JP2005515904A

JP2005515904A - スラリー分配のための形状付けされた表面を持つ保持リングを有する化学的機械研磨装置及び方法

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Publication number: JP2005515904A
Application number: JP2003561827A
Authority: JP
Inventors: ジェラードエスモロニー; 治郎梶原
Original assignee: マルチプレイナーテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2005-06-02
Also published as: TWI289494B; WO2003061904B1; TW200402348A; KR20040091626A; WO2003061904A1; US7118456B2; US20030171076A1

Abstract

材料を基板の表面から除去する研磨装置が提供される。この装置は、基板の表面を該装置の研磨面に対して位置決めする研磨ヘッドを含む。研磨ヘッドは、研磨中に、基板を保持するサブキャリアと、該サブキャリアの周りに配設された内縁及び研磨中に研磨面と接触する下側表面を有する保持リング（２１０）とを含み、該リングの該下側表面の中には、多数の半径方向凹部（２１５）が形成されて、該サブキャリア上に保持された基板と該研磨面との間に相対運動があるときに、化学物質を、該基板と該研磨面との間に分配する。凹部は、化学物質を、リングの外縁付近の領域から保持リングの内縁付近の領域に移送する少なくとも１つの溝を備えることが好ましい。溝は、保持リングの外縁と内縁との間に山形形状を備えることが好ましい。

Description

関連出願に対する参照
本出願は、２００２年１月２２日に出願された、スラリー分配のための形状付けされた表面をもつ保持リングを有する化学的機械研磨装置及び方法という名称の米国仮特許出願連続番号第６０／３５１，６７１号に基づく優先権を主張するものであり、この出願は、引用によりここに組み入れられる。
本発明は、一般に、基板を研磨及び平坦化するシステム、装置、及び方法に関し、より具体的には、スラリーを、化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置の研磨表面上に分配する装置及び方法に関する。

形状寸法が減少し、密度が増加し、半導体ウエハ又は基板の大きさが増加すると、化学的機械平坦化（ＣＭＰ）工程の必要条件は、より厳しいものになる。基板間工程の均一性、並びに、基板内平坦化の均一性は、低価格で半導体製品を製造する観点において、重要な問題である。ダイの大きさが増加すると、１つの小さい領域における傷は、相対的に大きい回路を拒否することになることが多くなるため、小さい傷であっても、半導体産業においては、相対的に大きな経済的帰結を有する。

均一性の問題に貢献する多くの要因が当業者に周知である。これらは、研磨工程中に、基板が保持される研磨ヘッドと研磨面との間に相対運動があるときに、この研磨工程中に、該基板の表面と該研磨表面との間にスラリーを分配することを含む。スラリーは、通常は、材料が基板表面から除去される速度を高めるのに用いられる、研磨材料が懸濁された化学的に活性の液体である。

図１を参照すると、典型的なＣＭＰ装置１０は、（ｉ）研磨面１４を有するプラテン１２、（ｉｉ）研磨工程中に、基板１８を該研磨面に対して保持するようにされた研磨ヘッド１６、（ｉｉｉ）研磨工程中に、該研磨ヘッド１６と該研磨面１４との間に相対運動を与える、該プラテン１２を回転させる駆動機構（図示せず）、及び（ｉｖ）研磨工程中に、スラリーを該研磨面１４に供給するようにされたディスペンサ（図示せず）を含む。研磨ヘッド１６は、研磨工程中に、基板１８を研磨面１４に対して押し付ける下側表面２２をもつサブキャリア２０を有するキャリア１９を含む。保持リング２４は、一般には、サブキャリア２０に対する基板１８の横方向運動を抑制するか又は制限して、該基板を該サブキャリアと研磨面との間に保持するか又は維持する。

通常のＣＭＰ装置１０における１つの問題は、研磨作動中に、スラリーが基板１８の表面２６と研磨面１４との間に均一に分配されないことである。このことは、スラリーのかなりの部分が、保持リングの下から、基板表面２６と研磨面１４との間の空間の中に通されるのではなく、該保持リング２４により研磨ヘッド１６の周りに向けられる結果である。さらに、この空間に入り込む制限された又は減少した量のスラリーは、通常は、保持リング２４の後縁２８で蓄積することがある使用済みのスラリー及び／又は固体の研磨副産物を流し出すか又は除去するには不十分であり、基板１８を損傷させる。

