(57)【要約】【課題】化学機械研磨に備えて止め環およびウエハヘッドの傾きを制御するための装置および方法【解決手段】ＣＭＰシステムは、ウエハまたは調整パックのキャリアに加えられる偏心力を、繰り返し測定する。キャリアに加えられた力は、たとえ偏心して加えられた場合でも、高精度に測定することが可能である。回転軸とキャリア軸（２１２）との間の初期の同軸関係は、偏心力（ＦＰ−Ｗ）の作用期間中ずっと維持されるので、センサ（２６３）は、偏心力を繰り返し測定することができる。このとき、キャリア（２０８）は、ウエハキャリアまたはパックキャリアで良い。このような初期の同軸関係は、キャリア（２０８）とセンサ（２６３）との間に搭載された直動軸受アセンブリ（２３２）によって維持される。直動軸受アセンブリは、個々の複数の直動軸受アセンブリからなる配列のかたちで提供され、これらの個々の直動軸受アセンブリは、キャリアによって運ばれるウエハまたはパックなどの直径とは無関係にそれぞれ採寸される。直動軸受アセンブリは、止め環（２８２）を有するように構成されて良い。【選択図】図２Ａ
2004508962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ軸を有した半導体ウエハを搭載し、回転軸を有した化学機械研磨パッドと連係させるための装置であって、
中心軸を有した連結部と、
前記ウエハ軸が前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行となる初期状態で、前記ウエハを搭載するためのチャックを備え、前記チャックは、前記研磨パッドから研磨力を受けるように適用されており、前記研磨力は、前記回転軸に平行で且つ前記ウエハ軸から偏心して加えられ、前記ウエハ軸が前記中心軸との間に有する初期の同軸関係からずれて前記ウエハが傾くよう前記チャックを傾かせる傾向があり、
前記連結部に固定され、前記連結部によって前記中心軸に沿って固定の位置に配置された第１のユニットと、前記チャックに固定され、前記第１のユニットに対して相対的に可動な第２のユニットとを有し直動、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットは、前記チャックおよび前記ウエハが傾こうとする傾向に抗ずるために互いに連係しあい、前記第２のユニット、前記チャック、およびその上の前記ウエハが前記第１のユニットに対して相対的に運動するあいだ、前記ウエハ軸を前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行な状態に維持する直動軸受アセンブリを備える直動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、さらに、
前記偏心した研磨力が加えられたときに、前記直動軸受アセンブリの前記第２のユニットに対する前記直動軸受アセンブリの前記第１のユニットの相対的な位置を感知できる部位で、前記直動軸受アセンブリの前記第１のユニット上に搭載され、前記研磨パッドからの前記偏心力の偏心度にかかわらず、前記研磨パッドからの前記偏心力の量を高精度に示すセンサを備える装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記直動軸受アセンブリの前記第１のユニットは、前記中心軸に平行に延びる少なくとも１本の細長い軸受けシャフトを含み、
前記直動軸受アセンブリの前記第２のユニットは、前記中心軸に平行に延びて前記少なくとも１本の軸受けシャフトを収容する、少なくとも１本の細長い軸受けハウジングを含む装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記直動軸受アセンブリは、第１の直動軸受アセンブリであり、
前記装置は、さらに、前記チャックの上の前記ウエハおよび前記第２のユニットに対して相対運動できるように、前記第１のユニットの上に搭載された止め環アセンブリを備え、該止め環アセンブリは、前記中心軸および前記ウエハ軸と初期状態において同軸状にある止め環対称軸を有しており、前記止め環アセンブリは前記研磨パッドから止め環力を受けるように適合されており、前記止め環力は、前記止め環対称軸に対して偏心して加えられ、前記ウエハ軸および前記中心軸との間の初期の同軸関係からずれて傾くよう前記止め環アセンブリを傾かせる傾向があり、
前記止め環アセンブリおよび前記第１のユニットに固定された第３のユニットと、前記チャックに固定され、前記第１のユニットおよび前記第３のユニットに対して相対的に可動な第４のユニットとを有し、直動前記第３のユニットおよび前記第４のユニットは、前記止め環アセンブリが傾こうとする傾向に抗ずるよう互いに連係しあい、止め環前記第３のユニットおよび前記止め環アセンブリが前記第４のユニットに対して相対的に運動するあいだ、前記止め環を前記ウエハ軸および前記中心軸と同軸状態に維持する第２の直動軸受アセンブリと
を備える装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、さらに、
前記止め環アセンブリを前記チャックおよびその上の前記ウエハに対して相対的に運動させるために、前記止め環アセンブリと前記第１のユニットとの間に配置された直動駆動部を備える装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、さらに、
前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越えて延び、減圧流体と液化流体とを交互に運ぶことによって、前記ウエハを前記チャック上に保持したり前記チャックを洗浄したりするコンジットシステムを備え、
前記チャックは、前記チャック上の前記ウエハの底面全域に減圧を分布させるためのマニホルドと、大きい穴から形成され前記マニホルドの上に搭載された多孔部とを有した吸引チャックであり、
前記装置は、さらに、前記コンジットシステムを前記マニホルドに結合させるための接続部を備える装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置であって、
前記直動駆動部は空気圧駆動であり、
前記装置は、さらに、前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越えて延び、選択された様々な圧力の流体を運ぶことによって、前記直動駆動部を促し、前記前記止め環アセンブリを前記チャック上の前記ウエハに対して相対運動させるように適用されたコンジットシステムを備える装置。
【請求項８】
請求項４に記載の装置であって、
前記止め環アセンブリと前記チャックとの間にはスペースが設けられ、前記チャックの周囲は前記チャック上の前記ウエハの一部が前記スペースの上に突き出すように構成され、前記止め環アセンブリには前記スペースに向かって延び前記チャックの前記周囲に向かって方向付けられる少なくとも１つのノズルが形成され、
前記装置は、さらに、前記連結部を通り、前記第１の直動軸受アセンブリおよび前記第２の直動軸受アセンブリを取り囲み、前記ノズルに至るとともに、流体を運び、その流体を前記ノズルによって前記チャックの前記周囲に向かって方向付けるように構成されたコンジットシステムを備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記止め環アセンブリは、前記連結部によって回転され、さらに、前記スペースの部位から半径方向外向きに延びる出口ダクトを有しており、前記止め環アセンブリの回転は、前記スペースの中の前記流体を回転させ、前記スペースから前記出口ダクトへと流し出す装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１のユニットは、複数の直動軸受シャフトであり、前記第２のユニットは、複数の直動軸受ハウジングであり、前記複数の直動軸受シャフトの１つは、前記複数の直動軸受ハウジングの１つに収容されることによって、独立した１つの直動軸受ユニットを形成し、これらの独立した直動軸受ユニットは、前記同軸を中心とする環状経路の周りに等間隔で配置され、前記チャックおよび前記ウエハが傾こうとする傾向に抗ずるよう互いに連係しあう装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、
前記複数の独立した直動軸受ユニットは、少なくとも３つの独立した直動軸受ユニットである、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、
前記ウエハは、第１の直径を有し、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットは、前記中心軸の周りに等間隔で配置された複数の直動軸受ユニットからなる配列であり、各直動軸受ユニットは、前記ウエハの前記第１の直径と比べて小さい直径のシャフトを有する、装置。
【請求項１３】
ウエハ軸を有した半導体ウエハを化学機械研磨するための装置であって、
回転軸を有した研磨パッドと、
前記ウエハ軸が前記回転軸に平行で且つ前記回転軸からずれた状態で、前記ウエハを前記研磨パッドに対して押しあて前記研磨パッドによって前記ウエハ軸から偏心した研磨力を提供するチャックと、
前記偏心した研磨力によって前記チャックに生じる、傾こうとする力に抵抗するよう構成されたチャックサポートと
を備える装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記チャックサポートは、前記回転軸に平行なハウジング軸をそれぞれ有する複数の軸受けハウジングを配列して構成されており、
前記チャックサポートは、さらに、前記配列の前記軸受けハウジングにそれぞれ収容される直動軸受シャフトを有するように構成され、前記直動軸受ハウジングおよびそれに収容される前記直動軸受シャフトは、前記傾こうとする力に抵抗するので、前記偏心した研磨力に応じて生じる、前記チャック直動軸受シャフトに対する前記チャック軸受けハウジングの相対運動は、前記回転軸に実質的に平行である、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記チャックサポートは、さらに、前記直動軸受シャフトを運ぶ直動軸受サポートプレートと、前記直動軸受ハウジングの配列を運び、該配列とともに運動可能であるメイン軸受けハウジングと、を有するように構成され、
前記装置は、さらに、前記偏心した研磨力が加えられたときに、前記直動軸受サポートプレートに対する前記メイン軸受けハウジングの相対的な位置を感知できる部位で、前記直動軸受サポートプレート上に搭載され、前記研磨力の偏心度にかかわらず、前記偏心した研磨力の量を高精度に示すセンサを備える装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の装置であって、
前記チャックサポートは、前記ウエハ軸に平行なハウジング軸をそれぞれ有した複数の直動軸受ハウジングを有するように構成され、さらに、リング軸を有し且つ前記チャックを取り囲むように適合されたウエハ止め環ユニットを有し、前記ウエハ止め環ユニットは、前記直動軸受ハウジングにそれぞれ収容された直動軸受シャフトを有するように構成され、前記直動軸受シャフトは、前記チャックに対する相対運動に備えて前記ウエハ止め環ユニットを搭載しており、前記直動軸受ハウジングおよびそれに収容された前記直動軸受シャフトは、それぞれ、前記ウエハ止め環ユニットと前記チャックとの間の相対運動が前記ウエハ軸に実質的に平行となるよう前記傾こうとする力に抗ずる装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記ウエハ止め環ユニットは、さらに、前記直動軸受シャフトを支持するためのプレートを有するように構成されており、
前記装置は、さらに、前記ウエハ止め環ユニットを前記チャックに対して相対的に運動させるために、前記プレートと前記ウエハ止め環ユニットとの間に配置されたモータを備える装置。
【請求項１８】
ウエハ軸を有した半導体ウエハを化学機械研磨するための装置であって、
回転軸を有した第１の研磨パッドセットを有するように構成されたチャックサポートと、
前記チャックを取り囲み、前記チャックに対する相対運動に備えて搭載され止め環、リング軸を有し、前記偏心した研磨力を受けるウエハ止め環ユニットと、
前記ウエハ軸が前記回転軸に平行で且つ前記回転軸からずれた状態で、前記ウエハを搭載することによって、前記研磨パッドから前記ウエハに、前記ウエハ軸から偏心した研磨力を加えることを可能にするチャックであって、前記チャックは、第１および第２のハウジングセットを有するように構成され、各ハウジングセットの各ハウジングは、前記回転軸と同軸なキャビティ軸をともなったキャビティをそれぞれ有する、チャックと、
前記第１のハウジングセットの各キャビティに収容された直動軸受シャフトであって、前記第１のハウジングセットの各直動軸受シャフトおよび対応するキャビティは、前記偏心した研磨力に応じて生じる前記チャックサポートに対する前記チャックの相対運動が前記回転軸に平行な方向のみとなるよう前記偏心した研磨力の結果として前記チャックに生じる第１の傾こうとする力に抗ずる直動軸受シャフトと、
前記第２のハウジングセットの各キャビティに収容された直動軸受シャフトからなり、前記ウエハ止め環ユニット上に設けられた、第２の直動軸受シャフトセットであって、前記第２のハウジングセットの各直動軸受シャフトおよび対応するキャビティは、止め環前記チャックに対する前記ウエハ止め環ユニットの相対運動は、前記回転軸に平行な方向のみとなるよう前記偏心した研磨力の結果として前記ウエハ止め環ユニットに生じる第２の傾こうとする力に抗ずる第２の直動軸受シャフトセットと
を備える装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、さらに、
前記チャックに接する位置で前記チャックサポートの上に搭載されたロードセルであって、前記研磨力の偏心度にかかわらず、前記偏心した研磨力の量を高精度に示すロードセルを備える装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、さらに、
前記ウエハ止め環ユニットを前記チャックに対して相対運動させるために、前記チャックサポートと前記ウエハ止め環ユニットとの間に配置されたモータを備える装置。
