特許 7466658 複数の歯部が設けられた磁気的に制御される保持リング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-04

(45)【発行日】2024-04-12

(54)【発明の名称】複数の歯部が設けられた磁気的に制御される保持リング

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/32 20120101AFI20240405BHJP

   B24B 41/06 20120101ALI20240405BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20240405BHJP

【ＦＩ】

B24B37/32 Z

B24B41/06 L

B24B49/04 Z

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022544301

(86)(22)【出願日】2021-06-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-19

(86)【国際出願番号】 US2021039438

(87)【国際公開番号】W WO2022010687

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】63/049,609

(32)【優先日】2020-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】スウェデク， ボグスロー エー．

【審査官】須中 栄治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０５１５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３１０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０９４３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７４１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２７０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６３５４９２８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ３７／００－３７／３４

Ｂ２４Ｂ４１／０６

Ｈ０１Ｌ２１／３０４；２１／４６３

Ｂ２４Ｂ４９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャリアヘッドに取り付けられるよう構成された保持リングアセンブリであって、
下面と、内面と、外面と、複数の溝と、を含む保持リングであって、前記下面が、研磨プロセス中に研磨パッドと接触するよう構成され、前記複数の溝のそれぞれが、前記下面に形成され前記内面から前記外面へと延びている、保持リングと、
複数のリテーナであって、各リテーナが、前記保持リングの対応する溝の中に少なくとも部分的に配置された可動歯部を含み、前記可動歯部は、前記可動歯部の底面と前記下面との間の第１の方向の距離を調節するように前記下面に対して可動であり、前記第１の方向が、前記下面に対して垂直である、複数のリテーナと、
を備えた、保持リングアセンブリ。

【請求項2】

各リテーナが、シャフト及び可動磁石をさらに含み、前記可動歯部が、前記シャフトの下端に結合されており、前記可動磁石が、前記シャフトの上端に結合されている、請求項１に記載の保持リングアセンブリ。

【請求項3】

前記保持リングが、前記複数の溝と位置合わせされた複数の貫通孔をさらに含み、各シャフトが、対応する貫通孔内に配置されている、請求項２に記載の保持リングアセンブリ。

【請求項4】

前記複数のリテーナが、前記保持リングの中心軸の周りに配置されている、請求項１に記載の保持リングアセンブリ。

【請求項5】

基板を研磨するためのシステムであって、
複数の固定磁石を含むハウジングと、
前記ハウジングの近傍に配置されたキャリアヘッドと、
前記キャリアヘッドに取り付けられた保持リングアセンブリと、
を備え、
前記保持リングアセンブリが、
下面と、内面と、外面と、複数の溝と、を含む保持リングであって、前記下面が、研磨プロセス中に研磨パッドと接触するよう構成され、前記複数の溝のそれぞれが、前記下面に形成され前記内面から前記外面へと延びている、保持リング、
前記複数の固定磁石のうちの第１の固定磁石の磁場内に配置された可動磁石、及び
前記可動磁石に接続されており、前記複数の溝のうちの或る溝の中に配置された可動歯部であって、前記可動歯部は、前記可動歯部の底面と前記下面との間の第１の方向の距離を調節するように前記下面に対して可動であり、前記第１の方向が、前記下面に対して垂直である、可動歯部
を含む、基板を研磨するためのシステム。

【請求項6】

前記複数の固定磁石が、前記ハウジングの底面に取り付けられており、前記複数の固定磁石が、前記キャリアヘッドの中心軸の周りに配置されている、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記複数の固定磁石同士が、前記キャリアヘッドの前記中心軸の周りに、１８０度以下の角度で配置されている、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記キャリアヘッドが、前記ハウジングの下方に配置されており、前記キャリアヘッドが、前記ハウジングの前記底面に面した上面を有しており、前記可動磁石が、前記キャリアヘッドの前記上面の上方に少なくとも部分的に配置されている、請求項６に記載のシステム。

【請求項9】

前記キャリアヘッドが、前記中心軸周りに回転するよう構成され、前記可動磁石は、前記キャリアヘッドが前記中心軸周りに回転する間、前記複数の固定磁石のそれぞれにより生成されるそれぞれの磁場を通過するよう構成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項10】

前記可動歯部が、前記複数の溝のうちの或る溝の中で前記第１の方向に移動可能である、請求項５に記載のシステム。

【請求項11】

前記可動歯部の底面と前記下面との間において前記第１の方向に形成される間隙を制御するための、フィードバック制御システムをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記可動歯部は、前記保持リングの前記下面が研磨パッド上に配置されたときには、前記研磨パッドに対して下向きの力を加えるよう構成されている、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記研磨パッドに対する前記可動歯部の前記下向きの力を制御するためのフィードバック制御システムをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記フィードバック制御システムが、研磨中に、ウエハ上に形成された膜層の厚さに対応する信号を受信するよう構成され、前記フィードバック制御システムが、受信された前記信号に基づいて前記下向きの力を能動的に制御するよう構成される、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記システムが、前記複数の固定磁石に結合された複数の歪みゲージをさらに含み、前記複数の歪みゲージが、前記可動歯部の前記下向きの力を測定するよう構成され、
前記フィードバック制御システムが、前記測定に基づいて、前記可動歯部の前記下向きの力を制御するよう構成される、請求項１３に記載のシステム。

【請求項16】

前記可動磁石が強磁性材料を含む、請求項５に記載のシステム。

【請求項17】

前記複数の固定磁石が電磁石である、請求項５に記載のシステム。

【請求項18】

基板を研磨する方法であって、
研磨システム内に前記基板を配置することであって、前記研磨システムが、
複数の固定磁石を含むハウジングと、
前記ハウジングの近傍に配置されたキャリアヘッドと、
前記キャリアヘッドに取り付けられた保持リングアセンブリと、
を備え、
前記保持リングアセンブリが、
下面と、内面と、外面と、複数の溝と、を含む保持リングであって、前記下面が、研磨プロセス中に研磨パッドと接触するよう構成され、前記複数の溝のそれぞれが、前記下面に形成され前記内面から前記外面へと延びている、保持リング、
可動磁石、及び
前記可動磁石に接続されており、前記複数の溝のうちの或る溝の中に配置された可動歯部であって、前記可動歯部は、前記可動歯部の底面と前記下面との間の第１の方向の距離を調節するように前記下面に対して可動であり、前記第１の方向が、前記下面に対して垂直である、可動歯部
を含む、
研磨システム内に前記基板を配置することと、
前記ハウジングに対して第１の角度位置へと前記キャリアヘッドを回転させることであって、前記キャリアヘッドが前記第１の角度位置にあるときには、前記可動歯部が第１の垂直方向位置を有する、第１の角度位置へと前記キャリアヘッドを回転させることと、
前記ハウジングに対して第２の角度位置へと前記キャリアヘッドを回転させることであって、前記第２の角度位置は、前記第１の角度位置とは異なっており、前記可動歯部が、前記第１の垂直方向位置とは異なる第２の垂直方向位置へと移動する、第２の角度位置へと前記キャリアヘッドを回転させることと、
を含む、方法。

【請求項19】

前記キャリアヘッドを前記第２の角度位置へと回転させることで、前記可動磁石を、前記複数の固定磁石のうちの第１の固定磁石と位置合わせし、前記可動歯部を前記第１の固定磁石に対して移動させる、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の固定磁石が電磁石であり、前記可動歯部の移動距離が、前記第１の固定磁石に印加される電流によって制御される、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、概して、基板を研磨及び／又は平坦化するための装置及び方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のために利用されるキャリアヘッドのための保持アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子の作製中には、例えば酸化物、銅といった様々な層が、後続の層が形成される前に段差又は凸凹を除去するために研磨を必要とする。研磨は、荒い表面、凝集した材料、結晶格子の損傷、引っかき傷、汚染された層又は材料といった、望まれぬ表面外形及び表面の欠陥を解消する際に有用である。研磨はまた、フィーチャを充填するために使用された余剰の堆積材料を除去することにより基板上にフィーチャを形成する際にも、さらには、後続の金属化レベル及び処理レベルのために平らな表面を提供するためにも有用である。

【0003】

研磨は、典型的には、化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）又は電気化学機械研磨（ＥＣＭＰ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）といったプロセスを使用して、機械的、化学的、及び／又は電気的に行われる。

【0004】

ＣＭＰは、機械的及び化学的な相互作用の組み合わせを介して、スラリの存在下で基板の表面から材料を除去する。ＣＭＰの間、回転している研磨パッド上へとスラリが供給され、基板が、キャリアヘッドによって研磨パッドに押し付けられる。キャリアヘッドはまた、基板を回転させ、基板を研磨パッドに対して移動させることもできる。キャリアヘッドと研磨パッドとの間の運動と、スラリに含まれる化学物質と、の結果として、基板表面が平坦化される。

【0005】

キャリアヘッドは、複数の様々な径方向ゾーンを有する膜を含み、この複数の様々な径方向ゾーンが基板と接触する。幾つかの実施形態において、膜は、３個以上のゾーンを含むことができ、例えば３個のゾーンから１１個のゾーン、例えば、３個、５個、７個、又は１１個のゾーンを含むことができる。様々な径方向ゾーンを使用して、膜の裏側により画定されるチャンバに加えられる圧力が、膜によって基板に対して加えられる力の中心からエッジへのプロファイルを制御するため、従って、基板によって研磨パッドに対して加えられる力の中心からエッジへのプロファイルを制御するために選択されうる。上記のゾーンは、典型的に、外側から内側へと（例えば、１１ゾーンの膜について、外側のゾーン１から内側のゾーン１１へと）ラベル付けされる。ＣＭＰにおける一般的な問題は、エッジ効果（すなわち、基板の最も外側の５～１０ｍｍの研磨のしすぎ又は研磨不足）が発生することである。エッジ効果を解消するために、膜の外側ゾーン（典型的に、ゾーン１及びゾーン２と称される）は、内側ゾーン（典型的に、ゾーン１０及びゾーン１１と称される）よりも、互いに接近して間隔が置かれており、外側エッジのより短い径方向距離に亘ってより厳密な圧力制御が提供する。しかしながら、このような接近した間隔によって、外側ゾーンの設計の複雑性が増して、キャリアヘッドの製造がより困難なものとなりうる。

