(57)【要約】【課題】【解決手段】ＣＭＰ工程中にウエハ（１０４）を研磨ベルト（１０２）に当接させる方法および装置（１００）は、上端部と下端部とを有するスピンドル（１２６）と、スピンドル（１２６）の下端部に結合されたウエハキャリヤ（１０６）と、スピンドル（１２６）の上端部に配設された直線力生成部（１３４）と、直線力生成部とスピンドル（１２６）の上端部との間に位置するロードセル（１２４）と、直線力生成部によって印加される力を制御するためにロードセルに結合されたコントローラと、を含む。
2005514780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、
上端部と下端部とを有するスピンドルと、
前記スピンドルの前記下端部に結合されたウエハキャリヤと、
前記スピンドルの前記上端部に配設された直線力生成部と、
前記直線力生成部と前記スピンドルの前記上端部との間に位置するロードセルと、
前記ロードセルに結合され、前記直線力生成部によって印加される力を制御するコントローラと、
を備える、装置。
【請求項２】
請求項１記載のＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、
前記直線力生成部は、
前記ロードセル上に配設された下板と、
前記下板の上方に配設された上板と、
前記下板と前記上板との間に位置するブラダと、
を含む、装置。
【請求項３】
請求項２記載のＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、
前記コントローラは、
前記ロードセルからの信号をモニタするサーボ増幅比較器と、
前記空気ブラダに空気を送給し、前記空気ブラダから空気を放出するサーボバルブと、
を含む、装置。
【請求項４】
請求項１記載のＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、
ロードセル板は、前記スピンドルの前記上端部に位置し、前記ロードセルは、前記ロードセル板上に実装される、装置。
【請求項５】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、
上端部と下端部とを有するスピンドルと、
前記スピンドルの前記下端部に結合されたウエハキャリヤと、
前記スピンドルの前記上端部に結合されたロードセル板と、
前記ロードセル板上に配設されたロードセルと、
前記ロードセル上に配設された下板と、
前記下板の上方で支持された上板と、
前記下板と前記上板との間に位置するブラダと、
を備える、装置。
【請求項６】
請求項５記載のＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、さらに、
前記ロードセルからの信号をモニタするサーボ増幅比較器を備える、装置。
【請求項７】
請求項６記載のＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、さらに、
前記空気ブラダに空気を送給し、前記空気ブラダから空気を放出するサーボバルブを備える、装置。
【請求項８】
請求項７記載のＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置であって、
前記サーボ増幅比較器と前記サーボバルブとは、前記ブラダにより印加される力を制御する、装置。
【請求項９】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）中にウエハに下降力を印加する方法であって、
スピンドルの上端部に直線下降力を印加する工程であって、前記スピンドルは、その下端部に結合されたウエハキャリヤを有する、前記工程と、
前記スピンドルの前記上端部に印加される前記直線下降力をモニタする工程と、
を備える、方法。
【請求項１０】
請求項９記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、
前記スピンドルの前記上端部に印加される前記直線下降力をモニタする工程は、
前記スピンドルの前記上端部に印加される直線下降力をロードセルを用いて測定する工程を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、
前記直線下降力は、空気ブラダを用いて印加され、
前記スピンドルの前記上端部に印加される前記直線下降力をモニタする工程は、
前記空気ブラダが所望量の前記直線下降力を前記スピンドルの前記上端部に印加するように、前記空気ブラダ内の空気圧を調整する工程を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、