【請求項２１】
ウエハと化学機械加工パッドとの相対運動を制御するための方法であって、
対称軸を有したウエハをチャックの上に搭載する操作と、
前記加工パッドの回転軸と、前記搭載されたウエハの前記対称軸とを、平行関係の状態でオフセットする操作と、
前記加工パッドと、前記搭載されオフセットされたウエハとを、前記回転軸および前記対称軸に平行な状態で互いに向かって押しあてることによって、前記対称軸から偏心した研磨力を、前記加工パッドから前記搭載されたウエハに作用させる操作であって、前記対称軸が前記回転軸との平行関係からずれるよう、前記ウエハが前記研磨力に応じて傾く傾向を有する操作と、
前記押しあて操作の期間に、前記搭載されオフレットされたウエハが傾こうとする傾向に抗ずるとともに、前記ウエハを前記回転軸に平行な方向に運動させることを可能にする操作と
を備える方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、さらに、
前記押しあて操作および前記抵抗操作の期間に、前記搭載されオフセットされたウエハが前記回転軸に平行な方向に行う運動を測定し、前記研磨力の値を高精度に示す操作を備える方法。
【請求項２３】
化学機械研磨パッドと、該研磨パッドによって研磨されるウエハと、の相対運動を制御するための方法であって、
前記ウエハの露出面が前記研磨パッドの研磨表面に平行な状態で、前記ウエハを搭載する操作であって、前記ウエハは対称軸を有し、前記研磨パッドは回転軸を有する、操作と、
前記研磨パッドの前記回転軸を、前記搭載されたウエハの前記対称軸から、両者が平行な状態でオフセットすることによって、前記ウエハの初期方向を規定する操作と、
前記研磨パッドの前記研磨表面と、前記搭載されたウエハとを、互いに向かって運動させ、前記搭載されたウエハの前記露出面を、前記研磨パッドの前記研磨表面に抵抗させることによって、前記対称軸から偏心した研磨力を、前記研磨パッドから前記搭載されたウエハに作用させる操作であって、前記露出面が前記初期方向から離れ、前記研磨パッドの前記研磨表面に平行な状態からずれるよう、前記搭載されたウエハが前記研磨力に応じて傾く傾向を有する操作と、
直動軸受アセンブリ対からなる配列を、前記搭載されたウエハに隣接して設ける操作であって、前記直動軸受アセンブリは、前記運動操作の期間に、前記初期方向から離れる前記運動を実質的に制限し、前記搭載されたウエハの運動を、前記露出面が前記研磨表面に平行な方向にのみ可能にする、操作と、
前記ウエハに許される前記運動の量を決定することによって、前記露出面に作用する前記研磨力の正味の量を示す操作と
を備える方法。
【請求項２４】
回転軸を有した化学機械研磨パッドを調整するための装置であって、
中心軸を有した連結部と、
パック軸を有した調整パックと、
前記パック軸が前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行となる初期状態で、前記調整パックを搭載するためのチャックを備え、前記チャックは、前記研磨パッドから力を受けるように適用されており、前記力は、前記回転軸に平行で且つ前記パック軸から偏心して加えられ、前記パック軸が前記中心軸との間に有する初期の同軸関係からずれて前記調整パックが傾くよう前記チャックを傾かせる傾向があり、
前記連結部に固定され、前記連結部によって前記中心軸に沿って固定の位置に配置された第１のユニットと、前記チャックに固定され、前記第１のユニットに対して相対的に可動な第２のユニットとを有し、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットは、前記チャックおよび前記調整パックが傾こうとする傾向に抗ずるために互いに連係しあい、前記第２のユニット、前記チャック、およびその上の前記調整パックが前記第１のユニットに対して相対的に運動するあいだ、前記パック軸を前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行な状態に維持する直動軸受アセンブリと
を備える装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、さらに、
前記偏心した研磨力が加えられたときに、前記直動軸受アセンブリの前記第２のユニットに対する前記直動軸受アセンブリの前記第１のユニットの相対的な位置を感知できる部位で、前記直動軸受アセンブリの前記第１のユニット上に搭載され、前記研磨パッドからの前記偏心力の偏心度にかかわらず、前記研磨パッドからの前記偏心力の量を高精度に示すセンサを備える装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の装置であって、
前記直動軸受アセンブリの前記第１のユニットは、前記中心軸に平行に延びる少なくとも１本の細長い軸受けシャフトを含み、
前記直動軸受アセンブリの前記第２のユニットは、前記中心軸に平行に延びて前記少なくとも１本の軸受けシャフトを収容する、少なくとも１本の細長い軸受けハウジングを含む、装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の装置であって、さらに、
前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越え、前記チャックに至るコンジットシステムであって、減圧流体を運ぶことによって、前記チャック上に前記調整パックが存在するかどうかを感知するコンジットシステムを備える装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の装置であって、
前記調整パックは、前記研磨パッドの上面と一致するように下面を構成された有孔プレートを有し、前記有孔プレートは、前記下面のほぼ全面に渡って穿孔を設けられ、
前記装置は、さらに、前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越えて、前記チャックに至り、加圧下で流体を運ぶコンジットシステムを備え、
前記チャックは、前記流体を実質全ての穿孔に分配し、前記パックを均一にパージできるように、前記コンジットシステムに接続されたマニホルドを有する、装置。
【請求項２９】
請求項２４に記載の装置であって、
前記第１のユニットは、複数の直動軸受シャフトであり、前記第２のユニットは、複数の直動軸受ハウジングであり、前記複数の直動軸受シャフトの１つは、前記複数の直動軸受ハウジングの１つに収容されることによって、独立した１つの直動軸受ユニットを形成し、これらの独立した直動軸受ユニットは、前記同軸を中心とする環状経路の周りに等間隔で配置され、前記チャックおよび前記調整パックが傾こうとする傾向に抗ずるよう互いに連係しあう装置。
【請求項３０】
パッド調整パックと化学機械研磨パッドとの相対運動を制御するための方法であって、
対称軸を有した前記調整パックをチャックの上に搭載する操作と、
前記研磨パッドの回転軸と、前記搭載された調整パックの前記対称軸とを、平行関係の状態でオフセットする操作と、
前記研磨パッドと、前記搭載されオフセットされた調整パックとを、前記回転軸および前記対称軸に平行な状態で互いに向かって押しあてることによって、前記対称軸から偏心した調整力を、前記研磨パッドから前記搭載された調整パックに作用させる操作であって、前記対称軸が前記回転軸との平行関係からずれるよう、前記調整パックが前記調整力に応じて傾く傾向がある操作と、
前記押しあて操作の期間に、前記搭載されオフレットされた調整パックが傾こうとする傾向に抗ずるとともに、前記調整パックを前記回転軸に平行な方向に運動させることを可能にする操作と
を備える方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、さらに、
前記押しあて操作および前記抵抗操作の期間に、前記搭載されオフセットされた調整パックが前記回転軸に平行な方向に行う運動を測定し、前記調整力の値を高精度に示す操作を備える方法。
【請求項３２】
化学機械研磨パッドとパッド調整パックとの相対運動を制御するための方法であって、
前記調整パックをチャックの上に搭載する操作であって、前記調整パックは、前記研磨パッドの研磨表面に垂直な対称軸と、前記研磨表面に平行な調整表面と、回転軸とを有する、操作と、
前記研磨パッドの前記回転軸を、前記搭載された調整パックの前記対称軸から、両者が平行な状態でオフセットすることによって、前記調整パックの初期方向を規定する操作と、
前記研磨パッドの前記研磨表面と、前記調整パックの前記調整表面とを、互いに向かって運動させ、前記搭載された調整パックの前記調整表面を、前記研磨パッドの前記研磨表面に抵抗させることによって、前記対称軸から偏心した調整力を、前記研磨パッドから前記搭載された調整パックに作用させる操作であって、前記調整表面が前記初期方向から離れ、前記研磨表面に平行な状態からずれるよう、前記チャックおよび前記搭載された調整パックが前記調整力に応じて傾く傾向を有する操作と、
直動軸受アセンブリ対からなる配列を、前記搭載された調整パックに隣接して設ける操作であって、前記直動軸受アセンブリは、前記運動操作の期間に、前記初期方向から離れる前記運動を実質的に制限し、前記搭載された調整パックの運動を、前記調整表面が前記研磨表面に平行な方向にのみ可能にする、操作と
を備える方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、さらに、
前記直動軸受アセンブリが前記運動を制限する前記運動操作の期間に、前記制限された運動を感知することによって、前記調整表面に加えられる前記研磨力の正確な値を示す操作を備える方法。
【請求項３４】
請求項２４に記載の装置であって、
前記複数の独立した直動軸受ユニットは、少なくとも３つの独立した直動軸受ユニットである、装置。
【請求項３５】
請求項２４に記載の装置であって、
前記調整パックは、第１の直径を有し、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットは、前記中心軸の周りに等間隔で配置された複数の直動軸受ユニットからなる配列であり、各直動軸受ユニットは、前記ウエハの前記第１の直径と比べて小さい直径のシャフトを有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ＣＭＰ操作の性能および有効性を向上させるための化学機械研磨（ＣＭＰ）システムおよびＣＭＰ技術に関する。具体的に言うと、本発明は、ウエハおよびパッド調整パックに使用されるキャリアヘッドに関し、ヘッドの主軸から偏心した位置でヘッドに加えられる力の測定が繰り返し精度を保証され、ウエハおよびパックをともなったヘッドが、ウエハの軸に平行に運動することを許されるものの、偏心力に応じて傾かないキャリアヘッドに関する。本発明は、また、ＣＭＰ操作に使用される機能に関し、例えば、ＣＭＰ操作に備え、ＣＭＰ操作に支障を来すことなくキャリアヘッドに流体を供給したり同ヘッドから流体を除去したりする機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造するにあたっては、研磨、バフ研磨、およびウエハ洗浄を含むＣＭＰ操作を実施する必要がある。例えば、通常の半導体ウエハは、シリコンで作成された直径が２００ｍｍまたは３００ｍｍの円盤で良い。説明を容易にするため、以下で言う「ウエハ」とは、このような半導体ウエハおよびその他の平面構造や、電気回路もしくは電子回路を支えるために使用される基板などを含むものとして使用される。
【０００３】
集積回路デバイスは、一般に、このようなウエハ上に作成された多層構造の形態をとっている。ウエハ層には、拡散領域を有したトランジスタデバイスが形成される。続く層には、接続配線がパターン形成される。これらの配線は、トランジスタデバイスに電気接続することによって所望の機能デバイスを規定する。パターン形成された導体層は、誘電材料によって他の導体層から絶縁される。形成される配線層およびそれに関連する誘電体層の数が増すにつれ、誘電材料を平坦化させる必要も増す。平坦化を行わないと、配線層を続けて製造することが実質的に困難になる。これは、表面形状のばらつきが増大することが原因である。他の用途では、先ず、誘電材料の中に配線パターンが形成され、次いで、金属を使用したＣＭＰ操作が余分な配線の除去を目的として実施される。
【０００４】
従来の技術では、一般に、ベルト、パッド、またはブラシを使用してウエハの片面もしくは両面をスクラブ、バフ研磨、または研磨するブラシステーション、ベルト、または軌道が、ＣＭＰシステムに装備されている。ＣＭＰ操作を促進および強化するためには、実施されるＣＭＰ操作の種類に応じ、スラリなどの何らかの材料が使用される。例えば、スラリは、ベルト、パッド、ブラシなどの移動式の処理表面に導入される最も一般的な材料であり、これらの処理表面や、ＣＭＰプロセスにおいてバフ研磨、研磨、またはその他の何らかの処理を施される半導体ウエハの表面全体に分配される。このような分配は、一般に、処理表面の運動と、半導体ウエハの運動と、半導体ウエハと処理表面との間に生じる摩擦と、を組み合わせることによって達成される。
【０００５】
通常のＣＭＰシステムでは、ウエハは、表面が露出した状態でキャリア上に搭載される。キャリアおよびウエハは、ある回転方向に回転する。ＣＭＰプロセスは、例えば、回転しているウエハの露出面と研磨パッドとが、力を受けて互いに押し当てられ、ウエハの露出面と研磨パッドとが、研磨パッドの方向に運動したり回転したりするときに達成され得る。ＣＭＰプロセスのなかには、回転しているウエハを研磨パッドで研磨するときに、かなりの大きさの力を必要とする場合もある。
【０００６】
ＣＭＰシステムで使用される研磨パッドは、通常は、多孔性材料または繊維性材料で作成される。しかしながら、ＣＭＰシステムのなかには、研磨パッドの表面全体が研磨性の固定粒子を含む場合もある。使用される研磨パッドの形態によっては、ＮＨ４ＯＨなどの水溶液でスラリを構成しても良いし、あるいは、研磨性の分散粒子を含んだ脱イオン水を研磨パッドに加え、研磨パッドとウエハの露出面との間に研磨性の化学溶液を形成しても良い。
【０００７】
