JP6914191B2 - 追従性のある研磨パッド及び研磨モジュール - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、広くは、半導体基板などの基板を研磨する方法及び装置に関する。より詳細には、電子デバイス製造プロセスにおいて基板のエッジを研磨する方法及び装置に関する。

化学機械研磨は、研磨流体の存在下において研磨パッドと接触している基板の特徴部側、すなわち、堆積受取り面を移動させることによって、基板上に堆積された材料層を平坦化又は研磨するために、高密度集積回路の製造において通常用いられる一つのプロセスである。通常の研磨プロセスにおいて、基板は、キャリアヘッドに保持され、キャリアヘッドは、基板の裏側を研磨パッドの方に押し動かす又は押し付ける。材料は、化学的及び機械的作用の組合せにより、研磨パッドと接触している基板の特徴部側から除去される。

キャリアヘッドは、基板の異なる領域に異なる圧力を加える、複数の個別に制御される圧力領域を包含し得る。例えば、基板の中心で望まれる材料除去と比べて、より多くの材料除去が、基板の周辺エッジで望まれる場合、キャリアヘッドは、基板の周辺エッジにより大きな圧力を加えるために用いられ得る。しかしながら、基板の剛性は、キャリアヘッドによって基板に加えられた圧力を、広げる又は平滑化するように、再配分する傾向がある。平滑効果は、局所的な材料除去のための、局所的な加圧を、不可能ではないにしても困難にする。更に、基板は、処理中に非平面になり得、従来のシステムで研磨される場合、基板上のある領域が、材料の過剰除去又は過少除去を経験し得る。これは、基板の品質、研磨制御の精度、又は他の要因のためであり得、それらの各々が、基板上のデバイスの一部を損傷し、それにより、歩留まりを低下させ得る。

従って、基板の局所領域からの材料の除去を容易にする方法及び装置の必要性が存在する。

本開示の実施形態は、広くは、半導体基板などの基板を研磨する方法及び装置に関する。一実施形態において、研磨デバイスが提供される。研磨デバイスは、ハウジング、ハウジングに連結されたフレキシブルベース、及びフレキシブルベースの第一の側に配置された接触領域を含み、フレキシブルベースは、ハウジング及びフレキシブルベースの第二の側の内部に含まれる圧力に基づいて膨張及び収縮し、フレキシブルベースの表面積より小さい接触面積を、第一の側に形成する。

他の実施形態において、研磨モジュールが提供される。研磨モジュールは、基板受取り面及び周囲を有するチャック、並びにチャックの周囲の近くに配置された研磨パッドを含み、研磨パッドは、フレキシブルベースの中心の近くに配置された接触領域を含み、研磨パッドは、フレキシブルベースの裏側への加圧によって膨らませることができる。

他の実施形態において、基板を研磨する方法が提供される。本方法は、ハウジング上に配置された研磨パッドを、基板の表面に対して押し付けることであって、研磨パッドがフレキシブルベース上に配置されている、押し動かすことと、フレキシブルベースの裏側への圧力を調整することによって、研磨パッドの接触面積を調整することであって、接触面積は、フレキシブルベースの表面積より小さい、調整することと、を含む。

本開示の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の幾つかは添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は、本開示の代表的な実施形態のみを示しており、従って、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容しうることに、留意されたい。

処理ステーションの一実施形態の部分断面図である。 研磨モジュールの一実施形態の概略断面図である。 研磨モジュールの他の実施形態の側面断面図である。 図２Ａに示された研磨モジュールの等角上面図である。 研磨ヘッドの一実施形態の側面断面図である。 研磨ヘッドの他の実施形態の側面断面図である。 研磨パッドの種々の実施形態を示す上面図である。 図５Ａの線６−６に沿った研磨パッドの一部分の等角断面図である。

理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに、同一の参照番号を使用した。一つの実施形態に開示される要素は、明確な記載がなくても、他の実施形態で有益に利用され得ることが意図される。

本開示の実施形態は、研磨システム及び研磨システムと共に基板を研磨するために利用される研磨モジュールを提供する。本書に記載される研磨モジュールの実施形態は、半径方向の高分解能（例えば、約３ミリメートル（ｍｍ）未満）及びシータ（Θ）方向速度制御を提供する。本開示の態様は、局所領域における限られたディッシング及び／又はエロージョンを伴う改良された局所研磨制御を含む。