【0006】

保持リングが、半導体基板を保持するためにキャリアヘッドに固定されており、（例えば、エッジ効果を最小に抑えることによって、）基板表面の最終的に得られる仕上げ及び平坦性を改善する。保持リングは、研磨中に研磨パッドに接触するための底面と、キャリアヘッドに固定された上面と、を有する。底面は、研磨パッドを予め圧縮し、前縁の高圧領域を基板から移動させることが可能である。底面は、複数の溝を含んでおり、底面が研磨パッドと接触しているときにも、保持リングの外側から基板への研磨スラリの移動を促進する。既存の保持リングは、固定数の溝と、固定の溝形状と、固定の溝寸法と、を有しており、このことが、処理中にリングの範囲内でのスラリの取込み及び保持を改善及び／又は最適化することを困難にする。既存の保持リングが通常の使用により摩耗するにつれて、溝の高さが縮小し、これにより、スラリの取込量及び保持量が時間と共に徐々に変化する。既存の保持リングの設計は、スクレイピング（ｓｃｒａｐｉｎｇ）効果に苦慮している可能性もあり、このことで全体的なスラリ消費が増大しうる。従って、既存の設計は、スラリの使用に関して明らかな欠点を示しており、スラリは、ＣＭＰプロセスのコストが掛かる観点であるため、廃棄を削減することで全体的なスラリ消費を低減することが望ましい。

【0007】

従って、先に記載の問題を克服するための装置及び方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0008】

本開示の実施形態は、概して、基板を研磨及び／又は平坦化するための装置及び方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、化学機械研磨（ＣＭＰ）のために利用されるキャリアヘッドのための保持アセンブリに関する。

【0009】

一実施形態において、保持リングアセンブリは、キャリアヘッドに取り付けられるよう構成される。保持リングアセンブリは、下面、内面、外面、及び複数の溝を含む保持リングを含み、下面が、研磨プロセス中に研磨パッドと接触するよう構成され、複数の溝のそれぞれが下面に形成され内面から外面へと延びている。保持リングアセンブリは複数のリテーナを含み、各リテーナが、保持リングの対応する溝の中に少なくとも部分的に配置された、下面に対して可動な可動歯部を含む。

【0010】

他の実施形態において、基板を研磨するためのシステムが、複数の固定磁石を含むハウジングと、ハウジングの近傍に配置されたキャリアヘッドと、キャリアヘッドに取り付けられた保持リングアセンブリと、を備える。保持リングアセンブリは、下面と、内面と、外面と、複数の溝と、を含む保持リングを含み、下面が、研磨プロセス中に研磨パッドと接触するよう構成され、複数の溝のそれぞれが、下面に形成され内面から前記外面へと延びている。保持リングアセンブリは、複数の固定磁石のうちの第１の固定磁石の磁場内に配置された可動磁石を含む。保持リングアセンブリは、可動磁石に接続されており複数の溝のうちの或る溝の中に配置された可動歯部を含む。

【0011】

さらに別の実施形態において、基板を研磨する方法が、研磨システム内に基板を配置することを含む。研磨システムは、複数の固定磁石を含むハウジングと、ハウジングの近傍に配置されたキャリアヘッドと、キャリアヘッドに取り付けられた保持リングアセンブリと、を備える。保持リングアセンブリは、下面と、内面と、外面と、複数の溝と、を含む保持リングを含み、下面が、研磨プロセス中に研磨パッドと接触するよう構成され、複数の溝のそれぞれが、下面に形成され内面から前記外面へと延びている。保持リングアセンブリは、可動磁石と、当該可動磁石に接続されており複数の溝のうちの或る溝の中に配置された可動歯部と、を含む。本方法は、ハウジングに対して第１の角度位置へとキャリアヘッドを回転させることであって、キャリアヘッドが第１の角度位置にあるときには、リテーナが第１の垂直方向位置を有する、第１の角度位置へとキャリアヘッドを回転させることと、ハウジングに対して第２の角度位置へとキャリアヘッドを回転させることであって、第２の角度位置は第１の角度位置とは異なっており、リテーナが、第１の垂直方向位置とは異なる第２の垂直方向位置へと移動する、第２の角度位置へとキャリアヘッドを回転させることと、を含む。

【0012】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、その幾つかを添付の図面に示す。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、従って、本開示の範囲を限定すると見做すべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】１つ以上の実施形態に係る研磨システムの概略的な側方断面図１を示す。

【図2A】本開示のキャリアヘッドの一実施形態の底面図である。

【図2B】本開示のキャリアヘッドの一実施形態の斜視図である。

【図2C】図２Ｂの線２－２’に沿って切り取った、拡大された断面図である。

【図3A】本開示の保持リングの一実施形態の上面図である。

【図3B】Ｆ本開示の保持リングの一実施形態の底面図である。

【図3C】本開示の保持リングの一実施形態の斜視図である。

【図3D】図３Ａの線３－３’に沿って切り取った、拡大された断面図を示す。

【図4A】図１の研磨システムの一部分の拡大された断面図であり、当該一部分に設置されたリテーナの一実施形態を示している。

【図4B】図４の線４－４’に沿って切り取った断面図を示す。

【図4C】保持リングの一実施形態の底面図であり、保持リングに配置された複数の可動歯部を示している。

【図4D】保持リングの一実施形態の斜視図であり、保持リングに配置された可動歯部を示している。

【図5A】研磨システムの一実施形態の簡略化された上面図であり、固定磁石の配置を示している。

【図5B】図５Ａの研磨システムの概略的な側方断面図である。

【図6A】研磨システムの他の実施形態の簡略化された上面図であり、固定磁石の代替的な配置を示している。

【図6B】図６Ａの研磨システムの概略的な側方断面図である。

【図7A】研磨システムのさらに別の実施形態の簡素化された上面図である。

【図7B】図７Ａの研磨システムの概略的な側方断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

理解が容易になるよう、可能な場合には、各図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号を使用した。１の実施形態の構成要素及び特徴が、更なる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうることが想定されている。

【0015】

本開示の幾つかの例示的な実施形態を説明するのに先立ち、本開示が、以下の明細書の記載において説明される構造又は処理ステップの詳細事項には限定されないと理解されたい。本開示の幾つかの実施形態は他の実施形態と組み合わせられることが想定されている。

【0016】

本開示の１つ以上の実施形態は、半導体基板といった基板を研磨及び／又は平坦化するための装置及び方法を対象とする。幾つかの実施形態において、システムは、複数の固定磁石を含む固定ハウジングと、固定ハウジングの近傍に配置されたキャリアヘッドと、キャリアヘッドに可動に取り付けられたリテーナと、を備えうる。幾つかの実施形態において、リテーナは、複数の固定磁石のうちの第１の固定磁石の磁場内に配置された可動磁石と、可動磁石に固定的に取り付けられた可動歯部と、を含みうる。１つ以上の実施形態において、キャリアヘッドが回転する間、可動磁石は、第１の固定磁石と位置を合わせることができ、可動磁石が、第１の固定磁石に対して動かされる。

【0017】

１つ以上の実施形態において、可動歯部の底面と研磨パッドとの間の間隙が、研磨スラリを伝達するよう構成されている。１つ以上の実施形態において、各可動歯部と研磨パッドとの間の間隙が、研磨される基板への及び当該基板からの研磨スラリの伝達を正確に制御するために調整されうる。例えば、キャリアヘッドの後縁にある保持アセンブリは、基板を保持している保持リングから研磨スラリが出るのを制限するために下げることができ、キャリアヘッドの前縁にある保持アセンブリは、新しい研磨スラリを基板へと入れるために上げることができる。研磨スラリ伝達の厳密な制御によって、研磨スラリの全体的な消費を削減することが可能である。

【0018】

従来のＣＭＰプロセスは、基板のエッジでは、パッドの歪み及び反発によって、速い研磨速度が引き起こされ、その結果、パッドによって、基板の研磨すべき表面の全領域に対して不均一な圧力が加えられる可能性がある。しかしながら、本開示の１つ以上の他の実施形態では、研磨パッド上の保持リングアセンブリの各可動歯部の下向きの力が、別々に制御されうる。下向きの力を別々に制御することで、（例えば、速い研磨速度によって引き起こされるエッジでの不均一性を低減及び／又は解消することによって）、ウエハのエッジの均一性及びプロファイルを改善することが可能であり、さらに、下向きの力を別々に制御することで、（例えば、外側ゾーン１及び２での）簡素化された膜設計を可能にすることもできる。

【0019】

図１は、１つ以上の実施形態に係る研磨システム１００の概略的な側方断面図である。本開示から利益を得るよう適合しうる研磨システムとしては、とりわけ、ＭＩＲＲＡ（登録商標）、ＭＩＲＲＡ ＭＥＳＡ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＧＴ、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫ、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫ ＰＲＩＭＥ平坦化システムが挙げられ、これらは全て、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能である。

【0020】

研磨システム１００は、一般に、研磨ステーション１１０、キャリアヘッド１２０、保持リング１５０、及びハウジング１８０を備える。ハウジング１８０は、１つ以上の固定磁石１８４を含む。加えて、研磨システム１００は、キャリアヘッド１２０及び／又は保持リング１５０に可動に取り付けられた１つ以上の保持アセンブリ２００も含む。保持アセンブリ２００のそれぞれは、可動磁石２１０及び可動歯部２２０を含む。少なくとも１つの実施形態において、研磨システム１００が、単一の研磨ステーション１１０を有する。他の実施形態において、研磨システム１００が、複数の研磨ステーション１１０及び複数のキャリアヘッド１２０を含む。例えば、研磨ステーション１１０は、複数のプラテンを有するシステムベース上に配置され得、キャリアヘッド１２０は、回転可能なカルーセルによって支持され得、キャリアヘッド１２０と同一の又は類似した複数のキャリアヘッドを有する。幾つかの実施形態において、キャリアヘッド１２０は基板１０を、１の研磨ステーション１１０から、基板１０に対して異なる研磨プロセスを実行するよう構成された他の研磨ステーションへと移動することができる。１つ以上の実施形態において、ハウジング１８０が、上方空気圧アセンブリ（ＵＰＡ：ｕｐｐｅｒ ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ ａｓｓｅｍｂｌｙ）でありうる。

