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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-04
(54)【発明の名称】変動的なエッジ制御を含む研磨キャリアヘッド
(51)【国際特許分類】
B24B 37/30 20120101AFI20240226BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20240226BHJP
【ＦＩ】
B24B37/30 E
H01L21/304 622G
H01L21/304 622R
H01L21/304 622K
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023553543
(86)(22)【出願日】2022-03-01
(85)【翻訳文提出日】2023-11-02
(86)【国際出願番号】 US2022018344
(87)【国際公開番号】W WO2022187249
(87)【国際公開日】2022-09-09
(31)【優先権主張番号】63/156,895
(32)【優先日】2021-03-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ズニガ， スティーブン エム．
(72)【発明者】
【氏名】ナーゲンガスト， アンドリュー ジェー．
(72)【発明者】
【氏名】グルサミー， ジェイ
【テーマコード（参考）】
3C158
5F057
【Ｆターム（参考）】
3C158AA07
3C158AB04
3C158AC02
3C158BA05
3C158BA09
3C158BC01
3C158CB01
3C158CB10
3C158DA12
3C158DA17
3C158EA13
3C158EB01
5F057AA02
5F057AA31
5F057BA11
5F057BA15
5F057CA11
5F057DA03
5F057EC24
5F057FA19
5F057FA20
5F057GA02
5F057GA12
5F057GA16
5F057GA27
5F057GB02
5F057GB03
5F057GB13
5F057GB20
(57)【要約】
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、ハウジングと、アクチュエータによってハウジングに対して垂直方向に移動可能な環状体と、環状体より下方に延在するよう固定されており第１の環状膜と環状体との間に少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバを形成する第１の環状膜と、少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバに接続された少なくとも１つの圧力供給線と、を含む。環状体が、上部と、上部から下方に突出する少なくとも１つの下側ポストと、を含み、少なくとも１つの下側ポストが、少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバの内部に位置する。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項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、ハウジングと、
アクチュエータによって前記ハウジングに対して垂直方向に移動可能な環状体であって、上部と、当該上部から下方に突出する少なくとも１つの下側ポストとを含む、環状体と、
前記環状体より下方に延在するよう固定された第１の環状膜であって、前記第１の環状膜と前記環状体との間に少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバを形成し、前記少なくとも１つの下側ポストが前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバの内部に位置する、第１の環状膜と、
前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバに接続された少なくとも１つの圧力供給線と、
を備えた、キャリアヘッド。
【請求項2】
前記アクチュエータが、前記ハウジングと前記環状体との間に設けられた加圧可能なブラダを含む、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項3】
前記加圧可能なブラダの底面が環状の凹部を含み、前記環状体が、前記環状の凹部内へと延びる上側環状ポストを含む、請求項２に記載のキャリアヘッド。
【請求項4】
前記加圧可能なブラダの前記底面が、前記環状体の前記上側環状ポストに対して下向きの圧力を印加するよう構成されている、請求項３に記載のキャリアヘッド。
【請求項5】
前記第１の環状膜の底面が、荷重領域内にある前記基板に圧力を印加するよう構成され、前記荷重領域が、前記ブラダ内の圧力及び前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバ内の圧力によって制御された大きさを含む、請求項２に記載のキャリアヘッド。
【請求項6】
前記環状体が、前記アクチュエータと係合するための上部と、当該上部に固定されており第１のチャンバを画定する第２の環状膜と、を含み、前記少なくとも１つの下側ポストが、前記第２の環状膜の底部に固定されおり、前記第２の環状膜が、前記第１のチャンバ内の圧力上昇に応じて下向きに変形して、前記少なくとも１つの下側ポストを、前記第１の環状膜の上面に接触して力を加えるために下方に変位させるよう構成されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項7】
前記アクチュエータが加圧可能なブラダを含み、上側ポストが、前記第２の環状膜の上面から前記ブラダ内へと上方に垂直方向に突出している、請求項６に記載のキャリアヘッド。
【請求項8】
前記少なくとも１つの下側ポストが、前記第１のチャンバ内の圧力が上昇したときに、前記第１の環状膜の前記上面と接触しない、請求項６に記載のキャリアヘッド。
【請求項9】
前記少なくとも１つの下側ポストが、前記環状体の端部に固定された第１の下側ポストと、前記第２の環状膜の底部に固定された第２の下側ポストと、を含む、請求項６に記載のキャリアヘッド。
【請求項10】
前記第１の下側ポストが、内方に突出するフランジを含む、請求項９に記載のキャリアヘッド。
【請求項11】
前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバが２つのチャンバを含み、前記２つのチャンバのそれぞれが、複数の前記圧力供給線のうちの１つを介して、それぞれの圧力供給部に接続されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項12】
前記少なくとも１つの下側ポストが、内方に突出するフランジを含む、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項13】
前記少なくとも１つの下側ポストが、前記環状体の端部に固定されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項14】
前記少なくとも１つの下側ポストが、内方に突出するフランジを含む、請求項１３に記載のキャリアヘッド。
【請求項15】
前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバが３つのチャンバを含み、前記３つのチャンバのそれぞれが、前記少なくとも１つの下方ポストのうちの１つを取り囲み、前記３つのチャンバのそれぞれが、複数の前記圧力供給線のうちの１つを介して、それぞれの圧力供給部に接続されている、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項16】
複数の圧力供給部を含み、前記複数の圧力供給部のうちの各圧力供給部は、複数の前記圧力供給線のそれぞれの圧力供給線に結合されており、各圧力供給部は、前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバ内の圧力を別々に調整することが可能である、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項17】
前記第１の環状膜がエラストマで作製される、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項18】