図１Ａは、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセス又は電気化学機械研磨（ＥＣＭＰ）プロセスなどの研磨プロセスを実施するように構成される処理ステーション１００の一実施形態の部分断面図である。図１Ｂは、処理ステーション１００と共に用いられる場合に、研磨システムの一実施形態を含む、研磨モジュール１０１の一実施形態の概略断面図である。処理ステーション１００は、全体的なＣＭＰプロセスを実行するために、例えば、基板１０２の主要面の表面全体を研磨するために、用いられ得る。基板１０２の周辺エッジなどの基板１０２の局所領域が、処理ステーション１００を用いて十分に研磨されない場合には、研磨モジュール１０１が、局所領域を研磨するために用いられ得る。処理ステーション１００によって実行される全体的なＣＭＰプロセスの前又は後に、研磨モジュール１０１が、基板１０２のエッジ、又は他の局所領域を研磨するために用いられ得る。処理ステーション１００及び研磨モジュール１０１の各々が、スタンドアロンユニットであってもよいし、より大きな処理システムの一部であってもよい。処理ステーション１００及び研磨モジュール１０１の１つ又は両方を利用するように適合され得る、より大きな処理システムの例は、カリフォルニア州サンタクララに位置するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫ、ＭＩＲＲＡ ＭＥＳＡ（登録商標）研磨システム等、並びに他の製造業者から入手可能な研磨システムを含む。

処理ステーション１００は、ベース１１０上に回転可能に支持されるプラテン１０５を含む。プラテン１０５は、回転軸Ａの周りにプラテン１０５を回転させるように適合された駆動モータ１１５に動作可能に連結される。プラテン１０５は、研磨材料１２２で作られた研磨パッド１２０を支持する。一実施形態において、研磨パッド１２０の研磨材料１２２は、ＣＭＰプロセスで通常利用されるポリマー系パッド材料などの、商業上入手可能なパッド材料である。ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリカーボネート、フッ素ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はそれらの組合せであってよい。研磨材料１２２は、オープン又はクローズドセル発泡ポリマー、エラストマ、フェルト、含浸フェルト、プラスチック、及び処理の化学作用と適合性のある類似の材料を更に含み得る。他の実施形態において、研磨材料１２２は、多孔性コーティングを含浸させたフェルト材料である。他の実施形態において、研磨材料１２２は、少なくとも部分的に導電性の材料を含む。

キャリアヘッド１３０が、研磨パッド１２０の処理表面１２５より上に配置される。キャリアヘッド１３０は、基板１０２を保持し、処理中に研磨パッド１２０の処理表面１２５の方に（Ｚ軸に沿って）基板１０２を制御可能に押し動かす。キャリアヘッド１３０は、外側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ａ及び内側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ｂ（両方ともファントム画法で示される）として示される区域に分けられた圧力制御デバイスを包含する。外側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ａ及び内側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ｂは、処理中に基板１０２の裏側に可変的な圧力を加える。外側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ａ及び内側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ｂは、基板１０２の中心領域と比べて、基板１０２のエッジ領域に対してより大きい圧力を加え、逆もまた同様であるように、調整され得る。このように、外側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ａ及び内側ゾーン圧力アプリケータ１３８Ｂは、研磨プロセスを調整するために用いられる。

キャリアヘッド１３０は、支持部材１４０に取り付けられ、支持部材１４０は、キャリアヘッド１３０を支持し、研磨パッド１２０に対するキャリアヘッド１３０の運動を容易にする。支持部材１４０は、研磨パッド１２０の上方にキャリアヘッド１３０を吊るすようにして、ベース１１０に連結されてもよいし、処理ステーション１００の上方に取り付けられてもよい。一実施形態において、支持部材１４０は、処理ステーション１００の上方に取り付けられているカルーセル、直線的トラック又は円形トラックである。キャリアヘッド１３０は、少なくとも回転軸Ｂの周りのキャリアヘッド１３０の回転運動を与える駆動システム１４５に連結される。駆動システム１４５は、研磨パッド１２０に対して横方向に（Ｘ及び／又はＹ軸）支持部材１４０に沿ってキャリアヘッド１３０を移動させるように、追加的に構成され得る。一実施形態において、駆動システム１４５は、横方向の運動に加えて、研磨パッド１２０に対して垂直方向に（Ｚ軸）キャリアヘッド１３０を移動させる。例えば、駆動システム１４５は、研磨パッド１２０に対する基板１０２の回転運動及び／又は横方向の運動を与えることに加えて、研磨パッド１２０の方に基板１０２を移動させるために利用され得る。キャリアヘッド１３０の横方向の運動は、直線的な動きであってもよいし、弧状又は弧を描く動きであってもよい。

