JP3648200B2 - ３チャンバ型化学的機械的研磨ヘッドの構造および研磨方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン表面や金属フィルムや酸化物フィルムやあるいは表面上の他のタイプのフィルムといったような基板を化学的かつ機械的に平坦化して研磨することに関するものである。より詳細には、本発明は、基板保持リングを有した基板キャリアアセンブリを具備している研磨ヘッドに関するものであり、さらに詳細には、本発明は、シリコン基板やガラス基板のための研磨ヘッドおよび研磨方法、および、シリコン基板やガラス基板といったような基板の表面上における様々な酸化物や金属やあるいは他の成膜材料の化学的かつ機械的な平坦化のための研磨ヘッドおよび研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サブミクロンの集積回路（ＩＣｓ）においては、金属相互接続ステップにおいてデバイス表面が平坦化されている必要がある。化学的機械的研磨（chemical mechanical polishing，ＣＭＰ）は、半導体ウェハ表面を平坦化するための一技術である。ＩＣにおけるトランジスタ集積密度は、約１８ヶ月ごとに２倍とされており、このことは、『Moore の法則』と称されている。
【０００３】
チップ上におけるトランジスタの集積密度を増大させるためには、少なくとも２つの方法が存在する。第１の方法は、デバイスサイズすなわちダイサイズを増大させることである。しかしながら、この方法は、常に最良に方法ではない。なぜなら、ダイサイズが増大するにつれて典型的にはウェハあたりのダイ収率が低下するからである。単位面積あたりの欠陥密度が制限因子であることにより、単位面積あたりの欠陥フリーダイの量は、ダイサイズが増大するにつれて減少する。収率が低下するだけでなくウェハ上において区分できる（印刷できる）ダイの数までもが、低下してしまうこととなる。第２の方法は、トランジスタ特性体のサイズを低減することである。トランジスタがより小さくなることは、スイッチング速度の向上を意味する。トランジスタのサイズを低減させることにより、ダイサイズを増大させることなく、同一デバイス面積内に、より多数のトランジスタやより多数の論理素子すなわちより多数のメモリビットを集積することができる。特性体サイズの低減化は、Intel 社の Moore博士によって予言された結果を達成するために開発された技術である。
【０００４】
ここ数年、サブハーフミクロン技術が、サブクォータミクロン技術へと急速に進化してきた。各チップ上に形成されるトランジスタ数は、３年前の時点における１チップあたりに数百個〜数千個というトランジスタ数から、今日における１チップあたりに５百万個以上というトランジスタ数へと、急激に増大した。そして、２００６年までには、数億個というトランジスタ数となるであろう。その場合には、相互連結ワイヤは、今日の数百ｍという長さから、２０ｋｍ以上という長さへと、増大するであろう。現在の解決手段は、相互接続ワイヤ層間に、絶縁性（誘電性）薄膜を介装することである。ワイヤは、また、バイアスを介して鉛直方向に接続可能なものであって、集積回路機能によって要望された場合には、すべての電気経路が得られる。
【０００５】
絶縁性誘電層内に埋設された埋設金属ラインを使用した新技術が、ＩＣにおける相互接続の必要性に適合するために、１９８０年代後半に IBM社の技術者によって開発された。埋設金属ライン構造は、誘電層内にプラズマエッチング形成されたトレンチや溝によって、同一平面上に金属ワイヤ接続を形成することを可能とし、また、上下方向において金属ワイヤ接続を形成することを可能とする。理論的には、これら接続平面は、ＣＭＰプロセスによって各層が充分に平坦化される限りにおいては、要望によっては、複数の層を互いに積層することができる。相互接続の究極の限界は、接続抵抗（Ｒ）と近接キャパシタンス（Ｃ）とによって制限される。いわゆるＲＣ定数は、信号雑音比を制限し、電力消費を増大させ、よって、チップの機能を台無しにする。ＳＩＡによる２００６年の予測によれば、１つのチップ上に集積されるトランジスタ数は、１０億個になるであろうと予想されており、相互接続の層数は、５層から約９層へと増加すると予想されている。
【０００６】
新たな相互接続技術に適合するために、ＣＭＰプロセスおよびＣＭＰツールの性能は、以下の３つの目標を達成し得るように、改良されることが要望されている。
【０００７】
第１に、過剰研磨や研磨不足に基づくウェハエッジの除外量を、６ｍｍから、３ｍｍ未満へと低減させる必要があることである。ウェハの周縁領域において製造し得るものよりも、電気伝導性の良好なダイの面積を増大させる必要がある。ダイサイズが今日の一辺あたりにつき１０ｍｍという長さから２０ｍｍという長さへと増大することにより、また、ウェハサイズが２００６年までには２００ｍｍから３００ｍｍへと増大することにより、仮に２ｍｍというエッジ除外量をＣＭＰ性能として得られるのであれば、電気的に良好なダイの潜在能力は、２倍以上となる。
【０００８】
第２に、研磨の非一様性を、５％（１σ）から３％未満へと改良することが要望される。ウェハキャリアの構成は、研磨時にウェハ上にわたって一様かつ適切な大きさの力を印加し得るものでなければならない。
【０００９】
第３に、ＣＭＰは、圧縮性のまたは引っ張り性の応力のもとで、金属化されたウェハを研磨し得ることが要望されている。相互接続のために通常使用される金属は、アルミニウムと銅との合金、チタン、窒化チタン、タングステン、タンタル、および、銅である。金属化されたウェハは、プロセス条件や金属の硬度や金属の厚さのために、応力を受けることが多い。応力を受けたウェハは、内側に曲がったり（圧縮性応力）あるいは外側に曲がったり（引っ張り性応力）する。その結果、金属ラインの凹みや酸化層または誘電層の腐食が起こったときには、研磨時に、深刻な非一様性問題を引き起こしてしまう。いずれの場合においても、結果的に収率が悪くなって、ウェハ１枚あたりの良好なダイ数が減少してしまう。新規に改良された浮遊ヘッドおよび浮遊保持リング構成であると、研磨パッドがウェハエッジに当接するよりも前に、ウェハ全体にわたって研磨用下向き力を最適に分散させることができ、これにより、ウェハのエッジにわたっておよびウェハ内方領域にわたって、一様に平坦化された表面を得ることができる。
【００１０】
集積回路は、１つまたは複数の層を順次的に成膜することにより、従来より、基板上に形成される、特に、シリコンウェハ上に形成される。その場合の１つまたは複数の層は、導電的なものや、絶縁的なものや、あるいは、半導体的なもの、とすることができる。このような構造は、時に多層金属構造（ＭＩＭ’ｓ）と称され、なおも減少しつつあるデザインルールが適用されるチップ上に回路素子を高密度集積するに際しては、重要である。
【００１１】
例えばノート型コンピュータやパーソナル用データ補助手段（ＰＤＡｓ）や携帯電話や他の電子デバイスにおいて使用されるようなフラットパネルディスプレイにおいては、典型的には、ガラスや他の透明基板上に１つ以上の層が成膜されることにより、能動的なまたは受動的なＬＣＤ回路といったようなディスプレイ素子が形成される。各層が成膜された後には、各層に対してエッチングを行うことによって、選択された所定領域から材料を除去し、回路パターンが形成される。一連の層が成膜されてエッチングされたときには、基板の外表面すなわち基板の最上表面は、しだいに平面性を失うこととなる。なぜなら、外表面とその下の基板との間の距離が、エッチングが最も小さく行われた基板領域において最も大きくなり、外表面とその下の基板との間の距離が、エッチングが最も大きく行われた基板領域において最も小さくなるからである。単一層についてだけでも、山や谷からなる非平坦形状が形成されて非平坦面となる。複数のパターンが形成された複数の層の場合には、山と谷との間の高さの差が、ますます大きくなり、典型的には、数ミクロンの差となり得る。
【００１２】
非平坦な上面は、表面をパターニングするために使用される表面光リソグラフィーにとっては有害なものであり、また、過度に高さの差が存在している表面上に層の成膜を行おうとしたときに層がひび割れを起こしかねないという点で有害なものである。したがって、基板表面を周期的に平坦化して、層表面を平坦化する必要がある。平坦化により、非平坦な外表面が除去され、比較的フラットで平滑な表面が形成され、導電材料や半導電性材料や絶縁性材料が研磨される。平坦化の後には、露出している外表面上に、さらなる層を成膜することができ、これにより、構造どうしの間に相互接続ラインを含んださらなる構造が形成される、あるいは、露出面の直下に位置した構造に対しての溝を形成し得るように、上の層をエッチングすることができる。大まかに言えば研磨は、詳細に言えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、表面平坦化に際しては公知の方法である。
【００１３】
研磨プロセスは、所定の表面最終仕上げ（表面粗さまたは平滑性）および平坦性（大きなスケールでのトポグラフィーがないこと）が得られるように、設定される。最小の最終仕上げ度合いや平坦性を得ることに失敗すれば、基板に欠陥が生じかねず、集積回路に欠陥が生じかねない。
【００１４】
ＣＭＰ時には、半導体ウェハ等の基板は、典型的には、被研磨面を露出させた状態で、ウェハキャリア上に取り付けられる。ここで、ウェハキャリアは、研磨ヘッドの一部をなしているものである、あるいは、研磨ヘッドに対して取り付けられたものである。取り付けられた基板は、その後、研磨機のベース部または支持部上に配置されかつ研磨パッドを有している回転研磨プラテンに当接して配置される。研磨パッドは、典型的には、研磨パッドの平坦研磨面が水平配置とされて研磨スラリーが均一に分散するようなまた基板面に対して研磨パッドが平行に対向した状態で相互作用を起こすような、向きとされる。パッド面の水平配置（パッド面の垂線が鉛直方向を向いた配置）は、また、少なくとも部分的に重力の影響によってウェハがパッドに対して当接し得ることにより、また、ウェハと研磨パッドとの間において重力が不均衡に作用しないようにして最小の相互作用がもたらされることにより、望ましい。パッドの回転に加えて、キャリアヘッドも回転することができる。これにより、基板と研磨パッド面との間に、付加的な相対移動がもたらされる。典型的には液体内に研磨剤が懸濁されておりＣＭＰの場合には少なくとも１つの化学反応剤を含有しているような、研磨スラリーを、研磨パッドに対して供給することができる。これにより、研磨剤入りの研磨混合液が、またＣＭＰの場合には研磨剤入りでありさらに化学反応性の研磨混合液が、パッドと基板との界面に供給される。様々な研磨パッドや研磨スラリーや反応性混合液が、従来技術において公知であり、これらの組合せにより、所定の最終仕上げ度合いおよび平坦度合い特性を得ることができる。研磨パッドと基板との間の相対速度、合計研磨時間、研磨時に印加される圧力、および、他の要因が、表面平坦度合いや最終仕上げ度合いさらには均一さに影響を与える。また、引き続いて研磨される複数の基板が、また複数のヘッドを回転可能に取り付けるためのカルーセルが使用される研磨機といったような複数ヘッドタイプの研磨機が使用される場合には任意の研磨操作時に研磨されるすべての基板が、材料を実質的に同一量だけ除去することにより同一程度に研磨され、同一の平坦度合いや最終仕上げ度合いが得られることが望ましい。ＣＭＰやウェハ研磨は、公知技術においては周知であるので、ここではこれ以上の説明を割愛する。