前記空気ブラダ内の前記空気圧を調整する工程は、
前記空気ブラダに制御可能に空気を加える工程を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、
前記空気ブラダ内の前記空気圧を調整する工程は、
前記空気ブラダから制御可能に空気を放出する工程を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１０記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、
前記スピンドルの前記上端部に印加される前記直線下降力をモニタする工程は、さらに、
前記ロードセルによって測定された力を所望の力の設定値と比較する工程を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、
前記比較工程は、
前記ロードセルによって測定された力が、前記所望の力の設定値より高いか低いかを判断する工程を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法であって、さらに、
前記ロードセルによって測定された力が前記所望の力の設定値より高い場合に、前記スピンドルの前記上端部に印加される直線下降力を減少させる工程と、
前記ロードセルによって測定された力が前記所望の力の設定値より低い場合に、前記スピンドルの前記上端部に印加される直線下降力を増加させる工程と、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）技術に関し、特に、ＣＭＰ中にウエハに下降力を印加する方法と、ＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程を実行する必要がある。通常、集積回路デバイスは、マルチレベル構造の形態である。基板レベルでは、拡散領域を有するトランジスタデバイスが形成される。後続のレベルでは、相互接続金属化ラインがパターン形成され、所望の機能デバイスを画定するためにトランジスタデバイスに電気的に接続される。広く知られているように、パターン形成された導電層は、二酸化ケイ素等の誘電材料によって、他の導電層から絶縁されている。金属化レベルおよび関連する誘電層がさらに形成されるにつれ、誘電材料を平坦化する必要性は大きくなる。平坦化しなければ、更なる金属化層の作製は、表面のトポグラフィの変化に起因して、さらに大幅に難しくなる。その他の適用例においては、金属化ラインパターンが誘電材料内に形成され、その後、余分な材料を除去するために、金属ＣＭＰ工程が実行される。
【０００３】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムは、通常、上記のようなウエハを研磨するために利用される。ＣＭＰシステムは、通常、ウエハの表面を処理および研磨するためのシステム構成要素を含む。こうした構成要素は、例えば、環状研磨パッドまたはリニアベルト研磨パッドである。パッド自体は、通常、ポリウレタン材料、或いは、例えばステンレス鋼ベルト等の他の材料と併せたポリウレタンで作製される。動作中には、ベルトパッドが動かされ、次にスラリ材料が加えられてベルトパッドの表面に広げられる。スラリを有するベルトパッドが所望の速度で運動すると、ウエハをベルトパッドの表面に下降させる。これにより、平坦化されるべきウエハ表面は、紙ヤスリを使用して木を研磨するのと同様に、十分に平滑化される。ウエハは、その後、ウエハ洗浄システムで洗浄される。
【０００４】
図１Ａは、ＣＭＰシステムにおいて通常利用されるリニア研磨装置１０を示している。リニア研磨装置１０は、半導体ウエハ１６の表面上の材料を磨き取る。除去される材料は、ウエハ１６の基板材料、あるいは、ウエハ１６上に形成された１つ以上の層であってもよい。これらの層は、通常、例えば誘電材料、窒化ケイ素、金属（アルミニウムおよび銅等）、合金、半導体材料などのＣＭＰ処理中に形成されたまたは存在する１以上の任意のタイプの材料を含む。通常、ＣＭＰは、ウエハ１６上の１以上の層を研磨し、ウエハ１６の表面層を平坦化するために利用される。
【０００５】
リニア研磨装置１０は、ウエハ１６の表面に関して直線的に動く研磨ベルト１２を利用する。ベルト１２は、ローラ２０の周りで回転する連続的なベルトである。ローラは、通常、モータによって駆動される。ローラ２０の回転運動によって、研磨ベルト１２は、ウエハ１６に関して直線運動２２する。
【０００６】
