(57)【要約】【解決手段】調節可能なプラテンを提供する。調節可能なプラテンは、頂部領域と底部領域とを有するプラテン本体部を含む。プラテン本体部は、ＣＭＰシステムの線形研磨パッドの下方に配置されている。空気ベアリングは、頂部領域においてプラテン本体部に統合されていると共に、線形研磨パッドの裏面に空気圧を加えるよう構成されている。一組の軸受はプラテンの底部領域に接続され、加えられる空気圧に応じて、頂部領域の線形研磨パッドの裏面に対して近接、および離間するプラテン本体部の制御された垂直動作を実現する。加えられる空気圧は、線形研磨パッドの裏面に制御可能な力を作用するよう構成されている。力は、要求処理パラメータに合うよう制御され、一方、キャリアは、単に線形研磨パッドの上方の位置にウェハを移動させる。【選択図】図２
2004524700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッド、ウェハキャリアおよび調整可能なプラテンを有する化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムであって、前記調整可能なプラテンは、
プラテン本体部と、
前記プラテン本体部に統合されていると共に前記研磨パッドの裏面に空気圧を加える空気ベアリングと、
前記研磨パッドの前記裏面に対して近接および離間する前記プラテン本体部の移動を可能にするように前記プラテン本体部に接続されている一組の軸受と、
前記プラテン本体部に結合されると共に、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている力を示す荷重信号を出力するよう構成されているロードセルと、
前記空気ベアリングに空気流を適用する空気供給器と
を備え、前記空気ベアリングに対して、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている前記力の変化に応じて調整可能な空気流を供給する空気供給器と
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記プラテン本体部は頂部領域および底部領域を有し、前記頂部領域は前記研磨パッドの前記裏面に最も接近していると共に前記研磨パッドの裏面と隙間を介して離間しているシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記隙間は、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている前記力が増加すると増大し、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている前記力が低減すると縮小するシステム。
【請求項４】
請求項２に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムはさらに、
前記空気ベアリングに前記空気流を供給するフロー制御装置を備えるシステム。
【請求項５】
請求項４に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムはさらに、
前記荷重信号とレシピコマンドとを受信するコンパレータを備え、前記レシピコマンドは要求圧力を示し、前記荷重信号は実圧力を示しているシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムであって、前記実圧力は前記要求圧力に近づけるために低減されるシステム。
【請求項７】
調節可能なプラテンであって、
頂部領域および底部領域を有すると共に線形研磨パッドの下に配置されているプラテン本体部と、
前記頂部領域において前記プラテン本体部に統合されていると共に前記線形研磨パッドの裏面に空気圧を加えるよう構成されている空気ベアリングと、
前記加えられている空気圧に応じて、前記頂部領域の前記線形研磨パッドの前記裏面に対して近接および離間する前記プラテン本体部の制御された移動を可能にするために前記プラテン本体部の前記底部領域に接続されている一組の軸受と
を備え、前記加えられている空気圧は、前記線形研磨パッドの前記裏面に力を作用するよう構成されているプラテン。
【請求項８】
請求項７に記載の調整可能なプラテンはさらに、
前記プラテン本体部に結合されていると共に、前記線形研磨パッドの前記裏面に作用する力を示す荷重信号を出力するよう構成されているロードセルを備えるプラテン。
【請求項９】
請求項７に記載の調整可能なプラテンはさらに、
前記空気ベアリングに備えられていると共に前記空気圧を規定する流量を有する空気供給器を備えるプラテン。
【請求項１０】
請求項９に記載の調整可能なプラテンにおいて、前記空気流は、少なくとも前記ロードセルからの荷重信号に応じて調整可能であるプラテン。
【請求項１１】
化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムに統合されている請求項９に記載の調整可能なプラテンであって、前記システムは、
被処理ウェハを保持するキャリアを備え、前記キャリアは、実質的に前記調整可能なプラテンの上方にある前記線形研磨パッドの上面に前記ウェハを下ろすよう設計されているプラテン。
【請求項１２】
