JP7447285B2 - 複数の角度方向加圧可能区域を有する研磨キャリアヘッド - Google Patents

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Description

本開示は、広くは、研磨プロセスのプロファイル制御に関し、特に、複数の角度方向に配置された加圧可能区域を有する膜を有するキャリアヘッドに関する。
集積回路は、通常、シリコンウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を連続的に堆積させることによって、及び層の連続処理によって、基板(例えば、半導体ウエハ)上に形成される。
1つの製造ステップは、非平面表面の上に充填層を堆積させ、該充填層を平坦化することを含む。特定の用途では、パターニング層の上面が露出されるか、又は所望の厚さが下層の上に残るまで、充填剤層を平坦化する。更に、リソグラフィのために、平坦化を使用して、例えば誘電体層の基板表面を平坦化することができる。
化学機械研磨(CMP)は平坦化の1つの受け入れられている方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアヘッドに取り付けられることを必要とする。基板の露出面は、回転する研磨パッドと接触するように置かれる。キャリアヘッドは、基板に制御可能な負荷をかけて、基板を研磨パッドに対して押し当てる。幾つかの状況では、キャリアヘッドが、複数の独立して加圧可能な半径方向同心チャンバを形成する膜を含み、各チャンバ内の圧力は、基板上の各対応する領域内の研磨速度を制御する。研磨液(砥粒を有するスラリなど)が、研磨パッドの表面に供給される。
一態様では、研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドが、ハウジング、ハウジングの下方に延在する可撓性膜、第1の複数の圧力供給ライン、第2の複数の圧力供給ライン、及びバルブアセンブリを含む。可撓性膜は、可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割する。バルブアセンブリが、第1の複数の圧力供給ライン、第2の複数の圧力供給ライン、及び複数の独立して加圧可能なチャンバに結合される。バルブアセンブリは、複数のバルブを有する。複数のバルブの各それぞれのバルブは、複数の独立して加圧可能なチャンバからのそれぞれの圧力チャンバに結合される。各それぞれのバルブは、第1の複数の圧力供給ラインからの圧力供給ライン及び第2の複数の圧力供給ラインからの圧力供給ラインを含む、一対の圧力供給ラインからの1つの圧力供給ラインに、それぞれの圧力チャンバを選択的に結合するように構成される。
別の一態様では、研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドが、ハウジング、及びハウジングの下方に延在する可撓性膜を含む。可撓性膜は、可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割する。それらのチャンバは、極アレイ内に配置されている。
実施態様は、以下の特徴のうちの1以上を含んでよい。
複数の独立して加圧可能なチャンバは、第1の複数の独立して加圧可能なチャンバを含んでよく、複数のバルブは、第1の複数のバルブを含んでよい。第1の複数のバルブの各異なるバルブは、第1の複数の圧力チャンバの異なる圧力チャンバを、異なる対の圧力供給ラインに選択可能に結合するように構成されてよい。複数の独立して加圧可能なチャンバは、第2の複数の独立して加圧可能なチャンバを含んでよく、複数のバルブは、第2の複数のバルブを含んでよい。第2の複数のバルブの各異なるバルブは、第2の複数の圧力チャンバの異なる圧力チャンバを、異なる対の圧力供給ラインに選択可能に結合するように構成されてよい。
第1の複数のバルブからの少なくとも1つのバルブ、及び第2の複数のバルブからの少なくとも1つのバルブは、それぞれのチャンバを同じ対の圧力供給ラインに結合してよい。例えば、第1の複数のバルブからの全てのバルブについて、それぞれのチャンバを同じ対の圧力供給ラインに結合する第2の複数のバルブからの対応するバルブが存在してよい。
複数の独立して加圧可能なチャンバは、キャリアヘッドの中心軸の周りで異なる角度位置に配置されたチャンバを含んでよい。複数の独立して加圧可能なチャンバは、キャリアヘッドの中心軸から異なる半径位置に配置されたチャンバを含んでよい。
複数の角度方向に分離されたチャンバは、中心軸の周りで等間隔に配置されてよい。複数の独立して加圧可能なチャンバは、極アレイ内に配列されてよい。極アレイは、中央チャンバ及び複数の半径方向リングを含む。各半径方向リングは、複数の角度方向に分離されたチャンバを含んでよい。第1の複数の圧力供給ラインからの異なる圧力供給ラインが、異なるリングのチャンバに結合されてよい。第2の複数の圧力供給ラインからの異なる圧力供給ラインが、異なる角度セグメントのチャンバに結合されてよい。
支持板が、ハウジングに対して垂直方向に移動可能となるように、ハウジングに可撓性接続されてよい。可撓性膜が、支持板に固定されてよく、複数のチャンバが、可撓性膜と支持板との間に形成されてよい。支持板とハウジングとの間の空間は、制御可能に加圧可能であってよい。
特定の実施態様は、以下の可能な利点のうちの1以上を含み得るが、これらに限定されない。
各独立したチャンバを加圧して、次のような様態で基板にそれぞれの圧力を印加することができる。すなわち、印加される圧力は、研磨されている基板の中心の周りで半径方向及び角度方向の両方に変化する。これにより、次のような様態でプロファイル制御が可能になる。すなわち、入ってくる基板の厚さにおける角度方向のばらつき及び/又は研磨プロセスの研磨速度における角度方向のばらつきを補償することができる。領域にわたり印加される圧力は、バルブがチャンバに印加される2つの大きさの圧力の間で切り替えを行うことによって制御され得る。それによって、チャンバは、対応する圧力を領域の上に印加する。したがって、基板上の層の各領域の研磨プロセスは、独立して、より高い精細度で制御され得る。更に、バルブなしの圧力チャンバを使用する場合と比較して、該方法は、より実現可能なやり方で、より多数の制御領域への規模拡大を可能にする。特に、必要とされる回転接続部はより少なく、回転接続部の数は、独立した加圧可能チャンバの数よりもはるかに少ない規模である。
