JP2023094608A - 凹部およびキャップを有する研磨ヘッドアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】研磨プロセスにおいて、ウェハの厚み形状を調整することで、平坦度パラメータを最適化する研磨装置を提供する。【解決手段】半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリ４００は、研磨ヘッド２１０とキャップ２４０と、を含む。研磨ヘッドは、底部２１４に沿った凹部２３８を有し、凹部は凹面２１６を有する。キャップは、凹部内に配置されており、研磨ヘッドに固定された環状壁２５０と、接合部で環状壁に接合されたフロア２４２と、を備える。フロアは、環状壁を横切って延び、頂面２４４と、底面２４６と、を有し、頂面は、凹面から間隔を開けて配置され、頂面と凹面との間にチャンバ２０２を形成している。フロアのうち接合部２９０に近接する部分の変形抵抗は、チャンバ内の圧力変化によりフロアのうち接合部に近接する部分が研磨ヘッドに対して撓むことを許容するように、弱められている。【選択図】図４

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６３／２６５９５１号に基づく優先権を主張する。なお、優先権の基礎とした出願の全ての開示は、全体として参照により本出願に組み込まれる。

本開示は、概して半導体ウェハの研磨、特に凹部およびキャップを有する研磨ヘッドアセンブリに関する。

半導体ウェハは、通常、回路が印刷される集積回路（ＩＣ）チップの製造に使用される。まず、ウェハの表面に回路が小型化された状態で印刷される。その後、ウェハが分割されて回路チップになる。この小型化された回路には、ウェハの全面に回路を適切に印刷することを保証するために、各ウェハの表面および裏面が極めて平坦で平行であることが要求される。これを達成するため、ウェハがインゴットから切り出された後、ウェハの表面および裏面の平坦度および平行度を向上させるために研削および研磨プロセスが通常用いられる。電子線リソグラフィプロセスまたはフォトリソグラフィプロセス（以下、「リソグラフィ」）によりウェハ上に小型化された回路を印刷するための準備として、ウェハが研磨される場合、特に良好な仕上げが要求される。小型化された回路が印刷されるウェハの表面は、平坦である必要がある。

研磨機は、典型的には、パッドの中心を通過する垂直軸を中心とする回転駆動のためのターンテーブルまたはプラテン上に取り付けられた円形または環状の研磨パッドと、ウェハを保持し、ウェハを研磨パッドに押し込むための機構とを含む。ウェハは、典型的には、例えば、液体の表面張力または真空／吸引を使用して、研磨ヘッドに取り付けられる。化学研磨剤と研磨粒子とを典型的に含む研磨スラリーは、研磨パッドとウェハの表面との間の研磨相互作用を大きくするために、パッドに塗布される。このタイプの研磨操作は、典型的には、化学的機械研磨（ＣＭＰ）と呼ばれる。

操作中、パッドが回転し、ウェハは、研磨ヘッドによりパッドに接触させられ、パッドに押し付けられる。操作中、パッドが回転し、ウェハは、研磨ヘッドによりパッドに接触させられ、パッドに押し付けられる。例えば、数百のウェハを研磨した後、パッドが摩耗すると、パッドは、もはや平坦ではなく、パッドの研磨面に沿って窪みを形成する摩耗した環状バンドを代わりに有するため、ウェハの平坦度パラメータは、低下する。そのようなパッドの摩耗は、ウェハの平坦度に影響を与え、「ディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）」もしくは「ドーミング（ｄｏｍｉｎｇ）」、またはそれらの組み合わせにより「Ｗ形状（ｗ－ｓｈａｐｅ）」を引き起こすことがある。

ウェハの平坦度が許容できなくなったとき、摩耗した研磨パッドは、新しいもの交換される。頻繁なパッドの交換は、購入、保管、および廃棄が必要なパッドの数のためだけではなく、研磨パッドを交換するために必要な相当量のダウンタイムのため、研磨装置の運用に大きなコストを追加する。

したがって、ドーミング、ディッシング、および＋／－Ｗ形状の研磨プロセスにおいて、ウェハの厚み形状を調整することで、平坦度パラメータを最適化することができる研磨装置が求められている。

この背景技術のセクションは、以下に説明および／またはクレームされる本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この議論は、本開示の様々な態様をより理解するための背景情報を読者に提供する上で有用であると考えられる。したがって、これらの記述は、この観点で読まれるべきであり、先行技術を認めるものではないことを理解されたい。

一態様では、半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリは、研磨ヘッドとキャップとを含む。研磨ヘッドは、底部に沿った凹部を有する。凹部は凹面を有する。キャップは、凹部内に配置されている。キャップは、研磨ヘッドに固定された環状壁と、接合部で環状壁に接合されたフロアとを備える。フロアは、環状壁を横切って延び、フロアは、上面と、下面とを有する。上面は、凹面から間隔を開けて配置され、上面と凹面との間にチャンバを形成している。フロアのうち接合部に近接（隣接）する部分の変形抵抗は、チャンバ内の圧力変化によりフロアのうち接合部に近接する部分が研磨ヘッドに対して撓むことを許容するように、弱められている。

他の態様では、半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリは、研磨ヘッドとキャップとを含む。研磨ヘッドは、頂部と、底部に沿った凹部とを有する。凹部は、凹面を有する。複数の穴が、頂部から凹面を貫通して延びている。キャップは、凹部内に配置されている。キャップは、複数の穴に対応する複数の開口を有する環状壁を有する。複数の穴と対応する複数の開口とは、環状壁を凹面に固定するためのファスナを受け入れる。カップは、接合部で環状壁に接合されたフロアを有する。フロアは、環状壁を横切って延びている。記フロアは、上面と、下面とを有しする。上面は、凹面から間隔を開けて配置され、上面と凹面との間にチャンバを形成している。フロアは、チャンバ内の圧力変化により研磨ヘッドに対して撓むことができる。フロアのうち接合部に近接する部分の変形抵抗は、フロアのうち接合部に近接する部分が研磨ヘッドに対して撓むことを許容するように、弱められている。

他の態様では、半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリは、研磨ヘッドとキャップとを含む。キャップは、研磨ヘッドに固定された環状壁と、接合部で環状壁に接合されたフロアとを備える。研磨ヘッドとキャップとは、研磨ヘッドとキャップのフロアとの間にチャンバを画定している。フロアは、チャンバ内の圧力変化に応じて研磨ヘッドに対して撓むことが可能な金属材料で形成されている。環状壁およびフロアのうちの少なくとも一方の厚みは、接合部に近接して薄くなっており、接合部に近接するフロアの変形抵抗を弱める。

上述した態様に関連して記載された特徴には、様々な改良が存在する。同様に、更なる特徴が、上述した態様に組み込まれてもよい。これらの改良および追加の特徴は、個別に存在してもよく、任意の組み合わせで存在してもよい。例えば、図示された実施形態のいずれかに関連して後述される様々な特徴は、上述した態様のいずれかに、単独または任意の組み合わせで、組み込まれてもよい。