前記第１の環状膜がプラスチックで作製される、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項19】
前記第１の環状膜が、前記基板の上面上の或る領域に接触するよう構成されており、当該或る領域が、前記基板のエッジを起点とした幅が４～６ｍｍのリング形状として径方向内側に広がる、請求項１に記載のキャリアヘッド。
【請求項20】
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第１の環状膜と、
荷重の組み合わせが基板に掛けられる荷重領域の大きさを制御する手段であって、前記荷重の組み合わせが、圧力及び集中した力のうちの少なくとも１つを含む、荷重領域の大きさを制御する手段と、
前記荷重領域内で前記基板に印加される前記圧力を制御する手段と、
前記荷重領域内の集中領域内で前記基板に加えられる前記集中した力を制御する手段と、
を含む、キャリアヘッド。
【請求項21】
環状体より下方に延在するよう固定された第１の環状膜であって、前記第１の環状膜と前記環状体との間に少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバを形成し、少なくとも１つの下側ポストが前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバの内部に位置する、第１の環状膜をさらに含み、前記荷重領域の前記大きさが、前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバの形状によって制御され、前記形状が、前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバ内の圧力に基づいて変更可能であり、
前記基板に加えられる前記集中した力が、前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバ内の前記圧力に少なくとも部分的に基づいて制御される、請求項２０に記載のキャリアヘッド。
【請求項22】
前記少なくとも１つの下側ポストが、前記少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバ内の前記圧力に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の環状膜の上面に接触して、当該上面に対して前記集中した力を加えるよう構成されている、請求項２１に記載のキャリアヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して化学機械研磨に関し、より詳細には基板エッジの近傍での研磨速度の制御に関する。
【背景技術】
【0002】
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、これらの層を連続的に処理することによって、基板（例えば、半導体ウエハ）上に形成される。
【0003】
１つの製造ステップは、非平面の上に充填層を堆積させることと、充填層を平坦化することと、を含む。或る特定の用途について、充填層は、パターニングされた層の上面が露出するまで、又は所望の厚さが下層の上に残された状態になるまで平坦化される。加えて、平坦化は、リソグラフィのために、基板の表面、例えば誘電体層を平坦化するために使用されうる。
【0004】
化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）は、平坦化の１つの認められた方法である。この平坦化の方法では、通常、基板をキャリアヘッド上に取り付けることが必要となる。基板の露出表面が、回転する研磨パッドに当たるように配置される。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに押し付けるために、基板に対して制御可能な荷重を与える。幾つかの研磨機械では、キャリアヘッドが、複数の別々に加圧可能な径方向同心円状のチャンバを形成する膜を含み、ここで、各チャンバ内の圧力が、基板上の各対応する領域内の研磨速度を制御する。研磨粒子を含むスラリといった研磨液が、研磨パッドの表面に供給される。
【発明の概要】
【0005】
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、ハウジングと、アクチュエータによってハウジングに対して垂直方向に移動可能な環状体と、環状体より下方に延在するよう固定されており第１の環状膜と環状体との間に少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバを形成する第１の環状膜と、少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバに接続された少なくとも１つの圧力供給線と、を含む。環状体が、上部と、上部から下方に突出する少なくとも１つの下側ポストと、を含み、少なくとも１つの下側ポストが、少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバの内部に位置する。
【0006】
特定の実施形態が、限定するものではないが、以下の想定される利点の１つ以上を含む。
【0007】
記載された技術によって、研磨中の基板の全体的な均一性を改善することが可能である。本システムは、様々な領域にわたって様々な分散された圧力を印加し、かつ基板のエッジ領域の様々な位置で１つ以上の集力させた力を加えることで、基板のエッジでの荷重分布を調整することが可能である。本システムは、第１の環状膜によって形成される１つ以上の加圧可能なチャンバ内の１つ以上の圧力を調整して、荷重領域と、基板にわたり分散される圧力の量と、を変更することが可能である。
【0008】
本システムはまた、１つ以上の下方に突出した下側ポストを有する環状体を含みうる。本システムは、様々な圧力供給部を使用することで第２の環状膜を変形させて、１つ以上の下側ポストを、基板の１つ以上の対応する集中領域に接触して１つ以上のそれぞれの集中した力を加えるために実質的に下方に変位させることが可能である。それぞれの集中した力が加えられる集中領域の位置は、環状体に取り付けられた下側ポストの形状、位置、数を変更することで調整することも可能である。
【0009】
従って、本システムは、様々なエッジ研磨プロファイルに容易に適合し、かつ、基板の環状エッジ領域に加えられる力の組み合わせを調整して、当該領域内の研磨速度をカスタマイズすることが可能である。幾つかの実施形態において、本システムは、上記領域の少なくとも１つの部分に対する有効圧力を上げ、上記領域の他の部分に対する有効圧力を下げて、基板における特定領域の研磨速度を調整することが可能である。従って、基板上の層の環状エッジ領域の研磨プロセスを、より高い精度で動的に制御することが可能である。
【0010】
より具体的には、エッジ領域の有効圧力及び有効面積の大きさが、各チャンバからの荷重の組み合わせ（即ち、分散した力、及び集中した力）に基づいて決定される。ウエハの外側部分に対して特定の圧力分布を適用するための、より大きなフレキシビリティが提供される。
【0011】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の明細書において記載する。他の特徴、課題、及び利点が、明細書の記載及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】研磨装置の一例の概略的な断面図を示す。
【図2】キャリアヘッドの概略的な断面図を示す。
【図3】基板のエッジ領域に対する圧力を制御するための圧力制御アセンブリの概略的な断面図である。
【図4A-C】圧力制御アセンブリの他の例を示す。
【図5A-C】圧力制御アセンブリがどのように基板の或る領域に有効な力を加えるかを概略的に示す。
【図10】研磨中の圧力制御アセンブリを使用した例示的なエッジプロファイル制御プロセスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
様々な図面における類似した参照符号及び記号表示は、類似した要素を示している。
【0014】
理想化されたプロセスでは、キャリアヘッド及びプラテンの回転に因り、基板上の研磨速度が、基板の回転軸から径方向に均一になるであろう。しかしながら実際は、研磨プロセスにおいて、研磨速度に径方向のばらつきが生じうる。その上、研磨される基板には初期の径方向の不均一性がある可能性があり、即ち、最上層は、初期の厚さが基板の回転軸から径方向に沿って変わる可能性がある。