本発明の1以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の記述で説明する。他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかである。
研磨装置の一実施例の概略断面図を示す。 キャリアヘッドの概略断面図を示す。 基板上の圧力を制御するための圧力制御アセンブリを示す概略図を示す。 独立して加圧可能なチャンバを極アレイ内に有するキャリアヘッドの概略下面図を示す。 図2Bからの極アレイのセクションの拡大図を示す。 支持板の上部に取り付けられたバルブバンクを有する例示的な環状バルブアセンブリの概略上面図を示す。 例示的なバルブバンクの概略上面図を示す。 研磨パッドの上面図を示し、基板上でインシトゥ(in-situ:その場)測定が行われる箇所を示す。 膜の独立した加圧可能チャンバに対してインシトゥ測定が行われる複数の箇所の分布の概略上面図を示す。 研磨中に独立した加圧可能チャンバを用いる例示的なプロファイル制御プロセスを示すフロー図である。
基板の異なる領域間の研磨速度のばらつきは、基板の異なる領域が、異なる時間にそれらの目標厚さに到達することをもたらし得る。一方で、基板の異なる領域は、複数の領域の研磨が同時に停止される場合、所望の厚さに到達しないことがある。他方で、異なる時間に異なる区域に対する研磨を停止すると、研磨装置の欠陥が生じたり、スループットが低下したりし得る。したがって、異なる領域に対する圧力の独立した制御を可能にする必要がある。
理想的なプロセスでは、キャリアヘッド及びプラテンの回転により、基板上の研磨速度が、基板の回転軸の周りで角度方向に対称であり得る。しかし、実際には、研磨プロセスが、研磨速度における角度方向のばらつきをもたらし得る。更に、研磨される基板は、角度方向に変化する、すなわち角度方向の不均一性を有する、初期厚さを有する最上層を有し得る。最後に、幾つかの製造プロセスでは、後の処理ステップ、例えば堆積ステップにおける不均一性を補償するために、研磨される層の厚さにおける角度方向の不均一性を誘起することが所望されてよい。研磨プロセスによって誘起される若しくは角度方向に不均一な初期厚さを有する層を研磨するときに角度方向の不均一性を排除すること、又は層を研磨するときに厚さの角度方向における変化を意図的に提供することは、依然として課題である。
しかし、複数の独立して加圧可能な角度方向に配置されたチャンバを使用するキャリアヘッドは、この問題に対処することができる。加圧可能チャンバは、キャリアヘッドの中心軸の周りで角度方向及び半径方向に配置することができ、各加圧可能チャンバは、それぞれのバルブに接続される。各バルブは、それぞれの一対の圧力入力の間で切り替えを行うことができる。それによって、各チャンバ内の圧力が独立して制御され得、角度方向の不均一性の低減又は意図的な導入を可能にする。
図1Aは、研磨装置100の一実施例を示している。研磨装置100は、回転可能なディスク形状のプラテン120を含み、このプラテン上に研磨パッド110が置かれている。プラテン120は、軸125の周りで回転するように動作可能である。例えば、モータ121が、ドライブシャフト124を回して、プラテン120を回転させることができる。研磨パッド110は、例えば、接着剤層によってプラテン120に取り外し可能に固定され得る。研磨パッド110は、外側研磨層112及びより軟性のバッキング層114を有する、二層研磨パッドであり得る。
研磨装置100は、混合スラリ/リンスアーム130を含み得る。研磨中、アーム130は、研磨スラリなどの研磨液132を研磨パッド110の上に分配するように動作可能である。研磨装置はまた、研磨パッド110を一定の研磨状態に維持するために、研磨パッド110を磨く研磨パッド調整器も含み得る。
研磨装置100は、基板10を研磨パッド110に対して保持するように動作可能なキャリアヘッド140を含む。キャリアヘッド140は、基板10上の複数の区域の各々についての研磨パラメータ(例えば、圧力)を、独立して制御するように構成され得る。
図1Bを参照すると、キャリアヘッド140は、駆動シャフト152に接続され得るハウジング144、可撓性膜182の上方に延在する支持板184、及び基板10を膜182の下方に保持するための保持リング142を含み得る。
膜182の下面200は、基板10用の取り付け面を提供する。膜182は、水平方向に延在する主部分202、及び複数のフラップ204を含み得る。主部分202は、円形であってよく、取り付け面を提供し得る。複数のフラップ204は、主部分202の裏面から上向きに延在する。フラップ204は、例えば、クランプによって支持板184に固定される。それによって、フラップ204は、膜の上方の空間を複数の独立して制御可能な加圧可能チャンバ185に分割する。特に、以下で更に説明されるように、加圧可能チャンバ185は、キャリアヘッドの中心軸159の周りで角度方向に配置される。膜182は、可撓性且つ幾らか弾性の材料、例えば、シリコーンゴム又はネオプレンなどのようなゴムで作製され得る。膜は、金型を使用して熱硬化性材料から形成され得る。それによって、成形された膜が、主部分202及びフラップ204を単一の本体として形成する。
幾つかの実施態様では、支持板184が、ハウジング144に可撓性接続される。それによって、支持板は、ハウジングに対して垂直方向に移動可能である。例えば、支持板184は、プラスチック又はゴム(例えば、シリコンゴム又はネオプレン)で形成される屈曲部210(例えば、環状膜)によって、ハウジングに結合され得る。屈曲部210の内縁は、支持板184の上部とクランプリング212との間にクランプされ得る。屈曲部の外縁は、保持リング142とハウジング144との間にクランプされ得る。
支持板184は、膜182よりも剛性が高い。例えば、支持板184は、金属(例えば、アルミニウム若しくはステンレス鋼)又は硬質プラスチック(例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)若しくはポリフェニレンサルファイド(PPS))であり得る。膜182の上方に形成された各独立した制御可能な加圧可能チャンバ185は、支持板184によって密封される。