図１は、研磨装置の部分的な模式的な正面図である。 図２は、図１に示す研磨装置に取り付けられ使用されるように適合された研磨ヘッドアセンブリの断面図である。 図３は、一部のみが下方に撓んだフロアを有する図１に示す研磨ヘッドアセンブリの断面図である。 図４は、図１に示す研磨装置に取り付けられ使用されるように適合された例示的な研磨ヘッドアセンブリの断面図である。 図４は、図１に示す研磨装置に取り付けられ使用されるように適合された他の例示的な研磨ヘッドアセンブリの断面図である。 図６は、図１に示す研磨装置に取り付けられ使用されるように適合されたさらに他の例示的な研磨ヘッドアセンブリの断面図である。 図７は、図１に示す研磨装置に取り付けられ使用されるように適合された別の例示的な研磨ヘッドアセンブリの断面図である。 図８は、図１に示す研磨装置に取り付けられ使用されるように適合された更に別の例示的な研磨ヘッドアセンブリの断面図である。

様々な図面における同様の参照符号は、同様の要素を示している。

一般的に、本開示の実施形態において、適切な基板「ウェハ」（「半導体ウェハ」または「シリコンウェハ」として参照されることがある）には、例えば、チョクラルスキープロセスまたはフロートゾーン法により形成された単結晶シリコンインゴットからウェハを切り出すことで得られるシリコンウェハなどの単結晶シリコンウェハが含まれる。各ウェハは、中心軸と、前面と、前面に平行な後面とを有する。前面および後面は、中心軸に対して概ね垂直である。前面と後面とは、周縁により接合されている。ウェハは、当業者による使用に適した任意の直径であってもよく、例えば、２００ミリメートル（ｍｍ）、３００ｍｍ、３００ｍｍ以上、または４５０ｍｍの直径のウェハを含む。

一実施形態では、予め粗研磨され、粗い前面および後面を有する半導体ウェハは、まず、後面はさておき、ウェハの前面が研磨され、平坦度パラメータが改善されるか、前面を滑らかにして扱い傷を除去する中間研磨操作に供される。この操作を実行するために、ウェハは、研磨ヘッドアセンブリに対して配置される。本実施形態では、ウェハは、表面張力により研磨ヘッドアセンブリに対して所定の位置に保持される。ウェハは、ウェハの前面が研磨パッドの研磨面に接触する状態で、研磨機のターンテーブル上に配置される。

研磨機に取り付けられた研磨ヘッドアセンブリは、ウェハを通って延びる軸に沿って垂直方向に移動することができる。ターンテーブルが回転している間、研磨ヘッドアセンブリは、ウェハに対して移動し、ウェハをターンテーブルに向けて付勢することにより、ウェハの前面を研磨パッドの研磨面に押し付ける。

研磨粒子および化学的エッチング液を含む従来の研磨スラリーが研磨パッドに塗布されている。研磨パッドは、ウェハの表面に対してスラリーを作用させ、ウェハの前面から材料を除去し、その結果、平滑性が改善された表面が得られる。一例として、中間研磨操作は、好ましくは、ウェハの前側から約１ミクロン未満の材料を除去する。

ウェハは、次に、仕上げ研磨操作を受ける。仕上げ研磨操作では、ウェハの前面が仕上げ研磨され、中間ステップでＤｕＰｏｎｔ Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＳｙｔｏｎ（登録商標）などの大きなサイズのコロイダルシリカによって生じた微細なまたは「マイクロ」傷が除去されて、高反射性で損傷のないウェハの前面が生産される。中間研磨操作では、一般に、仕上げ研磨操作よりも多くのウェハを除去する。ウェハは、上述したようにウェハを中間研磨するために使用される研磨機と同じ研磨機で仕上げ研磨されてもよい。しかし、仕上げ研磨操作のために別の研磨機が使用されてもよい。仕上げ研磨スラリーは、典型的には、アンモニアベースを有し、低濃度のコロイダルシリカが研磨パッドとウェハとの間に注入される。研磨パッドは、ウェハの前面に対して仕上げ研磨スラリーを作用させ、残存する傷およびくもりを除去し、ウェハの前面が概ね高反射性で損傷がない状態になる。

図１を参照すると、研磨装置の一部が模式的に示されており、概して１００で示されている。研磨装置１００は、半導体ウェハＷの前面を研磨するために使用されてもよい。他のタイプの研磨装置が使用されてもよいことが考えられる。

研磨装置１００は、ウェハ保持機構、例えば、バッキングフィルム１１０および保持リング１２０を有するテンプレートと、研磨ヘッドアセンブリ１３０と、研磨パッド１５０を有するターンテーブル１４０とを含む。バッキングフィルム１１０は、研磨ヘッドアセンブリ１３０と、ウェハＷを受け入れる保持リング１２０との間に配置されている。保持リング１２０は、研磨されるウェハＷを受け入れる少なくとも１つの円形の開口を有する。

本実施形態のウェハＷは、表面張力により、研磨ヘッドアセンブリ１３０に対して取り付けられ、保持される。表面張力を形成するために、湿潤飽和バッキングフィルム１１０は、感圧接着剤で研磨ヘッドアセンブリ１３０に取り付けられる。バッキングフィルム１１０および保持リング１２０は、テンプレートまたは「ウェハ保持テンプレート」を形成する。バッキングフィルム１１０は、一般に、軟質ポリマーパッドまたは他の適切な材料である。

次に、ウェハＷが湿潤飽和バッキングフィルム１１０に押し付けられることで、水または他の適切な液体の大部分が除去または絞り出される。水を絞り出すことで、ウェハは、表面張力およびウェハの露出した表面に作用する大気圧により、バッキングフィルム１１０上に保持される。水を絞り出すことで、ウェハが研磨ヘッドアセンブリ１３０に取り付けられる。

研磨ヘッドアセンブリ１３０の一部は、研磨ヘッドアセンブリ１３０に加えられる圧力の変化に応じて変形するのに十分な柔軟性を有しており、ウェハが湿潤飽和テンプレート内に押し込まれたときに変形しないのに十分な剛性を有している。表面張力は、ウェハの表面上に一定の保持力を提供する。この一定の保持力により、ウェハに隣接する研磨ヘッドアセンブリ１３０の任意の変形が、ウェハの比例変形に直接変換される。

表面張力によるウェハＷの保持は、可撓性膜または真空を使用して研磨ヘッドアセンブリに対してウェハを保持する他の既知の機構とは異なる機能を有する。可撓性膜は、当該技術分野で知られているように、ウェハが可撓性膜上で押されたときに、ウェハと可撓性膜との間に空間または真空ポケットを形成するように変形する。これらの真空ポケットにより、膜がウェハをピックアップすることができる。他の膜は、ウェハをピックアップすうるための低圧領域を作るために、真空に接続された真空穴を有する。