請求項１１に記載の調整可能なプラテンにおいて、前記線形研磨パッドの前記裏面に対して作用される力は前記被処理ウェハに伝達されるプラテン。
【請求項１３】
プラテンであって、
頂部領域および底部領域を有すると共に、化学機械研摩（ＣＭＰ）システムにおける線形研磨パッドの下方に配置されているプラテン本体部であって、前記ＣＭＰシステムは、前記ＣＭＰシステムにおけるスピンドルおよびキャリアによって処理のための位置決めが行われると、前記線形研磨パッドの上面に研摩されるウェハを受けるよう設計されているプラテン本体部と、
前記頂部領域において前記プラテン本体部に結合されていると共に、前記線形研磨パッドの裏面に空気流を導入するよう構成されている空気ベアリングと、
前記線形研磨パッドの前記裏面に対して近接および離間する前記プラテン本体部の制御された垂直移動を可能にするために前記プラテン本体部の前記底部領域に接続されている一組の線形軸受と
を備え、前記プラテン本体部の前記垂直移動は、前記空気流によって決定され、前記空気流は、前記線形研磨パッドの前記裏面に対する要求力を設定するために可変であるプラテン。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプラテンはさらに、
前記プラテン本体部に統合されると共に、前記線形研磨パッドの前記裏面に作用される現在の力を示す荷重信号を生成するよう構成されているロードセルを備えるプラテン。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプラテンであって、前記現在の力は、前記線形研磨パッドの前記裏面に対する前記空気流を調整することにより前記要求力と一致するよう変更されるプラテン。
【請求項１６】
請求項１３に記載のプラテンはさらに、
前記空気ベアリングに前記空気流を供給すると共に前記要求力への到達を受けて制御される空気供給器を備えるプラテン。
【請求項１７】
プラテンであって、
頂部領域および底部領域を有すると共に、化学機械研摩（ＣＭＰ）システムにおける線形研磨パッドの下方に配置されているプラテン本体部であって、前記ＣＭＰシステムは、前記ＣＭＰシステムにおけるスピンドルおよびキャリアによって処理のための位置決めが行われると、前記線形研磨パッドの上面に研摩されるウェハを受けるよう設計されているプラテン本体部と、
前記頂部領域において前記プラテン本体部に結合されていると共に、前記線形研磨パッドの裏面に一定の空気流を導入するよう構成されている空気ベアリングと、
前記一定の空気流によって前記線形研磨パッドの前記裏面に加えられている力を測定するロードセルと、
前記プラテン本体部が線形研磨パッドの裏面に対して近接、および離間することを垂直に調整するアクチュエータと
を備えるプラテン。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプラテンであって、前記アクチュエータは、機械式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、水圧式アクチュエータ、および電磁式アクチュエータのうちのいずれかであるプラテン。
【請求項１９】
請求項１７に記載のプラテンにおいて、前記線形研磨パッドの前記裏面と前記空気ベアリングの上端部分との間に隙間が規定され、前記隙間は前記線形研磨パッドにエアクッションを提供しているプラテン。
【請求項２０】
請求項１７に記載のプラテンであって、前記ＣＭＰシステムにおける前記スピンドルおよびキャリアは、垂直位置制御および回転制御のみを含み、圧力の検出および調整を含まないプラテン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムに関し、より具体的には、エアプラテンに適用する力を備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、研磨、バフ研磨およびウェハ洗浄を含む化学機械平滑化（ＣＭＰ）工程を実施する必要がある。集積回路素子の形状は、一般に、多層構造である。基板層には拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。続く層には金属配線がパターニングされ、所望の機能装置を規定するためにトランジスタ素子に電気的に接続される。周知のように、パターニングされた導電層は、二酸化ケイ素のような誘電体により他の導電層から絶縁されている。金属層とそれらに伴う絶縁層の形成層数が多くなるほど、絶縁体を平滑化する必要性が増す。平滑化しない場合、表面のトポグラフィのばらつきが一層多くなるため、金属層の積層は実質的により困難になる。他の実施態様としては、誘電体に金属配線がパターニングされた後に、余分な金属を除去するために金属ＣＭＰ動作が実行される。
【０００３】
従来技術において、ＣＭＰシステムは通常、ベルト方式、オービタル方式、あるいはブラシ方式のステーションを実装しており、ステーション内では、ベルト、パッド、あるいはブラシによって、ウェハの片面もしくは両面がスクラブ、バフ研磨、あるいは研磨される。スラリは、ＣＭＰ工程を円滑にし、向上させるために用いられる。スラリは一般に、ベルト、パッド、ブラシなどの動的処理面に最も多く導入され、バフ研磨、研磨、あるいはその他のＣＭＰ処理による前処理を施される半導体ウェハの表面だけでなく前処理面全域にも散布される。一般にスラリの散布は、前処理面の動き、半導体ウェハの動き、および、半導体ウェハおよび前処理面の間に生じる摩擦との組み合わせにより実現される。
