る。例えば、支持板３１０は、１つ又は複数のボルト又は他の適切な取り付け要素を使用して、支持ベース３８０に取り付けられ得る。支持板３１０は、支持ベース３８０の外周に沿ってなど、様々な位置で支持ベース３８０に取り付けられ得る。
支持板３１０は、例えば、弾性膜３２０を通してウェーハを支持するための任意の適切な構成であり得る。弾性膜３２０は、いくつかの異なる方法で支持板３１０に固定することができる。弾性膜３２０は、支持板３１０が支持ベース３８０に固定される前又は後に、支持板３１０に固定され得る。弾性膜３２０は、膜クランプ３３０などのいくつかの適切な異なる膜保持器保持要素のいずれかを使用することによって、支持板３１０に固定することができる。いくつかの実施形態では、膜クランプ３３０は、ばね荷重式であり得る。他の実施形態では、膜クランプ３３０は、締結機構（例えば、ナット及びボルトなど）を使用することによって確実に締め付けることができる。膜クランプ３３０は、膜３２０の外側部分（例えば、外縁）を、支持板３１０及び／又は支持ベース３８０の対応する部分に固定することができる。膜保持器は、膜３２０の少なくとも一部を支持板３１０及び／又は支持ベース３８０に固定するための任意の適切な構成であり得る。
弾性膜３２０は、例えば、図１及び図２を参照して上記で記載されたように、膜３２０が研磨パッドに対して基板３７０を保持し、基板を処理することができるように、支持板３１０に固定することができる。膜は、基板の（例えば、上向きの）表面に接触するように構成された（例えば、下向きの）第１の表面を含むことができる。膜３２０は、十分な弾性及び柔軟性を有することができ、その結果、研磨パッド材料及びプロセスパラメータと組み合わせて、膜３２０は、基板３７０全体にわたってより均一な圧力を加えることができる。いくつかの実施形態では、膜３２０の弾性及び柔軟性はまた、基板の破損を低減するのに役立ち得る。膜３２０及び支持板３１０は、液体が膜３２０と支持板３１０との間を流れることを可能にし、平坦化中に膜３２０を基板３７０に押し付けるように構成することができる。例えば、膜３２０は、液体が上向きの第２の表面、例えば、前述の第１の膜表面に対向する表面に沿って流れることを可能にするように構成することができる。支持板３１０は、膜３２０から離間して、それらの間にギャップ又は膜空洞３６０を形成することができる。膜空洞３６０は、膜３２０が静止（例えば、非加圧）状態にあるときに形成することができる。膜空洞３６０は密封することができる。いくつかの実施形態では、液密シールは、膜空洞３６０内に形成され、液体が加圧されるときに液体が膜空洞３６０から漏れるのを防ぐことができる。したがって、膜空洞３６０は、液体を循環させることができる液体空洞を形成することができる。シールは、例えば、膜クランプ３３０において、膜３２０の一部とキャリア本体の一部（例えば、板３１０及び／又はベース３８０）との間に形成することができる。本明細書で使用される場合、密封された膜空洞は、選択的に密封され得る（例えば、弁で開閉される）入口及び／又は出口と流体的に連通している膜空洞を含む。
いくつかの実施形態では、膜３２０が静止状態にあるとき、膜３２０の一部分、例えば、その上向きの表面は、板３１０の対応する一部分、例えば、その下向きの表面などの上にあるか、又はそれに近接している。そして、膜空洞３６０は、膜３２０が拡張される（例えば、液体を介して加圧される）ときに形成される。膜空洞３６０は、平坦化中に、膜３２０に対して、したがって、基板３７０に対して、液圧の変動を再分配し、考慮することができる。液体は、示されるように、入口３５０を介して膜３２０の裏側に提供されて膜空洞３６０に入ることができる。入口３５０は、支持板３１０内に配置することができ、又は他の構成を介して液体を供給することができる。液体はまた、出口３５５を介して膜空洞３６０から除去することができる。入口３５０及び出口３５５のそれぞれは、用途（例えば、円形管、正方形管など）に応じて異なって変更され得る。いくつかの実施形態では、本明細書で更に説明するように、ウェーハ３７０を膜アセンブリの下側に保持するために、入口及び／又は出口を介して空洞３６０に真空を提供することができる。
いくつかの実施形態では、膜空洞３６０は、膜３２０を支持板３１０から離間させることによって形成することができる。例えば、支持板３１０は、空洞を形成するために凹んだ内部部分を含むことができる。図示の実施形態では、膜アセンブリ３０５は、膜空洞３６０を形成するために任意選択の外部圧力リング３４０を含むことができる。他の実施形態では、膜アセンブリ３０５は、圧力リングなしで組み立てることができる。例えば、弾性膜３２０は、例えば、液体が膜空洞３６０に存在しない場合、膜３２０を支持板３１０から分離する膜空洞３６０なしで、支持板３１０に対して直接静止することができる。いくつかの実施形態では、膜アセンブリ３０５は、同心円に配置された１つ又は複数の圧力リング３４０を含み得る。１つ又は複数の圧力リング３４０は、液体が圧力リング３４０の一方の側から圧力リング３４０の他方の側に流れることを可能にするチャネル（図示せず）を含み得る。
別の実施形態では、ウェーハキャリアは、マルチゾーンキャリアを含むことができる。例えば、膜３２０は、マルチゾーン膜であり得る。マルチゾーン膜の各ゾーンは、液体を受け取り、及び／又は単一ゾーン空洞を有する単一ゾーンキャリアについて本明細書に記載されるように同様に（例えば、別々に）制御されるように構成された対応する膜空洞を含むことができる。例えば、膜３２０は、膜３２０の様々なゾーンを効果的に分離する膜３２０の溝（例えば、くぼみ）及び／又は隆起部分を有し得る。非限定的な例では、溝は、膜の中心から生じる一連の同心円に配置され得る。別の例では、膜アセンブリ３０５に取り付けられたときに基板３７０を横切って加えられる圧力の分布を改善するために、溝及び隆起部分は不規則な形状（例えば、相互接続する円、非円形のくぼみ、膜の表面全体に散在する円形のパターン）であり得る。いくつかの実施形態では、システムは、マルチゾーン膜の１つ又は複数のゾーンに異なる圧力を加えて、各ゾーンの除去速度を調整することができる。例えば、より高い圧力が加えられるゾーンでは、除去速度がより高くなる可能性がある。システムはまた、除去速度を調整するために、１つ又は複数のゾーンに提供される液体の温度を調整することができる場合がある。例えば、より高い温度（例えば、より少ない冷却）を特定のゾーンに適用して、別のゾーンと比較して除去速度を上げることができる。除去速度に対する温度変化の影響は、圧力変化の影響よりも比較的低い可能性がある。したがって、単一又はマルチゾーンシステムの除去速度を調整するときに、温度を微調整変数として使用することができる。例えば、第１のゾーンの圧力は、第２のゾーンの圧力と同じ、第２のゾーンの圧力よりも大きく、又は第２のゾーンの圧力よりも小さくなるように制御することができる。第１のゾーンの温度は、第２のゾーンの温度と同じ、第２のゾーンの温度よりも高く、又は第２のゾーンの温度よりも低くなるように制御することができる。
膜３２０は、それが取り囲む構造に一致するように柔軟であり得る。場合によっては、膜３２０は凸状であり得る。例えば、膜３２０は、中心でたるんでいる可能性がある。膜３２０は、より精密な研磨のために、膜３２０の小さな領域が基板表面に接触するように円錐のような形状にすることもできる。
膜材料は、本明細書に記載されているように、平坦化に適し、例えば、ＣＭＰプロセス用のキャリアヘッド内で使用するのに適した任意の弾性材料であり得る。いくつかの実施形態では、膜材料は、ゴム又は合成ゴム材料の１つであり得る。膜材料はまた、エチレンプロピレンジエンモノマー（Ｍクラス）（ＥＰＤＭ）ゴム又はシリコーンの１つであり得る。あるいは、それは、ビニル、ゴム、シリコーンゴム、合成ゴム、ニトリル、熱可塑性エラストマー、フルオロエラストマー、水和アクリロニトリルブタジエンゴム、又はウレタンとポリウレタンの形態の１つ又は複数の組み合わせであり得る。基板を効果的に冷却する（又は加熱し、又はその温度を制御する）ために、特定の実施形態では、弾性膜３２０の材料は、材料の熱伝達特性に基づいて選択され得る。したがって、炭化ケイ素基板などの基板を冷却するとき、より高い熱伝導率を有する材料が望ましい場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、膜材料は、基板の冷却を助けることができる熱伝導率を有する、Ｒｏｇｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが所有するＡｒｌｏｎ（登録商標）の下で入手可能なものを含むシリコーンなどのエラストマーであり得る。いくつかの実施形態では、弾性膜３２０は、弾性膜３２０の熱伝導率を高めて、温度制御された液体と基板との間の熱伝達を改善する無機添加剤を含み得る。熱伝導率を高める無機添加剤の例には、Ｍａｒｔｉｎｓｗｅｒｋ ＧＭＢＨが所有するＭａｒｔｏｘｉｄ（登録商標）の下で製造された一連の添加剤が含まれる場合がある。