【0015】
基板の様々な領域の間の研磨速度のばらつき、若しくは基板の不均一な初期プロファイル、又はその両方により、基板の様々な領域が、様々な時間に自身の目標厚さに達する可能性がある。
【0016】
より具体的には、基板の様々な領域は、当該領域の研磨が同時に停止された場合には所望の厚さに達しないこともあり、その結果、基板の厚さプロファイルが不均一になる。特に、幅が約１０ｍｍで、基板のエッジから約４～６ｍｍの位置から始まる環状の領域（「チェックマーク領域（ｃｈｅｃｋｍａｒｋ ｒｅｇｉｏｎ）」とも呼ばれる）が、実質的に不均一性に悩まされる可能性がある。特に、チェックマーク領域は研磨速度がより遅く、又は研磨プロセス後の基板の中心領域と比べると、研磨が不十分である。
【0017】
チェックマーク領域内の研磨速度を修正するための或る手法は、キャリアヘッドの最も外側のチャンバ内の圧力を変更することである。これにより、基板のエッジ領域、例えば基板の外側１５～２０ｍｍに対する圧力が変化する。しかしながら、最も外側のチャンバ内の圧力を上げると、結果的に、基板の外側１～２ｍｍが重度に過剰に研磨される可能性がある。
【0018】
しかしながら、本明細書に記載の技術を採用したキャリアヘッドは、圧力分布への優れた制御を提供し、基板エッジ付近の不均一性を低減することが可能である。キャリアヘッドは、圧力制御アセンブリを含むことができ、この圧力制御アセンブリは、１つ以上の加圧可能なチャンバを形成する第１の環状膜と、下方に押し出される１つ以上の下側ポストを有する環状体と、を含む。任意選択的に、環状体が、他の加圧可能な環状チャンバを形成するための第２の環状膜を含みうる。実際には、本システムは、コントローラによって、環状膜により形成される各チャンバで圧力を調整し、上記アセンブリと基板との間の接触領域の大きさと、当該接触領域に対する圧力と、の両方を制御することが可能である。上記チャンバはまた、他の環状チャンバ内の異なる圧力に因り変形しうる。特に、他のチャンバは、１つ以上の下側ポストを、基板の重点領域に接触して力を加えるために下方に変位させるよう変形しうる。上記アセンブリは、基板における制御可能な接触領域の範囲内で分散した力を加えることが可能であり、若しくは、基板における制御可能な集中領域で集中した力を加えることが可能であり、又はその両方を対応して行うことが可能である。
【0019】
従って、本システムは、基板のエッジ領域において、分散した力と集中した力の様々な組み合わせを、精度が高く制御可能なやり方で適用することができる。このことから、本システムは、基板におけるエッジ領域の研磨を効果的に制御することができ、基板のエッジ領域における不均一性を低減することが可能となる。
【0020】
図１は、研磨装置１００の一例を示している。研磨装置１００は、回転可能な円盤状のプラテン１２０を含み、このプラテン１２０上に研磨パッド１１０が位置している。プラテン１２０は、軸１２５の周りを回転するよう動作可能である。例えば、モータ１２１が、駆動シャフト１２４を回してプラテン１２０を回転させることが可能である。研磨パッド１１０は、例えば接着層によって、プラテン１２０に取り外し可能に固定されうる。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を含む二層研磨パッドでありうる。
【0021】
研磨装置１００は、研磨パッド１１０の上に研磨液１３２（研磨スラリなど）を供給するための分注ポート１３０を含みうる。研磨装置はまた、研磨パッド１１０を磨いて研磨パッド１１０を一貫した研磨状態に維持するための研磨パッドコンディショナも含みうる。
【0022】
研磨装置１００は、研磨パッド１１０に当接して基板１０を保持するよう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上の複数のゾーンのそれぞれについて、例えば圧力などの研磨パラメータを独立して制御するよう構成されうる。
【0023】
キャリアヘッド１４０は、例えばカルーセルのような支持構造１５０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に接続されており、これにより、キャリアヘッドは軸１５５の周りで回転することが可能である。任意選択的に、キャリアヘッド１４０は、例えばカルーセル１５０上のスライダを、横方向に振動することが可能であり、又は、カルーセル自身の回転振動によって振動することが可能である。稼働中に、プラテンが自身の中心軸１２５周りに回転させられ、各キャリアヘッドが、自身の中心軸１５５周りに回転させられ、研磨パッドの上面を横切って横方向に移動する。
【0024】
キャリアヘッド１４０は、駆動シャフト１５２に接続可能なハウジング１４４と、可撓性の中央膜１８２の上方に延在する支持プレート１８４と、可撓性の中央膜１８２を取り囲む環状圧力制御アセンブリ１９５と、環状圧力制御アセンブリ１９５を取り囲み可撓性の中央膜１８２の下方で基板１０を保持する保持リング１４２と、を含みうる。
【0025】
可撓性の中央膜１８２の下面が、基板１０の取り付け面を提供する。可撓性の中央膜１８２は、支持プレート１８４に固定された１つ以上のフラップを含み、１つ以上の加圧可能なチャンバを形成することができる。上記のチャンバは、それぞれの圧力供給線１８３を介して１つ以上の圧力供給部１８１に接続されており、研磨の際には基板の内側領域（例えば、基板のエッジから少なくとも６ｍｍ離れた領域）に異なる圧力を印加し、これにより、本システムは、基板内のそれぞれの領域でのそれぞれの研磨速度を調整することが可能である。
【0026】
圧力制御アセンブリ１９５はまた、１つ以上の加圧可能なチャンバを形成することができる。各加圧可能なチャンバは、それぞれの圧力供給線１８３を介して異なる圧力供給部１８１に接続されている。圧力制御アセンブリ１９５の詳細な構造的説明については、以下で述べる。
【0027】
研磨装置は、バルブアセンブリ１８９、例えば、様々なチャンバを様々な圧力供給部に制御可能に接続する装置をさらに含みうる。例えば、バルブアセンブリは、図１に示すように、キャリアヘッド１４０のハウジング１４４の上に取り付けられうる。他の例について、バルブアセンブリは、キャリアヘッド１４０内の支持プレート１８４の上に取り付けられうる。代替的に、上述したように、各チャンバがまた、圧力供給線１８３を介して圧力供給部１８１に直接的に接続されうる。
【0028】
研磨装置は、圧力制御アセンブリ１９５内に形成される各チャンバ内の圧力を制御するコントローラ１９０を含みうる。例えば、圧力バルブアセンブリ１８９が使用されている場合には、圧力制御アセンブリの各チャンバは、それぞれの圧力出力線１８７を介してバルブアセンブリ１８９内の専用バルブに接続することが可能である。各圧力出力線１８７は、ハウジング１４４を貫通する通路、若しくは可撓性チューブ、又はその両方によって提供されうる。図１では、図示を容易にするために圧力出力線１８７が１つだけ示されているが、圧力制御アセンブリ１９５内のチャンバごとに別々の圧力出力線１８７が存在することになる。
【0029】
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線１８３を介して複数の圧力入力を受け取ることが可能である。繰り返しになるが、図１では、図示を容易にするために１つの圧力供給線１８３と１つの圧力源１８１のみが示されているが、より多くの圧力供給線、例えば８～１６個の圧力供給線が存在することができ、より多くの圧力源、例えば８～１６個の圧力源が存在することができる。圧力供給線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／又は可撓性チューブ、及び、ハウジング１４４を通って延びるロータリユニオン２１４によって提供されうる。圧力は、定常型の構成要素、例えば圧力源１８３から、ロータリ空気圧ユニオン１５６を介して、キャリアヘッド１４０に送ることが可能である。
【0030】
図２は、キャリアヘッド１４０の概略的な断面図を示している。キャリアヘッド１４０は、支持プレート１８４と、複数の環状の又は角度が付いたフラップ２０４を有する中央膜１８２と、を含む。フラップは、クランプによって支持プレート１８４に固定されうる。中央膜１８２は、柔軟でやや弾性のある材料、例えばシリコーンゴム又はネオプレンといったゴムで作製することが可能である。上記膜は、金型を使用して熱硬化性材料から形成することができ、これにより、成形される膜は、単一の本体として形成される。
【0031】