【０００４】
図１は、代表的な従来技術のＣＭＰシステム１０を示している。図１のＣＭＰシステム１０は、ベルト型のシステムである。こう呼ばれるのは、２つのドラム２４に取り付けられたエンドレスベルト１８が準備表面となっているからであり、ドラムはベルト回転方向の矢印２６によって示される回転運動をするようベルト１０８を駆動する。ウェハ１２はキャリア１４に取り付けられる。キャリア１４は、時計回り、あるいは反時計回りとなり得る方向１６に回転される。次いで、ＣＭＰ処理を実現するために、回転するウェハ１２は力Ｆで研磨パッド１８に向かって押しつけられる。ＣＭＰ処理の中には、かなり大きな力Ｆの適用と監視が必要とされるものもある。プラテン２２は、研磨パッド１８を固定すると共にウェハ１２をあてる部分を支持するために提供される。プラテン２２には、研磨パッド１８の動作中に一定の空気流を供給するよう設計されている空気ベアリング２３が設けられている。したがって一定の空気流は、研磨パッド１８により妨げられ得る以上の安定したクッションを与える。拡散した研磨粒子を含むＮＨ4ＯＨやＤＩ等の水溶液からなるスラリ２８は、ウェハ１２の上流側に導入される。
【０００５】
一般的に、ロードセル（ＬＣ）は、処理中にウェハに適用されている圧力のモニタリングを実現するためにキャリア１４の一部として統合されている。実際には、ウェハが方向１６の向きに回転される間、キャリア１４は研磨パッド１８上に下ろされている。ロードセル（ＬＣ）は、降下されるのに加え、監視用電子装置に圧力データを提供するよう設計されている。特定処理のために加圧、あるいは減圧が要求される場合には、スピンドルは圧力調整を行うよう指示される。したがって、スピンドルは上下に動作し、特定の速度で回転するだけでなく、キャリア１４によって伝送された際におけるウェハに対する（圧力という）力を連続的に調整して適切なＣＭＰパラメータを達成するよう設計されている。
【０００６】
キャリア１４は動作中の研磨パッド１８に力をかけるように設計されているため、摩擦力がスピンドルに作用し、機械的ヒステリシスを発生させる。これらの摩擦力は、研磨中、キャリア１４の垂直位置の小さな振幅変化の間、一定の力を維持するアクチュエータ（キャリア１４に力を加えるよう設計されている）の機能を低減するものとして知られている。したがって、精密な研摩処理中における一定の力の維持に対処することにより、キャリア１４の設計およびそれに伴う電子装置および制御装置は複雑になる。いくつかの場合では、力を測定しているキャリアは、絶えず動作中の研磨パッド１８からの摩擦応力下にあるため、非常に費用のかかる複雑な制御装置を用いたとしても、確実に力を均一に適用することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の点より、平滑化される基板に対し、安定し、正確な力を提供し得る化学機械平滑化システムが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概して、本発明は、調整可能なプラテンを有する化学機械平滑化システムを提供することによりこれらの要求を満たす。調整可能なプラテンは、処理中に研磨パッドの裏面に力を加えるよう設計され、一方のキャリアは、適切な平滑化結果を達成するために単に研磨パッド上の位置に下ろされる。当然のことながら、本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の形態で実施できることが理解されるべきである。本発明のいくつかの実施形態について以下に説明する。
【０００９】
一実施態様において、研磨パッド、ウェハキャリアおよび調整可能なプラテンを有する化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムが開示されている。調整可能なプラテンは、プラテン本体部と、プラテン本体部に統合され、研磨パッドの裏面に空気圧を加える空気ベアリングとを含む。一組の軸受はプラテン本体部に接続され、研磨パッドの裏面に対して近接、および離間するプラテン本体部の移動を可能にしている。ロードセルは、プラテン本体部に結合されていると共に、研磨パッドの裏面に加えられている力を示す荷重信号を出力するよう構成されている。さらに、空気ベアリングに空気流を供給する空気供給器も提供されている。空気流は、研磨パッドの裏面に加えられている力の変化に応じて調整可能である。
【００１０】
別の実施形態において、調整可能なプラテンが開示されている。調整可能なプラテンは、頂部領域および底部領域を有するプラテン本体部を備えている。プラテン本体部は、線形研磨パッドの下方に配置されている。空気ベアリングは、頂部領域においてプラテン本体部に統合されていると共に、線形研磨パッドの裏面に空気圧を加えるよう構成されている。一組の軸受はプラテン本体部の底部領域に接続され、加えられた空気圧に応じて、線形研磨パッドの裏面に対して近接、あるいは離間するプラテン本体部の頂部領域の制御された動作を可能にしている。加えられている空気圧は、線形研磨パッドの裏面に制御可能な力を作用するよう構成されている。
