(57)【要約】【解決手段】  ＣＭＰシステムおよび方法が、ウエハの化学機械研磨された縁部の縁部プロフィルと、ウエハの化学機械研磨された中央部の中央部プロフィルとの間の差の原因を、縁部において低減する。ウエハは、ウエハ回転軸（２２４）がウエハスピンドル（２２０）のスピンドル回転軸（２１８）に対して広く動くためにジンバルされるように、ウエハキャリア（２１２）のキャリア面（２１０）に取り付けられる。保持リング（２２６）は、ウエハ軸に垂直なキャリア面（２１０）上でのウエハの移動を制限する。保持リング（２２６）は、ウエハキャリア（２１２）に対して動くように取り付けられる。リニアベアリング（２３０）は、ウエハキャリア（２１２）と保持リング（２２６）との間で許容された移動の方向が、ウエハ軸（２２４）に平行な移動のみになるように、ハウジング（３２０）とシャフト（３２６）とを備えるよう構成され、それにより、ウエハ平面および保持リング（２２６）が同一平面上に存在することが可能になる。
2005510855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨システムにおいて位置関係を制御する装置であって、
化学機械研磨面と接触するようウエハを取り付けるように構成されたキャリア面を有するウエハキャリアプレートと、
前記ウエハキャリアプレートに対して動くように取り付けられ、前記キャリア面の所望の位置に前記ウエハを保持すると共に、前記研磨面と接触するよう構成されたリング面を有する保持リングアセンブリと、
前記ウエハキャリアプレートと前記保持リングアセンブリとの間に取り付けられ、前記リング面が前記キャリアプレート面に平行に配置されるように、前記キャリアプレートに対する前記保持リングアセンブリの移動を制限するベアリングアセンブリと、を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記リニアベアリングアセンブリは、前記ウエハキャリアプレートと前記保持リングの一方に取り付けられたベアリングハウジングを備えるよう構成されており、前記ウエハキャリアプレートと前記保持リングアセンブリの他方には、ベアリングシャフトが取り付けられ、前記ベアリングシャフトは、前記ベアリングハウジングに収納される装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、さらに、
前記ウエハキャリアプレートと前記保持リングアセンブリとの間に取り付けられ、前記キャリアプレート面に対する前記リング面の突出位置を制御する駆動部を備える装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記リニアベアリングは、前記キャリアプレート面に対する前記リング面の位置の前記制御の際に、前記リング面を前記キャリアプレート面に平行に保つために有効である装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、さらに、
回転するように前記ウエハキャリアプレートを取り付けるよう構成され、前記ウエハプレートに近接した基部を有するスピンドルであって、前記基部は、第１のジンバル部材を受けるよう構成されたスピンドルと、
前記第１のジンバル部材と協調するよう構成されると共に、前記ウエハキャリアプレートに固定されることで、前記キャリアプレート面が前記研磨面と平行となる研磨位置の範囲の任意の位置に、前記ウエハキャリアプレートが配置されることを可能にする第２のジンバル部材と、を備え、
前記キャリアプレート面が前記研磨面に平行な状態で、前記ベアリングアセンブリは、前記リング面が前記研磨面と同一平面上に配置されるように、前記キャリアプレートに対する前記保持リングアセンブリの移動を制限するために有効である装置。
【請求項６】
化学機械研磨面に関して位置関係を制御する装置であって、
スピンドルと、
ウエハキャリア面を有するウエハキャリアと、
前記スピンドルに取り付けられた第１のジンバル部材と、前記キャリアに取り付けられた第２のジンバル部材とを有するジンバルアセンブリであって、前記第２のジンバル部材は、前記第１のジンバル部材と結合することにより、前記ウエハキャリア面が前記研磨面と平行になる研磨位置への、前記スピンドルに対する前記キャリアのジンバリング運動を許容するジンバルアセンブリと、
前記ウエハキャリアに対して動くように取り付けられ、前記研磨面と接触するよう構成されたリング面を有する保持リングアセンブリと、
前記ウエハキャリアと前記保持リングアセンブリとの間に取り付けられ、前記リング面が前記キャリア面に平行に配置されるように、前記キャリアに対する前記保持リングアセンブリの移動を制限するよう構成されたベアリングアセンブリと、を備える装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、さらに、
前記ウエハキャリアと前記保持リングアセンブリとの間に配置され、前記キャリア面に対して前記リング面を動かす駆動部を備える装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記スピンドルは、回転力を提供するよう構成されており、前記ジンバルアセンブリは、前記回転力を前記キャリアに伝達するための少なくとも１つのコネクタを備えるよう構成されている装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置であって、前記ベアリングアセンブリは、前記ウエハキャリアと前記保持リングアセンブリの一方に取り付けられたリニアベアリングハウジングと、前記ウエハキャリアと前記保持リングアセンブリの他方に取り付けられたリニアベアリングシャフトとを備えるよう構成されている装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の装置であって、さらに、
前記スピンドルに取り付けられると共に、前記第１のジンバル部材に接続されて研磨力を受信する力入力部を有するセンサを備える装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記スピンドルは、前記センサを収納し前記ウエハキャリアに近接して配置するための空洞部を備えるよう構成され、
前記ウエハキャリアは、前記第１および第２のジンバル部材を受けると共に、前記センサの前記力入力部が前記ウエハキャリア面に近接することを可能にする凹部を備えるよう構成されている装置。
【請求項１２】
化学機械研磨システムにおいて位置関係を制御する装置であって、
回転力を提供するよう構成され、第１のジンバル部材を有するスピンドルと、
前記第１のジンバル部材と協調するよう構成された第２のジンバル部材を有することで、前記第２の部材が前記スピンドルに対して広く運動するジンバリング運動を可能にすると共に、前記回転力を伝達するための駆動コネクタを有するジンバルアセンブリと、
前記第２のジンバル部材に取り付けられウエハキャリア面を備えるウエハキャリアであって、前記ジンバル部材は、前記ウエハキャリア面が前記研磨面に平行になる研磨位置への、前記ウエハキャリアの前記ジンバリング運動を可能にし、前記ウエハキャリアは、前記駆動コネクタを受けると共に、前記回転力を前記キャリアに伝達しつつ前記ジンバリング運動を可能にするよう構成された駆動ソケットを有するウエハキャリアと、
前記ウエハキャリア面に前記ウエハを保持するために突出を提供するための突出位置にまで、前記ウエハキャリアに対して動くように取り付けられると共に、前記研磨面と接触するよう構成されたリング面を有する保持リングアセンブリと、
前記スピンドルから離れて前記ウエハキャリアと前記保持リングアセンブリとの間に取り付けられ、前記キャリアに対する前記保持リングアセンブリの制限された移動のみを許容するリニアベアリングアセンブリであって、前記制限された移動は、前記ジンバリング運動中に前記リング面が前記キャリア面に平行に配置された状態を保つリニアベアリングアセンブリと、を備える装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、さらに、
前記ウエハキャリアと前記保持リングアセンブリとの間に配置され、前記ウエハキャリア面に対して前記リング面を移動させて前記突出の値の選択を可能にする駆動部を備える装置。
【請求項１４】
化学機械研磨において半導体ウエハの構造的な運動を制御する装置であって、
キャリアプレートであって、前記キャリアプレートのキャリア回転軸を中心とするウエハ取り付け面を有するキャリアプレートと、