幾つかの実施形態において、支持プレート１８４が、プラスチック又はゴム、例えばシリコーンゴム又はネオプレンなどで形成された撓み部２１０、例えば環状膜によって、ハウジング１４４に結合されうる。撓み部２１０の内側エッジは、支持プレート１８４の上部とクランプリング２１２との間でクランプすることができ、撓み部の外側エッジは、保持リング１４２とハウジング１４４との間でクランプすることができる。
【0032】
支持プレート１８４とハウジング１４４との間の領域を、拡張可能なシール２２０によって、例えば可撓性の膜又はベローズによってシールして、ハウジング１４４と支持プレート１８４との間に加圧可能な上部チャンバ２２２を形成することが可能である。
【0033】
代替的に、撓み部２１０がシールを提供することが可能であろう。上部チャンバ２２２内の圧力は、このようにして、支持プレート１８４の垂直方向のポジション、又は中央膜１８２に対する支持プレート１８４の下向きの力を制御することが可能である。幾つかの実施形態において、上部チャンバ２２２内の圧力は、研磨パッドに対する保持リング１４２の圧力を制御することが可能である。幾つかの実施形態において、中央膜１８２がハウジング１４４に直接的にクランプされ、即ち、別個の支持プレート１８４が省略されその機能がハウジング１４４によって提供される。
【0034】
キャリアヘッド１４０は、保持リング１４２と中央膜１８２との間に配置された環状圧力制御アセンブリ１９５をさらに含む。上記アセンブリ１９５は、ハウジング１４４の下方、例えば撓み部２１０の下方に位置するアクチュエータ２５６を含む。幾つかの実施形態において、アクチュエータ２５６の上部を、撓み部２１０の底面によって拘束することができ、これにより、アクチュエータ２５６の上部は垂直方向に移動することが出来ない。
【0035】
アクチュエータ２５６は、加圧可能なブラダ２８５を有することができ、加圧可能なブラダ２８５は、それぞれの圧力出力線１８７に接続され、又は圧力供給チェーン１８３（図示せず）と直接的に接続されている。バルブアセンブリ１８９又は圧力供給部１８１は、加圧可能なブラダ２８５のための圧力を供給又は変更することが可能である。ブラダ２８５は、プラスチックや又はゴムといった変形可能な材料、例えばシリコ－ンゴム又はネオプレンなどで作製されており、これにより、ブラダ２８５は、当該ブラダ内の圧力の変化に因り変形しうる。代替的に、アクチュエータ２５６はモータによって、例えば、リニアアクチュエータ、又は圧電デバイスによって提供されうるであろう。
【0036】
圧力制御アセンブリ１９５はまた、アクチュエータ２５６によってハウジング１４４に対して垂直方向に移動可能な環状体２５４も含む。環状体２５４は、上部２５４ａと、当該上部２５４ａから下方に突出する少なくとも１つの下側ポスト２９０と、を含む。環状体は、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）又はポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）など、ヤング率が４００～５００ｋｓｉ程度のもので作製され、又は、例えばアルミニウム又はステンレス鋼などの金属で作製されている。環状体の上部２５４ａはアクチュエータ２５６に接続されている。例えば、環状体２５４の上側環状ポスト２６１は、加圧可能なブラダ２８５の底面によって形成された凹部内へと延びることができる。
【0037】
環状体２５４を移動させるために、制御部１９０は、ブラダ２５６内の圧力を上げてブラダを膨張させることができ、従って、上側環状ポスト２６１に対して実質的に下向きの圧力を加えて、環状体２５４をハウジング１４４に対して下方に変位させることが可能である。
【0038】
圧力制御アセンブリ１９５は、環状体２５４の上部に固定された第１の環状膜２５２であって、当該第１の環状膜２５２と環状体２５４との間に少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバ（例えば、２８１及び／又は２８３）を形成する第１の環状膜２５２をさらに含み、ここで、少なくとも１つの下側ポスト２９０は、少なくとも１つの加圧可能な下方チャンバの内部に位置している。第１の環状膜２５２は、クランプ、若しくは接着材料によって、環状体２５４の上部２５４ａに固定することができ、又は当該膜のエラストマをオーバーモールド（ｏｖｅｒｍｏｌｄ）することで、固定することができる。第１の環状膜２５２は、ヤング率が１００ｐｓｉ程度の任意の適切な弾性材料又はプラスチック材料、例えば、シリコーンゴム又はネオプレンなどのゴムで作製されうる。
【0039】
稼働中には、様々なチャンバ２２２、２８５等が、第１の環状膜２５２の底面が中央膜１８２の底面と実質的に同じ高さになるように、加圧されうる。研磨中には、中央膜１８２と環状膜２５２とが連動して、実質的に基板１０の上面全体を覆う。上記膜１８２、２５２はまた、基板のそれぞれの領域内で印加される圧力を調整して、局所的な研磨速度を修正することが可能である。幾つかの実施形態において、基板を研磨していないときには中央膜１８２と環状膜２５２との間に隙間が存在し得、この隙間は、基板を研磨するときには上記膜１８２及び２５２によって形成される各チャンバ内の適切な圧力によって塞がれる。
【0040】
第１の環状膜２５２によって形成される１つ以上の想定されるチャンバ２８１、２８３のそれぞれは、それぞれの圧力出力線１８７を介してバルブアセンブリ１８９に接続可能であり、又はそれぞれの圧力供給線１８３（図示せず）を介してそれぞれの圧力供給部に直接的に接続可能である。
【0041】
ブラダ２８５、及び各チャンバ２８１、２８３は、それぞれの圧力供給部に接続されているため、アセンブリ１９５によって圧力が印加される基板の領域が、上記チャンバへの圧力の全体的な組み合わせに従って制御されうる。例えば、第１の環状膜２５２と基板との接触面積、若しくは、それぞれのチャンバ内の少なくとも１つの下側ポスト２９０が膜の上面に接触して力を加えられるかどうか、又はその両方が、ブラダ内及び各チャンバ内の圧力条件に依存している。圧力条件とは、例えば、ブラダと、第１の環状膜によって形成されたチャンバと、の間の圧力の比率、又は、第１の環状膜によって形成された各チャンバ内の圧力の比率とすることができる。様々な圧力条件に因る様々な構成の詳細については、さらに後述する。
【0042】
第１の環状膜によって形成される加圧可能なチャンバは、２つ、３つ、又はそれより多くのチャンバを含みうる。代替的な構造の詳細については後述する。
【0043】
さらに、下側ポストの数は３、５、又はそれ以上とすることができ、下側ポストの形状は矩形、円筒形、又は、実質的に集中した領域内で力を加えることを可能にする他の適切な形状とすることができる。１つ以上の下側ポストは、実質的に水平方向に向いたフランジ部分をさらに含むことができ、例えば、フランジ部分の軸方向が水平方向にある。下側ポストの代替的な構造の詳細については、さらに後述する。
【0044】
図３は、基板のエッジ領域に対する圧力を制御するための圧力制御アセンブリ１９５の概略的な断面図である。
【0045】
圧力制御アセンブリ１９５は、基板１０のエッジ領域の上に配置されるよう構成された環状体２５４を含む。環状体２５４は、１つ以上の下側ポスト２９０ａ、２９０ｂ、２９０ｃと、上側ポスト２６１と、を含みうる。
【0046】
圧力制御アセンブリ１９５はまた、環状体２５４の上方に固定されたアクチュエータ２５６も含む。アクチュエータ２５６は、加圧可能なブラダ２８５を形成する膜又はシェル３１０を含む。膜３１０の一部分を通る通路又はパイプ３２５が、外部の圧力供給／出力線１８７ｂに接続するよう構成されている。圧力供給線１８７及び通路３２５を介して、加圧可能なブラダ２８５に特定の圧力を供給することが可能である。環状体２５４と接続するために、アクチュエータ２５６は、膜３１０の底面に凹部３６１を含みうる。凹部３６１は、例えばほんの数例を挙げると圧入又は接着剤によって、環状体の上側ポスト２６１と係合して当該上側ポスト２６１に固定されるよう構成されている。
【0047】
圧力制御アセンブリ１９５は、第１の環状膜２５２をさらに含み、第１の環状膜２５２は、環状体２５４の上部２５４ａに固定されており、当該環状体の下部と共に１つ以上の加圧可能なチャンバ２８１、２８３を形成する。第１の環状膜２５２は、例えばクランプリング３０５又は接着剤など任意の適切な接続を介して、環状体２５４に固定されうる。第１の環状膜２５２によって形成されるチャンバの各チャンバ２８１、２８３は、環状体２５４から下方に延びる１つ以上の下側ポスト２９０ａ、２９０ｂ、及び２９０ｃを囲みうる。
【0048】