【００１１】
さらに別の実施形態において、別のプラテンが開示されている。そのプラテンは、頂部領域および底部領域を有するプラテン本体部を備えている。プラテン本体部は、化学機械研摩（ＣＭＰ）システムの線形研磨パッドの下方に配置され、ＣＭＰシステムは、ＣＭＰシステムにおけるスピンドルおよびキャリアによって処理のための位置決めが行われると、線形研磨パッドの上面に研摩されるウェハを受けるよう設計されている。空気ベアリングは、頂部領域においてプラテン本体部に結合されていると共に線形研磨パッドの裏面に空気流を導入するよう構成されている。一組の線形軸受は、プラテン本体部の底部領域に接続され、線形研磨パッド裏面に対して近接、および離間するプラテン本体部の制御された垂直動作を可能にしている。プラテン本体部の垂直動作は空気流によって決定され、空気流は、線形研磨パッドの裏面に要求力を設定するために可変である。
【００１２】
さらに別の実施形態において、プラテン設計が開示されている。プラテンは、頂部領域および底部領域を含むプラテン本体部を備える。プラテン本体部は、化学機械研摩（ＣＭＰ）システムの線形研磨パッドの下方に配置され、ＣＭＰシステムは、ＣＭＰシステムのスピンドルおよびキャリアによって処理のために位置合わせされると線形パッドの上面に研摩されるウェハを受けるよう設計されている。空気ベアリングは、頂部領域においてプラテン本体部と結合されていると共に、線形研磨パッドの裏面に一定の空気流を導入するよう構成されている。一定の空気流によって線形研磨パッド裏面に加えられている力を測定するロードセルは、プラテン本体部に統合されている。アクチュエータは、プラテン本体部が線形研磨パッドに対して近接、および離間することを垂直調整するために提供されている。
【００１３】
本発明には、数多くの利点がある。特に、研磨パッドの下方から制御された力をプラテンに加えることにより、ウェハキャリアを制御するスピンドルの大幅な簡略化が可能となり、スプライン溝を有するスピンドル、および、複雑な監視や補正電子装置の要求を排除することができる。周知のとおり、スプライン溝を有するスピンドルは、同一軸並進を可能としながら長軸を軸とする回転運動を可能とする機械装置である。さらに、プラテンをガイドするために用いられる軸受は、摩擦力によって影響されないため、横力により引き起こされるヒステリシスの問題を排除する。その上、可能な一システム構成として説明したように、プラテンの裏側にロードセルを配置することにより、システムの信頼性が飛躍的に高まると共にロードセルの複雑性およびコストが大幅に減少される。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ながら行う以下の詳細な説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、調整可能なエアプラテンを有する化学機械平滑化システムを開示している。調整可能なプラテンは、操作中に研磨パッドの裏面に力を適用するよう設計されている。空気は、プラテンを介して調整可能および制御された方法で提供されると共に研磨パッドの裏側に向けられることが好ましい。力は、好ましくはプラテンにロードセルを組み込むことにより監視され、適用された力を適切に変更するために空気流は調整される。しかしながら、キャリアは、適切な平滑化結果を実現するために研磨パッドの上方の位置に移動するよう単純に設計されている。ある実施例において、プラテンに適用する力は、研磨パッドの裏側に力を供給する一体型の空気ベアリングを含む。次にその力は、線形ベルトテクノロジーシステム上ＣＭＰに必要とされる機械的磨耗力を引き起こす研磨パッドの正面を通ってウェハに伝達される。プラテンを介してその力を適用するために、アクチュエータはプラテンの後ろ側に配置されている。アクチュエータは、空気圧、水圧、機械駆動、あるいは電磁駆動など様々な形態をとってよい。
【００１５】
本発明の完全な理解を促すために、以下の記述において詳細を説明する。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施され得る。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理操作の説明は省略した。
【００１６】
図２は、本発明の一実施例において調整可能なプラテン１２２を含む化学機械平滑化（ＣＭＰ）システム１００を示す図である。ＣＭＰシステム１００は、研磨パッド１８を受けると共に、研磨パッドを直線的にドラムの周りを移動させるよう構成されている一組のドラム２４を備える。処理中にスピンドルによって研磨パッド１８の動作面上に下ろされるよう設計されているウェハ１２を有するキャリア１０２が提供されている。キャリア１０２は、研磨パッド１８に相対して合わせられた位置におけるスピンドル１０７を固定するスピンドルホルダ１０３に結合されている。
【００１７】