支持板184とハウジング144との間の領域は、膨張可能シール220によって、例えば、可撓性膜又はベローズによって密封され得る。それによって、ハウジング144と支持板184との間に加圧可能上側チャンバ222を形成する。代替的に、屈曲部210がシールを提供し得る。したがって、上側チャンバ222内の圧力は、支持板184の垂直位置、又は膜182への支持板184の下向きの力を制御し得る。幾つかの実施態様では、上側チャンバ222内の圧力が、研磨パッド上への保持リング142の圧力を制御し得る。
幾つかの実施態様では、支持板184が、ハウジング144に対して移動可能ではない。例えば、支持板184は、ハウジング144に固定され得るか又はハウジング144の一部分によって提供され得る。この場合、シール210又はチャンバ222が存在する。
膜182によって形成される独立して加圧可能なチャンバ185に戻ると、基板10の領域の上に印加される圧力は、関連付けられたチャンバ185内の圧力に依存する。チャンバは、キャリアヘッドの中心の周りで異なる角度方向及び半径方向に配置されるので、基板10上への圧力はまた、それぞれの環状位置及び角度位置において独立して制御され得る。例示の容易さのために図1には10個のチャンバのみが示されているが、20個から100個のチャンバ、例えば66個のチャンバが存在し得る。
バルブアセンブリ189、例えば、様々な孤立したバルブが単一の本体構成として組み合わされ得るやり方で、2つ以上のバルブを接続する一種の機器が、キャリアヘッド140に固定される。例えば、バルブアセンブリは、図1A及び図1Bで示されているように、キャリアヘッド140のハウジング144の上部に取り付けられ得る。別の一実施例では、バルブアセンブリが、図3Aで示されているように、キャリアヘッド140の内側の支持板184の上部に取り付けられ得る。
図1Bに戻ると、各チャンバ185は、例えば、圧力出力ライン187によって、バルブアセンブリ189内の専用バルブに接続される。各圧力出力ライン187は、支持板184及び/若しくはハウジング144を通る通路、並びに/又は可撓性管類によって設けられ得る。例示の容易さのために図1Bでは1つだけの圧力出力ライン187が示されているが、各チャンバ185に対して個別の圧力出力ライン187が存在し得る。
バルブアセンブリ189は、複数の圧力源181から複数の圧力供給ライン183を介して、複数の圧力入力を受け取ることができる。再び、例示の容易さのために図1A及び図1Bでは1つだけの圧力供給ライン183及び1つだけの圧力源181が示されているが、より多くの圧力供給ライン、例えば、8個から16個の圧力供給ラインが存在し得、より多くの圧力源、例えば、8個から16個の圧力源が存在し得る。圧力供給ライン183は、駆動シャフト152及び/又はハウジング144を通る通路及び/又は可撓性管類、並びに上側チャンバ222を通って延在する回転ユニオン214によって設けられ得る。圧力は、静止した構成要素、例えば圧力源181から、回転ガス圧ユニオン156を介してキャリアヘッド140まで経路指定され得る。
バルブアセンブリ189はまた、コントローラ190からデータライン186を介してデータを受け取ることもできる。電圧供給ライン183及びデータライン186は、駆動シャフト152及び回転電気ユニオン158(例えば、スリップリング)を介して、コントローラ190などの静止した構成要素まで経路指定され得る。
バルブアセンブリ189は、データに基づいて、各バルブを独立して制御し得、一対の対応する圧力供給ラインの間で各対応するチャンバ185の切り替えを行うことができる。すなわち、各圧力出力ライン187は、関連付けられたバルブによって、2つの圧力供給ライン183のうちの1つに選択的に結合され得る。
データライン186は、複数のフレームのデータを転送することができ、複数のフレームの各フレームは、独立したチャンバのうちの1以上について、圧力を切り替える信号、又は同等の圧力信号を表すデータを含み得る。幾つかの実施態様では、コントローラ190によって送信されるデータのフレームが、制御値、及び制御値が適用される各バルブ(又は同等に各チャンバ)に関連付けられた識別値を含み、バルブアセンブリ189は、制御値及び識別値に基づいて、チャンバへの圧力の切り替えを判定するように構成される。
バルブアセンブリ189が含まれることにより、圧力源及び圧力入力ラインの数が、相当する数のチャンバを有するがバルブアセンブリは有さないキャリアヘッドと比較して、少なくとも半分に低減され得る。したがって、独立して制御可能な加圧可能チャンバの数は、回転接続の数の増加をより少なくしながら規模を大きくすることができると共に、各チャンバにおける圧力の調整可能性は未だ維持される。それを考慮すると、研磨アセンブリは、設計がより単純になり得、動作下での信頼性がより高まり得る。
図2Aは、キャリアヘッド140、基板10、及び研磨パッド110の一部分を示す概略図である。図2Aで示されているように、圧力制御アセンブリは、バルブアセンブリ189、2つの圧力源バンク181a及び181b、並びにコントローラ190を含む。バルブアセンブリ189は、それぞれの圧力出力ライン187を介して、各加圧可能チャンバ185に接続されている。図2Aは、10個の独立した加圧可能チャンバ185a~185jを示しているが、上述されたように、チャンバの総数は10個よりも多くなり得る。例えば、図2Bで示されているような構成では、66個のチャンバが存在し得る。
図2Aに戻ると、各チャンバ185a~185jは、それぞれの圧力出力ライン(例えば、187a~187j)を介して、バルブアセンブリ189内のそれぞれのバルブに接続される。各バルブは、一対の圧力供給ラインの間で圧力出力ラインを制御し/切り替えて、関連付けられた圧力チャンバに選択された圧力を印加することができる。
圧力源バンク181a及び181bは、各々、複数の圧力源を含み得る。図2Aで示されているように、圧力源バンク181aは、3つの一次圧力源181a‐1から181a‐3を有し得、バンク181bは、2つの二次圧力源181b‐1及び181b‐2を有し得る。各圧力源は、それぞれ、独立して制御可能な大きさで圧力を供給することができる。各バンクからの各圧力源は、個別の圧力供給ライン183によってバルブアセンブリ189に接続される。例えば、圧力バンク181aの内側の圧力源181a‐1は、圧力供給ライン183a‐1によってバルブアセンブリ189に接続される。バルブアセンブリの内側では、各圧力供給ラインが、複数の異なるバルブに接続されるように分割され得る。