初期状態の間、例えば研磨動作の前には、下側ポストは膜２５２の内面に接触していない。しかしながら、下側ポストのうち少なくとも１つは、膜２５２の内面の対応する部分の集中領域に接触して力を加えるために変位するよう構成されている。これにより研磨中に、基板裏面の狭い環状ゾーン内に集中した力が伝達される。下側ポスト２９０のうち少なくとも１つは、例えば、１つ以上のチャンバ２８１、２８３内の１つ以上の圧力変更、若しくはブラダ２８５内の圧力変更、又はその両方によって変位させることができる。
【0049】
各チャンバ２８１及び２８３は、各チャンバ内でそれぞれの圧力を印加するための対応する圧力供給／出力線１８７に接続するための通路、若しくはチューブ、又はその両方を含む。上記通路は、膜２５２又は環状体２５４の任意の適切な部分に通して配置することができる。例えば、通路３１５は、環状体２５４の上面から始まって、実質的に下向きに下側ポスト２９０ａの下面まで形成されている。他の例として、通路３２０が環状体２５４の側面から始まって、第１の部分については水平方向に延び、第２の部分については実質的に下向きに、環状体２５４の底面まで延びて形成されている。任意選択的に、各通路は、それぞれの圧力供給線と接続するためのパイプ又はチューブを含みうる。
【0050】
研磨装置１００がバルブアセンブリ１８９を含む状況については、各圧力供給線１８７ａ、１８７ｂ、及び１８７ｃが、バルブアセンブリ１８９内のそれぞれのバルブと接続されており、それぞれのチャンバ２８１、２８３、及び２８５に特定の圧力を印加する。コントローラ１９０は、バルブアセンブリ１９０を通して、各チャンバ内の圧力変更を制御することが可能であり、アセンブリ１９５の最終的な構成は、これに対応して変更される。
【0051】
アセンブリ１９５の各構成要素について先に記載した材料、形状、及び構成は、説明を容易にするための純粋に例示的なものであり、他の適切な材料、設計、及び構成も採用されうる。
【0052】
図４Ａ～図４Ｃはそれぞれ、圧力制御アセンブリ１９５の他の実施例を示している。幾つかの実施形態において、図４Ａに提示する構成を参照すると、圧力制御アセンブリ１９５の環状体２５４は、第２の環状膜２５４ｂを含むことができ、第２の環状膜２５４ｂは、環状体２５４に固定されており上方環状チャンバ４５０を画定する。少なくとも１つの下側ポスト２９０が、第２の環状膜の底面に固定されている。第２の環状膜２５４ｂは、上方環状チャンバ４５０内の圧力上昇に応じて下向きに変形して、少なくとも１つの下側ポスト、例えば２９０ｂを、第１の環状膜２５２の上面に接触して力を加えるために下方に変位させるよう構成されている。
【0053】
幾つかの実施形態において、第１の環状膜２５２が、単一の下部チャンバ４８１を画定するよう環状体２５４に固定されている。チャンバ２８５、４５０、及び４８１はそれぞれ別々に加圧可能であり、それぞれの通路又はチューブを介して圧力供給線に接続されている。例えば、上方環状チャンバ４５０は、環状体２５４の１の側面を貫通する通路内のパイプ４１３を用いて、圧力供給線と接続することが可能である。他の例として、チャンバ４８１が、環状体２５４の他の側面に位置する通路４１５を介して、圧力供給線と接続されている。
【0054】
さらに、下側ポストのうちの１つ、例えば径方向に最も外側のポスト２９０ａが、径方向外向きに（キャリアヘッドの中心から径方向外向きに）チャンバ４８１内に延びるフランジ２９１ａを含む。フランジ２９１ａは、任意の適切な環状プロファイルを有しうる。例えば、フランジ２９１ａの底面は、平面的でかつ水平である、又は平面的であるが水平に対して傾斜している、又は非平面的であるとすることができる。フランジ２９１ａを有するポスト２９０ａが、基板に接触して集中した力を加えるときには、加えられる力は、フランジが無いポストの力より小さくなるはずである。
【0055】
幾つかの実施形態において、図４Ｂに提示する構成を参照すると、第１の環状膜２５２は、図３について同様に記載したように、２つのチャンバ４８３及び４８５を形成することが可能である。第１のチャンバ４８３は、内方に延びるフランジ２９１ａが付いた１つの下側ポスト２９０ａを含み、第２のチャンバ４８５は、フランジのない２つの下側ポスト２９０ｂ、２９０ｃを含む。各チャンバ２８５、４５０、４８３、及び４８５は、それぞれの通路又はパイプを介して、異なる圧力供給線に接続されている。
【0056】
各下側ポストは、それぞれの長さ、幅、奥行きを有し得る。代替的に、各下側ポストの形状が実質的に同一でありうる。１つ以上の下側ポストの底面が、初期状態では同一平面上にあるよう構成されうる。代替的に、下側ポストの底面が、様々な水平方向位置に位置しうる。特に、上方環状チャンバ４５０を含まない実施形態では、ポストのうち２つが、同一平面上の底面を有することができ、これにより、圧力が、上記２つのポストによって、２つの別個の環状領域内に印加される。一方、上方環状チャンバ４５０を含む実施形態では、第２の環状膜に取り付けられたポスト、例えば中央ポスト２９０ｂは、上方環状チャンバ２５０が加圧されていないときには僅かに短く若しくは僅かに凹む底面を有するとすることができる。
【0057】
幾つかの実施形態において、図４Ｃに提示された構成を参照すると、第１の環状膜２５２は、３つのチャンバ４８７、４８８、及び４８９を形成することが可能であり、ここでは、各チャンバがそれぞれの下側ポストを有している。同様に、各チャンバ２８５、４８７、４８８、及び４８９は、異なる圧力供給線に接続されている。
【0058】
図５Ａ～図５Ｃは、圧力制御アセンブリ１９５が、どのように基板の或る領域に有効な力を加えるかを概略的に示している。予備的な問題として、アセンブリ１９５は、システム５００と同様のアプローチをとって、即ち、加えられる力の大きさを調整することで、基板５１５の様々な領域内で、様々な種類及び様々な大きさの力を加える。ニュートンの法則によれば、以下の図で示される力は反力であり、それぞれが同じ大きさだが、基板に加えられる対応する力とは反対方向である。簡単にするために、この反力は、基板に加えられる力とも呼ぶ。
【0059】
図５Ａを参照すると、概略的なシステム５００は、球状又は環状の膜５２０によって形成されており内包圧力Ｐを有する球状又は環状のブラダ５２０と、ブラダの上に配置されたクランプ形状部品５１０と、ブラダ５２０が初期状態で配置される基板５１５と、を含む。クランプ形状部品５１０は、水平部分５１０ａと垂直部分５１０ｂとを含む。上記部品５１０の水平部分は、部品５１０とブラダ５２０との間の初期の接触領域５０１が、クランプ形状部５１９が円形であるか否かに従って実質的に点又は円形である集中領域になりうるように、ブラダの上部と接触する。上記部品５１０の垂直部分５１０ｂは、初期状態では基板５１５又はブラダ５２０と接触していないが、上記部品５１０の水平部分に加えられる力を受けて下向きに変位するよう構成されている。ブラダ５２０はまた、慣性圧力Ｐと外力の両方で変形可能である。
【0060】
最初に、下向きの力Ｆ、即ち実質的に重力に沿った力が、上記部品５１０の水平部分５１０ａに加えられる。ブラダ５２０と基板５１５との間の接触領域５０１の領域内では、力Ｆにより基板に対して特定の圧力５２５が印加される。圧力５２５の大きさは、下向きの力の大きさと、ブラダ５２０と基板５１５との間の接触領域５０１の面積と、に依存する。以下の説明では、圧力５２５等を分散した力又は荷重と呼ぶ。
【0061】
図５Ｂを参照すると、下向きの力Ｆの大きさが増大するにつれて、ブラダ５２０は楕円形に断面の輪郭が変形し、上記部品５１０及びその垂直部分５１０ｂが、基板５１５のより近くへと下方に変位する。ブラダを介して基板に印加される圧力５４５又分散した力は、下向きの力Ｆが増大するにつれて大きくなりうる。代替的又は追加的に、ブラダ５２０と基板５１５の間の接触面積５０１が増大しうる。ブラダと基板との接触面積の変化量は少なくとも部分的に、ブラダを作製する材料の機械的特性、内部圧力Ｐの大きさ、及び下向きの力Ｆの大きさに依存する。
【0062】
図５Ｃを参照すると、下向きの力Ｆの大きさがさらに増大して、ブラダ５２０がさらに変形しており、上記部品５１０の垂直部分５１０ｂがさらに下向きに変位して、最終的に、第２の接触領域５０２内で基板５１５に接触して力を直接的に加える。垂直部分５１０ｂの底面５１１の輪郭が狭く、例えば、幅が５ｍｍ以下、例えば幅が３ｍｍ以下、例えば幅が２ｍｍ以下である場合には、加えられる力は、集中させた力、又は集中した力、又はより一般的には、集中した圧力５７０と見做されうる。
【0063】