通常のＣＭＰシステムを使用するにあたっては、いくつかの問題に遭遇する可能性がある。多発する問題の１つに、「端部効果」と呼ばれるものがあり、これは、ＣＭＰシステムでウエハの端を研磨する速度が他の領域を研磨する速度と異なる場合に生じる。端部効果は、ウエハの露出面のプロファイルが均一でなくなるという特徴がある。端部効果に関連した問題は、２つのカテゴリに明確に区別することができる。第１のカテゴリは、研磨パッドがウエハの端部と最初に接触した結果として生じる、いわゆる「パッド反発効果」に関する。ウエハの端部と最初に接触するとき、研磨パッドは端部に対して反発する（すなわち端部から跳ね返る）ので、パッドの形状は波状を帯びる可能性がある。このような波状の形状は、ウエハの露出面のプロファイルを不均一にする可能性がある。
【０００８】
第２のカテゴリは、「バーンオフ」効果である。バーンオフ効果は、ウエハの尖った端部が研磨パッドの表面との接触によって過度に研磨される場合に生じる。バーンオフ効果は、研磨パッドの表面からの力が、ウエハの露出面の非常に小さい接触領域（端部接触ゾーンとして定義される）に加えられることで、相当大きい圧力がウエハの端部に作用することが原因となって生じる。バーンオフ効果が生じると、研磨済みウエハの端部にバーンリングが現れるので、端部の領域をシリコンデバイスの製造に使用することができなくなる。
【０００９】
従来のＣＭＰシステムで見られるもう１つの欠点は、ウエハの表面に対し、仕上がり層プロファイルについての要望に沿った研磨ができないことである。何らかの製作を経た後のウエハの露出面は、一般に、中心領域から端部に向かって厚さがばらつくことが多い。従来技術による通常のＣＭＰシステムでは、研磨パッドの表面がウエハの露出面全体を覆っている。このような研磨パッドの表面は、ウエハの露出面のうち、いわゆる「仕上がり層」部分に力を作用させるように設計されている。従って、仕上がり層は、実質的に平坦になるまで領域全体が研磨されつづける。これによって、研磨パッドの表面は、仕上がり層の波状プロファイルがあっても仕上がり層を研磨し、仕上がり層の厚さを不均一にする。回路製作の用途によっては、材料の厚さを一定に維持したうえで作業デバイスを構築する必要がある。例えば、仕上がり層が誘電体層であった場合は、その中に金属配線および導体ビアを規定できるように、厚さを一定にする必要があると考えられる。
【００１０】
従来のＣＭＰ操作で見られるこれらの問題と、ＣＭＰ分野における新しいＣＭＰシステムを求めるニーズとが、２０００年８月２２日に出願され且つ本出願の譲受人に譲渡されている、関連の米国特許出願第０９／６４４，１３５号「化学機械研磨システム」（以下では「関連出願」と呼ぶ）において、議論されている。ここで、新しいＣＭＰシステムとは、端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などの有害な効果を実質的に排除するとともに、具体的に標的とされたウエハの表面領域を正確な制御のもとで研磨することができるＣＭＰシステムである。この関連出願の明細書、クレーム、および図面は、引用として本出願に組み込まれるものとする。
【００１１】
このような関連出願のＣＭＰシステムでは、ウエハの露出面の層表面形状に従って、ＣＭＰ処理済みの層表面の厚さを全体に均一にする。このようなＣＭＰシステムは、サブアパチャ研磨構成をとった回転キャリアを装備することによって、上述した欠点や、端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などを排除している。このようなＣＭＰシステムの実施形態の１つは、例えば、上面と下部領域とを有したキャリアを備えている。キャリアの上面は、１枚または２枚以上の処理するべき層を形成されたウエハを保持し、回転させるように設計されている。このような実施形態は、さらに、ウエハの全体未満であるウエハの一部に作用するように設計された、研磨パッドなどの処理ヘッドを有している。このようなＣＭＰシステムは、上述した端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などを回避することができるが、この処理ヘッドを上述したように作用させると、ウエハの露出面およびキャリアのうち、ウエハおよびキャリアの初期方向から偏心した位置に力が加わる。初期方向には、ウエハの中心軸およびキャリアの中心軸（同軸であって且つ実質的に垂直に配置されている）の初期方向が含まれる。初期方向は、また、ウエハ（実質的に垂直であるウエハの中心軸およびキャリアの中心軸の初期方向に対して９０度の初期角度で配置されている）の露出面の初期方向も含む。「実質的に垂直」とは、真の垂直を意味しており、このようなキャリアのスピンドルやその他のサポートで使用される軸受けに特有な許容誤差などの通常の機械的な許容誤差を、真の垂直にプラスしたものまたは真の垂直からマイナスしたものを含む。
【００１２】
端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果に関する上記の議論から理解できるように、このような偏心力によって、ウエハおよびキャリアの中心軸が初期方向からずれて傾く、すなわち傾斜姿勢を呈することは、望ましくない。このような傾きまたは傾斜姿勢は、ウエハやキャリアの中心軸が真の垂直からずれる度合いが、例えば数度などのように、上述した通常の機械的許容誤差を上回る場合に生じると考えられる。従来の技術において、ジンバルは、例えば研磨パッド付きヘッドなどの処理ヘッドにウエハを提供するキャリアのサポートとして使用される。ジンバルは、（ウエハを搭載された）ウエハキャリアが傾くことを許容し、ウエハキャリアがウエハおよびキャリアの中心軸の初期方向からずれた傾斜姿勢をとることを可能にする。上述したように、このような傾きは、ウエハの露出面が、例えば水平から約８５〜８８度の角度のように、初期方向から大きくずれ、実質的な垂直とは言えない角度となることを可能にする。このような傾きが許容されていることから、ウエハの露出面は、ウエハおよびキャリアの中心軸の初期方向に垂直でないことが可能である。このようなジンバルによって許容される傾きは、研磨パッドとウエハの露出面とがほぼ同じ面積を有し、研磨パッドの面積がウエハの露出面全域と完全に重複する場合は、適切であると考えられる。しかしながら、偏心力が作用する上述した状況（すなわち研磨パッドの面積がウエハの露出面全域と完全には重複しない場合）では、このようなジンバルを使用してはならない。さらに詳しく言うと、ウエハの露出面を望ましく平坦化するためには、このような偏心力の作用下で行われる研磨の期間中ずっと、ウエハおよびウエハキャリアの中心軸の初期方向を維持しなければならない。つまり、ウエハの露出面を望ましく平坦化するためには、ジンバルによって傾きが許容される事態を回避しけなければならない。
【００１３】
米国特許第４，２４４，７７５号では、研磨プレートの直径を、処理したい半導体本体の直径の約２倍に設定している。そして、半導体本体をサポートホルダに搭載し、その表面全域を研磨プレートに対峙させている。従って、半導体本体と継ぎ輪内のサポートホルダとが、研磨プレートに向かったり同プレートから離れたりして運動するあいだ、半導体本体の表面は、常にその全面が研磨プレートに対峙している。半導体本体を取り囲むため、サポートホルダは、大きめの直径を有していなければならない。例えば、半導体本体が、直径８インチのウエハである場合は、サポートホルダは、８インチを超える直径を有していなければならない。従って、このようなウエハの例では、継ぎ輪の長さ（直径の２倍であるのが通常である）は約１６インチである。半導体本体に対してこのような構成をとるとき、継ぎ輪は、処理される半導体本体の直径に直接関係付けられた直径を有する。さらに、継ぎ輪がこのように大きいと、継ぎ輪とサポートホルダとの間に生じる摩擦損失が増大し、変動する恐れがある。
【００１４】
また、従来では、ウエハキャリアの上に平形金属の裏打ちを設け、その上に直接ウエハを載置していた。このようなウエハキャリアの１つは、金属裏打ちを貫く穴を幾つか有しており、そこからウエハを吸引している。金属裏打ちの上にあるウエハは、理論的には、穴に空気が流入するのを防ぎ、穴に至るダクトの中の圧力を変化させるため、このことによって、ウエハの存在を示すことができる。しかしながら、このような穴を通しての吸引は、ウエハを変形させ、金属裏打ち上のウエハに施される研磨操作の精度に支障を来す恐れがある。また、研磨操作で使用されるスラリが、１つまたはそれ以上の穴を塞いだために、金属裏打ち上のウエハの存在に関して虚偽の表示がなされる恐れがある。
【００１５】
もう１つのタイプのウエハキャリアは、その上にセラミック層を設けられている。このような層は、大きさが２分の１ミクロンから１ミクロンまでの気孔を有する。本発明に関連して行われた調査によると、このように極小ミクロンサイズの気孔は詰まりやすく、詰まりを取り除くことが困難である。このようなウエハキャリアは、例えば、ウエハを載置されたウエハキャリアの上面に流体を吹き付けることによって洗浄される。従って、このような流体は、詰まってしまった極小の気孔がセラミック層より内側にあるにも関わらず、セラミック層の外側から吹き付けられる。
【００１６】
また、別のタイプの研磨システムでは、研磨したいウエハの露出面が、例えば水平下向きに配置されている。このタイプの研磨システムでは、研磨に使用されるスラリを、ウエハキャリアの露出面および部品から容易に流し落とす、すなわち除去することが可能である。従って、このタイプの研磨システムは、上向きの露出面からスラリを除去するときの問題と無縁である。
【００１７】
ウエハ研磨ヘッドなどの処理ヘッドを提供する際に直面するもう１つの問題は、複数の異なる処理段階（例えばウエハの研磨およびバフ研磨）を経る間ずっと、ウエハが１つのヘッドで運ばれるということである。このとき、ウエハを取り付けられたキャリアは、処理ステーションの１つに先ず搭載され、そこで処理を施される。第１の処理が完了すると、キャリアは、第１のステーションから取り出されて第２のステーションへと運ばれ、第２の処理ステーションに搭載される。以下は同様である。従って、今日では、様々なタイプの処理ステーションで幅広く使用できる超小型のキャリアが、大きく必要とされている。
【００１８】
以上からわかるように、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリアに偏心した力が加えられる場合でも、これらの力を高精度に測定することが可能なＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法が必要とされている。具体的に言うと、今日では、このような偏心力の大きさを高精度に示す方法が必要とされている。正確に示すとは、「等価の偏心力」の観点から記述される繰り返し測定技術を言う。等価の偏心力は、研磨パッドなどのパッドによってウエハキャリアまたはパッド調整パックに加えられる力と等価の偏心力である。繰り返し測定技術とは、測定システム内およびキャリアサポートシステム内での力の損失が、このような等価の偏心力の全てに関して実質的に同じ、すなわち再現性がある技術のことを言う。さらに必要とされているのは、上述した繰り返し測定という特性を有するとともに、研磨操作を妨げることなくウエハキャリアおよびウエハサポートに流体を供給するなどの他のＣＭＰ操作の機能を提供できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法である。同様に、ＣＭＰ操作に備えてＣＭＰ操作を妨げることなくウエハキャリアから流体を除去するためのＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法も必要とされている。
【００１９】
【発明の概要】
本発明は、概して、上述した問題の解決策を提供できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法を提供し、偏心力を繰り返し測定する機能を有した構造および操作を実現することによって、これらの必要性を満たすものである。このようなシステムおよび方法では、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリアに偏心した力が加えられた場合でも、これらの力を高精度に測定できると考えられる。本発明によるシステムおよび方法のもう１つの態様は、必要とされている上述した繰り返し測定特性を有するとともに、研磨操作を妨げることなくウエハキャリアおよびウエハサポートに流体を供給する機能を提供できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法に関する。同様に、本発明によるシステムおよび方法のもう１つの態様は、ＣＭＰ操作を妨げることなくウエハキャリアまたはパックキャリアから流体を除去するためのＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法に関する。
【００２０】
本発明によるシステムおよび方法の実施形態の１つでは、回転軸とキャリア軸との初期の同軸関係が、偏心力の作用期間中ずっと維持されるので、センサは、後述するように、偏心力を繰り返し測定することができる。キャリアは、ウエハキャリアまたはパックキャリアで良い。
【００２１】
本発明によるシステムおよび方法の別の実施形態では、このような初期の同軸関係が、キャリアとセンサとの間に搭載された直動軸受アセンブリによって維持される。このとき、キャリアは、ウエハキャリアまたはパックキャリアで良い。
【００２２】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態では、直動軸受アセンブリが、個々の直動軸受アセンブリからなる配列のかたちで提供される。これらの個々の直動軸受アセンブリの大きさは、キャリアによって運ばれるウエハまたはパックなどの直径とは無関係に設定できる。
【００２３】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態では、直動軸受アセンブリは、キャリアに対して相対運動することが可能な止め環を有する個々の直動軸受アセンブリを配列した構造をとる。この実施形態では、止め環に作用する偏心力を、このような力が止め環に対して偏心的に加えられる場合でも高精度に測定することができる。