バルブアセンブリ189の内側の各バルブは、2つの圧力源、すなわち一対の圧力源、すなわち一次圧力及び二次圧力に接続される。一次圧力は、一次圧力バンク181aの内側の圧力源から得られ、二次圧力は、二次圧力バンク181bの内側の圧力源から得られ得る。例えば、バルブアセンブリの内側のバルブは、一対の個別の圧力供給ライン(例えば、183a‐2及び183b‐1)を用いて、一対の圧力供給源(例えば、181a‐2及び181b‐1)に接続される。図2Aにおける圧力バンクの内側の圧力源バンク及び圧力源の総数は、例示に過ぎず、したがって、より多くの圧力源を圧力バンクの内側に組み込むことができ、より多くの圧力バンクを含めることができる。例えば、一次圧力バンク181a内に少なくとも4つの一次圧力源が存在し得、二次圧力バンク181bの内側に少なくとも4つの二次圧力源が存在し得る。一次圧力バンク181aの内側には、8つの一次圧力源が存在し得る。二次圧力バンク181bの内側には、4つの二次圧力源が存在し得る。コントローラ190とバルブアセンブリ189とを接続するデータライン186は、バルブアセンブリの外側で複数のスレッド(例えば、186a~186c)に分割され得る。それによって、各バルブは、個別のデータラインに接続される。このことを考慮すると、各バルブは、コントローラ190から送信されるデータのフレームに基づいて独立して制御され得る。幾つかの実施態様では、データライン186がまた、バルブアセンブリの内側でも分割され得る。
図2Bは、極アレイ内に配置された加圧可能チャンバ185を有する例示的なキャリアヘッドの概略下面図を示している。チャンバは、(膜182のフラップ204によって設けられる)角度方向に延在する膜の壁によって円形中央チャンバ(例えば、185‐66)を取り囲む複数の(例えば、9つの)同心リングに分割される。リングのうちの少なくとも2つは、同じ半径方向幅を有し得る。例えば、外側の2つのリングは、同じ幅を有することができ、これは、他のリングの幅とは異なり得る。代替的に、各リングは、異なる幅を有することができ、又は全てのリングが、同じ幅を有し得る。幾つかの実施態様では、少なくとも1つのチャンバが、キャリアヘッドの中心に半径方向により近い別のチャンバよりも幅が狭い。例えば、同心リングは、リングがキャリアヘッドの中心から離れるほど、徐々に幅が狭くなり得る。
異なるリング内のチャンバは、異なる一次圧力源に接続され得るが、特定の1つのリング内の複数のチャンバは、共通の一次圧力源に接続され得る。これについては、以下で更に説明されることになる。
リングのうちの少なくとも2つ、例えば、外側の8つのリングは、(膜182のフラップ204によって設けられる)複数の半径方向に延在する膜の壁によって、複数の弓形セクションに更に分割される。例えば、リングは、7つの半径方向に延在する膜の壁によって8つのセクションに分割され得る。幾つかの実施態様では、各セクションが、同じ中心角、例えば、45度又はラジアンでπの四分の一に及ぶ。この場合、キャリアヘッドの中心からより遠いリング内の弓形チャンバは、より長い。幾つかの実施態様では、複数のセクションが、中心軸の周りで等間隔に配置される。代替的に、研磨要件に従って、少なくとも2つのセクション(例えば、60度)が、他のセクション(例えば、30度)よりも大きい中心角を有し得る。
特定の1つのセクション内の複数のチャンバは、共通の二次圧力源に接続され得る。しかし、複数のセクションの幾つかの対においては、その複数のセクションの一対についての異なるセクションにおけるチャンバが、異なる二次圧力源に接続され得る。幾つかの実施態様では、各セクションが、異なる二次圧力源に接続される。代替的に、幾つかのセクションは、同じ二次圧力源に接続されるが、幾つかのセクションは、異なる圧力源に接続される。例えば、隣接するセクションは、異なる圧力源に接続され得る。
図2Cは、セクション185‐S2内にある8つの弓形チャンバ185‐1から185‐8を示している。同じセクションの内側の各弓形チャンバは、弓形チャンバが存在する各リングに対して同じ中心角を占める。膜182のフラップ204によって形成される8つのリング及び8つのセクションを仮定すると、64個の弓形チャンバ185‐1から185‐64が存在する。
任意選択的に、1以上の内側リング形状チャンバ185‐65が、中央円形チャンバ185‐66を取り囲み得る。例えば、中央円形チャンバ185‐66とセクションに分割されるリングとの間に配置されたリング形状チャンバ185‐65が存在し得る。したがって、この実施態様では、膜によって形成される66個のチャンバが存在する。64個の各チャンバは、それぞれの一次圧力源及びそれぞれの二次圧力源に接続される。一方、内側リング形状チャンバ185‐65及び中央円形チャンバ185‐66は、それぞれの一次圧力源のみに接続される。チャンバ185‐65及び185‐66用の一次圧力源は、異なる圧力バンク(例えば、181c)から得られ得る。
図1Bを参照すると、幾つかの実施態様では、図3Aで示されているように、バルブアセンブリ189が、ハウジング144の内側の支持板184の上部に固定され得る。環状バルブアセンブリ310は、支持板184の上面の周りで角度方向に配置され且つ支持板184の上面に固定された、複数のバルブバンク320を含み得る。バルブバンク320内の各バルブは、そのバルブバンクが割り当てられている対応するセクションの各弓形チャンバに供給される圧力を制御する。例えば、図3Bで示されているように、バルブバンク320は、セクション185‐S8に割り当てられ、バルブバンク内の各バルブ(例えば、330a~330h)は、それぞれの圧力出力ライン(例えば、187a~187h)を介して、各それぞれの弓形チャンバ(例えば、185a~185h)に接続される。各バルブはまた、それぞれの圧力供給ライン(例えば、183a‐1から183a‐8)を介して、それぞれの一次圧力源(例えば、181a‐1から181a‐8)にも接続される。一方、それぞれのバルブバンク内の全てのバルブは、圧力供給ライン183b‐1を介して、共通の二次圧力源(例えば、181b‐1)に接続される。したがって、バルブバンク320の各バルブは、それぞれの一対の一次圧力と共通の二次圧力との間で圧力を切り替えて、関連付けられたセクション内の各弓形チャンバの中に印加することができる。中央チャンバ185‐65及び185‐66に関しては、各独立した圧力源181c‐1及び181c‐2が、圧力供給ライン183c‐1及び183c‐2を介して、バルブなしに2つのチャンバの中に直接印加されるが、これは、例示を容易にするために図3Aでは明示されていない。