前記ウエハ取り付け面を取り囲む保持リングと、
前記キャリアプレートに対して、前記キャリア軸に平行な第１の方向と、前記キャリア軸に平行ではない他の方向とを含む複数の方向に動くように、前記キャリアプレートに前記保持リング取り付けるよう構成されたコネクタ構成と、
前記キャリアプレートに固定された少なくとも１つの第１のユニットと、前記保持リングに固定された少なくとも１つの第２のユニットとを有するリニアベアリング構成であって、前記少なくとも１つの第２のユニットは、前記少なくとも１つの第１のユニットに対して移動可能であり、前記少なくとも１つの第１のユニットおよび前記少なくとも１つの第２のユニットは、前記キャリア軸に平行な前記第１の方向の移動を除く前記複数の方向への前記キャリアプレートに対する前記保持リングの移動すべてを抑制するよう構成されているリニアベアリング構成と、を備える装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、前記ウエハ取り付け面は、前記キャリア軸と同軸であると共に前記軸に近接して中心に配置されるよう構成され、
前記リニアベアリング構成は、前記中央ウエハ取り付け面の周囲の弓形の通路に沿って配置されたリニアベアリングの配列を備えており、前記リニアベアリングの各々は、前記ウエハ取り付け面の半径方向外向きに前記キャリアプレートに固定された前記少なくとも１つの第１のユニットの内の１つを有し、前記リニアベアリングの各々は、前記ウエハ取り付け面の半径方向外向きに前記保持リングに固定された前記少なくとも１つの第２のユニットの内の１つを有している装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の装置であって、さらに、
回転の駆動軸を有し、前記キャリアプレートを回転させるよう構成されると共に、第２のジンバル面と協調するよう構成された第１のジンバル面を有する連結器を備え、
前記キャリアプレートは、前記第１のジンバル面と協調する前記第２のジンバル面を備えることで、前記キャリア軸が前記駆動軸に対して傾斜するように、前記キャリアプレートおよび前記キャリアプレート上の前記保持リングが、前記連結器に対して移動することを可能にし、
前記連結器に対する前記キャリアプレートの移動中に、前記リニアベアリング構成は、前記キャリア軸に平行な前記第１の方向にのみ、前記キャリアプレートに対する前記保持リングの移動を許容する装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記保持リングと前記キャリアプレートに別個の研磨力が加えられ、前記別個の研磨力の各々は、前記キャリア軸に平行な平行成分と、前記キャリア軸と平行ではない成分とを有し、前記装置は、さらに、
前記連結器に取り付けられ力入力部を有すると共に、前記力入力部が前記第１のジンバル面に接触するように構成されたセンサを備え、
前記キャリアプレートに対して動くように前記キャリアプレートに前記保持リングを取り付けるための前記コネクタの構成と、前記キャリア軸に平行な前記第１の方向にのみ、前記キャリアプレートに対する前記保持リングの移動を許容する前記リニアベアリング構成とにより、前記保持リングに加えられる前記別個の研磨力の前記平行成分のみが、前記センサによって感知されるよう前記キャリアプレートに加えられる装置。
【請求項１８】
化学機械研磨動作中に保持リングのリング面をウエハ接触面と整列させる方法であって、
前記ウエハ接触面を回転軸に取り付ける工程と、
前記保持リングが前記回転軸と平行以外および平行に自由に動く状態で、前記ウエハ接触面および前記回転軸に対して動くように、前記保持リングを取り付ける工程と、
前記取り付けられた保持リングが前記回転軸と平行以外の方向に動く自由を抑制する工程と、を備える方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、さらに、
前記ウエハ接触面および前記リング面を研磨部材に向かって推進することにより、前記ウエハ接触面および前記保持リングに力を加える工程と、
前記ウエハ接触面および前記リング面からの前記それぞれの力を前記ウエハ接触面のためのキャリアに伝達する工程と、
前記キャリアに伝達された前記それぞれの力を測定する工程と、を備える方法。
【請求項２０】
化学機械研磨動作中にウエハ接触面に対して移動可能なリング面を有するアクティブ保持リングをキャリブレーションする方法であって、前記リング面は、研磨面に接触しており、前記方法は、
前記ウエハ接触面を回転軸に取り付ける工程と、
前記保持リングが前記回転軸と平行以外および平行に自由に動く状態で、前記ウエハ接触面および前記回転軸に対して動くように、前記保持リングを取り付ける工程と、
前記取り付けられた保持リングが前記回転軸と平行以外の方向に動く自由を抑制する工程と、
前記ウエハ接触面の位置を前記回転軸に沿って固定する工程と、
前記保持リングをキャリブレーション装置に接触するよう配置する工程と、
前記保持リングに取り付けられた駆動部に圧力を加えて、前記リングを前記キャリブレーション装置に向かって推進する工程と、
前記圧力の複数の異なる圧力の各々に対して、前記保持リングが前記装置に加える力の値を測定する工程と、を備える方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、さらに、
前記駆動部に加えるべき圧力を選択する工程と、
前記測定された力を用いて、前記選択された圧力を、前記研磨面に加えられる前記保持リングの対応する力に変換する工程と、
前記研磨面に加えられる前記保持リングの前記対応する力の量だけ、化学機械研磨動作中に前記ウエハ接触面に加えるべき所望の研磨力を増大させる工程と、を備える方法。
【請求項２２】
ウエハの化学機械研磨された縁部の縁部プロフィルと、前記ウエハの化学機械研磨された中央部の中央部プロフィルとの間の差の原因を、前記縁部において低減する方法であって、
ウエハ回転軸がウエハスピンドルのスピンドル回転軸に対して広く動くことができるように、前記ウエハをウエハキャリアのキャリア面に取り付ける工程と、
前記ウエハキャリアに対して移動可能に保持リングを取り付けて突出を提供することにより、前記ウエハ軸に垂直な前記キャリア面上での前記ウエハの移動を制限する工程と、
前記取り付け工程および前記制限工程中に、前記ウエハ軸に平行な方向以外の前記保持リングの相対的な移動を抑制する工程と、を備える方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記抑制工程は、
前記ウエハキャリアと前記保持リングとの間において許容された移動の方向が、前記ウエハ軸と平行になるように、リニアベアリング要素を構成する工程と、
前記ウエハキャリアおよび前記保持リングそれぞれに前記リニアベアリング要素を取り付ける工程と、により実行される方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、前記縁部プロフィルと前記中央部プロフィルとの間の前記差の前記原因は、前記ウエハの露出された研磨されるべき面によって規定されるウエハ平面と、前記保持リングの露出された研磨部材に接触する面によって規定されるリング平面とが、同一平面上に存在しないことであり、
前記ウエハを前記キャリア面に取り付ける前記取り付け工程は、前記ウエハ平面が前記スピンドル軸に対して広く動くことを可能にし、
前記ウエハ軸に平行な方向以外の前記保持リングの前記相対的な移動を抑制する前記抑制工程は、前記ウエハ平面および前記リング平面が、化学機械研磨中に同一平面上に存在することを可能にする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、化学機械研磨（ＣＭＰ）動作の性能および効果を改善するためのＣＭＰシステムおよび技術に関する。特に、本発明は、ウエハ保持プレートのウエハ接触面とアクティブ保持リングのウエハ研磨体接触面とを整列させることによりエッジ効果を低減するウエハ保持用のジンバル付プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、例えば、シリコンから製造され、直径２００ｍｍまたは３００ｍｍの円盤として構成された半導体ウエハに対して、化学機械研磨（ＣＭＰ）動作を実行する必要がある。以下では、説明の簡単のため、そのような半導体ウエハおよびその他の平面構造、または電気もしくは電子回路を支持するために用いられる基板を挙げて説明する際には、「ウエハ」という用語を用いる。