【００２４】
本発明によるシステムおよび方法に関連する実施形態の１つでは、直動軸受アセンブリには止め環、および研磨パッドによって係合されるウエハの露出面と止め環の表面が研磨操作の期間中ずっと同一平面上にあるように、止め環をウエハキャリアに搭載されたウエハに対して相対運動させるためのモータが取り付けられている。
【００２５】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態は、同じコンジットシステムを通して吸引および洗浄流体の供給の双方を実現する吸引チャックを提供する。ウエハの吸引は、大きいミクロンサイズの気孔を通して吸引チャック全域に均一に行き渡り、これらの気孔は、同じコンジットシステムを通して供給される洗浄流体によって容易に洗浄することが可能である。
【００２６】
本発明によるシステムおよび方法の別の有利な実施形態では、ウエハの一部をウエハキャリアから突き出させるとともにその突出部分に洗浄流体をあてるための通路をウエハキャリアの内部に設けることによって、ウエハキャリアからスラリを洗浄する。
【００２７】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態は、有孔プレートで作成されたパックを提供する。パックは、パックを支持する表面全体に穿孔を設けられており、その実質全域に流体を分配されることによってパージされる。
【００２８】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態は、穿孔を有したパックを受けるためのリザーバをリップによって規定するパックサポートを提供する。パックサポートは、全ての穿孔に流体を分配してリザーバを満たすように構成される。
【００２９】
本発明の原理を例示した添付図面との関連のもとで行う以下の詳細な説明から、本発明によるその他の態様および利点が明らかになる。
【００３０】
添付の図面と関連付けられた以下の詳細な説明から、本発明を容易に理解することができる。ここで、同一の参照番号は類似の構造要素を指すものとする。
【００３１】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
ウエハの層表面を含むウエハの露出面を、正確な制御のもとで研磨することを可能にするＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法の発明を示す。ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法は、上述した端部効果や、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などを実質的に排除するとともに、偏心力の繰り返し測定を容易にする構造および操作を提供する。このようなＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法では、上述したように、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリアに偏心力が加えられた場合でも、これらの力を高精度に測定できる。ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法は、上述した繰り返し測定特性を有するとともに、研磨操作を妨げることなくウエハキャリアおよびウエハサポートに流体を供給する機能を提供する。ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法は、やはり同様に、ＣＭＰ操作を妨げることなくウエハキャリアまたはパックキャリアから流体を除去する。
【００３２】
以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、多くの項目を特定している。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することが可能である。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、周知のプロセス操作の説明は省略した。
【００３３】
図１Ａおよび図１Ｂには、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１を含む本発明の第１の実施形態の概略が示されている。図１Ａおよび図１Ｂの実施形態は、ウエハキャリアなどのキャリア２０８上に搭載されたウエハ２０６の露出面２０４を研磨するように構成された処理キャリア、すなわち研磨ヘッド２０２を含む。ウエハ２０６は、例えば、先に説明した任意のウエハで良い。研磨ヘッド２０２は、Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｏｌｉｓｈｅｒ　Ｔｅｃｈｎｉｏｌｏｇｙ（ＬＰＴ）による市販のパッドや、回転式ＣＭＰパッド材料、固定式研磨パッド材料などの研磨パッド２０９を利用してウエハ２０６の表面２０４を研磨するように設計されている。一般に、研磨パッド２０９としては、望ましい研磨レベルおよび精度を実現できる任意のパッド材料が使用可能である。後ほど詳述するように、以下で特定される力を繰り返し測定できる特性があれば、後述する機械的許容誤差を補償するという目的で研磨パッド２０９の材料を選択する必要性は低くなる。
【００３４】
ウエハ２０６の研磨や研磨パッド２０９の調整を可能にすることを目的とした研磨ヘッド２０２および研磨ヘッド２０２上の研磨パッド２０９の運動の１つは、研磨ヘッド２０２および研磨パッド２０９を、同軸状の軸２１０および軸２１１を中心として回転させることである（矢印２０９Ｒを参照）。研磨ヘッド２０２は、一般に、同軸であるこれらの軸２１０，２１１に平行した動き、すなわち対峙するウエハキャリア２０８に向かう動きまたは同キャリア２０８から遠ざかる動きを起こさないように備え付けられる。ウエハ２０６の研磨、研磨ヘッド２０２および研磨パッド２０９の調整を可能にするため、研磨ヘッド２０２および研磨パッド２０９は、回転とは別に水平方向に動くことができる（矢印２０９Ｈを参照）。例えば、図１Ａおよび図１Ｂの矢印２０９Ｈからわかるように、研磨パッド２０２は、ウエハ２０６およびウエハキャリア２０８の様々な位置に力ＦＰ−Ｗを作用させると考えられる。このような位置は、軸２１２または軸２１４からの変位ＤＦ−Ｗを測定することによって示される。
【００３５】
サブアパチャＣＭＰシステム２００−１のサブアパチャ構成は、ウエハ２０６の露出面２０４に適用する除去率を、領域ごとに変動させたり全ての領域で統一したりすることによって、研磨操作に柔軟性を取り入れている。研磨ヘッド全体がウエハの露出面全域に接触している従来のＣＭＰシステムと異なり、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１では、処理ヘッド２０２がウエハ２０６の露出面２０４に接触する接触領域の大きさが、任意の時間ＴＮにおいて可変である。また、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１において、ウエハキャリア２０８に向かう向きの処理ヘッド２０２の動きは抑制されており、ウエハキャリア２０８に向かう向きの研磨ヘッド２０２の動き（図２Ａの矢印２３３の上側を参照）は、ウエハ２０６の露出面２０４のうち選択された領域２０４Ｒにのみ力ＦＰ−Ｗを作用させるので、その結果、例えばＴ１などの特定の時間には、これらの選択領域２０４Ｒからのみ専ら材料が除去される。さらに、図２Ａに示すように、ウエハ２０６の露出面２０４から選択されたこのような選択領域２０４Ｒの１つは、ウエハキャリア２０８の中心軸２１２から水平方向にずれている、すなわち偏心している。中心軸２１２は、キャリア２０８によって運ばれるウエハ２０６の中心軸２１４と同軸である。図からわかるように、力ＦＰ−Ｗの変位量は、水平方向に測定されたＤＦ−Ｗとして図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａに示されている。矢印２０９Ｈからわかるように、研磨ヘッド２０２は、水平方向に移動し、露出面２０４のうち様々な選択領域２０４Ｒに接触できる。また、このように接触される露出領域２０４Ｒの面積は、変位量ＤＦ−Ｗの値に応じて変動すると考えられる。従って、研磨ヘッド２０２からウエハ２０６に作用する力ＦＰ−Ｗの値が一定であるとき、露出した接触領域２０４Ｒにかかる圧力は、その領域２０４Ｒの面積が増大するにつれて減少する。説明のため、力ＦＰ−Ｗは、研磨パッド２０２から選択領域２０４Ｒに作用する平均の力であるとみなし、この平均の力は、このような選択領域２０４Ｒの中心に加えられるものとみなす。また、ウエハ２０６の露出領域２０４Ｒを均一に研磨するためには、露出した接触領域２０４Ｒごとに等しい大きさの圧力を加えると望ましいことがわかる。例えば、露出した接触領域２０４Ｒの面積が増大するとともに、力ＦＰ−Ｗを増せば、圧力は一定値を保つと考えられる。
【００３６】
図１Ｂに示すように、ウエハキャリア２０８のウエハ２０６には初期方向がある。初期方向とは、ウエハ２０６の中心軸２１４およびウエハキャリア２０８の中心軸２１２に関する第１の初期方向を含む。例えば、研磨ヘッド２０２が垂直方向の中心軸２１０を中心として回転するように設計されている場合、軸２１２および軸２１４に関する第１の初期方向は実質的に垂直である。ここで言う「実質的に垂直」とは、上述した本発明の説明を目的として使用される。同じく研磨ヘッド２０２がやはり垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されているとき、初期方向は、ウエハ２０６の露出面２０４に関する第２の初期方向を含む。露出面２０４に関する第２の初期方向は、キャリア２０８の中心軸２１２およびウエハ２０６の中心軸２１４に関する実質的に垂直な第１の初期方向に対して９０度の角度（初期角度）に位置している。
【００３７】
本出願で使用される「初期方向」の「初期」という用語は、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９がウエハ２０６の露出面２０４と係合する直前の時間Ｔ０ＰＷにおける上記方向を意味する。従って、時間Ｔ０ＰＷでは、初め、研磨パッド２０９からウエハ２０６に力ＦＰ−Ｗは作用しない。
【００３８】
図１Ａ、図１Ｂ、および図２Ｂは、また、サブアパチャ構成を有したＣＭＰシステム２００−１を使用するにあたり、研磨パッド２０２とパッド調整ヘッド２２０に搭載されたパック２１８の露出面２１６とが接触する接触面の面積が、任意の時間Ｔ１において可変であることを示している。このような時間Ｔ１は、研磨パッド２０９がパック２１８に接触する初期時間Ｔ０ＰＰより後の時間である。また、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１において、研磨ヘッド２０２を軸２１０，２１１の方向の運動に抵抗させつつ、パッド調整ヘッド２２０を研磨ヘッド２０２に向かって運動させると、研磨ヘッド２０２は、上記力とは別の力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂ）をパック２１８の選択領域２１６Ｒのみに作用させる。パッド調整ヘッド２２０のパック２１８のこのような選択領域２１６Ｒの１つは、やはり、パック２１８の中心軸２２４と同軸であるパッド調整ヘッド２２０の中心軸２２２からずれている、すなわち偏心している。図２Ｂに示すように、力ＦＰ−Ｃの変位量は、ＤＦ−Ｃによって表される。変位量ＤＦ−Ｃは、図１Ｂおよび図２Ｂにおいて水平方向に測定されたものであり、軸２２２，２２４と研磨ヘッド２０２の軸２１０との間の距離である。力ＦＰ−Ｗが平均の力ＦＰ−Ｗであるように、力ＦＰ−Ｃもやはり平均の力である。領域２０４Ｒに関連した圧力および面積の係数も同様に、領域２１６Ｒに適用される。
【００３９】
同じく研磨ヘッド２０２がやはり垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されているとき、パック２１８およびパッド調整ヘッド２２０は、図１Ｂに示すように、やはり初期方向を有する。この初期方向は、パッド調整ヘッド２２０の中心軸２２２およびパック２１８の中心軸２２４に関する第３の初期方向を含む。中心軸２２２および中心軸２２４に関する第３の初期方向は、例えば、研磨ヘッド２０２がやはり垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されている場合は実質的に垂直である。同じく研磨ヘッド２０２がやはり垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されているとき、初期方向は、パック２１８の露出面２１６に関する第４の初期方向を含む。露出面２１６に関する第４の初期方向は、パッド調整ヘッド２２０の中心軸２２２およびパック２１８の中心軸２２４に関する実質的に垂直な初期方向に対して９０度の角度（第１の角度）に位置している。
【００４０】
本出願で使用される「初期方向」の「初期」という用語は、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９がパック２１８の露出面２１６と係合する直前の時間Ｔ０ＰＰにおける上記方向を意味する。従って、研磨パッド２０９からパック２１８には、初め、力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂ）は作用しない。
【００４１】
以下では、図２Ａをさらに参照しながら、研磨ヘッド２０２が垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されている代表的な状況に言及する。サブアパチャＣＭＰシステム２００−１は、ウエハキャリア２０８の複合的な直動軸受構造２３０，２３２を含む。一般に、直動軸受構造２３０，２３２を設けると、偏心力ＦＰ−Ｗを繰り返し測定することが容易になる。従って、ウエハキャリア２０８に加わる力ＦＰ−Ｗは、上で明示されたように、偏心して加えられた場合でも高精度に測定できると考えられる。さらに詳しく言うと、直動軸受構造２３０，２３２を設けると、このような偏心力ＦＰ−Ｗの量を、上で明示されたように高精度に指示することができる。