ウエハ１６は、研磨ヘッド１８によって保持されている。ウエハ１６は、通常、機械式の保持リングおよび／または真空によって、所定の位置に保持される。研磨ヘッド１８は、ウエハを研磨ベルト１２の上に配設し、ウエハ１６を研磨ベルト１２へ下降させる。研磨ヘッド１８は、ウエハ１６の表面が研磨ベルト１２の表面によって研磨されるような圧力で、ウエハ１６を研磨ベルト１２に当接させる。研磨ヘッド１８は、通常、ウエハ１６に対する研磨圧力の印加を可能にするスピンドル駆動組立体３０（図１Ｂに示される）の一部である。
【０００７】
図１Ｂは、ウエハ１６を（図１Ａの上方に図示するような）ＣＭＰ装置１０の研磨ベルトに当接させるのに利用し得る従来のスピンドル駆動組立体３０を示している。スピンドル駆動組立体３０は、スピンドル４２に接続された研磨ヘッド１８を含む。スピンドル４２は、力増幅器３４に取り付けられ、力増幅器３４の一方の端部はヒンジ４０に接続されており、他方の端部はエアシリンダ３２に接続されている。力増幅器３４は、通常、テコと同様に作用する機械化されたアルミニウムアームであり、エアシリンダ３２によって印加された力は、増幅されてスピンドル４２に伝わる。スピンドル４２は、研磨ヘッド１８を押し下げ、次に研磨ヘッド１８は、（図１Ａ示すように）研磨動作のためにウエハ１６に圧力を印加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、スピンドル駆動組立体３０によって、３ｐｓｉ〜１０ｐｓｉの範囲をウエハ１６に印加することができる。残念なことに、３ｐｓｉより低い圧力では、スピンドル駆動組立体３０は、一定の制御された圧力を印加することができない。エアシリンダ３２は、通常、研磨ヘッド１８内部のロードセル３６からのフィードバックを使用する空気サーボバルブを用いて制御される。問題点として、スピンドル、ヘッド、その他のハードウェアの重量は、スピンドル以外の他のものによって支持されていない。このため、シリンダ３２に加わる重量より小さい下降力の印加は、非常に不安定になる。また、力増幅器３４に起因して、シリンダ３２での圧力の小さな調整は、研磨ヘッド１８において大きな印加圧力の変化をもたらすため、圧力の制御は非常に困難になる。特定の状況では、小さな力の印加を制御できないことから、研磨パッドに対するウエハの穏やかな接地が妨げられる。これは、特定の圧力設定に関して、スピンドル駆動組立体３０に本来備わった固有のオーバーシュートのために発生する場合が多い。例えば、４ｐｓｉの圧力をウエハに印加することが望ましい場合、スピンドル駆動組立体３０の個別の構成要素内での摩擦を崩してスピンドルを動かすためには、一般には５ｐｓｉの圧力が印加される。このため、従来の加圧システムでは、ウエハに対する低い研磨圧力の印加は、非常に困難であった。
【０００９】
また、スピンドル駆動組立体３０の残部に対してエアシリンダ３２が間接的に連結されるため、研磨ヘッド１８の安定性が減じられる場合が多い。このため、ウエハ上での一定の研磨圧力は、特に低い圧力レベルにおいて、達成するのが困難である場合が多い。
【００１０】
したがって、ＣＭＰシステム内のウエハに研磨ヘッドによって印加される研磨圧力の制御を最適化できる下降力印加装置を備えることにより、従来技術の問題を解消する装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
大まかに言って、本発明は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）研磨処理において、下降力の印加の最適な制御を可能にすることによって、こうした必要性を満たす。本発明は、処理、装置、システム、デバイス、方法を含め、多数の手法で実施できると理解すべきである。本発明のいくつかの発明実施形態について、下で説明する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、ＣＭＰ工程中にウエハを研磨面に当接させる装置が提供される。この装置は、上端部と下端部とを有するスピンドルを含む。ウエハキャリヤは、スピンドルの下端部に結合される。直線力生成部は、スピンドルの上端部に配設される。ロードセルは、直線力生成部とスピンドルの上端部との間に配設される。コントローラは、直線力生成部によって印加される力を制御するために、ロードセルに結合される。
【００１３】
