(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブと、を備え、
該バルブが該可撓性膜の上面と接触するバルブステムを含み、故に該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該バルブが作動して該基板検出システムへ信号を送る、キャリヤヘッド。
【請求項２】
該バルブが、該第１チャンバを第２チャンバへ液体で結合する通路内に位置する、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項３】
該バルブが閉鎖位置にバイアスがかけられ、該バルブを作動させると該バルブが開放する、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項４】
該バルブが開放位置にバイアスがかけられ、該バルブを作動させると該バルブが閉鎖する、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項５】
該バルブステムが支持構造内のアパーチャをつき抜けている、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項６】
該バルブステムが該支持構造の下面をわずかに超えて延びている、請求項５記載のキャリヤヘッド。
【請求項７】
該支持構造が該ベースに相対して可動する、請求項５記載のキャリヤヘッド。
【請求項８】
該バルブがばねによってバイアスがかけられ、該基板が装着されていないときには該ばねからの力が可撓性膜からの力を相殺するのに十分であるが、該基板が装着されているときには可撓性膜からの力を相殺するのに不十分であるように、該ばねのばね定数が選ばれる、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項９】
第１チャンバが減圧される場合、該バルブステムが該可撓性膜の該上面と接触する、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項１０】
該基板が存在しない場合、該可撓性膜が該バルブの下部を包み込む、請求項１記載のキャリヤヘッド。
【請求項１１】
ベースと、
第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブと、を備え、
該バルブが支持体表面の先に突出するバルブステムを含み、故に該第１チャンバが減圧され且つ基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該基板が該支持体表面と隣接し且つ該バルブを作動させる、キャリヤヘッド。
【請求項１２】
ベースと、
第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
ウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブと、を備え、
該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると、該バルブのいずれかが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送ることができる、キャリヤヘッド。
【請求項１３】
ベースと、
第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
ウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブと、を備え、
該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると、双方の該バルブが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送らなければならない、キャリヤヘッド。
【請求項１４】
ベースと、
第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
第２チャンバと、
該第１チャンバと該第２チャンバの間の該ベースを通る通路と、
バイアスをかけると開放し、該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると該通路を閉鎖するように作動する第１バルブと、
バイアスをかけると閉鎖し、該第２チャンバが減圧される場合、該通路を開放するように作動する、該第１バルブと連続して接続した第２バルブ
を含むキャリヤヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景
本発明は、一般的には、基板の化学的機械研磨に関し、更に詳細には、キャリヤヘッドにおける基板の検出に関する。
【０００２】
集積回路は、典型的には、導電層、半導体層又は絶縁層を連続的に堆積することにより基板、特にシリコンウェーハ上に形成される。それぞれの層が堆積した後に、回路網の特徴をつくるために層がエッチングされる。一連の層が連続して堆積及びエッチングされるので、基板の外面又は最上面、即ち、基板の露出された表面は徐々に平面でなくなっていく。