研磨装置１００は、研磨ヘッドアセンブリ１３０に力を加えて、研磨ヘッドアセンブリ１３０を垂直方向に移動させ、ウェハＷおよびターンテーブル１４０に対して研磨ヘッドアセンブリ１３０を上昇または下降させる。上方向の力は、研磨ヘッドアセンブリ１３０を上昇させ、下方向の力は、研磨ヘッドアセンブリ１３０を下降させる。上述したように、ウェハＷに対する研磨ヘッドアセンブリ１３０の下方向への垂直移動は、ウェハをターンテーブル１４０の研磨パッド１５０に付勢するための研磨圧力をウェハに与える。研磨装置１００が下方向の力を増加させると、研磨ヘッドアセンブリ１３０は、下方向に垂直移動して、研磨圧力を増加させる。

研磨ヘッドアセンブリ１３０の一部と、研磨パッド１５０と、ターンテーブル１４０とは、当該技術分野で知られているような適切な駆動機構（図示せず）により選択された回転速度で回転する。研磨パッドおよびターンテーブルの回転速度は、同じであってもよく、異なってもよい。いくつかの実施形態では、研磨装置は、オペレータが研磨ヘッドアセンブリ１３０およびターンテーブル１４０の両方の回転速度と、研磨ヘッドアセンブリに加えられる下方向の力を選択できるようにするコントローラ（図示せず）を含む。

図２を参照すると、研磨装置１００に取り付けて使用されるように適合された研磨ヘッドアセンブリ２００が示されている。研磨ヘッドアセンブリ２００は、研磨ヘッド２００と、キャップ２４０と、バンド２７０とを備える。研磨ヘッド２１０および／またはキャップ２４０は、好適には、アルミニウムまたは鋼などの金属材料から作られており、または他の適切な構造材料から作られてもよい。例えば、研磨ヘッド２１０および／またはキャップ２４０は、鋳造アルミニウム（例えば、Ａｌｃｏａ社から入手可能なＭＩＣ６（登録商標）アルミニウム鋳造板）から作られてもよい。代替的には、キャップ２４０は、アルミナなどのセラミック材料、プラスチック材料、または例えばダイヤモンドライクカーボンなどの耐食性コーティングを有するステンレス材料から作られてもよい。

研磨ヘッド２１０は、実質的に互いに平行な頂部２１２および底部２１４を有する。研磨ヘッド２１０は、プラットホーム２２０と、プラットホーム２２０から下方に延びた環状部材２３０とを有する。研磨ヘッド２１０の底部２１４には、プラットホーム２２０から下方に延びた環状部材２３０により凹面２１６が形成されている。環状部材２３０は、研磨ヘッド２１０の頂部２１２と底部２１４に対して実質的に垂直な外面２３２を有する。環状部材２３０の外面２３２は、研磨ヘッド２１０および研磨ヘッドアセンブリ２００の両方の周縁を形成する。環状部材２３０は、環状部材２３０が研磨ヘッド２１０の底部２１４で最も薄くなるように、外面２３２に対して角度が付いた内面２３４を有する。環状部材２３０のこのテーパにより、プラットホーム２２０に隣接するより剛性の高い頂部セクションが提供される。他の実施形態では、内面２３４は、外面２３２と実質的に平行であってもよい。

キャップ２４０は、フロア２４２と、フロアの周囲に沿って上方に延びた環状壁２５０とを有する。環状壁２５０は、環状部材２３０の内面２３４と嵌まり合う外表面２５２を有する。したがって、環状壁２５０の外表面２５２は、環状部材２３０の内面２３４と適合するように角度付けられている。環状壁２５０の外表面２５２は、研磨ヘッド２１０の環状部材２３０の内面２３４に接着剤（図示せず）で取り付けられている。接着剤は、エポキシグルーであってもよい。

フロア２４２は、環状部材２３０によって形成された底部開口を横切って延びている。フロア２４２は、頂面２４４と底面２４６とを有する。フロア２４２の頂面２４４と研磨ヘッド２１０の凹面２１６との間にチャンバ２０２が形成されている。環状部材２３０と環状壁２５０とは、チャンバ２０２の径方向の境界を画定している。プラットホーム２２０と、重なり合う環状部材２３０および環状壁２５０とは、厚く、フロア２４２よりも剛性が高いように適合されている。

研磨ヘッドアセンブリ２００に使用されている金属は、研磨薬品またはスラリーを介して、金属イオンの供給源となることで、ウェハを汚染する可能性がある。キャップ２４０からの金属がスラリーおよびウェハを汚染することを防止するために、バッキングフィルム（例えば図１に示されるバッキングフィルム１１０）および保持リング（例えば、図１に示される保持リング１２０）を有するテンプレートが、スラリーとキャップ２４０との間にバリアを設けるために使用されてもよい。バッキングフィルム１１０は、一般的に、薄い軟質ポリマーパッドまたは他の適切な材料である。バッキングフィルム１１０は、好適には、２以上の材料層（図示せず）を含む。例えば、バッキングフィルム１１０は、接着層、薄いプラスチックフィルム層、および薄いポリウレタンフォームまたは他の不織材料（例えば、フェルト）の層を有してもよい。接着層は、バッキングフィルム１１０をキャップ２４０の底面２４６にシールする。薄いプラスチックフィルム層は、キャップ２４０とスラリーおよび／またはウェハＷとの間の保護バリアを提供する。ポリウレタンフォームまたは不織材料（例えば、フェルト）を有する層は、ウェハに接触し、（図１に示された研磨パッド１５０などの）研磨パッドと類似の表面を提供する。保持リング１２０は、バッキングフィルム１１０から下方に延びており、一般的にプラスチック材料である。ウェハは、保持リング１２０に受け入れられ、表面張力によりバッキングフィルム１１０に対して保持される。したがって、ウェハは、キャップ２４０に直接接触しない。

研磨ヘッドアセンブリ２００からの金属がスラリーおよびウェハを汚染することを防止するために、研磨ヘッド２１０およびキャップ２４０は、スラリーが金属に接触してウェハを汚染することを防止するためのバリアを形成するバンド２７０で周囲を囲まれている。環状部材２３０は、底部２１４において外面２３２から内側に延びた側部凹部２３８を有する。タブ２４８は、キャップ２４０の環状壁２５０からフロア２４２とは反対に外側に延びている。タブ２４８および側部凹部２３８のそれぞれは、バンド２７０を受けており、エポキシグルーなどの接着材でバンド２７０にシールされている。バンド２７０は、研磨ヘッド２１０からの研磨プロセスにおける金属汚染を防止するために、テンプレートのバッキングフィルム１１０および／または保持リング１２０に重なって、バンド２７０とバッキングフィルム１１０および／または保持リング１２０との間にシールを形成してもよい。バンド２７０は、ポリエーテルイミド（例えば、Ｓａｕｄｉ Ｂａｓｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＳＡＢＩＣ）社から入手可能なＵＬＴＥＭ樹脂１０００）、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、またはポリエチレンテレフタレートなどのプラスチックから作られる。