一実施形態において、直線力生成部は、ロードセル上に配設された下板と、下板の上方で支持される上板と、を含む。また、直線力生成部は、下板と上板との間に配設されたブラダ（bladder）を含む。別の実施形態では、ロードセル板は、スピンドルの上端部に結合され、ロードセルはロードセル板上に配設される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、化学機械平坦化（ＣＭＰ）中にウエハに下降力を印加する方法が開示される。この方法において、直線下降力は、スピンドルの上端部に印加される。スピンドルは、その下端部に結合されたウエハキャリヤを有する。また、この方法は、スピンドルの上端部に印加された直線下降力をモニタする。
【００１５】
本発明の利点は無数にある。最も顕著なものとしては、ウエハに対する下降力を最適に制御して当接させるように構成された装置を形成することによって、ＣＭＰにおいて利用される研磨圧力の制御を大幅に改善し得る。具体的には、力生成組立体は、スピンドルの上端部に接続され、スピンドルの下端部は、ウエハキャリヤに接続される。この構造により、ウエハに対して、力を直線的に直接印加することが可能となる。これにより、一定の力の印加範囲が拡大され、ウエハに対する小さな力の印加が改善される。また、本明細書で説明する力印加装置は、ウエハキャリヤの安定性を増大させ、これによりウエハ処理はさらに最適化される。結果として、この力印加装置は、非常に有利なウエハ研磨圧力制御と、ウエハ処理効率の改善と、を可能にする。
【００１６】
上記の一般的な説明と以下の詳細な説明は、単に例示的かつ説明的なものであり、特許請求の範囲に記載された本発明を制限するものではないことは理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本明細書に組み込まれて本明細書の一部を成す添付図面は、本発明の例示的実施形態を示し、説明と共に本発明の原理を明らかにするものである。
【００１８】
以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１Ａおよび図１Ｂについては、発明の背景の節において説明されている。以下の実施形態は下降力を印加する装置について説明しているが、以下の実施形態は、上昇力を印加するように反転させてもよいと理解するべきである。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細について述べる。しかしながら、当業者により理解されるように、本発明は、こうした具体的な詳細の一部又は全部を伴わずに実施してもよい。また、公知の処理工程については、本発明を不必要に曖昧にしないために、詳細に説明していない。
【００１９】
図２Ａは、本発明の一実施形態に従った化学機械研磨（ＣＭＰ）システム１００を示している。力印加組立体１１８（図２Ｂ）の一部であるキャリヤヘッド１０６は、ウエハ研磨工程中にウエハ１０４を所定の位置に固定および保持するために使用される。研磨ベルト１０２は、回転ドラム１１２ａ，１１２ｂの周囲で連続ループを形成する。研磨ベルト１０２は、例えば、単層研磨パッド、ステンレス鋼層に支持された研磨パッド、多層研磨構造（例えば、ステンレス鋼層上の緩衝層上の研磨パッド）などの任意の適切なタイプの構造であればよいと理解すべきである。また、本明細書で説明する原理は、ロータリデバイス等の非ベルト式のＣＭＰデバイスにも当てはまると理解すべきである。研磨ベルト１０２は、一実施形態において、リニアＣＭＰシステムにおいて利用される単層ポリウレタン研磨パッドである。研磨ベルト１０２は、一般に、方向１０８によって示される方向に、毎分約４００フィートの速度で回転する。ただし、この速度は、特定のＣＭＰ工程に応じて変化する。
【００２０】
ベルト１０２が回転するとき、研磨ベルト１０２の表面には、研磨スラリが加えられ、広げられる。その後、キャリヤヘッド１０６を用いて、回転する研磨ベルト１０２の表面上にウエハ１０４を下降させる。力印加組立体１１８については、図２Ｂを参照してさらに詳細に説明する。プラテン１１０は、研磨処理中に研磨ベルト１０２を支持する。プラテン１１０は、空気ベアリング等の任意の適切なタイプのベアリングを利用してよい。このようにして、平坦化されるべきウエハ１０４の表面は、均等に十分に平滑化される。
【００２１】
ＣＭＰ工程は、銅（またはその他の金属）等の材料を平坦化するために使用される場合もあるし、誘電体の層、または誘電体と銅との組み合わせを除去するために使用される場合もある。平坦化の速度は、研磨圧力を調整することによって変更される。研磨速度は、一般に、ウエハ１０４を有するキャリヤヘッド１０６によって、プラテン１１０に押し付けられる研磨パッドに対して印加される研磨圧力の量に比例する。研磨速度を効果的に管理することによって、ウエハ１０４の表面から、所望量の材料が除去される。研磨完了時、キャリヤヘッド１０６は、ウエハ１０４を研磨ベルト１０２から引き上げるために使用される。これによりウエハ１０４は、ウエハ洗浄システムへ進むことが可能な状態となる。したがって、キャリヤヘッド１０６による下降力の安定した柔軟な印加は、効率的なウエハ生産にとって極めて重要である。