【００１５】
研磨パッドの状態は、研磨結果に影響を与える。特に、単一の研磨操作実行時にわたっての研磨操作の一様性および安定性に影響を与える。より詳細には、連続した複数の研磨操作時における研磨の一様性に影響を与える。典型的には、研磨パッドは、熱や圧力やスラリーや基板詰まりの結果として、１回または複数回の研磨操作時に、平坦化されてしまう。このため、パッドの山が押圧されることによりまたパッドの谷が研磨屑によって埋められることにより、時間とともに、パッドの研磨特性が減少していく。これに対抗するために、研磨パッド表面は、パッドの所望研磨特性を復活させるよう、調整されなければならない。そのような調整は、典型的には、パッドの研磨状態を維持するため、パッドに対して周期的に分離操作を施すことによって、行うことができる。このことは、また、所定の研磨時間中に基板から所定量の材料が除去するに際しての、また、所定研磨時間中に所定平坦度および最終仕上げを得るに際しての、さらには、十分に同一の特性を有した基板を製造するに際しての、安定操作の維持を補助する。これにより、基板から形成される集積回路を、実質的に同一とすることができるようになる。ＬＣＤディスプレイスクリーンに関しては、一様な特性に対する要求は、さらに顕著である。というのは、個々のダイへとカットされるウェハの場合とは違って、ディスプレイスクリーンは、対角線長さが数インチとされるようなものであって、欠陥のために微小領域が使用不可能であれば、全体が使用不可能となるからである。
【００１６】
従来から使用されているようなインサートは、安価なパッドである。このインサートは、ウェハサブキャリアに対して接着されるものであり、ウェハの背面と、金属表面またはセラミック表面とすることができるキャリア面と、の間に配置される。インサートの機械的特性の変動は、典型的には、ＣＭＰの研磨結果の変動を引き起こし得る。ウェハ周縁部すなわちエッジ付近におけるエッジ効果は、研磨機ヘッドの構成に依存して、ウェハ表面特性を、劣化させることもあり、あるいは逆に、向上させることもある。例えば、保持リングを備えたいくつかの研磨ヘッドに関しては、劣化効果は、保持リング構造を適切なものとしてエッジ効果をウェハエッジよりも遠方に移動させることにより、低減することができる。
【００１７】
米国特許明細書第５，２０５，０８２号には、従来の装置や方法に対して多数の利点を有しているような、フレキシブルダイヤフラムを利用したサブキャリアの取付が開示されている。また、米国特許明細書第５，５８４，７５１号には、フレキシブルな袋を利用することにより保持リングに対しての下向き力を幾分か制御可能とすることが開示されている。しかしながら、いずれの文献においても、ウェハと保持リングとの間の界面に印加される圧力を直接的に個別制御し得るような構成は示唆されておらず、また、エッジの研磨効果すなわちエッジの平坦化効果を修正するための差圧を適用し得るような構成は開示されていない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情により、基板の汚染や基板の損傷というリスクを最小としつつ研磨効率や平坦性の一様度や最終仕上げ度合いを最適化し得るような化学的機械的研磨機が要望されていた。
【００１９】
上記の理由により、研磨されるべき基板表面上にわたって実質的に一様な圧力を印加できるとともに、研磨操作時に基板を研磨パッドに対して実質的に平行に維持することができ、さらには、望ましくない研磨の異常さを基板の周縁部に誘起することなく研磨ヘッドのキャリア部分内に基板を維持でき、その上、研磨操作時のパッドの調整を所望に行い得るような、研磨ヘッドが要望されていた。
【００２０】
本発明による構造および方法は、多数の詳細構成および新規な構成を具備している。このうちのいくつかの特徴点につき、以下に要約する。本発明における構造、方法、および、部材については、詳細に後述する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、研磨機および３チャンバ型研磨ヘッド構造および研磨方法を提供するものであり、基板の表面全体にわたっての基板の研磨の一様性を改良する。特に、基板のエッジ近傍における研磨の一様性を改良する。このことは、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）時の半導体ウェハの一様性の改良において特に有益である。ある見地においては、本発明は、例えば半導体ウェハ研磨機におけるウェハといったような基板の環状領域に印加される研磨圧力の制御方法を提供する。本方法においては、ウェハを研磨パッドに対して押圧している第１圧力を制御することによって、ウェハから除去される材料量を制御し；ウェハと同心配置されている保持リングを研磨パッドに対して直接的に押圧している第２圧力を制御することによって、ウェハの周縁エッジのところにおけるウェハと研磨パッドとの接触状況を制御し；保持リングの内縁とウェハの周縁エッジとの間の所定環状領域に印加されている第３圧力を制御することによって、前記ウェハのエッジ近傍において除去される材料の量を増減させて前記ウェハのエッジ近傍領域の研磨効果を制御する。
また、前記第１圧力および前記第２圧力に差圧を提供し、前記周縁エッジ近傍において前記サブキャリアを捻り、ウェハのエッジを一様にする。第１〜第３圧力の各々は、互いに独立に制御される。
【００２２】
他の見地においては、本発明による構造は、基板を研磨するための３チャンバ型研磨ヘッドであって、円形形状とされ、かつ、研磨操作時に基板取付面上に前記基板を保持し得るような外径を有した、回転可能なサブキャリアと；該サブキャリアと同心配置されるような内径を有し、かつ、前記研磨操作時に前記基板取付面を超えたところに配置されている、回転可能な保持リングと；チャンバを形成し、サブキャリアと保持リングとを少なくとも部分的に囲むハウジングと；該ハウジングの内面に取り付けられたハウジングシールと、該ハウジングシールに取り付けられるとともに保持リングとサブキャリアとの各々に連結され、保持リングとサブキャリアとの間の所定相対移動を許容する、第１ダイヤフラムと；第１ダイヤフラムに取り付けられた２つの取付リングと、該２つの取付リングに取り付けられるとともに保持リングとサブキャリアとを、ハウジングに対して連結し、保持リングとサブキャリアとの間の所定相対移動を許容する、第２ダイヤフラムと；を具備している。サブキャリアとハウジングと第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとが、第１圧力チャンバを形成している。保持リングとハウジングと第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとが、第２圧力チャンバを形成している。第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとを連結するための２つの取付リングが設けられていて、この２つの取付リングが、サブキャリアの外縁近傍箇所および保持リングの内縁近傍箇所に、環状形状の第３圧力チャンバを形成している。第１圧力チャンバと第２圧力チャンバと第３圧力チャンバとは、圧力に関して互いに隔離されている。第１圧力チャンバと第２圧力チャンバと第３圧力チャンバとの各々が、第１圧力チャンバと第２圧力チャンバと第３圧力チャンバとの内部圧力がそれぞれ個別に制御可能であるようにして、それぞれ圧力流体源に対して接続されている。
【００２３】
さらに他の見地においては、本発明による構造および方法は、基板を研磨するための研磨ヘッドを提供し、この研磨ヘッドは、円形形状とされ、かつ、研磨操作時に基板を保持し得るような外径を有した、サブキャリアと；円形形状とされ、かつ、サブキャリアと同心配置されるような内径を有した、保持リングと；サブキャリアと保持リングとの間の境界の両サイドにわたる所定範囲として規定される環状領域と；を具備している。サブキャリアの近傍に配置された第１チャンバは、研磨操作時にサブキャリアに対して第１圧力を印加し、これにより、基板を第１圧力でもって研磨パッドに対して押圧し；保持リングの近傍に配置された第２チャンバは、研磨操作時に保持リングを第２圧力でもって研磨パッドに対して押圧し；環状領域の近傍に配置された第３チャンバは、サブキャリアと保持リングとの間の境界の近傍に位置した環状領域に対して第３圧力を印加し、これにより、基板の環状周縁領域の研磨に影響を与える。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる目的および特徴点は、添付図面を考慮しつつ、以下の詳細な説明および請求範囲を読むことにより、明瞭となるであろう。なお、図６〜図２８は、他の特徴点によるいくつかの特定の実施形態、および、本発明の特定の好ましい実施形態を概略的に示している。
【００２５】
以下、本発明の構造および方法について、添付図面に図示された特定の例示としてのいくつかの実施形態を参照して、説明する。
【００２６】
図１には、支持構造を具備した研磨機が示されている。回転可能とされた研磨表面が、支持構造上に設置され、この研磨表面上に、研磨パッドや他の研磨面が取り付けられる。研磨表面は、パッドも含めて研磨表面を回転駆動するための電気モータや他の手段によって、回転駆動される。研磨機は、さらに、研磨ヘッドアセンブリ（４０）を具備しており、この研磨ヘッドアセンブリは、２つの主要要素をなすスピンドルアセンブリ（１２０）およびウェハキャリアアセンブリ（１００）を備えている。研磨機の一般構造は、当該技術分野においては公知であるので、本発明に基づく研磨ヘッドアセンブリ（４０）に関連すること以外の詳細については、より詳細には、本発明の見地をなすウェハキャリアアセンブリ（１００）およびスピンドルアセンブリ（１２０）に関連すること以外の詳細については、さらなる説明を省略する。
【００２７】
本発明の全体構成や動作や特徴点や利点が、より明瞭となるように、まず最初に、本発明の研磨ヘッド（１００）の特定の実施形態について概観する。その次に、本発明による研磨ヘッドおよび研磨方法における個々の特定の部材の構成および動作について、図面を参照して説明することとする。
【００２８】