【０００３】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められている平坦化方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板をキャリヤヘッド又は研磨ヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出された表面は、回転している研磨パッド又は動いている研磨ベルトに向かって置かれる。研磨パッドは、耐久性のある粗い表面をもつ『標準的な』パッド、又は研磨剤粒子がバインダーに組込まれた所定の研磨パッドでもよい。キャリヤによって基板上の装填が制御可能であり、基板が研磨パッドに対して押圧される。更に、キャリヤは、基板の表面上の相対する速度分布に影響するように回転することができる。標準的なパッドが用いられる場合、少なくとも１種の化学的に反応する物質、及び研磨剤粒子を含む研磨スラリーが研磨パッド上に配分されてもよい。
【０００４】
典型的には、キャリヤヘッドは、研磨プロセスが完了した後に基板を研磨パッドから取り出すために用いられる。基板は、キャリヤヘッドの裏面に真空チャックされる。キャリヤヘッドがもとに戻るときには、基板は研磨パッドから持ち上がる。
【０００５】
ＣＭＰで起こる問題は、基板がキャリヤヘッドによって持ち上げられることができない可能性があることである。例えば、基板を研磨パッドに結合する表面張力が、基板をキャリヤヘッドに結合する力より大きい場合は、キャリヤヘッドがもとに戻るときに、基板が研磨パッド上に残るであろう。また、研磨中に欠陥のある基板が破砕する場合、キャリヤヘッドは、破砕した基板を研磨パッドから除去することができないであろう。
【０００６】
関連した問題は、基板のキャリヤヘッドへの装着が失敗することがあり、基板がキャリヤヘッドから離れる可能性があることである。このことは、例えば、真空チャックと組合わせずに表面表力のみでキャリヤヘッドに基板を装着させた場合に起きる可能性がある。
【０００７】
それだけでは、キャリヤヘッドが基板を載せていないことをオペレータは知ることができない。ＣＭＰ装置は、基板がキャリヤヘッドに存在していなくても作動し続ける。これにより、スループットが減少する可能性がある。更に、ゆるんだ基板、即ち、キャリヤヘッドに装着されていない基板は、ＣＭＰ装置の動いている部品によってさまよい、基板又は研磨パッドを潜在的に損傷し、他の基板を損傷させ、破片を残す可能性がある。
【０００８】
ＣＭＰにおいて起こる他の問題は、基板がキャリヤヘッド内にあるかを求めることが難しいことである。基板がキャリヤヘッドの下に位置するために、基板がキャリヤヘッド内にあり且つ適切に装着されているかを目視検査で求めることは難しい。更に、光学的検出法もスラリーが存在することにより妨害される。
【０００９】
キャリヤヘッドには、基板受容面として働く底面をもつ剛性ベースが含まれてもよい。複数のチャンネルが基板受容面までベースをつき抜けている。ポンプ又は真空源が真空をチャンネルに加え得る。チャンネルから空気をポンプで送るときに、基板がベースの底面に真空チャックされる。圧力センサを、真空源とキャリヤヘッド内のチャンネルの間の圧力ラインに接続することができる。基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされなかった場合、チャンネルは開放し、空気又は他の液体がチャンネルに漏れる。一方、基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされた場合、チャンネルは密封され、チャンネルへ漏れない。結果として、圧力センサは、基板がキャリヤヘッドの裏面に巧く真空チャックされるときには基板がキャリヤヘッドに装着されないときに比べて高真空又は低圧を計測する。
【００１０】
残念ながら、キャリヤヘッド内の基板の存在を検出するこの方法においては問題がいくつかある。腐食性スラリーがチャンネルの中に吸引され、キャリヤヘッドを汚す可能性があることである。更に、基板が研磨パッドから持ち上がったかを求める閾値圧は、実験で求めなければならない。
【００１１】
従って、キャリヤヘッド内の基板の存在を信頼性をもって探知することができるＣＭＰシステムを提供することは有益なことである。また、そのようなシステムがキャリヤヘッドの内部をスラリーによる汚染に曝すことなく作動させ得ることは有益なことである。
【００１２】
概要
一態様においては、本発明は、ベース、第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、及び基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブを有するキャリヤヘッドに関する。該バルブは、該可撓性膜の上面と接触するバルブステムを含み、故に該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該バルブが作動して該基板検出システムへ信号を送る。
【００１３】