研磨ヘッドアセンブリ２００は、研磨装置１００のスピンドル（図示せず）に取り付けられている。スピンドルはセンター通路（図示せず）を有する管である。センター通路は、一端で研磨ヘッドアセンブリ２００に開口しており、他端で回転コネクタ（図示せず）に連結されている。チャンバ２０２内の圧力を調整するために、加圧源（図示せず）がセンター通路を通って設けられ、チャンバ通路２２２に（例えば、ワンタッチ式継手プラグを介して）接続されている。チャンバ通路２２２は、プラットホーム２２０を貫通してチャンバ２０２に延びている。加圧源（図示せず）は、スピンドル（図示せず）を通って、加圧媒体または加圧流体を、チャンバ２０２に供給し、チャンバ２０２から供給される。加圧源は、研磨ヘッドアセンブリ２００のチャンバ２０２内の圧力を増加または減少させるための空気供給源を提供してもよい。

フロア２４２は、キャップ２４０と同じ材料（例えば、金属材料）で作られた半剛性「フレックスプレート」である。フロア２４２は、圧力分布および研磨圧力プロファイルを変更するために正確に変形または撓むように適合されており、表面張力によりバッキングフィルム１１０上にウェハを取り付けおよび取り外しするために十分な剛性を有する。フロア２４２の構成は、ウェハの研磨ヘッドアセンブリ２００上への取り付けの間に実質的に変形しないようになっている。フロア２４２は、初期状態または撓んでいない状態では、実質的に平坦であってもよい。フロア２４２は、研磨圧力が増加したとき、およびチャンバ２０２内の圧力が増加したとき、研磨面に対して垂直な方向に一時的に撓む。キャップ２４０は、圧力によって永久に変形または撓むことはない。フロア２４２は、チャンバ２０２に供給される加圧媒体または流体の量と、研磨圧力とに基づいて、加圧され撓んだ形状または下方に湾曲した形状（図３に示す）と、研磨ヘッド２１０の底面に実質的に平行な平坦形状（図２に示す）と、上方に湾曲した形状または凸形状（図示せず）とに移行する機能を有する。チャンバ２０２の内の圧力が調整されフロア２４２が変形するとき、バッキングフィルム１１０上にウェハを取り付けて保持する均一に分布した表面張力により、ウェハを直接変形させることができる。チャンバ２０２内の圧力を増加または減少させることで、フロア２４２の表面とウェハとを、外側に膨らませたり、平坦を維持したり、引き込んだりすることができる。

チャンバ２０２内の圧力変化は、所与のまたは所定の研磨圧力Ｐへの変化を引き起こす。加圧源（図示せず）は、チャンバ２０２内の圧力を監視し、調整するためのコントローラ（図示せず）に接続されてもよい。コントローラは、圧力調節器（図示せず）を含んでもよい。圧力は、入ってくるロットの一般的なウェハ形状に基づいて、手動で調整されてもよく、ロット毎、またはウェハ毎に電気的に制御されてもよい。いくつかの実施形態では、特徴的なウェハプロファイルがウェハのロットから得られ、研磨ヘッドアセンブリ２００によってウェハに加えられる下方向の圧力と、その圧力の分布は、チャンバ２０２内の圧力を調整することによって変化される。好適には、研磨圧力の変化は、約０．７Ｐから約１．３Ｐの範囲であってもよい。したがって、チャンバ２０２内の圧力を変化させることによる研磨圧力Ｐの変化は、オペレータに、制御変数およびウェハの研磨形状を調整する機能を提供する。いくつかの実施形態では、所定の研磨圧力は、１．０ｐｓｉから４．０ｐｓｉの範囲であってもよい。他の実施形態では、所定の研磨圧力は、６．０ｐｓｉ未満であってもよい。

図３を参照すると、チャンバ２０２内の圧力が増加した結果として、キャップ２４０のフロア２４２の部分２８０が下方向ドーム形状に撓んでいる状態の、図２に示す研磨ヘッドアセンブリ２００が示されている。フロア２４２の形状が変化することで、ウェハ（例えば、図１に示すウェハＷ）を横切る研磨圧力の力分布に結果として変化を引き起こし、これにより、それに応じてウェハが曲げられる。力分布の変化は、ウェハからの材料除去速度の変化を引き起こす。一般的に、ウェハと研磨パッド１５０（図１に示す）との間に作用するミーゼス応力が増加したとき、除去速度は増加する。チャンバ２０２内の圧力の変化に応じて撓んだフロア２４２の部分２８０は、チャンバ２０２内の圧力が増加または減少したとき、これらのミーゼス応力を増加または減少させる。

しかしながら、研磨ヘッドアセンブリ２００によるウェハからの材料の除去は、ウェハの縁の近くで著しく減少することが観察されている。これは、フロア２４２を横切る不均一な応力分布、特にウェハの縁と研磨パッド１５０との間に及ぼされる低いミーゼス応力の結果である。これらのミーゼス応力は、一般的に、研磨ヘッドアセンブリ２００のチャンバ２０２内の圧力が増加したときでさえも、増加することができない。

不均一な応力分布の理由は、研磨ヘッドアセンブリ２００のフロア２４２がチャンバ２０２内の圧力の増加および／または減少に応じて完全および均一に撓まないからである。これは、フロア２４２にわたる不均一な変形抵抗に起因する。図３に示すように、フロア２４２は、接合部２９０で環状壁２５０に接合している。接合部２９０は、ヒンジとして機能し、フロア２４２は、研磨ヘッド２１０に対して永久に変形することなく、ヒンジを中心に一時的に撓み得る。フロア２４２の半剛性に起因して、フロア２４２の部分２８０は、部分２８０がチャンバ２０２内の圧力変化に応じて撓むことを可能にする適切な変形抵抗を有する。しかし、変形抵抗は、フロア２４２のうち接合部２９０に近接する部分２８２で増加する。その結果、部分２８２は、チャンバ２０２内の圧力変化に応じて撓まない。したがって、チャンバ２０２内の圧力が増加しても、フロア２４２の部分２８２に取り付けられたウェハの縁と、研磨パッド１５０との間に及ぼされるミーゼス応力に対応する増加は生じない。研磨ヘッドアセンブリ２００を用いた研磨中の不均一なミーゼス応力分布により、研磨されたウェハにおいて不均一な除去プロファイルが生じる。さらに、部分２８２は、フロア２４２の周囲を画定し、接合部２９０から部分２８０まで径方向において最大約３０ｍｍの距離で延びることがある。したがって、不均一な除去プロファイルは、ウェハの相当量をカバーし、ウェハの許容できない平坦度につながることがある。

接合部２９０に近接する環状壁２５０の厚みおよび／または接合部２９０に近接するフロア２４２の厚みは、フロア２４２の部分２８２の比較的高い変形抵抗に寄与し得ると考えられる。接合部２９０に近接する環状壁２５０の厚みは、典型的には約８ｍｍである。環状壁２５０の厚みは、環状壁２５０の外表面２５２と内表面２５３との間の距離として測定される。フロア２４２の部分２８２の厚みは、典型的には、約５ｍｍから約７ｍｍである。フロア２４２の厚みは、頂面２４４と底面２４６との間の距離として測定される。