コンディショニングデバイス１５０及び流体アプリケータ１５５が、研磨パッド１２０の処理表面１２５の上に配置されているのが示される。コンディショニングデバイス１５０は、ベース１１０に連結され、アクチュエータ１８５を含み、アクチュエータ１８５は、コンディショニングデバイス１５０回転させる又は研磨パッド１２０及び／若しくはベース１１０に対して１つ以上の直線的方向にコンディショニングデバイス１５０を移動させるように、適合され得る。流体アプリケータ１５５は、研磨パッド１２０の一部分に研磨流体を供給するように適合された１つ以上のノズルを含む。流体アプリケータ１５５は、ベース１１０に回転可能に連結される。一実施形態において、流体アプリケータ１５５は、回転軸Ｃの周りに回転するように適合され、処理表面１２５の方に向けられる研磨流体を供給する。研磨流体は、化学溶液、水、研磨剤、洗浄溶液、又はそれらの組合せであってよい。

図１Ｂは、研磨モジュール１０１の一実施形態の概略断面図である。研磨モジュール１０１は、チャック１６７を支持するベース１６５を含み、チャック１６７は、その上に基板１０２を回転可能に支持する。一実施形態において、チャック１６７は、真空チャックであってよい。チャック１６７は、駆動デバイス１６８に連結され、駆動デバイス１６８は、モータ又はアクチュエータであってよく、少なくとも、軸Ｅの周りのチャック１６７の回転運動を与える。

基板１０２の特徴部側が、研磨パッド１７０に面するように、基板１０２は、「フェイスアップ」配向でチャック１６７上に配置される。研磨パッド１７０は、基板１０２の周辺エッジ又は基板１０２の他の領域を研磨するために、利用される。研磨モジュール１０１上での基板１０２の研磨は、図１Ａの処理ステーション１００内での基板１０２の研磨の前に行われてもよいし、後に行われてもよい。研磨パッド１７０は、ＣＭＰプロセスで通常利用されるポリマー系パッド材料などの商業的に入手可能なパッド材料、又は他の適当な研磨パッド若しくは研磨材料を含み得る。研磨パッド１７０は、基板１０２に対してパッドを移動させる支持アーム１７２に連結される。支持アーム１７２は、基板１０２及び／又はチャック１６７に対して横方向（Ｘ及び／又はＹ方向）だけでなく、垂直方向（Ｚ方向）に支持アーム１７２（及びそれに取り付けられた研磨パッド１７０）を移動させるアクチュエータ１７４に連結され得る。アクチュエータ１７４は、基板１０２及び／又はチャック１６７に対する弧を描く動き、軌道運動、又は円運動で支持アーム１７２（及びそれに取り付けられた研磨パッド１７０）を移動させるためにも利用され得る。

研磨パッド１７０は、リング状の単一のパッドを含み得る。研磨パッド１７０は、基板１０２の半径とほぼ調和するような大きさの半径を含み得る。例えば、基板１０２の半径が１５０ｍｍである場合、リング状の研磨パッドは、約１２０ｍｍ〜１５０ｍｍの内側半径、及び１２１ｍｍ〜約１５５ｍｍの外側半径を含み得る。一実施形態において、研磨パッド１７０の半径は、補正が要求される基板１０２の半径に基づいて決定される（すなわち、処理ステーション１００で研磨されるときに、研磨分解能が最適でない領域（複数可））。幾つかの実施形態において、研磨パッド１７０は、その中心線で約１４５ｍｍの半径を含み得る。幾つかの実施形態において、内側半径と外側半径は、ほぼ等しくてもよい。

図１Ｂで示された実施形態において、研磨パッド１７０は、上記のような半径を有する別々の弧状のセグメントを含み得る。他の実施形態において、研磨パッド１７０は、支持アーム１７２に配置された三日月形及び／又は複数の分離した形状のパッド材料などの、弧状の弓形を含み得る。幾つかの実施形態において、研磨パッド１７０は、可変圧力容積１６２を含む膜研磨パッドを含む。可変圧力容積１６２は、研磨パッド１７０の研磨材料によって少なくとも１つの側で境界付けられたボイドであり得る。可変圧力容積１６２は、流体源１７８と流体連通している。流体源１７８は、可変圧力容積１６２に供給される空気又は他のガスを含み得る。空気又は他のガスは、研磨パッド１７０を膨らませるために、可変圧力容積１６２を加圧し得る。研磨パッド１７０の膨張指標（すなわち、加えられる圧力）は、基板に対する研磨パッド１７０の要求される曲げ特性又は追従性に基づいて、選択され得る。一実施形態において、可変圧力容積１６２は、約０．１ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）〜約１０ｐｓｉに加圧され得る。