【００４２】
「高精度に指示」とは、例えば、図２Ａにおいて、先に説明した繰り返し測定技術は、ある時間Ｔ１から他の時間Ｔ１にかけて作用する多数の力ＦＰ−Ｗが等しい値であるものとして説明される。本発明によると、これらの等価な力ＦＰ−Ｗが測定される各時間Ｔ１での測定値すなわち表示値は、非常に小さい許容誤差の範囲に含まれる同じ値である。このような等価な偏心力ＦＰ−Ｗは、例えば、研磨パッド２０９からウエハキャリア２０８に作用する。既知の通り、機械構造としての直動軸受構造２３０，２３２は、等価の偏心力ＦＰ−Ｗを同じ量（力ＦＦまたは摩擦力ＦＦと称される）の摩擦などによって相殺する。従って、上述した繰り返し測定技術は、このような等価な偏心力ＦＰ−Ｗに関し、測定システム内での力ＦＦの損失と、キャリアサポートシステム内での力の損失ＦＦとが実質的に一定であるすなわち繰り返し測定可能であるような技術である。従って、後述するように、力ＦＰ−Ｗと直動軸受構造２３０，２３２との間に設ける機械構造を最小限にとどめることにより、キャリア２０８内での力ＦＦが無くなり、個々の直動軸受構造２３０，２３２のみが、測定ごとに力ＦＦを生じさせる原因として残される。
【００４３】
直動軸受構造２３０は、例えば、キャリア２０８の中心軸２１２の第１の初期方向から偏心した位置からウエハ２０６およびキャリア２０８に加えられる力ＦＰ−Ｗの垂直成分ＦＰ−ＷＶ以外の成分に対して対抗できる対抗できる。直動軸受２３０は、このような偏心力ＦＰ−Ｗに応じて望ましくない形でウエハキャリア２０８の構造が動かないように保証する。例えば、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１では、次に挙げる場合を除いて、このような偏心力ＦＰ−Ｗによってウエハキャリア２０８またはウエハ２０６がそれぞれの中心軸２１２，２１４の第１の初期方向に対して相対運動することがあってはならない。ウエハキャリア２０８およびウエハ２０６は、例外として、それぞれの中心軸２１２，２１４の第１の初期方向に平行に移動する（矢印２３３を参照）ことのみを許される。矢印２３３は、垂直成分ＦＰ−ＷＶに平行である。
【００４４】
図２Ａは、３つの複合的な直動軸受構造２３０のうちの２つを詳細に図示しており、図５Ａ−１から図５Ａ−３および図５Ｂ−１から図５Ｂ−３は、３つの複合的な直動軸受２３０をより詳細に図示している。メイン軸受けハウジング２５０は、３つの直動軸受２５３からなる第１のセット２５２を有している。各直動軸受は、ＦＲＥＬＯＮという商標名で市販されている材料で作成された３つのスリーブ２５４を含んでいる。ＦＲＥＬＯＮ材料は、低摩擦特性で且つ高耐磨耗性であるため硬い微粒子材料に含浸される。スリーブ２５４は、０．５インチの内径および約１．２５インチの長さを有することが適切である。スリーブは、イリノイ州ロックフォード所在のＰａｃｉｆｉｃ　Ｂｅａｒｉｎｇによって市販されているモデル番号ＦＬ０８の直動軸受で良い。各スリーブ２５４は、例えば、相隔たって対をなす円として図２Ａに示されている。各スリーブ２５４は、底部２５６が開いているので、図２Ａに上向きの線として例示された合わせ軸受けシャフト２５８を収容することができる。各軸受けシャフト２５８は、ステンレス鋼材料で作成される。軸受けシャフト２５８が、軸受けシャフト２５８として可能な最大のプラス許容誤差に基づいた大きさを有し、スリーブが、最大のマイナス許容誤差に基づいたサイズを有するとき、軸受けシャフト２５８は、０．５インチより僅かに小さい外径を有することによって０．００５インチ以上の遊びを提供することが適切である。軸受けシャフト２５８は、長さが約１．２５インチで良い。各軸受けシャフト２５８は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０から上向きに突き出し、底部２５６を通って、スリーブ２５４の１つに収容される。メイン軸受けハウジング２５０は、ウエハキャリア２０８の吸引チャック２６２に固定され、同チャックを運ぶ。吸引チャック２６２は、ウエハ２０６を運ぶ。ウエハ２０６は、研磨期間にウエハ２０６にかかるウエハ荷重して示された偏心力ＦＰ−Ｗを受ける。
【００４５】
上述したように、図１Ｂは、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９がウエハ２０６の露出面２０４と係合する前のウエハキャリア２０８およびウエハ２０６の初期方向を示している。従って、代表的な状況では、初め、研磨パッド２０９からウエハ２０６に力ＦＰ−Ｗは作用せず、ウエハキャリア２０８の中心軸２１２およびウエハ２０６の中心軸２１４は垂直で且つ同軸である。上述したように、代表的な状況では、研磨ヘッド２０２は、垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されており、ウエハ２０６およびヘッド２０８に対し、偏心力ＦＰ−Ｗ（図２Ａ）を垂直下向きに作用させる。直動軸受構造２３０は、研磨ヘッドの軸２１０および研磨パッド２０９の軸２１１の方向に直線状である。従って、直動軸受構造２３０は、ウエハ２０６およびキャリア２０８に加えられるこの偏心力ＦＰ−Ｗの垂直成分ＦＰ−ＷＶ以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。
【００４６】
詳しく言うと、３つの直動軸受２５３からなるセット２５２は、ウエハキャリア２０８がこのような偏心力ＦＰ−Ｗに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。従って、直動軸受２５３は、ウエハキャリア２０８またはウエハ２０６が、このような偏心力ＦＰ−Ｗによって、それぞれの中心軸２１２，２１４の第１の初期方向に平行である垂直方向以外の他の方向に運動することがないように保証する。その結果、メイン軸受けハウジング２５０には、偏心したウエハ荷重であるＦＰ−Ｗ（ウエハ２０６に作用するものとして図２Ａに図示される）から摩擦力ＦＦをひいた力が伝わり、これは、許可された垂直力成分ＦＰ−ＷＶと称される。従って、力成分ＦＰ−ＷＣは、力ＦＦを差し引いた正味の力である。
【００４７】
図５Ｂ−１および図５Ａ−２は、複合的な直動軸受構造２３０を、直動軸受２５３からなる配列２６５を含むものとして図示している。配列２６５は、複合的な直動軸受構造２３０の操作を、軸２１２，２１４の方向に短い長さを有し且つウエハ２０６およびパック２１８の直径（例えば８インチなど）より小さい直径を有したパーツに分割するように構成される。このように分割することによって、直動軸受構造２３０の直動軸受２５３は、環状の経路２６６（図５Ｂ−３）に沿って等間隔で配置される。このようにすると、個々の直動軸受２５３は、ウエハキャリア２０８またはパッド調整ヘッド２２０の回転にともなって、例えばサブアパチャＣＭＰシステム２００−１の操作時に感知される偏心力ＦＰ−Ｗを間断なく作用される。
【００４８】
力ＦＰ−ＷＣは、ロードセル２６３（図２Ａおよび図５Ｂ−１）に作用する。ロードセル２６３は、カリフォルニア州ティームキュラ所在のＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓによって市販されているモデル番号ＬＰＵ−５００−ＬＲＣなどの標準的なひずみゲージで良い。ロードセルは、およそ０ポンドから５００ポンドまでの荷重感知範囲を有していて良い。さらに好ましいのは、およそ０ポンドから４００ポンドまでなど、より高精度な荷重感知範囲を使用することである。ロードセル２６３は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０に固定されている。力ＦＰ−ＷＣの作用下でメイン軸受けハウジング２５０に許容される運動は、ロードセル２６３によって感知される、すなわちロードセル２６３を作動させる。そして、ロードセル２６３は、このような運動に応じてウエハロード信号２６４（図５Ｂ−１）を出力する。上述したように、例えばウエハ２０６の露出領域２０４Ｒを均一に研磨するためには、露出した接触領域２０４Ｒに均一な量の、すなわち等しい量の圧力をかけることが望ましい。例えば、露出した接触領域２０４Ｒの面積が増大するとともに力ＦＰ−Ｗが増すと、圧力の量は均一になると考えられる。研磨パッド２０２が、１枚のウエハ２０６に対して実施される研磨操作の期間中ずっと、矢印２０９Ｈの方向に運動すること、そして、研磨パッド２０９に接触される露出領域の面積が、このような研磨パッドの運動によって変動することから、ウエハ２０６にかかるＦＰ−Ｗは、高精度に変動させる必要がある。そして、ウエハロード信号２６４を処理し、ウエハキャリア２０８に上向きに加えられる力（図１ＢのＦを参照）を必要に応じて調整することによって、研磨パッド２０９からウエハ２０６およびウエハキャリア２０８に、適切な力ＦＰ−Ｗを加える。
【００４９】
次に、図１Ｂ、図２Ａ、図５Ａ−１から図５Ａ−３、図５Ｂ−１から図５Ｂ−２を参照にしながら直動軸受構造２３２を説明する。メイン軸受けハウジング２５０は、３つのスリーブ２７４（相隔たって対をなす円として図示される）を含んだ３つの直動軸受２７２からなる第２のセット２７０を有している。スリーブ２７４は、（上向きの線で図示される）合わせ軸受けシャフト２７８を収容する開口した底部２７６を有する。軸受けシャフト２７８は、ネジ２８１を穴２８３に通すことによって、止め環軸受けプレート２７９の上に搭載される（図７）。穴２８３は、ネジが止め環軸受けプレート２７９とともにチャック軸受けおよびロードセルプレート２６０に対して相対運動できるように寸法設定される。それによって、例えば止め環２８２は、０．０５０インチだけ垂直方向に移動できるようになる。直動軸受２７２は、例えば直動軸受２５３と同じタイプの軸受けで良い。止め環軸受けプレート２７９は、ネジ２８５によって止め環ベース２８０に固定されている（図１５）。止め環ベース２８０は、第２のセット２７０の直動軸受２７２による制約下で垂直方向に運動するように設計されており、例えば、止め環軸受けプレート２７９と同じ量（０．０５０インチ）だけ自由に移動することができる。止め環ベース２８０の最上部には、研磨パッド２０９と接触させるための止め環２８２が、取り外し可能な形で設けられている。従って、止め環２８２は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０およびメイン軸受けハウジング２５０と無関係に動くように搭載されている。止め環２８２と研磨パッド２０９とは、ネジ２８９を緩めることによって止め環２８２を時々に交換可能であるように係合される（図１５）。
【００５０】
上述したように、図１Ｂは、ウエハキャリアヘッド２０８の初期方向を示している。ウエハキャリアヘッド２０８は、止め環ベース２８０と止め環２８２とを含む。止め環ベース２８０は、吸引チャック２６２から離れた位置で同チャックを取り囲んでいる。止め環２８２は、ウエハ研磨操作の期間に研磨パッド２０９によって係合されるように設計されており、研磨パッド２０９は、止め環２８２に力ＦＰ−Ｒを作用させる。力ＦＰ−Ｒは、ウエハキャリア２０８の軸２１２から偏心している。
【００５１】
研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９が止め環２８２と係合する前の時間Ｔ０ＰＲＲでは、外側の円筒表面２８４は垂直である。円筒表面２８４は、止め環ベース２８０と止め環２８２とによって規定されている。このような時間Ｔ０ＰＲＲでは、初め、研磨パッド２０９から止め環２８２に力ＦＰ−Ｒは作用せず、止め環ベース２８０の中心軸２８６および止め環２８２の中心軸２８８はそれぞれ垂直である。
【００５２】
上述したように、代表的な状況では、研磨ヘッド２０２は垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されている。従って、研磨ヘッド２０２は、止め環２８２に対して垂直下向きに偏心力ＦＰ−Ｒを作用させる。直動軸受構造２３２は、一般に、上述した直動軸受構造２３０と同様に機能する。さらに詳しく言うと、直動軸受構造２３２は、偏心力ＦＰ−Ｃの再現可能測定を容易にする。従って、止め環２８２に加わる力ＦＰ−Ｒは、先に明示したように、偏心して加えられた場合でも高精度に測定できると考えられる。さらに詳しく言うと、直動軸受構造２３２は、このような偏心力ＦＰ−Ｒの量を、上で明示されたように高精度に示すことを可能にする。
【００５３】
直動軸受構造２３２は、止め環２８２に加えられるこの偏心力ＦＰ−Ｒの垂直成分ＦＰ−ＲＶ以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。詳しく言うと、３つの直動軸受２７３からなるセット２７０は、止め環２８２がこのような偏心力ＦＰ−Ｒに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。従って、直動軸受２７２は、このような偏心力ＦＰ−Ｒが、下記の場合以外に止め環２８２を運動させることがないように保証する。止め環２８２は、ウエハキャリア２０８の中心軸２１２と同軸であり、中心軸２１２に関する第３の初期方向に平行に、垂直方向に可動である。従って、許された垂直力成分ＦＰ−ＲＶとして止め環軸受けプレート２７９に伝えられるのは、偏心した荷重であるＦＰ−Ｒ（止め環２８２に作用するものとして図２Ｂに図示される）から直動軸受構造２３２に関連の力ＦＦをひいた力である。例えば図２Ａおよび図６Ｂからわかるように、直動軸受構造２３２による制約下における止め環２８２の運動は、直動軸受構造２３２による制約下におけるウエハキャリア２０８の運動と無関係である。
【００５４】