【０００３】
集積回路素子は、そのようなウエハ上に加工されたマルチレベル構造の形態であってよい。トランジスタ素子は１つのレベルに形成されてよく、それに続くレベルには、相互接続メタライゼーション配線が、パターニングされると共にトランジスタ素子に電気的に接続されており、それによって、所望の機能素子が規定されている。パターニングされた導電層は、誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。メタライゼーションレベルとそれらに関連する誘電体層がより多く形成されるほど、ＣＭＰ動作の実行などによって誘電材料を平坦化する必要性が増大する。そのような平坦化を行わなければ、表面の形状が多様になるため、さらなるメタライゼーション層の加工がかなり困難になる。
【０００４】
ＣＭＰシステムは、通例、ウエハの選択された表面を研磨するための研磨ステーション（例えば、ベルト研磨体）を備える。代表的なＣＭＰシステムでは、ウエハは、キャリアのウエハ接触面（キャリア面）に取り付けられる。取り付けられたウエハの片面（ウエハ面）は、研磨面（例えば、研磨ベルトの研磨面）と接触するよう露出される。キャリアおよびウエハは、回転方向に回転する。ＣＭＰプロセスは、例えば、回転する露出ウエハ面と運動する露出研磨面とが、互いの方向に向かって力によって推進されることや、露出ウエハ面と露出研磨面とが、互いに相対的に移動することにより実現されてよい。キャリア面はキャリア平面を規定し、露出ウエハ面はウエハ平面を規定し、ウエハ平面に接触する露出研磨面は研磨平面を規定する。
【０００５】
従来、ウエハキャリアは、キャリアに対して回転および研磨力を提供するスピンドルに取り付けられていた。ウエハキャリアが、露出研磨面と望ましく接触するように露出ウエハ面を適切に配置できるよう、スピンドルとウエハキャリアとの間にジンバルが設けられていた。ジンバルは、キャリア平面が、ウエハキャリアの回転の中心となるスピンドル軸に対して傾斜することを可能にする。そのような傾斜により、キャリア平面は、ベルトの研磨平面と平行になることができる。しかしながら、一般に、ジンバルを設けた結果、キャリア面と、スピンドルに取り付けられた力センサとの間の機械的な構造が多くなる。その結果、機械的な構造内で摩擦が生じる機会が多くなり、センサによって感知される力が小さくなる。
【０００６】
また、水平方向の力に対してウエハを支持してウエハをキャリアプレートに保持するいわゆるアクティブ保持リングが設けられていたものもある。しかしながら、そのようなアクティブ保持リングの設計は、そのようなアクティブ保持リングの不都合な特徴を把握していなかった。そのため、そのような設計は、そのようなアクティブ保持リングのジンバルのような動きを考慮に入れていなかった。キャリアに取り付けられたそのようなアクティブ保持リングのそのような動作は、保持リングの露出面（リング面）によって規定される保持リング平面の観点から把握できる。そのような設計は、そのようなアクティブ保持リングにガイドがないことから、そのような保持リング平面が、力（例えば、ベルトによってリング面に作用する水平方向の力）に応じてウエハ平面から軸方向にずれることを認識していなかった。ずれの量は、突出と呼んでもよく、突出が正である場合には、ウエハ平面は、リング平面よりもベルトの研磨平面に近くなる。一般に、負の突出は、研磨の前にウエハをキャリア面に適切に着座すなわち配置させるために用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのような従来のアクティブ保持リングのガイドの欠如の例として、そのようなアクティブ保持リングをウエハに対して駆動するモータ（例えば、ブラダ）は、柔軟であるため、保持リング平面が、キャリア平面およびウエハ平面に対して制御されずに動くことを許容する。この無制御の保持リングおよびウエハキャリア間の相対的な移動は、保持リング平面が、傾斜することにより、キャリア平面とウエハ平面の両方に対して平行でなくなることを許容する。残念ながら、傾斜した方向では、保持リングは、ウエハ平面と同一平面上に存在しない。その結果、そのような傾斜により、ウエハおよび保持リングの外周に沿って、すなわち、キャリアの回転軸の周りで、様々な角度において突出の値が変わる。そのような突出の値の差は、例えば、それらが抑制されないことで、ＣＭＰ動作に問題を引き起こすため、望ましくない。それらの問題は、ウエハの縁部の観点から理解できる。ウエハの縁部は、例えば、ウエハの外縁から約５ないし８ｍｍ内側に広がるウエハ面の環状の部分を含む。ＣＭＰ研磨における問題は、突出の値におけるばらつきにより、研磨されるウエハの縁部の垂直プロフィルが、各々の異なる突出の値に対して異なる値を持つために生じる。
【０００８】
そのため、保持リングがウエハ平面に対して動くことを許容しつつ、保持リングの移動を制限して、そのような傾斜を防ぐ方法が必要となる。さらに、保持リング平面とウエハ平面とが整列される、すなわち、同一平面上に存在するように、保持リング平面が、キャリア平面とウエハ平面の両方に関して平行から外れることを防ぐ方法が必要となる。さらに、保持リングが、ウエハ平面に対して動くことを許容しつつ、キャリアの回転軸に関するウエハおよび保持リングの様々な回転角において突出の値が変わる原因となる相対的な移動を防ぐ構造および方法が必要となる。特に、現在、ＣＭＰ動作においてウエハ縁部の均一なプロフィルを実現しつつ、ウエハ平面に対して積極的に移動される保持リングの利点を保持する構造および方法が求められているが、未だ、実現されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
概して、本発明は、これらの要求を満たすために、上述の課題に対する解決法を実現するＣＭＰシステムおよび方法を提供する。その構造および方法は、保持リングがウエハ平面に対して動くことを許容しつつ、保持リングの移動を制限して、保持リング平面の位置ずれ（すなわち、キャリア平面とウエハ平面の両方に関して平行から外れること、換言すれば、ウエハ平面と同一平面上に存在しなくなること）を引き起こす傾斜を防ぐよう提供される。そのようなシステムおよび方法では、保持リングは、ウエハ平面に対して動いてよいが、相対的な移動は、ウエハの研磨のために保持リング平面とウエハ平面とが同一平面上に存在するよう制限される。特に、相対的な移動の方向は、ウエハ平面およびキャリア平面と垂直な方向に制限され、それにより、すべての所望の突出の値は、ウエハおよび保持リングの外周、すなわち、キャリア回転軸の周りの様々な角度において同一の値を維持する。そのため、ウエハ平面に対して積極的に動かされる保持リングの利点は、不均一な突出という課題を引き起こすことなしに保持される。
【００１０】
本発明のシステムおよび方法の一実施形態では、キャリアプレートに、ウエハを支持するためのキャリア面が設けられる。保持リングは、キャリアプレートに対して動くようにキャリアプレートに取り付けられる。キャリアプレートと保持リングとの間には、リニアベアリング構成が取り付けられる。その構成は、キャリアに対する保持リングの移動を制限するよう構成されており、許容された移動によって、保持リング平面は、ウエハ平面と平行を維持する、すなわち、研磨のために、ウエハ平面と同一平面上に存在することが可能となる。
【００１１】
本発明のシステムおよび方法の別の実施形態では、キャリアプレートを備えるアセンブリに、キャリアプレートをスピンドルハウジングに対して移動可能に取り付けるためのジンバルが設けられる。スピンドルハウジングは、駆動スピンドルに取り付けられている。ジンバルにより、キャリアプレートは、ウエハ平面がＣＭＰ動作の間に動いて研磨面と同一平面上に存在するように動くことが可能となる。保持リングは、キャリアプレートに対して動くようにキャリアプレートに取り付けられており、そのため、ウエハに対しても動くことが可能である。しかしながら、リニアベアリング構成は、そのような相対的な移動を両方とも抑制するために、キャリアプレートの中心軸に平行な軌道に沿ったキャリアプレートに対する保持リングの移動だけを許可する。
【００１２】
本発明のシステムおよび方法のさらに別の実施形態では、リニアベアリング構成は、ウエハキャリアの周囲に間隔を空けて配置された個々のリニアベアリングアセンブリの配列として提供される。
【００１３】
本発明のシステムおよび方法のまたさらに別の実施形態では、リニアベアリング構成は、保持リングと連結したリニアベアリングアセンブリの配列として提供されており、研磨ベルトによって保持リングに掛けられる力が、キャリアプレートの軸に平行にキャリアプレートに伝達されるため、保持リングのキャリブレーションが容易になる。