研磨モジュール１０１はまた、基板１０２の表面に研磨流体を供給する流体アプリケータ１７６を含む。流体アプリケータ１７６は、ノズル（図示せず）を含んでもよく、図１Ａに記載された流体アプリケータ１５５に類似して構成され得る。流体アプリケータ１７６は、軸Ｆの周りに回転するように適合され、流体アプリケータ１５５と同じ研磨流体を供給し得る。ベース１６５は、流体アプリケータ１７６からの研磨流体を集めるための鉢として利用されてもよい。

図２Ａは、単独で又は図１Ａの処理ステーション１００と共に使用され得る研磨モジュール２００の別の実施形態の側面断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示された研磨モジュール２００の等角上面図である。研磨モジュール２００は、本実施形態において、真空源に連結されているチャック１６７を含む。チャック１６７は、基板受取り面２０５を含み、基板受取り面２０５は、基板受取り面２０５に配置された基板（図１Ｂに示される）が、その上に固定されるように、真空源と連通している複数の開口（図示せず）を含む。チャック１６７はまた、チャック１６７を回転させる駆動デバイス１６８を含む。流体アプリケータ１７６も示されており、チャック１６７に研磨流体を供給するためのノズル２１０を含む。計測デバイス２１５（図２Ｂに示される）が、ベース１６５に連結されてもよい。計測デバイス２１５は、基板（図示せず）上で研磨されている金属又は誘電体膜の残りの厚さを測定することによって、研磨の進捗のインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）指標を提供するために利用され得る。計測デバイス２１５は、渦電流センサ、光学センサ、又は金属若しくは誘電体膜の厚さを決定するために使用され得る他の感知デバイスであり得る。エクスシトゥ（ｅｘ−ｓｉｔｕ）計測フィードバックのための他の方法は、ウェハ上の堆積の厚い／薄い領域の場所、チャック１６７及び／又は研磨パッド１７０の動きレシピ、研磨時間、並びに用いられるべき下向きの力などのパラメータを予め決定することを含む。エクスシトゥフィードバックはまた、研磨された膜の最終プロファイルを決定するために使用され得る。インシトゥ計測は、エクスシトゥ計測によって決定されたパラメータの進展をモニタすることによって研磨を最適化するために使用され得る。

支持アーム１７２は、アクチュエータアセンブリ２２０によってベース１６５上に可動に取り付けられる。アクチュエータアセンブリ２２０は、第一のアクチュエータ２２５Ａ及び第二のアクチュエータ２２５Ｂを含む。第一のアクチュエータ２２５Ａは、支持アーム１７２を垂直方向（Ｚ方向）に移動させるために用いられ、第二のアクチュエータ２２５Ｂは、支持アーム１７２を横方向（Ｘ方向、Ｙ方向、又はその組合せ）に移動させるために用いられ得る。第一のアクチュエータ２２５Ａはまた、研磨パッド１７０を基板（図示せず）の方に押し動かす制御可能な下向きの力を与えるために使用され得る。研磨パッド１７０を上に有する１つの支持アーム１７２のみが、図２Ａ及び図２Ｂに示されているけれども、研磨モジュール２００は、単一の支持アーム１７２に限定されない。研磨モジュール２００は、チャック１６７の円周並びに流体アプリケータ１７６及び計測デバイス２１５のための十分なスペース余裕、並びに支持アーム１７２（及びその上に取り付けられた研磨パッド１７０）の弧を描く運動のためのスペースによって許容されるような、任意の数の支持アーム１７２を含み得る。

アクチュエータアセンブリ２２０は、直線運動機構２２７を含んでよく、これは、第二のアクチュエータ２２５Ｂに連結されたスライド機構又はボールねじであってよい。同様に、第一のアクチュエータ２２５Ａの各々が、直線的スライド機構、ボールねじ、又は支持アーム１７２を垂直方向に移動させるシリンダースライド機構を含んでよい。アクチュエータアセンブリ２２０はまた、第一のアクチュエータ２２５Ａと直線運動機構２２７の間に連結された支持アーム２３５を含む。支持アーム２３５は、第二のアクチュエータ２２５Ｂによって作動され得る。従って、支持アーム１７２（及びその上に取り付けられた研磨パッド１７０）の横方向の運動は、同期された仕方で基板（図示せず）上を半径方向に移動することを含み得る。動的シール２４０が、第一のアクチュエータ２２５Ａの一部であり得る支持シャフト２４２の周りに配置され得る。動的シール２４０は、支持シャフト２４２とベース１６５の間に連結されるラビリンスシールであってもよい。