一実施例において、キャリア１０２は、ウェハ１２が研磨パッド１８に相対して上下に移動され得るように垂直動作を有すると共に、キャリア１４上のスピンドルによりもたらされるような回転動作も備え得るよう設計されている。キャリア１０２が研磨パッド１８の表面へと移動されて研摩が開始すると、キャリア１０２はそれ以降、ウェハ１２を処理する圧力変化を実現する上下調整制御のために監視されることはない。本実施例において、調整可能なプラテン１２２は、キャリア１０２の真下の位置における研磨パッド１８の下から加圧あるいは減圧するよう設計されている。したがって、加えられた圧力は、研磨パッド１８の裏面に力を作用する。この力は、以下に説明するように、ウェハ１２の所望の処理を実現するために可変となり得る。調整可能なプラテン１２２は、図示のとおり、頂部領域および底部領域を有するプラテン本体部を備える。一実施例において、頂部領域は空気ベアリング１２６を受けることができる。したがって、調整可能なプラテン１２２により供給される空気は、空気を送り込む空気供給ライン１２６を通って導入され、空気ベアリング１２４により拡散される。空気ベアリング１２４は、研磨パッド１８の下方の所望の領域に最適化された空気流を導入するために最適化および制御化されている区画を含み得る。このような方法において、ウェハ１２は、エンドユーザによって要求される最適な基準まで研摩され得る。
【００１８】
一実施例において、空気ベアリング１２４は、研磨パッドと調整可能なプラテン１２２との間の領域に空気を供給する。空気は、処理中に研磨パッドの下面に圧力を加えるエアクッション１２８を形成する。調整可能なプラテン１２２は、線形軸受１３２を介して基準面１３０に接続されている。一実施例において、線形空気ベアリング１３２はスプリング加重方式である。このような方法において、調整可能なプラテン１２２は、基準面から離れた加圧されていない中立位置へと自然に押される。基準面１３０はさらに、ロードセル１３６に接続されているコネクタ１３４をも有する。ロードセルは、圧力を測定し、その後解析のためにデジタル化され得るアナログ信号を出力する任意の型のロードセルとしてよい。市販のロードセルの一例として、カリフォルニア州、テメクラのトランスデューサ・テクニクスが販売する、低プロフィールの引張および圧縮用ロードセル、ＬＰＵ−５００−ＬＲＣが挙げられる。
【００１９】
調整可能な高さのコネクタ１３４は簡略化された形状にて示されているが、任意の従来型ロードセルコネクタ、あるいはリードスクリュー、ピストン、シャフト、アクチュエータなどの機械装置によりプラテンの高さに合うよう調整され得る構造が機能し得ることは理解されるべきである。本明細書中に用いられるように、基準面１３０は、支持、あるいは調整可能なプラテン１２２を提供し得る任意の面を含むことは理解されるべきである。ロードセル１３６は、基準面１３０の方向へと下向きに押し進む際における調整可能なプラテン１２２により作用される力の大きさを測定するよう設計されている。本実施例において、ロードセル１３６は、調整可能なプラテン１２２によってもたらされる荷重量を示す荷重信号１４２を供給するよう設計されている。荷重信号１４２は、コンパレータ１４６に供給される。コンパレータ１４６はさらに、制御ステーション１４５から制御信号１４４を受信するよう構成されている。
【００２０】
周知のように、制御ステーション１４５は、事前にプログラムされた圧力レシピを提供するために用いられ得る。例えば、そのレシピは、酸化物、金属、あるいは酸化物と金属との合成物の平滑化を目的として作成され得る。制御信号１４４がコンパレータ１４６に供給されると、続いてコンパレータおよびその電子装置は、制御信号１４４を荷重信号１４２と比較して、適用するのに妥当であり、かつ適用される手段と一致している信号１５１を生成する。図示のとおり、信号１５１はフロー制御装置１５０に供給される。
【００２１】
フロー制御装置１５０は、空気供給器１５２に接続されるよう設計されている。空気供給器１５２は、クリーンルーム等の一部となり得るような任意の空気供給器としてよい。エアフロー制御装置１５０が信号１５１を受信すると、適量の空気圧は空気供給ライン１２６を通って調整可能なプラテン１２２へと供給される。空気供給ライン１２６を通じて空気流を増加することにより、ウェハ１２の処理中にさらに大きな圧力が研磨パッド１８の裏面に作用する。研磨パッド１８の下面に向けられる空気流が増加すると、可変隙間１４０は、研磨パッド１８の裏面にさらに大きな圧力を及ぼしながら拡張される。
【００２２】
増分圧力はすべて調節可能なプラテン１２２により制御され、もはやキャリア１０２は必要とされないことに注意するべきである。したがって、キャリアは上下のパラメータおよび回転のパラメータの制御のみを要するため、ここでは設計が簡略化され得る。
【００２３】
図３Ａは、本発明の一実施例において、研磨パッド１１８に相対して調節可能なプラテン１２２をより詳細に示す図である。この図において、ウェハ１２の表面を研磨パッド１８と接触させるようにキャリア１０２は研磨パッド１８にあてられている。処理の間、適切な研摩基準を実現するために適量のスラリが研磨パッド１８に用いられているものとする。上下位置１０５に示される下降位置において、スピンドル１０７は回転動作するよう設計されている。本実施例において、エアクッション１２８は、隙間１４０ａを作り出す空気流１８０ａと共に示される。本ＣＭＰ工程に対する手段は研摩パッド１８の下からの大きな圧力を要求し得ないため、可変の空気流１２７は、この例において、減量されて適用されている。工程中、ロードセル１３６は、コンパレータ１４６へと供給される情報を、荷重信号１４２を用いて提供する。