幾つかの実施態様では、一次圧力源と二次圧力源との組合せの総数。各チャンバが、それぞれの一対の一次圧力源と二次圧力源との間で圧力出力ラインを切り替えることができるそれぞれのバルブに接続されているとすると、全てのチャンバの中に、少なくとも2つの個別のチャンバが存在する。その場合、2つのチャンバの各々は、個別のバルブに接続されているが、各バルブは、関連付けられたチャンバを同じ一対の圧力源と結合する。2つのチャンバは、次のような様態で位置付けられ得る。すなわち、例えば、それらは、同じリングであるが、異なる一対のセクション上にあり、別の一実施例では、それらが、異なる一対のリング且つ異なる一対のセクション上にある。
幾つかの実施態様では、同じ同心リング上にある各弓形チャンバが、同じ一次圧力源を共有する。例えば、185‐1及び185‐9は、最も外側のリングの2つの角度部分であり、同じセクションに属さないにもかかわらず、それぞれの圧力出力ライン及びそれぞれの圧力供給ラインを介して、同じ一次圧力源181a‐1を共有する。同じセクション内の各弓形チャンバは、以前に説明したように、共通の二次圧力源を共有する。例えば、セクション185‐S8内にある弓形チャンバ185‐1から185‐8は、同じ二次圧力源181b‐1を共有する。幾つかの実施態様では、1つの二次圧力源が、1以上のセクション内のチャンバによって共有される。例えば、4つの独立した二次圧力源(例えば、181b‐1から181b‐4)が、8つのセクション(例えば、185‐S1から185‐S8)によって共有される。すなわち、1つの二次圧力源は、一対のセクション内のチャンバによって共有される。例えば、一対のセクション185‐S2及び185‐S6は、同じ二次圧力源181b‐2を共有する。別の一実施例では、一対のセクション185‐S8及び185‐S7内のチャンバが、同じ二次圧力源181b‐4を共有する。一般性を失うことなく、最も分離されたセクションは、最良の制御性能を実現するために、同じ二次圧力源を共有し得る。
この実施態様では、少なくとも8つの一次圧力源(例えば、181a‐1から181a‐8)が存在し、各々がそれぞれの外側同心円リング上にあるチャンバによって共有され、2つの独立した一次圧力源(例えば、181c‐1及び181c‐2)が存在し、内側チャンバ185‐65及び185‐66用であり、4つの二次圧力源が存在し、各々、4つの対のセクションのうちのそれぞれの対内のチャンバによって共有されている。
図1Aに戻って参照すると、キャリアヘッド140は、支持構造体150(例えば、カルーセル)から吊るされ、駆動シャフト152によってキャリアヘッド回転モータ154に接続されている。それによって、キャリアヘッドは、軸155の周りで回転することができる。任意選択的に、キャリアヘッド140は、例えばカルーセル150上のスライダ上で、又はカルーセル自体の回転振動によって、側方に振動することができる。動作中、プラテンは、その中心軸125の周りで回転し、各キャリアヘッドは、その中心軸155の周りで回転し、研磨パッドの上面を横切って側方に移動する。
研磨装置は、インシトゥモニタシステム160を含み得る。それは、以下で説明されるように、研磨速度を調整するかどうか、又は研磨速度についての調整を行うかどうかを判定することができる。幾つかの実施態様では、インシトゥモニタシステム160が、光学モニタシステム、例えば、分光モニタシステムを含み得る。他の実施態様では、インシトゥモニタシステム160が、渦電流モニタシステムを含み得る。
インシトゥモニタシステム160は、センサ164、及び、コントローラ190(例えば、コンピュータ)との間で信号を送受信するために、センサに結合された回路166を含む。センサ164は、例えば、光学モニタシステム用の光を収集するための光ファイバの端部、又は渦電流モニタシステムのコア及びコイルであってよい。回路166の出力は、デジタル電子信号であってよく、このデジタル電子信号は、駆動シャフト124内の回転カプラ129(例えば、スリップリング)を通過して、コントローラ190へと至る。代替的に、回路166は、無線信号によってコントローラ190と通信することができる。
図4Aによって示されているように、検出器がプラテン内に設置されている場合、プラテンの回転(矢印404によって示されている)のために、インシトゥモニタシステム160のセンサ164が、キャリアヘッドの下を移動するときに、基板上の層の厚さに応じるインシトゥ測定が、サンプリング周波数で行われる。それによって、測定値は、基板10を横断する円弧内の箇所401におけるものである。例えば、点401a~401kは、基板10のモニタシステムによる測定の箇所を表している(点の数は例示的なものであり、サンプリング周波数に応じて、図示されているよりも多い又は少ない測定が行われ得る)。センサ164がモータ121によって掃引されるときのキャリアヘッド140の回転のために、測定値は、基板10上の異なる半径位置及び角度位置から得られる。
したがって、基板を横切るインシトゥモニタシステムの任意の走査について、タイミング、モータエンコーダ情報、回転位置センサデータ(例えば、プラテンの縁部に取り付けられた、フランジを検出するように配置された光遮断器センサからの)、並びに基板及び/又は保持リングの縁部の光若しくは渦電流検出に基づいて、コントローラ190は、走査からの各測定について、(走査されている特定の基板10の中心に対する)半径位置と(走査されている特定の基板10の基準角度に対する)角度位置との両方を計算することができる。