リニアモータ２９０は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０と止め環軸受けプレート２７９との間に搭載されている。リニアモータ２９０は、密閉されたキャビティの形で提供されることが好ましく、空気圧モータまたは電気機械ユニットの形で提供されることがいっそう好ましい。図５Ａ−１、図５Ｂ−１、図７、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａには、入口２９４から空気圧流体（矢印２９３を参照）を供給する空気圧ブラダ２９２を含む最も好ましいリニアモータ２９０が含まれている。図５Ｂ−１および図１３Ａに示すように、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０は、空気圧ブラダ２９２を受けるための環状溝２９６を有している。リニアモータ２９０は、空気圧ブラダ２９２として望ましいストローク量に従って、空気圧ブラダ２９２に様々な圧力（ＰＢ）量で空気圧流体２９３を供給することによって、選択的に作動する。図１２Ａおよび図１２Ｂの例では、空気圧ブラダ２９２の最大ストロークは、垂直方向に測定して０．１０インチで良い。このような最大ストロークは、０．０２インチ程度であるウエハ２０６の垂直寸法（すなわち厚さ）に匹敵する。チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０は、垂直方向に固定されていると言えるので、空気圧ブラダ２９２が空気圧流体２９３を収容すると、空気圧ブラダ２９２は、空気圧流体２９３の圧力によって生じる特定のストロークに応じて止め環軸受けプレート２７９を上昇させる。従って、空気圧ブラダ２９２は、止め環軸受けプレート２７９ひいては止め環ベース２８０および止め環２８２を、吸引チャック２６２の上に配置されたウエハ２０６に対して上向きに（この実施例では）相対運動させると考えられる。
【００５５】
空気圧流体２９３の圧力ＰＢは、例えば、様々な圧力のうちの１つで良い。一般に、加圧下にある空気圧流体２９３は、止め環２８２を３つの垂直位置の１へと運動させるために使用される。圧力ＰＢは、例えば、約１５ｐｓｉから約７〜１０ｐｓｉまでの範囲で良い。図１３Ａおよび図１３Ｂは、３つの位置の１つ、すなわち非係合位置にある止め環２８２を示した断面図である。この位置にある止め環２８２は、ウエハ２０６からも、吸引チャック２６２上に搭載されたキャリア膜２９８からも離れている（その下方にある）。非係合位置にある止め環２８２は、吸引チャック２６２からのウエハ２０６の取り外しを妨げない。このときの圧力ＰＢは、止め環２８２を他の位置に停止するために必要な圧力ＰＢよりも小さい。
【００５６】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示した断面は、止め環の３つの位置のうち、次に高位の位置、一般に「研磨位置」と称される位置を示している。この位置は、後に詳述するように、軸２１４，２１２に平行な位置からなる範囲で良い。この一般的な研磨位置は、ウエハ２０６の研磨期間における止め環２８２の位置である。止め環２８２が研磨位置にあるとき、止め環２８２の上面２９９は、ウエハ２０６の上面（露出面）２０４と水平方向に揃っている、すなわち同一平面上にある。図１４Ｂに示すように、止め環２８２が研磨位置にあるとき、ウエハ２０６の周辺端部３０１は止め環２８２の内壁３０３で取り囲まれており、止め環の上面２９９とウエハの上面２０４とは同一平面上にある。
【００５７】
第３に、図１２Ａおよび図１２Ｂは、止め環２８２が最高位の位置すなわちウエハ捕獲位置にあるときの断面を示している。この位置は、ウエハ２０６の軸２１４がウエハキャリア２０８の軸２１２と同軸になる状態で、ウエハ２０６を吸引チャック２６２のキャリア膜２９８上に配置するのに適した位置である。図１２Ｂに示したように、止め環２８２が最高位の位置にあるとき、ウエハ２０６の周辺端部３０１は、止め環２８２の内壁３０３で取り囲まれた状態で維持され、止め環２８８２の上面２９９は、ウエハ２０６の露出面２０４より上方に位置する。こうして、ウエハ２０６を、止め環２８２の内側に且つチャック２６２の上に、容易に配置することが可能になる。
【００５８】
さらに詳しく言うと、止め環の荷重であるＦＰ−Ｒは、止め環２８２に対して偏心的に作用するものであり、止め環２８２を偏心的に運動させる傾向がある。しかしながら、止め環２８２および止め環ベース２８０の運動は、直動軸受２７２によって、それぞれの中心軸２８６，２８８の初期方向に平行な垂直方向のみに限定されている。従って、止め環ベース２８０を通して止め環軸受けプレート２７９に伝わるのは、力ＦＰ−Ｒのうち垂直下向きに作用する成分ＦＰ−ＲＶのみである（成分ＦＰ−ＲＶは、図２Ａでは止め環２８２に垂直に作用する止め環の荷重として図示される）。リニアモータ２９０からは、直動軸受２７２の軸受けシャフト２７８を支持する止め環軸受けプレート２７９に、上向きの力ＦＭ（図２Ａ）が加えられる。そして、止め環の荷重であるＦＰ−Ｒの垂直成分ＦＰ−ＲＶに逆らって、止め環ベース２８０および止め環２８２を運動させられるのも、やはり直動軸受２７２によって、力ＦＭの垂直成分すなわち正味の力ＦＭ−Ｖのみに限定される。このように、力ＦＰ−Ｗに応じて止め環２８２が許される運動（すなわち軸２１２，２１４の初期位置に平行な運動）は、力ＦＰ−Ｗに応じて吸引チャック２６２および吸引チャック２６２上のウエハ２０６が許される運動（すなわち軸２１２，２１４の初期位置に平行な方向）と同軸である（従って同じ方向である）。
【００５９】
止め環２８２の研磨位置がとる範囲に関しては、上述したように、ウエハキャリア２０８に加えられる上向きの力Ｆ（図１Ｂ）を（露出した接触領域２０４Ｒの面積に応じて）変化させる必要があることから、リニアモータ２９０から止め環２８２に加えられる力ＦＭもやはり変化させる必要があり、それによって、研磨パッド２０９に加えられる正味の力ＦＭ−Ｖも変動すると考えられる。例えば図１Ａおよび図１Ｂに示すように、研磨ヘッド２０２は、止め環２８２とオーバーラップしない左端の位置から右向きに移動し、止め環２８２と徐々にオーバーラップしていくので、研磨ヘッド２０２が止め環２８２とオーバーラップする面積は、初めは非常に小さい。研磨パッド２０９が止め環２８２に接触する面積と、研磨パッド２０９が例えば止め環２８２に隣接する露出領域２０４Ｒに接触する面積と、にかかる研磨圧を一定に維持するためには、このような運動２０９Ｈにともなうオーバーラップ面積の変動とともに、力ＦＭ−Ｖを変動させなければならない。従って、上述した止め環２８２の研磨位置がとる範囲は、詳しくは、止め環２８２から研磨パッド２０９に対してどのような力ＦＭ−Ｖを加えれば研磨圧が一定に維持されるかに従って決定される。
【００６０】
図２Ｂおよび図１９Ｂは、パッド調整ヘッド２２０を示した図であり、メイン軸受けハウジング３０６とパック軸受けおよびロードセルプレート３０８との間の相対運動の方向を規制するための直動軸受アセンブリ３０４が示されている。上述したように、代表的な状況では、研磨ヘッド２０２は垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されている。サブアパチャＣＭＰシステム２００−１は、パッド調整パッド２２０の複合的な直動軸受構造３１０をさらに含んでいる。一般に、直動軸受構造３１０は直動軸受構造２３０と同様である。従って、直動軸受構造３１０は、上述した直動軸受構造２３０と同様に機能する。さらに詳しく言うと、直動軸受構造３１０は、偏心力ＦＰ−Ｃの繰り返し測定の実現を容易にする。従って、パック２１８およびキャリアすなわちパッド調整ヘッド２２０に加わる力ＦＰ−Ｃは、上で明示したように、偏心して加えられた場合でも高精度に測定されると考えられる。従って、直動軸受構造３１０は、上で明示されたように、このような偏心力ＦＰ−Ｃの量を高精度に示すことを可能にする。
【００６１】
さらに詳しく言うと、直動軸受構造３１０は、パッド調整ヘッド２２０の中心軸２２２の初期方向から偏心した位置からパック２１８に加えられる力ＦＰ−Ｃの垂直成分ＦＰ−ＣＶ以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。このように、直動軸受構造３１０は、パッド調整ヘッド２２０の構造がこのような偏心力ＦＰ−Ｃに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。例えば、パッド調整ヘッド２２０およびパック２１８は、同軸状の中心軸２２２，２２４の初期方向に平行な方向（矢印３１２を参照）にのみ運動することができる。矢印３１２は、垂直成分ＦＰ−ＣＶに平行である。
【００６２】
図２Ｂは、３つの複合的な直動軸受構造３１０のうち２つを詳細に図示しており、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１９Ｂは、３つの複合的な直動軸受３１０を詳細に図示している。メイン軸受けハウジング３０６は、３つの中空円筒スリーブ３１６を含む３つの直動軸受３１４を有している。円筒スリーブ３１６は、対応するシャフト３２０を収容する開いた底部３１８を有することによって、同シャフト３２０と連携することができる。直動軸受３１４の円筒スリーブ３１６は、例えば、直動軸受２３０，２３２と同様にイリノイ州ロックフォード所在のＰａｃｉｆｉｃ　Ｂｅａｒｉｎｇから市販されているモデル番号ＦＬ０８であって良く、図２Ａと同様な形で図２Ｂに図示されている。シャフト３２０は、軸受けシャフト２５８と同様に作成して良い。メイン軸受けハウジング３０６は、パッド調整ヘッド２２０のチャック３２２に固定され、同チャックを運ぶ。チャック３２２は、パック２１８を運ぶものであり、パック２１８は、研磨パッド２０２と接触している期間に、パックの荷重として図２Ｂに図示された偏心力ＦＰ−Ｃを受ける。
【００６３】
上述したように、図１Ｂは、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９がパック２１８の露出面２１６と係合する前の時間、すなわち初期時間Ｔ０ＰＰにおける、パッド調整ヘッド２２０およびパック２１８の初期方向を示している。従って、代表的な状況では、初め、研磨パッド２０９からパック２１８に力ＦＰ−Ｃは加えられず、研磨ヘッド２２０の軸２２２およびパック２１８の軸２２４はそれぞれ垂直である。上述したように、このような状況にある研磨ヘッド２０２は、垂直な軸２１０を中心として回転するように設計されており、上述した任意の時間Ｔ１に、パック２１８およびパッド調整ヘッド２２０に偏心力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂ）を垂直下向きに加えると考えられる。従って、直動軸受構造３１０は、パッド調整ヘッド２２０およびパック２１８に加えられるこの偏心力ＦＰ−Ｃの垂直成分ＦＰ−ＣＶ以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。詳しく言うと、３つの直動軸受３１４は、パッド調整ヘッド２２０の構造がこのような偏心力ＦＰ−Ｃに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。従って、直動軸受３１４は、パッド調整ヘッド２２０およびパック２１８がこのような偏心力ＦＰ−Ｃによってそれぞれの中心軸２２２，２２４の初期方向に平行である垂直方向以外に運動することがないように保証する。従って、力の垂直成分すなわち正味の力ＦＰ−ＣＶとしてメイン軸受けハウジング３０６に伝えられ、ロードセル３２４に作用する（図２Ｂ、図１６Ｂ、および図１９Ｂ）のは、偏心したウエハ荷重であるＦＰ−Ｃ（パック２１８に作用するものとして図２Ｂに図示される）から摩擦力ＦＦをひいた力である。ロードセルは、パック軸受けおよびロードセルプレート３０８に固定されている。メイン軸受けハウジング３０６が許される運動は、パックロード信号３２６（図１６Ｂ）を出力するロードセル３２４によって感知される、すなわちロードセル３２４を作動させる。ロードセル３２４は、ロードセル２６３と同様であって良く、ロードセル信号３２６は、ロードセル信号２６４に類似した方法で使用して良い。
【００６４】
以上からわかるように、吸引チャック２６２やウエハキャリア２０８またはパッド調整ヘッド２２０が上述した初期方向から傾きやすい、すなわち上述した初期方向から外れやすいというのは、単なる傾向であって、実際に生じる動作ではない。傾こうとする動作は、例えば、上述した直動軸受構造２３０，２３２，３１２０の操作によって阻止される。
【００６５】
サブアパチャＣＭＰシステム２００−１は、例えば偏心力ＦＰ−Ｗの繰り返し測定を容易にする上記特徴だけでなく、ＣＭＰ操作用の他の機能（一般に参照番号３３８を使用して表される）も備えている。ウエハキャリア２０８の機能３３８には、例えば、吸引チャック２６２の機能３３８Ｃと、ブラダ２９２の機能３３８Ｂと、止め環２８２の機能３３８Ｓと、ロードセル２６３の機能３３８ＬＣとが含まれる。このような機能３３８は、ＣＭＰ操作を妨げることなくＣＭＰ操作に使用することができる。ウエハキャリア２０８のこれらの機能３３８を考慮に入れたうえで、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃの三次元図と、図４Ａおよび図４Ｂの分解図と、図５Ａ−１から図５Ａ−３および図５Ｂ−１から図５Ｂ−３の拡大透視図とを参照する。図３Ａから図３Ｃは、第１の実施形態２００−１の構成要素の組み立てを示しており、図中には、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０を固定された回転式ツール交換器３４０が含まれている。回転式ツール交換器３４０は、上部３４２と下部３４４を含む（図３Ｃ）。下部３４４は、下部３４４を回転させ、下部３４４に垂直上向きおよび垂直下向きの力を加える、スピンドル３４６に取り付けられている。垂直上向きの力は、図１Ｂでは力Ｆとして図示されており、これは、例えば力ＦＰ−Ｗを加える研磨パッド２０９を結果として支える力である。図３Ａおよび図３Ｃに示すように、スピンドル３４６は、コンジット３５０を通して脱イオン水（ＤＩ水）などの流体を蕪４４に供給し、下部３４４を吸引する吸引チャック２６２での使用に備えることによって、機能３３８Ｃを提供する。また、スピンドル３４６は、コンジット３５４を通して脱イオン水３５２などの流体を下部３４４に供給し、ウエハ２０６および止め環ベース２８０内部の洗浄に備えることによって、機能３３８Ｓを別個に提供する。また、スピンドル３４６は、コンジット３５８を通して流体２９３（加圧空気など）を下部３４４に供給し、リニアモータ２９０の操作に備えることによって、機能３３８Ｂを別個に提供する。スピンドル３４６は、また、下部に設けられた電気コネクタ（不図示）と接続するスリップリング３６０を提供することによって、機能３３８ＬＣを提供する。下部３４４に設けられた電気コネクタは、別のコネクタ（不図示）と結合することによって、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１からウエハロードセル信号２６４を出力することができる。