通常のＣＭＰ装置１０及び方法における別の関連する問題は、スラリーが基板表面２６と研磨面１４との間で均一に分配されないために、研磨中に、摩擦により誘起される振動である。

したがって、研磨工程中に、基板表面と研磨面との間に均一なスラリーの分配を与える装置及び方法についての必要性がある。さらに、研磨工程中に、摩擦により誘起される振動を除去するか又は排除することができる装置及び方法についての必要性がある。さらにまた、研磨工程中に、基板表面の下から使用済みのスラリー及び研磨副産物を除去して、これにより基板を損傷することがある固体の研磨副産物の蓄積を排除することができる装置及び方法についての必要性がある。

本発明は、スラリーをＣＭＰ装置の研磨面上に分配し、基板の表面にわたり均一性の高い平坦化を達成する装置及び方法に関する。

本発明の一態様においては、材料を基板の表面から除去する研磨装置が提供される。研磨装置は、基板の表面を装置の研磨面に対して位置決めする研磨ヘッドを含む。一般には、研磨ヘッドは、（ｉ）研磨工程中に基板を保持するようにされたサブキャリア、及び（ｉｉ）該サブキャリアの周りに配設された内縁と、該研磨工程中に、研磨面と接触する下側表面とを有する保持リングを含み、該保持リングの下側表面の中には、多数の半径方向凹部が形成され、該サブキャリ上に保持された基板と該研磨面との間に相対運動があるときに、化学物質を該基板と該研磨面との間に分配し、したがって、該基板の表面の非平坦研磨を抑制するようにする。

多数の半径方向凹部は、化学物質を、保持リングの外縁付近の領域から該保持リングの内縁付近の領域に移送するようにされた少なくとも１つの溝を備えることが好ましい。一実施形態においては、溝は、保持リングの外縁及び内縁の間に山形形状を備える。山形形状は、山形の頂点が保持リング又は研磨ヘッドの回転方向に対応する方向に向くように配向されることがより好ましい。或いは、山形形状は、山形の頂点が保持リング又は研磨リングの回転方向に対して反対の方向に向くように配向させてもよい。さらに別の代替的手法においては、交互の山形の頂点は、反対の方向を向いている。すなわち、第１の溝の山形形状は、山形の頂点が保持リング又は研磨ヘッドの回転方向に対応する方向に向けられ、該第１の溝に隣接する第２の溝の山形形状は、山形の頂点が該保持リング又は該研磨ヘッドの回転方向とは反対の方向に対応する方向に向けられている。

別の実施形態においては、溝は、保持リングの外縁及び内縁の間に湾曲形状又は線を備える。本実施形態の１つの型においては、溝は、保持リングの外縁及び内縁の間に弧状形状を備える。

別の実施形態においては、溝は、保持リングの外縁及び内縁の間に、直線形状を備える。一般には、直線形状は、保持リングの半径に対してある角度を形成する。保持リングが多数の溝を含む場合には、異なる溝の各々は、他の溝と同じ方向に、又は同じ角度で傾斜される必要はない。

本発明の別の態様においては、基板の表面を研磨面に対して位置決めする研磨ヘッドが提供される。研磨ヘッドは、一般には、研磨工程中に基板を保持するようにされたサブキャリアと、該サブキャリアの周りに配設された内縁、及び、該研磨工程中に該研磨面と接触する下側表面を有する保持リングとを含む。本発明においては、保持リングの下側表面の中には、多数の半径方向溝が形成され、サブキャリア上に保持される基板と研磨面との間に相対運動があるときに、該基板と該研磨面との間に研磨液を分配する。一実施形態においては、溝は、保持リングの外縁及び内縁の間にある角度を含み、該保持リングの該内縁及び該外縁における各溝の方向は、該保持リングの回転方向に対して同じ方向に配向される。

一実施形態においては、溝は、弧状形状を有する少なくとも１つの溝を含む。別の実施形態においては、溝は、保持リングの外縁と内縁との間に頂点を有する山形形状を有する少なくとも１つの溝を含み、研磨液が該溝の前述の頂点の周りでよどむようにする。本実施形態の１つの型においては、溝のすべてが山形形状を有し、各々の山形形状溝は、隣接する溝のそれとは反対の方向に配向された角度を含む。