１つ又は複数の膜アセンブリを単一のＣＭＰシステム内に実装することができる。ＣＭＰシステムは、ＣＭＰプロセスをより正確に制御するために、動作中にシステムからのフィードバックを利用する制御部（例えば、可変速モータ制御部など）を備える場合がある。
例示的な実施形態では、膜３２０は平坦化され得る。例えば、膜３２０は、所望の許容範囲内で平坦にすることができ、及び／又は所望の許容範囲内で表面粗さに一致するように作ることができる。例えば、膜３２０は、膜が研磨パッドにかけられる平坦化手順を受けることができる。また、膜３２０は、膜３２０を平坦化させる化学スラリーに導入することができる。更に、膜３２０の表面粗さは、この平坦化プロセス全体を通じて改善することができる。表面粗さは、ＣＭＰプロセスとの関連で使用される膜にとって、密封性とスティクションとの少なくとも２つの理由で重要になる可能性がある。平坦化プロセスにより、取り扱い目的で基板３７０と膜３２０との間の改善された密封性を提供するために、表面粗さを低下させることができる。同時に、スティクション（すなわち、表面張力によって膜が基板に付着している）を防ぎ、処理後の膜からの基板の放出を改善するために、表面粗さを増加させることができる。低表面粗さと高表面粗さとの間の所望のバランスを達成するために、（以下で説明する）平坦化プロセスにおいて制御機構を使用することができる。制御機構は、膜を平坦化するために使用される装置の外部にあり得る。
以上で説明したように、炭化ケイ素基板などの特定の基板に関連する可能性があるが、より高い圧力及び／又は速度で基板を研磨する場合、基板と回転する研磨パッド／プラテンとの間の摩擦は、基板３７０及び／又は弾性膜３６０に悪影響を与えるのに十分に高い温度をもたらす可能性がある。したがって、本開示の一態様は、弾性膜３６０及び基板３７０を冷却するために、弾性膜３６０の表面に沿って液体を流すことに関する。図４Ａは、本開示の態様に従って、基板の温度を制御するために使用することができる基板キャリアシステム４００を示すブロック図である。
図４Ａを参照すると、基板キャリアシステム４００は、圧縮乾燥空気（ＣＤＡ）源４０５などのガス源、及び液体源４１０を含むことができる。ガス源及び液体源は、施設、現場での容器を介して提供することができ、及び／又は本明細書に記載の再循環システムの一部であり得る。システム４００は、弁４２０、４２５、及び４２７などの、選択的な真空、気体又は液体の流れを提供するための１つ又は複数の弁を含むことができる。システム４００は、空気駆動吸引器４３０などの真空源を含むことができる。システム４００は、本明細書に記載されるようなキャリアヘッド３００（図３及び図５）、キャリアヘッド６００（図６～図８）、又は温度制御を提供する他のキャリアヘッドに関して本明細書に記載されているものと同様に、膜空洞３６０、入口３５０、及び出口３５５を備えたキャリアヘッド５００を含むことができる。システム４００は、回転ユニオン４３５などの、キャリアヘッドと研磨ヘッドとの間の相対移動を提供するように構成された可動要素を含むことができる。回転ユニオン４３５は、キャリアヘッドの一部又はそれに取り付けられた別個の部品であり得る。システム４００は、制御システム４４０を含むことができる。制御システム４４０は、膜空洞３６０内の入口及び／又は出口での圧力及び／又は流量を制御するように構成された圧力及び／又は流量調整器を含むことができる。例えば、制御システム４４０は、流体背圧調整器４４５を含むことができ、いくつかの実施形態では、空気圧調整器４１５を含むことができる。いくつかの実施形態では、制御システム４４０は、空気圧調整器４１５、流体背圧調整器４４５、及び／又は基板キャリアシステム４００の他の部品のうちの１つ又は複数を制御するように構成された制御プロセッサ（図示せず）を更に含み得る。制御システム４４０は、制御プロセッサを用いて開ループ又は閉ループの制御を提供するために、流量、圧力、温度などの様々なプロセスパラメータを感知するように構成された１つ又は複数のセンサを含むことができることが理解されよう。例えば、温度、流量、及び／又は圧力センサを実装して、膜空洞と流体的に連通している液体の温度、流量、及び／又は圧力センサを感知することができる。
冷却に使用される液体は、液体の熱伝達特性に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。一実施形態では、液体は水であり得る。別の実施形態では、液体は、水よりも高い熱伝達特性を有するように設計することができ、例えば、液体は、Ｇａｌｄｅｎ ＨＴ熱伝達流体であり得る。実施形態に応じて、他の液体も使用することができる。
液体源４１０は、液体を膜空洞３６０に（例えば、弁４２５及び回転ユニオン４３５を介して）選択的に提供する。回転ユニオンは、キャリアヘッド５００を回転させながら、液体源４１０がキャリアヘッド５００の入口３５０に液体を提供し、出口３５５を介して基板キャリアヘッド３００から流出する液体を受け取ることを可能にする一組の流体チャネルを含み得る。液体源から受け取られた液体は、入口３５０を介して膜空洞３６０に流入することができ、出口３５５を介して膜空洞３６０から、例えば、流体背圧調整器４４５に流出することができる。
ＣＤＡ源４０５は、空気圧調整器４１５が流体背圧調整器４４５を制御できるように、空気圧調整器４１５にＣＤＡを提供する。いくつかの実施形態では、空気圧調整器４１５を含まずに、流体背圧調整器４４５は、制御プロセッサによって直接制御することができる。流体背圧調整器４４５は、流体背圧調整器４４５の上流の液体の所望の圧力を維持することによって、膜空洞３６０内の液体の圧力を制御する。したがって、流体背圧調整器４４５は、液体の一部が液体排出ポート４５０に流出することを可能にすることによって、液圧が所望の圧力よりも高いときに過剰圧力を低下させることができる。液体排出ポート４５０は、調整器４４５、吸引器４３０、及び／又は任意選択の熱交換器４６０の間の選択的な流れを提供するためのＴ字連結部又は弁を含むことができる。流体背圧調整器４４５は、膜空洞３６０内の液体の圧力を制御するため、ＣＭＰ中に基板に加えられる圧力を制御するように構成することができる。液体源によって提供される液体の圧力は、ＣＭＰ中に基板３７０に加えられる圧力の予想範囲よりも高くてもよい。したがって、流体背圧調整器４４５は、流体の圧力を所望のレベルまで低下させることによって、膜空洞３６０内の液体の圧力を調整するように構成することができる。膜３６０内の圧力は、膜空洞３６０の上流に配置された追加又は代替の圧力調整器によって制御することができる。
ＣＤＡ源４０５はまた、弁４２０を介して空気駆動液体吸引器４３０にＣＤＡを提供する。弁４２７は、液体を膜空洞３６０に提供する方法を、液体を流すこと、（例えば、空気駆動吸引器４３０を介して）負圧を提供すること、及び膜空洞３６０の通気の間で制御するために使用することができる。負圧を提供する場合、空気駆動液体吸引器４３０は、膜空洞３６０内の液体に負圧（例えば、真空）を提供するように構成される。特定の実施形態では、空気駆動液体吸引器４３０はまた、ＣＤＡのための排気部を含み得、ここで、空気駆動液体吸引器４３０を通るＣＤＡの流れは、液体に提供される負圧を制御する。負圧は、弾性膜と基板３７０との間に吸引を提供するために使用することができ、基板キャリアヘッド３００が処理機能のために基板を拾い上げることを可能にする。すなわち、空気駆動液体吸引器４３０によって提供される負圧は、弾性膜３２０の下側に基板３７０を保持することができる。弾性膜３２０の裏側に支持を提供する支持板は、上記真空を提供するため（ウェーハに吸盤効果を与えるため）、及び／又は膜空洞３６０内の液体の正圧を可能にして基板３７０を弾性膜３２０から切り離すための穴を含み得る。
いくつかの実施形態では、液体排出ポート４５０から流出する過剰な液体は、単に廃棄されて、非再循環システムを形成することができる。しかしながら、他の実施形態では、液体排出ポート４５０から流出する過剰な液体は再循環して、液体源４１０に戻され得る。特定の実施形態では、システム４００は、液体を液体源４１０に戻し、キャリアヘッドに流入させる前に、液体の温度を調整する（例えば、冷却する）ように構成された任意選択の熱交換器４６０を更に含むことができる。