支持シャフト２４２は、ベースに形成された開口２４４内に配置される。開口２４４は、アクチュエータアセンブリ２２０によって与えられる運動に基づく支持アーム１７２の横方向の運動を可能にするスロットであってもよい。開口２４４は、支持アーム１７２（及びその上に取り付けられた研磨パッド１７０）が（流体アプリケータ１７６が、基板受取り面２０５から離れた位置まで回転したときに）基板受取り面２０５の周囲２４６からその中心に向かって移動するのに十分な支持シャフト２４２の横方向の運動を、可能にするような大きさに作られる。一実施形態において、基板受取り面２０５は、処理中にその上に取り付けられる基板の直径とほぼ同じ直径を有する。例えば、基板受取り面２０５の半径が１５０ｍｍである場合、支持アーム１７２は、詳細にはその上に取り付けられた研磨パッド１７０は、約１５０ｍｍ（例えば、周囲２４６）から中心に向かって半径方向に移動し、周囲２４６に戻り得る。追加的に、開口２４４は、支持アーム１７２の端部２４８がチャック１６７の周囲２５０を通過するのに十分な支持シャフト２４２の横方向の運動を、可能にするような大きさに作られる。従って、流体アプリケータ１７６が、軸Ｆの周りに回転され、支持アーム１７２の端部２４８が、外側に移動されて、周囲２５０を通過すると、基板は、基板受取り面２０５の上に又は基板受取り面２０５から離れて移され得る。基板は、全体的なＣＭＰプロセスの前又は後に、ロボットアーム又はエンドエフェクタによって、図１Ａに示された処理ステーション１００に又は処理ステーション１００から移され得る。一実施形態において、基板は、（図１Ａに示される）キャリアヘッド１３０を用いて、処理ステーション１００に又は処理ステーション１００から移され得る。

チャック１６７は、追加的に、基板受取り面２０５から半径方向外側に配置された周辺エッジ領域２５２を含み得る。周辺エッジ領域２５２は、基板受取り面２０５の平面からオフセットされている（すなわち、下方に凹んでいる）平面にあり得る。周辺エッジ領域２５２は、研磨パッド１７０をコンディショニングするために使用されるコンディショニングリング２５５を含んでもよい。コンディショニングリング２５５の高さもまた、基板受取り面２０５の平面からオフセットされている（すなわち、下方に凹んでいる）平面にあり得る。コンディショニングリング２５５は、研磨粒子又は材料で作られた、又はそれらを含む長方形の及び／又は弧状の部材を含む１つ以上の別々の研磨材要素２６０であり得る。一実施形態において、コンディショニングリング２５５は、各々が弧状のセグメントとして形作られている、複数の別々の研磨材要素２６０を含む。別々の研磨材要素２６０の各々が、基板研磨プロセスと基板研磨プロセスの間で研磨パッド１７０をコンディショニングするために用いられるダイヤモンド粒子を含み得る。例えば、基板がチャック１６７の基板受取り面２０５上に配置される前又は後に、支持アーム１７２上の研磨パッド１７０は、コンディショニングリング２５５に隣接して且つ基板受取り面２０５の平面より下に動かされ得る。研磨パッド１７０は、その後、コンディショニングリング２５５の方に作動又は押し動かされて、研磨パッド１７０を、別々の研磨材要素２６０に接触させ得る。チャック１６７は、研磨パッド１７０をコンディショニングするために、この接触の間、回転されてもよい。一実施形態において、研磨パッド１７０のコンディショニングの時間は、約２秒未満であり、これは、研磨モジュール２００のスループットを増加させ得る。一実施形態において、研磨パッド１７０のコンディショニングは、チャック１６７の基板受取り面２０５への又は基板受取り面２０５からの基板の移動中に実施され得る。

図３は、本書に開示された実施形態による、研磨ヘッド３００の一実施形態の側面断面図である。研磨ヘッド３００は、図１Ｂに示された研磨モジュール１０１又は図２Ａ及び図２Ｂに示された研磨モジュール２００で利用され得る。例えば、研磨ヘッド３００は、図１Ｂに示された研磨モジュール１０１又は図２Ａ及び図２Ｂに示された研磨モジュール２００の支持アーム１７２に連結され得る。

研磨ヘッド３００は、ハウジング３０５に取り付けられている、本書に記載されたような研磨パッド１７０を含む。ハウジング３０５は、空気又は他のガスなどの流体源１７８から可変圧力容積１６２への流体の供給用にその中に形成された導管３１０を含む。この実施形態において、可変圧力容積１６２は、研磨パッド１７０の内側表面３１５とハウジング３０５の内側表面の間に包含される。可変圧力容積１６２は、研磨パッド１７０の処理表面（すなわち、基板１０２の特徴部側３２０と接触する研磨パッド１７０の領域）が、基板１０２の特徴部側３２０と共形になるように、研磨パッド１７０を膨らませるために、加圧され得る。