【００２２】
図２Ｂは、本発明の一実施形態に従った力印加組立体１１８を示している。この実施形態において、力印加組立体１１８は、スピンドル１２６の下端部に結合されたウエハキャリヤ１０６と、スピンドル１２６の上端部に接続された力生成組立体１２０と、を含む。一実施形態において、ウエハキャリヤ１０６は、ほぼ真っ直ぐな垂線上で、力生成組立体１２０およびスピンドル１２６の下方に位置する。スピンドルは、力生成組立体１２０をウエハキャリヤ１０６に結合可能な任意の適切な形状であればよいと理解するべきである。一実施形態において、スピンドル１２６は、ほぼ円筒の形状を有する。スピンドル１２６の下端部は、ウエハキャリヤ１０６に接続されており、上端部は、力生成組立体１２０に接続されている。スピンドル１２６は、ＣＭＰシステム１００内で使用するのに望ましい構成に応じた任意の適切な寸法であればよいと理解するべきである。
【００２３】
本明細書で説明する力生成組立体１２０は、スピンドル１２６上方に位置する力印加器１１８の構成要素を含む。一実施形態において、力生成組立体１２０は、ロードセル１２４およびブラダ１２２などの構成要素と、付随する構造上の構成要素と、を含んでもよい。この実施形態において、ロードセル板１３０の底面は、スピンドル１２６の上端部と接続する。ロードセル板１３０は、スプリング１３５に結合されており、スプリング１３５は、下板１３２の底面に結合されている。ロードセル１２４は、ロードセル板１３０と下板１３２との間に配設される。スプリング１３５は、下板１３２をロードセル１２４に引き付ける役割を果たすロッドと共に利用される。このため、ロードセル１２４は、力印加組立体１１８の支持重量の一部として、一定の圧力の下で、ロードセル板１３０に実装される。一実施形態において、ロードセル１２４は、約１００ポンド〜約１５０ポンドの力を検出する。ロードセル１２４の最上部は、下板１３２の底面に結合されている。スプリング１３４は、下板１３２および上板１３６に取り付けられている。ブラダ１２２は、下板１３２と上板１３６との間に位置する。スプリング１３４は、下板１３２をブラダ１２２に引き込むためにロッドと共に利用されるため、ブラダ１２２から空気が放出されると、スプリング１３４は、下板１３２を上板１３６に向けて引き付ける。ブラダスペーサ１４４により、上板１３６と下板１３２との間で最小限の空間を維持することが可能となる。上板１３６と下板１３２とブラダ１２２とを含む構造は、本明細書において、直線力生成部１２１と呼ばれ、直線力生成部１２１は、スピンドル１２６の上端部に配設され、ロードセル１２４は、直線力生成部１２１とスピンドル１２６の上端部との間に位置する。本明細書で説明する直線力生成部１２１は、２枚の板とブラダと関連する構成要素とを含むが、例えば、モータ、油圧デバイス、ギアなどの制御可能な形で圧力または力を提供できる任意のタイプの適切なデバイスであればよい理解するべきである。スプリング１３４，１３５は、力生成組立体１２０内の構成要素上で一定の収縮圧力を維持するため、力が印加されると、ロードセル１２４は、研磨ベルトに対するウエハキャリヤ１０６の力のみを検出する。
【００２４】
ブラダ１２２は、任意の適切な気体または流体を利用して、ウエハキャリヤ１０６に圧力を加えればよいと理解するべきである。一実施形態では、ブラダ１２２を膨らませるために、きれいな乾燥した空気が利用される。本明細書で利用する「空気」に関する任意の言及は、例えば、窒素などの任意の適切な気体または流体で代用することができる。空気ライン１３８は、上板１３６の孔を介して、ブラダ１２２に接続される。空気ライン１３８は、ブラダ１２２への空気の導入およびブラダ１２２からの空気の排出を管理するサーボバルブ１４０に取り付けられている。また、空気ライン１３８は、空気を急速に排出することができる急速排気デバイス１４３に接続されている。急速排気デバイス１４３は、例えば、ソレノイド、急速排気弁などの任意の適切な空気放出デバイスであればよいと理解するべきである。サーボバルブ１４０は、（サーボバルブへの）導入１４４および（サーボバルブからの）排出１４２に接続される。サーボバルブ１４０は、ブラダ１２２での空気の導入および排出に関するゲートキーパーとして利用される。随意的に、サーボ増幅比較器１４５は、ロードセル１２４により検出された下降力の量をモニタする。下降力の量は、サーボバルブ１４０を制御して、空気ブラダがスピンドル１２６に加える特定の下降力の量を設定および／または維持するために利用される。サーボ増幅比較器１４５およびサーボバルブ１４０は、本明細書において、コントローラとも呼ばれる。コントローラは、直線力生成部１２１により印加される力を制御するために、ロードセルに結合される。下降力のモニタおよび印加の動作については、図３を参照してさらに説明する。
