JP5043269B2 - マルチパートのフレキシブル膜を有するキャリヤヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、一般に基板の化学的機械的研磨に関し、特に化学的機械的研磨のためのキャリヤ・ヘッドに関する。
【０００２】
集積回路は、一般的に、基板（特にシリコン・ウェーハ）上への、伝導体、半導体、絶縁体層への連続した堆積によって形成される。各々の層が堆積したあと、回路フィーチャーを作成するためにエッチングされる。一連の層が順番に堆積してエッチングされると、基板の外部又は最上面（即ち基板の露出表面）は、ますます非平坦になる。この非平坦化表面は、集積回路製作プロセスの写真平板のステップで問題を提示しうる。従って、定期的に基板表面を平坦化する必要性がある。更に、誘電層のトレンチを金属で充てんするときフィラー層を研磨バックするとき平坦化が必要である。
【０００３】
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの認められた方法である。この平坦化方法は、基板がキャリヤ又は研磨ヘッドの上に取り付けられることを一般的に要求している。基板の露出表面が回転研磨パッドに対して置かれる。研磨パッドは、「スタンダード」又は「固定研磨パッド」ことができる。固定研磨パッドが封じ込められた媒体で保持される研磨粒子を有するのに対して、スタンダード研磨パッドは、耐久性のある粗いか軟かい表面を有する。キャリヤ・ヘッドは、研磨パッドに対してそれを押すために基板の制御可能な荷重（即ち圧力）を提供する。若干のキャリヤ・ヘッドは、基板のためのマウンティング表面を提供するフレキシブル膜、及びマウンティング表面の下で基板を保持するリテーニングリングを含む。フレキシブル膜後方のチャンバの高圧密封法又は排気は、基板に荷重を制御する。少なくとも１つの化学的に活性な薬品及び（スタンダード・パッドが使用されるときは）研磨粒子を含む研磨スラリーが研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰプロセスの有効性は、その研磨速度、結果の仕上がり（小規模の粗さの欠如）、及び基板表面の平坦度（大規模のトポグラフィーの欠如）によって測られることができる。研磨速度、仕上げ及び平坦度は、パッド及びスラリーの組み合わせ、基板及びパッドの間の相対速度、並びにパッドに対して基板を押している力よって決定される。
【０００５】
ＣＭＰで再度起こる問題は、いわゆる「エッジ効果」で、基板中央部よりも異なる速度で研磨される基板エッジの傾向である。エッジ効果は、基板周辺部、例えば、２００ミリメートルの（ｍｍ）ウェーハの最外部の３〜１５ミリメートルの非均一研磨と言う結果に一般的に終わる。
【０００６】
【概要】
１つの見地で、本発明は化学的機械的研磨装置のためのキャリヤ・ヘッドに向けられる。キャリヤ・ヘッドは、キャリヤ構造及び第一フレキシブル膜を有する。第一フレキシブル膜は、中央部分を囲んでいる中央部分及び環状の部分を有する。第一フレキシブル膜及びキャリヤ構造の間のボリュームは、第一の加圧可能なチャンバを提供する。第一フレキシブル膜の中央部分は、第一フレキシブル膜の環状の部分を形成する第二材料よりも異なる剛性を有する第一材料で形成される。
【０００７】
本発明の実施形態は、以下の１以上の特徴を含むだろう。第一材料は、第二材料より硬くないことができる。第一及び第二材料は、弾性材であることができる。環状の部分は、キャリヤ構造に固定される第一フレキシブル膜の周辺部分であることができる。周辺部分は、キャリヤ構造及びリテーニングリングの間で固定されることができる。第一フレキシブル膜は、中央部分と周辺部分との間で延びる環状のコネクタ部分を含むことができる。コネクタ部分は、第一材料より硬くて及び第二材料より硬くない第三材料で形成されることができる。第一及び第三材料は弾性材であり、第二材料はファイバ補強の弾性材であることができる。第二フレキシブル膜は、キャリヤ構造に固定され、第一フレキシブル膜の下に延びることができる。第二フレキシブル膜の低面は、基板マウンティング表面を提供することができる。環状の部分は、コンボリューションを有することができる。
【０００８】
