KR20220048025A - 화학적 기계적 연마를 위한 이중 멤브레인 캐리어 헤드 - Google Patents

화학적 기계적 연마를 위한 이중 멤브레인 캐리어 헤드 Download PDF

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KR20220048025A
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스티븐 엠. 주니가
제이 구루사미
앤드류 제이. 나겐가스트
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

화학적 기계적 연마를 위한 캐리어 헤드는 베이스 조립체, 및 베이스 조립체에 연결된 멤브레인 조립체를 포함한다. 멤브레인 조립체는 멤브레인 지지부, 멤브레인 지지부에 고정된 내측 멤브레인 - 내측 멤브레인은 멤브레인의 상부 표면과 멤브레인 지지부 사이에 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 형성함 -, 및 멤브레인 지지부에 고정되고 내측 멤브레인 아래로 연장되는 외측 멤브레인을 포함하며, 외측 멤브레인은 내측 표면 및 외측 표면을 갖고, 외측 멤브레인은 외측 멤브레인의 내측 표면과 내측 멤브레인의 하부 표면 사이에 하부 가압가능한 챔버를 한정하고, 내측 표면은 복수의 챔버들 중 하나 이상의 챔버의 가압 시에 내측 멤브레인의 하부 표면에 의한 접촉을 위해 위치되고, 외측 표면은 기판에 접촉하도록 구성된다.

Description

화학적 기계적 연마를 위한 이중 멤브레인 캐리어 헤드
본 발명은 화학적 기계적 연마(CMP)에서 사용하기 위한 캐리어 헤드에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 반도체 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 퇴적에 의해 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 프로세스들은 기판 상의 층의 평탄화를 요구한다. 예를 들어, 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 퇴적시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 절연성 층의 트렌치들 및 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에 금속 층이 퇴적될 수 있다. 평탄화 후에, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하기 위해, 패터닝된 층의 트렌치들 및 홀들에 있는 금속의 나머지 부분들은 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 예로서, 유전체 층이, 패터닝된 전도성 층 위에 퇴적되고, 그 다음, 후속 포토리소그래피 단계들을 가능하게 하기 위해 평탄화될 수 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 연마 입자들을 갖는 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 캐리어 헤드는 베이스 조립체, 및 베이스 조립체에 연결된 멤브레인 조립체를 포함한다. 멤브레인 조립체는 멤브레인 지지부, 멤브레인 지지부에 고정된 내측 멤브레인, 및 멤브레인 지지부에 고정되고 내측 멤브레인 아래로 연장되는 외측 멤브레인을 포함하고, 외측 멤브레인은 내측 표면 및 외측 표면을 갖는다. 내측 멤브레인은 멤브레인의 상부 표면과 멤브레인 지지부 사이에 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 형성한다. 외측 멤브레인은 외측 멤브레인의 내측 표면과 내측 멤브레인의 하부 표면 사이에 하부 가압가능한 챔버를 한정한다. 내측 표면은 복수의 챔버들 중 하나 이상의 챔버의 가압 시에 내측 멤브레인의 하부 표면에 의한 접촉을 위해 위치되고, 외측 표면은 기판에 접촉하도록 구성된다.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 시스템은 복수의 압력 공급원들, 캐리어 헤드, 및 압력 공급원들에 연결된 제어기를 포함한다. 캐리어 헤드는 베이스 조립체, 및 멤브레인 조립체를 포함한다. 멤브레인 조립체는 멤브레인 지지부, 멤브레인 지지부에 고정된 내측 멤브레인, 및 멤브레인 지지부에 고정되고 내측 멤브레인 아래로 연장되는 외측 멤브레인을 갖는다. 내측 멤브레인은 내측 멤브레인의 상부 표면과 멤브레인 지지부 사이에 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 형성한다. 외측 멤브레인은 내측 표면 및 외측 표면을 갖는다. 외측 멤브레인은 외측 멤브레인의 내측 표면과 내측 멤브레인의 하부 표면 사이에 하부 가압가능한 챔버를 한정한다. 내측 표면은 복수의 챔버들 중 하나 이상의 챔버의 가압 시에 내측 멤브레인의 하부 표면에 접촉하도록 위치되고, 외측 표면은 기판에 접촉하도록 구성된다. 제어기는 압력 공급원들로 하여금, 하나 이상의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버에 대응하는 외측 멤브레인의 부분에서 외측 멤브레인에 의해 기판에 가해지는 압력을 보충하기 위해 내측 멤브레인의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 하나 이상이 하부 챔버의 압력과 동일하거나 그보다 큰 압력으로 가압되도록, 내측 챔버들 및 하부 챔버를 가압하게 하도록 구성된다.