基板１０２の表面形状が、均一でない、又は非平面である場合、研磨パッド１７０の共形性は、特に重要性を有し得る。一例において、基板１０２は、図３に示されるような、高い地点３２５を含み得る。図３には示されていないけれども、基板１０２は、他の高い地点、及び低い地点、又はその組合せを含んでもよい。

高い地点３２５などの、基板１０２の非平面性は、以前のＣＭＰプロセスにおける材料の不均一な除去などの、数ある要因の中でも、以前の処理によって引き起こされた反りなどの、基板１０２自体の凸凹によって引き起こされ得る。代替的に又は追加的に、基板１０２の非平面性は、チャック１６７の基板受取り面２０５の凸凹によって引き起こされ得る。場合によっては、基板１０２上の除去されるべき膜３３０は、基板１０２の非平面性にかかわらず、ほぼ均一な厚さを有し得る。除去されるべき膜３３０は、銅、タングステン又は他の金属などの金属、誘電体、又は他の膜であってよい。

従来のＣＭＰシステムにおいて、研磨パッドは、基板１０２の特徴部側３２０の表面形状と共形にならないことがあり、不均一な材料除去が起こり得る。不均一な材料除去は、歩留まりを下げることがあるが、共形の研磨パッド１７０を提供する研磨ヘッド３００を用いることによって最小化される。共形の研磨パッド１７０は、基板１０２の局所領域に加えられた圧力を平滑化するために曲がり、除去されるべき膜３３０の均一な除去を促進する。共形の研磨パッド１７０はまた、高い地点３２５及び高い地点３２５に隣接する領域の周りに等しく力を配分する。

一実施形態において、研磨パッド１７０の材料は、可変圧力容積１６２内に流体を包含するために、クローズドセル発泡であってもよい。他の実施形態において、可変圧力容積１６２は、ハウジング３０５と研磨パッド１７０の内側表面３１５の間に配置されたブラダーによって形成され得る。他の実施形態において、ライナが、可変圧力容積１６２をシールするために、研磨パッド１７０の内側表面３１５上に配置され得る。幾つかの実施形態において、研磨パッド１７０の側壁３３５が、研磨パッド１７０の処理表面の曲がりやすさを最小化することなく、側壁３３５の構造上の完全性を向上させるために、補強され得る。

図４は、本書に開示された実施形態による、研磨ヘッド４００の他の実施形態の側面断面図である。研磨ヘッド４００は、図１Ｂに示された研磨モジュール１０１又は図２Ａ及び図２Ｂに示された研磨モジュール２００で利用され得る。例えば、研磨ヘッド４００は、図１Ｂに示された研磨モジュール１０１又は図２Ａ及び図２Ｂに示された研磨モジュール２００の支持アーム１７２に連結され得る。研磨ヘッド４００は、以下の例外を除いて、図３に示された研磨ヘッド３００とほぼ同様である。

研磨ヘッド４００は、ハウジング４０５に取り付けられている、本書に記載されたような研磨パッド１７０を含む。研磨パッド１７０は、一実施形態において、クランプデバイス４１０によってハウジング４０５に連結され得る。ハウジング４０５の内側表面及び研磨パッド１７０が、ブラダー４２０が配置され得るボイド４１５を画定し得る。ブラダー４２０は、流体源１７８に連結され、図３の研磨ヘッド３００と同様に動作し得る。

本書に記載され、また図４に示されるような研磨ヘッド３００及び４００の一実施形態において、接触面積４２５が、研磨パッド１７０の処理表面４３０上に示される。接触面積４２５は、処理表面４３０が、基板（図示せず）又は基板上に堆積されている除去されるべき膜（図３に示される）と接触する領域であり得る。接触面積４２５は、基板の表面形状に応じて、研磨中に図３に示されるような凹形であってもよいし、研磨中に凸形であってもよいし、又はその組合せであってもよい。一態様において、接触面積４２５は、圧力Ｐ（すなわち、図４のブラダー４２０内又は図３の可変圧力容積１６２内の圧力）及び研磨ヘッド４００に加えられた下向きの力の関数である。この考えは、以下の式１においてより明確に述べられる。
式１：
接触面積×圧力＝下向きの力＋（研磨ヘッドの）重量