他の見地で、発明は化学的機械的研磨装置のためにキャリヤ・ヘッドに向けられる。キャリヤ・ヘッドは、キャリヤ構造及び第一フレキシブル膜を有する。第一フレキシブル膜は、キャリヤ構造に固定される周辺部分、圧力を基板に加えるために配置される中央部分及び中央部分及び周辺部分の間で延びているコネクタ部分を有する。第一フレキシブル膜及びキャリヤ構造の間のボリュームは、第一の加圧可能なチャンバを提供する。第一フレキシブル膜の周辺部分は、第一材料で形成され、コネクタ部分は第一材料より硬い第二材料で形成され、中央部分は、第二材料より硬い第三材料で形成される。
【０００９】
本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。第一及び第二材料は弾性材であり、第三材料はファイバ補強された弾性材であることができる。環状のフラップはコネクタ部分に接合されることができ、フラップのエッジはキャリヤ構造に固定されることができる。フラップは、第一材料で形成されることができる。
【００１０】
他の見地で、発明はキャリヤ・ヘッドのためにフレキシブル膜に向けられる。フレキシブル膜は、第一材料で形成される中央部分と、第一材料より硬い異なる剛性を有する第二材料で形成される周辺部分を有する。
【００１１】
本発明の実現は、以下の特徴を１以上含むことができる。第一材料は、第二材料より硬いことができる。中央部分は圧力を基板に加えることができ、周辺部分はキャリヤ構造に固定されることができる。
【００１２】
他の見地で、本発明は、周辺部分、中央部分、及び中央部分と周辺部分との間に延びたコネクタ部分を有するキャリヤ・ヘッドのためのフレキシブル膜に向けられる。フレキシブル膜の周辺部分は第一材料で形成され、コネクタ部分は第一材料より硬い第二材料で形成され、中央部分は第二材料より硬い第三材料で形成される。
【００１３】
他の見地で、本発明は化学的機械的研磨のためにキャリヤ・ヘッドに向けられる。キャリヤ・ヘッドは、キャリヤ構造、キャリヤ構造に接続した第一フレキシブル膜、及び、キャリヤ構造に接続した第二フレキシブル膜を有する。キャリヤ構造と第一フレキシブル膜との間の第一ボリュームは第一チャンバを提供し、第一フレキシブル膜と第二フレキシブル膜との間の第二ボリュームは第二チャンバを提供している。第二フレキシブル膜は、基板のためにマウンティング表面を提供する下部表面を有する。第二フレキシブル膜の上面及び第一フレキシブル膜の底面のうちの少なくとも１つは、接触するときに、第一フレキシブル膜とフレキシブル膜との間での粘着を防止するためにテクスチャー加工されている。
【００１４】
発明の実施による考えられる利点は、以下の０以上を含むことができる。基板エッジの圧力の分配が制御されることができる。基板に対するフレキシブル膜の圧力及びローディング・エリアは、非均一研磨を補償するために変化されることができる。基板の非均一研磨は低下され、基板の結果の平坦度及び仕上げが改良される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の他の利点及び特徴は、図面及び請求項を含む詳細な説明から明らかになるだろう。
【００１６】
同じ参照番号が、同じ部材を示すために種々の図面で示される。
【００１７】
図１に言及すると、１つ以上の基板１０が、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置２０によって研磨される。同様のＣＭＰ装置の説明が、米国特許番号第５，７３８，５７４公報において見いだされるだろう。なおその内容は全体で本明細書に援用されている。
【００１８】
ＣＭＰ装置２０は、基板をロードして及び取りはずすための一連の研磨ステーション２５及び転送ステーション２７を含む。各々の研磨ステーション２５は、研磨パッド３２が置かれた回転プラテン３０を含む。各々の研磨ステーション２５は、研磨パッドの研磨状態を維持するために関連パッド・コンディショナー３５の装置４０を更に含むことができる。
【００１９】
化学的活性薬品（例えば酸化物研磨のための脱イオン化水）及び化学的活性触媒（例えば酸化物研磨のための水酸化カリウム）を含むスラリー５０が、結合されたスラリー／リンスアーム５２によって、研磨パッド３２の表面に供給されることができる。研磨パッド３２がスタンダード・パッドの場合、スラリー５０は研磨粒子（例えば酸化物研磨のための二酸化珪素）も含むことができる。一般的に、十分なスラリーが、全体の研磨パッド３２をカバーして濡らすために提供される。スラリー／リンスアーム５２は、いくつかのスプレーノズル（図示せず）を含み、各々の研磨及び調整サイクルの終わりに研磨パッド３２の高圧リンスを提供する。