さらに別の態様においては、本発明は、研磨面と、サブキャリアと、該サブキャリアの周りに配設された内縁及び研磨工程中に該研磨面と接触する下側表面を有する保持リングとを有し、該保持リングの該下側表面の中に複数の半径方向凹部が形成された研磨ヘッドとを備えた研磨装置を用いて、表面を有する基板を研磨する方法に向けられる。一般には、この方法は、
（ｉ）基板をサブキャリア上に位置決めすること、（ｉｉ）該基板の表面及び保持リングの下側表面を、研磨面に対して押し付けること、（ｉｉｉ）化学物質を該研磨面上に供給すること、（ｉｖ）該研磨ヘッドと該研磨面との間に相対運動を与えること、及び、（ｖ）複数の半径方向凹部を通して、化学物質を、該サブキャリア上に保持された該基板と該研磨面との間に分配することを含む。

本発明の装置及び方法の利点は、
（ｉ）スラリーが基板の表面と研磨面との間に、より均一に分配されるために、平坦化の均一性が改善されること、
（ｉｉ）該基板の該表面と該研磨面との間の不均一なスラリー分配に起因して、研磨中に、摩擦により誘起される振動が大幅に排除されるために、基板の平坦化の均一性が改善されること、
（ｉｉｉ）該研磨面におけるスラリーの分配が調整されるか又はこのことに焦点が当てられるために、スラリーの無駄が減少すること、
のいずれか又はすべてを含む。

本発明のこれらの及び種々の他の特徴及び利点は、添付の図と共に以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

ここで、本発明の構造及び方法が、図示される特定の例示的な実施形態の内容について説明される。当業者は、特許請求される発明の範囲内で、種々の変更及び修正を行うことができることを理解するであろう。例えば、本発明は、明確さの目的のために、単一の研磨ヘッドを有する化学的機械研磨（ＣＭＰ）システムとの関連で説明される。しかしながら、当業者は、本発明の装置及び方法がまた、多数の研磨ヘッドを有するＣＭＰシステムと利用することもできることを理解するであろう。

図２Ａを参照すると、基板１０５を研磨するための化学的機械研磨又は平坦化（ＣＭＰ）装置１００の実施形態が示される。この特定の実施形態は、カルーセル構成で多数のヘッドを与えるが、しかしながら、他の種類の単一ヘッド機械も周知である。ここで用いられる「研磨する」とは、光学システム、窓、フラットパネルディスプレイ、太陽電池に用いられる基板、及び、特に、電子回路素子が形成されたか、又は該電子回路素子が形成される半導体基板又はウエハを含む基板１０５の研磨又は平坦化を意味する。半導体ウエハは、典型的には、公称、約１００から約４００ミリメートル（ｍｍ）の間の直径を有する薄くて脆い円板である。現在、１００、２００、３００及び４００ｍｍの半導体ウエハが、業界で広く用いられている。本発明の方法及び装置１００は、少なくとも４００ｍｍまでの直径の半導体ウエハその他の基板１０５、並びに、例えば、１６インチ又はそれより大きい直径を有するフラットパネルＬＣＤディスプレイのような、より大きい直径の基板に適用可能である。

明確さの目的のために、広く周知であり、且つ、本発明に関連しないＣＭＰ装置１００の詳細の多くは省略した。ＣＭＰ装置１００は、例えば、２０００年５月１２日に出願され、別々の保持リング及び多領域ウエハ圧力制御を有する空気作動ダイアフラムＣＭＰヘッドシステム及び方法という表題の、本発明の譲受人に譲渡された係属中の米国特許第６，５０６，１０５号、２０００年５月１２日に出願され、材料除去制御が改善された縁及び環状領域の多圧力ゾーン荷重を有するＣＭＰシステム及び方法という表題の米国特許出願連続番号０９／５７０，３６９号、及び２０００年５月１２日に出願され、多圧力環状ゾーンサブキャリア材料除去制御を有するＣＭＰシステム及び方法という表題の米国仮特許出願番号６０／２０４，２１２号において、より詳細に説明され、これら各々を全体として引用によりここに組み入れる。