다른 양상에서, 캐리어 헤드를 이용한 화학적 기계적 연마를 위한 방법은, 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 한정하는 내측 멤브레인 및 외측 멤브레인을 갖는 멤브레인 조립체를 포함하는 캐리어 헤드에 기판을 유지하는 단계, 내측 멤브레인과 외측 멤브레인 사이의 하부 챔버를 제1 압력으로 가압하는 단계, 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 적어도 일부를 제1 압력과 동일하거나 그보다 큰 제2 압력으로 가압하는 단계, 및 하부 챔버로부터의 압력이 제1 레이트에서 기판의 연마를 야기하고 하나 이상의 내측 챔버의 압력이 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들에 대응하는 영역들에서의 기판의 연마를 보충적으로 증가시키도록, 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 캐리어 헤드를 위한 멤브레인은 복수의 챔버 한정 부분들을 포함하고, 각각의 챔버 한정 부분은 2개의 측벽들, 2개의 측벽들의 바닥 에지에 있고 2개의 측벽들에 연결되는 플로어, 및 2개의 측벽들로부터 내측으로 연장되는 2개의 플랜지 부분들을 포함한다. 멤브레인의 인접 챔버 한정 부분들은 인접 챔버 한정 부분들의 인접 측벽들 사이의 최상부 에지 브리지 부분에 의해 연결되고, 인접 챔버 한정 부분들의 인접 측벽들은 브리지 부분 아래의 갭에 의해 분리된다.
구현들은 다음의 피처들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
하우징이 베이스 조립체에 연결될 수 있다. 베이스 조립체는 하우징에 대하여 수직으로 이동가능할 수 있다. 베이스 조립체는 짐벌 메커니즘에 의해 하우징에 연결될 수 있다. 베이스 조립체는 내측 멤브레인 위에 위치된 회전 중심을 갖는 짐벌 메커니즘을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 굴곡부가 베이스 조립체와 멤브레인 조립체를 연결할 수 있다. 굴곡부는 멤브레인 조립체를 베이스 조립체 아래에 중심을 둔 상태로 유지하기 위해 측방향 운동에 저항하기에 충분히 강할 수 있다.
가능한 장점들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 이중 멤브레인 캐리어 헤드는 기판의 상이한 부분들에 상이한 압력들을 가하기 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 연마 작동 동안 원하는 기판 프로파일을 달성할 수 있다. 예를 들어, 기판 프로파일에서의 변동들이 감소될 수 있다. 이는 웨이퍼 내 균일성을 개선할 수 있다. 내측 멤브레인은 연마 작동들 동안 마모를 겪을 필요가 없고, 적어도, 훨씬 덜 빈번하게 교체될 필요가 있을 수 있다. 따라서, 내측 멤브레인은 고장의 위험이 감소되고 더 복잡할 수 있다. 내측 멤브레인 물질은 외측 멤브레인만큼 화학적으로 내마모성일 필요가 없다. 따라서, 내측 멤브레인은 비용이 더 낮을 수 있다.
하나 이상의 실시예의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 제시된다. 다른 피처들, 양상들 및 장점들은 설명, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 캐리어 헤드의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 캐리어 헤드의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 캐리어 헤드의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 캐리어 헤드의 다른 구현의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 캐리어 헤드의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 캐리어 헤드의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 3은 에지 제어 구역을 갖는 내측 멤브레인의 개략적인 단면도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 번호들 및 명칭들은 유사한 요소들을 나타낸다.
일부 연마 시스템들에서, 캐리어 헤드의 멤브레인은 연마 동안 기판에 실질적으로 균일한 압력을 가하기 위해 사용된다. 그러나, 이러한 실질적으로 균일한 압력은, 예를 들어, 연마 이전의 기판의 불균일성, 또는 슬러리 분배 변동들로 인해, 연마 프로세스에서의 불균일성을 효과적으로 해결할 수 없다.