【００２０】
回転可能なマルチヘッド・カルーセル６０は、センターポスト６２によって支持され、カルーセル・モータ組立体（図示せず）によってカルーセル軸６４を中心としてその上を回転する。マルチヘッド・カルーセル６０は、カルーセル軸６４を中心として等しい角の間隔でカルーセル支持プレート６６の上で取り付けられる４つのキャリヤ・ヘッド・システム７０を含む。研磨ステーションの上のキャリヤ・ヘッド・システムのうちの３つは基板を配置し、キャリヤ・ヘッド・システムの１つは基板を受け取り、基板を転送ステーションに運ぶ。カルーセル・モータは、研磨ステーション及び転送ステーションの間のカルーセル軸を中心として、キャリヤ・ヘッド・システム（及びそれについている基板を）を軌道に乗せることができ、基板はそれに取り付けられる。
【００２１】
各々のキャリヤ・ヘッド・システム７０は、研磨又はキャリヤ・ヘッド１００を含む。各々のキャリヤ・ヘッド１００は、それ自身の軸を中心として独立して回転し、また独立して横に、カルーセル・プレート６６で形成された放射状のスロット７２内を振動する。キャリヤ駆動軸７４が、キャリヤ・ヘッド１００にキャリヤ・ヘッド回転モータ７６（カルーセル・カバー６８の１／４の除去によって示される）を接続するために、スロット７２を通して延びる。各々のモータ及び駆動シャフトは、スライダー（図示せず）の上で支持され、それは、横にキャリヤ・ヘッド１００を振動させるために放射状の駆動モータによってスロットに沿って直線的に駆動されることができる。
【００２２】
実際の研磨の間、キャリヤ・ヘッドのうちの３つは、３つの研磨ステーション上方に配置される。各々のキャリヤ・ヘッド１００は、研磨パッド３２が接触するように基板を下げる。キャリヤ・ヘッド１００は、研磨パッドに対して所定の位置に基板を保持し、基板の裏面に渡って力を分散する。キャリヤ・ヘッド１００も、トルクを駆動軸７４から基板まで移す。
【００２３】
図２に言及すると、キャリヤ・ヘッド１００は、ハウジング１０２、ベース組立体１０４、ジンバル機構１０６（ベース組立体の部分と考えられる）、ローディング・チャンバ１０８、リテーニングリング１１０及び基板バッキング組立体１１２を含み、そしてそれは、３つの加圧可能なチャンバ（例えば浮動上部チャンバ１５４、浮動内部チャンバ１５６及び外部のチャンバ１５８）を含む。同様のキャリヤ・ヘッドの説明は、１９９９年１２月２３日に出願の米国特許出願連続番号第０９／４７０８２０号公報に見いだされるだろう。なおその内容は本明細書に援用されている。
【００２４】
ハウジング１０２は、実質的に研磨パッドの表面に対する垂直な回転軸１０７を中心として、研磨中、それとともに回転するために駆動軸７４（図１参照）に接続されることができる。ハウジング１０２は、研磨される基板の円構造に対応するために一般に形は円であることができる。バーティカル・ボア１２０がハウジング１０２を通して形成され、３つの追加の通路（２つの通路１２２、１２４だけは、図２で図示される）がキャリヤ・ヘッドの空気制御のためにハウジング１０２を通して延びることができる。０−リング１２８が、ハウジングを通る通路と,駆動軸を通る通路との間で流体タイトなシールを形成するために使用されることができる。
【００２５】
ベース組立体１０４は、ハウジング１０２の下に位置する垂直に可動な組立体である。ベース組立体１０４は、一般に硬い環状の本体１３０、外部のクランプリング１３４、ジンバル機構１０６及び下部クランプリング１３２を含む。通路１３６が、ジンバル機構１０６、環状の本体１３０及び下部クランプリング１３２の本体を通して、基板バッキング組立体１１２のチャンバのうちの１つ（例えば外部のチャンバ１５８）まで延びることができる。２つの取付具１３８が、ハウジング１０２とベース組立体１０４の間のフレキシブル管を接続するための連結点を提供し、通路１３６及び外部のチャンバ１５８に通路１２４を流通する。第二通路（図示せず）が、基板バッキング組立体１１２（例えば浮動上部チャンバ１５４）内の第二チャンバへ、環状の本体１３０を通して延びることができる。２つの取付具（これも図示せず）が、ハウジング１０２とベース組立体１０４の間でフレキシブル管を接続するための連結点を提供し、ハウジングの図示しない通路を、環状の本体及び浮動上部チャンバ１５４の第二通路に流通する。