さて、二重ダイヤフラムかつ３チャンバ型構成とされた本発明の構造に基づく第１実施形態について、図２を参照して概略的に説明する。図２には、ウェハキャリアアセンブリ（１００）および研磨ヘッドアセンブリ（４０）の一例に関しての半分が図示されている。残りの半分は、スピンドル軸に関して実質的に対称である。研磨ヘッドアセンブリ（４０）は、２つの主要なサブシステムを備えている。すなわち、ウェハキャリアアセンブリ（１００）およびスピンドルアセンブリ（１２０）を備えている。いくつかの例において、「ヘッド」という用語が、当該技術分野における『キャリア』と同義で使用されていること、および、「サブキャリア」という用語が、研磨機のうちの、ウェハが取り付けられるまたは保持される部分を意味していること、に注意されたい。研磨ヘッドアセンブリは、研磨機（５２）の残部に対して取り付けられている。研磨機は、１つまたは複数の研磨ヘッドアセンブリ（４０）を具備することができる。この明細書中においては、研磨ヘッドという用語と研磨機ヘッドという用語と研磨ヘッドアセンブリという用語と研磨機ヘッドアセンブリという用語とは、いずれも同義で使用される。また、この明細書中においては、スピンドルアセンブリという用語とスピンドルという用語とは、同義で使用される。
【００２９】
ウェハキャリアアセンブリ（１００）の上ハウジング（１１５）の面（２０１）は、押えネジ（２０３）または他の固定具または他の固定手段によって、スピンドルアセンブリ（１２０）の取付アダプタ（１１４）に対して取り付けられている。スピンドルアセンブリ（１２０）は、例えば電気モータや液圧モータといったような外部回転力発生源（２０３）からの回転駆動力を、ウェハキャリアアセンブリ（１００）に対して接続するための手段を構成しており、また、固定外部ソースからの１つまたは複数の流体を、ウェハキャリアアセンブリ（１００）に対して、さらには研磨ヘッドアセンブリ（４０）の外部までへと、接続するすなわち導くための手段を構成している。後述するように、流体は、限定するものではないが、水（脱イオン水つまりＤＩ水を含む）および空気または他のガスとすることができる。流体（液体またはガス）は、研磨機の周囲圧力に対して、正圧とも負圧ともすることができる。この明細書においては、真空吸引力は、負圧として考慮される。回転ユニオン（２０６）は、キャリアアセンブリ（１００）に対して流体を接続するために設けられている。回転ユニオンの一例は、米国特許明細書第５，４４３，４１６号に開示されている。この文献は、参考のため、ここに組み込まれる。５チャネル型回転ユニオンの構成例および本発明によるスピンドルアセンブリの実施形態に対しての回転ユニオンの位置については、図４に概略的に示されている。
【００３０】
上ハウジング（１１５）は、上述したように取付アダプタ（１１４）に対して連結されており、キャリアアセンブリ（１００）の他の部材を取り付け得るようなまたは懸架し得るような堅固なメインボディをもたらしている。上ハウジング（１１５）は、露出上面（２０７）と露出側面（２０８）と底面（２０９）と内面（２１０）とを有している。内面（２１０）は、平面領域と凹面領域と凸面領域とを有することによって、チャンバを形成するとともに他の部材に対しての取付面を提供している。上ハウジングは、さらに、後述するように、スピンドルアセンブリ（１２０）からの回転駆動を受領してウェハに対して伝達するための実質的に堅固な構造を提供している。ハウジングシールリング（１１３）が、ネジ（２１１）または他の固定具によって、上ハウジングの内面（２１０）に対して取り付けられている。ハウジングシールリング（１１３）は、第１チャンバと第２チャンバ（チャンバ（１）およびチャンバ（２））間における流体または圧力の潜在的リーク可能性を除去するために、また、ヘッド貫通ネジ（２１１）の外部に対しての流体または圧力の潜在的リーク可能性を除去するために、取付面内に２つのＯリング（３２６，３２７）を有している。保持リング用圧力チャンバ（２）に対しての圧力は、ハウジングシールリング（１１３）内のニップルコネクタを介してもたらされる。
【００３１】
有利には、ハウジングシールリング（１１３）は、露出上面を貫通してネジ（２１１）によって取り付けられる。これにより、ハウジングキャビティ（２１２）内においてハウジングシールリング（１１３）から懸架されているキャリアアセンブリの各部材の取付および取外しが、容易とされる。上ハウジングの形状は、有利には、内容積が最小となるように選択された。このため、圧力変動に対しての応答時間を速いものとすることができる。
【００３２】
副ダイヤフラム（１１０）が、ハウジング内面（２１０）に対してハウジングシールリング（１１３）が取り付けられている面とは反対側に位置したハウジングシールリング（１１３）の下面に対して、取り付けられている。副ダイヤフラム（１１０）は、３つのチャンバ間における圧力分離をもたらす。これと同時に、副ダイヤフラムは、保持リングアセンブリ（１０４，１１６）およびサブキャリア（１０１）の実質的に摩擦のない（あるいは、低摩擦での）鉛直方向移動を可能とする。副ダイヤフラム（１１０）は、また、保持リングアセンブリおよびサブキャリアに対してのトルク伝達をもたらす。フラットなまたは実質的にフラットなかつフレキシブルなダイヤフラムが、好ましい構造ではあるけれども、例えば金属製ベローズやポリマー製ベローズやアコーディオン層やあるいは形状ポリマーチューブや閉塞ポリマーチューブといったような他のフレキシブル構造を、連結手段として代替的に使用することもできる。
【００３３】
ステンレススチールやステンレススチール合金や他の金属合金といったような適切な腐食耐性と機械的安定性とを有した材料、および、例えばシリコーンゴムといったようなポリマー材料を、ダイヤフラムの形成材料として使用することができる。フラットなダイヤフラムが使用されるような本発明のある実施形態においては、ダイヤフラムを、例えばＥＰＤＭ（FAIRPRENE DX-0001） やニトリル（FAIRPRENE BN-5039） や延伸ＰＴＦＥ（INERTEX） といったような材料から形成することが有利である。ベローズ構成が使用される場合には、ステンレススチールやステンレススチール合金といったような材料が使用されることが有利である。フラットなダイヤフラムは、ベローズよりも摩擦性が良好である点においておよび製造コストや組立コストが安価となる点において、好ましい。
【００３４】
副ダイヤフラム（１１０）によってもたらされる重要な機能は、内側フランジリング（１０７）および外側フランジリング（１０８）を互いに独立に浮遊可能としつつも、上ハウジング（１１５）から、内側フランジリング（１０７）および外側フランジリング（１０８）へと、回転トルクを伝達することである。この明細書において、『浮遊』という用語は、印加された圧力の効果に対抗し得るダイヤフラムに対して取り付けられた部材どうしの間の（機械的）結合力または摩擦力が最小であることを意味するために使用される。これら部材は、鉛直方向（上下方向）には最小の反力でもって移動するものの、回転平面内においては（水平方向においては）実質的に堅固に保持される。浮遊は、さらに、被処理ウェハの表面上に位置決めされた軸回りにおけるいくらかの最小のしかしながら目的を達するには十分な大きさの角度配向を可能とする。この明細中において使用されたときには、『浮遊』という用語は、液体表面上における浮遊物の態様での移動も意味している。つまり、浮遊という用語には、結合力や抵抗力を一切引き起こすことなく鉛直方向の位置ズレに適応し得るよう研磨パッドに対して鉛直方向に上下移動できること、および、ウェハと研磨パッドとの界面に引かれた仮想ラインに沿って延在する任意の軸回りに傾斜できることまたはそのような軸回りにおける角度配向を許容できること、という意味合いも含まれている。例えばウェハといったような基板は、ウェハ表面に関しては、浮遊物の態様で浮遊する。フラットなダイヤフラムまたはフラットなメンブランと、フレキシブルなベローズと、の双方は、最小の鉛直方向対抗力と回転面内における堅固なトルク伝達とをもたらす。この場合、フラットなメンブランの方が、好ましいより単純な方法である。２つだけのチャンバを有した構成が要求されるという特定の応用に関しては、保持リングに対しておよびキャリア（サブキャリア）に対して、ただ１つのダイヤフラムまたはただ１つの連結手段が、必要とされるのみである。
【００３５】
『第２』ダイヤフラム（１０６）は、また、サブキャリア用圧力チャンバ（１）から、および、保持リング用圧力チャンバ（２）から、『エッジ効果移動用圧力』チャンバ（３）を隔離するよう機能する。浮遊サブキャリアおよび保持リングアセンブリは、剛直リング（１０９）を介して、リング（１１３）に取り付けられる。リング（１０９）のリップは、保持リングアセンブリ（１０４，１１６）およびサブキャリアアセンブリ（１０１）が『内向きに』または『外向きに』に移動可能な範囲を制限するための機械的係止体として機能する。『Ｃ』字形断面とされた２つの堅固な取付リング（１０８，１１９）が、２つのフラットリングアセンブリ（１１１，１１２）によって、第１ダイヤフラム（１１０）に対して取り付けられている。これらフラットリングアセンブリは、第１ダイヤフラムのところにおける第１，第２，第３チャンバ（チャンバ（１，２，３））どうしの間の圧力密封シール的な隔離をもたらす。第３チャンバ（３）に対しての圧力（あるいは、真空吸引力）は、取付リング（１１９）内のニップルコネクタを介してもたらされる。
【００３６】
第２ダイヤフラムは、外側ハウジング（１１５）およびシールリング（１０５）に対して取り付けられており、これにより、圧力密封シールを形成するとともに、第２ダイヤフラムの外周エッジが所定位置に保持されるようになっている。サブキャリア（１０１）は、剛直リング（１０３）を介して断面Ｃ字形リング（１１９）に対して取り付けられている。第２ダイヤフラム（１０６）の内周エッジも含めたこの連結は、第１チャンバと第３チャンバとの間の隔離のための圧力密封シールをもたらす。リング（１０３）は、ガスケット（１０２）を介してサブキャリア（１０１）に対して取り付けられており、ウェハ吸引穴（３０８）に対しての密封シールを形成している。サブキャリア（１０１）に対しては、真空吸引力や水圧やガス圧は、ニップル（２３４）を経由して穴アレイ（３０８）からもたらされる。このように、穴アレイ（３０８）は、シリコンウェハのための真空吸引用として機能し、また、排水のためのガス圧力印加手段として機能し、さらに、微小穴からスラリーや他の材料を除去するための洗浄水の供給手段として機能する。第１ダイヤフラム（１１０）と第２ダイヤフラム（１０６）と断面Ｃ字形リングアセンブリ（１１９）とからなる組合せ体は、取付リング（１１３）のところにおいて主ハウジング（１１５）に対して、サブキャリア（１０１）を取り付けている。
【００３７】