불균일성을 해결하기 위한 하나의 해결책은 다수의 독립적으로 가압가능한 챔버들을 갖는 것이고, 여기서 각각의 챔버는 기판의 국소 영역에 상이한 압력을 가한다. 다수의 챔버들을 제공하는 멤브레인은 제조하는 데 비용이 많이 들 수 있고, 그러한 멤브레인이 기판과 접촉하는 경우에는 멤브레인이 마모 및 찢김을 겪을 위험이 있고, 따라서 고가의 부분의 교체를 요구한다. 그러나, 외측 멤브레인이, 다수의 챔버들을 제공하는 내측 멤브레인 위에 제공될 수 있다. 내측 멤브레인의 다수의 챔버들은 "벽 효과", 또는 인접 챔버들을 분리시키는 벽들을 통한 누화를 감소시키기 위해 갭에 의해 분리될 수 있다. 외측 멤브레인이 기판과 접촉하고 내측 멤브레인은 그렇지 않으므로, 외측 멤브레인은 마모되는 경우에 교체될 수 있다. 내측 멤브레인은 연마 작동들 동안 마모를 겪을 필요가 없고, 적어도, 훨씬 덜 빈번하게 교체될 필요가 있을 수 있으며, 이는 비용들을 낮출 수 있다. 외측 멤브레인이 화학적 내마모성 물질로 코팅될 수 있긴 하지만, 내측 멤브레인은 코팅될 필요가 없고 따라서 더 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 추가적으로, 외측 멤브레인은 더 단순하고, 따라서 외측 멤브레인이 찢겨진 경우에, 교체는 더 낮은 비용으로 이루어질 수 있다. 한편, 내측 멤브레인 물질은 외측 멤브레인만큼 화학적으로 내마모성일 필요가 없다. 내측 멤브레인은 캐리어 헤드에, 예를 들어, 멤브레인 지지부에, 더 영구적인 방식으로, 예를 들어, 에폭시와 같은 접착제에 의해 체결될 수 있다. 이는 챔버들로부터의 누설을 감소시킬 수 있다. 게다가, 내측 멤브레인은 캐리어 베이스에의 부착을 돕는 더 복잡한 피처들을 갖는 몰드로 제조될 수 있는데; 이는 내측 멤브레인이 더 이상 소모품이 아니기 때문이고, 이는 비용에 더 낮은 영향을 주면서 우수한 부착, 예를 들어, 누설 감소를 허용한다.
도 1a-1c를 참조하면, 기판(10)은 캐리어 헤드(100)를 갖는 화학적 기계적 연마(CMP) 장치에 의해 연마될 수 있다. 캐리어 헤드(100)는, 상부 캐리어 몸체(104) 및 하부 캐리어 몸체(106)를 갖는 하우징(102), 짐벌 메커니즘(108)(하부 캐리어 몸체(106)의 일부로 간주될 수 있음), 로딩 챔버(110), 하우징(102)에 연결되는(예를 들어, 상부 캐리어 몸체(104) 및/또는 하부 캐리어 몸체(106)에 연결되는) 리테이닝 링 조립체(아래에서 논의됨), 하우징(102)에 연결되는(예를 들어, 상부 캐리어 몸체(104) 및/또는 하부 캐리어 몸체(106)에 연결되는) 외측 링(400), 및 멤브레인 조립체(500)를 포함한다. 일부 구현들에서, 상부 캐리어 몸체(104) 및 하부 캐리어 몸체(106)는 단일 일체형 몸체로 대체된다. 일부 구현들에서, 단일 링만이 존재하고; 리테이닝 링(205) 또는 외측 링(400) 중 어느 하나가 존재하지 않는다.
상부 캐리어 몸체(104)는 전체 캐리어 헤드(100)를 회전시키기 위해 회전가능한 구동 샤프트에 고정될 수 있다. 상부 캐리어 몸체(104)는 일반적으로, 형상이 원형일 수 있다. 캐리어 헤드(100)의 공압 제어를 위해 상부 캐리어 몸체(104)를 통해 연장되는 통로들이 존재할 수 있다.
하부 캐리어 몸체(106)는 상부 캐리어 몸체(104) 아래에 위치되고, 상부 캐리어 몸체(104)에 대해 수직으로 이동가능하다. 하부 캐리어 몸체(106)에 하중, 즉, 하향 압력 또는 중량을 가하기 위해 로딩 챔버(110)가 상부 캐리어 몸체(104)와 하부 캐리어 몸체(106) 사이에 위치된다. 연마 패드에 대한 하부 캐리어 몸체(106)의 수직 위치가 또한, 로딩 챔버(110)에 의해 제어된다. 일부 실시예들에서, 연마 패드에 대한 하부 캐리어 몸체(106)의 수직 위치는 액추에이터에 의해 제어된다.
짐벌 메커니즘(108)은, 상부 캐리어 몸체(104)에 대한 하부 캐리어 몸체(106)의 측방향 운동을 방지하면서 하부 캐리어 몸체(106)가 상부 캐리어 몸체(104)에 대해 수직으로 이동하고 짐벌(gimbal)하는 것을 허용한다.