【００２６】
ジンバル機構１０６は、ベース組立体がハウジング１０２に関してピボットすることを可能にし、リテーニングリング１１０が、実質的に研磨パッドの表面と平行に維持されるようになっている。ジンバル機構１０６は、垂直ボア１２０に適合するジンバル・ロッド１４０及び環状の本体１３０に固定されるたわみリング１４２を含む。ジンバル・ロッド１４０は、ベース組立体１０４の垂直動きを提供するように、ボア１２０に沿って垂直に滑動するが、ハウジング１０２に関するベース組立体１０４のいかなる側方の動きも防止し、リテーニングリングに対する基板の横力によって生成されるモーメントを低下する。ジンバル・ロッド１４０は、通路１４４を含み、それはジンバル・ロッドの長さ方向に延び、基板バッキング組立体１１２の第三チャンバ（例えば内部チャンバ１５６）にボア１２０を流通する。
【００２７】
ローディング・チャンバ１０８が、ベース組立体１０４への荷重（即ち下への圧力又は重量）を加えるためにハウジング１０２及びベース組立体１０４の間に位置する。研磨パッド３２に対するベース組立体１０４の垂直位置は、ローディング・チャンバ１０８によっても制御される。一般にリング形状のローリング・ダイヤフラム１４６の内部エッジは、内部のクランプリング１４８によってハウジング１０２に固定されることができる。ローリング・ダイヤフラム１４６の外部のエッジは、外部のクランプリング１３４によってベース組立体１０４に固定されることができる。従って、ローリング・ダイヤフラム１４６は、ローディング・チャンバ１０８を画成するためにハウジング１０２及びベース組立体１０４の間のスペースをシールする。第一ポンプ（図示せず）は、通路１２２によってローディング・チャンバ１０８に流通され、ローディング・チャンバ１０８での圧力及びベース組立体１０４の垂直位置を制御することができる。リテーニングリング１１０は、例えば、ボルト１１４によってベース組立体１０４の外部のエッジで固定される一般に環状のリングであることができる。流体がローディング・チャンバ１０８及びベースに注入されると、組立体１０４は下方へ押され、リテーニングリング１１０も、荷重を研磨パッド３２に加えるために下方へ押される。
【００２８】
リテーニングリング１１０の底面１１６は、実質的に平らか、又は、リテーニングリングの外側から基板へのスラリーの輸送を容易にするための複数のチャネルを有することができる。リテーニングリング１１０の内面１１８は、基板がキャリヤ・ヘッドの下から逃げるのを防止するために基板と係合する。
【００２９】
図２及び３に言及すると、基板バッキング組立体１１２は、内部膜１５０、外部膜１５２、内部膜支持構造体１６０、上部膜スペーサ・リング１６２、下部膜スペーサ・リング１６４及びエッジ制御リング１６６を含む。ベース組立体１０４と内部膜１５０との間のボリュームは、上部チャンバ１５４及び内部チャンバ１５６を形成し、内部膜１５０及び外部膜１５２の間のボリュームは外部のチャンバ１５８を形成する。支持構造体１６０、スペーサ・リング１６２及び１６４及び制御リング１６６は、他のキャリヤ・ヘッドに固定される必要がなく、内部及び外部フレキシブル膜によって、所定の位置に保持されることができる。
【００３０】
図４Ａに言及すると、内部膜１５０は、制御可能なエリアで外部膜１５と接触する円形中央部分１７０と、一般に長方形の横断面を有する比較的厚い環状の部分１７４、厚い部分１７４の角から延びる環状の内部のフラップ１７６、厚い部分１７４の外部の端から延びる環状の外部のフラップ１７８、及び内部支持構造体１６０と下部スペーサ・リング１６４との間で延び、厚い部分１７４を中央部分１７０に接続する環状のコネクタ部分１７２を含む。厚い部分１７４は、厚い部分の頂部で放射状に外部に延びる環状の突起１７５を含むことができる。内部のフラップ１７６及び外部のフラップ１７８は、第一弾性材の形成されることができ、一方、厚い部分１７４及びコネクタ部分１７２は第一弾性材より高いデュロメータを有する（即ち、より硬い）第二弾性材で形成されることができる。従って、内部の膜１５０の側壁部分１７２及び１７４は、内部フラップ１７６及び外部フラップ１７８より硬い。内部の膜１５０の中央部分１７０は、ファイバ補強された弾性材で形成されることができ、それは、側壁部分１７２、１７４の第二弾性材より硬くさえある。特に、中央部分１７０は、曲げることができるが、特に延ばすことができるわけではない。或いは、中央部分１７０は側壁部分１７２、１７４とほぼ同じに剛性を有することができる。中央部分１７０は、コネクタ部分１７２より厚いか薄くなることができる。