幾つかの実施形態において、外部からの同じ荷重Ｆを維持しながら、チャンバの異なる内部圧力Ｐを変更して、ブラダと基板と間の接触面積を変更することが可能である。従って、システム５００は、下向きの力Ｆと内部圧力Ｐとの様々な組み合わせを使用して、より多くの様々な種類かつ大きさの、基板の様々な領域に加えられる力を有することができ、このアイデアは、以下に記載する技術でも同様に採用されている。
【0064】
図３、及び図４Ａ～図４Ｃに示したアセンブリ１９５の各例示的な構成の様々な状態が、以下の明細書において、図６Ａ～図６Ｃ、図７Ａ～図７Ｆ、図８Ａ～図８Ｆ、及び図９Ａ～図９Ｃに関連して記載される。様々なエッジ領域の研磨制御に関連する各状態の詳細については、以下に記載する。
【0065】
【0066】
図３に戻って参照すると、第１の例の圧力制御アセンブリ１９５は、３つのチャンバを含み、即ち、アクチュエータ２５６によって形成されるブラダと、第１の環状膜２５２によって形成される２つのチャンバ２８１及び２８３と、を含み、各チャンバはそれぞれの圧力供給部Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３に接続される。圧力Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３は、可変圧力供給タンクによって、又は、コントローラ１９０による制御下で、バルブアセンブリ１８９を介して様々な圧力供給部間で切り替えることで、変更可能である。圧力Ｐ１は、他の圧力Ｐ２及びＰ３と平衡状態にあるべきである。
【0067】
図６Ａを参照すると、アセンブリ１９５は第１の状態にあり、この第１の状態では、下側ポストはいずれも変位しておらず、第１の膜と接触していない。従って、第１の状態では、アセンブリ１９５は、基板１０に対して分散した圧力６１０及び６２０のみを印加しており、ここでは、圧力６１０及び６２０の大きさは、対応するチャンバ内の圧力Ｐ３及びＰ２と等しい。第１の状態は、広域接触パッチ（ｗｉｄｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｔｃｈ）とも呼ばれる。
【0068】
図６Ｂを参照すると、アセンブリ１９５は現在第２の状態にある。第１の状態から第２の状態に変更するために、アセンブリ１９５は、第１の環状膜と基板との間の接触面積が平衡状態において縮小するように、圧力Ｐ２及びＰ３を上げる。平衡状態では、増大した圧力Ｐ２とＰ３に、対応する縮小した接触面積を掛けたものが、Ｐ１に上側ポストの接触面積に掛けたものと等しくなる。幾つかの実現において、アセンブリ１９５は、Ｐ１に対する（Ｐ２＋Ｐ３）の比率が上がる限り、Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３を一緒に上げて第２の状態に達することが可能である。第２の状態では、アセンブリ１９５は、増大した量の圧力６３０及び６４０を、基板内のより小さい領域に印加することができ、当該より小さい領域内の研磨速度が上がる。圧力６３０及び６４０の大きさは、それぞれ各チャンバ内のＰ３及びＰ２に基づいている。第２の状態は、狭域接触パッチ（ｎａｒｒｏｗ ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｔｃｈ）とも呼ばれる。
【0069】
図６Ｃを参照すると、アセンブリ１９５は現在第３の状態にある。第１の状態から第２の状態に変更するために、アセンブリ１９５は圧力Ｐ１を上げて、１つ以上の下側ポストを、第１の膜に接触して力を加えるよう下方に変位させる。下側ポストと第１の膜との間の接触面積は小さいため、アセンブリ１９５は最終的に、基板に対して比較的集中している力を加えることが可能である。例えば、環状体の中央ポストが第１の膜に接触し、その後、基板に集中した力６６０を加える。Ｐ１に対する（Ｐ２＋Ｐ３）の比率が下がり、かつＰ１が、上記ポストのうちの１つを第１の膜と接触させるよう変位させるために、Ｐ２及びＰ３と比較して十分に大きい限り、アセンブリは、圧力Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３を一緒に交互に上げることが可能である。基板に加えられる他の力は、分散した力６５０及び６７０であり、それぞれが各チャンバ内の内部圧力Ｐ３及びＰ２に依存する。第３の状態では、アセンブリ１９５は、エッジ領域に対して、分散した荷重と集中した力の両方を加えることが可能である。より具体的には、アセンブリ１９５は、集中している力６６０によって集中させた形態で、基板エッジの中心領域の研磨速度を制御する（例えば、上げる）ことが可能である。第３の状態は、中央重点広域接触パッチとも呼ばれる。
【0070】
【0071】
図４Ａに戻って参照すると、第２の例示的な圧力制御アセンブリ１９５は、３つのチャンバ、即ち、アクチュエータ２５６によって形成されるブラダと、第１の膜によって形成される単一チャンバ４８１と、第２の環状膜（例えば、環状体２５４）によって形成されるチャンバ４５０と、を含む。各チャンバは、それぞれの圧力供給部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５に接続されており、圧力Ｐ１、Ｐ２、及びＰ５は、アセンブリ１９５が様々な状態に達することを可能とするよう互いに変更可能である。
【0072】
図７Ａを参照すると、アセンブリ１９５は第１の状態にあり、この第１の状態では、下側ポストはいずれも変位しておらず、第１の膜と接触していない。従って、第１の状態では、アセンブリ１９５は、基板１０に対して分散した圧力７１０のみを印加しており、ここでは、圧力７１０の大きさは、チャンバ４８１内の圧力Ｐ２と等しい。第１の状態は、広域接触パッチとも呼ばれる。
【0073】
図７Ｂを参照すると、アセンブリ１９５は第２の状態にある。第２の状態では、下側のポストのいずれも第１の膜に接触していないが、アセンブリは、（第１の状態と比較して）基板１０のより小さい領域に均一な分布荷重７１５を加える。第１の状態から第２の状態に変更するために、アセンブリ１９５は、Ｐ２に対するＰ１の比率を下げ、かつＰ５をＰ２より小さく保つことが可能である。第２の状態は、研磨の際により小さいエッジ領域の研磨速度を制御するための狭域接触パッチとも呼ばれる。
【0074】
図７Ｃを参照すると、アセンブリ１９５は第３の状態にある。第３の状態では、最も外側の下側ポスト２９０ａが下方に変位しており、最終的に、第１の膜に接触して集中した力７２０を加える。従って、アセンブリ１９５は、均一な分布荷重７２５と集中した力７２０の両方を基板１０に対して加える。第１の状態から第３の状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２に対するＰ１の比率を上げ、かつ圧力Ｐ５を圧力Ｐ２より小さく保つ。第３の状態は、外側エッチ領域により高い圧力を印加しながら、なお広い領域にわたって圧力をかけるための、外側重点＋広域接触パッチとも呼ばれる。
【0075】
図７Ｄを参照すると、アセンブリ１９５は第４の状態にある。第４の状態では、中央の下側ポスト２９０ｂが下方に変位し、最終的に、第１の膜に接触して集中した力７３０を加える。従って、アセンブリ１９５は、均一な分散荷重７３５と集中した力７３０の両方を基板１０に対して加える。第１の状態から第４の状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２に対するＰ５の比率を上げる。第４の状態は、中央領域により高い圧力を印加しながら、なお広い範囲にわたって圧力をかけるための、中央重点＋広域接触パッチとも呼ばれる。
【0076】
図７Ｅを参照すると、アセンブリ１９５は第５の状態にある。第５の状態では、最も外側の下側ポスト２９０ａと、中央の下側ポスト２９０ｂの両方が下方に変位し、最終的に、第１の膜に接触して集中した力７４０、７４５を加える。従って、アセンブリ１９５は、エッジ領域内では均一な分布荷重７５０を印加し、外側エッジ領域では集中した力７４０を加え、基板１０の中央エッジ領域では他の集中した力７４５を加える。第１の状態からこの状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２、又はＰ５、又はＰ２＋Ｐ５に対する圧力Ｐ１の比率を上げ、圧力Ｐ２に対するＰ５の比率を上げる。第５の状態は、外側と中央のエッジ領域両方により集中した圧力を印加するための、外側及び中央重点広域接触パッチとも呼ばれる。
【0077】