【００１４】
本発明のシステムおよび方法の関連の実施形態では、研磨パッドの接触するウエハの露出面および保持リングの面が、研磨動作中に同一平面上に存在するよう、リニアベアリング構成は、キャリアに取り付けられたウエハに対して保持リングを動かすためのモータと連結する保持リングと共に組み立てられている。
【００１５】
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例示した添付図面と関連付けて行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１６】
本発明は、同一の参照番号が同一の構成要素を示す添付図面と関連して、次の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＣＭＰシステムおよび方法のための発明が開示されており、それにより、ウエハの露出面の研磨を精密に制御することができる。本発明は、上述の要求を満たすために、上述の課題に対する解決法を実現するＣＭＰシステムおよび方法を提供する。その構造および方法は、保持リングがウエハ平面に対して動くことを許容しつつ、保持リングの移動を制限して、保持リング平面がキャリア平面とウエハ平面の両方に関して平行から外れることを防ぐよう提供される。そのようなシステムおよび方法では、保持リング平面は、ウエハ平面に対して動いてよいが、相対的な移動は制限される。相対的な移動の方向は、ウエハ平面およびキャリア平面と垂直な方向に制限される。その結果、ウエハを研磨するために、ウエハ平面と保持リング平面が、同一平面上に存在することができる。さらに、所望の突出の値は、ウエハおよび保持リングの外周の周り、すなわち、キャリアの回転軸の周りで、異なる角度において同一となる。そのため、ウエハ平面に対して積極的に動かされる保持リングの利点は、不均一な突出やそのような同一平面上に存在することの欠如の結果として生じる問題を引き起こすことなく保持される。
【００１８】
以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細が示されている。しかしながら、当業者にとっては、本発明がこれらの詳細の一部もしくはすべてがなくとも実行可能であることが理解されるだろう。その他にも、本発明を不明瞭にしないように、周知のプロセスの動作は詳細に説明していない。
【００１９】
図１および２によると、ＣＭＰシステム２００を含む本発明の一実施形態が概略的に示されている。図１および２の実施形態は、ウエハキャリア２１２のウエハキャリア面２１０に取り付けられたウエハ２０８の露出面２０６を研磨するよう、エンドレスベルト２０４と共に構成された研磨ヘッド２０２を備える。ウエハ２０８は、例えば、上述のウエハのいずれであってもよい。研磨ヘッド２０２は、ベルト２０４を用いてウエハ２０８の表面２０８を研磨するよう設計されている。ベルト２０４は、ＣＭＰ材料、固定研磨剤パッド材料などを材料としてよい。一般に、ベルト２０４には、所望の研磨レベルと精密さとを実現する任意のパッド材料を用いることができる。好ましい実施形態では、ベルト２０４は、例えば、ＩＣ  １０００研磨パッドと共にステンレス鋼のコア部分を有してよい。
【００２０】
研磨ベルト２０４は、ウエハ２０８のＣＭＰを実行するために、離間したキャプスタン２１６によって直線的に（矢印２１４参照）運動される。キャプスタン２１６は、スピンドル２２０の回転軸２１８に対してベルト２０４を運動させる。スピンドル２２０は、軸２１８の周りに回転されると共に、軸２１８に平行にベルト２０４に向かって推進される。図３によると、スピンドル２２０は、ジンバルアセンブリ２２２によってウエハキャリア２１２に取り付けられており、ジンバルアセンブリ２２２により、ウエハキャリア２１２は、動くことが可能となり、スピンドル軸２１８に対して、ある角度でキャリアの回転軸２２４（図３）を配置する、すなわち、傾斜させることができる。ウエハキャリア２１２は、スピンドル２２０によってベルト２０４の方向へ推進される。次に、ウエハキャリア面２１０に取り付けられたウエハ２０８の露出面２０６は、ＣＭＰ動作を実行するために、研磨力（図１の矢印２２５参照）によってベルト２０４に向かって推進される。ベルト２０４は、研磨力２２５に抗するために、ベルトプレート２０４ｐによって支えられている。保持リング２２６は、移動可能にウエハキャリア２１２に取り付けられている。保持リング２２６は、ウエハ２０８の外縁部２０８Ｅ（図４Ａ）の一部を露出させるよう動かされてよい。縁部２０８Ｅの露出部分は、突出２２７と呼ぶこととする。図４Ａは、突出２２７の最大値を示している。保持リング２２６は、キャリア２１２から離れて、ゼロ突出研磨位置まで移動されてよい（図４Ｂおよび４Ｃ）。ゼロ突出位置では、ウエハ２０８の縁部２０８Ｅにおいて露出されている部分がない（すなわち、非突出２２７）。図４Ｂおよび４Ｃにおいて、内縁部２２６Ｉは、ウエハ２０８の縁部２０８Ｅを取り囲むことにより、ベルト２０４によってウエハ２０８の表面２０６に与えられる摩擦研磨力（図１の矢印２２８参照）に抗して、ウエハ２０８の中心を軸２２４に保持する。保持リング２２６は、リング２２６の表面２３３によって規定される平面２３２が、ウエハ２０８の露出面２０６によって規定される平面２３４を越えて配置されることにより、キャリア２１２へのウエハ２０８の取り付けが容易になるように、図４Ｄに示す通り、キャリア２１２からさらに離れて移動されてもよい。これを、保持リング２２６のウエハ取り付け位置と呼ぶこととする。
【００２１】
リニアベアリングアセンブリ２３０（図１の破線）は、保持リング２２６とウエハキャリア２１２との間に設けられており、キャリア２１２に対する保持リング２２６の移動を、キャリア軸２２４に平行であると共にウエハ２０８の対称（すなわち、回転）軸２３１に平行である移動に制限する。そのような制限により、保持リング２２６の表面２３３によって規定される平面２３２と、ウエハキャリア面２１０に取り付けられたウエハ２０８の露出ウエハ面２０６によって規定される平面２３４と、ウエハ２０８が取り付けられる表面２１０によって規定される平面２３６と、の間の平行が確保される。研磨の間、そのような制限により、平面２３２および２３４の同一平面上に存在することが保証される。ジンバルアセンブリ２２２は、ウエハキャリア２１２が移動して、スピンドル軸２１８に対して傾斜するようにキャリア回転軸２２４（図３）を配置することを可能とするので、保持リング平面２３２と、ウエハ平面２３４と、ウエハキャリア面の平面２３６は、互いに平行に移動するだけでなく、ウエハ面２０６およびリング面２３３が接触するベルト２０４の部分によって規定される平面２３８にも平行に移動できる。このように、リニアベアリングアセンブリ２３０によって課せられる移動の制限は、ジンバルアセンブリ２２２によって許容される移動を制限する。
【００２２】
上述のように、スピンドル２２０は、軸２１８に平行にベルト２０４に向かって推進される。背面プレート２０４ｐの支持により、ベルト２０４は、そのような推進に抗すると共に、露出ウエハ面２０６に力Ｆ１（図３）を加え、露出リング面２３３に力Ｆ２を加える。保持リング２２６がウエハキャリア２１２に取り付けられ、リニアベアリングアセンブリ２３０が、保持リング２２６の移動をキャリア２１２の回転軸２２４に平行な移動に制限することにより、力Ｆ１およびＦ２は、互いに平行になると共に、軸２２４に平行となる。これらの力Ｆ１およびＦ２は合成され、スピンドル軸２１８に平行なこれらの力Ｆ１およびＦ２の成分ＦＣが、ロードセル２４０（図１の破線）によって感知される。感知された成分ＦＣに応じてロードセル２４０によって送られる信号（図示せず）は、スピンドル２２０をキャリア２１２に向かって推進する力を制御するために用いられてよい。
【００２３】