上記式において、重量は定数であり、研磨ヘッド３００又は４００の重量を含み、研磨パッド１７０、ハウジング３０５又は４０５、並びに（図１Ｂ及び図２Ａ、図２Ｂに示される）支持アーム１７０のいくらかの部分を含む。一実施形態において、接触面積４２５は、下向きの力を変化させること及び圧力Ｐを一定に保持することによって調整され得る。幾つかの実施形態において、接触面積４２５は、約１ｍｍ〜約８ｍｍ、又はそれより大きくてもよい。一実施形態において、接触面積４２５は、プロセスレシピに基づいて制御され得る。

図５Ａ及び図５Ｂは、研磨パッド５００の種々の実施形態を示す上面図である。研磨パッド５００は、図４に示されたハウジング４０５に連結され、図１Ｂに示された研磨モジュール１０１又は図２Ａ及び図２Ｂに示された研磨モジュール２００で利用され得る。研磨パッド５００は、フレキシブルベース５１０の中心に又はその近くに配置された接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂを含む。接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂの各々が、幾つかの実施形態において、図４に示され記載された接触面積４２５を構成し得る。接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂは、フレキシブルベース５１０から隆起していてもよい。

一実施形態において、接触領域５０５Ａは、細長い弧状のセグメント５１５を含み、他方、接触領域５０５Ｂは、フレキシブルベース５１０上で弧状に配向された複数の別々の接触パッド５２０を含む。幾つかの実施形態において、弧状のセグメント５１５及び接触パッド５２０の両方が、その上部表面に形成された溝５２５を含む。溝５２５は、研磨パッド５００が使用されているときに、研磨流体の輸送に役立ち得る。フレキシブルベース５１０は、図４に示された研磨ヘッド４００などの研磨ヘッドと連結するために利用される周囲５３０を含む。周囲５３０は、周囲５３０と接触領域５０５Ａ又は５０５Ｂの間の距離５３５が、その周囲でほぼ同じであるようにして、弧状のセグメント５１５又は接触パッド５２０と同じ弧に沿って形成され得る。

幾つかの実施形態において、研磨パッド５００は円形である。例えば、接触領域５０５Ａは、約１０ｍｍ〜約１００ｍｍの直径を有し得る。

フレキシブルベース５１０は、接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂのためにフレキシブルな結合をもたらす薄い膜として構成される。フレキシブルベース５１０は、基板における非平面性と共形になるよう、Ｚ方向（すなわち、膨張又は収縮の方向）の曲がりやすさを増進するために、十分に厚く且つ広い。フレキシブルベース５１０の厚さと幅はまた、フレキシブルベース５１０が、研磨中に経験され得るＸ及び／又はＹ方向の水平荷重に対して、接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂの位置を安定して維持するように、接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂに対して構造上の安定性を提供するように構成される。

図６は、図５Ａの線６−６に沿った研磨パッド５００の一部分の等角断面図である。接触領域５０５Ａの一部分が、フレキシブルベース５１０上に配置されているのが示される。示されている実施形態において、接触領域５０５Ａは、フレキシブルベース５１０と一体である。しかしながら、他の実施形態において、接触領域５０５Ａは、分離した要素又は複数の要素（図５Ｂに示された接触パッド５２０の場合）であってもよい。接触領域５０５Ａが分離している場合、接触領域５０５Ａ及び５０５Ｂは、容易に取り替えられ得る。接触領域５０５Ａは、基板と接触して摩損し得る研磨パッド５００の唯一の部分であるので、フレキシブルベース５１０上の接触領域５０５Ａの取り替えは、研磨パッド５００のコストを減少させる。追加的に、取外し可能な接触領域５０５Ａは、基板からの材料の除去を増進するために、接触領域５０５Ａのための異なる材料の使用を可能にし得る。例示的な取り付け特徴部は、研磨パッド５００の内側表面３１５から接触領域５０５Ａの中に延びる締め具（図示せず）を含み得る。感圧性接着剤などの接着剤が、取り付け特徴部として用いられてもよい。

幾つかの実施形態において、接触領域５０５Ａは、フレキシブルベース５１０から距離６０５だけ隆起している。距離６０５は、約０．５ｍｍ〜約４ｍｍ、例えば約２ｍｍであってよい。接触領域５０５Ａの幅６１０は、約１ｍｍ〜約２０ｍｍ、又はそれより大きくてもよく、例えば、約２ｍｍ〜約６ｍｍであってよい。フレキシブルベース５１０の厚さ６１５は、フレキシブルベース５１０の要求される曲がりやすさ及び／又は幅などの要因に応じて、約０．１ｍｍ〜約３ｍｍであってよい。幾つかの実施形態において、フレキシブルベース５１０の周囲５３０は、図４に示されたハウジング４０５などのハウジングへの研磨パッド５００の締め付けを容易にするために使用され得る隆起したリップ６２０を含む。リップ６２０を含む周囲５３０は、約０．１ｍｍ〜約６ｍｍ、例えば約０．１ｍｍの厚さを含み得る。幾つかの実施形態において、リップ６２０を含む周囲５３０の厚さは、フレキシブルベース５１０の厚さ６１５の約２倍の厚さである。