ＣＭＰ装置１００は、研磨パッド１２０が取り付けられた大きい回転可能なプラテン１１５を支持する基部１１０を含み、該研磨パッドは研磨面１２５を有し、ここで基板１０５が研磨される。研磨パッド１２０は、典型的には、デラウェア州ニューアーク所在のＲＯＤＥＬ社から入手可能なポリウレタン研磨パッドのように、可撓性、圧縮性があり、又は、変形可能な材料である。さらに、多数の下にあるパッド１２６を研磨パッド１２０と研磨プラテン１１５との間に取り付けて、基板１０５の表面により良好に接触するより平らな研磨面１２５を形成することができる。溝又はキャビティのような凹部（図示せず）を研磨面１２５に形成して、該研磨面とそこに置かれた基板１０５との間に化学物質又はスラリーのような研磨流体を分配することができる。スラリーは、材料が基板面から除去される速度を高めるのに用いられる、研磨材料が懸濁された化学的に活性の液体を意味する。典型的には、スラリーは、基板１０５の少なくとも１つの物質と化学的に活性であり、且つ、約２から約１１のｐＨを有する。例えば、１つの好適なスラリーは、水のベースに約１２％の研磨材及び１％の酸化剤からなり、且つ、約１００ナノメータ（ｎｍ）の粒径のコロイドシリカ又はアルミナを含む。任意的に、スラリーに代わって、又はスラリーに加えて、研磨パッド１２０の研磨面１２５に、固定研磨材料を埋め込むことができ、研磨工程中に、該研磨面に供給される化学物質は、水又は脱イオン水とすることができる。基部１１０はまた、ブリッジ１３０を支持し、これは次いで、研磨工程中に基板１０５が保持される１つ又はそれ以上の研磨ヘッド１４０を有するカルーセル１３５を支持する。ブリッジ１３０は、研磨工程中に、研磨ヘッド１４０に保持される基板１０５の表面を研磨面１２５に接触させるために、カルーセル１３５の昇降を可能にするように設計される。図２Ａに示されるＣＭＰ装置１００のこの特定の実施形態は、多ヘッド設計であり、これは、カルーセル１３５上に複数の研磨ヘッド１４０があることを意味しているが、しかしながら、単一ヘッドのＣＭＰ装置が周知であり、本発明の研磨ヘッド１４０及び研磨方法は、多ヘッド又は単一ヘッドＣＭＰ装置のどちらにも使用可能である。さらに、この特定の設計においては、研磨ヘッド１４０の各々は、チェーン１５０を駆動する単一のモータ１４５によって駆動され、これは次いで、該チェーン及びスプロケット機構（図示せず）を介して該研磨ヘッドの各々を駆動するが、しかしながら、本発明は、各々の研磨ヘッド１４０が別々のモータにより、及び／又は、チェーン及びスプロケット式の駆動装置以外のものにより回転される実施形態で用いることができる。研磨パッド１２０及び研磨ヘッド１４０の回転に加えて、カルーセル１３５は、研磨プラテン１１５の固定中心軸の周りを軌道様式で移動して、該研磨ヘッドに軌道運動を与えることができる。さらに、本発明の研磨ヘッド１４０は、直線運動又は往復運動を利用する機械を含むすべての様式のＣＭＰ装置１００で利用可能である。

ＣＭＰ装置１００はまた、上述したように、研磨工程中に、化学物質又はスラリーを研磨面１２５に供給する化学物質供給機構（図示せず）、研磨面に対するスラリーの供給及び研磨ヘッド１４０の運動を制御するコントローラ（図示せず）、及び、空気、水、真空などのような加圧流体を、該研磨ヘッドの外側にある固定源と該研磨ヘッド上の又はその内部の位置との間に伝達するための多数の異なる流路を与えるロータリユニオン（図示せず）を備える。

複数の研磨ヘッド１４０を有し、カルーセル１３５に取り付けられたＣＭＰ装置１００は、ウエハ研磨装置のための浮動サブキャリアという表題の米国特許番号第４，９１８，８７０号で説明され、浮動研磨ヘッド１４０を有するＣＭＰ装置１００は、米国特許番号第５，２０５，０８２号の浮動リテーナリングを有するウエハ研磨ヘッドで説明され、研磨ヘッド１４０で用いられるロータリユニオンは、ウエハ研磨装置において流体を結合するロータリユニオンという表題の米国特許番号第５，４４３，４１６号で説明され、これら各々を引用によりここに組み入れる。