【0021】

研磨システム１１０は一般に、研磨パッド１１４が配置された回転可能なプラテン１１２を含む。回転可能なプラテン１１２及び研磨パッド１１４は、一般に、処理される半導体基板１０よりも大きい。少なくとも１つの実施形態において、プラテン１１２は、アルミニウム駆動軸１１６によってプラテン駆動モータ（図示せず）に接続された回転可能なアルミニウム板であり、アルミニウム駆動軸１１６が、処理中にプラテン１１２と研磨パッド１１４を回転させる。１つ以上の実施形態において、プラテン１１２が、プラテン駆動モータによって直接又は間接的に駆動されうる。

【0022】

研磨パッド１１４は、基板１０を研磨するよう構成された粗い研磨面１１８を含む。少なくとも１つの実施形態において、研磨パッド１１４は、感圧接着層によってプラテン１１２に取り付けられうる。研磨パッド１１４は一般に消耗するものであり、交換することができる。

【0023】

研磨ステーション１１０は、研磨パッド１１４に研磨組成物（例えば、スラリ）を供給するよう構成された研磨組成物供給管（図示せず）をさらに含みうる。研磨組成物は、一般に、反応性剤、研磨粒子、及び化学反応性の触媒を含む。１つ以上の実施形態において、研磨組成物の化学的性質は、実施されるＣＭＰプロセスの種類に依存しうる。幾つかの実施形態において、研磨組成物は、酸化物層（例えば、誘電体）を平坦化するための塩基性化学物質とすることができ又はこれを含むことができる。例えば、塩基性研磨組成物には、脱イオン水、金属酸化物粉末、及び水酸化カリウムが含まれうる。さらに、酸化物層上で実施されるＣＭＰプロセスは、主に機械的に駆動され、それにより、下向きの力（例えば、研磨中に基板に加えられる圧力）の制御が、研磨速度及び均一性の主たる制御の仕組みである。

【0024】

幾つかの他の実施形態において、研磨組成物は、金属層を平坦化するための酸性化学物質とすることができ又はこれを含むことができる。例えば、酸性研磨組成物は、脱イオン水、金属酸化物粉末、及びカルボン酸を含みうる。加えて、金属層に対して行われるＣＭＰプロセスは、主に化学的に駆動され、それにより、スラリの取り込み及び保持の制御が、研磨速度及び均一性の主たる制御のしくみである。従って、本明細書に開示される装置及び方法のうちの１つ以上の使用が、金属ＣＭＰ研磨プロセスでの使用のために特に有利でありうる。

【0025】

研磨ステーション１１０は、基板１０を効果的に研磨する状態に研磨パッド１１４を維持するよう構成されたパッドコンディショナ（図示せず）をさらに含みうる。少なくとも１つの実施形態において、パッドコンディショナは、独立して回転するコンディショナヘッドを保持する回転可能なアームを含みうる。

【0026】

キャリアヘッド１２０は、ハウジング１８０から吊り下げられており及び／又はハウジング１８０の下方に配置されている。キャリアヘッド１２０は、一般に、研磨中に基板１０を研磨パッド１１４に押し付けるよう構成されている。一実施例において、キャリアヘッド１２０が、ハウジング１２２、ベースアセンブリ１２４、及びジンバル１２６を含む。ベースアセンブリ１２４は、ハウジング１２２に対して垂直方向に移動可能であり、ハウジング１２２と共に、ローディングチャンバ１２８を画定する。研磨パッド１１４に対するベースアセンブリ１２４の垂直方向位置が、ローディングチャンバ１２８内の圧力を変更することによって制御されうる。例えば、保持リング１５０を研磨パッド１１４と接触させる下向きの力をベースアセンブリ１２４に加えるために、ローディングチャンバ１２８が典型的に研磨中に加圧される。研磨の前及び研磨の後に、ローディングチャンバ１２８内の圧力が下げられ及び／又は真空がローディングチャンバ１２８に適用され、これにより、ベースアセンブリ１２４が、上方へと、研磨パッド１１４から離れる方向に動かされ及び／又は引き上げられる。ベースアセンブリ１２４が一旦上方へと、研磨パッド１１４から離れる方向に動かされると、後続の研磨工程及び／又は基板ローディング／アンローディングハンドリン工程のために、キャリアヘッド１２０をそこから、例えば、第２の研磨プラテン（図示せず）及び／又は基板ローディングステーションへと、例えばロードカップ（図示せず）へと移動させること、例えば揺動させることができる。

【0027】

ハウジング１２２は、一般に円形の形状をしており、スピンドル１３０に接続して、研磨中にキャリアヘッド１２０を回転させ及び／又はその後研磨パッド１１４全体を掃引させることが可能である。ベースアセンブリ１２４は、ハウジング１２２の下に位置する垂直方向に可動なアセンブリである。ジンバル１２６が垂直方向に摺動して、ベースアセンブリ１２４の垂直運動をもたらす。ジンバル１２６はまた、研磨パッド１１４の研磨面１１８に対して実質的に平行に保持リング１５０を保てるように、ハウジング１２２に対してベースアセンブリ１２４を旋回させることを可能とする。

【0028】

図２Ａは、本開示のキャリアヘッド１２０の一実施形態の底面図である。図２Ｂは、本開示のキャリアヘッド１２０の一実施形態の斜視図である。図２Ａ～図２Ｂを参照すると、キャリアヘッド１２０のベースアセンブリ１２４は、底面１３２と、上面１３４と、保持リング１５０をキャリアヘッド１２０に取り付けるための複数の締め具（例えば、小ねじ）を収容するための複数のねじ孔１３６と、を含む。図２Ａ～図２Ｂに示す例では、キャリアヘッド１２０は、２０度の径方向角度でねじ孔１３６が等間隔に配置されるように、１８個のねじ孔を有している。幾つかの他の実施形態において、キャリアヘッド１２０は、より少ない又はより多くの数のねじ孔１３６を有してよく、例えば、６～２４個、例えば６～１２個、代替的に１２～１８個、代替的に１８～２４個のねじ孔１３６を有してよい。ねじ孔１３６同士は、均一又は不均一な間隔を有しうる。

【0029】

キャリアヘッド１２０は、基板１０と接触する膜１３８を含む（例えば、図２Ａに示される膜１３８は、仮想線で示された同心円上の５つのゾーンを含む）。膜１３８の裏面と境を接するチャンバに加えられる圧力は、膜１３８によって基板１０に加えられる力の中心からエッジへのプロファイルを制御し、その結果、基板１０によって研磨パッド１１４に対して加えられる力の中心からエッジへのプロファイルを制御するように、選択されうる。膜１３８はまた、研磨の前及び研磨の後に、キャリアヘッド１２０に基板１０をチャックさせるために使用されうる。例えば、研磨の前及び研磨の後に、チャンバに真空を適用することができ、これにより、上方に向かって膜１３８が反らされて、膜１３８と基板１０との間に低圧ポケットを形成し、従ってキャリアヘッド１２０内へと基板１０を真空チャックする。

【0030】

キャリアヘッド１２０は、キャリアヘッド１２０の対応するチャンバに加圧された空気を供給するための複数の空気圧ポート１４０を含む（例えば、図２Ｂには、５つのゾーンのそれぞれに対応する５つの空気圧ポート１４０が示されている）。膜１３８に加えられる圧力を制御するため、ベースアセンブリ１２４を移動させるため、保持リング１５０を変位させるためにチャンバ内の圧力が利用される。

【0031】

キャリアヘッド１２０は複数の貫通孔１４２を含み、各貫通孔１４２が、リテーナ２００を収容するよう構成されている。１つ以上の実施形態において、貫通孔１４２が、共通の半径上に配置されうる。幾つかの実施形態において、貫通孔１４２が、ドリル加工、機械加工、又は他の適切な技術によって形成されうる。幾つかの実施形態において、貫通孔１４２が、隣り合うネジ孔１３６間に等間隔で配置されうる。１つ以上の実施形態において、貫通孔１４２が、２０度の径方向角度で等間隔で配置されうる。

【0032】

図２Ｃは、図２Ｂの線２－２’に沿って切り取った、拡大された断面図である。図２Ｃを参照すると、各貫通孔１４２は、直径ＤＩＡ１を有する上方部分１４４と、直径ＤＩＡ２を有する下方部分１４６と、を含みうる。幾つかの実施形態において、直径ＤＩＡ１は直径ＤＩＡ２よりも小さく、肩部１４８が、上部部分１４４と下部部分１４６との間に形成されている。幾つかの実施形態において、直径ＤＩＡ１とＤＩＡ２とがほぼ等しいとすることができる。上方部分１４４は、上面１３４から肩部１４８まで測定された、約５ｍｍ～約４０ｍｍの深さＤ１を有することができ、例えば約１０ｍｍ～約２０ｍｍの深さＤ１を有することができる。下方部分１４６は、底面１３２から肩部１４８まで測定された、約１０ｍｍ～約６０ｍｍの深さＤ２を有することができ、例えば約２０ｍｍ～約４０ｍｍの深さＤ２を有することができる。

【0033】

図３Ａは、本開示の保持リング１５０の一実施形態の上面図である。保持リング１５０は、一般に、ベースアセンブリ１２４に着脱可能に取り付けられておりベースアセンブリ１２４を取り囲む環状リングである。流体がローディングチャンバ１２８内に送り込まれると、ベースアセンブリ１２４及び保持リング１５０が押し下げられて、研磨パッド１１４に対して負荷が加えられる。少なくとも１つの実施形態において、保持リング１５０は、１つの部分から成るリングでありうる。幾つかの他の実施形態において、保持リング１５０は複数の部分から成るリングであってよく、例えば接着剤又は締め具のうちの少なくとも１つを利用して互いに結合される上方部分及び下方部分を含む。