図４Ｂは、本開示の態様に従って、ウェーハの温度を制御するために使用することができる別の基板キャリアシステムを示すブロック図である。図４Ｂを参照すると、基板キャリアシステム７００は、冷却装置７０５、圧力設定点７１０、背圧調整器（ＢＰＲ）７１５、入力圧力計７２０、流量計７２５、水「オン」弁７３０、キャリア７３５（キャリアヘッド３００又は６００など）、プラテン７４０、出力圧力計７４５、再循環／真空弁７５０、及び真空分離器７５５を含むことができる。
図４Ｂの実施形態では、背圧調整器（ＢＰＲ）７１５は、キャリア７３５の上流に位置する。この構成は、ＢＰＲ７１５がキャリア７３５の下流に位置する構成よりも高い流量を提供することができる。より高い流量は、弾性膜を介した基板の冷却を改善することができる。キャリアヘッド５００の上流側への流体背圧調整器４４５の同様の配置は、図４Ａの実施形態で実施することができる。
図３、図４Ａ、及び図４Ｂを参照すると、液体が弾性膜３２０の裏側に沿って膜空洞３６０を通って流れるとき、研磨プロセスの摩擦によって発生した熱は、弾性膜３２０を介して基板３７０から液体に伝達される。基板キャリアシステム４００は、研磨プロセスにおいて発生する過剰な熱を除去するために、弾性膜３２０に沿って十分な流量を有するように液体を制御することができる。例えば、液体流制御器（例えば、制御システム４４０）は、膜空洞３６０の上流又は下流に実装することができる。
入口と出口は、膜空洞内の液体の流れ（したがって温度制御）に影響を与えるように、様々な方法で構成することができる。図３の実施形態では、入口３５０は、基板キャリアヘッド３００の本体のほぼ中心に位置することができ、出口３５５は、入口３５０よりもキャリア本体の中心から半径方向の位置に、例えば、弾性膜３２０の外周縁の近くに位置することができる。研磨中の基板キャリアヘッド３００の回転は、求心力のために、入口３５０から出口３５５への液体の流れを助けることができる。単一の入口３５０及び単一の出口３５５が図３に示されているが、複数の入口３５０及び／又は出口がいくつかの実施形態で含まれ得る。例えば、複数の出口３５５は、弾性膜３２０の外周縁の近くに、及び／又はキャリア本体の中心から延びる半径方向（又は円周方向）の経路に沿って間隔を置いて配置することができる。
図５は、別の実施形態に従って、図１及び図２に示される基板キャリア１５０の一部として含まれ得る基板キャリアヘッド３００の別の部分断面図である。図３の実施形態と同様に、図５の実施形態の基板キャリアヘッド３００は、膜アセンブリ３０５、入口３５０、出口３５５、膜空洞３６０、及び支持ベース３８０を含む。膜アセンブリ３０５は、支持板３１０、弾性膜３２０、膜クランプ３３０、及び任意選択の外部圧力リング３４０を含み得る。膜アセンブリ３０５は、平坦化中に研磨パッドに対して基板３７０を保持し、基板３７０を膜アセンブリ３０５の下側に保持するための真空を提供するように構成され得る。これらの部品は、図３に関連して説明されたものと同様の機能を有し得る。
図５に示されるように、入口３５０及び出口３５５は、対向する位置、例えば、弾性膜３２０の外周縁の近くに位置し得る。したがって、入口３５０から流れる液体は、弾性膜３２０の一方の側（例えば、縁）から、弾性膜３２０の反対側（例えば、縁）に位置する出口３５５に流れることができる。
本明細書に記載の入口３５０及び出口３５５は、温度制御及び液体分配を改善するために任意の適切な構成（例えば、形状、サイズ、位置、数量など）で提供することができることが理解されよう。例えば、単一の入口３５０及び出口３５５が図３及び図５の断面図に示されているが、２つ以上の入口３５０及び２つ以上の出口３５５が提供され得る。１つ又は複数の入口又は１つ又は複数の出口は、液体が弾性膜３２０に沿ってより均一に流れるように、弾性膜３２０の反対側の様々な位置（例えば、外周縁の近く）に提供することができる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の入口３５０は、弾性膜３２０の中心に関して、１つ又は複数の出口３５５に対して半径方向内側に配置することができ、逆もまた同様である。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の入口３５０は、１つ又は複数の出口３５５に対して、ほぼ同じ半径方向位置に配置することができるが、異なる円周方向位置に配置することができる。１つ又は複数の入口３５０又は１つ又は複数の出口３５５は、弾性膜３２０のほぼ中心に配置することができる。
（液冷式多膜ＣＭＰシステム）
図６は、基板キャリアヘッド６００の一実施形態の分解された上面等角図である。図７は、図６のキャリアヘッド６００の分解された底部等角図である。図８は、図６のキャリアヘッド６００の断面図である。キャリアヘッド６００の実施形態は、様々なタイプの基板処理装置内に実装することができる。例えば、キャリアヘッド６００は、図１及び図２を参照して説明されたものなどのＣＭＰシステム、又は他のタイプのＣＭＰシステム内に実装することができる。キャリアヘッド６００は、図４Ａの基板キャリアシステム内に実装することができ、図３及び図５のキャリアヘッドのいくつかの特徴を含むことができる（逆も同様）。
図６～図８の１つ又は複数を参照すると、基板キャリアヘッド６００は、キャリアヘッド６００の様々な部品を支持するためのキャリア本体２１を含むことができる。キャリアヘッドは、キャリア本体２１に取り付けられた基板保持器２０を含むことができる。保持器２０は、キャリアヘッド６００上の基板を保持及び支持するように構成することができる。例えば、基板保持器は、基板を受け取るように構成された開口４０を含むことができる。開口４０は、基板保持器の厚さを部分的又は完全に貫通して延びる側壁を形成して、開口４０内に保持された基板を支持して、その横方向の動きを防ぐことができる。保持器２０は、別個の又は一体的に形成された部品であり得、キャリア本体２１と同じ又は異なる材料であり得る。基板保持器は、実質的に連続している外面４２を含むことができ、又はこの外面は、スラリーの流れを改善するための溝又は他の窪みを有することができる。
キャリアヘッド６００は、第１の弾性膜２５及び第２の弾性膜３０を含むことができる。膜又はその一部は、例えば、介在する構造なしに、互いに隣接して積み重ねるか又は配置することができる。膜２５、３０は、一緒に、図１及び図２のＣＭＰ処理に関して上記で記載されたように、基板処理中に基板処理プラテンに基板を押し付けることができる。膜２５、３０の一部は互いに押し付けることができる。
膜２５、３０は、それぞれが隣接する構造に一致するように柔軟であり得る。膜材料は、任意の弾性材料、例えば、背圧を受け、その背圧をキャリアヘッド内に保持された基板に対して伝達するのに適した材料であり得る。いくつかの実施形態では、膜材料は、ゴム又は合成ゴム材料の１つであり得る。上記で記載されたように、膜材料はまた、エチレンプロピレンジエンモノマー（Ｍクラス）（ＥＰＤＭ）ゴム又はシリコーンの１つであり得る。あるいは、それは、ビニル、ゴム、シリコーンゴム、合成ゴム、ニトリル、熱可塑性エラストマー、フルオロエラストマー、水和アクリロニトリルブタジエンゴム、又はウレタンとポリウレタンの形態の１つ又は複数の組み合わせであり得る。基板を効果的に冷却するために、特定の実施形態では、弾性膜２５、３０の材料は、材料の熱伝達特性に基づいて選択され得る。したがって、炭化ケイ素基板などの基板を冷却するとき、より高い熱伝導率を有する材料が望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、弾性膜２５、３０は、弾性膜２５、３０の熱伝導率を高めて、温度制御された液体と基板との間の熱伝達を改善する無機添加剤を含み得る。
弾性膜２５、３０（及び本明細書の他の膜）は、キャリア６００（及び本明細書の他のキャリア）内に保持された基板に支持を提供する部分を含むことができる。そのような基板支持部は、基板を支持しないが、膜２５、３０をキャリアの他の部分に取り付けるのを助ける膜２５、３０の他の部分と区別することができる。
例えば、第１の弾性膜２５は、示されるように、幅Ｗ１を有する第１の基板支持部を含むことができる。示される第１の基板支持部は、第１の弾性膜２５の水平部分であり、この水平部分は、その幅Ｗ１にわたって、基板保持器２０の開口４０内に保持された基板に延び、それに対して支持を提供する。第１の弾性膜２５の残りの部分（すなわち、第１の基板支持部ではない部分）、膜バッキングサポート１７、基板保持器２０、及びキャリア本体２１は、第１の弾性膜２５をキャリアヘッド６００の残りの部分に取り付けるように構成することができ、第１の弾性膜２５の残りの部分は、例えば、外側支持板３６（以下で更に説明される）の外側部分の周り及び／又はその間に蛇行形状で包まれるより短い垂直部分及び水平部分を含むことができる。