保持リングアセンブリ（１０４，１１６）は、断面Ｃ字形リング（１０８）を介して第２ダイヤフラム（１０６）に対して取り付けられている。この連結は、チャンバ（２，３）どうしの間の圧力隔離特性をもたらす。断面Ｃ字形リング（１０８）は、保持リングアセンブリを第１ダイヤフラム（１１０）に対して連結している。リング（１１３）内のニップルコネクタを介してのチャンバ（２）に対しての正圧または負圧の印加は、保持リングアセンブリとサブキャリア（１０１）との間の互いに独立な操作を可能とする。保持リングアセンブリとして、２つのリング（１０４，１１６）が設置されている。リング（１０４）は、断面Ｃ字形リング（１０８）に対して連結されていて、チャンバ（２，３）間の隔離シールを形成している。リング（１０４）は、好ましくは、ステンレススチールから形成される。しかしながら、アルミニウムやチタン等といったような他の金属や、あるいは、セラミック材料や、あるいは、ポリマー材料を、このリング（１０４）の構成材料として使用することもできる。保持リング（１１６）自体は、ポリマーから形成されている。しかしながら、この保持リング（１１６）も、プロセスに応じて、金属やセラミックや様々なポリマー材料から形成することができる。保持リングアセンブリ（１０４，１１６）は、プラテン（２５６）に当接している面の幅を、ＣＭＰや他の基板研磨応用といったような特定の研磨操作に応じて、変更し得るように、構成されている。同様に、プラテン（２５６）の表面は、研磨操作に伴うプラテンパッド調整を行い得るよう、全体的にまたは部分的にダイヤモンド粒子等の研磨性材料から構成することができる。ウェハ面の下方領域、および、サブキャリア（１０１）と保持リング（１１６）との間の領域は、有利には、アセンブリ内の通風口を通して、ハウジング外周囲雰囲気へと通風される。この特徴点を設けないこともできるが、プラテン（２５６）と被研磨ウェハとの間に残留したすべての空気を除去しこれによりプロセスの予想可能性や一様性を向上させるためには、設ける方が好ましい。リング（１１６）のうちの、サブキャリア（１０１）に隣接している面は、研磨操作時にリングとサブキャリアとの間に発生する残留摩擦力を最小化するために、彫刻される。保持リングアセンブリの有利な特徴点は、ハウジングリング（１０５）を取り外し、さらに、取付リング（１０４）に対して保持リング（１１６）を取り付けているネジを取り外すことによって、保持リング（１１６）の交換やメンテナンスが行えることである。
【００３８】
図示の実施形態においては、第２ダイヤフラム（１１０）は、上面側における外側係止リング（１１２）と、下面側における外側フランジリング（１０８）と、の間において挟まれており、また、上面側における内側係止リング（１１１）と、下面側における内側フランジリング（１０７）と、の間において挟まれている。ここで、『内側』および『外側』という用語は、スピンドルシャフトの回転中心線（２１８）に関しての、環状構造体の径方向位置を示すために使用されている。
【００３９】
内側および外側フランジリング（１０７，１０８）の各々は、いわば断面Ｃ字形状または断面Ｕ字形状を有している。このため、少なくともいくらかは、環状Ｉ型梁構造のように、構造的強度と剛直さとをもたらすことができる。それと同時に、質量や重量や慣性を最小化することができ、さらに、連結構造に対する取付のための表面を提供することができる。しかしながら、一般的には、内側および外側フランジリング（１０７，１０８）は、いくらかの性能特性を犠牲にするかもしれないものの、中実環状バー断面部分も含めて互いに異なる形状とすることができる。
【００４０】
下側フランジリング（１０８）の面（２２１）と下側フランジリング（１０７）の面（２２１）とは、主ダイヤフラム（１０６）の上面（２２８）に対して取り付けられている。主ダイヤフラム（１０６）には、内側環状領域に、サブキャリアアセンブリ（２３０）が取り付けられており、外側環状領域に、保持リングアセンブリ（２５０）が取り付けられている。サブキャリアアセンブリ（２３０）は、必ずしもそうである必要はないものの、一般的には、環状保持リングアセンブリ（２５０）がなす領域の内部に配置されている。本発明による保持リングは、とりわけ、ウェハに対して、また、保持リングに対して、さらに、ウェハと保持リングとの界面に対して、下向き力（圧力）の独立制御をもたらす。ウェハが、ウェハサブキャリア（１０１）の下面に対して保持されることを思い起こされたい。
【００４１】
主ダイヤフラム（１０６）は、いくつかの機能を果たしている。まず第１に、主ダイヤフラム（１０６）は、スピンドルアセンブリ（１２０）から上ハウジング（１１２）へとまず最初に伝達される回転トルクであって主ダイヤフラム（１０６）に対していくつかの介在構造（例えば、ハウジングシールリング（１１３）、内側フランジリング（１０７）、外側フランジリング（１０８））を介して伝達される回転トルクを、サブキャリアアセンブリ（２３０）へと（よって、ウェハがサブキャリアアセンブリに対して取り付けられているときには、ウェハへと）、また、保持リングアセンブリ（２５０）へと、伝達することである。第２に、主ダイヤフラム（１０６）は、サブキャリア（１０１）と保持リング（１１６）との各々を、回転研磨面（１３２）に対して取り付けられた研磨パッド上において互いに独立に浮遊状態としつつも、ウェハサブキャリア（１０１）（サブキャリアアセンブリ（２３０）の一部材）と保持リング（１１６）（保持リングアセンブリ（２５０）の一部材）との間の、側方離間距離を実質的に維持することである、つまり、この例においては径方向環状離間距離を実質的に維持することである。２つのダイヤフラムは、３個の圧力チャンバ間の隔離をもたらすとともに、保持リングアセンブリおよびサブキャリアの『浮遊』を可能としている。サブキャリアチャンバ（１）に対しては、圧力は、スピンドル内の独立ポートを介して印加される。チャンバ（２，３）内に対しての圧力は、互いに独立に、スピンドルポートを介して印加される。
【００４２】
次に、基板を処理する手順の例について、簡単に説明する。まず最初に、ウェハが、ヘッド搬入機構（ＨＬＭ）からサブキャリアへと搬入され、吸引穴（３０８）を通して真空吸引力が印加される。ＨＬＭおよびＨＵＭ（後述）は、全体的にロボットによるウェハ取扱デバイスとして構成される。これらは、当該技術分野では公知であるので、さらなる説明を省略する。次に、キャリアアセンブリをプラテンパッドに対して当接させ、スラリー材料の特定供給溜まり内においてコーティングするあるいは浸漬する。そして、サブキャリアに対してのウェハの真空吸引保持を解除する。さらに、第１圧力値（圧力１）をチャンバ（１）に対して印加し、第２および第３圧力値（圧力２，圧力３）をそれぞれチャンバ（２，３）に対して印加する。これら圧力値は、一定とすることもでき、また、研磨サイクル中に互いに独立に変化させることもできる。いずれにしても、第１〜第３圧力値（正圧または負圧）は、互いに独立に制御される。ウェハ表面に残留した（あるいは拘束された）すべての空気は、保持リングアセンブリを通して通風される。その次に、研磨や平坦化やＣＭＰや他のプロセスサイクルが、所定時間にわたって継続される。そして、研磨サイクルの完了時には、第１チャンバ（チャンバ（１））に対して真空吸引力を印加し、研磨動作が停止されているプラテン面からウェハを引き付ける。その場合、保持リングに対する圧力が不変に維持され、ウェハの適切な捕獲が確実になされる。さらに、サブキャリア内の真空吸引穴に対して負圧を印加することによって、ウェハを、ヘッド搬出機構（ＨＵＭ）へと搬出する。ウェハがＨＵＭによって取り出された直後には、ヘッドの内部から真空吸引穴を通して洗浄水が供給され、各部材のクリーニングが行われる。水は、保持リング（１１６）とサブキャリア（１０１）との間の中間領域に対して個別的に注入され、これにより、中間領域から残留スラリーやウェハ屑が除去される。最後に、所定時間後に、水の供給が停止され、キャリアは、ＨＬＭのところに配置される（あるいは、ＨＬＭが、キャリアの近傍に配置される）。そして、次なるウェハが採取され、サイクルが繰り返される。
【００４３】
図２および図３に示すように、サブキャリアアセンブリ（２３０）は、サブキャリア（１０１）と、サブキャリアガスケット（１０２）と、サブキャリアリング（１０３）と、を備えている。例えばある実施形態における埋設ネジ（２３２）といったような様々な固定具によって、サブキャリアガスケット（１０２）を介装した状態で、サブキャリアリング（１０３）がサブキャリア（１０１）に対して取り付けられる。流体および／または圧力を、ウェハサブキャリア（１０１）の下面（２３７）上における１つまたは複数の穴あるいは開口（２３６）を通して伝達するためにあるいは流通させるために、流体および／または圧力を連結具（２３４）に対して接続し得るようにして、連結具（２３４）が、サブキャリア（１０１）に対して取り付けられている。サブキャリア（１０１）内におけるチューブ連結具（２３４）は、サブキャリア（１０１）の下面のエッジにおいて開口している真空吸引用／圧力印加用穴（２３６）へと、真空吸引力やガス圧力や水を導くことを可能とする。ある実施形態においては、連結具（２３４）は、サブキャリア内のネジ山付き穴内に連結具をネジ止めすることによって（例えばステンレススチールや他の金属から形成されたサブキャリアが使用される場合）、あるいは、サブキャリアに対してネジ山付きインサートを使用することによって（例えば、セラミック基体に対して、ステンレススチール製インサートが、挿入あるいは接着される場合）、あるいは、接着剤を使用することによって（例えば、セラミック製サブキャリアが使用される場合）、サブキャリア（１０１）に対して固定される。連結具は、水やガスといったような流体を流体源からスピンドル回転ユニオン（２７０）を介して流通させ得るよう、連結具の側部をチューブまたは他の流体コンジットに対して連結し得るような、貫通孔とニップルの組合せ、あるいは、他の手段とされる。
【００４４】
本発明のある実施形態においては、連結具は、真空吸引力を導くことができ（例えば、水銀柱で６３５ｍｍ（２５インチ）という程度の真空度）、また、水を導くことができ（例えば、約８２７４０Ｎ／ｍ² （１２ｐｓｉ）という圧力の水）、さらに、空気または他のガスを導くことができる（例えば、約１７２３７５Ｎ／ｍ² （２５ｐｓｉ）という圧力）。サブキャリアの開口は、ウェハエッジに対しての潜在的機械的変形可能性を最小化し得るようなサイズとされている。そのような変形は、あまりに大きな開口が設けられていたりあまりに多数の開口が設けられていたりする場合に起こり得る。ある実施形態においては、サブキャリアの開口（２３６）の直径は、約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）とされる。しかしながら、変形を引き起こさない限りにおいては、これより大きな開口や小さな開口を使用することができる。開口は、スラリーやウェハ研磨屑によって閉塞を引き起こすことがないよう、十分に大きなサイズのものとすることができる。これら開口を、水および／または空気によって洗浄することは、小さな直径を有した開口の閉塞防止を補助することができる。サブキャリア（１０１）の上面（２３９）（ウェハ取付面とは反対側の面）と、内側ハウジングの表面（２１０）と、の間に形成されたキャビティ（２３８）は、サブキャリア（１０１）の移動と干渉することなく、この目的のためのチューブや他の目的のためのチューブを配置し得るだけの十分な空間を提供する。
【００４５】
サブキャリアアセンブリ（１０１）は、有利には、サブキャリア（１０１）と、このサブキャリアと一体部材としてではなくガスケット（１０２）によって隔離された別部材としてのサブキャリアリング（１０３）と、から構成されている。ガスケット（１０２）は、真空吸引用／圧力印加用穴（２３６）に対しての圧力隔離をもたらす。サブキャリアリング（１０３）は、メンブラン（１０６）に対しての表面シールと、サブキャリア（１０１）を断面Ｃ字形リング（１１９）に対して取り付けるための剛直な取付機構と、の双方をもたらす。
【００４６】