【0034】

保持リング１５０は上面１５２を含み、上面１５２は、保持リング１５０をキャリアヘッド１２０に取り付けるための複数の締め具（例えば、小ねじ）を収容するための、雌ねじを有する複数の止まり孔１５４を有している。保持リング１５０がキャリアヘッド１２０上に設置されたときには、上面１５２が、キャリアヘッド１２０の底面１３２に接触する。上面１５２は、他の好適な材料の中でも、ステンレス鋼、モリブデン、アルミニウム、他の好適な金属、複合材料、及びプラスチックを含みうる。止まり孔１５４同士は、径方向角度α０で間隔が置かれうる。幾つかの実施形態において、径方向角度α０は、約１５度～約６０度、例えば、約１５度、代替的に約２０度、代替的に約３０度、代替的に約６０度とすることができる。図３Ａに示される例において、保持リング１５０には、止まり孔１５４が２０度の径方向角度で等間隔に配置されるように、１８個の止まり孔が上面１５２に形成されている。幾つかの他の実施形態において、保持リング１５０は、より少ない又はより多い数の止まり孔１５４を有してよく、例えば、６～２４個、例えば６～１２個、代替的に１２～１８個、代替的に１８～２４個の止まり孔１５４を有してよい。止まり孔１５４は、均一又は不均一な間隔を有しうる。

【0035】

保持リング１５０は、上面１５２に形成された複数の貫通孔１５６を含み、各貫通孔１５６が、リテーナ２００を収容するよう構成されている。１つ以上の実施形態において、貫通孔１５６が、共通の半径上に配置されうる。幾つかの実施形態において、貫通孔１５６が、ドリル加工、機械加工、又は他の適切な技術によって形成されうる。幾つかの実施形態において、貫通孔１５６は、隣り合う止まり孔１５４の間に等間隔に配置されうる。１つ以上の実施形態において、貫通孔１５６が、２０度の径方向角度で等間隔で配置されうる。１つ以上の実施形態において、保持リング１５０がキャリアヘッド１２０上に設置されたときには、保持リング１５０の各貫通孔１５６が、キャリアヘッド１２０の対応する貫通孔１４２と位置合わせされる。

【0036】

図３Ｂは、本開示の保持リング１５０の一実施形態の底面図である。図３Ｃは、本開示の保持リング１５０の一実施形態の斜視図である。図３Ｂ及び図３Ｃを参照すると、保持リング１５０は、複数の固定歯部１５８を含み、複数の固定歯部１５８のそれぞれは、研磨パッド１１４に接触するよう構成された底面１６０を有している。幾つかの実施形態において、複数の固定歯部１５８が、研磨パッド１１４に接触しうる。幾つかの他の実施形態において、複数の固定歯部１５８が、研磨パッド１１４から間隔を置かれうる。底面１６０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はこれらの組み合わせを含むことができる。保持リング１５０が、１つの部分から成るリングである実施形態において、保持リング１５０全体が、保持リング１５０の底面１６０で露出する同じプラスチック材料を含む。先に記載した幾つかの他の実施形態において、保持リング１５０は、異なる材料を含む上部部分及び下部部分を有する２つの部分から成るリングでありうる。幾つかの実施形態において、底面１６０は、研磨パッド１１４に均等に接触するために、実質的に平面的でありうる。

【0037】

複数の固定歯部１５８のそれぞれは、保持リング１５０の中心線に向かって面する内面１６２と、内面１６２とは反対側の外面１６４と、を有している。幾つかの実施形態において、内面１６２及び外面１６４が、保持リング１５０の曲率と一致する曲面でありうる。幾つかの他の実施形態において、内面１６２及び外面１６４が真っすぐでありうる。幾つかの実施形態において、内面１６２と外面１６４との間の径方向距離Ｒ１が、約５ｍｍ～約５０ｍｍであってよく、例えば、約２０ｍｍ～約３０ｍｍであってよい。複数の固定歯部１５８のそれぞれは、第１の側面１６６及び第２の側面１６６を有する。幾つかの実施形態において、第１の側面１６６と第２の側面１６６とは、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、非平行でありうる。１つ以上の実施形態において、第１の側面１６６と第２の側面１６６とは、内面１６２から外面１６４に移動するにつれて互いに分岐しうる。１つ以上の他の実施形態において、第１の側面１６６と第２の側面１６６とは、内面１６２から外面１６４に移動するにつれて互いに向かって収束しうる。幾つかの他の実施形態において、第１の側面１６６と第２の側面１６６とは、互いに平行でありうる。

【0038】

１つ以上の実施形態において、保持リング１５０は、およそ６個～およそ２４個の固定歯部を含むことができ、例えば、およそ１２個～およそ１８個の固定歯部を含むことができる。幾つかの他の実施形態において、保持リング１５０は、およそ１２個以下の固定歯部を含むことができ、例えば、およそ６個～およそ１２個の固定歯部を含むことができる。幾つかの他の実施形態において、保持リング１５０は、およそ１８個以上の固定歯部を含むことができ、およそ１８個～およそ２４個の固定歯部を含むことができる。

【0039】

幾つかの実施形態において、固定歯部１５８のそれぞれの最大弧長α１（すなわち、各固定歯部１５８の内面１６２と外面１６４との間の弧長の群から選択される最大弧長に対応する中心角度）が、約１０度～約２０度、例えば、約１０度～約１５度、代替的に約１５度～約２０度でありうる。幾つかの他の実施形態において、各固定歯部１５８の最大弧長α１が、約１度～約１０度、例えば約１度～約５度、代替的に約５度～約１０度でありうる。幾つかの他の実施形態において、各固定歯部１５８の最大弧長α１が、約２０度～約３０度、例えば約２０度～約２５度、代替的に約２５度～約３０度でありうる。

【0040】

幾つかの実施形態において、各固定歯部１５８の最小弧長α２が、約１０度～約２０度、例えば、約１０度～約１５度でありうる。幾つかの他の実施形態において、各固定歯部１５８の最小弧長α２が、約５度～約１０度でありうる。

【0041】

複数の溝１６８が、近傍の固定歯部１５８の対向する第１の側面１６６と第２の側面１６６との間に形成されており、複数の溝１６８は、保持リング１５０の外側から基板１０へと研磨スラリを伝達するよう構成されている。上記の溝１６８は、貫通孔１５６のうちの対応する貫通孔１５６と交差する肩部１７０を含む。溝１６８のそれぞれは、貫通孔１５６のうちの対応する貫通孔１５６と位置合わせされうる。１つ以上の実施形態において、各貫通孔１５６が、側面１６６間に等間隔に配置されうる。幾つかの他の実施形態において、各貫通孔１５６が、側面１６６に対してずらされてよい。

【0042】

図３Ｄは、図３Ａの線３－３’に沿って切り取った、拡大された断面図である。図３Ｄを参照すると、各固定歯部１５８の高さＨ１は、約３ｍｍ～約３０ｍｍ、例えば約３ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約６ｍｍ～約１２ｍｍでありうる。幾つかの実施形態において、第１の側面１６６と第２の側面１６６との間の溝１６８の幅Ｗ１は、固定歯部１５８の寸法及び間隔に基づいて選択することが可能である。１つ以上の実施形態において、幅Ｗ１は、約３ｍｍ～約５０ｍｍ、例えば、約５ｍｍ～約２５ｍｍ、例えば、約５ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば、約５ｍｍ～約１０ｍｍでありうる。幾つかの実施形態において、底面１６０から肩部１７０まで測定される溝１６８の深さＤ３は、各固定歯部１５８の高さＨ１の約２ｘ（倍）以上、例えば約６ｍｍ～約６０ｍｍ、例えば約６ｍｍ～約４０ｍｍ、例えば約１２ｍｍ～約２４ｍｍでありうる。１つ以上の実施形態において、貫通孔１５６は、保持リング１５０の全高及び溝１６８の深さＤ３に基づいて、例えば約５ｍｍ～約５０ｍｍ、例えば約１０ｍｍ～約３０ｍｍなどの、保持リング１５０の上面１５２から肩部１７０まで測定される深さＤ４を有しうる。幾つかの実施形態において、貫通孔１５６は、キャリアヘッド１２０内の貫通孔１４２の下方部分１４６の直径ＤＩＡ２とほぼ等しい直径ＤＩＡ３を有しうる。幾つかの実施形態において、直径ＤＩＡ３は幅Ｗ１より小さいとすることができる。幾つかの他の実施形態において、直径ＤＩＡ３と幅Ｗ１とがほぼ等しいとすることができる。

【0043】

図４Ａは、図１の研磨システム１００の一部分の拡大された断面図であり、当該一部分に設置されたリテーナ２００の一実施形態を示している。図４Ａを参照すると、ハウジング１８０が底面１８２を有する。幾つかの実施形態において、底面１８２が、キャリアヘッド１２０の上面１３４に面した水平方向の表面でありうる。１つ以上の固定磁石１８４が、底面１８２に取り付けられうる。幾つかの実施形態において、固定磁石１８４が、ハウジング１８０の底面１８２に直接的に、接着剤及び／又は締め具によってしっかりと取り付けられうる。幾つかの他の実施形態において、固定磁石１８４は、当該固定磁石１８４を垂直方向及び／又は径方向に配置するためのブラケット、アダプタ、又は他の構造によって、ハウジング１８０に取り付けられうる。幾つかの実施形態において、固定磁石１８４が、ネオジム磁石、電磁石、又はこれらの組合せといった永久磁石でありうる。１つ以上の実施形態において、固定磁石１８４は、強磁性材料とすることができ又は強磁性材料を含むことができる。１つ以上の実施形態において、強磁性材料は、鉄、ニッケル、コバルト、又はこれらの組合せを含みうる。幾つかの実施形態において、強磁性材料は、非磁性材料又は磁性材料を覆うコーティングの形態でありうる。従って、固定磁石１８４は、永久磁石、電磁石、又は強磁性材料を含む任意の磁性材料として定義することができる。図示のように、固定磁石１８４は、キャリアヘッド１２０の上面１３４に面した底面１８６を有する。固定磁石１８４は、ハウジング１８０とキャリアヘッド１２０との間の垂直方向の遊隙、及び他の空間的制約に従って、任意の適切な大きさ及び形状を有しうる。１つ以上の実施形態において、固定磁石１８４は、約５ｍｍ～約２５ｍｍ、例えば約１０ｍｍ～約２０ｍｍの直径と、約２ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約２ｍｍ～約５ｍｍ、代替的に約５ｍｍ～約１０ｍｍの高さと、を有する円筒形でありうる。