【００２５】
サーボバルブ１４０からブラダ１２２に空気が導入されると、ブラダ１２２は、体積を増加させ、膨張する。ブラダ１２２が膨張すると、上板１３６と下板１３２とを圧迫する。一実施形態において、上板１３６は固定されるため、上板１３６は、ブラダ１２２が膨張しても動かない。下板１３２は、ロードセル１２４上に押し下げられ、ロードセル１２４は、下降力をロードセル板１３０へ伝達する。ロードセル板１３０は、下降力をスピンドル１２６に直接伝達する。下降力を使用して、スピンドル１２６は、下方へ移動し、ウエハ研磨工程のために、ウエハを有するウエハキャリヤ１０６を研磨パッドに押し付ける。このため、一実施形態では、ウエハ研磨を実施するウエハキャリヤに対する、ブラダ１２２から印加された直接的な直線下降力の伝達が実現される。
【００２６】
ブラダ１２２内の空気圧は、空気ブラダが所望量の力をスピンドルに印加するように調整される。ブラダ１２２内の空気圧を減少させると、（ブラダ１２２に空気を導入したときに延びた）スプリング１３４は収縮し、これにより、下板１３２に対する力が減少する。このとき、ウエハキャリヤ１０６に印加される下降力が減少し、これにより、ＣＭＰ処理においてウエハに印加される研磨圧力が減少する。下降力は力増幅器を使用することなく一直線に印加されるため、ブラダ１２２において加えられた小さな調整は、そのまま直線的に、ウエハキャリヤ１０６に伝達される。力印加組立体１１８により、従来の力印加デバイスよりも大きな範囲で、ウエハに対して安定した圧力を印加することが可能となる。
【００２７】
図２Ｃは、本発明の一実施形態に従った代替的な引き込みスプリング構造を有する修正された力生成組立体１２０’を示している。この実施形態において、力生成組立体１２０’は、スピンドル１２６の上端部に接続されたロードセル板１３０を有する。ロードセルスプリング１４８は、ロードセル板１３０の下に位置する圧縮スプリングである。ロードセルスプリング１４８は、ロードセル板１３０を貫通して下板１３２に結合された引き込みロッドに接続されている。圧縮スプリング１４８の使用により、引き込みロッドは、下板１３２とロードセル板１３０との間に位置するロードセル１２４に対して、下板１３２を引き付ける。引き込みスプリング１４６は、下板１３２の下に位置し、下板１３２を貫通して上板１３６に結合された引き込みロッドに接続されている。圧縮スプリング１４６の使用により、引き込みロッドは、下板１３２と上板１３６との間に位置するブラダ１２２に対して、上板１３６を引き付ける。ブラダスペーサ１４４は、上板１３６と下板１３２との間の空間の縮小を制限することによって、ブラダ１２２の圧縮性を制限する。
【００２８】
ブラダ１２２が膨張すると、上板１３６と下板１３２とを圧迫する。下板１３２はロードセル１２４を押し下げ、ロードセル１２４はロードセル板１３０に圧力を印加する。下板１３２の下方への移動は、支持スプリング１４６を拡張させる。ロードセル板１３０は、ブラダ１２２により生成された圧力を、スピンドル１２６に直接伝達する。スピンドル１２６は、ウエハを有するウエハキャリヤ１０６を、ウエハ研磨動作のために、研磨パッドに押し付ける。
【００２９】
ブラダ１２２が収縮すると、上板１３６と下板１３２とに加わる力が減少するため、スプリング１４６は収縮する。このとき、ブラダ１２２が加えている下降圧力は減少し、これにより、スピンドル２１６がウエハキャリヤ１０６に印加する下降力も減少する。このため、ウエハキャリヤ１０６への圧力の減少は、ＣＭＰ処理においてウエハに加わる研磨圧力を減少させる。下降力は力増幅器を使用することなく一直線に印加されるため、ブラダ１２２において加えられた小さな調整は、ウエハキャリヤ１０６に直接伝達される。力印加組立体により、従来の力印加デバイスよりも大きな範囲で、ウエハに対して安定した圧力を印加することが可能となる。
【００３０】