保持リングアセンブリ（２５０）は、内面壁（２５３）と外面壁（２５４）と上面（２５５）と下面（２５６）とを有した全体的矩形環状リング複合体構造とされているものであって、保持リングアダプタ（１０４）と、保持リング（１１６）と、保持リング（１１６）に対して取り付けられるあるいは保持リング（１１６）と一体に形成される付加的摩耗面（２５１）と、を備えている。各側面壁および上面は、有利には、付加的利点をもたらすような表面適合性を有している。摩耗面は、発生し得る『エッジ』研磨効果をウェハのエッジから保持リングのエッジへと移動させこれによりそのようなエッジ効果が研磨の一様性を阻害することがないようにするために、保持リングの下面（２５６）に付加的に設けられる。ある実施形態においては、摩耗面（２５１）の厚さは、約２ｍｍ〜約５ｍｍとされる。しかしながら、これよりも厚いものとも薄いものともすることができる。また、摩耗面は、セラミックやポリマー材料から形成される。保持リングアダプタを、側壁（２５４）を貫通させて保持リング（１１６）に対して取り付けるために、通風ネジ（２５２）が設けられている。ただし、例えば貫通孔といったような他の通風手段を、代わりに設けることもできる。
【００４７】
保持リングアダプタ（１０４）は、ネジ山付き押えネジ（２５８）によって、外側フランジリング（１０８）に対して取り付けられている。ただし、保持リング（１１６）に対して、他のタイプのネジや固定手段を使用することができる。本発明のある実施形態においては、保持リングアダプタ（１０４）は、QQ-P-35 Type II というＭＩＬ規格によって不動態化された３１６／３１６Ｌステンレススチールから形成される。保持リング（１０４）は、TECHTRONという商標名のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）から形成される。要望によっては、ステンレススチールや他の腐食耐性材料からなる螺旋ネジ山付きインサート（２５８）が、保持リング（１１６）と保持リングアダプタ（１０４）とを連結するためのネジ山付きネジを受領するために、保持リング内の穴（２５９）を貫通して固定される。
【００４８】
本発明のある実施形態においては、通風ネジ（２５２）が、有利には、保持リングアセンブリ（２５０）をなす２つの部材を連結するために使用される。サブキャリアアセンブリ（２３０）と保持リングアセンブリ（２５０）との間のギャップ（３１８）が、通風口（３１９）や他の通風手段によって通風されていないとするならば、ギャップ内において気泡が発生する可能性があり、このため、研磨プロセス時に、ウェハの背面（３０５ｂ）とサブキャリアの内のウェハよりも外側に位置する面との間から、ウェハの下方へと気泡が、広がってしまいかねない。その場合には、そのような気泡の存在が、プロセスの制御性の欠如を招きかねないし、また、研磨プロセスにおける非一様性をもたらしかねない。通風ネジは、残留空気が、ギャップ（３１８）から、保持リングアセンブリの外面壁と下ハウジング（１０５）の内壁との間の領域へと、逃げることを可能とする。その領域へと逃げた少量の空気は、研磨操作には、何らの影響も与えない。さらに、通風口がハウジング内にあることにより、研磨スラリーの汚染が最小限に維持される。
【００４９】
キャリアアセンブリ（１００）は、望ましいけれども付加的に、２つの部材からなる保持リングを有している。ウェハと研磨パッドとを含有している実際の保持リング（１１６）は、一般的に、不活性ポリマーまたはセラミック材料から形成される。しかしながら、選択された研磨プロセスや平坦化プロセスやＣＭＰプロセスに対して実質的に適合する任意の材料から形成することができる。また、保持リングは、最大で約２５．４ｍｍ（約１インチ）にまでリングの使用環状寸法を変更し得るように構成されている。ただし、約２５．４ｍｍ（約１インチ）という寸法は、例示に過ぎないものであって、本発明の絶対的制限ではない。保持リングは、付加的には、研磨パッドの調整手段として機能し得るような、例えばダイヤモンド等といったものからなる粗面領域を備えることができる。保持リング（１１６）は、駆動リングとして機能する中実外側フランジリング（１０８）に対して取り付けられた金属またはセラミックからなるリング（１０４）上に取り付けられる。チャンバ（３０２）が加圧されたときには、この圧力は、保持リングアセンブリを、主研磨パッドの面上に制御可能に押圧する。保持リングによるこの制御可能な押圧力は、従来のキャリア−プラテンに基づく研磨プロセスにおいては通常的であったエッジ効果を最小化するよう機能する。
【００５０】
保持リング（１１６）の構成材料として利用可能な材料としては、いくつかの理由から、ポリフェニレンサルファイドが有利である。第１に、この材料は、いくつかの材料に対しては腐食性となり得る従来からのＣＭＰ研磨スラリーに対して不活性である。第２に、耐摩耗性であって、化学的に不活性である。したがって、セラミック材料やステンレススチールやインバールや他の従来的なサブキャリア形成材料から形成されているサブキャリアに対して、ポリフェニレンサルファイド材料は、良好な潤滑性を有しかつ摩擦がほとんどない摩耗面をもたらす。２つの部材からなるリングの利点は、いくらかの摩耗を受ける保持リング（１１６）を、従来構成では必要とされていたようなキャリアアセンブリ全体の分解を行うことなく、交換し得ることである。
【００５１】
したがって、上記に代えて単一部材からなる保持リングアセンブリを設けることができるけれども、２つの部材からなる保持リングアセンブリ（２５０）は、保持リングアダプタ（１０４）が金属製であることのために強度が大きくかつ硬いという利点があるとともに、保持リングをポリフェニレンサルファイドから形成していることのためのこの材料の格別の特性を利用できるという利点があり、さらに、上述の他の利点がある。保持リング（１１６）の代替可能な構成材料としては、他のポリマー材料やセラミックや複合体や特殊金属合金やシリコーンゴムがある。
【００５２】
本発明のある実施形態においては、研磨パッドに対して接触することとなる保持リングの下面は、望ましくは、径方向環状外方部分から材料を除去するようトリミングすることができる。トリミング前においては、３００ｍｍのシリコンをベースとした半導体ウェハの化学的機械的研磨（ＣＭＰ）に適したサイズとされた研磨ヘッド内において、研磨パッドに対しての保持リングの接触幅は、約２５ｍｍである。しかしながら、保持リングは、接触幅が約１０〜１２ｍｍといったような小さな幅となるようにトリミングすることができる、あるいは、約３０ｍｍ以上の接触幅となるように広げることができる、あるいは、これら２つの環状幅の範囲内の値の接触幅とすることができる。この調節可能性のために、有利には、研磨プロセスのエッジ効果に対して正確な制御が可能とされる。保持リング（１１６）およびウェハサブキャリア（１０１）は、研磨時に半導体ウェハ（あるいは、他の被研磨基板）が配置されて保持されるポケット（２７０）を形成する。
【００５３】
ある実施形態においては、真空吸引ラインに設けられたウェハ取付検出センサが、ウェハがキャリアの下面に適正に所定位置に取り付けられているかどうかを検出することに注意されたい。圧力制御システムは、第１，第２，第３チャンバ（チャンバ（１，２，３））内の圧力の独立な制御を維持する３つの電子圧力制御デバイスを備えて構成されている。これらチャンバ内における圧力値は、減圧（いくらかの負圧）〜約１０３４２５Ｎ／ｍ² （約１５ｐｓｉｇ）という正圧の範囲とされ、プロセスサイクル時に変化することができる。これより大きな圧力値を使用することもできるけれども、典型的には、必要ではない。圧力は、スピンドルを貫通して延在しかつ外部流体源および／または外部圧力源に接続されているチャネルを通して互いに独立に印加される。流体および圧力の印加は、例えばコンピュータ制御システムを使用して、制御される。このようなコンピュータ制御システムは、開ループ制御システムとして動作するものとすることができるけれども、フィードバック制御システムとして動作するものであることが好ましい。
【００５４】
リッジ（２７２）または一連の突起を有したロックリング（１０９）が、ネジ（２７１）または他の固定手段によって、ハウジングシールリング（１１３）に対して固定されている。リッジ（２７２）は、内側フランジリング（１０７）の外壁上の環状凹所（２７３）に向けて径方向内方側へと突出している。リッジ（２７２）の内径すなわち最小径は、凹所（２７３）の外径よりも大きなものとされている。よって、リッジ（２７２）は、凹所（２７３）内に位置することとなり、サブキャリアアセンブリ（２３０）が通常の研磨位置にあるときには、内側フランジリング（１０７）に対して干渉することなく自由に移動することができる。しかしながら、リッジ（２７２）と内側フランジリング（１０７）とは、機械的に互いに干渉し、リッジは、研磨位置からの所定変位量を超えたサブキャリアアセンブリ（２３０）の鉛直方向移動を、干渉によって制限する。
【００５５】
例えば、本発明のある実施形態においては、リッジ（２７２）と凹所（２７３）とは、リッジが移動を制限するようになるまでに、サブキャリアアセンブリが上向きに（スピンドルアセンブリ（１２０）に向けて）約３ｍｍだけ移動可能でありかつ下向きに（研磨面に向けて）約３ｍｍだけ移動可能であるような、サイズとされている。当然のことながら、これよりも大きなまたは小さな移動範囲、典型的には、約１ｍｍ〜約５ｍｍという移動範囲を設定することができる。しかしながら、典型的な研磨操作やＣＭＰ操作に対しては不要である。通常、±３ｍｍという移動範囲でさえ、ウェハの搬入機能および搬出機能のためにしか必要とはされない。しかしながら、小さな移動距離は、実際に研磨時に典型的に発生するものである。サブキャリアが研磨パッド表面から引き上げられたときには、リッジまたは係止体（２７２）は、サブキャリア（２３０）の重量を負担する。また、これよりは小さな程度で、比較的軽量の保持リングアセンブリ（２５０）の重量を負担する。そのため、連結手段を負担するためのダイヤフラムまたはハウジングは、過度に延出されてはいない。同様に、ダイヤフラム（１０６）は、リッジ係止体（２７２）によって、上向きに過度に延在することから保護されている。
【００５６】
研磨ヘッドに関しての上記説明により、特に、サブキャリアアセンブリに関しての上記説明により、サブキャリアが、様々な圧力値の組合せへと互いに個別に圧力制御可能な３つの独立なチャンバを備えていることあるいは確立していることは、明瞭であろう。これらチャンバは、サブキャリアチャンバ（３０１）、保持リングチャンバ（３０２）、および、差圧チャンバ（３０３）、として識別される。チャンバ（３０１）は、サブキャリア（１０１）の上面に対して、正圧または負圧のサブキャリア圧力をもたらす。チャンバ（３０２）は、主ダイヤフラム（１０６）を介してリングアセンブリに対して連通している保持リングアセンブリ（２５０）に対して、正圧または負圧の保持リング圧力をもたらす。チャンバ（３０３）は、保持リングアセンブリ（２５０）とサブキャリアアセンブリ（２３０）とに対して、主ダイヤフラム（１０６）の中央環状領域を通して、正圧または負圧を印加する。第３チャンバ（３０３）によって印加される圧力が、保持リングアセンブリ（２５０）とサブキャリアアセンブリ（２３０）とに対してそれぞれ個別に設定される圧力値を調整するための差圧として解釈することができることに注意されたい。