図４を参照すると、研磨装置１００に取り付けられて使用されるように適合された例示的な研磨ヘッドアセンブリ４００が示されている。研磨ヘッドアセンブリ４００は、図２に示し、上述した研磨ヘッドアセンブリ２００の要素および構成要素を含む。また、キャップ２４０の環状壁２５０は、フロア２４２に接合されて、接合部２９０を形成する第１部分２５４と、第１部分２５４から延びた第２部分２５６とを含む。第１部分２５４は、接合部２９０において環状壁２５０の内表面２５３に形成されたノッチ２５５により画定されている。ノッチ２５５は、Ｕ形状であってもよく、実質的に円形であってもよい。ノッチ２５５の半径は、好適には１ｍｍよりも大きく、例えば、１ｍｍから約３ｍｍ、または約２．５ｍｍである。環状壁２５０の第１部分２５４は、第２部分２５６の厚みよりも薄い厚みを有する。第１部分２５４の厚みは、ノッチ２５５の半径に依存する。好適には、ノッチ２５５の半径は、第１部分２５４の厚みが１．５ｍｍ未満よりも薄くならないような半径である。例えば、第１部分２５４の厚みは、好適には、約２ｍｍから約５ｍｍ、または約３ｍｍであってもよい。ノッチ２５５は、接合部２９０においてフィレット２５７を形成している。第１部分２５４の厚みを減らすことおよび／またはノッチ２５５を介してフィレット２５７を形成することは、フロア２４２のうち接合部２９０に近接する部分２８２（図３に示す）の変形抵抗を好適に弱める。

フロア２４２の部分２８２の変形抵抗を弱めるためにノッチ２５５および／またはフィレット２５７を形成することは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス加工を使用して適切に実行されてもよい。一般に、ノッチ２５５および／またはフィレット２５７は、従来のラッピングプロセスなどのキャップ２４０のフロア２４２を平坦にするために使用される従来の機械加工技術を使用して形成することができない。しかし、ノッチ２５５およびフィレット２５７を形成するために、従来の機械加工技術に修正を加えることができると考えられる。また、約５ｍｍから約６ｍｍ、例えば５．５ｍｍなどの厚みを有するフロア２４２の部分２８２を提供するためにＣＮＣフライス加工が用いられてもよい。フロア２４２は、好適には、環状壁２５０の間のフロア２４２の直径全体に延びた連続的な厚みを有してもよい。代替的には、フロア２４２の厚みは、環状壁２５０の間のフロア２４２の直径にわたって変化してもよい。

図５を参照すると、研磨装置１００に取り付けられて使用されるように適合された他の例示的な研磨ヘッドアセンブリ５００が示されている。研磨ヘッドアセンブリ５００は、図２に示し、上述した研磨ヘッドアセンブリ２００の要素および構成要素を含む。また、環状壁２５０の内表面２５３は、接合部２９０に形成されたフィレット２５７に向かって内側に角度付けられている。好適には、接合部２９０での環状壁２５０の厚みは、約３ｍｍから約５ｍｍ、または約３ｍｍの厚さに減少される。内表面２５３は、環状壁２５０の厚みが一定となるように外表面２５２に合わせて角度付けられてもよい。代替的には、内表面２５３は、環状壁２５０の厚みが接合部２９０に向かって内側にテーパし、環状壁２５０が接合部２９０において最も薄い厚みを有するように、角度付けられてもよい。接合部２９０で環状壁２５０の厚みを薄くすることおよび／またはフィレット２５７を形成することにより、接合部２９０に近接するフロア２４２の部分２８２（図３に示す）の変形抵抗が好適に弱められる。

フロア２４２の部分２８２の変形抵抗を弱めるために、環状壁２５０の厚みを薄くするように内表面２５３の角度付きプロファイルを形成することおよびフィレット２５７を形成することは、好適には、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス加工を使用して実行されてもよい。一般に、フィレット２５７および内表面２５３の角度付きプロファイルは、従来のラッピングプロセスなどのキャップ２４０のフロア２４２を平坦にするために使用される従来の機械加工技術を使用して形成することができない。しかし、フィレット２５７および内表面２５３の角度付きプロファイルを形成するために、従来の機械加工技術に修正を加えることができると考えられる。また、例えば５．５ｍｍなど約５ｍｍから約６ｍｍの厚みを有するフロア２４２の部分２８２を提供するためにＣＮＣフライス加工が用いられてもよい。フロア２４２は、好適には、環状壁２５０の間のフロア２４２の直径全体に延びた連続的な厚みを有してもよい。代替的には、フロア２４２の厚みは、環状壁２５０の間のフロア２４２の直径にわたって変化してもよい。

図６を参照すると、研磨装置１００に取り付けられて使用されるように適合された他の例示的な研磨ヘッドアセンブリ６００が示されている。研磨ヘッドアセンブリ６００は、研磨ヘッド６１０と、キャップ６４０と、バンド６７０とを含む。研磨ヘッド６１０および／またはキャップ６４０は、好適にはアルミニウムまたは鋼などの金属材料から作られてもよく、他の好適な構造材料から作られてもよい。例えば、研磨ヘッド６１０および／またはキャップ６４０は、鋳造アルミニウム（例えば、Ａｌｃｏａ社から入手可能なＭＩＣ６（登録商標）アルミニウム鋳造板）から作られてもよい。代替的には、キャップ６４０は、アルミナなどのセラミック材料、プラスチック材料、または例えばダイヤモンドライクカーボンなどの耐食性コーティングを有するステンレス材料から作られてもよい。

研磨ヘッド６１０は、実質的に互いに平行な頂部６１２および底部６１４を有する。研磨ヘッド６１０は、プラットホーム６２０と、プラットホーム６２０から下方に延びた環状部材６３０とを有する。研磨ヘッド６１０の底部６１４には、プラットホーム６２０から下方に延びた環状部材６３０により凹面６１６が形成されている。頂部６１２からプラットホーム６２０および凹面６１６を貫通して穴６１８が延びている。

環状部材６３０は、研磨ヘッド６１０の頂部６１２と底部６１４に対して実質的に垂直な外面６３２を有する。環状部材６３０の外面６３２は、研磨ヘッド６１０および研磨ヘッドアセンブリ６００の両方の周縁を形成する。環状部材６３０は、外面６３２に実質的に平行な内面６３４を有する。

キャップ６４０は、フロア６４２と、フロアの周囲に沿って上方に延びた環状壁６５０とを有する。環状壁６５０は、環状部材６３０の内面６３４と嵌まり合う、内面６３４に実質的に平行な外表面６５２を有する。環状壁６５０の外表面６５２は、研磨ヘッド６１０の環状部材６３０の内面６３４に接着剤（図示せず）で取り付けられてもよい。接着剤は、エポキシグルーであってもよい。環状壁６５０は、肩部６９２に向けて上方に延びている。肩部６９２は、研磨ヘッド６１０の凹面６１６と嵌まり合う頂縁部６９４を有する。肩部６９２には頂縁部６９４において開口６５８が形成されており、穴６１８と対応している。穴６１８および対応する開口６５８は、例えば、ねじなどのファスナ（図示せず）を受け入れ、肩部６９２の頂縁部６９４を凹面６１６に固定することで、キャップ６４０を研磨ヘッド６１０に取り付ける。ファスナは、好適には、耐食性コーティングを有するプラスチックまたは金属材料から形成されてもよい。追加的または代替的には、研磨プロセスにおける研磨薬品またはスラリーのファスナへの接触および／または穴６１８への侵入を防止するために、研磨ヘッド６１０の頂部６１２の少なくとも一部が、リッド（図示せず）により覆われてもよい。肩部６９２は、頂縁部６９４が凹面６１６に固定されるときにシールを形成するＯ－リング（図示せず）を有してもよい。