図７Ｆを参照すると、アセンブリ１９５は第６の状態にある。中央の下側ポスト２９０ｂのみが下方に変位し、第１の膜に接触して集中した力７５５を加える。従って、アセンブリ１９５は、エッジ領域内では均一な分布荷重７６０を加え、基板１０の中央エッジ領域内では集中した力７５５を加える。この状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２及びＰ５両方に対する圧力Ｐ１の比率を下げ、かつ圧力Ｐ２に対する圧力Ｐ５の比率を上げる。第６の状態は、中央エッジ領域により高い圧力を印加するが全体的な制御領域が（図７Ｄと比べて）より狭い、中央重点＋狭域接触パッチとも呼ばれる。
【0078】
【0079】
図４Ｂに戻って参照すると、第３の例示的な圧力制御アセンブリ１９５は、４つのチャンバ、即ち、アクチュエータ２５６によって形成されるブラダと、第１の膜によって形成されるチャンバ４８３及び４８５と、第２の環状膜２５４ｂ（例えば、環状体２５４）によって形成されるチャンバ４５０と、を含む。各チャンバは、それぞれの圧力供給部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ５に接続されており、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ５は、アセンブリ１９５が様々な状態に達することを可能とするよう互いに変更可能である。
【0080】
図８Ａを参照すると、アセンブリ１９５は第１の状態にあり、この第１の状態では、下側ポストはいずれも変位しておらず、第１の膜と接触していない。従って、第１の状態では、アセンブリ１９５は、基板１０の外側エッジ領域内及び内側エッジ領域内で、分散した圧力８０５及び８１０のみ加える。各圧力８０５と８１０の大きさは、対応する圧力Ｐ３とＰ２と等しい。第１の状態は、広域接触パッチとも呼ばれる。
【0081】
図８Ｂを参照すると、アセンブリ１９５は第２の状態にある。第２の状態では、下側ポストのいずれも第１の膜と接触していない。従って、アセンブリは、基板１０のより小さい内側領域及び外側領域に対して、分布荷重８１５及び８２０を加える。第１の状態から第２の状態に変更するために、アセンブリ１９５は、Ｐ１に対するＰ２＋Ｐ３の比率を上げ、かつＰ５をＰ２＋Ｐ３より小さく保つことが可能である。第２の状態は、研磨の際により小さいエッジ領域の研磨速度を制御するための狭域接触パッチとも呼ばれる。
【0082】
図８Ｃを参照すると、アセンブリ１９５は第３の状態にある。第３の状態では、最も外側の下側ポスト２９０ａが下方に変位し、最終的に、第１の膜に接触して集中した力８２５を加える。従って、アセンブリ１９５は、外側のエッジ領域内及び内側のエッジ領域内で均一な分布荷重８３０、８３５を加え、かつ、基板１０に対して集中した力８２５を加える。第１の状態からこの状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２、又はＰ３、又はＰ２＋Ｐ３に対する圧力Ｐ１の比率を上げ、圧力Ｐ５を圧力Ｐ２より小さく保つ。第３の状態は、外側エッチ領域により高い圧力を印加しながら、なお広い領域にわたって圧力をかけるための、外側重点＋広域接触パッチとも呼ばれる。
【0083】
図８Ｄを参照すると、アセンブリ１９５は第４の状態にある。第４の状態では、中央の下側ポスト２９０ｂが下方に変位し、最終的に、第１の膜に接触して集中した力８４５を加える。従って、アセンブリ１９５は、外側のエッジ領域内及び内側のエッジ領域内で均一な分布荷重８４０、８５０を加え、かつ、基板１０に対して集中した力８４５を加える。第１の状態からこの状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２、Ｐ３、又はＰ２＋Ｐ３に対する圧力Ｐ５の比率を上げる。第４の状態は、中央領域により高い圧力を印加しながら、なお広い範囲にわたって圧力をかけるための、中央重点＋広域接触パッチとも呼ばれる。
【0084】
図８Ｅを参照すると、アセンブリ１９５は第５の状態にある。第５の状態では、最も外側の下側ポスト２９０ａと、中央の下側ポスト２９０ｂの両方が下方に変位し、第１の膜に接触して集中した力８５５、８６５を加える。従って、アセンブリ１９５は、基板１０の外側のエッジ領域内及び内側のエッジ領域内では均一な分布荷重８６０、８７０を印加し、外側エッジ領域内では集中した力８５５を加え、中央エッジ領域では他の集中した力８６５を加える。第１の状態からこの状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２及びＰ３の両方に対して圧力Ｐ１の比率を上げ、Ｐ２、又はＰ３、又はＰ２とＰ３の両方に対する圧力Ｐ５の比率を上げる。第５の状態は、外側と中央のエッジ領域両方により集中した圧力を印加するため、外側及び中央重点広域接触パッチとも呼ばれる。
【0085】
図８Ｆを参照すると、アセンブリ１９５は第６の状態にある。第６の状態では、中央の下側ポスト２９０ｂが下方に変位し、第１の膜に接触して集中した力８８０を加える。従って、アセンブリ１９５は、基板１０の外側のエッジ領域内及び内側のエッジ領域内で均一な分散荷重７８７５、８８５を加え、かつ、基板１０の中央エッジ領域内で集中した力８８０を加える。第１の状態からこの状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２及びＰ３の両方に対して圧力Ｐ１の比率を下げ、Ｐ２、又はＰ３、又はＰ２とＰ３の両方に対する圧力Ｐ５の比率を下げる。第６の状態は、中央のエッジ領域により高い圧力を印加するが全体的な制御領域が（図８Ｄと比べて）より狭い、中央重点＋狭域接触パッチとも呼ばれる。
【0086】
【0087】
図４Ｃに戻って参照すると、第４の例示的な圧力制御アセンブリ１９５は、４つのチャンバ、即ち、アクチュエータ２５６によって形成されるブラダと、第１の膜によって形成されるチャンバ４８７、４８８、及び４８９と、を含む。任意選択的に、アセンブリ１９５は、環状体２５４の第２の膜２５４ｂによって形成される他のチャンバ（図示せず）を含みうる。各チャンバは、それぞれの圧力供給部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４に接続されており、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４は、アセンブリ１９５が様々な状態に達することを可能にするよう互いに変更可能である。
【0088】
図９Ａを参照すると、アセンブリ１９５は第１の状態にあり、この第１の状態では、下側ポストはいずれも変位しておらず、第１の膜と接触していない。従って、第１の状態では、アセンブリ１９５は、基板１０の３つのエッジ領域内で、分散した圧力９０５、９１０、及び９１５のみ印加する。各圧力９０５、９１０、及び９１５の大きさは、対応する圧力Ｐ４、Ｐ３、Ｐ２と等しい。第１の状態は、広域接触パッチとも呼ばれる。
【0089】
図９Ｂを参照すると、アセンブリ１９５は第２の状態にある。第２の状態では、下側ポストはいずれも第１の膜と接触しておらず、中央のチャンバ４８８は基板１０と接触していない。従って、アセンブリ１９５は、面積が小さい基板１０の２つの領域（即ち、内側領域及び外側領域）に、分布荷重９４０及び９４５を加える。第１の状態から第２の状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２、又はＰ４、又はＰ２＋Ｐ４に対する圧力Ｐ１の比を下げることが可能である。任意選択的に、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ１、若しくはＰ２、若しくはＰ４、又はＰ１、Ｐ２、及びＰ４の任意の組み合わせに対する圧力Ｐ３の比率を下げることも可能である。第２の状態は、研磨の際により小さいエッジ領域の研磨速度を制御するための狭域接触パッチとも呼ばれる。
【0090】
図９Ｃを参照すると、アセンブリ１９５は第３の状態にある。第３の状態では、最も外側の下側ポストが下方に変位し、第１の膜に接触して集中した力９２５を加える。従って、アセンブリ１９５は、基板１０の外側エッジ領域内、中央エッジ領域内、及び内側エッジ領域内で均一な分布荷重９２０、９３０、及び９３５を加え、かつ、基板１０の外側エッジ領域に対して集中した力８２５を加える。第１の状態からこの状態に変更するために、アセンブリ１９５は、圧力Ｐ２に対するＰ１と比率を上げ、任意選択的に、圧力Ｐ３又はＰ４に対して圧力Ｐ１の比率を上げる。第３の状態は、外側エッジ領域により集中した圧力を印加するための、外側重点広域接触パッチとも呼ばれる。
【0091】