一実施例として、図4Bを参照すると、プラテンの1回転において、異なる位置403a~403oに対応するインシトゥ測定されたデータが、センサ164によって収集される。位置403a~403oの半径位置及び角度位置に基づいて、位置403a~403oにおいて収集された各測定データが、独立したチャンバ区域185‐1から185‐66に関連付けられる。具体的には、位置403f~403jで収集されたデータが、中央円形チャンバ区域185‐66に関連付けられ、位置403e及び403kで収集されたものが、最も内側のリング形状チャンバ区域185‐65に関連付けられる。位置403a及び403bで収集されたデータは、セクション185‐S4内の弓形チャンバ区域185‐56に関連付けられ、位置403c及び403dで収集されたものは、セクション185‐S4内の弓形チャンバ区域185‐64に関連付けられ、位置403l及び403mで収集されたものは、セクション185‐S3内の弓形チャンバ区域185‐8に関連付けられ、位置403n及び403oで収集されたものは、セクション185‐S3内の弓形チャンバ区域185‐1に関連付けられる。ここで、例示の容易さのために、図4Bで描かれている各セクション内には、2つの弓形チャンバが存在するが、各セクション内の弓形チャンバの数は、8個以上であり得ることに留意されたい。各チャンバ区域に関連付けられるスペクトルの数は、プラテンの1つの回転から別の1つの回転で変化してもよい。無論、各チャンバ区域に関連付けられる実際の測定回数は、少なくともサンプリング速度、プラテンの回転速度、及び各チャンバ区域の半径方向幅に依存するであろうから、上記に与えられた位置の数は、単に例示的なものである。
各測定について、コントローラ190は、特性値を計算することができる。特性値は、典型的には、研磨下の層の厚さであるが、除去される厚さなどの関連する特性であってもよい。更に、特性値は、厚さ以外の物理的特性、例えば金属配線抵抗(metal line resistance)であってもよい。加えて、特性値は、研磨プロセスを経る基板の進捗をより一般的に表現するもの(例えば、所定の進捗に従った、研磨プロセスにおいてスペクトルが観測されることが予期され得る時間又はプラテンの回転数を表す指標値)であり得る。
一般に、所望の厚さプロファイルは、研磨プロセスの終了時(又は研磨プロセスが停止するときの終点時)において、基板に対して実現されることになる。所望の厚さプロファイルは、基板10の全ての区域について同じ所定の厚さ、又は基板10の異なる区域について異なる所定の厚さを含んでもよい。不均一な初期厚さを有する複数の基板が同時に研磨されるときに、複数の基板は、同じ所望の厚さプロファイル又は異なる所望の厚さプロファイルを有してよい。
幾つかの実施態様では、制御区域と基準区域との間の測定される厚さの関係を、研磨プロセス全体を通して終点時間における(1以上の)所望の厚さプロファイルによって示される厚さ関係と同じに保つために、コントローラ及び/又はコンピュータが、制御区域の研磨速度を所定の速度において(例えば、所与の回転数毎、例えば、5から50回転毎、又は所与の秒数毎、例えば、2から20秒毎に)調整するように、スケジュールすることができる。幾つかの理想的な状況では、調整が、事前にスケジュールされた調整時間においてゼロであってよい。他の実施態様では、調整が、インシトゥで決定された速度で行われ得る。例えば、異なる区域の測定された厚さが所望の厚さ関係と大きく異なる場合、コントローラ及び/又はコンピュータは、研磨速度について頻繁な調整を行うことを決定し得る。
研磨中、基板上の層の各領域に印加される圧力は、圧力がチャンバから基板の対応する領域に伝達されるときに、膜182内の各チャンバ内で印加される圧力に等しい。したがって、基板の制御領域の上に印加される圧力を制御することは、対応するチャンバに関連付けられた一対の一次圧力と二次圧力との間で圧力を切り替えることを含む。幾つかの実施態様では、一次圧力及び二次圧力の大きさのプリセットが、開ループ研磨実験から学習され得る。その場合、研磨の終わりにおける厚さプロファイルは、測定及び分析されて、一次圧力と二次圧力との間にどれだけの大きさの差があるべきかを特定することになる。
図5は、研磨中に独立した加圧可能チャンバを用いるプロファイル制御プロセス(500)のフロー図を示している。このプロセスは、予想される時間における各制御区域の予期される厚さを特定すること(502)、制御区域の測定された厚さを特定すること(504)、制御区域上に印加するための一対の圧力源の間の圧力を特定すること(506)、及びバルブアセンブリ内のバルブを介して制御区域に印加される圧力を切り替えること(508)を含む。ステップ502~506は、インシトゥモニタシステム及びコントローラを使用して実現され得、ステップ508は、バルブアセンブリ189において実行され得る。各制御区域に対して所望の圧力を表す(又は一対の一次圧力と二次圧力との間で切り替える)信号は、モニタシステム160からバルブアセンブリ189に転送されることになる。幾つかの実施態様では、各チャンバの識別信号が、コントローラ190内で処理される。しかし、幾つかの実施態様では、識別信号が、バルブアセンブリ189内で処理され得る。ここで、各弓形チャンバ内に印加される一次圧力と二次圧力との間の切り替えは、対応する制御区域上の研磨速度を制御する目的のために十分正確であり、圧力源についての繊細な事前設定は、制御結果を更に向上させ得ることに留意されたい。
本明細書で使用される基板という用語は、例えば、製品基板(例えば、複数のメモリ又はプロセッサダイを含む)、テスト基板、ベア基板、及びゲーティング基板を含み得る。基板は、集積回路の製造の様々な段階のものであってよく、例えば、基板はベアウエハであってよく、又は基板は1以上の堆積された層及び/若しくはパターニングされた層を含んでもよい。基板という用語は、円板及び矩形薄板を含むことができる。
上記の研磨装置及び方法は、様々な研磨システムに対して適用することができる。研磨パッドとキャリアヘッドとのいずれか又は両方が、研磨面と基板との間に相対運動を起こすよう動き得る。例えば、プラテンは、回転するのではなく軌道周回してよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形状(又は何らかの他の形状)のパッドであり得る。終点検出システムの幾つかの態様は、例えば、研磨パッドが、直線的に移動する連続ベルト又はオープンリールベルトであるような、直線的研磨システムに適用可能であり得る。研磨層は、標準的な(例えば、充填剤を含むか若しくは含まないポリウレタン)研磨材料、軟質材料、又は固定研磨材料であり得る。相対配置に関する用語が使用されているが、研磨面及び基板は、垂直の配向に、又は他の何らかの配向に保持され得ることは理解されるべきである。