【００２４】
研摩処理中の任意の時点において圧力の追加が所望される場合には、可変の空気流１２７は、さらに多くの空気流１８０ａを適用して隙間１４０ａよりもわずかに大きな隙間を作り出す。本実施例において、線形軸受２００は、増加あるいは減少された空気が隙間１０４ａに供給される際にシャフト２０６の上下移動を可能にする。この例において、線形軸受２００は、ケージ２０４と複数のボール軸受２０２とを有する。ボール軸受２０２は、Ｘ成分、あるいはＹ成分を導入することなくシャフト２０６のＺ方向の上下移動を可能にする。プラテン１０２は研磨パッド１８と摩擦接触していないため、従来技術において問題となった摩擦力は線形軸受２００に作用しないと気づくこともまた重要である。したがって、摩擦力はロードセル１３６を介した力の測定に影響を与えないため、より正確な力の結果が測定され、順に適用され得る。
【００２５】
図３Ｂは、増加された空気流が空気供給ライン１２６に供給され、そこから研磨パッド１８の裏面に供給されている調整可能なプラテン１２２のさらに別の例を示す図である。空気流１８０ｂは、図３Ａにおける空気流１８０ａよりも強いものとして示されている。同様に、空気流が追加供給されているため、図３Ｂに示すように、図３Ａにおける隙間１４０ａは、ここでは隙間１４０ｂにまで増大している。空気流が空気供給ライン１２６を通じて追加供給されているため、調整可能なプラテン１２２は基準面１３０の方向へと下向きに移動する。この移動もまた、ロードセルによって力に換算して監視されるため、圧力制御システムに正確なフィードバックを提供することができる。
【００２６】
一例として、調整可能なプラテン１２２は、線形軸受２００内にシャフト２０６を挿入した状態で示されている。図３Ｃに示すように、一実施例において、ロードセルコネクタ１３４は、スプリング１３３、あるいはその他適した抵抗要素を圧縮することが好ましい。さらに、基準面をうまく調節するためにＺ調整１３５をも備え得る。Ｚ調整１３５は、例えば、リードスクリュー、調整型コネクタ、ピストン、あるいは正確な位置を提供し得るその他の適する装置としてよい。スプリング要素１３３は、本発明の操作モードを変更するために可変の機械的剛性を有し得る。剛性が比較的低く、スプリング１３３が所定の圧力設定下で圧縮されている場合には、空気の供給がより少なくなると、調整可能なプラテン１０２は上向きに移動させられるため、システムが平衡点に達する際におけるベルトとプラテン１０２との間の隙間は狭くなる。さらに好ましい実施例においては、スプリングあるいは抵抗要素の機械的剛性は、リジットな機械的結合に置き換えられる程に大きい。したがって、給気速度の降下中、プラテンおよびベルトの間の気密は減少し、それによってウェハに作用される圧力を減少させる。この別の実施例において留意すべきことは、給気が低減される場合には、プラテンは上向きに移動させられないことである。
【００２７】
当然のことながら、ＣＭＰ工程中、ロードセル１３６は、荷重信号１４２を用いて荷重情報を提供し続ける。制御ステーション１４５により提供される手段が研磨パッド１８の裏面に加えられる圧力の低減を要求する場合には、より少ない空気を空気供給ライン１２６を介して加えるよう信号１５１がフロー制御装置１５０に命令できるように制御信号１４４は調整される。
【００２８】
図４は、本発明の一実施例において、調整可能なプラテン１２２が研磨パッド１８の下に実装されている別の実施例を示す図である。調整可能なプラテン１２２は、荷重信号１４２を生成するようにさらに構成されているロードセル１３６を含む。しかしながら、調整可能なプラテン１２２を基準面１３０と連結するのではなく、プラテン位置制御装置（ＰＰＣ）３０２に連結されているシャフト３０４が提供されている。ＰＰＣ３０２は、コンパレータ１４２から位置信号３２０を受信するよう構成されている。コンパレータ１４２は、制御ステーション１４５からの制御信号１４４だけでなく荷重信号１４２をも受信するよう構成されている。
【００２９】
上述のように、コンパレータ１４２に供給されている制御信号１４４は、ウェハ１２の研磨のためのパラメータを規定する特定のレシピに従っている。本実施例において、空気供給ライン１２６を用いて調整可能なプラテン１２２へと供給される空気流は、可変の空気流１２７を有するのではなく、固定される（３０１）。したがって、調整可能なプラテンを研磨パッド１８の裏面から離間するように移動させるものは、空気流ではなく、プラテン位置制御装置（ＰＰＣ）である。したがって、より大きな力が要求される場合には、調整可能なプラテン１２２は研磨パッド１８の裏面に近接するように移動される。力があまり要求されない場合には、空気流は固定されているため、調整可能なプラテンは離間するよう移動される。しかしながら、一定の空気流３０１は、研磨パッド１８と調整可能なプラテン１２２との間になおエアクッション１２８を供給している。
【００３０】