第２の弾性膜３０は、幅Ｗ２を有する第２の基板支持部を含むことができる。示される第２の基板支持部は、第２の弾性膜３０の水平部分であり、この水平部分は、その幅Ｗ２にわたって、基板保持器２０の開口４０内に保持された基板の内側の中心部分まで延び、それに対して支持を提供する。第２の基板支持部は、第１の基板支持部とキャリア本体２１との間に配置することができる。第１の及び第２の基板支持部は、互いに対して積み重ねることができ、互いに直接的に積み重ねることができる（すなわち、互いに接触することができる）。第２の基板部は、示されている向きで、第１の基板部の上に積み重ねることができる。第２の基板支持部は、示されるように、第１の無孔基板支持部の内部に対して選択的に力を提供するように構成することができる。第２の基板支持部の外面は、少なくとも第１の基板支持部の内部の内面に直接接触することができる。この構成により、第２の弾性膜３０は、改善されたプロセス及び基板上の均一性を提供し、例えば、ＣＭＰプロセスにおいて改善された中心除去速度の制御を提供することができる。
（第２の基板支持部以外の）第２の弾性膜３０の残りの部分は、第２の弾性膜３０をキャリアヘッド６００の残りの部分に取り付けるように構成することができ、第２の弾性膜３０の残りの部分は、例えば、その外縁での短い垂直部分、及びその垂直部分の遠位端から延びる水平リップを含むことができる。
膜２５、３０（又は本明細書の他の膜）はそれぞれ、無孔部分を含むことができ、又は膜２５、３０はそれぞれ、実質的に完全に無孔である可能性がある。例えば、対応する密閉された膜空洞と流体的に連通している表面を貫通する穴がない場合、膜は「実質的に完全に無孔」である。したがって、例えば、取り付けの目的でその周縁に穴を有するが、膜空洞から流体的に隔離されている（例えば、密封されている）膜は、「実質的に完全に無孔」である可能性がある。膜２５、３０、又はその一部は、液体の漏れなしに、処理中に液圧又は真空を使用して膜の膨張及び収縮を可能にしながら、密封された空洞を提供するために、無孔である可能性がある。第１の及び第２の基板支持部は、それぞれ、第１の無孔基板支持部及び第２の無孔基板支持部を形成するように無孔である可能性がある。
キャリアヘッドは、内側支持板３３を含むことができる。内側支持板は、一旦組み立てられると、キャリア本体２１に対する相対移動を防ぐために固定することができる。内側支持板３３は、処理中に第２の弾性膜３０の第２の基板支持部に保持された基板を支持するように構成された、概して平面の剛性支持面を含むことができる。
キャリアは、外側支持板３６を含むことができる。外側支持板３６は、第１の弾性膜２５の第１の基板支持部に保持された基板を支持するように構成された、概して平面の剛性支持表面を含むことができる。いくつかの実施形態では、外側支持板３６は、第１の弾性膜２５の第１の基板支持部の一部を支持することができる。例えば、外側支持板３６は、処理中に第２の弾性膜３０の第１の基板支持部の対応する外側部分を支持することができる外側板部分によって取り囲まれる中心開口部４１を含むことができる。中心開口部４１は、第２の基板支持部を取り囲むように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１の基板支持部の幅Ｗ１は、第２の基板支持部の幅Ｗ２よりも大きくすることができる。いくつかの実施形態では、外側支持板３６、第１の弾性膜２５、及び第２の弾性膜３０は、第２の基板支持部が外側支持板３６の中心開口部４１を通過できるように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態では、処理中に、内側支持板３３は、キャリア６００に保持された基板の内側部を支持することができ、外側支持板３６は、キャリア６００に保持された基板の外側部を支持することができる。
本明細書の膜は、単一又はマルチゾーンの膜であり得る。例えば、膜は、各膜内の様々なゾーンを効果的に分離する溝（例えば、くぼみ）及び／又は隆起部分を有し得る。非限定的な例では、溝は、膜の中心から生じる一連の同心円に配置され得る。別の例では、処理中に、基板を横切って加えられる圧力の分布を改善するために、溝及び隆起部分は不規則な形状（例えば、相互接続する円、非円形のくぼみ、膜の表面全体に散在する円形のパターン）であり得る。いくつかの実施形態では、ゾーンは、（複数の）弾性膜の１つ又は複数の関連ゾーンに温度制御された液体を適用することにより、基板の様々な領域で材料除去速度を制御又は調整するために使用できる。
いくつかの実施形態では、いずれか又は両方の弾性膜は、各ゾーンが各膜の裏側の単一の空洞からのみ圧力又は真空を受け取るように構成される単一ゾーン膜であり得る。「単一の空洞」は、共通の流体的連通における単一の容積として定義され、特定の形状に限定されない。空洞は、共通の流体的連通における小さな容積を含むことができ、これは、図８で容易に見ることない、部品間の相対的に小さな許容誤差の間に形成される。例えば、キャリア６００は、第１の弾性膜２５の第１の基板支持部とキャリア本体２１及び／又は外側支持板３６の一部との間の比較的小さな開放空間内に形成された単一の第１の膜空洞を含むことができる。第１の膜空洞は、液体源４１０から第１の弾性膜２５の第１の基板支持部の裏側への流体的連通を提供することができる。したがって、温度制御された液体を第１の弾性膜２５の裏側に沿って流すことにより、基板及び第１の弾性膜２５は、ＣＭＰプロセスにおいて冷却することができる。
いくつかの実施形態では、キャリア６００は、例えば、第２の弾性膜３０の第２の基板支持部と内側支持板３３との間に形成された単一の第２の膜空洞を含むことができる。第２の膜空洞は、液体が第１の膜空洞から第２の膜空洞に漏れないように、第１の膜空洞から流体的に隔離され得る。第１の膜空洞は、例えば、流体背圧調整器４４５を介して第１の弾性膜２５内の液体が加圧されると、容積が増加することができる。第２の膜空洞は、対応する第２の弾性膜３０がＣＤＡで加圧されると、容積が増加することができる。
いくつかの実施形態では、第２の弾性膜３０の底面及び／又は第１の弾性膜２５の上面は、テクスチャ及び／又は液体流路を含むことができる。テクスチャ及び／又は液体流路は、液体が第１の弾性膜２５と第２の弾性膜３０との間に流れることを可能にして、液体が第２の弾性膜３０と重なる基板の領域を冷却することを可能にし得る。
（シリコン基板と炭化ケイ素基板の比較例）
シリコン基板と炭化ケイ素基板の違いにより、各タイプのプロセスで実行されるＣＭＰプロセスに関連する多数のパラメータは異なる場合がある。パラメータのこれらの変動の結果、本開示の態様で冷却するように設計されている炭化ケイ素ＣＭＰは、過剰な熱が発生する可能性がある。以下の表１は、典型的なシリコン基板と炭化ケイ素基板のＣＭＰプロセスの値の例をまとめたものである。
Figure 2022538107000002
炭化ケイ素基板のＣＭＰに使用されるパラメータは、特定の実装によって異なる場合がある。いくつかの実装形態では、炭化ケイ素基板の処理中に、基板キャリアヘッドは、シリコンに使用される回転速度の典型的な範囲を超える速度で回転することがある。例えば、炭化ケイ素基板を研磨するために、基板キャリアヘッドは、約１００ｒｐｍを超え、約１１０ｒｐｍを超え、約１２５ｒｐｍを超え、約１５０ｒｐｍを超え、又は約１７５ｒｐｍを超えて最大約２００ｒｐｍの速度、又はそれらの間の任意の範囲の速度で回転する可能性がある。
基板に加えられる圧力はまた、シリコン基板の研磨と比較して、炭化ケイ素基板の研磨の典型的な範囲を超える可能性がある。ここで、例えば、炭化ケイ素基板を研磨するために、制御システム４４０は、液圧を、約６ｐｓｉを超え、約７ｐｓｉを超え、約８ｐｓｉを超え、約９ｐｓｉを超え、約１０ｐｓｉを超え、約１１ｐｓｉを超え、約１２ｐｓｉを超え、約１３ｐｓｉを超え、又は約１４ｐｓｉを超えて最大約１５ｐｓｉの圧力、又はそれらの間の任意の範囲に制御することができる。
シリコン基板の典型的な研磨において、温度は、環境の周囲温度（例えば、室温）を大幅に上回ったり下回ったりしない。しかしながら、炭化ケイ素基板の能動的な温度制御（例えば、冷却）を使用しない場合、炭化ケイ素基板及び研磨パッドの温度は、約１００°Ｆを超えて上昇する可能性がある。本開示の態様に従って基板（例えば、炭化ケイ素基板）を冷却することにより、基板と研磨パッドの温度は、能動的な温度制御なしで発生するプロセスの温度と比較して、約１０°Ｆを超え、２０°Ｆを超え、３０°Ｆを超え、４０°Ｆを超え、５０°Ｆを超え、６０°Ｆを超え、７０°Ｆを超え、８０°Ｆを超え、９０°Ｆを超えて最大１００°Ｆ、又はそれらの間の任意の範囲の温度だけ低下する可能性がある。他の場所で述べたように、いくつかのプロセスにおいて温度を制御して、温度を低下させるか、又は温度を所望の目標に維持することだけでなく、温度を上昇することも有利である可能性があると予想される。したがって、いくつかの実施形態では、ＣＭＰプロセスの温度は、所望の目標温度の（プラス又はマイナス）０°Ｆ、１０°Ｆ、２０°Ｆ、３０°Ｆ、４０°Ｆ、５０°Ｆ、６０°Ｆ、７０°Ｆ、８０°Ｆ、９０°Ｆ、又は１００°Ｆ以内、又はそれらの間の任意の範囲に制御することができる。