【００５７】
実際には、この差圧は、保持リングとサブキャリアとに対して、圧力印加場所のごく近傍において、比較的大きな影響を与える。すなわち、ウェハのエッジのところの研磨に、支配的な影響を与える。チャンバ（３０３）内に正圧を印加することは、実質的に、保持リング（１１６）の径方向最内部分と、サブキャリア（１０１）の下面に取り付けられているウェハの径方向最外部分と、の間の境界部分におよびこの境界部分近傍に対して、下向き力（研磨パッドに向かう力）を印加する結果となる。そのため、ウェハのエッジにおける研磨特性が、影響を受けることとなる。実際に、この差圧チャンバ内への圧力印加構造および方法が、エッジ除外ゾーンを、約５ｍｍ未満から３ｍｍ未満へと有利に低減させ得る能力をもたらす。エッジ除外ゾーンすなわち非一様な研磨や平坦化が発生する可能性のある領域は、ウェハの外縁エッジから内向きに最大約５ｍｍにまで延在した環状領域である。エッジ除外領域とは、ウェハのエッジにおいて、許容可能な一様性が得られていない環状部分のことである。現在のところ、工業的に許容可能なエッジ除外領域は、約５ｍｍであれば大きく、約３ｍｍであれば小さいものである。
【００５８】
さて、次に、各チャンバの圧力値が変更された場合の特に構造部材どうしの間の関係に対しての、各構造によってもたらされる動作および機能について、説明する。チャンバ（３０１）は、主ウェハサブキャリアに対して圧力をもたらし、このことは、第１次近似においては（ダイヤフラムによる懸架によって可能とされているサブキャリアまたはウェハの角度回転移動や傾斜を無視している）、シリコンウェハ（３０５）の面（３０６）に研磨プロセスをもたらすように、印加圧力が作用する。シリコンウェハ面（３０６）は、研磨を行っているプロセスやプロセスステージによって、酸化シリコンや金属やシリコンとすることができる。シリコンウェハ面は、半導体デバイスの製造において通常使用されるような例えば窒化シリコンといったような他の材料とすることもできる。シリコンウェハやウェハという用語は、純粋にシリコンウェハ材料だけを意味しているのではなく、ウェハ面上に配置されているすべての材料をも意味している。このサブキャリアが、実質的に摩擦なしに移動でき、かつ、気圧または液圧のいずれによっても一様なまたは実質的に一様な圧力を受けることは重要である。これにより、ウェハの面全体にわたって一様な研磨をもたらすことができる。（チャンバ（３０３）の機能に関して上述したように、ウェハのエッジに対して印加された圧力の非一様性の制御は、非一様なエッジ特性を修正することができ、実際に、研磨の非一様性を改良することができる）
【００５９】
チャンバ（２）は、保持リング（１１６）に対して、独立な気圧または液圧を提供する。この環状リング（１１６）は、様々な環状幅を有するようにして、製造することができる。すなわち、径方向外側寸法を、特にウェハのエッジにおいて良好な一様性が得られるよう、研磨ヘッドに応じて変更することができる。保持リングの形成材料、表面特性、および、寸法や表面トポグラフィーや適用研磨材といったような他の特性は、所望の結果が得られるように選択することができる。保持リングの環状幅と保持リングの形成材料とを適切に選択することにより、エッジ研磨効果を、被研磨ウェハの実際のエッジから外方へと、エッジに比較的近いところからエッジから比較的離間したところにまで、移動させることができる。これにより、エッジ近傍において除去される材料の量を増減させることができ、そのため、ウェハのエッジ近傍領域における一様性を向上させることができる。利点は、ウェハの『エッジ除外』領域を、約５ｍｍ未満から、約３ｍｍ未満へと、低減できることである。この保持リングは、研磨サイクル時に、ウェハを所定位置に保持するための保持リングとしても機能する。保持リング（１１６）に対する下向き圧力は、チャンバ（３０１）やチャンバ（３０３）に印加される圧力とは独立に、チャンバ（３０２）に対して圧力を印加することによって得られる。フレキシブルな主ダイヤフラム（１０６）は、鉛直方向における摩擦力を最小としつつチャンバ（３０１，３０２）どうしを互いに隔離するように機能する。それと同時に、主ダイヤフラムは、水平面内においてウェハ（３０５）に対してトルク伝達を行い、さらに、ウェハとパッドとの間の角度変化を吸収し得るようサブキャリアの角度傾斜を可能とする。例示としての実施形態においてはポリフェニレンサルファイド材料が使用されているけれども、限定するものではないが、セラミック材料や他のポリマーやある種の他の許容可能な（不活性の）金属といったような他の材料も、使用可能であることに注意されたい。選択された各材料、研磨パッドとの環状接触幅、および、保持リングアセンブリとサブキャリアアセンブリと研磨ヘッドとの全体としての質量および他の構造的特性は、機械的共鳴特性を考慮して構成することができる。機械的共鳴特性を考慮しなければ、研磨の一様性に悪影響がもたらされかねない。
【００６０】
チャンバ（３０３）の存在および特性は、とりわけ第３圧力を実質的にウェハのエッジに対してのみ印加し得ることによって、本発明による装置にさらなる革新的な特徴点をもたらしている。『差圧』チャンバまたは『エッジ効果移動』チャンバ（３０３）の目的および効果は、ウェハ（３０５）の正にエッジそのものに、わずかの程度の差圧（通常はいくらかの追加的な研磨力の付加である。ただし、研磨力を小さくするようにすることもできる）を提供し、これにより、約３ｍｍ未満という、最小では約０．５ｍｍ程度という、ウェハエッジ除外領域を得ることである。第３チャンバ（３０３）は、ウェハの研磨面の極めて良好な一様性を得るための研磨プロセスパラメータの選択に対して、かなりの自由度をもたらす。フレキシブルな第２ダイヤフラム（１１０）は、鉛直方向における摩擦力を最小としつつ、チャンバ（３０３）をチャンバ（３０１，３０２）から隔離するように機能する。第２ダイヤフラム（１１０）は、さらに、研磨プロセス時に、ウェハサブキャリア（１０１）に対して、したがってウェハ（３０５）に対して、トルクを効率的に伝達するように機能する。単一のフレキシブルダイヤフラムによるウェハキャリアとハウジングとに対しての保持リングの連結は、米国特許明細書第５，２０５，０８２号、米国特許明細書第５，５２７，２０９号、米国特許明細書第４，９１８，８７０号に開示されている。これら文献は、参考のため、ここに組み込まれる。研磨プロセスやＣＭＰプロセスや他の基板処理手順の終了時には、ウェハ解放プロセスまたはウェハ取出プロセスとして機能する穴アセンブリに対して、乾燥窒素または清浄乾燥空気（ＣＤＡ）が供給される。構造は、さらに、穴を通して洗浄用の脱イオン水（ＤＩ水）を供給するための手段をなす、別の供給ラインを通して脱イオン水が供給される一連のオリフィスを備えている。
【００６１】
サブキャリア（１０１）は、また、ウェハ（３０５）のエッジに対して真空吸引力を印加するために、ウェハサブキャリア（１０１）の下面に、上述の穴（２３６）を有するように構成されている。これにより、他の処理装置に対してのウェハの搬出入時に、ウェハを容易に採取することができる。真空チャンバ（３０８）は、ウェハサブキャリア（１０１）の上面内におけるチャネル（３０９）として形成されており、他のチャンバ（３０１，３０２，３０３）からまた周囲雰囲気から、サブキャリアガスケット（１０２）を介して、シールされている。チューブは、真空吸引源（３１０）も含めた流体源に対して、スピンドルベースの回転ユニオンを介して、連結具（２３４）やチャネル（３０９）やウェハ貫通孔（２３６）へと接続されている。また、研磨サイクルの終了時にウェハの上面（３０５ｂ）を洗浄するために脱イオン水（ＤＩ水）を供給するために使用される。これにより、キャリア（１０１）からウェハ（３０５）が効果的に解放されるとともに、真空吸引穴（２３６）から、残留研磨スラリーやウェハ屑が除去される。これにより、次なるウェハの待受状態が完了し、次なるウェハが装着されることとなる。
【００６２】
サブキャリア（１０１）は、付加的には、しかし有利には、研磨サイクルが終了した後に、サブキャリア（１０１）と保持リング（１１６）との間の狭ギャップを、脱イオン水や他の液体または流体によって洗浄するための手段を備えている。これにより、保持リング（１１６）とサブキャリア（１０１）との間の摩擦や閉塞を起こしかねないような狭ギャップ内へのスラリーの蓄積が、防止される。
【００６３】
ロックリング（１０９）は、主サブキャリア（２３０）に対しての機械的係止体として機能し、これにより、サブキャリアの過度の移動が防止され、また、真空吸引力が印加されたときのサブキャリアアセンブリ（２３０）の引っ張られ過ぎが防止される。下ハウジング（１０５）は、下側外側ハウジングとしての役割を果たすものであって、保持リングのための機械的係止体として機能する。これにより、保持リングの過度の移動が防止される。チャンバ（３０１，３０２）間の圧力および真空の隔離は、上ハウジング（１１５）の内面とハウジングシールリング（１１３）との間に配置されて上ハウジング（１１５）の内面に対してのシールをもたらす互いに同心配置された２つのＯリングシールリング（３２６，３２７）によって得られる。
【００６４】
有利には、チャンバ（３０１）の内容積は、チャンバ（３０１）に対して真空吸引力や正圧を供給するのに必要な応答時間を短縮し得るよう、低減されているつまり最小化されている。容積低減は、少なくとも部分的には、ハウジング（１０５）の構成材料を除去することによってではなく、上ハウジング（１１５）の凹所領域内に、保持リングアセンブリ（２５０）の各部材（例えば、外側フランジリング（１０８）および外側係止リング（１１２））とサブキャリアアセンブリ（２３０）の各部材（例えば、内側フランジリング（１０７）および内側係止リング（１１１））とを収容させることによって、得られており、また、上ハウジング（１１５）がキャリアアセンブリ（１００）の他の部材に干渉しない限りにおいて、上ハウジング（１１５）の他の厚さ領域を、サブキャリア（１０１）寄りに配置することによって、得られている。有利には、多チャンバ型キャリアアセンブリ（１００）においては、従来構造と比較して、実質的な重量低減が得られている。
【００６５】
サブキャリアの上面（背面）構造は、最小重量でもって構造強度が得られるように選択されており、ごくわずかな特別のフレキシブルさをもたらすように選択されている。実際に、ウェハエッジの近傍領域においては、ごく微小量だけ、剛直構造を捻ることができるようになっている。エッジにおけるこのようなわずかなフレキシブルさは、エッジ効果移動用圧力チャンバ（３）と協働して作用することとなる。
【００６６】
研磨サイクル時にウェハ（３０５）を押し戻すように機能する、付加的な長寿命化サブキャリアインサート（３３０）を、付加的には設けることができる。この長寿命化フィルムは、付加的に、ただし望ましいことではあるが、サブキャリアの面に対して接着される。長寿命化フィルムの構成材料は、硬度や表面摩擦や摩耗耐性等により選択されたポリマーである。サブキャリアフィルムは、光学的平坦性要求に適合し得る程度にまで、機械加工や他の処理が施されているべきである。比較的厚い長寿命化フィルムにドリルでもって適切な穴を開け、これにより、従来構造におけるフィルムよりもずっと効果的に、ウェハ上面（背面）に対しての真空吸引力をもたらし得るようにすることは、重要である。