【００３１】
図２及び３へ戻る、内部のフラップ１７６の端は、たわみリング１４２及び環状の本体１３０の間で固定され、一方、外部のフラップ１７８の端は外部のクランプリング１３４及び下部クランプリング１３２の間で固定される。内部のフラップ１７６によってシールされるベース組立体１０４及び内部膜１５０の間のボリュームは、加圧可能な浮動内部チャンバ１５６を提供する。内部のフラップ１７６及び外部のフラップ１７８によってシールされるベース組立体１０４及び内部膜１５０の間の環状のボリュームは、加圧可能な浮動上部チャンバ１５４を画成する。第二ポンプ（図示せず）は、図示されない通路に接続され、浮動上部チャンバ１５４に又はそこから、空気等のガスなどの流体を導く。第三ポンプ（図示せず）は、浮動内部チャンバ１５６に又はそこから、空気等の流体（例えばガス）を導くためにボア１２０に接続されることができる。更に詳細に下で説明するように、チャンバ１５４、１５６、１５８での圧力は、外部膜１５２の上面に対する内部膜１５０の接触面積を制御する。従って、第二、第三及び第四のポンプは、圧力が加えられる基板のエリア（即ちローディング・エリア）を制御し、第三ポンプは、ローディング・エリアで基板への下への力を制御する。
【００３２】
図３及び４Ｂに言及すると、外部膜１５２は、基板を係合するためのマウンティング表面を提供する中央部分１８０、中央部分１８０の外部のエッジ部分１８４を越えて後ろに内方へ延びるリップ部分１８２、下部膜スペーサ・リング１６４とエッジ制御リング１６６との間に位置する厚い部分１８６、及び上部膜スペーサ・リング１６２とベース組立体に固定される下部膜スペーサ・リング１６４との間に延びる周辺部分１８８を含む。外部膜は、曲りくねった形に予め形作られることができる。更に、リップ部分１８２、厚い部分１８６及び周辺部分１８８を形成する弾性材より硬い弾性材で、中央部分１８０は、形成されることができる。リップ部分１８２及び外部のエッジ部分１８４は、基板のつかむことの間、活性フラップ・リップシールを提供するために機能することができる、それは、１９９９年４月２２日に出願の、米国特許出願連続番号第０９／２９６９３５号で述べられており、その内容は本明細書に援用されている。
【００３３】
図２及び３へ戻ると、外部膜１５２のヘリは、下部クランプリング１３２及びリテーニングリング１１０の間で固定されることができる。内部膜１５０と外部膜１５２との間のシールされたボリュームは、加圧可能な外部のチャンバ１５８を画成する。従って、外部のチャンバ１５８は、内部チャンバ１５６の下に実際に延びることができる。第４のポンプ（図示せず）は、外部のチャンバ１５８に又はそこから、ガス（例えば空気）等の流体を導くために通路１２４に接続されることができる。第４のポンプは、外部のチャンバ１５８の圧力を制御する。
【００３４】
内部膜１５０は、弾性材、弾性材コーテッドファブリック、又は例えばニューアーク、デラウェアのデュポンから市販されているＨＹＴＲＥＬ（商標）といった熱可塑性の弾性材（ＴＰＥ）等、又はこれらの材料の組合わせフレキシブルな材料で形成されることができる。外部膜１１８は、フレキシブル且つ弾性の材料（クロロプレン又はエチレン・プロピレン等のゴム又はシリコーン）で形成されることができる。外部膜１５２の中央部分１８０の内部膜１５０又はトッププレートの中央部分１７０の底面は、小さいみぞを有し、それらが接触するとき、内部及び外部膜の間で流体が確実に流れることができるようになっている。更に、又は代わりとして、内部膜１５０の中央部分１７０の底面又は外部膜１５２の中央部分１８０の上面は、テクスチャー加工された粗面を有することができ、それらが接触するときの内部及び外部膜の間で粘着することを防止する。
【００３５】
内部支持構造体１６０は、内部膜１５０の所望の形を維持するために、浮動内部チャンバ１５６の中に位置する一般に硬い環状の本体であることができる。支持構造体１６０は、構造体の外部の半径で、より厚いＶ字形の横断面を有することができる。支持構造体１６０は、内部膜１５０の長方形の厚い部分１７４を支持するための平らなトッププレートと、その最も低い点で内部膜１５０上に載る傾斜される下部表面とを有することができる。内部膜１５０のコネクタ部分１７２が、内部支持構造体１６０の下部外周コーナーのまわりで延びる。支持構造体１６０は、内部膜１５０の厚い部分１７４と中央部分１７０との間に適当な間隔を維持する。或いは、内部支持構造体は、貫通する複数のアパーチャを有するディスク型の本体であることができる。