図３および６には、スピンドル２２０の軸２１８が示されている。スピンドル２２０は、従来のカム操作コネクタ、すなわち、基部２４２を備えている。基部２４２は、ＣＭＰ動作のための回転および推進に耐えるよう、周知の方法でスピンドル２２０の他のコネクタ（図示せず）に固定されている。基部２４２には、肩部２４４とフランジ２４６とが設けられている。フランジ２４６は、ロードセル２４０を受け入れる段付きの空洞部２４８を規定するよう切り取られている。ロードセル２４０は、カリフォルニア州テメキュラのＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ社の型番ＬＰＵ−５００−ＬＲＣなど、標準的な歪みゲージでよい。ロードセル２４０は、約０ポンドの力から５００ポンドの力までの重量測定範囲を有してよい。例えば、約０から約４００ポンドの力までの範囲など、より精確な重量測定範囲を用いることが好ましい。ロードセル２４０は、ボルト２５０によって基部２４２に固定されている（図６）。ロードセル２４０は、第１のジンバル部材、すなわち、ジンバルアセンブリ２２２の球形ジンバルソケット２５４に取り付けられるよう構成された入力部、すなわち、センサ先端部２５２を有している。ソケット２５４は、第２のジンバル部材、すなわち、ジンバルボール２５６を受ける。ボール２５６は、空洞部２５８内でウエハキャリア２１２に取り付けられる。空洞部２４８および２５８は、対向しており、ウエハキャリア面２１０が入力部２５２に非常に近くなるように構成されている（図３の寸法２６０参照）。さらに、以下に説明するように、ジンバルアセンブリ２２２は、空洞部２４８と空洞部２５８との間に最小限の機械アセンブリを提供する。このように、ウエハキャリア２１２とロードセル２４０との間の摩擦による損失が低減され、力ＦＣのより正確な計測が可能となる。このように、ロードセル２４０によって感知される力は、より正確に力ＦＣを表す。以下に説明するように、キャリブレーション動作は、リニアモータ３００に加えられる様々な作動圧力ＰＢ（図１４）に対応する保持リング２２６の力ＦＲ（図３および１４）の値を決定する。
【００２４】
スピンドル２１８は、ソケット２５４の中心軸２６２（図６）と整列される。ソケット２５４に対するボール２５６の許可された運動（ジンバリング運動と呼ぶこととする）は、ウエハキャリアの中心軸２２４と、ボール２５６の軸（キャリア軸２２４と同軸）とが、ソケット軸２６２とスピンドル軸２１８に対して動くことを可能にする。空間２６６（例えば、空隙）が、基部２４２とウエハキャリア２１２との間に設けられており、ジンバリング運動を可能にしている。空間２６６は、約０．１００インチから約０．０５０インチの範囲でよい。力Ｆ１およびＦ２の力の成分ＦＣは、ウエハキャリア２１２から、ボール２５６およびソケット２５４を通じて入力部２５２に伝達され、ロードセル２４０を作動させる。
【００２５】
図３、６および７には、ウエハの直径（例えば、２００または３００ｍｍ）とほぼ等しい直径２６８を持つウエハキャリア面２１０を有するウエハキャリア２１２が示されている。そのような面２１０は、空洞部２５８の反対側に配置されている。キャリア２１２の外縁部２７０に隣接して、約９０度ずつ互いに離れた位置に、タブ、すなわち、取り付け部２７２が、キャリア２１２から外向きに、かつ、図面の上向きに延設されている。タブ２７２は、保持リング基部２７４および保持リング２２６の上側に延設されている。
【００２６】
図７は、それぞれのタブ２７２に設けられたネジ穴２７８のそれぞれと整列されて、スピンドル基部２４２に設けられた３つの穴部２７６の内の１つを示している。穴部２７６の各々は、それぞれのネジ穴２７８にねじ込まれるそれぞれのネジ２８０よりも大きい直径を有するよう構成される。直径が大きいことにより、それぞれのネジ頭２８２が、ウエハキャリア２１２をスピンドル基部２４２に取り付けられた状態に保ちつつ、ジンバル運動を許容する余地が設けられる。さらに、図７は、３組の反対側の穴部２８４の内の１つを示している。基部２４２の各穴部２８４Ｓは、空間２６６を横切って、穴部２８４Ｃの１つにはめ込まれた各テーパ型ベアリング２８８の内部へ延設された各駆動ピン２８６を受けている。キャリア２１２はジンバリング運動で運動してよく、その際、ベアリング２８８およびピン２８６の形状がジンバリング運動を妨害することはない。
【００２７】
図４Ａは、タブ２７２内（２９０Ｔ参照）および保持リング基部２７４内（２９０Ｂ参照）の向かい合って整列した４組の穴部２９０の１つを示している。タブ２７２の各穴部２９０Ｔは、（ワッシャ２９４を有する）ボルト２９２とバネ２９６とを受けるよう構成されている。保持リング基部２７４の各穴部２９０Ｂは、ボルト２９２のねじ込み形を受けるよう構成されている。穴部２９０Ｔには、肩部２９８が設けられており、それにより、バネ２９６は、肩部２９８とワッシャ２９４との間で圧縮される。ボルト２９２が保持リング基部２７４のネジ穴２９０Ｂにねじ込まれていることで、圧縮されたバネ２９６は、ボルト２９２を図４Ａの上方に推進して、基部２７４が正常にタブ２７２に接触するように、基部２７４および保持リング２２６を引き上げる。基部２７４および保持リング２２６の一部を示す図８によると、基部２７４および保持リング２２６は、ボルト３１５によって互いに固定されており、１つのユニットとして一緒に動く。
【００２８】
図４Ａは、基部２７４がタブ２７２と接触している状態において、保持リング２２６の平面２３２が、ウエハ平面２３４（図中の破線）よりも近くにあることを示している。この位置では、突出２２７の値は、最大の正の値を有する寸法３３１によって示される最大値すなわち完全であると言ってよい。寸法３１１の最大値は、例えば、ウエハ２０８の厚さの約半分であってよい。一方、図４Ｂおよび４Ｃは、突出２２７が最小値すなわちゼロ値を有し、ウエハ平面２３４が保持リング平面２３２と同一平面上に存在する状態を示している。
【００２９】
保持リング２２６の運動を実現する（例えば、突出２２７の値を変える）ために、リニアモータ３００が、タブ２７２の環状部分３０２と保持リング２７４との間に取り付けられている。リニアモータ３００は、シールされた空洞の形で設けられることが好ましく、空気モータもしくは電気機械ユニットの形で設けられることがより好ましい。吸気口３０８を通して空気流（図３の矢印３０６参照）を供給される空気ブラダ３０４を備える最も好ましいリニアモータ３００が図示されている。図３、４Ａおよび４Ｂに示すように、保持リング基部２７４には、ブラダ３０４を受けるための環状溝部３１０が設けられている。リニアモータ３００は、ブラダ３０４の所望のストロークの量に応じて、異なる量の圧力ＰＢ（図１４）でブラダ３００に流体３０６を供給することにより選択的に作動される。次に、そのようなストロークは、あるとすれば、ある特定の量すなわち値の突出２２７（図４Ａ）を提供してよい。図４Ｄは、ブラダ３０４の最大ストロークを示しており、その値は、例えば、軸２２４と平行に計測して０．０５０インチであってよい。そのような最大ストロークは、（最大突出２２７を伴う）図４Ａに示された位置を起点とし、ウエハ２０８の垂直寸法（すなわち、厚さ）に匹敵する。なお、ウエハの厚さは、０．０３０インチであってよい。
【００３０】
説明のため、キャリア２１２は垂直方向に固定されていると言ってよく、それにより、流体３０６がブラダ３０４に流入を許された際に、ブラダ３０４は、図４Ａに示された完全突出位置から下方に保持リング基部２７４を推進する。下向きの移動量は、ブラダ３０４に導入された流体３０６（図１４）の圧力ＰＢの値に対応する。ブラダ３０４は、このように保持リング基部２７４を動かし、それにより、保持リング２２６を、ウエハキャリア面２１０上に配置されたウエハ２０８に対して（この例においては）下向きに動かす。ブラダ３０４に導入された流体３０６の圧力ＰＢは、例えば、種々の圧力の内の１つであってよい。一般的な準備の意味では、圧力ＰＢは、完全突出位置（図４Ａ）から、突出２７７が正の値を有する多くの突出位置の１つを経由して、図４Ｂおよび４Ｃに示されたゼロ突出位置まで、保持リング２２６を動かすよう選択されてよい。さらに下方に向かって保持リング２２６を動かし、図４Ｄに示されたウエハ取り付け位置に配置するために、より高い圧力ＰＢの値が選択されてもよい。圧力ＰＢは、（図４Ａに示された最大突出位置における）ゼロから約１５ｐｓｉの範囲であってよく、例えば、図４Ｄに示されたウエハ取り付け位置においては、約７ないし１０ｐｓｉであってよい。
【００３１】