図１０は、研磨中に圧力制御アセンブリを使用した例示的なエッジプロファイル制御プロセス１０００を示すフロー図である。プロセス１０００は、１つ以上の箇所に位置する１つ以上のコンピュータによって実行されうる。代替的に、プロセス１０００は、命令として１つ以上のコンピュータ内に格納することも可能である。一旦実行されると、命令は、研磨装置の１つ以上の構成要素にプロセスを実行させることが可能である。例えば、図１に示すようなコントローラ１９０、又はコントローラ１９０を含む現場（ｉｎ－ｓｉｔｕ）監視システム１６０は、プロセス１０００を実行することが可能である。幾つかの実施形態において、現場監視システム１６０は、光学的な監視システム、例えば、分光学的な監視システムを含みうる。他の実施形態において、現場監視システム１６０は、渦電流監視システムを含みうる。
【0092】
図１に示すように、現場監視システム１６０は、センサ１６４と、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接続された回路１６６と、を含む。センサ１６４は、例えば、光学的監視システムのために光を集める光ファイバの末端、又は、渦電流監視システムのコア及びコイルとすることができる。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内の回転結合器１２９（スリップリングなど）を通過して、コントローラ１９０に達する。代替的に、回路１６６は、無線信号によってコントローラ１９０と通信することが可能であろう。
【0093】
システムは最初に、研磨後の基板の所望の厚さプロファイルを表すデータを受信する。所望の厚さプロファイルは、ユーザ入力インタフェースを介したユーザの要求によって指定することができ、又は、コントローラ１９０によって実行されるコンピュータプログラムで符号化することができる。従って、コントローラ１９０は、受信したデータに従って、基板のエッジ領域の所望の厚さを決定する（１００２）ことが可能である。
【0094】
システムは、基板のエッジ領域の測定された厚さを決定する（１００４）。より具体的には、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可能である。特性値とは、典型的に、研磨される層の厚さであるが、除去される厚さなど関連する特性値とすることができる。加えて、特性値は、例えば金属線抵抗などの厚さ以外の物理的性質とすることができる。加えて、特性値は、研磨プロセスを経た基板の進捗をより一般的に表すものとすることができ、例えば、既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る時間又はプラテンの回転数を表す指標値でありうる。システムはその後、現在の研磨速度と、研磨後に基板のエッジ領域内で所望の厚さプロファイルに到達するための所望の研磨速度と、の間の差異を決定することが可能である。
【0095】
これに応じて、システムは、研磨速度の調整を定期的に行うことが可能である。幾つかの実施形態において、システムは、所定のレート、例えば、所与の回転数毎、例えば、５～５０回転毎、又は所与の秒数毎、例えば、２～２０秒毎に研磨速度を調整するようスケジュールする。一部の理想的な状況では、あらかじめ予定された調整時間において、調整がゼロになることもある。他の実施形態において、上記調整は、現場（ｉｎ－ｓｉｔｕ）で決定される或る特定のレートで行われうる。例えば、エッジ領域の測定された厚さが、所望の厚さプロファイルと大きく異なる場合には、コントローラ１９０及び／又はコンピュータは、研磨速度の頻繁な調整を決定することができる。
【0096】
研磨中の基板のエッジ領域での研磨速度を所与の調整レートで調整するために、コントローラ１９０は、様々な種類及び大きさの荷重の様々な組み合わせを、当該組み合わせを決定した後に適用することが可能である。
【0097】
従って、上記の差異を決定したことに応じて、システムは、基板のエッジ領域の荷重領域に適用する荷重の組み合わせを決定する（１００６）。より具体的には、システムは、荷重の種類（集中した力及び分散した力）又はアセンブリのモード（例えば、先に記載の広域接触パッチ、狭域接触パッチ、中央重点広域接触パッチ、外側重点広域接触パッチ、又は外側中央重点広域接触パッチ）の組み合わせを決定して、研磨後の実質的なウエハ内均一性を実現するよう基板のそれぞれのエッジ領域の研磨速度を調整することが可能である。
【0098】
荷重の大きさ、荷重の種類、又はアセンブリのモードを決定した後で、コントローラ１９０は、バルブアセンブリ１８９又は圧力供給タンク１８１を制御して、決定された荷重又はアセンブリのモードを実現するよう１つ以上のチャンバ内の１つ以上の圧力を変更する（１００８）。従って、基板を研磨する際に、エッジ領域のそれぞれの部分の研磨速度を精確に制御することが可能である。
【0099】
本明細書では、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うる。基板は、集積回路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つ以上の堆積された及び／又はパターンされた層を含みうる。基板という用語は、円板及び矩形薄板を含みうる。
【0100】
先に記載の研磨装置及び研磨方法は、様々な研磨システム内で適用されうる。研磨パッドとキャリアヘッドのいずれか又は両方が、研磨面と基板との間の相対運動を与えるよう動きうる。例えば、プラテンは、回転するのではなく、周回してもよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形の（又は他の何らかの形状の）パッドでありうる。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、リニア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リニアな研磨システムに適用可能でありうる。研磨層は、標準的な（例えば、フィラーを含む又は含まないポリウレタンの）研磨材料、軟質材料、又は固定研磨材料（ｆｉｘｅｄ－ａｂｒａｓｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）でありうる。相対的な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、垂直方向の配向で、又は他の何らかの配向で保持されうると理解されたい。
【0101】
本明細書で記載された様々なシステム及びプロセス、又はこれらの一部の制御は、コンピュータプログラム製品であって、１つ以上の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体に格納され１つ以上の処理デバイス上で実行可能な命令を含むコンピュータプログラム製品で実現することが可能である。本明細書に記載のシステム、又はこれらの一部は、本明細書に記載の工程を実行するための１つ以上の処理デバイス及び実行可能な命令を格納するメモリを含みうる装置、方法、又は電子システムとして実現されうる。
【0102】
本明細書は、数多くの特定の実現の詳細を含んでいるが、これらは、いかなる本発明の範囲、又は特許請求されうるもの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りうる特徴の説明として解釈すべきである。別個の実施形態の文脈において本明細書で記載された特定の特徴を、組み合わせて１つの実施形態で実現することも可能である。反対に、１つの実施形態の文脈で記載された様々な特徴を、別々に又は任意の適切なサブコンビネーション（ｓｕｂｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で、複数の実施形態において実現することも可能である。さらに、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記で説明されてもよく、そのようなものとして特許請求されてもよいが、特許請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、場合によっては、その組み合わせから除外してもよく、特許請求される組み合わせは、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よい。
【0103】
本発明の特定の実施形態を説明してきた。
【0104】
他の実施形態が、以下の特許請求の範囲に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A-C】
【図5A-C】
【図6A-C】
【図7A-F】
【図8A-C】
【図8D-F】
【図9A-C】
【図10】
【国際調査報告】