일부 실시예들에서, 짐벌 메커니즘(108)은 하우징(102)의 리세스 내로 연장되는 샤프트(122)의 하부 단부에 배치된 구형 베어링(120)을 갖는다(도 1c 참고). 구형 베어링(120)은 베이스 조립체(104)가 회전 중심, 예를 들어, 구형 베어링(120)의 중심을 중심으로 회전하는 것을 허용한다. 짐벌 메커니즘(108)의 구형 베어링은 마찰을 감소시키기 위해 윤활처리되거나 테프론으로 코팅될 수 있다. 구형 베어링(120)은 로킹 메커니즘(128)을 사용하여 베이스 조립체(104)의 짐벌 하우징(126)에 유지될 수 있다. 예를 들어, 로킹 메커니즘(128)은 구형 베어링(120) 및 샤프트(122)를 짐벌 하우징(126) 내의 제자리에 로킹할 수 있는 스프링 작동식 로크일 수 있다. 짐벌 하우징(126)은 구형 베어링(120)에 의해 야기되는 진동 및 마찰이 베이스 조립체(104)로 전달되는 효과를 감소시키기 위해 감쇠기들(124), 예를 들어, 진동 개스킷을 사용하여 베이스 조립체(104)의 나머지에 연결될 수 있다. 그러나, 일부 구현들에서, 짐벌이 존재하지 않는다.
기판(10)은 리테이닝 링(205)에 의해 멤브레인 조립체(500) 아래에 유지될 수 있다. 리테이닝 링 조립체(200)는 리테이닝 링(205), 및 리테이닝 링(205)에 대한 압력을 제어하기 위해 환형 챔버(350)를 제공하도록 성형된 가요성 멤브레인(300)을 포함할 수 있다. 리테이닝 링(205)은 가요성 멤브레인(300) 아래에 위치되고, 예를 들어, 클램프(250)에 의해 가요성 멤브레인(300)에 고정될 수 있다. 리테이닝 링(205)에 대한 하중은 연마 패드(30)에 하중을 제공한다. 리테이닝 링(205)에 대한 독립적인 로딩은 링이 마모됨에 따라 패드에 일관된 로딩을 허용할 수 있다.
리테이닝 링(205)은 기판(10)을 유지하고 능동 에지 프로세스 제어를 제공하도록 구성될 수 있는 반면에, 외측 링(400)은 연마 패드의 표면에 대한 캐리어 헤드의 위치설정 또는 참조를 제공할 수 있다.
캐리어 헤드의 각각의 챔버는, 상부 캐리어 몸체(104) 및 하부 캐리어 몸체(106)를 통한 통로들에 의해, 연관된 압력 공급원(예를 들어, 압력 공급원(922)), 예컨대, 펌프 또는 압력 또는 진공 라인에 유체 결합될 수 있다. 가요성 멤브레인(300)의 환형 챔버(350)를 위한, 로딩 챔버(110)를 위한, 하부 가압가능한 챔버(722)를 위한, 측 챔버(724)를 위한, 그리고 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들(650) 각각에 대한 하나 이상의 통로가 존재할 수 있다. 하부 캐리어 몸체(106)로부터의 하나 이상의 통로는 로딩 챔버(110) 내부 또는 캐리어 헤드(100) 외부로 연장되는 가요성 배관에 의해 상부 캐리어 몸체(104)의 통로들에 연결될 수 있다. 각각의 챔버의 가압은 독립적으로 제어될 수 있다. 특히, 각각의 챔버(650)의 가압은 독립적으로 제어될 수 있다. 이는 연마 동안 기판(10)의 상이한 방사상 영역들에 상이한 압력들이 가해지는 것을 허용하고, 그에 의해 불균일한 연마 레이트들을 보상한다.
멤브레인 조립체(500)는 멤브레인 지지부(716), 외측 멤브레인(700), 및 내측 멤브레인(600)을 포함할 수 있다. 멤브레인 지지부(716)는 대체로 디스크 형상의 몸체일 수 있고, 강성 물질, 예를 들어, 스테인리스 강, 알루미늄 또는 경질 플라스틱으로 형성될 수 있다.