【0044】

図４Ｂは、図４Ａの線４－４’に沿って切り取った断面図である。図４Ａ～図４Ｂを参照すると、リテーナ２００は、研磨システム１００内に設置された複数の保持アセンブリのうちの１つでありうる。複数の保持アセンブリが、キャリアヘッド１２０の中心線に対して、共通の半径に沿って位置合わせされうる。リテーナ２００は、当該リテーナ２００をキャリアヘッド１２０に可動的に結合するシャフト２０２を含む。シャフト２０２は、上方部分２０４及び下方部分２０６を含む。リテーナ２００は、シャフト２０２の上方部分２０４に取り付けられた可動磁石２１０と、シャフト２０２の下方部分２０６に取り付けられた可動歯部２２０と、を含みうる。幾つかの実施形態において、上方部分２０４の直径ＤＩＡ４が、下方部分２０６の直径ＤＩＡ５より小さく、肩部２０８が、上方部分２０４と下方部分２０６との間に形成されうる。幾つかの他の実施形態において、直径ＤＩＡ４とＤＩＡ５とがほぼ等しいとすることができる。直径ＤＩＡ４、直径ＤＩＡ５は、キャリアヘッド１２０内の貫通孔１４２の、上方部分１４４の直径ＤＩＡ１及び下方部分１４６の直径ＤＩＡ２にそれぞれ基づいて選択されうる。１つ以上の実施形態において、直径ＤＩＡ４、直径ＤＩＡ５が、シャフト２０２と貫通孔１４２との間に適切な径方向遊隙を提供するよう選択されうる。

【0045】

上方部分２０４は、肩部２０８から可動磁石２１０まで測定された長さＬ１であって、キャリアヘッド１２０内の貫通孔１４２の上方部分１４４の深さＤ１、キャリアヘッド１２０とハウジング１８０との間の垂直方向の遊隙、固定磁石１８４の高さ、可動磁石２１０と１つ以上の固定磁石１８４との間の作業距離、又はこれらの組合せのうちの１つ以上に基づいて選択された長さＬ１を有しうる。１つ以上の実施形態において、長さＬ１が、約１０ｍｍ～約６０ｍｍ、例えば、約３０ｍｍ～約６０ｍｍでありうる。下方部分２０６は、肩部２０８から可動歯部２２０まで測定された長さＬ２であって、キャリアヘッド１２０内の貫通孔１４２の下方部分１４６の深さＤ２、保持リング１５０内の貫通孔１５６の深さＤ４、可動歯部２２０の高さＨ２、固定歯部と研磨パッド１１４との間の間隙、又はこれらの組合せのうちの１つ以上に基づいて選択された長さＬ２を有しうる。１つ以上の実施形態において、長さＬ２が、約１０ｍｍ～約６０ｍｍ、例えば、約３０ｍｍ～約６０ｍｍでありうる。

【0046】

幾つかの実施形態において、シャフト２０２の上方部分２０４に取り付けられた可動磁石２１０は、少なくとも部分的に、キャリアヘッド１２０の上面１３４の上方に配置されており、これにより、可動磁石２１０が、ハウジング１８０に取り付けられた１つ以上の固定磁石１８４の磁場の範囲内に垂直方向に配置されうる。幾つかの実施形態において、可動磁石２１０が、ネオジム磁石といった任意の適切な永久磁石でありうる。幾つかの代替的な実施形態において、可動磁石２１０は、強磁性材料とすることができ又は強磁性材料を含むことができる。１つ以上の実施形態において、強磁性材料は、鉄、ニッケル、コバルト、又はこれらの組合せを含むことができる。幾つかの実施形態において、強磁性材料は、非磁性材料又は磁性材料を覆うコーティングの形態でありうる。従って、可動磁石２１０は、永久磁石又は強磁性材料を含む任意の磁性材料として定義することができる。幾つかの好適な強磁性材料は、鉄、ニッケル、コバルト、又はそれらの組合せとすることができ、又はこれらを含むことができる。可動磁石２１０は、固定磁石１８４とキャリアヘッド１２０との間の垂直方向の遊隙、及び他の空間的制約に従って、任意の適切な大きさ及び形状を有しうる。幾つかの実施形態において、可動磁石２１０の大きさ及び形状が、固定磁石１８４の大きさ及び形状と一致することができ、これにより、対応する磁場同士が位置合わせされうる。１つ以上の実施形態において、可動磁石２１０は、約５ｍｍ～約２５ｍｍ、例えば約１０ｍｍ～約２０ｍｍの直径と、約２ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約２ｍｍ～約５ｍｍ、代替的に約５ｍｍ～約１０ｍｍの高さと、を有する円筒形でありうる。可動磁石２１０は、１つ以上の固定磁石１８４に面した上面２１２を有しうる。幾つかの実施形態において、可動磁石２１０の上面２１２と、１つ以上の固定磁石１８４の底面１８６と、の間で測定される距離Ｚ１が、約２０ｍｍ以下、例えば約１０ｍｍ以下、例えば約１ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約５ｍｍでありうる。

【0047】

幾つかの実施形態において、シャフト２０２の上方部分２０４上に、下方停止肩部２１４が形成されうる。１つ以上の実施形態において、下方停止肩部２１４とキャリアヘッド１２０の上面１３４との間の接触によって、リテーナ２００の下方への移動が制限されうる。１つ以上の実施形態において、バネ２１６が、キャリアヘッド１２０の肩部１４８とリテーナ２００の肩部２０８との間に配置され、リテーナをより低い位置に向かって付勢しうる。幾つかの実施形態において、バネ２１６は、任意の適切な圧縮バネ（例えば、コイルバネ又は板バネ）とすることができ又はこれを含みうる。幾つかの他の実施形態において、バネ２１６を省略することができ、リテーナ２００が、重力によってより下方の位置へと付勢されうる。

【0048】

幾つかの実施形態において、リテーナ２００が、図１の左側に示されるように、下向きにバイアス力が掛かった、下方停止肩部２１４が上面１３４に接触した状態の下方位置において始動することができる。下方位置では、距離Ｚ１が、約１０ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約１０ｍｍ～約１５ｍｍでありうる。回転中に、リテーナ２００が固定磁石１８４のうちの１つ以上の下を通過するときには、可動磁石２１０と１つ以上の固定磁石１８４との間の磁気的な吸引力が、図４Ａに示されるように、リテーナ２００を上方位置まで持ち上げることができる。上方位置では、距離Ｚ１が、約１ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約５ｍｍでありうる。幾つかの他の実施形態において、リテーナ２００が、下方位置と上方位置との間の中間位置まで持ち上げられうる。中間位置では、距離Ｚ１が、約３ｍｍ～約１５ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約１２ｍｍでありうる。

【0049】

幾つかの実施形態において、底面２２２から対向する上面２３０まで測定される可動歯部２２０の高さＨ２が、各固定歯部１５８の高さＨ１とほぼ等しくてよく又は高さＨ１より大きくてよく、例えば、約３ｍｍ以上、例えば、約３ｍｍ～約６０ｍｍ、例えば、約３ｍｍ～約３０ｍｍでありうる。幾つかの実施形態において、可動歯部２２０が、シャフト２０２の下方部分に固定的に取り付けられうる。幾つかの実施形態において、可動歯部２２０が、保持リング１５０の溝１６８の中に少なくとも部分的に配置されており、これにより、可動歯部２２０の垂直方向の移動が、可動歯部２２０の底面２２２と研磨パッド１１４との間の間隙Ｚ２を調節しうる。幾つかの実施形態において、可動歯部２２０のストローク長さが、約２０ｍｍ以下、例えば、約３ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば、約５ｍｍ～約１２ｍｍでありうる。幾つかの実施形態において、ストローク長さが、約１０ｍｍ以下、例えば約７ｍｍ以下でありうる。幾つかの実施形態において、リテーナ２００が下方位置にあるときの間隙Ｚ２が、約０ｍｍに等しい。幾つかの実施形態において、リテーナ２００が上方位置にあるときの間隙Ｚ２が、約３ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約１２ｍｍ、例えば約７ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約７ｍｍでありうる。幾つかの実施形態において、リテーナ２００が中間位置にあるときの間隙Ｚ２は、約１５ｍｍ以下、例えば約１０ｍｍ以下、例えば約０ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約９ｍｍ、代替的に約０ｍｍ～約７ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約６ｍｍでありうる。

【0050】

幾つかの実施形態において、間隙Ｚ２が、研磨スラリの取り込みを制御するよう制御されうる。例えば、保持リング１５０の前縁１９０で間隙Ｚ２を増減させることで、保持リング１５０の外側から基板１０へと研磨スラリを伝達するための断面流路面積を、対応して増減させることが可能である。幾つかの実施形態において、間隙Ｚ２が、研磨スラリの保持を制御するよう制御されうる。例えば、保持リング１５０の後縁１９２で間隙Ｚ２を増減させることで、基板１０から保持リング１５０の外側へと研磨スラリを伝達するための断面流路面積を、対応して増減させることが可能である。幾つかの実施形態において、断面積が、間隙Ｚ２に線形的に比例する。幾つかの実施形態において、リテーナ２００が上方位置にあるときには、最大体積の研磨スラリを溝１６８を介して伝達することが可能である。同様に、リテーナ２００が下方位置にあるときには、最小体積の研磨スラリを、溝１６８を介して伝達することが可能である。