【００３６】
上部膜スペーサ・リング１６２は、一般に硬い環状の本体で、外部チャンバ１５２に位置するＬ型横断面を有することができる。上部膜スペーサ・リング１６２は、内部の膜１５０の突起１７５の下部コーナーに位置することができ、エッジ制御リング１６８の上で載置されることができる。上部膜スペーサ・リング１６２の「Ｌ」の２つのプロングは、内部の膜１５０及び外部膜１５２の間で延びる内方へ延びたフランジ１９０、及び内部の膜１５０と下部クランプリング１３２との間で上方へ延びたフランジ１９２によって形成されることができる。従って、上部膜スペーサ・リング１６２の下部フランジ１９０は、適当な間隔を確保し、上部及び下部膜１５０、１５２の間の粘着を防止する。複数のみぞ１９４が内方へ延びたフランジ１９０の下部表面に形成されることができる。みぞ１９４は、外部膜１５２及び上部膜スペーサ・リング１６２の間で流体が流れることを可能にし、上部膜スペーサ・リング１６２の両側の外部のチャンバ１５８の２つの部分の間で流体の流れを確保する。
【００３７】
下部膜スペーサ・リング１６４が、上部膜スペーサ・リング１６２の下の外部のチャンバ１５８の中に配置される。下部膜スペーサ・リングは、内部膜１５０及び外部膜１５２の間に位置する針型の横断面を有する環状の本体であることができ、外部膜１５２の所望の形を維持し、追加の圧力を基板のエッジに加える。特に、下部膜スペーサ・リング１６４は、ベースピース２０２から、垂直に延びた一般に硬いリング型の部分２００を有することができる。リング型の部分が、内部膜１５と外部膜１５２との間で延びる。圧縮できるクッション２０４は、ベースピース２０２の下側２０６に固定されることができる。更に、フレキシブルな環状のフランジ２０８は、下方への角度で、ベースピース２０２の外側のリムから、クッション２０４の下部表面の下で延びるまで突き出す。リップ部分１８２と外部膜１５２の外部のエッジ部分１８４との間でフランジ２０８が突き出している。外部膜１５２の厚い部分１８６が、三角形のベースピース２０２の上面に載置される。
【００３８】
エッジ制御リング１６６は、リテーニングリング１１０と外部膜１５２との間に位置する一般に環状の部材である。エッジ制御リング１６６は、円筒状の部分２１０とフランジ部分２１２とを含み、外部スペーサ・リングの側部位置を維持するためにリテーニングリング１１０の内面１１８の方へ外部に延びる。円筒状の部分２１０で形成されるオーバーハング２１４は、厚い部分１８６の上に適合することができ、エッジ制御リング１６６が外部膜１５２の上で載置されるようになっている。
【００３９】
上で示したように、内部膜１１６の中央部分２００の制御可能な領域は、外部膜１１８の上部表面に接触でき、下への荷重を加えることができる。荷重は、ローディング・エリアで、外部膜を通して基板に移される。操作すると、流体は、浮動内部チャンバ１５６に、又はそこから注入される外部膜１５２に対し、従って基板に対して内部膜１５０の下への圧力を制御し、流体は外部膜１５２に対して内部膜１５０の接触面積を制御するために浮動上部チャンバ１５４に又はそこから注入される。
【００４０】
図５Ａ及び５Ｂに言及すると、外部膜１５２に対する内部膜１５０の接触面積、従って、圧力が基板１０に加えられるローディング・エリアは、浮動上部チャンバ１５５の圧力を変化することによって制御される。浮動上部チャンバ１５４から流体を注入することによって、内部膜１５０の厚い長方形の部分１７４は、上方へ引き出される、外部膜１５２からはなれるように中央部分１７０の外部のエッジを引いて、ローディング・エリアの直径を減らす。逆に言えば、流体を浮動上部チャンバ１５４に注入することによって、内部膜１５０の厚い部分１７４は、下方へ強制され、それによって外部膜１５２と接触するように、内部膜１５０の中央部分１７０を押し、ローディング・エリアの直径を増加させる。更に、流体が外部のチャンバ１５８に強制されるならば、内部膜１５０の厚い部分１７４は上方へ強制され、ローディング・エリアの直径をそれによって低減する。従って、キャリヤ・ヘッド１００で、ローディング・エリアの直径は、上部、内部及び外部のチャンバの圧力に依存する。