本発明の実施形態は、次の特徴を含んでもよい。該バルブは、該第１チャンバを第２チャンバへ液体で結合する通路内に位置してもよい。該バルブは開放又は閉鎖位置にバイアスがかけられてもよく、該バルブを作動させると該バルブが閉鎖又は開放するようにしてもよい。該バルブステムは、支持構造体内のアパーチャをつき抜けてもよく、該支持構造体の下面をわずかに超えて突出してもよい。
該支持構造体は、該ベースに相対して可動してもよい。該バルブは、ばねによってバイアスがかけられることができ、該基板が装着されていないときには該ばねからの力が可撓性膜からの力を相殺するのに十分であるが、該基板が装着されているときには可撓性膜からの力を相殺するのに不十分であるように、該ばねのばね定数を選ぶことができる。第１チャンバが減圧される場合、該バルブステムが該可撓性膜の該上面と接触することができる。該基板が存在しない場合、該可撓性膜は該バルブの下部を包み込むことができる。
【００１４】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、及び基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブを有する。該バルブは、支持体表面の先に突出するバルブステムを含み、故に該第１チャンバが減圧され且つ基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該基板は該支持体表面と隣接し且つ該バルブを作動させる。
【００１５】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、ウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブを有する。該第１チャンバが減圧されるとき、基板が該可撓性膜に装着されると、該バルブのいずれかが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送ることができる。
【００１６】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、及びウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブを有する。該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると、双方の該バルブが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送らなければならない。
【００１７】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第１チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、第２チャンバ、該第１チャンバと該第２チャンバの間の該ベースを通る通路、バイアスをかけると開放し、該第１チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると該通路を閉鎖するように作動する第１バルブ、及びバイアスされると閉鎖し、該第２チャンバが減圧されと該通路を開放するように作動する、該第１バルブと連続して接続する第２バルブを有する。
【００１８】
本発明の利点としては、次のものが含まれる。ＣＭＰ装置には、基板が適切にキャリヤヘッドに装着されているかを検出するセンサが含まれる。センサは、誤り検出が少ない傾向がある。
【００１９】
本発明の他の利点及び特徴は、図面及び特許請求の範囲を含む説明から明らかになる。
【００２０】
異なる実施形態において一部の要素は異なる構造、動作又は機能をもつことができるが、種々の図面において同じ符号は同じ要素を示すものである。
【００２１】
詳細な説明
図１について説明する。１枚以上の基板１０を化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置２０で研磨する。ＣＭＰ装置の完全な説明は、係属中の米国特許第５，７３８，５７４号に見ることができ、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。ＣＭＰ装置２０には、一連の研磨ステーション２５及びトランスファステーション２７が含まれている。
【００２２】
各研磨ステーション２５には、研磨パッド３２を載置する回転可能なプラテン３０が含まれている。各研磨ステーションには、更に、研磨パッド表面を定期的に再調整するための付随したパッドコンディショナ装置３４が含まれてもよい。
各研磨ステーションは、また、活性剤（例えば、酸化物研磨については脱イオン水）、研磨剤粒子（例えば、酸化物研磨については二酸化シリコン）及び化学反応性触媒（例えば、酸化物研磨については水酸化カリウム）を含むスラリー３８を研磨パッド３２の表面に供給するためのスラリー／リンス組合せアーム３６を含むことができる。
【００２３】