ここで、本発明による研磨ヘッド１４０の実施形態が、図２Ｂを参照して説明される。図２Ｂを参照すると、研磨ヘッド１４０は、研磨工程中に、研磨面１２５上に基板１０５を保持して位置決めするキャリア１５５を含む。キャリア１５５は、典型的には、基板１０５が保持される、より低い表面１６５を有するサブキャリア１６０を有し、保持リング１７０が該サブキャリアの一部の周りに、周方向に配設される。一般には、研磨ヘッド１４０は、さらに、保持リング１７０を支持し且つこれに力を適用する裏当てリング１７５を含む。

サブキャリア１６０及び保持リング１７０が取り付けられた裏当てリング１７５は、ほとんど摩擦がなく且つ拘束がない状態で、垂直に移動できるような方法で、キャリア１５５から吊り下げられる。小さい機械的許容差が、サブキャリア１６０と保持リング１７０と隣接する要素との間に設けられるので、研磨工程中に、小さい角度変化に対応するように研磨面１２５の上を浮動することができる。

図２Ｂを参照すると、ガスケット又は可撓性メンブレン１８０が、接着剤又は機械式ファスナ（図示せず）によりキャリア１５５に接合されて、閉じられたチャンバ又はキャビティ１８５Ａ、１８５Ｂを、サブキャリア１６０及び裏当てリング１７５それぞれの上に形成する。サブキャリア１６０及び裏当てリング１７５はまた、研磨工程中に、互いに対して、及びキャリア１５５に対して、該サブキャリア及び裏当てリングを移動させるのを可能にするように、接着剤又は機械式ファスナ（図示せず）により可撓性メンブレン１８０に接合される。裏当てリング１７５は、外面に沿って突起又はリップ１９０を含み、該リップは、キャリア１５５のスカート部分２０５上の同様のリップ２００と係合して、例えば、研磨ヘッド１４０が研磨面１２５から持ち上げられたときに、保持リングの下方運動を制限し、該保持リング１７０及びサブキャリア１６０の重さを支持する。

工程中、サブキャリア１６０及び保持リング１７０は、独立して、又は少なくとも実質的には独立して、研磨面１２５に対して付勢されるか又は押し付けられる一方で、スラリー及び相対運動を基板１０５と該研磨面１２５との間に与える。付勢力は、ばね（図示せず）によって、サブキャリア１６０及び保持リング１７０自体の重さによって、又は、加圧流体によって、与えることができる。図２Ｂに示されるように、サブキャリア１６０及び保持リング１７０は、キャビティ１８５Ａ、１８５Ｂの中に導入される加圧流体によって研磨面１２５に対して押し付けられることが好ましい。加圧流体の使用は、研磨速度又は除去速度を調整する力の適用がより均一で且つより容易に変更されるので好ましい。一般的には、適用される圧力は、約４．５から５．５ポンド平方インチ（ｐｓｉ）までの範囲であり、より典型的には、約５ｐｓｉである。しかしながら、これらの範囲は、約１ｐｓｉから約１０ｐｓｉまでの範囲にわたるどんな圧力も所望の研磨効果又は平坦化効果を達成するように調整することができるので、例示的なものに過ぎない。保持リング１７０に適用される付勢力又は圧力は、通常は、研磨面１２５をわずかに変形させ、これにより縁効果を減少させ、基板１０５の表面に、より均一な除去速度及び平坦化速度を与えるようにするために、サブキャリア１６０に適用されるものより大きいことがより好ましい。縁効果とは、研磨面１２５と基板１０５の縁との相互作用のために、材料の除去速度が、中心部分におけるより、該基板１０５の縁付近の表面においてより大きくなる傾向のことをいう。基板１０５の縁付近の研磨面１２５を押し下げて、わずかに変形させることにより、保持リング１７０は、基板の縁が該研磨面に押し付けられる力、又は、研磨面が遭遇する力を減少させ、それによって、局部的な除去速度を基板表面にわたる他の領域のそれに対して、より等しいものに近いレベルに低下させる。