【００４１】
上述したように、ＣＭＰでの１つの再度発生している問題は、基板のエッジの近くの非均一研磨である。図３、６Ａ及び６Ｂに言及すると、エッジ制御リング１６６及び下部膜スペーサ・リング１６４が、基板の周辺部で追加の圧力を複数環状領域に加えるために使用されることができる。通常の操作で下部膜スペーサ・リング１６４の環状のフランジ２０８の外部のチップは、中央部分１７０の最も外部のエッジの近くの、外部膜１５２の上面に載置される。しかし、上部チャンバ１５４が十分に圧力をかけられるならば、内部のフレキシブル膜１５０の長方形の部分１７４は、上部膜スペーサ・リング１６２と接触するように下方へ駆動される。この圧接力は、上部膜スペーサ・リング１６２、エッジ制御リング１６６及び外部膜１５２の厚い部分１８６を通して伝えられ、下部膜スペーサ・リング１６４上で、下への圧力を作成する（エッジ制御リング１６６の荷重は、図６Ｂにおいて矢印Ａによって示される）。最初は、上部チャンバ１５５での圧力での増加は、単に基板の最も外部のエッジで、フランジ２０８によって加えられる圧力を増加させるだけである。しかし、上部チャンバ１５４での圧力が増加すると、フレキシブルなフランジ２０８は曲がり、クッション２０４が外部膜１５２の上面と接触するまで膜１０のスペーサ・リング１６４は下方へ駆動される。この点で、膜サポートリングは、基板への増加する圧力の２つの分離した環状のゾーンを生成する。第一ゾーン（矢印Ｂによって示される）は、フランジ２０８の接点によって作成され、及び、第二ゾーン（矢印Ｃによって示される）は、外部膜の上でクッション２０４の接点によって作成される。コンポーネントの寸法を正しく選択することによって、基板エッジでの複数のゾーンへの圧力の分配は、研磨非均一性を低下することができる。
【００４２】
キャリヤ・ヘッド１００は、また、「スタンダード」オペレーティングモードで機能されることができる。浮動チャンバ１５６及び１５８は、基板から持ち上がるように排出又は排気され、外部のチャンバ１５８は、均一な圧力を基板の全体の後方に加えるために圧力をかけられる。
【００４３】
転送ステーション２７でキャリヤ・ヘッドに基板にロードし、研磨ステーション２５で研磨パッドから基板をデチェックし、転送ステーション２７でキャリヤ・ヘッドから基板をアンロードする、キャリヤ・ヘッド１００の操作は、前記の連続Ｎｏ．０９／４７０８２０で要約される。
【００４４】
図７に言及すると、キャリヤ・ヘッド１０’の他の実施形態で、下部膜スペーサ・リング１６４’は硬く、フレキシブルなフランジを有しない。その代わりに、エッジ制御リング１６６’は、突起物２１６を含み、それは、それは、外部膜１５２のリップ部分１８４の外面と接触することができる。更に、下部膜スペーサ・リング１６４’の下側に取り付けられるクッション２０４’は、下部膜スペーサ・リング１６４’を越えて、放射状に外部的に延びることができる。
【００４５】
図７、８Ａ及び８Ｂに言及すると、通常の操作で、下部膜スペーサ・リング１６４’のクッション２０４’は、外部膜１５２のエッジ部分１８２の上面に載置する。浮動上部チャンバ１５４が十分に圧力をかけられるならば、内部膜１５０の長方形の部分１７４は、上部膜スペーサ・リング１６２’と接触するように下方へ駆動される。この圧接力は、エッジ制御リング１６６’に、下への圧力を作成するために上部膜スペーサ・リング１６２を通して伝えられる（図８Ｂにおいて矢印Ａ’によって示される）、それによって突起物２１６が外部膜１５２のリップ部分１８２で、下への圧力を加えるようになる。リップ部分１８２がわずかに硬いので、最初はエッジ制御リング１６６’からの荷重は、基板に対してリップ部分１８２のコーナー１８３を押し、基板のごくエッジで、増加する圧力（矢印Ｂ’によって示される）の第一領域を作成する。上部チャンバ１５４での圧力の更なる増加は、エッジ制御リング１６６’を外部膜１５２の厚い部分１８６と接触させ、下部膜スペーサ・リング１６４’に下への圧力を加える。これは、基板の環状の第二領域への増加する下への圧力（矢印Ｃ’によって示される）の、第一領域の内部で分離した第二領域を生成する。更に、上部チャンバ１５４−で圧力を増加させることは、リップ部分１８２が外部のエッジ部分１８４の上部表面を偏向させて接触させるようになる。これは、第一及び第二部分の間で、基板への増加する圧力（矢印Ｄによって指示した）の第三領域を生成する。コンポーネントの寸法を正しく選択することによって、基板エッジの圧力の、この複数のゾーン分配は、研磨非均一性を低下することができる。