上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の及びさらなる実施形態を考え出すこともでき、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (12)

1. 円形チャックの上方において、該円形チャックの周囲から第１の方向に延びる支持アームと、
   前記支持アームに連結された運動機構と、
   前記第１の方向と垂直な第２の方向において、前記支持アームに固定されたハウジングと、
   前記ハウジングに連結されたフレキシブルベースであって、研磨パッドを構成するフレキシブルベースと、
   前記フレキシブルベースの第一の側に配置された接触領域であって、前記第一の側において前記フレキシブルベースから突出して、該接触領域内における前記研磨パッドの厚さを該接触領域の周囲における前記研磨パッドの厚さよりも厚くする接触領域と
   を含む研磨デバイスであって、
   前記接触領域は、前記支持アームが前記円形チャックの上方に配されている際に実質的に前記円形チャックの回転軸に沿って位置する中心を持つ半径を有する、弧状の形状とされており、
   前記フレキシブルベースは、前記ハウジング及び前記フレキシブルベースの第二の側の内部に含まれる圧力に基づいて膨張及び収縮し、前記フレキシブルベースの表面積より小さい接触面積を前記第一の側に形成する、
   研磨デバイス。
2. ハウジングと、
   前記ハウジングに連結されたフレキシブルベースと、
   前記フレキシブルベースの第一の側に配置された接触領域と
   を含む研磨デバイスであって、
   前記フレキシブルベースは、前記ハウジング及び前記フレキシブルベースの第二の側の内部に含まれる圧力に基づいて膨張及び収縮し、前記フレキシブルベースの表面積より小さい接触面積を前記第一の側に形成し、
   前記フレキシブルベースは、弧状であり、前記接触領域は、弧状の前記フレキシブルベース上で弧状に配向された複数の別々の接触パッドを含む、
   研磨デバイス。
3. 前記接触領域が、前記第一の側において前記フレキシブルベースから突出している、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記フレキシブルベースが、隆起したリップをその周囲に備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス。
5. 前記接触面積が、調整可能である、請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイス。
6. 基板受取り面及び周囲を有する、回転可能なチャック、
   前記チャックの前記周囲の上方において第１の方向に延び、前記チャックに対して相対移動可能な支持アーム、
   前記第１の方向と垂直な第２の方向において、前記支持アームに固定されたハウジング、並びに
   前記ハウジング上に配された研磨パッドであって、該研磨パッドは、該研磨パッドを構成するフレキシブルベースの中心の近くに配置された接触領域であって、前記フレキシブルベースの表側において前記フレキシブルベースから突出して、該接触領域内における前記研磨パッドの厚さを該接触領域の周囲における前記研磨パッドの厚さよりも厚くする接触領域を含み、該接触領域は、前記チャックの前記周囲と少なくとも同心である弧状の形状を有し、前記研磨パッドは、前記フレキシブルベースの裏側への加圧によって膨らませることができる、研磨パッド
   を備える、
   研磨モジュール。
7. 前記チャックは円形であり、前記接触領域の弧状の形状の弧の中心は、円形の前記チャックの中心軸上にある、請求項６に記載のモジュール。
8. 基板受取り面及び周囲を有するチャック、並びに
   前記チャックの前記周囲の近くに配置され、フレキシブルベースの中心の近くに配置された接触領域を含み、前記フレキシブルベースの裏側への加圧によって膨らませることができる、研磨パッド
   を備え、
   前記フレキシブルベースは、弧状であり、前記接触領域は、弧状の前記フレキシブルベース上で弧状に配向された複数の別々の接触パッドを含む、
   研磨モジュール。
9. 前記チャックは円形であり、弧状の前記フレキシブルベースの弧の中心は、円形の前記チャックの中心軸上にある、請求項８に記載のモジュール。
10. 前記接触領域が、前記フレキシブルベースの表側において前記フレキシブルベースから突出している、請求項８または９に記載のモジュール。
11. 前記接触領域が、前記フレキシブルベースに取外し可能に連結されている、請求項６から１０のいずれか１項に記載のモジュール。
12. 前記チャックを回転させる駆動デバイスをさらに備え、
    研磨動作中において、前記基板受取り面上に研磨対象の基板が置かれた状態で前記チャックが回転される一方、前記研磨パッドは回転されない、
    請求項６から１１のいずれか１項に記載のモジュール。

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