【0051】

図４Ｃは、保持リング１５０の一実施形態の底面図であり、保持リング１５０に配置された複数の可動歯部２２０を示している。図４Ｄは、保持リング１５０の一実施形態の斜視図であり、保持リング１５０に配置された可動歯部２２０を示している。図４Ｃ及び図４Ｄを参照すると、可動歯部２２０は、複数の固定歯部１５８の寸法及び間隔に基づいて選択された大きさ及び形状を有しうる。底面２２２が、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はこれらの組み合わせを含むことができる。幾つかの実施形態において、底面２２２は、研磨パッド１１４に均一に接触するために、実質的に平面的でありうる。各可動歯部２２０は、保持リング１５０の中心線に向かって面する内面２２４と、内面２２４とは反対側の外面２２６と、を有する。幾つかの実施形態において、内面２２４及び外面２２６が、保持リング１５０の曲率と一致する曲面でありうる。１つ以上の実施形態において、内面２２４及び外面２２６が、各固定歯部１５８の内面１６２及び外面１６４とそれぞれ位置合わせされうる。幾つかの他の実施形態において、内面２２４及び外面２２６が真っすぐでありうる。各可動歯部２２０は、第１の側面２２８及び第２の側面２２８を有する。幾つかの実施形態において、第１の側面２２８と第２の側面２２８とは、図４Ｃに示されるように平行でありうる。幾つかの他の実施形態において、第１の側面２２８と第２の側面２２８とが、非平行でありうる。幾つかの実施形態において、第１の側面２２８及び第２の側面２２８が湾曲していてよい。１つ以上の実施形態において、可動歯部２２０が円筒形でありうる。１つ以上の実施形態において、第１の側面２２８と第２の側面２２８とは、内面２２４から外面２２６に移動するにつれて互いに分岐しうる。１つ以上の他の実施形態において、第１の側面２２８と第２の側面２２８とは、内面２２４から外面２２６に移動するにつれて互いに向かって収束しうる。１つ以上の実施形態において、第１の側面２２８及び第２の側面２２８は、隣接する固定歯部１５８の各隣接する側面１６６の角度と一致しうる。幾つかの実施形態において、方形に対する第１の側面２２８及び第２の側面２２８の角度α３が、約３０°～約６０°、例えば約４０°～約６０°、例えば約４０°～約５０°、例えば約４５°、例えば約４５°～約５０°、例えば約５０°でありうる。

【0052】

１つ以上の実施形態において、各可動歯部２２０が、第１の側面２２８と第２の側面２２８の間で測定された幅Ｗ２を有しうる。幾つかの実施形態において、幅Ｗ２は、第１の側面２２８及び第２の側面２２８のそれぞれと、隣接する固定歯部１５８の側面１６６と、の間に適切な遊隙をもたらすよう選択されうる。幾つかの実施形態において、内面２２４と外面２２６との間の径方向距離Ｒ２が、各固定歯部１５８の内面１６２と外面１６４との間の径方向距離Ｒ１とほぼ等しいとすることができる。

【0053】

図５Ａは、研磨システム１００の一実施形態の簡略化した上面図であり、固定磁石１８４の配置を示している。１つ以上の実施形態において、固定磁石１８４は、永久磁石、電磁石、又はこれらの組合せでありうる。本例では、単一のキャリアヘッド１２０が研磨パッド１１４の上に配置されているのが示されているが、実際には、研磨システム１００は、合計で２つ以上のこのようなキャリアヘッド、例えば４つのキャリアヘッドを含みうる。ヘッド掃引が使用されないときには、キャリアヘッド１２０及び（仮想線で示された）ハウジング１８０が静止したままでありうると理解されよう。代替的に、ヘッド掃引が使用されるときには、キャリアヘッド１２０及びハウジング１８０が、プラテン１１２に対して掃引しうる。幾つかの実施形態において、ハウジング１８０が、キャリアヘッド１２０に対して固定されている。幾つかの実施形態において、ハウジング１８０は、プラテン１１２に対して移動することができ、これにより、掃引中にキャリアヘッド１２０が回転する間ずっと、固定磁石１８４がキャリアヘッド１２０に追従して、可動磁石２１０の円弧との位置合わせを維持する。幾つかの実施形態において、キャリアヘッド１２０及びハウジング１８０が、Ｎ－Ｓ方向に掃引するよう構成されたＮ－Ｓトラック１９４（仮想線で示す）を辿りうる。幾つかの他の実施形態において、キャリアヘッド１２０及びハウジング１８０が、円弧に沿ってＥ－Ｗ方向に掃引するよう構成された湾曲した形状のＥ－Ｗトラック１９６（仮想線で示す）を辿りうる。

【0054】

本例では、研磨システム１００には、均等に分散された１２個の保持アセンブリ２００が設置されているが、任意の適切な数で任意に分散した保持アセンブリが、本明細書に記載するように使用されうる。保持アセンブリ２００は、図示されるように位置１～１２に配置されている。１つ以上の実施形態において、ハウジング１８０が、前縁１９０（例えば、位置１～６）のみに沿って配置された磁石を有することができ、後縁１９２（例えば、位置７～１２）には、固定磁石１８４が無い。本例では、ハウジング１８０は、前縁１９０に沿って位置１～６に６個の磁石を含んでいるが、任意の適切な数で任意に分散した固定磁石１８４が、本明細書に記載するように使用されうる。

【0055】

図５Ｂは、図５Ａの研磨システム１００の概略的な側方断面図である。図５Ｂを参照すると、保持アセンブリ２００のそれぞれが、バネ２１６によって下方位置へと付勢されうる。回転中に、各リテーナ２００及び対応する可動磁石２１０が、１つ以上の固定磁石１８４の磁場の少なくとも一部の下を通過する及び／又は当該少なくとも一部を通過する間、磁力によって可動磁石２１０が引き寄せされて、図５Ｂの右側に示すように、リテーナ２００が上方位置まで持ち上げられる。例えば、位置１２のリテーナ２００は、下方位置にある。キャリアヘッド１２０が、ＣＣＷ（反時計回り）に３０度回転したときには、リテーナ２００は位置１へと移動し、そこで、位置１にある固定磁石１８４と可動磁石２１０との間の磁力が、バネ２１６の下方バイアス力に勝って、リテーナ２００を上方位置へと移動させる。リテーナ２００が、ＣＣＷにさらに３０度移動して位置２に到達すると、位置２にある次の固定磁石１８４と可動磁石２１０との間の磁力によって、リテーナ２００が上方位置に維持される。幾つかの実施形態において、リテーナ２００が、約１００ｍｓ以下の応答時間、例えば約１０ｍｓ以下の応答時間を有することができ、ここで、応答時間とは、磁力が印加されたときにリテーナ２００が位置の間で移動する時間である。応答時間は、例えば、リテーナ２００が位置１に到達したときに始まりリテーナ２００が上方位置に達したときに終わるように、測定される。幾つかの実施形態において、応答時間が、リテーナ２００を移動させるための同等の空気圧システムよりも速い。

【0056】

幾つかの代替的な実施形態において、後述するために、リテーナ２００が上方位置へと付勢されてよく、磁力が、可動磁石２１０を引き寄せてリテーナ２００を引き上げる代わりに、可動磁石２１０を反発させて、リテーナ２００を押し下げてよい。幾つかの他の実施形態において、リテーナ２００が、上方位置と下方位置との間の中間位置へと付勢されうる。同じ全般的な動作原則が、本明細書に記載される各実施形態に適用されうる。

【0057】

幾つかの実施形態において、永久磁石及び／又は電磁石の固定磁石１８４が、上側位置と下側位置との間の様々な中間位置へと徐々に持ち上げることを誘導するために、様々な磁場強度を有しうる。

【0058】

幾つかの実施形態において、固定磁石１８４は、位置１と位置２の間で磁力が継続するように、互いに近接して間隔が置かれうる。幾つかの他の実施形態において、位置１にある固定磁石１８４と位置２にある固定磁石１８４とは、磁場が垂直方向で最も強く水平方向で最も弱くなるように、間隔が置かれうる。換言すれば、可動磁石２１０が、１つ以上の固定磁石１８４との垂直方向の位置合わせから遠ざかるにつれて、可動磁石２１０への磁力が下がるが、磁場同士は、隣り合う固定磁石１８４の間の領域内で重なり合うことができ、これにより、位置１から位置２へと移行する間、リテーナ２００を連続的に保持するために適切な磁場が存在しうる。

【0059】

幾つかの他の実施形態において、単に、磁気的な吸引力が一旦解消されると、リテーナ２００が上方位置から下がるために要する時間よりも速くリテーナ２００が位置の間で移動することから、リテーナ２００が、位置１と位置２との間で上方位置に連続的に維持されうる。

【0060】

幾つかの実施形態において、ハウジング１８０は、位置１～５及び位置１２に固定磁石１８４を有しうる。本構成は、リテーナ２００を（例えば、位置１２で）上方位置に持ち上げるため、及びリテーナを（例えば、位置５で）下方位置に下げるために要する時間を考慮しうる。換言すれば、リテーナ２００が、位置１２にある固定磁石１８４によって持ち上げられると、リテーナ２００は、位置１により近づくまで完全には上方位置に達しない可能性がある。

【0061】

幾つかの他の実施形態において、ハウジング１８０が、５個以下の固定磁石１８４を含むことができ、例えば５個以下、例えば４個以下、例えば３個以下、例えば２個以下、例えば１個の固定磁石１８４を含むことができる。１つ以上の実施形態において、ハウジング１８０が、位置２～５に、代替的には位置１～４に、４個の固定磁石１８４を含むことができる。幾つかの他の実施形態において、ハウジング１８０が、位置２～４に３個の固定磁石１８４を含むことができる。幾つかの他の実施形態において、ハウジング１８０が、位置３及び位置４に、２個の固定磁石１８４を含むことができる。幾つかの他の実施形態において、ハウジング１８０が、６個～およそ１２個の固定磁石１８４を含むことができ、例えば、９個の固定磁石を含むことができる。