외측 멤브레인(700)은 내측 멤브레인(600)에 접촉하도록 위치될 수 있는 내측 표면(702), 및 기판(10)을 위한 장착 표면을 제공할 수 있는 외측 표면(704)을 갖는다. 외측 멤브레인(700)은 장착 표면을 제공하는 원형 주 부분으로부터 상향으로 연장되는 주연 부분(726)을 가질 수 있다. 외측 멤브레인(700)은 또한, 주연 부분으로부터 내측으로 연장되는 2개의 플랩들(734, 738)을 포함할 수 있다. 외측 멤브레인(700)의 제1 플랩(734)은, 멤브레인 지지부(716)에 고정되고 멤브레인 지지부(716)와 클램프(736) 사이에 클램핑될 수 있는 립(714)을 가질 수 있다. 유사하게, 제2 플랩(734)은 멤브레인 지지부(716)에 고정된, 예를 들어, 2개의 클램프들(736) 사이에 클램핑된 립(714)을 가질 수 있다. 클램프들(736)은 파스너, 스크류, 볼트, 또는 다른 유사한 파스너에 의해 하부 캐리어 몸체(106)에 고정될 수 있다. 제1 플랩(734)은 하부 가압가능한 챔버(722)를 2개의 플랩들(734, 738) 사이에 위치된 측 챔버(724)로부터 분리시킬 수 있다. 하부 가압가능한 챔버(722)는 내측 멤브레인(600)의 바닥과 내측 멤브레인(600)의 측들에 걸쳐 연장되도록 구성된다. 내측 멤브레인(600)은 하부 가압가능한 챔버(722)와 멤브레인 지지부(716) 사이에 위치된다.
외측 멤브레인(700)은 기판(10)의 대부분 또는 전체에 하향 압력을 가할 수 있다. 하부 가압가능한 챔버(722)의 압력은 외측 멤브레인(700)의 외측 표면(704)이 기판(10)에 압력을 가하는 것을 허용하도록 제어될 수 있다.
내측 멤브레인(600)은 서로에 대해 수직으로 확장될 수 있는 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들(650)을 한정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 챔버(650)는 멤브레인(600)의 플로어 부분(654) 및 2개의 측벽 부분들(656)에 의해 한정될 수 있다. 각각의 챔버에 대해, 플랜지 부분들(652)은 양 측벽 부분들(656)로부터 내측으로 연장될 수 있다. 2개 내지 20개의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들(650)이 존재할 수 있다. 각각의 챔버(650)에 대해, 플랜지 부분들(652)은 클램프(660)와 멤브레인 지지부(716) 사이에 캡처될 수 있고, 따라서 멤브레인(600)을 멤브레인 지지부(716)에 고정한다. 클램프들(660)은 파스너, 스크류, 볼트, 또는 다른 유사한 파스너에 의해 멤브레인 지지부(716)에 고정될 수 있다. 대안적으로, 플랜지 부분들(652)은 접착제에 의해 멤브레인 지지부(716)에 고정될 수 있다.
인접 챔버들의 측벽들 부분들(656)은 그들의 최상부 에지들에서, 예를 들어, 플랜지 부분들(652)과 동일 평면 상에 있는 브리징 부분(658)에 의해 연결될 수 있다. 대조적으로, 브리징 부분(658) 아래에서, 인접 측벽 부분들(656)은 갭(655)에 의해 분리된다. 아래의 별개의 측벽 부분들(656)은 멤브레인(600)의 클램프(660)에 의해 분리된다. 측벽 부분들(656)은 각각의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버(650)가, 감소된 누화를 갖고서, 인접 가압가능한 챔버(650)에 대해 수직으로 확장되는 것을 허용한다.
각각의 내측 챔버(650)는 내측 멤브레인(600)의 대응 부분에 하향 압력을 개별적으로 가할 수 있고, 이는 그 다음, 외측 멤브레인(700)의 대응 부분에 하향 압력을 가할 수 있고, 이는 그 다음, 기판(10)의 대응 부분에 하향 압력을 가할 수 있다. 또한, 기판(10)에 하향력들을 가하는, 내측 멤브레인(600)과 외측 멤브레인(700)의 조합은 내측 챔버들(650) 사이의 갭들(655)의 효과를 감소시킬 수 있다. 외측 멤브레인이 없다면, 내측 챔버들(650) 사이의 갭들(예를 들어, 갭들(655))에 대응하는, 기판(10)의 부분들은 감소된 연마를 경험할 수 있다. 그러나, 외측 멤브레인(700)은 이러한 효과를 감소시킬 수 있는데, 이는, 갭들에서 외측 챔버(722)에 의해 최소 압력이 가해질 수 있고, 이에 의해, 내측 챔버들(650) 사이의 갭들에 의해 야기되는 결점들을 평활화하고 감소시킬 것이기 때문이다.
내측 멤브레인(600)의 바닥 표면 및/또는 외측 멤브레인(700)의 최상부 표면은 내측 멤브레인(600)과 외측 멤브레인(700) 사이의 밀봉을 방지하기 위해 텍스처링될 수 있는데, 예를 들어, 멤브레인의 다른 부분들에 비해 증가된 표면 거칠기를 갖거나 홈이 형성될 수 있다.
도 2a-2c를 참조하면, 부동 이중 멤브레인 조립체를 갖는 캐리어 헤드는 도 1a-1c를 참조하여 논의된 캐리어 헤드와 유사하지만, 베이스 조립체(102)는, 예를 들어, 굴곡부(900)를 사용하여 멤브레인 조립체(500)에 이동가능하게 연결된다.