本発明によれば、保持リング１７０は、さらに、基板１０５と研磨面１２５との間に化学物質又はスラリーを分配するための下側表面２１０に多数の溝２１５を含み、ここで、図３から図７を参照してこのことが説明される。

図３は、本発明の実施形態による、スラリー分配溝２１５を有する保持リング１７０の下側表面２１０の部分平面図である。図３に示される実施形態においては、溝２１５は、保持リング１７０の外縁付近の領域から、該保持リングの内縁付近の領域まで延びる直線形状を備える。本実施形態の溝２１５は、図示されるように、保持リングの半径に対して傾斜させることができ、又は、これに対してほぼ平行に傾斜させる（図示せず）ことができる。複数の傾斜溝がある場合には、溝の各々が他の溝とは異なる方向又は異なる角度で傾斜されることになる。

図４は、本発明の別の実施形態による、スラリー分配溝２１５を有する保持リング１７０の下側表面２１０の部分平面図である。図４に示される実施形態においては、溝２１５は、保持リング１７０の外縁付近の領域から、該保持リングの内縁付近の領域まで延びる曲線形状を備える。ここでも、複数の湾曲溝がある場合には、溝の各々が他の溝とは異なる方向又は異なる角度で湾曲されることになる。

図５は、本発明の別の実施形態による、スラリー分配溝２１５を有する保持リング１７０の下側表面２１０の部分平面図である。図５に示される実施形態においては、溝２１５は、保持リング１７０の外縁付近の領域から、該保持リングの内縁付近の領域まで延びる弧線の形状を備える。ここでも、複数の湾曲溝がある場合には、弧状の溝の各々が他の溝とは異なる方向又は異なる角度で弧状にされることになる。

図６は、本発明のさらに別の実施形態による、スラリー分配溝２１５を有する保持リング１７０の下側表面２１０の部分平面図である。図６に示される実施形態においては、溝２１５は、保持リング１７０の外縁付近の領域から、該保持リングの内縁付近の領域まで延びる山形形状の線を備える。山形形状は、山形の頂点が、保持リング１７０又は研磨ヘッドの回転方向に対応する方向に向くように配向することが好ましい。代替的に、山形形状は、山形の頂点が保持リング１７０又は研磨ヘッドの回転方向と反対の方向に向くように配向されてもよい。ここでも、複数の山形形状溝がある場合には、溝の各々が他の溝とは異なる方向に配向された頂点を有することになる。さらに、複数の山形形状の溝がある場合には、溝の各々は、それらの頂点で他の溝とは異なる角度を形成する別々の半体を有することができる。

図５及び図６で開示される実施形態においては、溝が、保持リング１７０の外縁と内縁との間で、少なくとも一度、傾斜されることが重要である。さらに、保持リング１７０の内縁及び外縁における溝の方向は、該保持リング１７０及び研磨ヘッドの回転の方向に対して、同じ方向に配向される。本発明においては、「保持リングの回転方向に対して同じ方向」とは、該保持リングの回転方向に対して必ずしも同じ角度であることを意味するものではなく、すなわち、該保持リング１７０の内縁の溝が、該保持リング１７０の回転の上流側に配向される場合には、該保持リングの外縁の溝もまた、該保持リングの回転の上流側に配向されるという意味である。

傾斜溝においては、スラリーのよどみが該溝の頂点の周りで生じ、それによって、基板１０５の表面と研磨面１２５との間のスラリー分配が高められ、該基板の下に一度導入されたスラリーが、過剰に流れ出すことはない。溝の角度は、図５に示されるように弧線の形状であってもよいし、又は、図６に示されるように山形形状であってもよい。保持リング１７０の内縁及び外縁の溝は、保持リング１７０又は研磨ヘッド１４０の回転と同じ方向であるか又は反対方向に配向できる。すべての溝が同じ方向に配向される必要はない。複数の角度を１つの溝に作ることができる。