本明細書で説明される様々なシステム及びプロセスの制御、又はこれらの一部分は、1以上の非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、1以上の処理デバイスにおいて実行可能な指示命令、を含むコンピュータプログラム製品内に実装され得る。本明細書で説明されるシステム、又はそれらの一部分は、本明細書で説明される動作を実施する実行可能な指示命令を記憶した1以上の処理デバイス及びメモリを含んでよい、装置、方法、又は電気システムとして実装され得る。
本明細書は特定の実施態様の詳細を多数包含しているが、これらは本発明のいかなる範囲、又は特許請求の範囲においても限定するものとして解釈すべきでなく、特定の発明の特定の実施形態に特有であってよい特徴の説明として解釈すべきである。別々の実施形態に関連して本明細書に記載された特定の特徴を、単一の実施形態において組み合わせて実装することも可能である。反対に、単一の実施形態の文脈で説明される様々な特徴を、複数の実施形態に別々に、又は任意の適切なサブコンビネーション内に実装することもできる。更に、特徴は特定の組み合わせにおいて作用するものとして上述され、又はそのように最初に特許請求さえされ得るが、ある場合には特許請求された組み合わせの中の1以上の特徴を、その組み合わせから除外することもでき、特許請求された組み合わせが、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形例を対象としてもよい。
同様に、図面では動作が特定の順番で示されているが、所望の結果を得るために、上記動作を示された特定の順番に、若しくは起こる順番に実行する必要がある、又は記載された動作を全て実行する必要があると、理解されるべきではない。更に、上述された実施形態において様々なシステムモジュール及び構成要素が分離されていることで、全ての実施形態でこうした分離が必要であると理解されるべきではない。また、説明されるプログラム構成要素及びシステムが、概して、単一のソフトウェア製品に統合できる、又は複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることは、理解されるべきである。
本発明の特定の実施形態を説明してきた。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内に存在する。例えば、特許請求の範囲内で列挙される作用を異なる順番で実行しても、所望の結果を得ることができる。一例として、添付の図面で示されるプロセスは必ずしも、所望の結果を得るために、図示した特定の順番又は生じた順番であることを必要としない。ある場合には、マルチタスク及び並行処理が有利であってよい。
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (19)

  1. 研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドであって、
    ハウジング、
    前記ハウジングの下方に延在する可撓性膜であって、前記可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割する可撓性膜、
    第1の複数の独立して制御可能な圧力供給ライン、
    第2の複数の独立して制御可能な圧力供給ライン、並びに
    前記第1の複数の独立して制御可能な圧力供給ライン、前記第2の複数の独立して制御可能な圧力供給ライン、及び前記複数の独立して加圧可能なチャンバに結合された、バルブアセンブリを備え、前記バルブアセンブリは、複数のバルブを有し、前記複数のバルブの各バルブは、前記複数の独立して加圧可能なチャンバからのそれぞれ1つの圧力チャンバに結合され、各バルブは、前記第1の複数の独立して制御可能な圧力供給ラインからの圧力供給ライン及び前記第2の複数の独立して制御可能な圧力供給ラインからの圧力供給ラインを含むそれぞれ一対の圧力供給ラインからの1つの圧力供給ラインに、前記それぞれ1つの圧力チャンバを選択的に結合するように構成され、
    前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、第1の複数の独立して加圧可能なチャンバを含み、前記複数のバルブは、第1の複数のバルブを含み、前記第1の複数のバルブの各異なるバルブは、前記第1の複数の独立して加圧可能な圧力チャンバのうちの異なる圧力チャンバを、異なる一対の圧力供給ラインに選択可能に結合するように構成されている、
    キャリアヘッド。
  2. 研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドであって、
    ハウジング、
    前記ハウジングの下方に延在する可撓性膜であって、前記可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割する可撓性膜、
    第1の複数の圧力供給ライン、
    第2の複数の圧力供給ライン、並びに
    前記第1の複数の圧力供給ライン、前記第2の複数の圧力供給ライン、及び前記複数の独立して加圧可能なチャンバに結合された、バルブアセンブリを備え、前記バルブアセンブリは、複数のバルブを有し、前記複数のバルブの各バルブは、前記複数の独立して加圧可能なチャンバからのそれぞれ1つの圧力チャンバに結合され、各バルブは、前記第1の複数の圧力供給ラインからの圧力供給ライン及び前記第2の複数の圧力供給ラインからの圧力供給ラインを含むそれぞれ一対の圧力供給ラインからの1つの圧力供給ラインに、前記それぞれ1つの圧力チャンバを選択的に結合するように構成され、前記第1の複数の圧力供給ラインの数は前記第2の複数の圧力供給ラインの数より大きい、キャリアヘッド。
  3. 前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、第1の複数の独立して加圧可能なチャンバを含み、前記複数のバルブは、第1の複数のバルブを含み、前記第1の複数のバルブの各異なるバルブは、前記第1の複数の独立して加圧可能な圧力チャンバのうちの異なる圧力チャンバを、異なる一対の圧力供給ラインに選択可能に結合するように構成されている、請求項に記載のキャリアヘッド。