【００６７】
本発明によるスピンドルアセンブリ（１２０）は、回転ユニオンを備えており、互いに独立な５個の流体供給用およびガス供給用および圧力／真空吸引力供給用回路を提供し得るように構成されている。本発明による構造は、中央チャンバ（３０１）と保持リングチャンバ（３０２）とエッジ効果移動チャンバ（３０３）とに対して、圧力の、また、真空吸引力の、さらに、脱イオン水供給の、互いに独立な制御をもたらす。２つの部材からなる回転ユニオンを備えたスピンドルアセンブリは、米国特許明細書第５，４４３，４１６号に開示されている。この文献は、参考のため、ここに組み込まれる。
【００６８】
図５は、第１〜第３チャンバ内における、圧力のまた脱イオン水供給のさらに真空吸引力の、互いに独立な制御を行うための圧力制御システム（４００）の一実施形態を概略的に示している。圧力制御システム（４００）は、空気供給源（４０２）と、真空ポンプ／真空吸引力供給源（４０４）と、脱イオン水供給源（４０６）と、を備えている。各供給源は、最適の圧力制御器や体積制御器を有した制御バルブを介して、チューブやホースやパイプ（４２０）によって、回転ユニオン（４０８）へと接続されている。例えば、空気供給源（４０２）は、各々が最適の制御器を有したものとすることができる３個の制御バルブ（４１０，４１２，４１４）を介して、回転ユニオン（４０８）へと接続されている。同様に、真空吸引力供給源（４０４）は、同様に最適の圧力制御器を有したものとすることができる第４制御バルブ（４１６）を介して、回転ユニオン（４０８）へと接続されている。最後に、脱イオン水供給源（４０６）は、同様に最適の圧力制御器を有したものとすることができる第５制御バルブ（４１８）を介して、回転ユニオン（４０８）へと接続されている。
【００６９】
回転ユニオン（４０８）は、これら流体や圧力を受領し、これら流体や圧力を、公知の様式によって研磨ヘッド（４２６）へと流通させる。コンピュータ（４３０）または他のコントローラは、流体供給源（４０２，４０４，４０６）に対してのＩ／Ｏポート（４３２）と、研磨機（４２６）内のカルーセルモータ（４２２）およびプラテンモータ（４２４）に対してのＩ／Ｏポート（４４４）と、を有している。コンピュータ（４３０）は、さらに、手順（４３６）やデータ（４３８）や駆動システム（４４０）のためのメモリ（４３４）を有している。手順（４３６）は、例えば、圧力制御手順（４４２）を有することができる。ディスプレイ（４５０）とか、キーボードやマウス等の使用者入力デバイスとかが、所望により設けられる。
【００７０】
本発明の様々な特徴点について説明してきたけれども、以下においては、図６〜図２８に図示された本発明の特定の実施形態において使用されている本発明の特徴点について説明する。これらの図示は、各構成部材を詳細に示しているけれども、本発明においては必ずしもすべての特徴点を含有する必要がないこと、また、本発明の本質的特徴点については、上記実施形態によって上述したこと、を理解されたい。また、基板（典型的には、半導体ウェハ）は、任意のサイズのものとすることができる。ただし、図６〜図２８において例示されている寸法は、公称２００ｍｍウェハに対して応用される際のものである。当業者であれば、上記説明により、例えば１００ｍｍ直径や３００ｍｍ直径やあるいはそれよりも大径の基板またはウェハといったような様々なサイズの基板またはウェハに応じて、構造を適切に拡大または縮小し得ることを、理解されるであろう。
【００７１】
添付図面において、図６Ａ〜図６Ｅは、２００ｍｍ直径ウェハ用研磨ヘッドにおけるサブキャリアの一例を示しており、図７Ａ〜図７Ｂは、サブキャリアガスケットの一例を示しており、図８Ａ〜図８Ｃは、リングの一例を示しており、図９Ａ〜図９Ｄは、アダプタの一例を示しており、図１０Ａ〜図１０Ｄは、下ハウジングの一例を示しており、図１１Ａ〜図１１Ｂは、主ダイヤフラムの一例を示しており、図１２Ａ〜図１２Ｇは、内側フランジリングの一例を示しており、図１３Ａ〜図１３Ｄは、外側フランジリングの一例を示しており、図１４Ａ〜図１４Ｄは、ロックリングの一例を示している。図１５Ａ〜図１５Ｂは、副ダイヤフラムの一例を示しており、図１６Ａ〜図１６Ｃは、内側係止リングの一例を示しており、図１７Ａ〜図１７Ｃは、外側係止リングの一例を示しており、図１８Ａ〜図１８Ｄは、ハウジングシールリングの一例を示しており、図１９Ａ〜図１９Ｅは、取付アダプタの一例を示しており、図２０Ａ〜図２０Ｃは、上ハウジングの一例を示しており、図２１Ａ〜図２１Ｄは、保持リングの一例を示している。図２２は、フィルムインサートの一例を示しており、図２３Ａ〜図２３Ｄは、ヘッドプレートアダプタの一例を示しており、図２４Ａ〜図２４Ｇは、内側フランジリングの一例を示しており、図２５Ａ〜図２５Ｅは、スピンドルシャフトの一例を示しており、図２６Ａ〜図２６Ｇは、スピンドルシャフトおよび回転ユニオンコンジットの一部の一例を示しており、図２７Ａ〜図２７Ｂは、タレット駆動スプロケットの一例を示しており、図２８Ａ〜図２８Ｂは、スピンドルキーの一例を示している。
【００７２】
上記のおよび他の特徴点は、限定するものではないが、従来技術に対して、以下の多数の利点や改良点をもたらす。
（１）複数の互いに独立な圧力チャンバが存在すること。特に、サブキャリアおよびウェハに対する圧力と、保持リングに対する圧力と、これら両者の中間領域における圧力とが、互いに独立に制御される。サブキャリアに対して、正圧を印加することも、負圧を印加することもできる。
（２）チャンバどうしを隔離するためにフレキシブルなダイヤフラムまたはメンブランを使用していることにより、鉛直方向の摩擦力が低減され、また、研磨時にウェハに対してトルクが伝達される。
（３）シリコン研磨や、シリコン上の多層金属回路構造における酸化物フィルムや金属フィルムの平坦化に対しての、キャリアの応用。
（４）アセンブリ内において通風ネジを使用していることにより、非一様性を引き起こすようなウェハの前面および背面におけるウェハ領域内の空気の存在を防止できること。
（５）トルク伝達部材として、シール用ダイヤフラムを使用していること。
（６）ウェハ背面に対しての、真空吸引力供給機構や、洗浄水の供給機構や、ウェハ解放のための窒素圧力供給機構が設けられていること。
（７）サブキャリアの表面に長寿命化インサートが設置されており、信頼性のない従来のインサートが不要とされていること。
（８）パッド調整部材を有するように構成されたリングも含めて保持リングとして様々な材質や寸法のものが使用できること。
（９）サブキャリアと保持リングとの中間領域を自動的に水によって洗浄できること。
（１０）２つの部材からなる保持リング機構を採用していることにより、ヘッド（キャリア）全体を分解することなく保持リングを交換できること。
（１１）真空システムにおいてアキュムレータを使用していることにより、ウェハ取扱いにおける超迅速な応答が可能であること。
（１２）最適の平坦性や特定の表面特性や表面硬度を得るために、ステンレススチール〜セラミック〜ポリマー材料といったような様々な材料からサブキャリアを構成できること。
（１３）基本的機構を変更することなく、様々な形状を有した複数の保持リングを、適宜交換して使用できること。
他の本発明の特徴点は、添付図面や請求範囲に示されている。
【００７３】
本発明は、また、例えば半導体ウェハといったような基板の研磨方法および／または平坦化方法に関するものであり、さらに、本発明によるＣＭＰ研磨ヘッドおよび研磨方法によって製造された、研磨済み基板や平坦化済み基板といったような、製造物品に関するものである。
【００７４】
当業者であれば、上記説明により、本発明による研磨ヘッドアセンブリを、単一キャリア型のまたは複数キャリア型の研磨機内に容易に取り付け得ること、および、浮遊型サブキャリアおよび浮遊型保持リングという実施形態を参照して説明したような本発明による３チャンバ型ヘッドが、好ましいものではなく一様研磨を得ることの有用性が薄れるものの、他のサブキャリア構造および／または保持リング構造においても使用可能であること、を容易に理解されるであろう。
【００７５】
本明細書において引用されたすべての文献は、各文献が詳細にここに記載されているかのようにして、参考のためここに組み込まれる。
【００７６】
上記においては、例示や説明という目的のために、本発明の特定の実施形態について説明した。これらは、例示された詳細な形態に本発明を限定するものではない。上記開示により、様々な変更や修正を加え得ることは、明らかである。上記実施形態は、本発明の原理および本発明の実際的応用を最も明瞭に説明するために、選択されて説明された。よって、当業者であれば、意図した特定の実施形態に応じて、本発明および上記実施形態に様々な変更を加えることによって、最適の適用を行い得るであろう。本発明の範囲は、請求範囲およびその均等物によって規定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 研磨ヘッドアセンブリを具備した研磨機の典型的な例を概略的に示す図である。
【図２】 本発明による研磨ヘッドアセンブリの実施形態を概略的に示す図である。
【図３】 図２の研磨ヘッドアセンブリにおけるウェハキャリアアセンブリの実施形態の一部におけるいくつかの付加的な構造を概略的に示す図である。
【図４】 ５チャネル型回転ユニオンを備えているような、本発明に基づくスピンドルアセンブリの実施形態を概略的に示す図である。
【図５】 第１，第２，第３チャンバ内の圧力の個別制御ならびに加圧水および真空吸引力の制御をもたらすための圧力制御システムの実施形態を概略的に示す図である。
【図６】 図６Ａ〜図６Ｅは、２００ｍｍ直径ウェハ用研磨ヘッドにおけるサブキャリアの一例を概略的に示す図である。
【図７】 図７Ａ〜図７Ｂは、サブキャリアガスケットの一例を概略的に示す図である。
【図８】 図８Ａ〜図８Ｃは、リングの一例を概略的に示す図である。
【図９】 図９Ａ〜図９Ｄは、アダプタの一例を概略的に示す図である。
【図１０】 図１０Ａ〜図１０Ｄは、下ハウジングの一例を概略的に示す図である。
【図１１】 図１１Ａ〜図１１Ｂは、主ダイヤフラムの一例を概略的に示す図である。
【図１２】 図１２Ａ〜図１２Ｇは、内側フランジリングの一例を概略的に示す図である。
【図１３】 図１３Ａ〜図１３Ｄは、外側フランジリングの一例を概略的に示す図である。
【図１４】 図１４Ａ〜図１４Ｄは、ロックリングの一例を概略的に示す図である。
【図１５】 図１５Ａ〜図１５Ｂは、副ダイヤフラムの一例を概略的に示す図である。
【図１６】 図１６Ａ〜図１６Ｃは、内側係止リングの一例を概略的に示す図である。
【図１７】 図１７Ａ〜図１７Ｃは、外側係止リングの一例を概略的に示す図である。
【図１８】 図１８Ａ〜図１８Ｄは、ハウジングシールリングの一例を概略的に示す図である。
【図１９】 図１９Ａ〜図１９Ｅは、取付アダプタの一例を概略的に示す図である。