本明細書の実施形態は、減少した厚さの基板の処理を可能にすることができる。例えば、炭化ケイ素基板はまた、約６００～８００μｍの典型的なシリコン基板の厚さよりも薄い厚さを有し得る。例えば、炭化ケイ素基板は、約６００μｍ未満、約５００μｍ未満、約４５０μｍ未満、約４００μｍ未満、最小約３５０μｍの厚さ、又はそれらの間の任意の範囲の厚さを有し得、又はいくつかの実施形態では、約３５０μｍの厚さを有し得る。
本明細書の実施形態を使用する炭化ケイ素基板の研磨はまた、シリコン基板の典型的な材料除去速度よりも低い速度を使用することを可能にし得る。例えば、炭化ケイ素基板に実施され得る材料除去速度は、約５０μｍ／ｈ未満、４０μｍ／ｈ未満、３０μｍ／ｈ未満、２０μｍ／ｈ未満、１０μｍ／ｈ未満、最低５μｍ／ｈ、及びそれらの間の任意の範囲である可能性がある。
本明細書の実施形態を使用する炭化ケイ素基板の研磨はまた、１００～２００ｍｌ／ｍｉｎのシリコン基板の研磨の典型的なスラリー流量よりも低い流量を使用することを可能にし得る。例えば、スラリー送給システム１４０は、約１００ｍｌ／ｍｉｎ未満、約９０ｍｌ／ｍｉｎ未満、約７５ｍｌ／ｍｉｎ未満、約６０ｍｌ／ｍｉｎ未満、最低約５０ｍｌ／ｍｉｎ、又はそれらの間の任意の範囲の流量で炭化ケイ素基板に処理スラリーを送給することができる。
本明細書で使用される場合、「シリコンウェーハ」又は「シリコン基板」に関する「シリコン」は、シリコンウェーハを形成する際に使用される従来の材料を指し、これは通常、高純度の単結晶材料である。本明細書の実施形態は、炭化ケイ素基板などの従来のシリコン基板よりも高い硬度の基板の処理を可能にすることができる。例えば、硬度（モース硬度）が約７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、１１を超え、それらの間の任意の範囲での基板を含めて、破損を減らして処理することができる。いくつかの実施形態では、約１１を超える硬度（モース硬度）を有する基板を処理することができる。いくつかの実施形態では、約８．５～１０、又は９～９．５の間の硬度（モース硬度）を有する基板を処理することができる。シリコン基板中のシリコンの硬度よりも高い硬度を有する基板を処理することができる。シリコン基板内のシリコンではない基板を処理することができる。いくつかの実施形態では、プロセスの温度制御を提供するために、シリコン基板を含めることができる。更に、シリコン又は炭化ケイ素基板以外の基板を実装することができる。
（剛性ウェーハ支持板を備えた液冷式ＣＭＰシステム）
本開示の態様は、弾性膜を使用しない他のＣＭＰシステムにも適用することができる。例えば、図９～図１２は、本開示の態様に係る、基板の温度を制御するための基板キャリアシステム（例えば、図４Ａ又は図４Ｂのシステム）の一部として使用することができる「剛性バック」基板キャリアの一実施形態を示す。特に、図９は、本開示の態様に係る、基板の温度を制御するための基板キャリアシステムの一部として使用することができる基板キャリアの別の実施形態の斜視図である。図１０は、図９の線Ａ－Ａに沿って取られた、図９の基板キャリアの断面図である。図１１は、図９の線Ｂ－Ｂに沿って取られた、図９の基板キャリアの別の断面図である。図１２は、図１０の線Ｃ－Ｃに沿って取られた、底板の別の断面図である。
図９及び図１０を参照すると、入口ライン及び出口ライン８０５は、ウェーハ支持板３１０を通って液体を循環させるための経路を提供する。支持板は、一体に接合されて、それらの間に液体空洞（例えば、液体冷却通路）８１５を形成することができる上部板及び下部板を含む。上部板と下部板を一体に接合して、例えば、炉内ろう付け（ｆｕｒｎａｃｅ ｂｒａｚｉｎｇ）によって継ぎ目８１０を形成することができる。液体冷却通路８１５は、下部板に機械加工することができ、そして、下部板と上部板を一体に炉内ろう付けして、密封された液体冷却通路８１５を形成することができる。図３及び図８に示される実施形態と同様に、基板キャリアヘッドは、キャリアヘッドの様々な部品を支持するためのキャリア本体２１を含むことができる。キャリアヘッドは、キャリア本体２１に取り付けられた基板保持器２０を含むことができる。支持板３１０は、キャリア本体２１及び基板保持器２０のそれぞれに取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、板３１０の全周（板３１０の上部を含む）は、保持器２０及び／又は本体２１によって取り囲まれ得る。
図９～図１２の実施形態では、支持板３１０及び基板保持器２０は、弾性膜を使用せずに基板を保持及び支持することができる。いくつかの実施形態では、基板キャリアは弾性膜を含まないので、基板キャリアは剛性であり得る。図示されていないが、キャリアフィルムは、基板と支持板３１０との間にクッションを提供するために、支持板３１０と基板との間に含まれ得る。図１２に示されるように、液体冷却通路は、支持板３１０のどの部分も液体冷却通路から閾値距離を超えないように、支持板３１０の実質的に全領域をカバーするように経路指定され得る。液体冷却通路は、支持板３１０の底板及び上部板のうちの１つ又は複数に機械加工することができる。これによって、基板キャリアは、弾性膜の実施形態に関連して上記で記載されたように、基板（炭化ケイ素又は他の材料で形成された基板など）の温度制御（例えば、冷却）を提供するために使用することができる。例えば、膜空洞３６０が液体冷却通路で置き換えられている、図４Ａ又は図４Ｂに示されているものと同様のシステムを使用して、ＣＭＰ中に基板を冷却するための液体を循環又は再循環させることができる。
（温度制御された研磨パッドを備えたＣＭＰシステム）
上記で記載されたように、化学機械研磨機は、下向きの力（圧力）、プラテン速度（摩擦）、及び研磨剤の化学的性質の組み合わせを使用して、多くの異なる基板から材料を除去することができる。これらの材料には、シリコン、ＡｌＴｉＣ、ＧａＳｉ、ＳｉＣ、ガラス、石英、及びその他の材料が含まれるが、これらに限定されない。ウェーハに加えられる圧力と摩擦の量は、ウェーハが接触しているパッドの温度によって制限される可能性がある。高温はパッドの故障を引き起こし、変形、溶融、グレージング、及び化学的性質（例えば、スラリーの化学的性質）の破壊を引き起こす可能性がある。したがって、特定の実施方式では、除去の量及び／又は速度は、機械的システムではなく、プロセスによって生成された熱を除去することができないことによって制限される。熱を効果的に除去できれば、機器の機械的システムを限界まで押し上げて、除去速度を上げることができる。これにより、スループットが向上し、現在利用できないプロセスを実行できるようになる。
図１３は、ポリウレタンの熱伝導率を温度の関数として示すプロットである。特に、図１３は、ポリウレタンパッド内の熱の熱管理が困難である理由を示す。バルクポリウレタンは熱伝導率（λ）が比較的低いため、ポリウレタンパッドを使用するときに熱管理が難しい場合がある。特定の実施形態では、これらのパッドの通常の動作温度は、２９３Ｋ（２０℃）と３２３Ｋ（５０℃）との間で０．０２２５～０．０２７５Ｗ／ｍＫである。
プラテンの冷却を使用しても、プラテンへの熱伝導によって除去できるパッドの熱量には制限がある場合がある。更に、対流及び放射による熱の除去は、パッドの典型的な動作温度では無視できる場合がある。
図１４Ａは、ＩＣ１０００微細多孔性ポリウレタン（ＭＰＵ）研磨パッドのＳＥＭ画像８３０である。図１４Ｂは、本開示の態様に係る、ＣＭＰ中の研磨パッド８３２及びウェーハ８３４の断面図である。例示的なＩＣ１０００微細多孔性ポリウレタン（ＭＰＵ）パッド８３２に微細孔が存在すると、熱伝導率（λ）が大幅に低下する可能性がある。パッド８３２から熱を除去するために使用できる１つの技術は、パッド８３２の表面を冷却することである。いくつかの実施形態では、液体を使用してパッド８３２を冷却することができる。例えば、水は非常に優れた冷却媒体である。しかしながら、１０ｍｌ／ｍを超える量の水を使用すると、ウェーハ８３４を研磨するために使用されるスラリー８３６を希釈し、除去速度を低下させることによって圧力８３８及び速度８４０の増加の利点を打ち消す可能性がある。