研磨（ゼロ突出）位置は、ウエハ２０８を研磨する際の保持リング２２６の所望の位置である。さらに、図４Ｂおよび４Ｃに示された研磨位置においては、リニアベアリングアセンブリ２３０が動作するため、ウエハ平面２３４およびリング平面２３２は同一平面上に存在し、突出２２７は、ウエハ２０８の周囲全体にわたってゼロ値を有する。その結果、ベルト２０４が矢印２１４の方向（図１）に運動する際に、リング平面２３２は、軸２２４に対して自由に傾斜することがなくなる。そのため、リング２２６は、ベルト２０４に食い込まない。さらに、ベルト２０４の一部は、最初に、保持リング２２６に接触して横断する。この接触および横断により、ベルト２０４のその部分の状態が動的になる。例えば、ベルト２０４は、波状の形状になることが想定される。しかしながら、保持リング２２６全体をベルト２０４のその部分が連続的に横切ることにより、この波状の形状は、低減される傾向がある。したがって、ベルト２０４のその部分がウエハ２０８の外縁部に達するまでに、ベルト２０４は、比較的平坦な非波状の形状を有するようになる。さらに、（リニアベアリングアセンブリ２３０の動作により）リング２２６の平面がウエハ平面２３４と同一平面上に存在することで、ベルト２０４の一部が、リング２２６からウエハ２０８の縁部へ達する際に、ベルト２０４の一部による障害が最低限に抑えられる。そのような障害は、リング平面２３２およびウエハ平面２３４が上述のように同一平面上に存在しない関係から生じる障害よりも大幅に小さいものである。このように、ベルト２０４一部が比較的平坦すなわち平面的であることにより、所望の比較的平坦な（すなわち、平面的な）プロフィルでウエハ面の研磨を、より簡単に開始することができる。
【００３２】
上述のように、４つのリニアベアリングアセンブリ２３０は、リング２２６の平面２３２が、ウエハ２０８の平面２３４およびキャリア面２１０の平面２３６と平行を維持するように、保持リング２２６の移動を制限する。図３および５は、リニアベアリングアセンブリ２３０の１つを示している。各リニアベアリングアセンブリ２３０は、リニアボールベアリングアセンブリ３２１を備えられた主ベアリングハウジング３２０を備えている。リニアボールベアリングアセンブリ３２１は、ケージ３２３内に保持された１セットのベアリングボール３２２を収容する内部ベアリングハウジング３２１Ｈを備えている。ベアリングボール３２２は、ベアリングボール３２２との締まりばめを提供することによりベアリングボール３２２に予め荷重を加えるような寸法のベアリングシャフト３２６を受ける。リニアベアリングアセンブリ３２１は、例えば、ニュージャージー州リングウッドのＲＢＭ社がＲＯＴＯＬＩＮの商標で販売する型番ＭＬ  ５００−８７５のリニアベアリングであってよい。
【００３３】
シャフト３２６は、例えば、少なくともＲｃ  ６０まで硬化されており、例えば、少なくとも１０マイクロインチの仕上げにまで研磨されている。適切なベアリングボール３２２は、例えば、０．５インチの内径と、約１．５インチの長さとを有してよい。各リニアベアリングアセンブリ３２１は、合わせベアリングシャフト３２６を受けるために、下部３２４が開放されている。適切なシャフト３２６は、ベアリングボール３２２に締まりばめを提供するように、約０．５００インチ弱（プラス０．０００からマイナス０．０００２インチ）の外径を有してよい。シャフト３２６は、約１．５インチの長さでよい。軸２１８に平行な方向におけるケージ３２３の長さ３２３Ｌは、内部ベアリングハウジング３２１Ｈの寸法３２１ＨＤよりも小さく、内部ハウジング３２１Ｈの寸法３２１ＨＤに対して３／７の比であってよい。寸法３２１ＨＤの値は、リニアベアリングアセンブリ３２１内でのシャフト３２６の所望の移動量に従って選択される。各ハウジング３２０は、タブ２７２の１つから上方に延設されており、ボルト３２８によってタブに固定されている。各シャフト３２６は、保持リング基部２７４から上方に延設されており、ボルト３３０によって固定されている。
【００３４】
シャフト３２６は、保持リング２２６の移動に伴って動く際、ベアリングボール３２２によってしっかりと案内される。ベアリングボール３２２は、キャリア２１２に対する保持リング２２６の上述の制限された移動に対応するシャフト３２６の制限された移動を可能にする。その移動は、キャリア軸２２４およびウエハ２０８の対称軸２３１に平行な移動である。シャフト３２６がそのように動く際、ベアリングボール３２２は、ケージ３２３がシャフト３２６の移動の方向に動くよう、内部ベアリングハウジング３２１Ｈに接触して転がる。内部ベアリングハウジング３２１Ｈおよびケージ３２３の上述の相対的な寸法により、ケージ３２３のそのような移動が可能となる。そのような制限された移動は、平面２３２、平面２３４、および平面２３６の間の平行を確保すると共に、研磨の際に、平面２３２および２３４の同一平面性を実現する。上述のように、リニアベアリングアセンブリ３２１によって課せられる移動の制限は、ジンバルアセンブリ２２２によって許容される移動を制限する。このようなリニアベアリングアセンブリ３２１の連続的な動作は、内部ベアリングハウジング３２１Ｈの向かい合う端部に配置され、異物がハウジング３２１Ｈに侵入することを防ぐよう構成されたシール３２５によって保証される。
【００３５】
図９は、リニアベアリングアセンブリ２３０の配列３３２を含めて、リニアベアリングアセンブリ２３０を示す。配列３３２は、個々のリニアボールベアリングアセンブリ３２１の動作を、軸２３１の方向の短い長さと、ウエハ２０８の直径（例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍ）に比べて小さい直径とを有する部分に分けるよう構成されている。さらに、そのような分配は、円形の通路（破線３３４）の周りに一様に離間した間隔でリニアベアリングアセンブリ２３０を配置する。このように、ウエハキャリア２１２が回転する際には、間断ない個々のリニアベアリングアセンブリ２３０が、例えば、ベルト２０４上に配置される。図９は、さらに、保持リング２２６と基部２７４とを組み立てるために保持リング基部２７４の周りに配置された８つのボルト３１５の内の６つの一様な間隔を示している。図４Ａを補足して、図９は、さらに、基部２７４をタブ２７４に向かってバイアスを掛けられた状態に保ち、リニアモータ３００のブラダ３０４が加圧された際には基部２７４および保持リング２２６を弾性的に開放するために、４つのタブ２７２の各々においてバネ２９６を備えられた４つのボルト２９２の１つを示している。
【００３６】
図９は、リニアモータ３００の吸気口３０８に取り付けられた空気ホース３４０を示している。ホース３４０は、加圧された流体３０６、例えば、空気の供給源（図示せず）に接続するためにスピンドル２２０にまで延びている。
【００３７】
図１０は、ウエハキャリア面２１０を含めて、ウエハキャリア２１２の下部を示している。面２１０には、窒素（Ｎ２）の供給源または真空源（図示せず）に接続された均等に離間した穴部３４４が設けられている。図６は、スピンドル２２０から穴部３４４にＮ２または真空を供給するためのマニホルドとして機能する多くのＴ字管３４８の１つに接続された空気コネクタ３４７を備えるポート３４６を示している。
【００３８】
図７は、ロードセル２４０に接続され、増幅した出力を電気コネクタ３５４に提供する増幅器３５２を示している。コネクタ３５４は、スピンドル基部２４２内を通って制御回路に至る導線（図示せず）に接続されている。
【００３９】
図１１には、保持リング２２６の露出（すなわち、リング）面２３３とウエハキャリア面２１０とを整列させるためのフローチャート４００の動作を備える本発明の方法が示されている。ウエハキャリア面２１０は、ウエハ接触面と呼んでもよく、整列は、化学機械研磨動作中に実行されてよい。フローチャート４００の動作は、ウエハ接触面２１０を回転軸２３１に取り付ける動作４０２を備えてよい。動作４０２は、例えば、ウエハキャリア２１２をスピンドル基部２４２に取り付ける工程を備えてよい。その方法は、保持リング２２６を、ウエハ接触面２１０および回転軸２３１に対して動くように取り付ける動作４０４に進む。そのような取り付け工程は、回転軸２３１と平行以外および平行に自由に動くことを許容し、例えば、ボルト２５０によって実現されてよい。その方法は、取り付けられた保持リング２２６が回転軸と平行以外の方向に動く自由を抑制する動作４０６に進む。抑制工程は、例えば、４つのリニアベアリングアセンブリ２３０によって実現されてよい。そのような自由を抑制する際に、リニアベアリングアセンブリ２３０は、保持リング２２６の面２３３が面２１０と平行を維持するように保持リング２２６が動くことのみを許容する。ウエハ２０８は、ウエハキャリア２１２に支持されると共に、互いに平行な両面を有しているため、保持リング面２３３は、ウエハ２０８の露出面２０６とも平行であり、すなわち、同一平面上に存在する。
【００４０】