ＣＭＰ装置２０は、また、４つのキャリヤヘッド１００を支持する回転可能なマルチヘッドカルーセル４０を含んでいる。キャリヤヘッドうちの３つは、基板を受容及び固定し、研磨ステーション２５のプラテン３０上の研磨パッド３２に対して押圧することにより研磨する。キャリヤヘッドのうちの１つは、基板をトランスファステーション２７から受け取り、基板をトランスファステーション２７へ送る。カルーセルは、回転してキャリヤヘッド、及びそれに装着された基板を研磨ステーションとトランスファステーションの間で周回させ得る。各キャリヤは、それ自体の軸の周りを独立して回転することができ、ドライブシャフト４２によって独立して横に振動することができる。
【００２４】
一般的には、キャリヤヘッド１００は、基板を研磨パッドに対して固定し、基板の裏面を横切って力を一様に配分する。キャリヤヘッドは、また、ドライブシャフトから基板へトルクを移動し、基板が研磨中にキャリヤヘッドの下からすべらないことを確保する。
【００２５】
図２について説明する。キャリヤヘッド１００は、ハウジングハブ１０２、ベース１０４、ローディングチャンバ１０８、保持リング１１０、及び基板バッキングアセンブリ１１２を含んでいる。類似のキャリヤヘッドの説明は、米国特許第５，９５７，７５１号、及び１９９８年１０月９日出願の係属中の米国特許出願第０９／１６９，５００号に見ることができ、それぞれの開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００２６】
ハウジングハブ１０２は、ドライブシャフト４２に接続され、研磨パッドの表面にほぼ垂直である回転軸の周りを回転する。３つの通路１３０、１３２及び１３４は、キャリヤヘッドの空気制御のためにハウジングハブ１０４を貫通して形成される。
【００２７】
ベース１０４は、ジンバルメカニズム１０６及び外部クランプリング１４４を含んでいる。ハウジングハブ１０２に相対するベース１０４の垂直位置は、ローディングチャンバ１０８によって制御される。チャンバ１０８は、また、ベース１０４と保持リング１１０に対して下向きの圧力を制御する。ローディングチャンバ１０８は、内部クランプリング１４２によってハウジングハブ１０２にクランプされ且つ外部クランプリング１４４とフレクシャリング１５２の間のベース１０４にクランプされるダイアフラム１４０によって密封される。外部クランプリング１４４は、キャリヤヘッドの伸び過ぎを防止し且つスラリーがダイアフラム１４０を汚さないようにするためにハウジングハブ１０２のリップの上に延びる内側に突出しているフランジ１４６を含んでいる。
【００２８】
第１ポンプ又は圧力源５２ａは、ハウジングハブ１０２内の通路１３０を経てローディングチャンバ１０８へ接続することができる。ポンプ５２ａがローディングチャンバ１０８へ液体をポンプで送る場合、チャンバの容積は大きくなり、ベース１０４は下向きに押される。一方、ポンプ５２ａがローディングチャンバ１０８から液体をポンプで送る場合、チャンバ１０８の容積は小さくなり、ベース１０４は上向きに引っ張られる。
【００２９】
ジンバルメカニズム１０６は、ベース１０４をハウジングハブ１０２に対して移動させるので、保持リングは、研磨パッドの表面とほぼ平行を保つことができる。ジンバルメカニズム１０６は、ジンバルロッド１５０とフレクシャリング１５２を含んでいる。ジンバルロッド１５０は、ハウジング１０２内の通路１３２の中で垂直にすべることができるので、ベース１０４は、ハウジング１０２に対して垂直に移動し得る。しかしながら、ジンバルロッド１５０は、ハウジング１０２に対してベース１０４の横の動きを防止する。第１通路１５４は、ジンバルロッド１５０を貫通して形成されることができ、第２通路１５６は、キャリヤヘッドの空気制御のためにジンバルロッド１５０、フレクシャリング１５２及び外部クランプリング１４４を貫通して形成されることができる。
【００３０】
保持リング１１０は、ベース１０４の外縁部に固定されてもよい。保持リング１１０は、平坦な底面１２６をもち得るし、その底面はスラリーを流すためのチャンネルを含み得る。液体がチャンバ１０８へポンプで送られ、ベース１０４が下向きに押されるとき、保持リング１１０も下向きに押されて研磨パッド３２へ荷重をかける。保持リング１１０の内面１２４は、横の動きから基板を制限する。
【００３１】
膜１６２は、クランプリング１６４によってベース１０４の下面にクランプされて環状のブラダ１６０を形成することができる。通路１６６は、クランプリング１６４をつき抜け、ベース１０４内の通路１５６と並ぶ。第２ポンプ又は圧力源５２ｂは、ハウジングハブ１０２内の通路１３４を経て、ベース１０４内の通路１５６、及びクランプリング１６４内の通路１６６を経てブラダ１６０に接続し得る。ポンプ５２ｂがブラダ１６０へ液体を送る場合、ブラダ１６０は下向きに延びる。一方、ポンプ５２ｂが液体を出す場合、ブラダ１６０は収縮する。後述されるように、ブラダ１６０は、支持構造体１１４と可撓性膜１１８に下向きの圧力を加えるために使用し得る。
【００３２】
基板バッキングアセンブリ１１２は、可撓性膜１１８、支持リング１１６、支持構造体１１４、及びスペーサリング１２８を含んでいる。これらの要素のそれぞれを次に詳述する。
【００３３】