フロア６４２は、環状部材６３０によって形成された底部開口を横切って延びている。フロア６４２は、頂面６４４と底面６４６とを有する。フロア６４２の頂面６４４と研磨ヘッド６１０の凹面６１６との間には、チャンバ６０２が形成されている。環状部材６３０と環状壁６５０とは、チャンバ６０２の径方向の境界を画定している。プラットホーム６２０と、重なり合う環状部材６３０および環状壁６５０とは、厚く、フロア６４２よりも剛性が高いように適合されている。

研磨ヘッドアセンブリ６００に使用されている金属は、研磨薬品またはスラリーを介して、金属イオンの供給源となることで、ウェハを汚染する可能性がある。キャップ６４０からの金属がスラリーおよびウェハを汚染することを防止するために、バッキングフィルム（例えば図１に示されるバッキングフィルム１１０）および保持リング（例えば、図１に示される保持リング１２０）を有するテンプレートが、スラリーとキャップ６４０との間にバリアを設けるために使用されてもよい。バッキングフィルム１１０は、一般的に、薄い軟質ポリマーパッドまたは他の好適な材料である。バッキングフィルム１１０は、好適には、２以上の材料層（図示せず）を含む。例えば、バッキングフィルム１１０は、接着層、薄いプラスチックフィルム層、および薄いポリウレタンフォームまたは他の不織材料（例えば、フェルト）の層を有してもよい。接着層は、バッキングフィルム１１０をキャップ６４０の底面６４６にシールする。薄いプラスチックフィルム層は、キャップ６４０とスラリーおよび／またはウェハＷとの間の保護バリアを提供する。ポリウレタンフォームまたは不織材料（例えば、フェルト）を有する層は、ウェハに接触し、（図１に示された研磨パッド１５０などの）研磨パッドと類似の表面を提供する。保持リング１２０は、バッキングフィルム１１０から下方に延びており、一般的にプラスチック材料である。ウェハは、保持リング１２０に受け入れられ、表面張力によりバッキングフィルム１１０に対して保持される。したがって、ウェハは、キャップ６４０に直接接触しない。

研磨ヘッドアセンブリ６００からの金属がスラリーおよびウェハを汚染することを防止するために、研磨ヘッド６１０およびキャップ６４０は、スラリーが金属に接触してウェハを汚染することを防止するためのバリアを形成するバンド２７０で周囲を囲まれている。環状部材６３０は、外面６３２から内側に延びた側部凹部６３８と、底部６１４において内面６３４から内側に延びた内側凹部６３９とを有する。タブ６４８は、キャップ６４０の環状壁６５０からフロア６４２とは反対に外側に延びている。タブ６４８、側部凹部６３８、および内側凹部６３９のそれぞれは、バンド６７０を受けており、エポキシグルーなどの接着材でバンド６７０にシールされている。バンド６７０は、研磨プロセスにおける研磨ヘッド６１０からの金属汚染を防止するために、テンプレートのバッキングフィルム１１０および／または保持リング１２０に重なって、バンド６７０とバッキングフィルム１１０および／または保持リング１２０との間にシールを形成してもよい。バンド６７０は、ポリエーテルイミド（例えば、Ｓａｕｄｉ Ｂａｓｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＳＡＢＩＣ）社から入手可能なＵＬＴＥＭ樹脂１０００）、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、またはポリエチレンテレフタレートなどのプラスチックから作られる。

バンド６７０は、一体でなくてもよく、２以上のセグメントから作られてもよい。例えば、バンド６７０は、３、４、５、または６個のセグメントから作られてもよい。これらの実施形態では、バンド６７０は、セグメント接合部（図示せず）で互いにシールされてもよく、エポキシグルーなどの接着剤を用いて研磨ヘッド６１０および／またはキャップ６４０にシールされてもよい。バンド６７０と、研磨ヘッド６１０および／またはキャップ６４０との間のシールが接着破壊により緩むことを防止するために、バンド６７０は、バンド６７０を研磨ヘッドアセンブリ６００に固定するための連結部材を有してもよい。例えば、バンド６７０は、環状部材６３０の内面６３４上に形成された内側凹部６３９およびタブ６４８の上方に延びた部材との接合部を形成するありつぎ６７２を有してもよい。ありつぎ６７２は、接着剤に加えて、または接着剤に代えて、バンド６７０を研磨ヘッド６１０および／またはキャップ６４０に固定するために使用されてもよい。

本明細書で詳細に説明した研磨ヘッドアセンブリ２００と同様に、チャンバ６０２は、加圧媒体または流体で加圧されている。チャンバ６０２は、本明細書で研磨ヘッドアセンブリ２００について説明したように、チャンバ６０２に加圧媒体または流体を提供するために、加圧源（図示せず）に接続されてもよい。加圧源（図示せず）は、（例えば、ワンタッチ式継手プラグを介して）チャンバ通路６２２に接続されている。チャンバ通路６２２は、プラットホーム６２０を貫通してチャンバ６０２に延びている。本明細書で詳細に説明したフロア２４２と同様に、フロア６４２は、圧力分布および研磨圧力プロファイルを変更するために正確に変形するように適合されており、表面張力によりバッキングフィルム１１０上にウェハを取り付けおよび取り外しするために十分な剛性を有する半剛性「フレックスプレート」である。フロア６４２は、永久に変形することなく、研磨ヘッド６１０に対して一時的に撓むことができる。チャンバ６０２内の圧力を調整することで、フロア６４２の撓みが引き起こされる。肩部６９２がＯ－リング（図示せず）を含む実施形態では、頂縁部６９４と凹面６１６との接続部において形成されたシールは、チャンバ６０２から加圧媒体または流体が漏れることを防止してもよく、これによりチャンバ６０２内の所与の圧力を維持してもよい。

肩部６９２に加えて、キャップ６４０の環状壁６５０は、フロア６４２に接合されて、接合部６９０を形成する第１部分６５４を備える。フロア６４２は、チャンバ６０２内の圧力変化に応じて接合部６９０を中心に一時的に撓んでもよい。第１部分６５４は、第１部分６５４と肩部６９２との間で延びた第２部分６５６により肩部６９２と接続されてもよい。環状壁６５０の厚みは、図６に示すように、肩部６９２で最も厚い。第１部分６５４は、接合部６９０において環状壁６５０に形成されたノッチ６５５により画定されている。ノッチ６５５は、Ｕ形状であってもよく、実質的に円形であってもよい。したがって、第１部分６５４は、第２部分６５６の厚みよりも薄い厚みを有する。例えば、第１部分６５４の厚みは、約３ｍｍから約５ｍｍ、または約３ｍｍであってもよい。ノッチ６５５は、接合部６９０においてフィレット６５７を形成している。第１部分６５４の厚みを薄くすることおよび／またはノッチ６５５を介してフィレット６５７を形成することは、フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分（チャンバ６０２内の圧力変化に応じて実質的に撓むことができない部分）の変形抵抗を好適に弱める。フロアのこの部分は、接合部６９０からフロア６４２の中心に向かって径方向において最大約３０ｍｍの距離で延びることがある。

フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分の変形抵抗を弱めるためにノッチ６５５および／またはフィレット６５７を形成することは、好適には、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス加工を使用して実行されてもよい。一般に、ノッチ６５５および／またはフィレット６５７は、従来のラッピングプロセスなどのキャップ６４０のフロア６４２を平坦にするために使用される従来の機械加工技術を使用して形成することができない。しかし、ノッチ６５５およびフィレット６５７を形成するために、従来の機械加工技術に修正を加えることができると考えられる。また、例えば５．５ｍｍなど約５ｍｍから約６ｍｍの厚みを有するフロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分を提供するためにＣＮＣフライス加工が用いられてもよい。フロア６４２は、好適には、環状壁６５０の間のフロア６４２の直径全体に延びた連続的な厚みを有してもよい。代替的には、フロア６４２の厚みは、環状壁６５０の間のフロア６４２の直径にわたって変化してもよい。例えば、フロア６４２は、本明細書で更に詳細に説明したように、フロア６４２の中心から接合部６９０に向かって内側にテーパした厚みを有してもよい。

図７を参照すると、研磨装置１００に取り付けられて使用されるように適合された更に他の例示的な研磨ヘッドアセンブリ７００が示されている。研磨ヘッドアセンブリ７００は、図６に示し、上述した研磨ヘッドアセンブ６００の要素および構成要素を含む。この例では、肩部６９２とフィレット６５７との間で延びた環状壁６５０の部分６５９は、外表面６５２に対して角度付けられた内表面６５３を有する。環状壁６５０の部分６５９の厚みは、環状壁６５０が接合部６９０において最も薄い厚みを有するように、肩部６９２から接合部６９０に向けて内側にテーパしている。好適には、接合部６９０における環状壁６５０の厚みは、約３ｍｍから約５ｍｍ、または約３ｍｍの厚さに薄くなっている。肩部６９２から接合部６９０に向かって環状壁６５０の厚みを薄くさせることおよび／またはフィレット６５７を形成することにより、好適には、フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分（そうでなければ、チャンバ６０２内の圧力変化に応じて撓むことが実質的にできない部分）の変形抵抗が弱められる。フロアのこの部分は接合部６９０からフロア６４２の中心に向かって径方向において最大約３０ｍｍの距離で延びることがある。

フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分の変形抵抗を弱めるために、環状壁６５０の厚みを薄くするように内表面６５３の角度付きプロファイルを形成することおよびフィレット６５７を形成することは、好適には、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス加工を使用して実行されてもよい。一般に、フィレット６５７および内表面６５３の角度付きプロファイルは、従来のラッピングプロセスなどのキャップ６４０のフロア６４２を平坦にするために使用される従来の機械加工技術を使用して形成することができない。しかし、フィレット６５７および内表面６５３の角度付きプロファイルを形成するために、従来の機械加工技術に修正を加えることができると考えられる。また、例えば５．５ｍｍなど約５ｍｍから約６ｍｍの厚みを有するフロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分を提供するためにＣＮＣフライス加工が用いられてもよい。フロア６４２は、好適には、環状壁６５０の間のフロア６４２の直径全体に延びた連続的な厚みを有してもよい。代替的には、フロア６４２の厚みは、環状壁６５０の間のフロア６４２の直径にわたって変化してもよい。例えば、フロア６４２は、フロア６４２の中心から接合部６９０に向かって内側にテーパした厚みを有してもよい（図８に示す）。

図８を参照すると、研磨装置１００に取り付けられて使用されるように適合された他の例示的な研磨ヘッドアセンブリ８００が示されている。研磨ヘッドアセンブリ８００は、図６および図７にそれぞれ示し、上述した研磨ヘッドアセンブ６００および／または７００に類似した要素および構成要素を含む。フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分の変形抵抗を弱めるために、フロア６４２の厚みは、フロア６４２の径方向中心Ｃから接合部６９０に向けて内側にテーパしている。したがって、フロア２４２の厚みは、中心Ｃにおいて最も厚く、接合部６９０において最も薄くなっている。フロア６４２の厚みは、中心Ｃにおいて約５ｍｍから６ｍｍ、または約５．５ｍｍの厚みから、接合部２９０において約３ｍｍから約４ｍｍ、または約３ｍｍまでテーパしてもよい。接合部６９０に近接するフロア６４２の厚みを薄くするように、フロア６４２の厚みをテーパさせることは、好適には、フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分（そうでなければ、チャンバ６０２内の圧力変化に応じて撓むことが実質的にできない部分）の変形抵抗を弱める。フロア６４２のうち接合部６９０に近接するこの部分は、接合部６９０からフロア６４２の径方向中心Ｃに向かって径方向において最大約３０ｍｍの距離で延びることがある。

例示的な研磨ヘッドアセンブリ８００では、研磨ヘッドアセンブリ８００の環状壁６５０は、本明細書で説明したように、フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分の変形抵抗を弱めるための追加の特徴を有しても有しなくてもよい。例えば、肩部６９２と角部６９６との間で延びた環状壁６５０の部分６５９は、部分６５９の厚みが実質的に一定となるように、外表面６５２に実質的に平行な内表面６５３を有してもよい。代替的には、部分６５９の厚みは、接合部６９０において薄くなってもよい。例えば、環状壁６５０の部分６５９の厚みが肩部６９２から接合部６９０に向かって内側にテーパするように（図７に示すように）、内表面６５３は、外表面６５２に対して角度付けられてもよい。また、環状壁６５０の内表面６５３とフロア６４２の頂面６４４との間の接合部６９０における角部６９６は、角張ってもよく、面取りされてもよい（すなわち、図６および図７に示すようにフィレット６５７を形成してもよい）。好適には、接合部６９０における環状壁６５０の厚みは、約８ｍｍであってもよく、約３ｍｍから約５ｍｍ、または約３ｍｍの厚みに薄くなってもよい。

フロア６４２のうち接合部６９０に近接する部分の変形抵抗を弱めるためにフロア６４２のテーパ付きプロファイルを形成することは、好適には、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス加工を使用して実行されてもよい。一般に、フロア６４２のテーパ付きプロファイルは、従来のラッピングプロセスなどのキャップ６４０のフロア６４２を平坦にするために使用される従来の機械加工技術を使用して形成することができない。しかし、フロア６４２のテーパ付きプロファイルを形成するために、従来の機械加工技術に修正を加えることができると考えられる。