本発明の方法の別の態様を、図１２に示されたフローチャート４１０に従って説明する。その方法は、キャリア２１２のウエハ接触面２１０およびリング面２３３がベルト２１４に向かって推進される動作４１２で始まってよい。ウエハ２０８および保持リング２６は、ボルト２０８に接触している。推進工程は、ウエハ接触面２１０に力Ｆ１を（ウエハ２０８を介して）加え、保持リング２２６に（例えば、面２３３に）力Ｆ２を加える。その方法は、ウエハ接触面２１０から力Ｆ１を、リング面２３３から力Ｆ２を、キャリア２１２に伝達する動作４１４に進む。伝達動作４１４は、例えば、キャリア２１２のタブ２７２に作用する基部２７４に作用する保持リング２２６によって実行されてよい。力Ｆ１およびＦ２の和は、軸２１８に平行な力の成分ＦＣを含む。その方法は、次に、キャリア２１２に伝達されたそれぞれの力Ｆ１およびＦ２を測定する動作４１６に進んでよい。そのような測定工程は、ロードセル２４０によって実行され、ロードセル２４０は、軸２１８に平行な成分ＦＣの値を測定する。
【００４１】
本発明の方法の別の態様を、図１３に示されたフローチャート４２０に従って説明する。その方法は、モータ３００の動作による「アクティブ」保持リングである保持リング２２６をキャリブレーションするために用いられてよい。保持リング２２６は、さらに、リング面２３３を有し、リング２２６は、リング面２３３がベルト２０４の上面すなわち研磨面（図１に示されているように平面２３８を規定する）に接触する化学機械研磨動作中に、ウエハ接触面２１０に関して移動することができる。その方法は、ウエハ接触面２１０を回転軸２２４に取り付ける動作４２２から始まる。その方法は、保持リング２２６が回転軸２２４と平行以外および平行に自由に動く状態で、ウエハ接触面２１０および回転軸２２４に対して動くように、保持リング２２６を取り付ける動作４２３に進む。その方法は、取り付けられた保持リング２２６が回転軸２２４と平行以外の方向に動く自由を抑制する動作４２４に進む。前述のように、抑制工程は、４つのリニアベアリングアセンブリ２３０によって実現されてよい。そのような自由を抑制する際に、リニアベアリングアセンブリ２３０は、保持リング２２６の面２３３が面２１０と平行を維持するように保持リング２２６が動くことのみを許容する。その方法は、スピンドル２２０の位置を軸２１８に沿って固定する動作４２５に進む。その方法は、保持リング２２６を、キャリブレーション、すなわち力測定装置を接触するよう配置する動作４２６に進む。その装置は、ロードセル２４０と同様の標準的な力センサ（図示せず）であってよく、ウエハ２０８または面２１０に接触することなく保持リング２２６に接触するよう構成された環状の力センサプレート４２７（図３）を有する。その方法は、リニアモータ３００に様々な入力圧力ＰＢを加えることにより、ブラダ３０４を用いて保持リングをキャリブレーション装置の力センサプレート４２７に向かって軸方向の下向きに（軸２２４の方向に）推進する動作４２８に進む。その方法は、複数の異なる入力の各々に対して（例えば、ブラダ３０４に供給される空気の種々の圧力ＰＢの各々に対して）、力測定装置が、保持リング２２６によって加えられる力ＦＲ（図３）の値を測定する動作４２９に進んでよい。保持リング２２６の面積がわかれば、力ＦＲ（図１４）は、ｐｓｉを単位とする保持リングに関する保持リング圧力ＰＲ（図１４）に変換されてもよい。フローチャート４２０の方法によって、動作４２８は、そのような保持リング力ＦＲ（図１４）を一方の軸に、それに対応する種々の入力（ブラダ３０４への圧力ＰＢ）であって各々が保持リング圧力ＰＲの関数である入力を他方の軸にプロットすることで、キャリブレーショングラフ（図１４）を準備することにより終了してもよい。図１４によると、これらの圧力ＰＢは、左の軸にプロットされており、（保持リング２２６の面積で力ＦＲを割ることに基づいて）圧力に変換する前の力ＦＲは、右の軸にプロットされている。
【００４２】
本発明の方法の別の態様では、キャリブレーショングラフ４３２は、次の実際の研磨動作のためのフローチャート４４０において図１５に示すように用いられてよい。動作４４２は、次の研磨動作のための研磨プロセスの仕様に従って、ブラダ３０４に供給すべき圧力ＰＢを選択する。その方法は、キャリブレーショングラフ４３２に基づいて、選択された圧力ＰＢが、ベルト２０４に対する保持リング２２６の対応する力ＦＲ（図３および１４）を選択するために用いられる動作４４３に進む。力ＦＲは、対応する逆向きの力Ｆ２を有する。その方法は、動作４４４に進む。動作４４４は、プロセスの仕様を考慮して実行される。プロセスの仕様においては、説明のためにウエハ降下力ＦＷＤ（図示せず）と呼んでもよい研磨力が、次の研磨動作のために指定される。ウエハ降下力ＦＷＤは、保持リング２２６なしに、スピンドル２２０を図２および３の垂直下向きに推進して、例えば、研磨のためにベルト２０４に向かってウエハ２０８を推進する力である。しかしながら、保持リング２２６も、ベルト２０４に接触しており、力ＦＲＲを加え、逆向きの力Ｆ２（図３）を受けるので、スピンドル２２０を垂直下向きに推進するそのようなウエハ降下力ＦＷＤは、ベルト２０４に向かってウエハ２０８が加える力ではない。正しくは、上述の力ＦＣは、２つの成分Ｆ１およびＦ２を有しており、成分Ｆ１のみがウエハ２０８とベルト２０４の研磨面との間の研磨力（すなわち、ウエハ降下力ＦＷＤ）に対応する。動作４４４では、保持リング２２６の力ＦＲが、プロセスの仕様に由来するこのウエハ降下（垂直）力ＦＷＤに追加される。このように、動作４４４は、保持リング２２６なしに用いられる垂直ウエハ降下力ＦＷＤよりも大きいスピンドル２２０の下向きの力全体の値を提供する。したがって、スピンドル２２０は、力Ｆ１およびＦ２を含む力ＦＣに等しい逆向きの力によって下向きに推進される。
【００４３】
本発明の方法の別の態様は、ウエハ２０８の化学機械研磨された縁部４５２の縁部プロフィル（図８の矢印４５０）と、ウエハ２０８の化学機械研磨された中央部（括弧４５６）の中央部プロフィル（図８の矢印４５４）との間で生じる差を低減するために用いられてよい。図８に示すように、縁部プロフィル４５０および中央部プロフィル４５４は、一般に、本発明の結果として、同じ形状を有するようになる。一方、図１７Ａおよび１７Ｂは、約０．００９インチの突出２２７を提供するよう配置された保持リングを用いて研磨された典型的なウエハ２０８の一部を示す。そのような保持リングには、リニアベアリングアセンブリ２３０は備えられていない。図示された部分は、ウエハ２０８の化学機械研磨された縁部４５２Ｐの縁部プロフィル（図１７Ａの矢印４５０Ｐ）と、ウエハ２０８の化学機械研磨された中央部（括弧４５６Ｐ）の中央部プロフィル（図１７Ｂの矢印４５４Ｐ）とを含む。図１７Ｂは、プロフィル４５４Ｐの高さの約３ないし５パーセントの変動を示すやや起伏した形状を有するプロフィル４５４Ｐ（これは、一般に許容可能なプロフィルである）を示している。それに対して、図１７Ａは、縁部プロフィル４５４Ｐの高さの３ないし５パーセントの変動よりも大幅に大きい変動を示す鋭い段差４５７を有する縁部プロフィル４５０Ｐを示している。そのような段差４５７と、それに対応して増大した変動は、許容できないプロフィルとなる。縁部プロフィル４５０Ｐは、ベルト２０４およびウエハ縁部４５２Ｐの最初の接触が引き起こすベルト２０４の動態から生じうる。０．００９インチの突出を提供する保持リングは、ベルト２０４がウエハ２０８の縁部４５０Ｐに接触する前にベルト２０４に接触することがないため、そのような動態は無くならない。さらに、（ウエハ２０８の周囲の突出の値の差の原因となる）従来の保持リングの上述の傾斜は、抑制されないことでＣＭＰ動作に問題を引き起こすため望ましくない。問題の１つとして、許容できない縁部プロフィル４５０Ｐが挙げられる。
【００４４】
一方、上述のように、ベルト２０４の一部は、最初に、本発明の保持リング２２６に接触し、保持リング２２６は、研磨中にウエハ２０８の露出面と同一平面上に存在するため、ベルト２０４の一部が最初に保持リング２２６に接触することから生じるベルト２０４の一部の動態は無くなり、それによって、ベルト２０４の一部は、保持リング２２６を通り過ぎてウエハ２０８の縁部に進む際に、実質的に定常状態を保つようになる。定常状態では、ベルト２０４は、縁部プロフィル４５２および中央部プロフィル４５４の約３ないし５パーセントの高さの変動のみで研磨を行うため、それぞれの場合で、例えば、図１７Ａに示した許容できない鋭い段差（例えば、４５７）は生じない。
【００４５】