追加された液体が表面を希釈するのを防ぐために、液体の蒸発潜熱を利用する方法で液体（水など）を送給することができる。水は約２２６０Ｊ／ｇの蒸発潜熱を有するため、パッド表面の冷却に適している。したがって、少量の水を使用してパッドを冷却することができ、それにより、スラリー８３６の化学的性質に実質的に影響を与えることなくパッドを冷却することができる。いくつかの実施形態では、スラリー８３６の化学的性質の変化による除去速度の低下を考慮する場合、パッドを冷却するために使用される水の量は、除去速度の正味の改善をもたらすのに十分に少ない可能性がある。
図１５は、本開示の態様に係る、霧化器システムを含む基板処理システムの概略図である。図１５に示されるように、システムは、液体を霧化し、（プラテン９１５に固定することができる）パッド９１０の大きな表面積にわたって液体の非常に薄い層を広げて、水を蒸発させ、パッド９１０の表面から熱を直接的に引き出すことを可能にするように構成された霧化器９０５を含むことができる。１つの実施形態の除去された熱の量（ワット）は、０．１ｍｌ／ｓの流量×２２６０Ｊ／ｇ＝２２６Ｗである。電流計を備えた熱板を使用した実験では、例示的な０．１ｍｌ／ｓの流量に対して、ワット数の実際の値が２０４Ｗであることが示された。以下に提供される様々な例において、霧化器９０５を含むシステムは、パッドの温度を１４℃（２５．２°Ｆ）低下させることができた。
（液体霧化器を使用したパッドの冷却の比較例）
以下に、本明細書に記載の液体冷却を使用して研磨パッドの冷却を試験するために実行されるいくつかの実験についての実験データを提供する。以下に示す実験１、２、４、及び５のそれぞれについて、ＡｌＴｉＣで形成されたウェーハを使用した。
実験１を表１（高圧、高速、冷却装置によるプラテンへの冷却なし、キャリアの冷却なし、霧化器なし）に示す。
Figure 2022538107000003
実験２を表２（高圧、高速、冷却装置によるプラテンへの冷却なし、キャリアの冷却なし、霧化器起動）に示す。
Figure 2022538107000004
図１６は、実験３のＳｉウェーハの霧化器ノズル適用前及び適用後の規準化された除去速度と温度を示すプロットである。
実験４を表３（高圧、高速、冷却装置によるプラテンへの冷却なし、キャリアの冷却開始、霧化器なし）に示す。
Figure 2022538107000005
実験５を表４（高圧、高速、冷却装置によるプラテンへの冷却なし、キャリアの冷却開始、霧化器起動）に示す。
Figure 2022538107000006
（保持リングを備えたＣＭＰシステム）
図１７は、保持リングを使用するＣＭＰシステムのリング圧力（ｐｓｉ）とプラテン温度（℃）との間の関係を示すプロットである。図１７に示されるように、リング圧力とプラテン温度との間には実質的に線形の関係がある。
例示的な実施形態では、保持リングは、１８．９平方インチの表面積を有し得る。この実施形態の保持リングに加えられる約２４０ポンドの命令された下向きの力は、パッド表面上に約１２．７ｐｓｉの圧力をかけることができる。いくつかの実施形態では、システムは、命令された圧力（例えば、ｐｓｉ単位）をリングに提供することができる。１つの実施形態では、リングへの各ｐｓｉの圧力は２４ポンドの力になる。表面積が約５平方インチの別の保持リングを使用して保持リングの接触面積を減少させると、パッドに約４８ｐｓｉの圧力をかけることができる。保持リングと研磨パッドの間の接触面積が減少すると、研磨中に発生する熱も減少する可能性があり、これは、炭化ケイ素ウェーハなどの特定のウェーハにとって特に有利である。したがって、下向きの力が保持リングの利用可能な表面積全体に広がるので、パッド圧力は保持リングの表面積に関連している可能性がある。保持リングの接触面積を減少させることによる効果の１つは、保持リングの摩耗（ｗｅａｒ）が増加することであり得る。例えば、保持リングの表面積が小さくなり、加えられる圧力が高くなると、保持リングの摩耗が速くなる可能性がある。
保持リングの増加した摩耗は、パッドと接触している保持リングの部分の材料を、耐摩耗性のより優れた硬い材料に変更することによって、少なくとも部分的に軽減することができる。しかしながら、保持リングにそのような硬い材料を使用すると、ウェーハの脆弱性のためにウェーハが破損する可能性がある。特定のタイプのウェーハは壊れやすいため、保持リングに硬い材料を使用すると破損する可能性が高くなる。図１８は、階段状の形状を有する保持リング１０００を示す。図示されていないが、特定の実施形態では、保持リング１０００は、２つの異なる材料で形成することができる。ウェーハがリングに接触している場合、特に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの別の材料を使用して、保持リングがウェーハを破壊するのを防ぎながら、保持リングの摩耗を減らすことができる。
保持リングの摩耗を低減するために、本明細書に開示されるＣＭＰプロセスは、低表面積及びツーピース構造を有する保持リング１０００を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、保持リングは、１５０ｍｍのキャリアに対して１５平方インチ未満、１２平方インチ未満、１０平方インチ未満、８平方インチ未満、又は５平方インチ未満の表面積を有し得る。例えば、保持リング１０００は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、ステンレス鋼などの、硬く、摩耗率が低い外部材料を含むことができる。保持リング１０００は、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、Ｔｏｒｌｏｎ（登録商標）、Ｒｕｌｏｎ（登録商標）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、Ｕｌｔｅｍポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＥ）などの、基板接触と適合性のある設計されたポリマーを有する内部材料を更に含むことができる。
十分な硬度を有する外部材料を使用することで、ＣＭＰ中のリングの摩耗を最小限に抑え、保持リングの耐用年数を延ばすことができる。図５に示されるように、保持リングはまた、保持リングの面と研磨パッドとの間の接触によって発生する熱を低減するために、接触面積を低減するための階段状の接触面を有することができる。
（まとめ）
本明細書に記載の霧化システムは、ＣＭＰシステムの研磨パッドを冷却するため、あるいは研磨パッドからエネルギー及び／又は熱を除去するための任意のタイプの霧化システムの使用を含む。霧化システムは、オリフィスを介して任意の圧縮ガスと組み合わせて任意の液体媒体を使用して、パッドを冷却すること、あるいはパッドからエネルギー及び／又は熱を除去することができ、それによって、ＣＭＰ中の除去速度をより高くすることが可能になる。本開示の態様はまた、パッドを冷却するため、あるいは研磨パッドからエネルギー及び／又は熱を除去するための任意の断熱冷却システムの使用に関する。霧化器を使用する場合、システムは、ＣＭＰ中にパッド表面の温度を制御するための追加の手段としての霧化された流体の温度を制御するように更に構成することができる。本開示の更なる別の態様は、ＣＭＰプロセス及び消耗品に悪影響を与えることなくパッド表面を冷却するための追加の手段としての渦冷却ノズルを通って流れる冷却及び／又は温度制御ガス（圧縮空気など）の適用に関する。
「例示的」という言葉は、本明細書では、「例、事例、又は実例として」ことを意味するために使用される。本明細書で「例示的」として記載される任意の態様又は実施形態は、必ずしも他の態様又は実施形態よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。新規のシステム、装置、及び方法の様々な態様は、添付の図面を参照して以下により完全に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具体化され得るものであり、本開示全体を通して提示される特定の構造又は機能に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が徹底的かつ完全であり、当業者に本開示の範囲を完全に伝えるように提供されている。本明細書の教示に基づいて、当業者は、本開示の範囲が、記載された他の態様とは独立して、又は組み合わせて実施されるかどうかにかかわらず、本明細書に開示される新規のシステム、装置、及び方法の任意の態様をカバーすることを意図することを理解すべきである。例えば、本明細書に記載の任意の数の態様を使用して、装置を実現することができ、又は方法を実施することができる。更に、本開示の範囲は、本明細書に記載の本開示の様々な態様に加えて、又はそれ以外の他の構造、機能、又は構造及び機能を使用して実施されるそのような装置又は方法をカバーすることを意図している。本明細書に開示される任意の態様は、請求項の１つ又は複数の要素によって具体化され得ることを理解されたい。