本実施例において、シャフト３０４は任意の型のアクチュエータにより駆動され得る。アクチュエータは、例えば、機械式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、水圧式アクチュエータ、あるいは電磁式アクチュエータとしてよい。このようなアクチュエータの制御装置は閉ループサーボ制御され得、実際にこのような制御装置が好ましい。調整可能なエアプラテンは次に、一つ、あるいは複数の軸受ガイドを含み得る軸受システムによりガイドされる。この空気ベアリングは、単一四分円または複数四分円における単一区画、あるいは複数区画を有するように設計されてよい。スピンドルは、スプライン溝を有するシャフトの要求を排除し、より安価な従来のスピンドルシャフトと置換することにより大幅に簡略化される。上述のように、力に対する閉ループ制御は、力変換機としてロードセルを用いて行われる。一実施例において、ロードセルはキャリアウェハヘッド、プラテン、あるいはロード実装ポイントのいずれかに装着され得る。
【００３１】
理解を深めるために従来技術をある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更と修正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修正可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】代表的な従来技術のＣＭＰシステムを示す図である。
【図２】本発明の一実施例において、調整可能なプラテンを含む化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例において、線形研磨パッドに相対させて調整可能なプラテンをより詳細に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例において、線形研磨パッドに相対させて調整可能なプラテンをより詳細に示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例において、線形研磨パッドに相対させて調整可能なプラテンをより詳細に示す図である。
【図４】線形研磨パッドの裏面に要求圧力を形成するために、プラテンが一定の空気流を提供し、垂直位置に調整され得る様子を示す図である。
【図１】
2004524700.tif 000003
【図２】
2004524700.tif 000004
【図３Ａ】
2004524700.tif 000005
【図３Ｂ】
2004524700.tif 000006
【図３Ｃ】
2004524700.tif 000007
【図４】
2004524700.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004524700.tif 000009
2004524700.tif 000010
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月21日(2003.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッド、ウェハキャリアおよび調整可能なプラテンを有する化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムであって、前記調整可能なプラテンは、
プラテン本体部と、
前記プラテン本体部に統合されていると共に前記研磨パッドの裏面に空気圧を加える空気ベアリングと、
前記研磨パッドの前記裏面に対して近接および離間する前記プラテン本体部の移動を可能にするように前記プラテン本体部に接続されている一組の軸受と、
前記プラテン本体部に結合されると共に、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている力を示す荷重信号を出力するよう構成されているロードセルと、
前記空気ベアリングに対して、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている前記力の変化に応じて調整可能な空気流を供給する空気供給器と、
前記荷重信号とレシピコマンドとを受信するコンパレータとを備え、前記レシピコマンドは要求圧力を示し、前記荷重信号は実圧力を示すシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記プラテン本体部は頂部領域および底部領域を有し、前記頂部領域は前記研磨パッドの前記裏面に最も接近していると共に前記研磨パッドの裏面と隙間を介して離間しているシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記隙間は、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている前記力が増加すると増大し、前記研磨パッドの前記裏面に加えられている前記力が低減すると縮小するシステム。
【請求項４】
請求項２に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムはさらに、
前記空気ベアリングに前記空気流を供給するフロー制御装置を備えるシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムであって、前記実圧力は前記要求圧力に近づけるために低減されるシステム。
【請求項６】
調節可能なプラテンであって、
頂部領域および底部領域を有すると共に線形研磨パッドの下に配置されているプラテン本体部と、