図２Ｄは、本発明の一実施形態に従った修正された力生成組立体１２０’’を含んでいる。この実施形態において、力生成組立体１２０’’は、力生成組立体１２０’の構造および機能を有するが、上板１３６を貫通して下板１３２に結合される引き込みフラグ１６２を有する。引き込みフラグ１６２は、圧力制御システムに、このメカニズムが収縮していることを通知することができる。引き込みフラグの上方に位置するセンサは、引き込みフラグ１６２の位置を検知し、下板１３２の完全な引き込みを示すために作動する。また、力生成組立体１２０’’は、サーボ増幅比較器による増幅されたロードセル信号の受け取りを可能にするロードセル増幅出力１６４を含む。回転結合部１２６ａは、随意的に、スピンドル１２６に取り付けられる。回転結合部１２６ａにより、スピンドル１２６は回転が可能となり、一実施形態では、キャリヤヘッドへの空気および／または真空の伝達が可能となる。本明細書の実施形態において説明される（図２Ｂ〜図３を参照して説明するような）スピンドル１２６は、随意的に回転結合部１２６ａを含んでもよいと理解するべきである。
【００３１】
図３は、本発明の一実施形態に従った力印加組立体１１８の動作を示すブロック図２００を示している。ブロック図２００において、空気ブラダ１２２に空気が導入されると、ブラダ１２２は膨張してロードセル１２４を押し下げる。ロードセル１２４は、ブラダ１２２によって印加された力を検出し、ロードセル１２４で検出された直線下降力の量を示す力測定信号を、ロードセル増幅器１６４を通じて、サーボ増幅比較器１４５へ送信する。ロードセル１２４からの信号は低電圧であるため、ロードセル増幅器１６４は力測定信号を増幅する。サーボ増幅比較器１４５は、ロードセル１２４からの信号（一実施形態においてアナログ電圧である）を受け取り、ロードセル１２４で検出された圧力の閉ループモニタリングを利用する。サーボ増幅比較器１４５は、ロードセル１２４からの信号をモニタする。サーボ増幅器１２４は、ロードセルが検出した直線下降力の量に関する信号を受け取り、この力を（一実施形態においてアナログ電圧である）力設定点２０２と比較し、サーボバルブ１４０を管理することによって、直線下降力を調節する。一実施形態において、サーボ増幅比較器は、検出された直線下降力の量が力設定点２０２より低い場合には、サーボバルブ１４０に対して（信号を伝送することによって）ブラダ１２２に空気を送るように命令し、検出された下降力が力設定点２０２より高い場合には、サーボバルブに対して、空気ブラダから空気を放出するように命令する。サーボバルブ１４０への空気ラインは、ブラダ１２２に対して空気を送るのを可能にする空気圧を有する。バルブ排気部２０６は、システム２００に随意的に取り付けられ、空気ブラダ１２２からの空気の急速な除去を可能にする。
【００３２】
まとめると、この装置は、ウエハを有するウエハキャリヤへの直線下降力の印加を可能にし、これにより、ウエハ研磨工程のために下降力を印加する能力を最適化する。また、下降力は、一直線に印加されるため、ブラダにおいて加えられた小さな調整は、ウエハキャリヤに直接伝達される。
【００３３】
以上、いくつかの例示的な実施形態の観点から本発明を説明してきた。本発明のその他の実施形態は、本明細書の考察と本発明の実施とにより、当業者には明らかになろう。上で説明した実施形態および好適な特徴は、例示的なものと考えられるべきであり、本発明は前記特許請求の範囲により画定される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】ＣＭＰシステムにおいて通常利用されるリニア研磨装置を示す図
【図１Ｂ】ウエハを（図１Ａの上方に図示するような）ＣＭＰ装置の研磨ベルトに当接させるのに利用される従来のスピンドル駆動組立体を示す図
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従ったＣＭＰシステムを示す図
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従った力印加組立体を示す図
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従った代替的な引き込みスプリング構造を有する力生成組立体の変形例を示す図
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に従った力生成組立体の変形例を含む図
【図３】本発明の一実施形態に従った力印加組立体の動作を示すブロック図
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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