可撓性膜１１８は、可撓性で弾性の材料からつくられたほぼ円形のシートであり、中央部分１７０及びスペーサリング１２８と支持プレート１１４の間を延びる周辺部分１７２を有する。可撓性膜１１８の中央部分１７０は、支持構造体１１４の下に延びて基板の取り付け面となる。周辺部分１７２の内縁部は、中央部分１７０の周辺の上に逆に重なり、１９９９年４月２２日出願の係属中の米国出願第０９／２９６，９３５号に記載されている延び得るリップ１７４を形成する。この開示内容は、本明細書に全体で援用されている。膜１１８の外縁部は、保持リング１１０と外部クランプリング１４４の間にクランプされて加圧式チャンバ１２０を画成する。
【００３４】
第３ポンプ又は圧力源５２ｃは、ジンバルロッド１５０内の通路を経てチャンバ１２０に接続し得る。ポンプ５２ｃがチャンバ１２０に液体を送る場合、チャンバの容積は大きくなり、可撓性膜１１８は下に押される。一方、ポンプ５２ｃがチャンバ１２０から排除する場合、チャンバの容積は小さくなり、膜は下向きに引っ張られる。
【００３５】
スペーサリング１２８は、可撓性膜１１８の形を適切に維持するために支持構造体１１４と保持リング１１０の間に位置する環状物体である。スペーサリング１２８は、可撓性膜１１８のリップ部分上にあり得る。
【００３６】
支持リング１１６は、可撓性膜１１８上のチャンバ１２０内部にあるＣ形断面をもつ環状部分である。可撓性膜１１８の中央部分１７０は、可撓性膜１１８の適切な形を維持するために支持リング１１６と係合する内向きに延びているフラップ１７６を含み得る。
【００３７】
支持構造体１１４もまた、可撓性膜１１８上のチャンバ１２０内にある。構造１１４は、図示していない複数のアパーチャをもつディスク型プレート部分１８０、支持リング１１６の上に延びている外向きに延びるフランジ部分１８２、及び可撓性膜の中央部分１７０にあるように支持リング１１６と可撓性膜の周辺部分１７２の間に延びている下向きに延びるフランジ部分１８４を含んでいる。
【００３８】
本発明のＣＭＰ装置は、基板がキャリヤヘッド１００に適切に装着されたかを検出することができる。基板がなくなっていたり、キャリヤヘッドに不適切に装着されているかをＣＭＰ装置が検出する場合、オペレータは変えることができ、研磨動作を自動的に停止させることができる。
【００３９】
３つの圧力センサ又はゲージ５６ａ、５６ｂ及び５６ｃは、ポンプ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃとチャンバ１０８、１６０と１２０の間の液体ラインにそれぞれ接続することができる。制御可能なバルブ５８ａ、５８ｂ及び５８ｃは、圧力ゲージ５６ａ、５６ｂ及び５６ｃとポンプ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃの間の液体ラインを横切ってそれぞれ接続することができる。ポンプ５２ａ−５２ｃ、圧力ゲージ５６ａ−５６ｃ及びバルブ５８ａ−５８ｃは、汎用ディジタルコンピュータ６０に適切に接続することができる。コンピュータ６０は、ポンプ５２ａ−５２ｃを作動させて、上記のように、キャリヤヘッド１００に空気による動力を供給し、基板をキャリヤヘッドの底に真空チャックさせることができる。更に、コンピュータ６０は、バルブ５８ａ−５８ｃを作動させ、更に詳細に後述される圧力ゲージ５６ａ−５６ｃをモニターし、キャリヤヘッド内の基板の存在を読取ることができる。
【００４０】
図３Ａ及び図３Ｂについて説明する。キャリヤヘッド１００には、機械的に作動するバルブ２００が含まれ、キャリヤヘッドはウェーハ検出能を備えている。実施形態においては、通路１５６は、フレクシャリング１５２内のチャンバ２２０に接続し、バルブ２００は、キャリヤの中央近傍に位置し、チャンバ２００とチャンバ１２０の間に延びている。この実施形態においては、バルブ２００は、バルブステム２０２、バルブステム２０２から外向きに放射状に延びている環状フランジ２０４、Ｏリング２０６、及びばね２１４を含んでいる。バルブステム２０２は、バルブチャンバ２２０と下方チャンバ１２０の間のフレクシャリング１５２内のアパーチャ２０８をつき抜け、バルブフランジ２０４がバルブチャンバ２２０内に位置している。下方チャンバ１２０の中に延びているバルブステム２０２の部分は、支持構造体１１４内のアパーチャ２１０を通過している。下方チャンバ１２０を排気し、支持構造体１１４がベース１０４に対して引っ込むときには、バルブステム２０２が支持構造体１１４の底面１８６よりわずかに下に延び得る。チャンネル２１２は、アパーチャ２０８の周りのフレクシャリング１５２内に形成されてチャンバ１２０をバルブチャンバ２２０へ接続することができる。しかしながら、Ｏリング２０６は、環状フランジ２０４とフレクシャリング１５２の間のバルブチャンバ２２０内のバルブステム２０２の前後に位置する。更に、ばね２１４は、環状フランジ２０４とバルブチャンバのシーリング２２２の間に位置する。ばね２１４は、バルブ２００を閉鎖位置へバイアスをかける（図３Ａに図示されている）。更に詳細には、環状フランジ２０４とフレクシャリング１５２の間のＯリング２０６を圧縮してチャンネル２１２をバルブチャンバ２２０から封じ、よってバルブチャンバ２２０を下方チャンバ１２０から分離する。しかしながら、バルブステム２０２が上向きに押される場合（図３Ｂに図示されている）、Ｏリング２０６はもはや圧縮されず、液体はＯリングの周りのギャップ２１８を通って漏れることができる。それだけで、バルブ２００は開放し、バルブチャンバ２２０と下方チャンバ１２０はチャンネル２１２を経て液体で通じる。