【００６６】
下部３４４と上部３４２は、解除可能なコネクタ３６１（図３Ｃ）によって標準的な形で結合している。解除可能なコネクタ３６１は、下部３４４から上部３４２の中空３６２へと達するピストン棒（不図示）で駆動されるカム（不図示）によって、上部３４２と下部３４４とを解除可能な形で結合する。カムは、ボール軸受け（不図示）と係合しており、一部はレース（不図示）から離れる外向きの方向に、そして一部はＶ字形のグルーブ（不図示）に入る方向に、ボール軸受けを推進させる。ボール軸受けは、固く結合された上部３４２と下部３４４とを解除可能な形で保持する。上部３４２と下部３４４を切り離したい場合は、カムを上部３４２から撤回させ、ボール軸受けをＶ字形のグルーブから完全に離すことによって、上部３４２を開放する。
【００６７】
図３Ａおよび図９は、上部３４２の底部３６６を示している。上部３４２の４つのポートは、機能３３８を提供するためのものである。第１のポート３６８は、下部３４４の同様なポート（不図示）と結合することによって、脱イオン水および吸引（矢印３４８を参照）を供給する。第１のポート３６８は、下部３４４の同様なポートから突き出した標準的な円錐シールを収容する。供給される脱イオン水３４８および吸引３４８は、第１のポート３６８を通り、図５Ａ−１に示したＯリング３７０を通過して、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０のネジ切りポート３７４にねじ込まれた図５Ｂ−１のノズル３７２に達する。
【００６８】
図３Ａおよび図１０は、下部３４４の同様なポート（不図示）と結合することによって脱イオン水（矢印３５２を参照）を供給する第２のポート３７６を示している。第２のポート２７６は、下部３４４の同様なポートから突出した標準的な円錐シール（不図示）と結合するシール３７８を有する。脱イオン水３５２は、第２のポート３７６を通り、図５Ａ−２に示したＯリング３８０を通過して、図５Ｂ−２および図１０に示した出口が６つのマニホルドノズル３８２へと流れる。マニホルドノズル３８２は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０のネジ切りポート３７４にねじ込まれている。
【００６９】
図３Ａ、図５Ｂ−２、および図１０は、下部３４４の同様なポート（不図示）と結合することによって空気（矢印２９３を参照）を供給する第３のポート３８４を示している。第３のポート３８４は、下部３４４の同様なポートから突出した標準的な円錐シール（不図示）と結合するシール３８６を有する。空気（矢印２９３を参照）は、第３のポート３８４を通り、図１０に示したＯリング３８８を通過して、出口が１つの流体コネクタ３９０へと流れる。流体コネクタ３９０は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０のネジ切りポート３９２にねじ込まれており、コンジット３９３を介して空気圧ブラダ２９２の入口２９４に接続している。
【００７０】
スピンドル３４６上のスリップリング３６０は、下部３４４のポートの１つに収容されたポゴピンコネクタと結合する下部３４４上のコネクタ（不図示）に接続されている。ポゴピンは、上向きに突き出すことによって、上部３４２のポート４０２に設けられたコネクタ４００の電気接点３９８（図３Ａ）と弾性的にバイアス接触している。ポート４０２は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０が例えば６つのネジ４０４によって上部３４２に接続されたときに、コネクタ４００を押しあてるためのショルダ（不図示）を有する。ポート４０２は、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０に設けられたものとして図５Ａ−２に図示された鍵穴状のポート４０６と並んでいる。鍵穴状のポート４０６は、コネクタ４００を通過させ（コネクタ４００をポート４０２内へと移動させ）るのに十分な大きさを有する。導体４０８は、コネクタ４００から発して鍵穴状のポート４０６を通り、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０に固定されたものとして図４Ａに図示されたロードセル増幅器４１０に達する。ロードセル増幅器４１０は、ロードセル２６３と接続してウエハロードセル信号２６４を受信する。
【００７１】
図５Ａ−３は、機能３３８Ｃを示している。この機能３３８Ｃは、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０上に搭載されたノズル３７２（図５Ｂ−１）に接続するチューブ４１２の形態をとっている。チューブ４１２は、図５Ａ−２に示したメイン軸受けハウジング２５０の通り穴４１４を通って上向きに伸び、図４Ｂに示した押し込み式チューブコネクタ４１６に達する。コネクタ４１６は、吸引チャック２６２に開けられたポート４１８にねじ込まれている。ポート４１８は、吸引または脱イオン水３４８を吸引チャック２６２のマニホルド４２０（図１５）に供給することによって、吸引または脱イオン水３４８を吸引チャック２６２の上面４２２に均一に分配させる。
【００７２】
上面４２２には、多孔層２９７が設けられている。多孔層２９７は、大きめの穴２９７Ｐ（図７）を有した多孔性のセラミック材料で作成される。大きめの穴２９７Ｐは、マニホルド４２０から脱イオン水３４８または吸引３４８を供給するための通路を提供する。大きい穴２９７Ｐは、吸引チャック２６２の全域にわたって均一に設けられているので、マニホルド４２０からの吸引を、吸引チャック２６２の全域にわたって供給することができる。大きい穴２９７Ｐは、同様に、吸引チャック２６２の全域にわたって脱イオン水３４８を供給することもできる。また、ウエハ２０６に直接接触する吸引ホールが少なめ（例えば６つなど）であった従来の使用法と異なり、大きい穴２７９Ｐの大きさは、吸引３４８を適用してもウエハ２０６が変形しない程度である。これらの目的を全て満たすためには、大きい穴２９７Ｐは、大きい孔径を有することが好ましいと考えられ、さらには、約２０から約５０ミクロンの範囲の孔径を有することがより好ましく、さらには、約３０から約４０ミクロンの範囲の孔径を有することが最も好ましいと考えられる。これは、従来のセラミックスが有するサブミクロンから１ミクロンの孔径と比べて大幅に大きい。
【００７３】
図７および図８は、吸引または脱イオン水３４８を吸引チャック２６２の全域にさらに均一に分配させるために、マニホルド４２０の上に設けられ、多孔層２９７の上面４９９の上に広がる、キャリア膜２９８を示している。キャリア膜２９８は、ＲＯＤＥＬという商標名でモデル番号ＲＦ２００として市販されている材料で作成される。キャリア膜２９８には、例えば孔径が０．０１０インチから０．０１５インチの穴、すなわち開口が設けられている。多孔層２９７も多孔特性を有しているので、脱イオン水３４８または吸引３４８を供給するための通路が、キャリア膜２９８から多孔層２９７にかけて連続して提供される。多孔層２９７とキャリア膜２９８とは、互いに連携しあうことによって、マニホルド４２０から吸引チャック２６２の全域へと均一に且つ微細に吸引３４８を分配する。また、キャリア層２９８は、吸引チャック２６２の上面４２２に微粒子が接触するのを阻止する役割を果たすので、後述する洗浄時にウエハ２０６の汚染を阻止することができる。
【００７４】
吸引チャック２６２の操作時に、ウエハ２０６が吸引チャック２６２の上に高精度に搭載されているときは、ウエハ２０６の軸２１４は、ウエハキャリア２０８の軸２１２と同軸に方向付けられている。そして、ウエハ２０６をキャリア膜２９８上に保持するために、第３のポート３８４ひいてはチャックマニホルド４２０に吸引２４８が供給され、キャリア膜２９８下の圧力が引き下げられる。このように減圧すると、大気圧によってウエハ２０６をキャリア膜２９８に押し付けることが可能になる。適切な搭載位置にあるウエハ２０６は、キャリア膜２９８の通路を全てブロックするので、多孔層２９７の穴２９７Ｐを流れる空気は、大幅に減少すると考えられる。ウエハ２０６がキャリア膜２９８上で傾いていたり、あるいはキャリア膜２９８上でのウエハ２０６の位置が上述した同軸位置でなかったりする場合は、圧力検出器２９９Ｄ（図３Ｃ）によって、より沢山の空気がキャリア膜２９８に流れ込むことが検出され、不正確な配置が指摘される。
【００７５】
脱イオン水３４８は、加圧下において第３のポート３８４に供給され、ひいてはマニホルド４２０に供給される。脱イオン水３４８は、マニホルド４２０から多孔層２９７の穴２９７Ｐへと流れ、さらに、多孔層２９７からキャリア膜２９８を通ってウエハ２０６の下に到達する。脱イオン水３４８は、ウエハ２０６全域の圧力差を排除し、ウエハ２０６を吸引チャック２６２から開放し、そして、ウエハとの接触面であるキャリア膜２９８の外面を洗浄する。多孔層の穴２７９Ｐに脱イオン水３４８をさらに流すと、多孔層２９７の穴２９７Ｐからスラリ４２６が押し出されてキャリア膜２９８から流れ出すので、吸引チャック２６２を洗浄し、続くウエハ２０６の研磨に備えることができる。このように、キャリア膜２９８および多孔層２９７を通って脱イオン水３４８が流れると、ウエハ２０６がキャリア膜２９８上に搭載されているときに、ウエハ２０６の下に微粒子が集まる、すなわち蓄積されるのが阻止される。脱イオン水３４８および除去されたスラリ４２６は、中央の閉じ込め容器（不図示）に流れ込む。図５Ｂ−１および図８は、マニホルド３８２から脱イオン水３５２を供給するための機能３３８Ｓを示している。６本のチューブ４３０は、マニホルド３８２の６つの出口４３２に１本ずつ接続される。マニホルド３８２は、空気圧ブラダ２９２の中央開口部および止め環プレート２７９の中央開口部を通って上向きに伸びるので、各チューブ４３０の長さは、止め環ベース２８０からロードセル２６３までの距離の範囲内である。図８の止め環ベース２８０は、内壁４３６から入口４３４を引き入れられた状態で図示されている。このような入口４３４は、内壁４３６を取り囲む形で等間隔に６つ設けられている。内壁４３６は、ハードエンジニアリングプラスチックで作成され、例えば、Ｐｏｒｔ　ＰｌａｓｔｉｃｓによってＥＲＴＡＬＹＴＥ　ＰＥＴ−Ｐの商標名で市販されているポリエチレンテレフタレートなど、補強なしの半結晶性熱可塑性ポリマ材料であって良く、これは、寸法的に安定した入口４３４を提供することができる。各入口４３４には、チューブ４３０の１つと接続するチューブ継ぎ手４３８が設けられている。
【００７６】
脱イオン水３５２は、スピンドル３４６を通ってマニホルド３８２へと供給され、マニホルド３８２は、その脱イオン水３５２をチューブ４３０およびチューブ継ぎ手４３８へと分配する。図１４Ａおよび図１４Ｂは、止め環２８２の一般的な研磨位置を示しており、このとき、ウエハ２０６の露出面２０４と止め環２８２の最上部２９９とは、同一平面上にある、すなわち水平方向に揃っている。また、止め環ベース２８０は、スペース４４０だけ吸引チャック２６２から離れた状態で図示されている。図８および図２２に示すように、チューブ継ぎ手４３８および入口４３４からなる各組み合わせは、側壁４３６内の通路４４２にそれぞれ接続されている。各通路４４２は、一定の角度構成を有することによって、上向きで且つ内向きのノズル４４４を提供する。また、図８には、脱イオン水３５２をスペース４４０に向かわせるように方向付けされた各ノズル４４４が図示されている。また、図２２には、脱イオン水３５２を軸ノズル４４４の円周（すなわち回状）方向（矢印４４５を参照）に方向付けられるようにラジアル方向にずれて設けられた各通路４４２が図示されている。通路４４２は、脱イオン水３５２をノズル４４４に供給し、ノズル４４４は、脱イオン水３５２をスペース４４０へと回状方向に方向付ける。また、図１４Ｂの拡大図には、吸引チャック２６２の上に突出したウエハ２０６の底面（すなわち突出部）４４６に向かってノズル４４４からの脱イオン水（矢印３５２を参照）が流れることが示されている。突出部４４６は、止め環ベース２８０から約０．０４０インチだけ突き出していて良い。また、図１４Ｂには、止め環２８２とウエハ２０６との間の亀裂すなわち環状スリット４５２をスラリ４２６が通る、すなわち浸透することが示されている（矢印４４８を参照）。このような流れ４４８によって、スラリ４２６は、スペース４４０に入ることができる。
【００７７】
ウエハ２０６の底面４４６に向かって方向付けられた脱イオン水３５２は、スペース４４０の上端からスラリ４５０を除去する。ダム４５４は、脱イオン水３５２およびスラリ４２６がスペース４４０の上端から出るのを阻止する。ダム４５４は、ウエハ２０６の突出した底面４４６と、薄く採寸されたスリット４５２とによって規定される。図１４Ａに示すように、出口４５６は、側壁４３８の内部において、ダム４５４の下方であって且つシール４５８に隣接する位置に機械加工されている。出口４５６は、入口のスロープ壁４６２の対面に環状のリップ４６０を提供するように構成されている。そして、環状リップ４６０と、対面のスロープ壁４６２とによって、出口キャビティ４６４が規定される。ウエハキャリア２０８の回転による遠心力の作用下では、ノズル４４４からのスラリ４２６および脱イオン水３５２は、出口キャビティ４６４から出口オリフィス４６６を通るように外へと促される。出口オリフィス４６６は、止め環ベース２８０を通って閉じ込め容器（不図示）に達する。シール４５８は環状であり、キャビティ４６４から出発して環状リップ４６０を覆いながらスペース４４０を横断し、メイン軸受けハウジング２５０と吸引チャック２６２との間にしっかりと固定される（例えば把持される）。このように、スラリ４２６および脱イオン水３５２は、ダム４５４と、シール４５８と、これらに隣接するウエハキャリア２０８の関連構造とによって包含される。脱イオン水３５２は、ウエハ２０６の底面４４６とスペース４４０を洗浄する。出口４５６は、スペース４４０から押し出されたスラリ４２６および脱イオン水３５２を受け取るにあたって、ウエハキャリア２０８の回転以外の他のポンプ機構を一切必要としない。