멤브레인 조립체(500)는 멤브레인 지지부(716), 외측 멤브레인(700), 및 내측 멤브레인(600)을 포함할 수 있다. 외측 멤브레인(700)은 내측 멤브레인(600)에 접촉하도록 위치될 수 있는 내측 표면(702), 및 기판(10)을 위한 장착 표면을 제공할 수 있는 외측 표면(704)을 갖는다. 외측 멤브레인(700)은 또한, 주연 부분으로부터 내측으로 연장되는 2개의 플랩들(734, 738)을 포함할 수 있다. 외측 멤브레인(700)의 제1 플랩(734)은, 멤브레인 지지부(716)에 고정되고 멤브레인 지지부(716)와 클램프(736) 사이에 클램핑될 수 있는 립(714)을 가질 수 있다. 유사하게, 제2 플랩(734)은 멤브레인 지지부(716)에 고정된, 예를 들어, 2개의 클램프들(736) 사이에 클램핑된 립(714)을 가질 수 있다. 클램프들(736)은 파스너, 스크류, 볼트, 또는 다른 유사한 파스너에 의해 하부 캐리어 몸체(106)에 고정될 수 있다. 제1 플랩(734)은 하부 가압가능한 챔버(722)를 2개의 플랩들(734, 738) 사이에 위치된 측 챔버(724)로부터 분리시킬 수 있다. 하부 가압가능한 챔버(722)는 내측 멤브레인(600)의 바닥과 내측 멤브레인(600)의 측들에 걸쳐 연장되도록 구성된다. 내측 멤브레인(600)은 하부 가압가능한 챔버(722)와 멤브레인 지지부(716) 사이에 위치된다. 상부 가압가능한 챔버(726)는 멤브레인 조립체(500)(멤브레인 지지부(716)를 포함함) 및 하부 캐리어 몸체(106)에 의해 형성된다. 상부 가압가능한 챔버(726)는 굴곡부(900)에 의해 굴곡부(900) 위의 챔버(728)(캐리어 헤드(100)의 외부로 통기될 수 있음)로부터 밀봉된다.
하부 캐리어 몸체(106)는 굴곡부(900)에 의해 멤브레인 조립체(500)에 연결될 수 있다. 굴곡부(900)는 환형 시트일 수 있다. 굴곡부(900)는, 몇몇 예를 들자면, 파스너들(902), 예를 들어, 접착제, 스크류, 볼트, 클램프를 사용하여, 또는 인터로킹에 의해, 하우징(102)(예를 들어, 하부 캐리어 몸체(106)) 및 멤브레인 조립체(500)에 연결될 수 있다. 굴곡부(900)는 가요성 물질, 예컨대, 실리콘 고무 또는 다른 유사한 엘라스토머, 또는 플라스틱, 금속 또는 복합 물질, 예컨대, 섬유 강화 실리콘으로 구성될 수 있다. 굴곡부(900)는 멤브레인 조립체(500)를 하우징(102) 아래에 중심을 둔 상태로 유지하기 위해 측방향 운동에 저항하기에 충분히 강할 수 있다. 그러나, 굴곡부(900)는 수직으로는, 캐리어 몸체(106)에 대한 멤브레인 조립체(500)의 수직 운동을 허용하기에 충분히 가요성일 수 있다.
굴곡부(900)는, 굴곡부(900)가 굴곡되는 것, 예를 들어, 굽힘가능하게 편향되는 것을 허용함으로써, 멤브레인 조립체(500)가 하부 캐리어 몸체(106)에 대하여 수직으로 이동하는 것을 허용할 수 있다. 굴곡부(900)가 굴곡됨에 따라, 굴곡부(900)에 의해 멤브레인 지지부(716)에, 그리고 따라서 기판(10)에 가해지는 압력은 증가하거나 감소할 수 있다.