また、この特許で「本明細書で使用される場合、用語…は、本明細書では、…を意味するように定義される」という文又は同様の文を使用して用語が明示的に定義されていない限り、その用語の意味を、その明白な又は通常の意味を超えて、明示的又は暗示的に制限する意図はなく、そして、このような用語は、この特許のいずれかの箇所（請求項の文言を除く）で行われた陳述に基づいて範囲が限定されると解釈されるべきではない。本特許の最後の特許請求の範囲に記載されている用語が単一の意味と一致する形で本特許に言及されている限り、読者を混乱させないように明確にするためにのみ行われ、そのような請求項用語が、暗示又はその他の方法で、その単一の意味に限定されることを意図するものではない。
「できる」、「可能である」、「し得る」、又は「してもよい」などの条件付きの言葉は、特に明記されない限り又は使用される文脈の中で他の解釈がなされない限り、いくつかの特徴、要素、及び／又はステップを、いくつかの実施形態が含むがそれ以外の実施形態が含まないことを伝えることを一般的に意図する。したがって、そのような条件付きの言葉は、１つ以上の実施形態で特徴、要素、及び／又はステップが何らかの形で必須であるか、或いは１つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素及び／又はステップが任意の特定の実施形態に含まれるか又はそれらが任意の特定の実施形態に実行されるかを、ユーザ入力又はプロンプトの有無にかかわらず決定するためのロジックを必ず含むことを示唆することを一般的に意図していない。
「Ｘ、Ｙ、及びＺの少なくとも１つ」という語句などの接続的表現は、特に指定がない限り、項目、用語などがＸ、Ｙ、又はＺのいずれかであり得ることを伝えるために一般的に使用される文脈で理解される。したがって、このような接続的表現は、一般的に、特定の実施形態が少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ、及び少なくとも１つのＺの存在を必要とすることを意味することを意図するものではない。
本明細書で使用される「およそ」、「約」、「一般的に」、及び「実質的に」という用語などの程度の言語は、依然として望ましい機能を実行し、及び／又は望ましい結果を達成する記載された値、量、又は特性に近い値、量、又は特性を表す。例えば、「およそ」、「約」、「一般的に」、及び「実質的に」という用語は、所望の機能又は目的の結果に応じて、記載された量の１０％未満、５％未満、１％未満、０．１％未満、及び／又は０．０１％未満の範囲内の量を意味し得る。
特定の実施形態が説明されてきたが、これらの実施形態は単なる例として提示されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。実際に、本明細書に記載の新規の方法及びシステムは、他の様々な形態で具体化することができる。更に、本明細書に記載のシステム及び方法の様々な省略、置換、及び変更は、本開示の精神から逸脱することなく行うことができる。付随する特許請求の範囲及びそれらの同等物は、本開示の範囲及び精神に含まれるような形式又は修正をカバーすることを意図している。
特定の態様、実施形態、又は例に関連して説明される特徴、材料、特性、又はグループは、互換性がない場合を除き、この箇所又はこの仕様の他の箇所に記載される他の任意の態様、実施形態、又は例に適用可能であると理解されるべきである。本明細書に開示されているすべての特徴（付随する特許請求の範囲、要約及び図面を含む）、及び／又はそのように開示されている任意の方法又はプロセスのすべてのステップは、そのような機能及び／又はステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。保護は、前述のいかかる実施形態の詳細に限定されない。保護は、本明細書に開示された特徴（付随する特許請求の範囲、要約及び図面を含む）の任意の新規のもの、又は任意の新規の組み合わせにまで及び、又はそのように開示された任意の方法又はプロセスのステップの任意の新規のもの、又は任意の新規の組み合わせにまで及ぶ。
また、本開示の単独の実施形態の文脈で記載されている特定の機能は、単一の実施形態で組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で記載されている様々な機能は、複数の実施形態で個別に、又は任意の適切な部分組合せで実施することもできる。更に、特徴は特定の組み合わせで機能するものとして上記で記載されている場合があるが、請求された組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、場合によっては、組み合わせから削除することができ、その組み合わせは、部分組合せ又は部分組合せの変形として請求することができる。
更に、操作は、特定の順序で図面に描かれるか又は明細書に記載されるが、望ましい結果を達成するために、このような操作は、示されている特定の順序又は順番に実行される必要はなく、すべての操作を実行する必要もない。図示又は記載されていない他の操作は、例示的な方法及びプロセスに組み込むことができる。例えば、１つ以上の追加の操作を、記載されている操作の前に、後に、同時に、又はそれらの間に実行できる。更に、他の実施形態では、操作を再配置又は順序再設定することができる。当業者は、いくつかの実施形態では、図示及び／又は開示されるプロセスにおいて取られる実際のステップが図に示されるものとは異なる可能性があることを理解するであろう。実施形態に応じて、上記で記載された特定のステップを除去することができ、他のステップを追加することができる。更に、上記で開示された特定の実施形態の特徴及び属性は、異なる方法で組み合わされて、追加の実施形態を形成することができ、それらはすべて、本開示の範囲内に入る。また、上記で記載された実施形態における様々なシステム部品の分離は、すべての実施形態でそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではない。また、記載されている部品とシステムが、通常、単一の製品に統合することも、複数の製品にパッケージ化することもできることを理解されたい。例えば、本明細書に記載のエネルギー貯蔵システムの任意の部品は、別々に提供することも、一体に統合して（例：一体にパッケージ化されて、又は一体に取り付けられて）エネルギー貯蔵システムを形成することもできる。
本開示の目的のために、特定の態様、利点、及び新規の特徴が本明細書に記載されている。必ずしもすべてのそのような利点が特定の実施形態に従って達成され得るとは限らない。したがって、例えば、当業者は、本明細書で教えられたり示唆されたりするような他の利点を必ずしも達成することなく、本発明が、本明細書で教示されるような１つの利点又は利点のグループを達成する方法で具体化又は実行され得ることを認識するであろう。
本明細書に提供される見出しは、もしあれば、便宜上のものであり、本明細書に開示される装置及び方法の範囲又は意味に必ずしも影響を及ぼさない。
本開示の範囲は、この箇所又は本明細書の他の箇所における好ましい実施形態の特定の開示によって限定されることを意図するものではなく、この箇所又は本明細書の他の箇所に提示されているように、又は将来提示されるように、特許請求の範囲によって定義され得る。特許請求の範囲の文言は、特許請求の範囲で使用されている文言に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書に記載されている又は出願の審査中の例に限定されなく、これらの例は非排他的であると解釈されるべきである。

Claims (42)

  1. キャリア本体と、
    基板を受け取るように構成された開口を含む、前記キャリア本体に取り付けられた基板保持器と、
    前記基板の表面に接触するように構成された第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する弾性膜と、
    前記第２の表面に沿って形成された膜空洞と、
    液体が前記膜空洞に流入することを可能にするように構成された入口と、
    液体が前記膜空洞から流出することを可能にするように構成された出口と、
    を含む、基板キャリアヘッド。
  2. 前記出口は、前記入口よりも前記キャリア本体の中心から半径方向の位置に位置する、請求項１に記載の基板キャリアヘッド。