図７は、本発明のさらに別の実施形態による、スラリー分配溝２１５を有する保持リング１７０の下側表面２１０の部分平面図である。図６に示される実施形態においては、溝２１５は、保持リングの内縁と交差する頂点を有する山形形状の溝２１５を備える。或いは、保持リング１７０の内縁と交差する頂点を有する山形形状の溝２１５を備える（図示せず）。ここでも、複数の山形形状の溝がある場合には、溝の各々は、他の溝とは異なる方向に配向された頂点を有することができる。さらに、複数の山形形状の溝がある場合には、溝の各々は、他の溝とは異なる角度をそれらの頂点で形成する別々の半体を有することができる。

図８は、本発明のさらに別の実施形態による、スラリー分配溝２１５を有する保持リング１７０の下側表面２１０の部分平面図である。図８に示される実施形態においては、複数の溝２１５は、山形形状溝として構成され、保持リング１７０の回転方向に対して交互に反対の方向に配向される。溝が中間時点で屈曲する構成を作ることにより、研磨液体は、効率的に、基板１０５の表面と研磨面１２５との間に分配され、保持リング１７０の内縁及び外縁における各々の溝の方向は、該保持リング１７０又は研磨ヘッド１４０の回転方向に対して同じ方向に配向される。

ここで、本発明によりＣＭＰ装置１００を操作する方法を、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態による基板１０５を研磨又は平坦化するための工程の実施形態を示すフローチャートである。一般には、この方法は、（ｉ）基板１５０を研磨ヘッド１４０のサブキャリア１６０上に位置決めすること（段階２００）、（ｉｉ）該基板１０５の表面及び保持リング１７０の下側表面２１０を、研磨面１２５に対して押し付けること（段階２０２）、（ｉｉｉ）化学物質又はスラリーを該研磨面１２５上に供給すること（段階２０４）、（ｉｖ）該研磨ヘッド１４０と該研磨面１２５との間に相対運動を与えること(段階２０６)、及び、（ｖ）複数の半径方向凹部２１５を通して、化学物質を、該サブキャリア１６０上に保持された該基板１０５と該研磨面１２５との間に分配すること（段階２０８）を含む。

本発明の特定の実施形態の上記の説明が、図示及び説明目的で示された。これらは、網羅的であること、又は、本発明が開示された正確な形態に限定することを意図するものではなく、明らかに、多くの修正及び変形物が上の教示の観点から可能である。これらの実施形態は、本発明及びその実用的な適用例の原理を最適に説明し、したがって他の当業者が本発明及び種々の実施形態を、想定される特定の用途に適する種々の修正と併せて最適に用いることを可能にするために選択され、説明された。本発明の範囲は、ここに添付される特許請求の範囲、及びこれらの均等物によって定義されることが意図される。

（従来技術）研磨面及び基板を保持する研磨ヘッドを有するプラテンを示す通常のＣＭＰ装置の側断面図である。本発明の実施形態による形状が付けられた下側表面をもつ保持リングをもつ研磨ヘッドを有するＣＭＰ装置の側断面図である。図２Ａの研磨ヘッドの側断面図である。本発明の実施形態による、スラリー分配溝を有する保持リングの下側表面の部分平面図である。本発明の別の実施形態による、スラリー分配溝を有する保持リングの下側表面の部分平面図である。本発明の別の実施形態による、スラリー分配溝を有する保持リングの下側表面の部分平面図である。本発明の別の実施形態による、スラリー分配溝を有する保持リングの下側表面の部分平面図である。本発明の別の実施形態による、スラリー分配溝を有する保持リングの下側表面の部分平面図である。本発明のさらに別の実施形態による、スラリー分配溝を有する保持リングの下側表面の部分平面図である。本発明の実施形態による、基板を研磨又は平坦化する工程の実施形態を示すフローチャートである。