도 1a 및 2a를 참조하면, 제어기(910)는 캐리어 헤드(100)의 다양한 챔버들의 압력을 조절하는 데 사용될 수 있다. 제어기(910)는 압력 공급원(922), 압력 공급원(924) 및 압력 공급원(926)에 결합될 수 있다. 압력 공급원들(922, 924, 926)은, 예를 들어, 압력 챔버, 유압 챔버, 가스 챔버 등일 수 있다. 압력 공급원(922)은 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들(650)에 연결될 수 있고, 압력 공급원(924)은 외측 멤브레인(700)에 연결될 수 있고, 압력 공급원(926)은 상부 가압가능한 챔버(726)에 연결될 수 있다(도 2a-2c 참고). 센서(930)는 압력 공급원들(922, 924, 926), 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들(650), 외측 멤브레인(700), 및 상부 가압가능한 챔버(726)(도 2a-2c 참고)에서의 압력(들)을 측정할 수 있고, 측정된 압력(들)을 제어기(910)에 전달할 수 있다. 제어기(910)는, 압력 공급원들(922, 924, 926)로 하여금, 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들(650), 외측 챔버(722), 립 챔버(724), 및/또는 상부 가압가능한 챔버(726)의 압력을 증가시키고/거나 감소시키게 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 다른 구현에서, 캐리어 헤드는 에지 제어 구역(680)에 대한 개별 제어를 갖는다. 에지 제어 구역(680)은 멤브레인 부분(600a)에 의해 에워싸인 개별적으로 가압가능한 내측 챔버(650a)에 의해 한정된다. 멤브레인 부분(600a)은 굴곡부(682)를 이용하여 내측 멤브레인(600)의 나머지에 가요적으로 연결된다. 압력이 증가하거나 감소할 수 있는 액추에이터, 예를 들어, 벨로우즈(684)는 집중된 에지 로딩을 제공하기 위해 내측 챔버(650a)를 힌지 방식으로 굴곡시킬 수 있다. 즉, 내측 챔버(650a)는 내측 멤브레인(600) 및 내측 챔버들(650)로부터 반-독립적으로 이동할 수 있다. 장점은, 에지 균일성을 개선하기 위해, 예를 들어, 체크마크 프로파일을 감소시키기 위해, 내측 챔버(650a)가 기판(10)(예시되지 않음)에 대해 에지 제어 연마를 수행할 수 있다는 점이다.
제어기(또는 "제어 시스템")는, 디지털 전자 회로로, 유형적으로 구현된 컴퓨터 소프트웨어 또는 펌웨어로, 컴퓨터 하드웨어로, 또는 이들 중 하나 이상의 조합들로 구현될 수 있다. 본 명세서에 설명된 주제의 실시예들은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서, 즉, 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 처리 장치의 작동을 제어하기 위해, 유형적인 비일시적 저장 매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어들의 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다.
본 명세서는, 제어 시스템과 관련하여 "구성된"이라는 용어를 사용한다. 하나 이상의 컴퓨터의 시스템이 특정 작동들 또는 활동들을 수행하도록 구성된다는 것은, 시스템이, 작동 중에 시스템으로 하여금 그러한 작동들 또는 활동들을 수행하게 하는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합을 시스템 상에 설치했다는 것을 의미한다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램이 특정 작동들 또는 활동들을 수행하도록 구성된다는 것은, 하나 이상의 프로그램이, 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 장치로 하여금 그러한 작동들 또는 활동들을 수행하게 하는 명령어들을 포함한다는 것을 의미한다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1b는 내측 멤브레인의 인접 챔버들이, 갭에 의해 분리되는 측벽들을 갖는 것으로서 예시하지만, 인접 챔버들은 공통 측벽을 공유할 수 있다. 이에 따라, 다른 구현들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (13)

  1. 화학적 기계적 연마를 위한 캐리어 헤드로서,
    베이스 조립체; 및
    상기 베이스 조립체에 연결된 멤브레인 조립체
    를 포함하고, 상기 멤브레인 조립체는:
    멤브레인 지지부;
    상기 멤브레인 지지부에 고정된 내측 멤브레인 - 상기 내측 멤브레인은 상기 멤브레인의 상부 표면과 상기 멤브레인 지지부 사이에 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 형성하고, 상기 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 각각의 챔버는 상기 내측 멤브레인의 플로어 부분 및 2개의 측벽 부분들에 의해 제공되고, 인접 챔버들을 위한 측벽 부분들은 갭에 의해 분리됨 -; 및
    상기 멤브레인 지지부에 고정되고 상기 내측 멤브레인 아래로 연장되는 외측 멤브레인 - 상기 외측 멤브레인은 내측 표면 및 외측 표면을 갖고, 상기 외측 멤브레인은 상기 외측 멤브레인의 내측 표면과 상기 내측 멤브레인의 하부 표면 사이에 하부 가압가능한 챔버를 한정하고, 상기 내측 표면은 상기 복수의 챔버들 중 하나 이상의 챔버의 가압 시에 상기 내측 멤브레인의 하부 표면에 의한 접촉을 위해 위치되고, 상기 외측 표면은 기판에 접촉하도록 구성됨 -
    을 포함하는, 캐리어 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    인접 챔버들에 대한 측벽 부분들은 상기 측벽 부분들의 최상부 에지들로부터 연장되는 브리지 부분에 의해 연결되는, 캐리어 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내측 멤브레인의 각각의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버에 대해, 상기 2개의 측벽 부분들로부터 내측으로 연장되는 플랜지 부분들을 포함하는, 캐리어 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내측 멤브레인은 복수의 클램프들에 의해 상기 멤브레인 지지부에 고정되고, 각각의 챔버는 상기 플랜지 부분들을 상기 멤브레인 지지부에 클램핑하는 클램프를 갖는, 캐리어 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외측 멤브레인은 기판 수용 표면을 갖는 중앙 부분, 상기 중앙 부분의 외측 에지로부터 상향으로 연장되는 주연 부분, 및 상기 멤브레인 지지부의 부분 위에서 내측으로 연장되는 제1 플랩을 포함하는, 캐리어 헤드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외측 멤브레인은 상기 멤브레인 지지부의 상기 부분 위에서 내측으로 연장되는 제2 플랩을 포함하고, 상기 제1 플랩과 상기 제2 플랩 사이의 용적은 립 챔버를 한정하는, 캐리어 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    2개 내지 20개의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 포함하는, 캐리어 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들은 동심인, 캐리어 헤드.