【0062】

１つ以上の実施形態において、研磨システム１００が、図４Ｃに示すように、１８個の固定歯部１５８及び１８個の保持アセンブリ２００を含むときには、ハウジング１８０は、前縁１９０（例えば、位置１～９）に沿って９個の固定磁石を含んでよく、後縁１９２（例えば、位置１０～１８）には、固定磁石１８４が無い。１つ以上の関連する実施形態において、ハウジング１８０は、位置２～８に７個の固定磁石１８４を含むことができ、例えば、位置３～７に５個の固定磁石１８４、例えば、位置４～６に３個の固定磁石１８４を含むことができる。幾つかの他の実施形態において、ハウジング１８０は、位置１～８及び位置１８に、９個の固定磁石１８４を含むことができ、例えば、位置１～８に８個の固定磁石１８４、例えば、位置２～７に６個の固定磁石１８４、例えば、位置３～６に４個の固定磁石１８４、例えば、位置４及び位置５に、２個の固定磁石１８４を含むことができる。

【0063】

固定磁石１８４及び保持アセンブリ２００の、多数の他の数及び位置が本開示の範囲に入り、本開示は、以下の特許請求の範囲において具体的に列挙されるものを超えて限定することが意図されていないと理解されたい。

【0064】

幾つかの実施形態において、図５Ａ～図５Ｂの研磨システム１００は、化学ＣＭＰプロセスのために構成されうる。下向きの力及び／又は研磨剤（例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）又はセリア（ＣｅＯ_２））の効果から影響を受ける機械的プロセスとは対照的に、化学的ＣＭＰプロセスは、研磨速度及び均一性が、スラリの取り込み及び保持、スラリ温度、及び／又はスラリ流動効果から主に影響を受けるプロセスでありうる。幾つかの実施形態において、可動歯部２２０は基板１０に接触せず、その代わりに、研磨スラリの取り込み及び保持を制御するためだけの液体バリアとして機能する。

【0065】

図６Ａは、研磨システム１００の他の実施形態の簡略化された上面図である、固定磁石１８４の代替的な配置を示している。１つ以上の実施形態において、固定磁石１８４は、永久磁石、電磁石、又はこれらの組合せでありうる。

【0066】

本例では、研磨システム１００には、均等に分散された１２個の保持アセンブリ２００が設置されているが、任意の適切な数で任意に分散した保持アセンブリが、本明細書に記載するように使用されうる。保持アセンブリ２００は、図示されるように位置１～１２に配置されている。１つ以上の実施形態において、ハウジング１８０は、前縁１９０（例えば、位置１～６）に沿って、及び後縁１９２（例えば、位置７～１２）に沿って配置された磁石を有しうる。本例では、ハウジング１８０が、前縁１９０と後縁１９２の両方に沿った位置１～１２に１２個の磁石を含んでいるが、任意の適切な数で任意に分散した固定磁石１８４が、本明細書に記載するように使用されうる。

【0067】

図６Ｂは、図６Ａの研磨システム１００の概略的な側方断面図である。図６Ｂを参照すると、保持アセンブリ２００のそれぞれが、バネ２１６によって下方位置へと付勢されうる。本例では、固定磁石１８４は電磁石である。幾つかの実施形態において、本開示の電磁石は、強磁性コア、及びコアの周囲のワイヤコイルを含みうる。制御可能な磁場が、ワイヤを流れる直流電流によって形成される。磁場の強度は電流に比例し、磁場の向きが、電流の方向によって制御される。これらの原則を使用して、１つ以上の実施形態では、固定磁石１８４がそれぞれ、制御可能な強度と制御可能な向きとを有する別々に制御される磁場を有することが可能である。

【0068】

回転中に、各リテーナ２００及び対応する可動磁石２１０が、１つ以上の固定磁石１８４の磁場の少なくとも一部の下を通過する及び／又は当該少なくとも一部を通過する間、制御可能な磁場が印加され、リテーナ２００が持ち上げられうる。幾つかの実施形態において、磁場が、図６Ｂの右側に示されるように、リテーナ２００を上方位置まで持ち上げるよう制御されうる。幾つかの他の実施形態において、磁場は、図６Ｂの左側に示されるように、リテーナ２００を中間位置まで持ち上げるよう制御することができ、ここで、中間位置は、下側位置と上側位置との間の任意の位置である。１つ以上の実施形態において、バネ２１６が省略されてよく、１つ以上の固定磁石１８４の磁場が、リテーナ２００を下方位置に維持するように設定されうる。

【0069】

１つ以上の実施形態において、前縁１９０（例えば、位置１～６）の固定磁石１８４は、リテーナ２００を上方位置に維持するための磁場強度及び向きを有するよう制御することができ、後縁１９２の固定磁石１８４は、リテーナ２００を中間位置に維持するための磁場強度及び向きを有するよう制御することができる。幾つかの他の実施形態において、後縁１９２の固定磁石１８４は、リテーナ２００を下方位置に維持するための磁場強度及び向きを有するよう制御することができる。

【0070】

幾つかの実施形態において、交互のパターンを適用することができ、ここでは、固定磁石１８４が１つおきに（例えば、位置１、３、５、７、９及び１１）、リテーナ２００を上方位置に維持するよう制御されてよく、残りの固定磁石１８４（例えば、位置２、４、６、８、１０及び１２）が、リテーナ２００を下方位置に維持するよう制御されてよい。従って、交互のパターンによって、キャリアヘッド１２０の回転中に、保持アセンブリ２００の蛇のような動きを引き起こすことが可能である。幾つかの他の実施形態において、固定磁石１８４が、正弦波のパターンで保持アセンブリ２００を動かすよう制御されうる。

【0071】

幾つかの他の実施形態において、固定磁石１８４が、キャリアヘッド１２０の外周の付近の間隙Ｚ２を連続的に変更するよう制御されうる。例えば、間隙Ｚ２は、位置３及び位置４において最大値を有してよく、間隙Ｚ２は、位置４からＣＣＷ（反時計周り）に位置９へと動いた各後続位置において、及び位置３からＣＷ（時計周り）に位置１０へと動いた各後続位置において縮小してよく、これにより、間隙Ｚ２は、位置９及び位置１０で最小値を有する。キャリアヘッド１２０の外周の付近で保持アセンブリ２００を段階的に持ち上げることは、本明細書に記載される他の実施形態にも適用されうる。

【0072】

固定磁石１８４の他の多くの制御ストラテジは、本開示の範囲に入り、本開示は、以下の特許請求の範囲において具体的に列挙されるものを超えて限定することが意図されていないと理解されたい。

【0073】

幾つかの実施形態において、図６Ａ～図６Ｂの研磨システム１００は、化学ＣＭＰプロセスのために構成されうる。幾つかの実施形態において、可動歯部２２０は基板１０に接触せず、その代わりに、研磨スラリの取り込み及び保持を制御するためだけの液体バリアとして機能する。

【0074】

図７Ａは、研磨システム１００のさらに別の実施形態の簡素化された上面図である。１つ以上の実施形態において、各可動歯部２２０の下向きの力が、基板１０の外周の付近で研磨パッド１１４に可変的な力が加えられるように、別々に制御されうる。１つ以上の実施形態において、前縁１９０の１つ以上の固定磁石１８４（例えば、位置１～６）が、最小の下向きの力を加えるよう制御されうる。幾つかの実施形態において、最小の下向きの力は、負の上向きの力でありうる。同時に、後縁１９２の１つ以上の固定磁石１８４（例えば、位置７～１２）が、最大の下向き力を加えるよう制御されうる。

【0075】

幾つかの実施形態において、交互のパターンを適用することができ、ここでは、固定磁石１８４が１つおきに（例えば、位置１、３、５、７、９及び１１）、最小の下向きの力を加えるよう制御されてよく、残りの固定磁石１８４（例えば、位置２、４、６、８、１０及び１２）が、最大の下向きの力を加えるよう制御されてよい。したがって、交互のパターンは、研磨パッド１１４上に保持アセンブリ２００による、低周波数の変動する下向きの力を引き起こすことが可能である。

【0076】

図７Ｂは、図７Ａの研磨システム１００の概略的な側方断面図である。図７Ｂを参照すると、各固定磁石１８４は、歪みゲージ１８８によってハウジング１８０の底面１８２に間接的に取り付けられうる。本開示の歪みゲージは、固定磁石１８４のそれぞれに対する力を測定するよう、張力が掛かった状態及び／又は圧縮された状態で機能しうる。１つ以上の実施形態において、固定磁石１８４は、永久磁石、電磁石、又はこれらの組合せでありうる。１つ以上の実施形態において、歪みゲージ１８８からのフィードバックを使用して、下向きの力を制御することが可能である。

【0077】

図７Ｂに示されるように、バネ２１６を、下方停止肩部２１４とキャリアヘッド１２０の上面１３４との間に配置して、リテーナ２００を上方位置に向かって付勢することができる。このような実施形態において、キャリアヘッド１２０の肩部１４８を、上方停止肩部とすることができ、肩部１４８とリテーナ２００の肩部２０８との間の接触によって、リテーナ２００の上方への移動を制限することが可能である。幾つかの他の実施形態において、各可動歯部２２０の上面２３０を、上方停止肩部とすることができ、上面２３０と保持リング１５０内の溝１６８の肩部１７０との間の接触によって、リテーナ２００の上方への移動を制限することが可能である。