  4. 前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、第2の複数の独立して加圧可能なチャンバを含み、前記複数のバルブは、第2の複数のバルブを含み、前記第2の複数のバルブの各異なるバルブは、前記第2の複数の独立して加圧可能な圧力チャンバのうちの異なる圧力チャンバを、異なる一対の圧力供給ラインに選択可能に結合するように構成されている、請求項1又は請求項3に記載のキャリアヘッド。
  5. 前記第1の複数のバルブからの少なくとも1つのバルブ及び前記第2の複数のバルブのうちの少なくとも1つのバルブは、それぞれのチャンバを同じ一対の圧力供給ラインに結合する、請求項に記載のキャリアヘッド。
  6. 前記第1の複数のバルブからの全てのバルブについて、それぞれのチャンバを同じ一対の圧力供給ラインに結合する、前記第2の複数のバルブからの対応するバルブが存在する、請求項に記載のキャリアヘッド。
  7. 前記第1の複数の圧力供給ラインの数及び前記第2の複数の圧力供給ラインの数が少なくとも4である、請求項に記載のキャリアヘッド。
  8. 前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、1以上の第3の複数の圧力供給ラインに接続された1以上のチャンバを備える、請求項1又は請求項2に記載のキャリアヘッド。
  9. 前記1以上のチャンバは、前記第3の複数の圧力供給ラインを介して、駆動シャフト内の予め設定された1以上の通路に結合される、請求項8に記載のキャリアヘッド。
  10. 前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、極アレイ内に配置されている、請求項1又は請求項2に記載のキャリアヘッド。
  11. 前記極アレイは、中央チャンバ、及び複数の半径方向リングを含み、各半径方向リングは、複数の角度方向に分離されたチャンバを含む、請求項10に記載のキャリアヘッド。
  12. 前記複数のバルブは、電磁バルブを含む、請求項1又は請求項2に記載のキャリアヘッド。
  13. データライン上でデータを受け取るように前記ハウジングに固定され、前記データに基づいて、前記複数のバルブのうちのバルブを選択的に作動させるように構成された回路を備える、請求項12に記載のキャリアヘッド。
  14. 研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングの下方に延在する可撓性膜であって、前記可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割し、前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、中央チャンバ、及び前記中央チャンバを取り囲む極アレイ内に配置された複数の弓形チャンバを含み、前記複数の弓形チャンバは、1以上のリング内に配置されている、可撓性膜とを備え、
    前記1以上のリングのうちの第1のリングの弓形チャンバは、前記第1のリングよりも前記中央チャンバに近い、前記1以上のリングのうちの第2のリングの弓形チャンバよりも幅が狭い、キャリアヘッド。
  15. 前記1以上のリングは、複数の同心リングである、請求項14に記載のキャリアヘッド。
  16. 研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングの下方に延在する可撓性膜であって、前記可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割し、前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、中央チャンバ、及び前記中央チャンバを取り囲む極アレイ内に配置された複数の弓形チャンバを含み、前記複数の弓形チャンバは、1以上のリング内に配置されている、可撓性膜と、を備え、
    前記複数の弓形チャンバは、複数の同心リング内に配置され、前記複数の同心リングの各リングは、同じ数の弓形チャンバを含む、キャリアヘッド。
  17. 研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングの下方に延在する可撓性膜であって、前記可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割し、前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、中央チャンバ、及び前記中央チャンバを取り囲む極アレイ内に配置された複数の弓形チャンバを含み、前記複数の弓形チャンバは、1以上のリング内に配置されている、可撓性膜と、を備え、
    前記1以上のリングの各特定のリングについて、前記特定のリングの前記弓形チャンバは、前記中央チャンバの周りで均一な角度間隔に配置されている、キャリアヘッド。
  18. 研磨システム内で基板を保持するためのキャリアヘッドであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングの下方に延在する可撓性膜であって、前記可撓性膜の上方の空間を、複数の独立して加圧可能なチャンバに分割し、前記複数の独立して加圧可能なチャンバは、中央チャンバ、及び前記中央チャンバを取り囲む極アレイ内に配置された複数の弓形チャンバを含み、前記複数の弓形チャンバは、1以上のリング内に配置されている、可撓性膜と、
    前記中央チャンバを取り囲む環状チャンバと、を備え
    前記複数の弓形チャンバは、前記環状チャンバを取り囲んでいる、キャリアヘッド。
  19. 複数の加圧可能なチャンバを有するキャリアヘッド内に基板を保持すること、
    前記基板を研磨パッドと接触させること、
    前記キャリアヘッドと前記研磨パッドとの間の相対運動を生成すること、並びに
    前記複数の加圧可能なチャンバの各チャンバについて、それぞれの圧力チャンバを、第1の複数の圧力供給ラインからの圧力供給ライン及び第2の複数の圧力供給ラインからの圧力供給ラインを含む一対の圧力供給ラインであって、各チャンバで異なっている一対の圧力供給ラインからの1つの圧力供給ラインに選択的に結合することによって、各チャンバに対して選択的に圧力を印加することを含
    前記第1の複数の圧力供給ラインの数は前記第2の複数の圧力供給ラインの数より大きい、研磨する方法。
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