  3. 前記入口は、前記キャリア本体のほぼ中心に位置する、請求項２に記載の基板キャリアヘッド。
  4. 前記弾性膜の幅よりも狭い幅を有する二次弾性膜を更に含む、請求項１に記載の基板キャリアヘッド。
  5. 前記弾性膜と前記キャリア本体との間にある液密シールを更に含む、請求項１に記載の基板キャリアヘッド。
  6. 基板キャリアヘッドであって、
    キャリア本体と、
    前記キャリア本体に取り付けられた、前記キャリア本体に基板を保持するように構成された基板保持器と、
    前記基板の表面に接触するように構成された第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する弾性膜と、
    前記第２の表面に沿って形成された、液体が前記第２の表面に沿って流れることを可能にするように構成された膜空洞と、
    を含む、基板キャリアヘッドと、
    前記膜空洞を通る前記液体の圧力及び流量の少なくとも１つを調整するように構成された制御システムと、
    を含む、基板キャリアシステム。
  7. 前記基板キャリアヘッドは、
    液体が前記膜空洞に流入することを可能にするように構成された入口と、
    液体が前記膜空洞から流出することを可能にするように構成された出口と、
    を更に含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  8. 前記制御システムは、前記液体を前記出口から前記入口に再循環させるように更に構成される、請求項７に記載の基板キャリアシステム。
  9. 前記出口は、前記入口よりも前記キャリア本体の中心から半径方向の位置に位置する、請求項７に記載の基板キャリアシステム。
  10. 前記入口は、前記キャリア本体のほぼ中心に位置する、請求項９に記載の基板キャリアシステム。
  11. 前記制御システムは、前記液体を周囲温度未満に冷却するように更に構成される、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  12. 前記膜空洞に流体的に接続された液体源
    を更に含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  13. 前記基板キャリアヘッドは、
    前記弾性膜の幅よりも狭い幅を有する二次弾性膜
    を更に含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  14. 前記弾性膜は、実質的に完全に無孔である、請求項１３に記載の基板キャリアシステム。
  15. 前記制御システムは、液圧を制御するように構成された流体背圧調整器を含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  16. 前記制御システムは、前記液圧を制御するために前記流体背圧調整器に信号を提供するように構成された空気圧調整器を更に含む、請求項１５に記載の基板キャリアシステム。
  17. 前記空気圧調整器に流体的に接続された空気源
    を更に含む、請求項１６に記載の基板キャリアシステム。
  18. 前記膜空洞内の液体に負圧を提供するように構成された液体吸引器
    を更に含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  19. 前記基板をさらに含み、前記基板が炭化ケイ素ウェーハである、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  20. 前記液体をさらに含み、前記液体が水を含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  21. 前記制御システムは、前記基板キャリアヘッドを、１００ｒｐｍを超える速度で回転させるように更に構成される、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  22. 前記制御システムは、前記液圧を、６ｐｓｉを超える圧力に制御するように更に構成される、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  23. 前記制御システムは、化学機械研磨（ＣＭＰ）中に前記基板の温度を１００°Ｆ未満に制御するように更に構成される、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  24. 前記基板をさらに含み、前記基板は厚さが６００μｍ未満である、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  25. １００ｍｌ／ｍｉｎ未満の速度で処理スラリーを前記基板に送給するように構成されたスラリー送給システムを更に含む、請求項６に記載の基板キャリアシステム。
  26. 基板の化学機械研磨（ＣＭＰ）中に前記基板を冷却する方法であって、
    キャリアヘッドのキャリア本体に取り付けられた基板保持器の開口内に基板を保持するステップと、
    前記キャリアヘッド内の膜空洞に液体を供給するステップと、
    弾性膜の第１の表面に沿って前記膜空洞内に前記液体を流すステップと、
    を含む、方法。
  27. 前記膜空洞を通る前記液体の圧力及び流量の少なくとも１つを調整するステップ
    を更に含む、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記液体を、入口を通って前記膜空洞に流入させるステップと、
    前記液体を、出口を通って前記膜空洞から流出させるステップと、
    を更に含む、請求項２６に記載の方法。
  29. 前記液体を前記出口から前記入口に再循環させるステップ
    を更に含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記液体を周囲温度未満に冷却するステップ
    を更に含む、請求項２６に記載の方法。
  31. 前記膜空洞内の前記液体の前記流量及び前記圧力の少なくとも１つを選択された値に制御するステップ
    を更に含む、請求項２６に記載の方法。
  32. 前記制御するステップは、前記膜空洞の下流に配置された流体背圧調整器を介して前記液体の前記圧力を制御することを含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記弾性膜に対して前記基板を吸引するために前記液体に負圧を提供するステップ
    を更に含む、請求項２６に記載の方法。
  34. キャリア本体と、
    基板を受け取るように構成された開口を含む、前記キャリア本体に取り付けられた基板保持器と、
    前記基板の前記開口に隣接して形成された液体空洞と、
    液体が前記液体空洞に流入することを可能にするように構成された入口と、
    液体が前記液体空洞から流出することを可能にするように構成された出口と、
    を含む、基板キャリアヘッド。
  35. 研磨パッドと、
    前記研磨パッドに対してウェーハを保持するように構成された基板キャリアヘッドと、
    液体を霧化し、霧化された前記液体の層を前記研磨パッドの表面積に広げて、前記液体を蒸発させ、前記研磨パッドの表面から熱を直接的に引き出すように構成された霧化器と、
    を含む、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム。
  36. 前記霧化器は、圧縮ガスを前記液体と合わせて、オリフィスを通して前記液体を強制的に霧化するように更に構成される、請求項３５に記載のＣＭＰシステム。
  37. 前記研磨パッドは、ポリウレタンで形成される、請求項３５に記載のＣＭＰシステム。
  38. 前記研磨パッドに提供される液体の量が、前記研磨パッドに塗布されるスラリーの化学的性質の変化による除去速度の大幅な低下を防ぐのに十分に少ない、請求項３５に記載のＣＭＰシステム。
  39. 階段状の形状を有する保持リングを更に含む、請求項３５に記載のＣＭＰシステム。
  40. 前記保持リングは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で形成される、請求項３９に記載のＣＭＰシステム。
  41. 前記保持リングは、ツーピース構造を有する、請求項３５に記載のＣＭＰシステム。
  42. 前記保持リングは、１５平方インチ未満の表面積を有する、請求項３５に記載のＣＭＰシステム。
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