前記頂部領域において前記プラテン本体部に統合されていると共に前記線形研磨パッドの裏面に空気圧を加えるよう構成されている空気ベアリングと、
前記加えられている空気圧に応じて、前記頂部領域の前記線形研磨パッドの前記裏面に対して近接および離間する前記プラテン本体部の制御された移動を可能にするために前記プラテン本体部の前記底部領域に接続されている一組の軸受と
を備え、前記加えられている空気圧は、前記線形研磨パッドの前記裏面に力を作用するよう構成されているプラテン。
【請求項７】
請求項６に記載の調整可能なプラテンはさらに、
前記プラテン本体部に結合されていると共に、前記線形研磨パッドの前記裏面に作用する力を示す荷重信号を出力するよう構成されているロードセルを備えるプラテン。
【請求項８】
請求項６に記載の調整可能なプラテンはさらに、
前記空気ベアリングに備えられていると共に前記空気圧を規定する流量を有する空気供給器を備えるプラテン。
【請求項９】
請求項８に記載の調整可能なプラテンにおいて、前記空気流は、少なくとも前記ロードセルからの荷重信号に応じて調整可能であるプラテン。
【請求項１０】
化学機械平滑化（ＣＭＰ）システムに統合されている請求項８に記載の調整可能なプラテンであって、前記システムは、
被処理ウェハを保持するキャリアを備え、前記キャリアは、実質的に前記調整可能なプラテンの上方にある前記線形研磨パッドの上面に前記ウェハを下ろすよう設計されているプラテン。
【請求項１１】
請求項１０に記載の調整可能なプラテンにおいて、前記線形研磨パッドの前記裏面に対して作用される力は前記被処理ウェハに伝達されるプラテン。
【請求項１２】
プラテンであって、
頂部領域および底部領域を有すると共に、化学機械研摩（ＣＭＰ）システムにおける線形研磨パッドの下方に配置されているプラテン本体部であって、前記ＣＭＰシステムは、前記ＣＭＰシステムにおけるスピンドルおよびキャリアによって処理のための位置決めが行われると、前記線形研磨パッドの上面に研摩されるウェハを受けるよう設計されているプラテン本体部と、
前記頂部領域において前記プラテン本体部に結合されていると共に、前記線形研磨パッドの裏面に空気流を導入するよう構成されている空気ベアリングと、
前記線形研磨パッドの前記裏面に対して近接および離間する前記プラテン本体部の制御された垂直移動を可能にするために前記プラテン本体部の前記底部領域に接続されている一組の線形軸受と
を備え、前記プラテン本体部の前記垂直移動は、前記空気流によって決定され、前記空気流は、前記線形研磨パッドの前記裏面に対する要求力を設定するために可変であるプラテン。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプラテンはさらに、
前記プラテン本体部に統合されると共に、前記線形研磨パッドの前記裏面に作用される現在の力を示す荷重信号を生成するよう構成されているロードセルを備えるプラテン。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプラテンであって、前記現在の力は、前記線形研磨パッドの前記裏面に対する前記空気流を調整することにより前記要求力と一致するよう変更されるプラテン。
【請求項１５】
請求項１２に記載のプラテンはさらに、
前記空気ベアリングに前記空気流を供給すると共に前記要求力への到達を受けて制御される空気供給器を備えるプラテン。
【請求項１６】
プラテンであって、
頂部領域および底部領域を有すると共に、化学機械研摩（ＣＭＰ）システムにおける線形研磨パッドの下方に配置されているプラテン本体部であって、前記ＣＭＰシステムは、前記ＣＭＰシステムにおけるスピンドルおよびキャリアによって処理のための位置決めが行われると、前記線形研磨パッドの上面に研摩されるウェハを受けるよう設計されているプラテン本体部と、
前記頂部領域において前記プラテン本体部に結合されていると共に、前記線形研磨パッドの裏面に一定の空気流を導入するよう構成されている空気ベアリングと、
前記一定の空気流によって前記線形研磨パッドの前記裏面に加えられている力を測定するロードセルと、
前記プラテン本体部が線形研磨パッドの裏面に対して近接、および離間することを垂直に調整するアクチュエータと
を備えるプラテン。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプラテンであって、前記アクチュエータは、機械式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、水圧式アクチュエータ、および電磁式アクチュエータのうちのいずれかであるプラテン。
【請求項１８】
請求項１６に記載のプラテンにおいて、前記線形研磨パッドの前記裏面と前記空気ベアリングの上端部分との間に隙間が規定され、前記隙間は前記線形研磨パッドにエアクッションを提供しているプラテン。
【請求項１９】
請求項１６に記載のプラテンであって、前記ＣＭＰシステムにおける前記スピンドルおよびキャリアは、垂直位置制御および回転制御のみを含み、圧力の検出および調整を含まないプラテン。
【国際調査報告】
2004524700.tif 000033
2004524700.tif 000034
2004524700.tif 000035