  9. 화학적 기계적 연마를 위한 시스템으로서,
    복수의 압력 공급원들;
    캐리어 헤드 - 상기 캐리어 헤드는:
    베이스 조립체;
    멤브레인 조립체
    를 포함하고, 상기 멤브레인 조립체는:
    멤브레인 지지부,
    상기 멤브레인 지지부에 고정된 내측 멤브레인 - 상기 내측 멤브레인은 상기 내측 멤브레인의 상부 표면과 상기 멤브레인 지지부 사이에 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 형성하고, 상기 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 각각의 챔버는 상기 내측 멤브레인의 플로어 부분 및 2개의 측벽 부분들에 의해 제공되고, 인접 챔버들을 위한 측벽 부분들은 갭에 의해 분리됨 -,
    상기 멤브레인 지지부에 고정되고 상기 내측 멤브레인 아래로 연장되는 외측 멤브레인 - 상기 외측 멤브레인은 내측 표면 및 외측 표면을 갖고, 상기 외측 멤브레인은 상기 외측 멤브레인의 내측 표면과 상기 내측 멤브레인의 하부 표면 사이에 하부 가압가능한 챔버를 한정하고, 상기 내측 표면은 상기 복수의 챔버들 중 하나 이상의 챔버의 가압 시에 상기 내측 멤브레인의 하부 표면에 접촉하도록 위치되고, 상기 외측 표면은 기판에 접촉하도록 구성됨 -
    을 가짐 -; 및
    하나 이상의 압력 공급원에 연결된 제어기 - 상기 제어기는 상기 압력 공급원들로 하여금, 상기 하나 이상의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버에 대응하는 상기 외측 멤브레인의 부분에서 상기 외측 멤브레인에 의해 상기 기판에 가해지는 상기 압력을 보충하기 위해 상기 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 하나 이상이 상기 하부 챔버의 상기 압력과 동일하거나 그보다 큰 압력으로 가압되도록, 상기 내측 챔버들 및 상기 하부 챔버를 가압하게 하도록 구성됨 -
    를 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 조립체와 상기 기판 백킹 조립체를 연결하는 굴곡부(flexure)를 더 포함하는, 시스템.
  11. 캐리어 헤드를 이용한 화학적 기계적 연마를 위한 방법으로서,
    복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들을 한정하는 내측 멤브레인 및 외측 멤브레인을 갖는 멤브레인 조립체를 포함하는 캐리어 헤드에 기판을 유지하는 단계 - 상기 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 각각의 챔버는 상기 내측 멤브레인의 플로어 부분 및 2개의 측벽 부분들에 의해 제공되고, 인접 챔버들을 위한 측벽 부분들은 갭에 의해 분리됨 -;
    상기 내측 멤브레인과 상기 외측 멤브레인 사이의 하부 챔버를 제1 압력으로 가압하는 단계;
    상기 복수의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들 중 적어도 일부를 상기 제1 압력과 동일하거나 그보다 큰 제2 압력으로 가압하는 단계; 및
    상기 하부 챔버로부터의 압력이 제1 레이트에서 상기 기판의 연마를 야기하고 상기 하나 이상의 내측 챔버의 압력이 상기 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들에 대응하는 영역들에서의 상기 기판의 연마를 보충적으로 증가시키도록, 상기 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    2개 내지 20개의 개별적으로 가압가능한 내측 챔버들에 대응하는 영역들에서 상기 기판의 연마를 보충적으로 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내측 챔버들은 동심인, 방법.
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