Claims

基板の表面を研磨面に対して位置決めする研磨ヘッドであって、
研磨工程中に前記基板を保持するようにされたサブキャリアと、
前記サブキャリアの周りに位置する内縁と、前記研磨工程中に前記研磨面と接触する下側表面とを有する保持リングと、を備え、
前記保持リングの前記下側表面は、前記サブキャリア上に保持された基板と前記研磨面との間に相対運動があるときに該基板と該研磨面との間に化学物質を分配する多数の半径方向凹部が形成されており、
前記多数の半径方向凹部は、前記保持リングの外縁付近の領域から該保持リングの内縁付近の領域に前記化学物質を移送するようにされた少なくとも１つの溝を含み、
前記少なくとも１つの溝は、前記保持リングの前記外縁と前記内縁との間の山形形状からなり、
これにより、前記基板の表面の非平坦研磨が抑制されるようになった、
ことを特徴とする研磨ヘッド。
前記山形形状が、前記山形の頂点が前記保持リング又は研磨ヘッドの回転方向に対応する方向に向くように配向された請求項１に記載の研磨ヘッド。
前記山形形状が、前記山形の頂点が前記保持リング又は研磨ヘッドの回転方向と反対の方向に向くように配向された請求項１に記載の研磨ヘッド。
基板の表面を研磨面に対して位置決めする研磨ヘッドであって、
研磨工程中に前記基板を保持するようにされたサブキャリアと、
前記サブキャリアの周りに配設された外縁及び内縁と、前記研磨工程中に、前記研磨面と接触する下側表面とを有する保持リングと、
を備え、前記保持リングの前記下側表面は、前記サブキャリア上に保持された基板と前記研磨面との間に相対運動があるときに該基板と該研磨面との間に研磨液を分配するための多数の半径方向溝が形成されており、
前記多数の半径方向溝は、前記保持リングの前記外縁及び前記内縁の間の角度からなり、該保持リングの該内縁及び該外縁における該多数の半径方向溝の各々の方向が、該保持リングの回転方向に対して同じ方向に配向されており、
これにより、前記基板の表面の非平坦研磨が抑制されるようになった、
ことを特徴とする研磨ヘッド。
前記多数の半径方向溝が、弧状形状を備えた請求項４に記載の研磨ヘッド。
前記多数の半径方向溝が、山形形状を備えた請求項４に記載の研磨ヘッド。
前記多数の半径方向溝が、山形形状を備え、隣接する半径方向溝の山形形状が、反対方向に配向された請求項４に記載の研磨ヘッド。
基板の表面を研磨面に対して位置決めする研磨ヘッドであって、
研磨工程中に前記基板を保持するようにされたサブキャリアと、
前記サブキャリアの周りに配設された外縁及び内縁と、前記研磨工程中に、前記研磨面と接触する下側表面とを有する保持リングと、
を備え、前記保持リングの前記下側表面は、前記サブキャリア上に保持された基板と前記研磨面との間に相対運動があるときに該基板と該研磨面との間に研磨液を分配するための多数の半径方向溝が形成されており、
前記半径方向溝の各々が、前記保持リングの前記外縁及び前記内縁の間の頂点に山形形状を含み、したがって、研磨液が前記頂点の周りに蓄積するようになった研磨ヘッド。
研磨面と、サブキャリアと、前記サブキャリアの周りに配設された内縁及び研磨工程中に前記研磨面と接触する下側表面を有する保持リングとを有し、前記保持リングの下側表面の中に複数の半径方向凹部が形成された研磨ヘッドとを備えた研磨装置を用いて、表面を有する基板を研磨する方法であって、
前記基板を前記サブキャリア上に位置決めし、
前記基板の表面及び前記保持リングの前記下側表面を、前記研磨面に対して押し付け、
化学物質を前記研磨面上に供給し、
前記研磨ヘッドと前記研磨面との間に相対運動を与え、
前記多数の半径方向凹部を通して、前記化学物質を、前記サブキャリア上に保持された前記基板と前記研磨面との間に分配する、
ことからなり、
前記多数の半径方向凹部が、前記保持リングの外縁及び内縁の間に山形形状を有する少なくとも１つの溝を備え、
前記サブキャリア上に保持された前記基板と前記研磨面との間に前記化学物質を分配する段階が、前記山形形状を有する少なくとも１つの溝を通して、前記化学物質を分配する段階を含む、
ことを特徴とする方法。
前記山形形状が、前記山形の頂点が前記保持リング又は研磨ヘッドの回転方向に対応する方向に向くように配向された請求項９に記載の研磨ヘッド。
前記山形形状が、前記山形の頂点が前記保持リング又は研磨ヘッドの回転方向と反対の方向に向くように配向された請求項９に記載の研磨ヘッド。
請求項９の方法により研磨された半導体基板。