【図２０】 図２０Ａ〜図２０Ｃは、上ハウジングの一例を概略的に示す図である。
【図２１】 図２１Ａ〜図２１Ｄは、保持リングの一例を概略的に示す図である。
【図２２】 フィルムインサートの一例を概略的に示す図である。
【図２３】 図２３Ａ〜図２３Ｄは、ヘッドプレートアダプタの一例を概略的に示す図である。
【図２４】 図２４Ａ〜図２４Ｇは、内側フランジリングの一例を概略的に示す図である。
【図２５】 図２５Ａ〜図２５Ｅは、スピンドルシャフトの一例を概略的に示す図である。
【図２６】 図２６Ａ〜図２６Ｇは、スピンドルシャフトおよび回転ユニオンコンジットの一部の一例を概略的に示す図である。
【図２７】 図２７Ａ〜図２７Ｂは、タレット駆動スプロケットの一例を概略的に示す図である。
【図２８】 図２８Ａ〜図２８Ｂは、スピンドルキーの一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ サブキャリア用圧力チャンバ（第１チャンバ）
２ 保持リング用圧力チャンバ（第２チャンバ）
３ エッジ効果移動用圧力チャンバ（第３チャンバ）
４０ 研磨ヘッドアセンブリ
５２ 研磨機
１００ ウェハキャリアアセンブリ
１０１ サブキャリア
１０４ 保持リングアダプタ
１０６ 主ダイヤフラム、第２ダイヤフラム（請求項でいうところの「第１ダイヤフラム」）
１０７ 内側フランジリング
１０８ 外側フランジリング、断面Ｃ字形リング
１０９ 剛直リング、ロックリング
１１０ 副ダイヤフラム、第１ダイヤフラム（請求項でいうところの「第２ダイヤフラム」）
１１１ 内側係止リング
１１２ 外側係止リング
１１３ ハウジングシールリング
１１４ 取付アダプタ
１１５ 上ハウジング（ハウジング）
１１６ 保持リング
１１９ 断面Ｃ字形リング
１２０ スピンドルアセンブリ
２０３ 外部回転力発生源
２０６ 回転ユニオン
２３０ サブキャリアアセンブリ
２５０ 保持リングアセンブリ
４００ 圧力制御システム
４０２ 空気供給源
４０４ 真空ポンプ／真空吸引力供給源
４０６ 脱イオン水供給源
４０８ 回転ユニオン
４２６ 研磨ヘッド

Claims (19)

1. 基板を研磨するための３チャンバ型研磨ヘッドであって、
   円形形状とされ、かつ、研磨操作時に基板取付面上に前記基板を保持し得るような外径を有した、回転可能なサブキャリアと；
   該サブキャリアと同心配置されるような内径を有し、かつ、前記研磨操作時に前記基板取付面を超えたところに配置されている、回転可能な保持リングと；
   チャンバを形成し、前記サブキャリアと前記保持リングとを少なくとも部分的に囲むハウジングと；
   該ハウジングの内面に取り付けられたハウジングシールと、
   該ハウジングシールに取り付けられるとともに前記保持リングと前記サブキャリアとの各々に連結され、前記保持リングと前記サブキャリアとの間の所定相対移動を許容する、第１ダイヤフラムと；
   該第１ダイヤフラムに取り付けられた２つの取付リングと、
   該２つの取付リングに取り付けられるとともに前記保持リングと前記サブキャリアとを、前記ハウジングに対して連結し、前記保持リングと前記サブキャリアとの間の所定相対移動を許容する、第２ダイヤフラムと；
   を具備してなり、
   前記サブキャリアと前記ハウジングと前記第１ダイヤフラムと前記第２ダイヤフラムとが、第１圧力チャンバを形成し、
   前記保持リングと前記ハウジングと前記第１ダイヤフラムと前記第２ダイヤフラムとが、第２圧力チャンバを形成し、
   前記第１ダイヤフラムと前記第２ダイヤフラムとを連結するための前記２つの取付リングが設けられていて、前記２つの取付リングが、前記サブキャリアの外縁近傍箇所および前記保持リングの内縁近傍箇所に、環状形状の第３圧力チャンバを形成し、
   前記第１圧力チャンバと前記第２圧力チャンバと前記第３圧力チャンバとが、圧力に関して互いに隔離されており、
   前記第１圧力チャンバと前記第２圧力チャンバと前記第３圧力チャンバとの各々が、前記第１圧力チャンバと前記第２圧力チャンバと前記第３圧力チャンバとの内部圧力がそれぞれ個別に制御可能であるようにして、それぞれ圧力流体源に対して接続されていることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 請求項１記載の研磨ヘッドにおいて、
   前記基板が、半導体ウェハであることを特徴とする研磨ヘッド。
3. 請求項１記載の研磨ヘッドにおいて、
   前記圧力流体源と前記各圧力チャンバとの間における個別制御が、それぞれ、第１圧力値、第２圧力値、および、第３圧力値となるように行われていることを特徴とする研磨ヘッド。
4. 請求項３記載の研磨ヘッドにおいて、
   前記圧力流体源が、加圧ガスであることを特徴とする研磨ヘッド。
5. 基板を研磨するための研磨ヘッドであって、
   円形形状とされ、かつ、研磨操作時に前記基板を保持し得るような外径を有した、サブキャリアと；
   円形形状とされ、かつ、前記サブキャリアと同心配置されるような内径を有した、保持リングと；
   前記サブキャリアと前記保持リングとの間の境界の両サイドにわたる所定範囲として規定される環状領域と；
   前記サブキャリアの近傍に配置され、研磨操作時に前記サブキャリアに対して第１圧力を印加し、これにより、前記基板を前記第１圧力でもって研磨パッドに対して押圧するための第１チャンバと；
   前記保持リングの近傍に配置され、前記研磨操作時に前記保持リングを第２圧力でもって前記研磨パッドに対して押圧するための第２チャンバと；
   前記環状領域の近傍に配置され、前記サブキャリアと前記保持リングとの間の境界の近傍に位置した前記環状領域に対して第３圧力を印加し、これにより、前記基板の環状周縁領域の研磨に影響を与えるための第３チャンバと；
   前記第１圧力チャンバと前記第２圧力チャンバと前記第３圧力チャンバとの内部圧力がそれぞれ個別に制御可能であるようにそれぞれ圧力流体源に対して接続されていることを特徴とする研磨ヘッド。
6. 請求項５記載の研磨ヘッドにおいて、
   前記基板が、半導体ウェハであることを特徴とする研磨ヘッド。
7. 請求項５記載の研磨ヘッドにおいて、
   前記圧力流体源と前記各圧力チャンバとの間における個別制御が、それぞれ、第１圧力値、第２圧力値、および、第３圧力値となるように行われていることを特徴とする研磨ヘッド。
8. 請求項７記載の研磨ヘッドにおいて、
   前記圧力流体源が、加圧ガスであることを特徴とする研磨ヘッド。
9. 半導体ウェハ研磨機において半導体ウェハの周縁領域に対しての研磨圧力を制御するための方法であって、
   前記ウェハを研磨パッドに対して押圧している第１圧力を制御することによって、前記ウェハから除去される材料量を制御し；
   前記ウェハと同心配置された保持リングを前記研磨パッドに対して直接的に押圧している第２圧力を制御することによって、前記ウェハの周縁エッジのところにおける前記ウェハに対しての前記研磨パッドの接触状況を制御し；
   前記保持リングの内縁領域近傍箇所および前記ウェハの前記周縁エッジ近傍箇所における所定環状領域に印加されている第３圧力を制御することによって前記ウェハのエッジ近傍において除去される材料の量を増減させて前記ウェハのエッジ近傍領域の研磨効果を制御する；
   前記第１圧力、前記第２圧力、および、前記第３圧力を、互いに独立に制御する；
   ことを特徴とする方法。
10. 基板から材料層を除去するための装置において前記基板の周縁領域から除去される材料量を制御するための方法であって、
    前記基板を研磨面に対して押圧している第１圧力を制御することによって、前記基板から除去される材料量を制御し；
    前記基板と同心配置された保持リングを前記研磨面に対して直接的に押圧している第２圧力を制御することによって、前記基板の周縁エッジのところにおける前記基板に対しての前記研磨面の接触状況を制御し；
    前記保持リングの内縁領域近傍箇所および前記基板の前記周縁エッジ近傍箇所における所定環状領域に印加されている第３圧力を制御することによって、ウェハのエッジに研磨力を付加し又は研磨力を小さくする制御をし、
    前記周縁エッジ近傍において、前記基板の前記周縁領域の研磨効果を制御する；
    前記第１圧力、前記第２圧力、および、前記第３圧力を、互いに個別に制御することを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法において、
    前記第１圧力、前記第２圧力、および、前記第３圧力のうちの少なくとも２つを、実質的に同じ圧力値とすることを特徴とする方法。
12. 請求項１０記載の方法において、
    前記基板を、半導体ウェハとし、
    前記研磨性表面を、研磨パッドとすることを特徴とする方法。
13. 請求項１０記載の方法において、
    前記材料層を、半導体ウェハの平坦化時に除去される薄い材料層とすることを特徴とする方法。
14. 研磨パッドおよびこの研磨パッドの回転駆動手段を支持しているベース部と、研磨ヘッドアセンブリと、この研磨ヘッドアセンブリの回転駆動手段と、を具備している基板を処理する研磨機であって、
    前記研磨ヘッドアセンブリが、
    前記処理時に前記基板を保持するためのサブキャリアと；
    該サブキャリアの周囲に配置された保持体と；
    前記サブキャリアと前記保持体との間の境界領域近傍にわたる所定範囲として規定される中間領域と；
    前記サブキャリアの近傍に配置され、前記処理時に前記サブキャリアに対して第１圧力を印加し、これにより、前記基板を前記第１圧力でもって研磨パッドに対して押圧するための第１チャンバと；
    前記保持体の近傍に配置され、前記処理時に前記保持体を第２圧力でもって前記研磨パッドに対して押圧するための第２チャンバと；
    前記中間領域の近傍に配置され、前記保持体と前記サブキャリアとの間の境界の近傍に位置した前記中間領域に対して第３圧力を印加し、これにより、前記基板の環状周縁領域の研磨に影響を与えるための第３チャンバと；
    を具備していることを特徴とする研磨機。
15. 請求項１４記載の研磨機において、
    前記基板が、半導体ウェハであり、
    前記処理が、前記半導体ウェハの表面の平坦化処理であることを特徴とする研磨機。
16. 請求項１４記載の研磨機において、
    前記基板が、半導体ウェハであり、
    前記処理が、前記半導体ウェハの表面の研磨処理であることを特徴とする研磨機。
17. 請求項１４記載の研磨機において、
    前記基板が、ガラス基板であり、
    前記処理が、前記ガラス基板の表面の研磨処理であることを特徴とする研磨機。
18. 請求項１４記載の研磨機において、
    前記基板が、透明基板であり、
    前記処理が、前記透明基板の研磨処理であることを特徴とする研磨機。
19. 請求項１４記載の研磨機において、
    前記処理が、液晶ディスプレイ回路のディスプレイ素子を形成するためのガラス基板または透明基板上の層の処理であることを特徴とする研磨機。

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