【００４１】
キャリヤヘッド１００を含むＣＭＰ装置は、基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされたかを次のように探知する。基板は、可撓性膜１１８に向かって位置する。ポンプ５２ｂは、所定の圧力までブラダ１６０を膨張させ、そのときバルブ５８ｂは閉鎖してブラダ１６０をポンプ５２ｂから分離させる。ブラダ１６０内の圧力の第１測定は、圧力ゲージ５６ｂによって行われる。次に、ポンプ５２ｃが下方チャンバ１２０を減圧して可撓性膜と基板の間に低圧のポケットをつくり、基板をキャリヤヘッドに真空チャックさせる。そのとき、ブラダ１６０内の圧力の第２測定が圧力ゲージ５６ｂによって行われる。第１圧力測定と第２圧力測定を比較して基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされたかを求めることができる。
【００４２】
キャリヤヘッド１００は、基板が存在する場合バルブ２００が作動し、基板が存在しない場合作動しないように配置される。図３Ａに図示されるように、基板が存在しない場合、チャンバ１２０が減圧されるときに可撓性膜１１８が上向きに移動し、バルブステムと接触する。しかしながら、可撓性膜１１８が可撓性であり、チャンバ１２０が減圧されるときに支持構造体１１４に対して部分的に支持されるので、可撓性膜はバルブステムを包み込む傾向があり、可撓性膜１１８からバルブステム２０２上の上向きの張力は、ばね２０４から下向きのばね力に打ち勝つには不十分であり、バルブ２００は閉鎖されたままである。一方、図３Ｂに示されるように、基板が可撓性膜に真空チャックされる場合、相対的に剛性の基板が、バルブステム２０２上に押圧する。この場合、可撓性膜１１８と基板１０から上向きの張力は、ばね２０４から下向きのばね力に打ち勝ち、バルブ２００は開放し、よって下方チャンバ１２０をバルブチャンバ２２０に液体で接続する。これにより、液体がブラダ１６０からバルブチャンバ２２０と下方チャンバ１２０まで流れ、ポンプ５２ｃによって送られることを可能にする。
【００４３】
膜だけによって加えられる上向きの力を相殺するのには十分であるが基板を膜に装着するときに加えられる上向きの力を相殺するのには不十分である下向きの力を与えるようにばね２０４が選ばれることは留意されるべきである。一般に、支持構造体１１４内のアパーチャ２１０が大きくなるほど、膜１１８が剛くなり、バルブステム２０２が下面１７６の先に延びるほど、可撓性膜１１８がバルブステム２０２に加える力が大きくなり、ばね２０４のばね定数が大きいことが必要である。しかしながら、ばね定数が小さいと、バルブを作動させる基板上の応力が小さくなる。
【００４４】
図４について説明する。ブラダ１６０は、始めには圧力Ｐ1であることができる。第１圧力の測定は、時間Ｔ1で行われた後にポンプ５２ｃが下方チャンバ１２０を減圧し始める。チャンバ１２０を時間Ｔ2で減圧するとき、可撓性膜１１８は上向きに引っ張られる。基板が存在する場合、バルブ２００は閉じられたままであり、ブラダ１６０内の圧力は圧力Ｐ1で一定のままであり、支持構造体１１４が上向きの力を加えてブラダ１６０を圧縮する場合圧力Ｐ2に上昇さえする。従って、ゲージ５６ｂで測定されたブラダ１６０内の圧力は、圧力Ｐ1又はそれより高いままである。一方、基板が存在する場合、バルブ２００は開放され、液体が体積１６０から排除されるので、ゲージ５６ｂで測定された圧力は圧力Ｐ3に下がる。従って、第２測定圧力が第１測定圧力より小さい場合、基板はキャリヤヘッドに装着される。しかしながら、第２測定圧力が第１測定圧力と同じか大きい場合、基板はキャリヤヘッドに装着されない。
【００４５】
コンピュータ６０は、２つの圧力測定を記憶し、圧力測定を比較し、よって基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされたかを求めるためにプログラムされていることができる。これによって、『虚偽』の信号、例えば、基板が実際に存在するときに存在しないという表示を与えない非常に信頼できる基板検出器となり得る。更に、可撓性膜の後ろのキャリヤヘッドの中にセンサが含まれるので、センサはスラリーがキャリヤヘッドの内部を汚す機会を与えない。
【００４６】
図５について説明する。他の実施形態においては、キャリヤヘッド１００ａは、下方チャンバ１２０とブラダ１６０の間に平行に接続された２以上のバルブ３００、３１０を含んでいる。例えば、第１バルブは下方チャンバ１２０と第１チャンバ３０２の間に延び得るが、第２バルブは下方チャンバ１２０と第２チャンバ３１２の間に延び得る。フレクシャリング１５４内の通路３２０は、第１チャンバ３０２を第２チャンバ３１２に接続し得る。従って、バルブ３００の一方又は双方が誘発される場合チャンバ１２０がブラダ１６０に接続される。この実施形態は、ウェーハの存在に対するキャリヤヘッドの感受性を高め、１つのバルブが固定される場合の重複性を示すものである。更に、キャリヤヘッドがキャリヤベースの周りに同じ角の間隔で隔置された３以上のバルブを含む場合、基板は持ち上げられるにつれて傾くことがない。