図１６に示すように、本発明の方法の別の態様が、フローチャート４６０に示されている。方法は、ウエハの回転軸２３１がウエハスピンドル２２０のスピンドル回転軸２１８に対して広く動くことができるように、ウエハ２０８をウエハキャリア２１２のキャリア面２１０に取り付ける動作４６２を備える。その方法は、保持リング２２６をウエハキャリア２１２に移動可能に取り付けることにより、キャリア面２１０上のウエハ２０８の移動をウエハ軸２３１に垂直な方向に制限する動作４６４に進む。制限動作４６４は、突出２２７を提供することにより実行されてよい。その方法は、それぞれの取り付け動作および制限動作４６２および４６４中に、ウエハ軸２３１に平行な方向以外の保持リング２２６の相対的な移動が抑制される動作４６６に進む。抑制動作４６６は、ウエハキャリア２１２と保持リング２２６との間の唯一許可された移動が、ウエハ軸２３１に平行になるように、リニアベアリングアセンブリ２３０の要素を構成することにより実行されてよい。抑制動作４６６は、さらに、リニアベアリング要素を、それぞれウエハキャリア２１２と保持リング２２６に取り付ける工程を備えてもよい。
【００４６】
縁部プロフィル４５０Ｐと中央部プロフィル４５４Ｐとの差の原因は、ウエハ２０８の露出された研磨されるべき面２０６によって規定されるウエハ平面２３４と、保持リング２２６の露出された研磨部材に接触する面２３３によって規定されるリング平面２３２とが、同一平面上に存在しないことであると考えられる。ウエハ２０８をキャリア面２１０に取り付ける動作４６２は、ウエハ平面２３４がスピンドル軸２１８に対して広く動くことを可能にするため、そのような同一平面性の欠如という問題を引き起こす。ウエハ軸２３１に平行な方向以外の保持リング２２６の相対的な移動を抑制する動作４６６により、例えば、ブラダ３０４の動作が、研磨中にウエハ平面２３４とリング平面２３２との所望の同一平面性（図４Ｂ）を実現することが可能となり、それにより、縁部プロフィル４５０Ｐと中央部プロフィル４５４Ｐとの間の差の原因が排除される。
【００４７】
理解を深めるために、上述の発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、制限的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ウエハキャリアプレートが、化学機械研磨面と接触するようにウエハおよび保持リングを支持する本発明の一実施形態を示す概略正面図。
【図２】ウエハキャリアプレートによって支持されるウエハとウエハを取り囲む保持リングの両方に接触する研磨面（ここでは、ベルト）を概略的に示す、図１の線２−２に沿った平面図。
【図３】ウエハキャリアプレートの回転軸がスピンドルの回転軸に対して動くことを可能とするジンバルアセンブリを概略的に示すと共に、ウエハキャリアプレートと保持リングとの間のリニアベアリングアセンブリを示す、図２の線３−３に沿った断面図。
【図４Ａ】キャリアプレートへの保持リングの取り付けを維持する連結シャフトと、保持リングの突出が、キャリアプレート上にウエハを配置するための最大値となる位置に、保持リングを偏らせるバネとを示す、図２の線４Ａ−４Ａに沿った断面図。
【図４Ｂ】バネの力に逆らって保持リングを動かすためのリニアモータと、保持リングの突出が、ウエハを研磨するためのゼロ値となる位置に、保持リングが配置されている状態とを示す、図４Ａと同様の断面図。
【図４Ｃ】突出のゼロ値と、保持リング平面とウエハ平面とが同一平面上に存在する状態とを示す、図４Ｂの部分拡大図。
【図４Ｄ】キャリアプレート上でのウエハの配置を容易とするため、リニアモータが、ウエハキャリアから最大限離れた位置に保持リングを動かした状態を示す、図４Ａおよび４Ｂと同様の断面図。
【図５】キャリアプレートと保持リングとの間の相対的な移動が、ウエハ平面およびキャリア平面と垂直の方向に制限されるように、キャリアプレートと保持リングとの間にリニアベアリングアセンブリを取り付けるための種々の留め具を示す、図２の線５−５に沿った断面図。
【図６】スピンドル内に設けられウエハキャリアプレートに接続された真空およびガス供給ラインを示す、図２の線６−６に沿った断面図。
【図７】ロードセルに接続されると共に、ウエハキャリアプレートのテーパ型の空洞部に受け入れられた駆動ピンを備えるジンバルアセンブリ、図２の線７−７に沿った断面図。
【図８】保持リング基部に固定された保持リングを示す、図２の線８−８に沿った断面図。
【図９】４つのリニアベアリングアセンブリのためにウエハキャリアから伸びるフランジを示すウエハキャリアプレートの立体図。
【図１０】保持リングによって取り囲まれたウエハ接触面を示すウエハキャリアプレートの立体図。
【図１１】保持リングの露出面をウエハに対して整列するための本発明の方法の動作を示すフローチャート。
【図１２】ウエハ接触面からの力と、保持リング面からの力をそれぞれウエハキャリアに伝達するための本発明の方法の動作を示すフローチャート。
【図１３】保持リングをキャリブレーションするための本発明の方法の動作を示すフローチャート。
【図１４】保持リングのキャリブレーションの結果を示すグラフ。
【図１５】キャリブレーショングラフを用いるための本発明の方法の動作を示すフローチャート。
【図１６】ウエハの化学機械研磨された縁部の縁部プロフィルと、ウエハの化学機械研磨された中央部の中央部プロフィルとの間の差の原因を縁部において低減するための本発明の方法の動作を示すフローチャート。
【図１７Ａ】本発明のリニアベアリングアセンブリが設けられていない保持リングを用いて研磨されたウエハの外縁部を示す断面図。
【図１７Ｂ】ウエハの中央部のプロフィルを示す、図１７Ａに示したウエハの断面図。
【符号の説明】
【００４９】
２００…ＣＭＰシステム
２０２…研磨ヘッド
２０４…エンドレスベルト
２０４ｐ…ベルトプレート
２０６…露出面
２０８…ウエハ
２０８Ｅ…外縁部
２１０…ウエハキャリア面
２１２…ウエハキャリア
２１４…ベルト運動方向
２１６…キャプスタン
２１８…スピンドルの回転軸
２２０…スピンドル
２２２…ジンバルアセンブリ
２２４…キャリアの回転軸
２２５…研磨力
２２６…保持リング
２２６Ｉ…内縁部
２２７…突出
２２８…摩擦研磨力
２３０…リニアベアリングアセンブリ
２３１…ウエハの回転軸
２３２…保持リング平面
２３３…保持リング面
２３４…ウエハ平面
２３６…ウエハキャリア面の平面
２３８…研磨面の平面
２４０…ロードセル
２４２…基部
２４４…肩部
２４６…フランジ
２４８…空洞部
２５０…ボルト
２５２…センサ先端部
２５４…球形ジンバルソケット
２５６…ジンバルボール
２５８…空洞部
２６６…空間
２６８…ウエハキャリア面の直径
２７０…キャリア外縁部
２７２…タブ
２７４…保持リング基部
２７６…穴部
２７８…ネジ穴
２８０…ネジ
２８２…ネジ頭
２８４…穴部
２８４Ｃ…穴部
２８４Ｓ…穴部
２８６…駆動ピン
２８８…ベアリング
２９０…穴部
２９０Ｂ…穴部
２９０Ｔ…穴部
２９２…ボルト
２９４…ワッシャ
２９６…バネ
２９８…肩部
３００…リニアモータ
３０２…タブの環状部分
３０４…空気ブラダ
３０６…流体
３０８…吸気口
３１０…環状溝部
３１５…ボルト
３２０…主ベアリングハウジング
３２１…リニアボールベアリングアセンブリ
３２１H…内部ベアリングハウジング
３２１HD
３２２…ベアリングボール
３２３…ケージ
３２３L…ケージの長さ
３２４…リニアベアリングアセンブリの下部
３２５…シール
３２６…ベアリングシャフト
３２８…ボルト
３３０…ボルト
３３２…リニアベアリングアセンブリの配列
３４０…ホース
３４４…穴部
３４６…ポート
３４７…空気コネクタ
３４８…T字管
３５２…増幅器
３５４…電気コネクタ
４２７…力センサプレート
４５０…縁部プロフィル
４５０P…縁部プロフィル
４５２…ウエハ縁部
４５２P…ウエハ縁部
４５４…中央部プロフィル
４５４P…中央部プロフィル
４５６…ウエハ中央部
４５６P…ウエハ中央部
４５７…段差
Ｆ１…力
Ｆ２…力
ＦＣ…力成分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005510855.tif 000020
【図１６】
2005510855.tif 000021
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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2005510855.tif 000025
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