説明された実施形態は、研磨ヘッドアセンブリのキャップのフロア（そうでなければ、研磨ヘッドアセンブリのチャンバ内の圧力変化に応じて変形することが実質的にできない部分）の変形抵抗を減少させる。実施形態は、研磨されたウェハ上のより均一な除去プロファイルを可能にする。フロアの部分（そうでなければチャンバ内の圧力変化に応じて撓むことが実質的にできない部分）を弱めることによって、ウェハと研磨パッドとの間に及ぼされるミーゼス応力の分布は、研磨中により均一になる。特に、ウェハの縁と研磨パッドの間に及ぼされるミーゼス応力は、ウェハの縁付近の除去プロファイルを微調整するために、より適切に制御されることができる。

本明細書で使用されるように、用語「約（ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、「本質的に（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」は、寸法、密度、温度、または他の物理的もしくは化学的な性質もしくは特徴の範囲と関連して使用されるとき、性質または特徴の上限および／または下限に存在し得る変動を包含することを意味する。当該変動は、例えば、丸め、測定方法、または他の統計的変動から生じる変動を含む。

本開示または本開示の実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「前記（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素が１以上存在することを意味することを意図している。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「ｈａｖｉｎｇ」は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味している。特定の向きを示す用語（例えば「上（ｔｏｐ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「側方（ｓｉｄｅ）」、「下方（ｄｏｗｎ）」、「上方（ｕｐ）」など）の使用は、説明の便宜上のものであり、説明された物品の特定の向きを必要とするものではない。

本開示の範囲から逸脱することなく、上述の構造および方法において、様々な変更が可能であるため、上述の説明に含まれ、添付の図面に示される全ての事項は、限定的な意味ではなく例示として解釈されることが意図される。

Claims (20)

1. 半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリであって、
   底部に沿った凹部を有し、前記凹部は凹面を有する研磨ヘッドと、
   前記凹部内に配置されたキャップと
   を備え、
   前記キャップは、
   前記研磨ヘッドに固定された環状壁と、
   接合部で前記環状壁に接合されたフロアと
   を備え、
   前記フロアは、前記環状壁を横切って延び、
   前記フロアは、上面と、下面とを有し、
   前記上面は、前記凹面から間隔を開けて配置され、前記上面と前記凹面との間にチャンバを形成しており、
   前記フロアのうち前記接合部に近接する部分の変形抵抗は、前記チャンバ内の圧力変化により前記フロアのうち前記接合部に近接する部分が前記研磨ヘッドに対して撓むことを許容するように、弱められている、研磨ヘッドアセンブリ。
2. 前記環状壁は、第１厚みを有する第１部分と、第２厚みを有する第２部分とを有し、
   前記第１部分は、前記フロアに接合され、前記第２部分は、前記第１部分から延びており、前記第１厚みは、前記フロアのうち前記接合部に近接する部分の前記変形抵抗を弱めるように、前記第２厚みよりも薄い、請求項１に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
3. 前記第１厚みは、約３ｍｍから約５ｍｍである、請求項２に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
4. 前記第１厚みは、約３ｍｍである、請求項３に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
5. 前記フロアは、約５ｍｍから約６ｍｍの連続的な厚みを有する、請求項２に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
6. 前記研磨ヘッドは、頂部と、前記頂部から前記凹面を通って延びた穴を有し、
   前記環状壁は、前記第２部分から延び、前記穴に対応する開口を有する肩部を更に備え、
   前記穴と前記対応する開口は、前記環状壁の前記肩部を前記研磨ヘッドの前記凹面に固定するためのファスナを受け入れる、請求項２に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
7. 前記環状壁の厚みは、前記環状壁の前記厚みが前記接合部の近傍で最も薄くなることで前記フロアのうち前記接合部に近接する部分の前記変形抵抗を弱めるように、前記接合部に向かって内側にテーパしている、請求項１に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
8. 前記接合部に近接する前記環状壁の厚みは、約３ｍｍから約５ｍｍである、請求項７に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
9. 前記接合部に近接する前記環状壁の厚みは、約３ｍｍである、請求項７に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
10. 前記フロアは、約５ｍｍから約６ｍｍの連続的な厚みを有する、請求項７に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
11. 前記フロアの厚みは、前記フロアの前記厚みが前記接合部に近接する部分で最も薄く、前記フロアのうち前記接合部に近接する部分の前記変形抵抗を弱めるように、前記接合部に向かって内側にテーパしている、請求項１に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
12. 前記フロアの厚みは、前記フロアの中心で最も厚い、請求項１１に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
13. 前記接合部に近接する前記部分での前記フロアの厚みは、約３ｍｍであり、前記中心での前記フロアの厚みは、約５ｍｍから約６ｍｍである、請求項１２に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
14. 前記キャップは、金属材料からなる、請求項１に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
15. 前記環状壁は、前記研磨ヘッドに接着剤で固定されている、請求項１に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
16. 半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリであって、
    頂部と、凹面を有し底部に沿った凹部と、前記頂部から前記凹面を通って延びた複数の穴とを備える研磨ヘッドと、
    前記凹部内に配置されたキャップと
    を備え、
    前記キャップは、
    前記複数の穴に対応する複数の開口を有する環状壁と、
    接合部で前記環状壁に接合されたフロアと
    を備え、
    前記複数の穴と前記対応する複数の開口とは、前記環状壁を前記凹面に固定するためのファスナを受け入れ、
    前記フロアは、前記環状壁を横切って延び、
    前記フロアは、上面と、下面とを有し、
    前記上面は、前記凹面から間隔を開けて配置され、前記上面と前記凹面との間にチャンバを形成しており、
    前記フロアは、前記チャンバ内の圧力変化により前記研磨ヘッドに対して撓むことができ、
    前記フロアのうち前記接合部に近接する部分の変形抵抗は、前記フロアのうち前記接合部に近接する部分が前記研磨ヘッドに対して撓むことを許容するように、弱められている、研磨ヘッドアセンブリ。
17. 前記フロアの厚みは、前記フロアの前記厚みが前記接合部に近接する部分で最も薄くなり、前記フロアのうち前記接合部に近接する部分の前記変形抵抗を弱めるように、前記接合部に向かって内側にテーパしている、請求項１６に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
18. 前記接合部に近接する前記部分での前記フロアの厚みは、約３ｍｍであり、前記フロアの中心での前記フロアの厚みは、約５ｍｍから約６ｍｍである、請求項１７に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
19. 前記キャップは、金属材料からなる、請求項１６に記載の研磨ヘッドアセンブリ。
20. 半導体ウェハの研磨のための研磨ヘッドアセンブリであって、
    研磨ヘッドと、
    前記研磨ヘッドに固定された環状壁と、接合部で前記環状壁に接合されたフロアとを有するキャップと
    を備え、
    前記研磨ヘッドと前記キャップとは、前記研磨ヘッドと前記キャップの前記フロアとの間にチャンバを画定しており、
    前記フロアは、前記チャンバ内の圧力変化に応じて前記研磨ヘッドに対して撓むことが可能な金属材料で形成されており、
    前記環状壁および前記フロアのうちの少なくとも一方の厚みは、前記接合部に近接して薄くなることで、前記接合部に近接する前記フロアの変形抵抗を弱める、研磨ヘッドアセンブリ。

Images