【００４７】
図６について説明する。他の実施形態においては、キャリヤヘッド１００ｂは、チャンバ１２０とブラダ１６０の間に連続して接続した２以上のバルブ４００、４１０を含んでいる。例えば、第１バルブは、下方チャンバ１２０と第１チャンバ４０２の間に延びることができ、フレクシャリング１５２までの通路４２０は、第１チャンバ４０２を通路４１４に接続することができ、その通路は第２バルブ４１０のＯリングによって第２チャンバから密封されている。第２チャンバ４１２は、通路１５６によってブラダ１６０に接続している。要するに、第１バルブ４００の供給口は、チャンバ１２０に接続し、第１バルブ４００の出口は、通路４２０によって第２バルブ４０２の供給口に接続し、第２バルブ４１０の出口は、ブラダ１６０に接続している。従って、チャンバ１２０は、双方のバルブ４００と４１０が誘発する場合にのみブラダ１６０に接続する。この実施形態は、基板がないことに対して及び基板が可撓性膜に十分にしっかりと固定されない状態に対して、例えば、基板が表面張力のみで可撓性膜に装着され、真空チャックでは装着されず、双方のセンサを作動させずに傾く場合キャリヤヘッドの感受性を高めるものである。第２バルブ４１０の供給通路４１４は、第２バルブ４１０のバルブステムをＯリング４１６によってチャンバ１２０に延ばしつつチャンバ１２０から分離させ得る。
【００４８】
図７に示されるように、可撓性ダイアフラム４３０は、第２バルブ４１０’の通路４１４をチャンバ１２０から分離するためにＯリングの代わりに使用し得る。バルブ４１０’のバルブステム２０２’は、ダイアフラム４３０上にあることができ、バンパ４３２はダイアフラム４３０の裏面にくっつけることができる。可撓性ダイアフラム４３０は、十分に弾性があり、バンパ４３２が可撓性膜１１８によって上向きに押圧されるとき、バンパ４３２は支持構造体１１４内のアパーチャ２１０’の中へ押し上げられるので、バルブステム２０２’を上向きに進めて第２バルブ４１０’を作動させる。
【００４９】
図８について説明する。他の実施形態においては、キャリヤヘッド１００ｃは、チャンバ１２０と１０８間に連続して接続した２つのバルブ５００と５１０を含んでいる。この実施形態は、１９９８年１２月３０日出願の係属中の米国出願第６０／１１４，１８２号に記載されたキャリヤヘッドに適合するものである。この実施形態においては、バルブ５００と５１０をフレクシャリング１５２’と環状ジンバルクランプ１５８の間に形成することができ、ジンバルロッドとフレクシャリングまでの複数の液体通路を必要としない。第１バルブ５００は、チャンバ１２０を第１バルブチャンバ５０２へバルブステム５０６の周りのフレクシャリング１５２’内のチャンネル５０８を経て液体で接続させ、第２バルブ５１０は、チャンバ１０８を第２バルブチャンバ５１２へバルブステム５１６の周りのジンバルクランプ１５８内のチャンネル５１８を経て液体で接続させ、第１バルブチャンバ５０２を第２バルブチャンバ５１２へ図示されていない通路によって接続する。第１バルブ５００は、ばね５０４によってバイアスをかけて開放し、第２バルブ５１０は、ばね５１４によってバイアスをかけて閉鎖する。下方チャンバ１２０を減圧し、基板がキャリヤヘッドに真空チャックされる場合、第１バルブ５００のバルブステム５０６がジンバルクランプ１５８に対してＯリング５０６を押圧するように作動して第１バルブを閉鎖し、チャンバ１０８内の圧力が一定を保つ。一方、下方チャンバ１２０が減圧されるが基板が存在しない場合、第１バルブ５００は開放したままである。チャンバ１２０が減圧されるときに、例えば、基板バッキングアセンブリと保持リングを研磨パッドから持ち上げるためにローディングチャンバ１０８も減圧する場合、バルブステム５１６は、ハウジングハブ１０２に対して押圧される。これにより、バルブステム上に下向きの力が生じ、ジンバルクランプ１５８に対してＯリングを押圧するばね５１４からの上向きの力に打ち勝つことができ、第２バルブ５１０を開放させるので、ローディングチャンバ１０８を下方チャンバ１２０に接続する。そのとき、液体は、ローディングチャンバ１０８から下方チャンバ１２０を経て流れる。一方、チャンバ１２０が減圧されるときに、例えば、研磨中に基板上の接触領域と圧力を制御するためにローディングチャンバ１０８が加圧される場合、バルブ５１０は閉鎖したままである。要するに、バルブアセンブリは、基板が存在せず、チャンバ１０８が減圧される場合にのみローディングチャンバ１０８を下方チャンバ１２０に接続するように作動する。下方チャンバ１２０内の圧力の降下は、基板が存在しないことを示す圧力ゲージ５２ｃによって検出され得る。
【００５０】