【0078】

幾つかの他の実施形態において、バネ２１６が、リテーナ２００を下方位置に向かって付勢するよう配置されうる。幾つかの実施形態において、バネ２１６が省略されうる。

【0079】

１つ以上の実施形態において、固定磁石１８４の磁場の向きが、リテーナ２００に対して下向きの力を加えるよう制御されうる。幾つかの実施形態において、トップダウンの観点から、固定磁石１８４の磁場は、可動磁石２１０がＳ－Ｎ方向に配向されているときには、Ｎ－Ｓ方向に配向されうる。幾つかの他の実施形態において、同様にトップダウンの観点から、固定磁石１８４の磁場は、可動磁石２１０がＮ－Ｓ方向に配向されているときには、Ｓ－Ｎ方向に配向されうる。いずれの場合も、固定磁石１８４の磁場が可動磁石２１０を反発させることになる。

【0080】

１つ以上の実施形態において、可動歯部２２０が、基板１０を保持するための保持歯部として機能しながら、基板１０と接触しうる。１つ以上の実施形態において、可動歯部２２０が、研磨パッド１１４に対して下向きの力を加えうる。幾つかの他の実施形態において、複数の固定歯部１５８が、基板１０を保持すること及び／又は研磨パッド１１４に下向きの力を加えることができる。換言すれば、複数の固定歯部１５８垂直方向位置と可動歯部２２０の垂直方向位置とが、幾つかの他の実施形態に対して逆にされてよく、これにより、隣り合う可動歯部２２０の側面の間に、研磨スラリを伝達するための溝が形成される。１つ以上の実施形態において、溝が、従来の保持リングの溝の幅とほぼ等しい幅を有しうる。幾つかの実施形態において、幅は、約３ｍｍ～約２５ｍｍ、例えば、約３ｍｍ～約１３ｍｍ、例えば、約６ｍｍでありうる。

【0081】

１つ以上の実施形態において、固定歯部１５８のそれぞれが、従来の保持リングの溝の深さとほぼ等しい間隙Ｚ２だけ、研磨パッド１１４から垂直方向に間隔が置かれうる。幾つかの実施形態において、間隙Ｚ２は、約５ｍｍ～約１２ｍｍ、例えば約７ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約７ｍｍでありうる。幾つかの実施形態において、固定歯部１５８のそれぞれが、基板１０の厚さ以上にほぼ等しい距離だけ、研磨パッド１１４から間隔が置かれうる。

【0082】

幾つかの実施形態において、各可動歯部２２０によって研磨パッド１１４に下向きの力が加えられる間、反対方向の等しい反力が、可動磁石２１０によって固定磁石１８４に対して加えられうる。上方への反力は、各可動歯部２２０によって研磨パッド１１４に加えられる下向きの力の大きさについてのリアルタイムフィードバックを提供するために、１つ以上の歪みゲージ１８８によって測定されうる。従って、歪みゲージ１８８を使用することによって、加えられた下向きの力を連続的に監視して、調整することが可能である。

【0083】

幾つかの実施形態において、図７Ａ～図７Ｂの研磨システム１００は、機械的ＣＭＰプロセスのために構成されうる。幾つかの実施形態において、可動歯部２２０が、基板１０を保持する保持歯部として機能しながら、基板１０と接触しうる。いくつかの他の実施形態において、可動歯部２２０は、基板１０と接触せず、その代わりに、研磨スラリの取り込み及び保持を制御するためだけの液体バリアとして機能する。

【0084】

磁気的な制御を使用する本開示の実施形態は、他の利点の中でも、非接触の動作を提供する。特に、固定磁石１８４と可動磁石２１０との間の相互作用が、非接触的である。換言すれば、動作中にデブリでブロックされ又は覆われる可能性がある嵌合部品が互いに物理的に接触するのを可能とすることなく、垂直方向の力が保持アセンブリ２００に加えられる。

【0085】

１つ以上の実施形態において、保持アセンブリ２００は、空気圧システムを使用して制御されうる。幾つかの実施形態において、固定磁石１８４及び可動磁石２１０の代わりに、複数の空気圧供給ラインが、空気圧を供給して保持アセンブリ２００のそれぞれを動かすために使用されうる。１つ以上の実施形態において、スリップリングが、ハウジング１８０と保持アセンブリ２００との間に空気圧供給ラインを接続するために使用されうる。１つ以上の実施形態において、単一の空気圧供給ラインが、空気圧を供給して各リテーナ２００を第１の方向に移動させることができ、バネ２１６が、各リテーナ２００を反対方向に付勢するために使用されうる。幾つかの他の実施形態において、第１の空気圧供給ラインが、空気圧を供給して各リテーナ２００を第１の方向に移動させることができ、第２の空気圧供給ラインが、空気圧を供給して各リテーナ２００を反対方向に移動させることができる。幾つかの実施形態において、空気圧システムが、約２５０ｍｓ以上の応答時間を有しうる。

【0086】

１つ以上の実施形態において、研磨システム１００は、一般にフィードバック制御システムと称されうる閉ループ制御システムを含みうる。１つ以上の実施形態において、閉ループ制御システムは、リアルタイムで稼働しうる。幾つかの実施形態において、閉ループ制御システムは、各可動歯部２２０によって加えられる下向きの力を別々に監視して制御することができる。幾つかの実施形態において、閉ループ制御システムは、各可動歯部２２０と研磨パッド１１４との間の間隙Ｚ２を別々に監視して制御することができる。１つ以上の実施形態において、閉ループ制御システムは、渦電流センサ及び／又は光学センサからの入力を受信して、ウエハ厚さ及び／又はウエハの非均一性をその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）測定することができる。幾つかの実施形態において、プラテン１１２上又はプラテン１１２の内部のセンサが、ウエハ厚さを感知することができる。幾つかの実施形態において、その場での測定が、膜の圧力及び／又は下向きの力を制御するために使用されうる。例えば、膜の圧力が、ウエハをより均一に研磨するために、膜１３８の様々なゾーンに亘って調整されうる。

【0087】

幾つかの実施形態において、閉ループ制御システムが、保持アセンブリ２００の下向きの力の能動的な制御を行うことが可能である。幾つかの実施形態において、閉ループ制御システムは、研磨パッド１１４上の各可動歯部２２０により加えられた下向きの力の大きさについてリアルタイムのフィードバックを提供する、歪ゲージ１８８のそれぞれからの信号を受信することが可能である。さらに、閉ループ制御システムは、ウエハ上に形成された材料層の厚さを検出するよう配置されウエハ１０の厚さプロファイル及び／又はウエハ１０のエッジプロファイルを検出するために使用される１つ以上の渦電流センサ及び／又は光学センサから、信号を受信することが可能である。幾つかの実施形態において、前述の信号を利用して、各可動歯部２２０の加えられた下向きの力を連続的に監視して調整することが可能である。幾つかの実施形態において、最適な下向きの力は、膜１３８の圧力、研磨パッド１１４の回転速度、研磨パッド１１４の反発速度、ウエハ１０の回転速度、及びスラリ組成物を含むパラメータに依存しうる。幾つかの実施形態において、最適な下向きの力が、実験的に決定されうる。

【0088】

ＣＭＰプロセスの一例において、閉ループ制御システムが、過剰な下向きの力から生じた、ウエハ１０のエッジでの厚さの不均一性を特定したときには、閉ループ制御システムは、各可動歯部２２０の下向きの力を能動的に低減することができる。代替的に、閉ループ制御システムが、不十分な下向きの力から生じた、ウエハ１０のエッジにおける厚さの不均一性を特定したときには、フィードバック制御システムは、各可動歯部２２０の下向きの力を能動的に増大させることができる。幾つかの実施形態において、不均一性は、１つ以上の可動歯部２２０の下向きの力を別々に調整することによって、場合によっては、１つ以上の可動歯部２２０の下向きの力と、研磨ヘッドの外側ゾーンによって加えられる圧力と、を調整することによって、補正することができる。幾つかの実施形態において、各可動歯部２２０によって加えられる下向きの力の大きさが、リアルタイムで不均一性を低減するために厳密に制御されうる。幾つかの実施形態において、各可動歯部２２０の下向きの力が、可動歯部２２０とウエハ１０のエッジとの間の間隙における研磨パッド１１４の減圧を限定するために選択されうる。

【0089】

幾つかの他の実施形態において、閉ループ制御システムは、各可動歯部２２０の底面２２２と研磨パッド１１４との間の間隙Ｚ２の能動的制御を行うことが可能である。幾つかの実施形態において、閉ループ制御システムは、保持アセンブリ２００、可動歯部２２０、キャリアヘッド１２０、又は保持リング１５０のうちの１つ以上に接続されたセンサから信号であって、対応する各可動歯部２２０と研磨パッド１１４との間の間隙Ｚ２のリアルタイムのフィードバックを提供する信号を受信することが可能である。さらに、閉ループ制御システムは、ウエハ１０の厚さプロファイル及び／又はウエハ１０のエッジプロファイルを示す、１つ以上の渦電流センサ及び／又は光学センサからの信号を受信することが可能である。幾つかの実施形態において、使用中に固定歯部１５８の底面１６０が摩耗するにつれて、各溝１６８の深さＤ３が縮小されうる。幾つかの実施形態において、深さＤ３は、保持リング１５０の使用に比例しうる。従って、保持リング１５０の使用履歴が、閉ループ制御システムへの他の入力でありうる。幾つかの実施形態において、前述の信号を利用して、各可動歯部２２０の間隙Ｚ２を連続的に監視し調整して、スラリの取り込み及び／又は保持を制御することが可能である。

【0090】

例えば、閉ループ制御システムが、スラリの取り込み及び／又は保持を調節することで補正しうる厚さの不均一性を特定したときには、閉ループ制御システムは、不均一性を補正するために、各可動歯部２２０の間隙Ｚ２を能動的に調節することができる。代替的に、閉ループ制御システムが、１つ以上の溝１６８の深さＤ３の変化を特定したときには、閉ループ制御システムは、当該変化を補償するために、各可動歯部２２０の間隙Ｚ２を能動的に調整することができる。幾つかの実施形態において、各可動歯部２２０の間隙Ｚ２が、研磨スラリを節約するために選択されうる。

【0091】

先の記載は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】