【００４６】
キャリヤ・ヘッドでの種々の部材の構造、フレキシブルな膜、スペーサ・リング、制御リング及び支持構造体等は、例であって及び制限するものではない。本発明を実施するキャリヤ・ヘッドにとっていろいろな構造が可能である。例えば、浮動上部チャンバは、環状の又は固体のボリュームのどちらでもあることができる。上部及び下部チャンバは、フレキシブルな膜或いは、比較的硬いバッキング又は支持構造体のいずれによっても切り離されることができる。内部支持構造体は、貫通するアパーチャを有するリング型又はディスク型のいずれでもあることができる。キャリヤ・ヘッドはローディング・チャンバなしでつくられることができ、ベース組立体及びハウジングは一個の構造であることができる。
【００４７】
本発明は、多くの実施形態に関して説明された。しかし、本発明は、表現された説明された実施形態に限定されない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、化学的機械的研磨装置の分解斜視図である。
【図２】 図２は、本発明に従ったキャリヤ・ヘッドの概略図横断面図である。
【図３】 図３は、エッジ制御装置を有するキャリヤ・ヘッドからの拡大図である。
【図４】 図４Ａ及び４Ｂは、図２のキャリヤ・ヘッドからのフレキシブル膜組立体の概略断面側面図である。
【図５】 図５Ａ及びＳＢは、制御可能なローディング・エリアを示す図２のキャリヤ・ヘッドの概略図である。
【図６】 図６Ａ及び６Ｂは、図２のキャリヤ・ヘッドでの圧力及び力分配を図示した概略図である。
【図７】 図７は、基板バッキング組立体での硬い膜サポートリングを有するキャリヤ・ヘッドの概略図横断面図である。
【図８】 図８Ａ及び８Ｂは、図７のキャリヤ・ヘッドで圧力及び力分配を図示した概略図である。

Claims (11)

1. 第一材料で形成され、外側端部へ延びる中央部分と、
   前記中央部分を囲み、前記中央部分の前記外側端部から延びる環状部分であって、前記第一材料と異なる剛性を有している第二材料で形成される環状部分と、
   を備えるキャリヤ・ヘッドのためのフレキシブル膜であって、
   前記第一材料が前記第二材料より硬い、
   前記フレキシブル膜。
2. 前記環状部分が、キャリヤ構造に固定される周辺部分を含む請求項１に記載のフレキシブル膜。
3. 前記環状部分が、前記中央部分と前記周辺部分との間で延びる環状のコネクタ部分を含む請求項２に記載のフレキシブル膜。
4. 前記中央部分の下面が基板用のマウンティング表面を提供する請求項３に記載のフレキシブル膜。
5. 前記環状のコネクタ部分が、前記中央部分を越えて内方へ延びるリップ部分を含む請求項４に記載のフレキシブル膜。
6. 前記コネクタ部分が前記第二材料で形成され、前記周辺部分が第三材料で形成される請求項３に記載のフレキシブル膜。
7. 前記第一材料が前記第二材料より硬く、前記第二材料が前記第三材料より硬い請求項６に記載のフレキシブル膜。
8. 前記第二材料及び前記第三材料が弾性体であり、前記第一材料が繊維強化弾性体である請求項６に記載のフレキシブル膜。
9. 前記第一材料及び前記第二材料が弾性体である請求項１に記載のフレキシブル膜。
10. 第一材料で形成され、外側端部へ延びる中央部分であって、該中央部分の下面が基板用のマウンティング表面を提供する中央部分と、
    前記中央部分を囲み、前記中央部分の前記外側端部から延びる環状部分であって、前記第一材料と異なる剛性を有している第二材料で形成される環状部分と、
    を備えるキャリヤ・ヘッドのためのフレキシブル膜であって、
    前記第一材料が前記第二材料より硬い、
    前記フレキシブル膜。
11. 周辺部分と、
    中央部分と、
    前記中央部分及び前記周辺部分の間で延びているコネクタ部分と、
    を備えるフレキシブル膜であって、前記フレキシブル膜の周辺部分が第一材料で形成され、前記コネクタ部分は第一材料より硬い第二材料で形成され、前記中央部分は、第二材料より硬い第三材料で形成されるキャリヤ・ヘッドのためのフレキシブル膜。

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