また、キャリヤヘッド１００ｃは、基板が存在する場合にチャンバ１２０が減圧されるときに開放する単一バルブを含み得る。この場合、チャンバ１０８をポンプ又は圧力源から分離するバルブが開放を保ち得るので、チャンバ１２０は完全に減圧されず、膜１１８がチャンバ１２０の中にまで引っ張られ、基板に過大応力を加え損傷するのを防止する。
【００５１】
いくつかの実施形態においては、下方チャンバ１２０をブラダ１６０に接続させるバルブを記載しているが、バルブはキャリヤヘッド内の２つのチャンバを接続するために使用することができ、キャリヤヘッド内のチャンバを周囲雰囲気に接続することもできる。更に、バルブはバイアスをかけて開放又は閉鎖することができるので、基板の存在によって、バルブが作動したときにバルブがそれぞれ閉鎖か又は開放し得る。バルブは、フレクシャリング以外のキャリヤヘッドの部分に位置し得る。例えば、バルブは、キャリヤの中央からずらすことができ、フレクシャリングとベースリング間に形成されたバルブチャンバと共にベースに取り付けることができる。更に、液体を接続させるためにキャリヤヘッドを貫通して形成された通路も例示である。例えば、ハウジングハブとベースリング上の固定物に結合される可撓性ホースによって液体で通じることができ、第１通路は、ベースリング上の固定物をバルブチャンバへ接続することができ、第２通路は、バルブチャンバをブラダに接続することができる。
【００５２】
本発明を、多くの好適実施形態によって記載してきた。しかしながら、本発明は、図示及び説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、前述の特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】化学的機械研磨装置の組立分解斜視図である。
【図２】可撓性膜及びチャンバをもつ部分断面略図、及びキャリヤヘッドのニューマティックコントロールシステムの部分略図である。
【図３】Ａは図２のキャリヤヘッドのバルブの拡大図であり、Ｂは基板が装着された図３Ａのキャリヤヘッドの図である。
【図４】図２のキャリヤヘッドを用いたＣＭＰ装置において時間の関数としての圧力を示すグラフである。
【図５】平行して接続した複数のバルブを含むキャリヤヘッドの断面略図である。
【図６】連続して接続した複数のバルブを含むキャリヤヘッドの断面略図である。
【図７】バルブがダイアフラムによって分けられているキャリヤヘッドの断面略図である。
【図８】バルブが反対の向きにバイアスがかけられているキャリヤヘッドの断面略図である。
【符号の説明】
１０…基板、２０…ＣＭＰ装置、２５…研磨ステーション、２７…トランスファステーション、３０…プラテン、３２…研磨パッド、３４…パッドコンディショナ装置、３６…スラリー／リンスアーム、３８…スラリー、４０…マルチヘッドカルーセル、４２…ドライブシャフト、５２ａ…第１ポンプ又は圧力源、５２ｂ…第２ポンプ又は圧力源、５２ｃ…第３ポンプ又は圧力源、５６ａ…圧力センサ又はゲージ、５６ｂ…圧力センサ又はゲージ、５６ｃ…圧力センサ又はゲージ、５８ａ…バルブ、５８ｂ…バルブ、５８ｃ…バルブ、６０…コンピュータ、１００…キャリヤヘッド、１００ｂ…キャリヤヘッド、１００ｂ'…キャリヤヘッド、１００ｃ…キャリヤヘッド、１０２…ハウジングハブ、１０４…ベース、１０６…ジンバルメカニズム、１０８…ローディングチャンバ、１１０…保持リング、１１２…基板バッキングアセンブリ、１１４…支持構造体、１１６…支持リング、１１８…可撓性膜、１２０…下方チャンバ、１２４…内面、１２６…底面、１２８…スペーサリング、１３０…通路、１３２…通路、１３４…通路、１４０…ダイアフラム、１４２…内部クランプリング、１４４…外部クランプリング、１４６…フランジ、１５０…ジンバルロッド、１５０’…ジンバルロッド、１５２…フレクシャリング、１５２’…フレクシャリング、１５４…第１通路、１５６…第２通路、１５６’…第２通路、１５８…ジンバルクランプ、１６０…ブラダ、１６２…膜、１６４…クランプリング、１６６…通路、１７０…中央部分、１７２…周辺部分、１７４…リップ、１７６…フラップ、１８０…ディスク型プレート部分、１８２…フランジ部分、１８４…フランジ部分、１８６…底面、２００…バルブ、２０２…バルブステム、２０２’…バルブステム、２０４…バルブフランジ、２０６…Ｏリング、２０８…アパーチャ、２１０…アパーチャ、２１２…チャンネル、２１４…ばね、２１８…ギャップ、２２０…バルブチャンバ、２２２…シーリング、３００…バルブ、３０２…第１チャンバ、３１０…バルブ、３１２…第２チャンバ、３２０…通路、４００…第１バルブ、４０２…第１チャンバ、４１０…第２バルブ、４１０’…第２バルブ、４１２…第２チャンバ、４１４…通路、４１６…Ｏリング、４２０…通路、５００…バルブ、５０２…第１バルブチャンバ、５０６…バルブステム、５０８…チャンネル、５１０…第２バルブ、５１２…第２バルブチャンバ、５１４…ばね、５１６…バルブステム、５１８…チャンネル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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