【００７８】
サブアパチャＣＭＰシステム２００−１は、偏心力ＦＰ−Ｗを繰り返し測定する上記特徴だけでなく、ＣＭＰ操作のための他の機能（一般に参照番号３３８を使用して表される）をも備えている。パッド調整ヘッド２２０の機能３３８には、例えば、チャック３２２上のパック２１８を感知するための機能３３８ＰＳと、パック２１８をパージ（浄化）するための機能３３８ＰＰと、ロードセル３２４のための機能３３８ＬＣＰとが含まれる。このような機能３３８は、ＣＭＰ操作を妨げることなくＣＭＰ操作に使用することができる。パッド調整ヘッド２２０のこれらの機能３３８を考慮しながら、図１６Ａおよび図１６Ｂの三次元分解図と、図１７Ａの三次元図と、図１９Ａの断面図とを参照する。以下の説明では、上述したものと同じ構成要素または上述したものに非常に類似した構成要素を、前掲の参照番号に３００を加えた参照番号を使用して説明するものとする。
【００７９】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、第１の実施形態２００−１の構成要素の組み立てを示しており、図中には、パック軸受けおよびロードセルプレート３０８を固定された回転式ツール交換器６４０が含まれている。回転式ツール交換器６４０は、上部６４２と下部６４４とを含む（図１７Ｃ）。下部６４４は、下部６４４を回転させ、下部６４４に垂直上向きおよび垂直下向きの力を加える、スピンドル３４６に取り付けられている。図１７Ｃに示すように、スピンドル６４６は、コンジット６５０を通して脱イオン水（ＤＩ水）６４８などの流体を下部６４４に供給し、チャック３２２での使用に備えることによって、機能３３８ＰＰを提供する。また、スピンドル６４６は、コンジット６９６を通して下部６４４に吸引６９５を供給し、チャック３２２上におけるパック２１８の存在の有無の感知に備えることによって、機能３３８ＰＳを別個に提供する。
【００８０】
スピンドル６４６は、また、システム（不図示）に接続されたスリップリング６６０を提供し、パックロードセル信号３２６の処理に備え、研磨操作の期間にパック２１８から研磨パッド２０９へと作用する加えられる力を決定することによって、機能３３８ＬＣＰを提供する。スリップリング６６０は、下部６４４のポート（不図示）の１つに収容されたポゴピンコネクタと結合する下部６４４上のコネクタ（不図示）に接続されている。図１７Ａからわかるように、ポゴピンは、上向きに突き出すことによって、上部６４２のポート７０２内に設けられたコネクタ７００の電気接点６９８と弾性的にバイアス接触する。ポート７０２は、パック軸受けおよびロードセルプレート３０８が例えば６つのネジ７０４によって上部６４２に接続されたときにコネクタ７０４を押しあてるためのショルダ（不図示）を有する。ポート７０２は、プレート（チャック軸受けおよびロードセルプレート）５６０に設けられた状態で図１６Ｂに図示されたポート７０６と並んでいる。ポート７０６は、コネクタ７００を通過させ（コネクタ７００をポート７０２内へと移動させ）るのに十分な大きさを有する。導体７０８は、コネクタ７００から発してポート７０６を通り、プレート５６０に固定されたものとして図１６Ｂに図示されたロードセル増幅器７１０に達する。ロードセル増幅器７１０は、ロードセル３２４と接続し、パックロードセル信号３２６を受信する。
【００８１】
下部６４４と上部６４２とは、上述した標準的な形で、すなわち解除可能なコネクタ６６１（図１７Ｃ）によって結合している。上述した構造は、上部６４２と下部６４４とを解除可能な形で結合させる。コネクタ６６１は、２つの加圧空路によってピストン（不図示）が作動することによって、上部６４２を下部６４４に固定させたりこれら２つの部分を引き離したりする。
【００８２】
パックは、研磨によって生じる異物および他の材料を除去するためにパージされる。パック２１８は、図１６Ａ、図１６Ｂ、および図１９Ｂにおいて、互いに張り合わされた２枚のディスク状の層９０２Ａおよび９０２Ｂを含むものとして図示されている。第１の層９０２Ａは、穿孔９０３を設けられた炭素鋼で作成されている。穿孔９０３は、大きさが例えば約０．０５０のアパチャで良い。穿孔９０３は、第１の層２０９Ａの全域に均一に分布している。穿孔を設けられた炭素鋼の層９０２Ａは、ニッケル鍍金されている。穿孔を設けられニッケルを鍍金された層２０９Ａは、次いで、ダイアモンド材料を塗布される。第１の層２０９Ａは、直径が約９．５インチの円盤の形をとっており、これは、止め環２８２の外側部分の直径および第２の層２０９Ｂの直径と一致している。第２の層２０９Ｂは、接着層で裏打ちされた磁気ディスクである。第２の層２０９Ｂは、小さめの穿孔すなわち開口部９０４を設けられている。開口部９０４の大きさは、例えば、約０．０１０インチから約０．０１５インチの範囲で良い。パック２１８は、第２の層９０２Ｂが研磨ヘッド２２０に接する形でパッド調整ヘッド２２０の上に搭載されるので、研磨パッド２０９に面するのはダイアモンドを塗布された表面である。
【００８３】
パック２１８をパージするための機能３３８ＰＰは、上部６４２を含んでいる。図１７Ａ、図１７Ｃ、図１９Ｂ、および図２０は、上部６４２の底部６６６を示している。上部６４２の３つのポートは、機能３３８のために設けられている。第１のポート６６８は、下部６４４の同様なポートと結合することによって、脱イオン水（矢印６４８を参照）を供給し、パージ操作に備える。脱イオン水６４８は、第１のポート６６８を通り、Ｏリング６８０を通過して、パック軸受けおよびロードセルプレート３０８のネジ切りポート６７４にねじ込まれた図２０の継ぎ手６７２へと流れる。継ぎ手６７２は、チューブすなわちコンジット７１２に接続されている。チューブ７１２は、メイン軸受けハウジング３０６（図１６Ａ）の通り穴７１４を通って継ぎ手６７２から上向きに伸び、押し込み式チューブコネクタ７１６に達する。押し込み式チューブコネクタ７１６は、チャック３２２に開けられたポート７１８にねじ込まれている。ポート７１８は、脱イオン水６４８をチャック３２２のマニホルド７２０に供給し、脱イオン水６４８をチャック３２２の上面７２２に均一に分配するものとして、図１６Ｂに図示されている。チャック３２２は、上面７２２の上方に突き出したリップ９００を設けられている。リップ９００は、脱イオン水６４８のプールすなわちリザーバをチャック３２２上に保持するダムを規定している。脱イオン水６４８は、好ましくは約２００〜３０００ｃｃｍの流量率で、より好ましくは約４００〜２０００ｃｃｍの流量率で、最も好ましくは約１，０００〜１，２００ｃｃｍの流量率でチャック３２２に供給され、パック２１８の穿孔および開口部を通ってマニホルド７２０から流れ出し、さらに、パック２１８を通り過ぎてリップ９００をゆっくりと越えることによって、チャック３２２からゆっくりと流れ落ちる。このようにして、チャック３２２上のパック２１８が脱イオン水６４８に浸され、パック２１８を通って流れる脱イオン水がパック２１８をパージする、すなわち洗浄するので、これは、パック２１８によって研磨パッド２０９を所望の状態に維持するのに有用である。
【００８４】
図１９Ａおよび図２１は、コンジット６９６によって吸引６９５を供給されるポート９２０として構成された機能３３８ＰＳを示している。ボア９２２は、このポート９２０を、パック軸受けおよびロードセルプレート３０８上に搭載されたノズル９２４に接続する。チューブ９２６は、ノズル９２４に接続され、メイン軸受けハウジング３０６内の通り穴９２８を通って上向きに伸びる。チューブ９２６は、メイン軸受けハウジング３０６に固定された継ぎ手９３０に接続される。継ぎ手９３０は、メイン軸受けハウジング３０６に開けられ且つマニホルド７２０の隆線９３４に揃えられたボア９３２に、吸引６９５を供給する。ボア９３２は、隆線９３４の最上部に達する。パック２１８がチャック３２２上に高精度に配置されているときは、ボア９３２への空気の流入が阻止されるので、ボア９３２内の圧力は低下する。この圧力低下は、コンジット６９６内の圧力低下として反映される。コンジット６９６は、圧力センサ２９９Ｄ（図３Ｃ）に類似した圧力センサなどの圧力センサに接続される。圧力センサは、圧力の低下を検知すると、パック２１８がチャック３２２上に高精度に配置されていると判断する。パック２１８がチャック３２２上に部分的にのみ配置されている場合、あるいはチャック３２２上にパック２１８が全く配置されていない場合は、ボア９３２への空気の流入が阻止されないので、ボア９３２内ひいてはコンジット６９６内の圧力は低下しない。従って、圧力センサは、パック２１８がチャック３２２上に高精度に配置されていない、あるいは全く配置されていないと判断する。このため、研磨操作は中断することが望ましい。
【００８５】
図２３からわかるように、本発明は、ウエハ２０６とＣＭＰ研磨パッド２０９との相対運動を制御する方法を提供する。この方法は、ウエハ２０６を吸引チャック２６２の上に搭載する操作１０００を含んで良い。上述したように、ウエハ２０６はこのとき、対称軸とみなしえる軸２１４を有する。この搭載位置は、ウエハの軸２１４の初期位置として上述されている。方法は、操作１００２に進み、図１Ｂに示すように、研磨パッド２０９の軸２１０と搭載されたウエハ２０６の対称軸２１４とをオフセットする。軸２１０は、研磨パッドが回転する際の基軸である。方法は、続いて操作１００４に進み、図１Ｂの矢印２０９Ｖで示したような対称軸２１４に平行な方向に、研磨パッド２０９とオフセットウエハ２０６とを互いに向けて押しあてる。回転式ツール交換器によって、ウエハキャリア２０８を上向きに押しあてるとともに、吸引チャック２６２をウエハキャリア２０８の軸２１２の方向に固定することによって、押しあて操作１００４は、研磨パッド２０９から、搭載されたウエハ２０６の対称軸２１４から偏心した位置へと、力ＦＰ−Ｗなどの研磨力を作用させる。上述したように、ウエハ２０６は、研磨力ＦＰ−Ｗに応じて傾く傾向があるので、対称軸２１４は、研磨パッド２０９の回転軸である軸２１０に平行な状態からずれやすい。押しあて操作の期間に、方法は操作１００６に進み、搭載されたオフセットウエハ２０６を、傾こうとする傾向に抵抗しつつ、回転軸２１０に平行な方向に且つウエハ軸２１４の初期位置に沿って運動させる。ウエハ軸２１４の初期位置に沿った運動は、例えば、図２Ａの力ＦＰ−ＷＶに応じて生じるものであり、偏心力ＦＰ−Ｗに応じて生じる直動軸受２３２の操作を反映している。方法は、また、操作１００８に進み、押しあて操作および抵抗操作の期間に、回転軸２１０の方向に平行なウエハ２０６の運動を測定することによって、研磨力すなわち力ＦＰ−Ｗの値を示して良い。こうして、図２３に示した操作が完了する。
【００８６】
図２４からわかるように、本発明のもう１つの態様は、ウエハ２０６を搭載し、研磨表面を有した研磨パッド２０９によって実施される研磨操作に備える方法を提供する。方法は、ウエハ２０６を吸引チャック２６２の上に搭載することによって、ウエハ２０６の対称軸２１４から偏心して加えられるものとして図１Ｂに示された研磨パッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する、操作１０１０からスタートして良い。ウエハ２０６は、図１４Ｂでは、対称軸２１４に軸対称である端部、すなわち周辺部３０１を有するものとして図示されている。対称軸２１４は、通常は、研磨パッド２０９の露出面に垂直である。方法は、次いで操作１０１２に進み、ウエハ２０６の周辺部３０１を取り囲む第１の位置（図１２Ａ）を有した止め環を提供することによって、対称軸２１４に垂直な方向へのウエハ２０６の運動を制限する。方法は、次いで操作１０１４に進み、研磨パッド２０９の露出面とウエハ２０６とを互いに向かって押しあてることによって、研磨パッド２０９からウエハ２０６へと研磨力ＦＰ−Ｗを作用させる。研磨力ＦＰ−Ｗは、ウエハ２０６およびその対称軸２１４を研磨表面に垂直な状態から逸らす傾向がある。方法は、次いで操作１０１５に進み、研磨パッド２０９の露出面と止め環２８２とを互いに向かって押しあてることによって、研磨パッド２０９から止め環２８２に研磨力ＦＰ−Ｗを作用させる。この研磨力ＦＰ−Ｗは、止め環２８２およびその対称軸２８８をそれぞれ研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な状態から逸らす傾向がある。方法は、次いで操作１０１８に進み、直動軸受２５３の作用によって、傾こうとする止め環２８２の傾向に抵抗する。このような抵抗によって、止め環２１８の運動は、研磨パッド２０９の露出面に垂直な方向に制限される。このように、力ＦＰ−Ｒに応じて止め環２８２が許される運動（すなわち軸２１２，２１４の初期位置に平行な運動）は、上述したように、力ＦＰ−Ｗに応じて吸引チャック２６２および吸引チャック２６２上のウエハ２０６が許される運動（すなわち軸２１２，２１４の初期位置に平行な方向）と同方向である。このような抵抗は、さらに、偏心力ＦＰ−Ｗの繰り返し測定を容易にする。従って、操作１０１８による抵抗があれば、ウエハキャリア２０８に加わる力ＦＰ−Ｗは、上で明示されたように、たとえ偏心して加えられた場合でも高精度に測定できると考えられる。方法は、また、操作１０１９に進み、押しあて操作１０１４，１０１５および抵抗操作１０１８の期間に、回転軸２１９に平行な方向へのウエハ２０６の運動を測定して良い。上で明示したように、この測定は、研磨力の値すなわち力ＦＰ−Ｗを高精度に示すことができる。こうして、図２４に示した操作が完了する。
【００８７】
図２５に示したように、操作１０１５は、吸引チャック２６２から離れた位置にプレート２６０を設ける下位操作１０２２を含んでいて良い。操作１０１５は、また、チャック軸受けおよびロードセルプレート２６０と止め環２８２との間に空気圧ブラダ２９２を設ける下位操作１０２４を含んでいて良い。操作１０１５は、また、第１の圧力の流体で空気圧ブラダ２９２を膨らませるなどによってブラダ２９２を操作する下位操作１０２５をさらに含んで良い。このような膨張は、止め環２８２と研磨パッド２０９とを互いに向かって運動させる。
【００８８】
図２６からわかるように、本発明のもう１つの態様は、ウエハ２０６と化学機械加工パッド２０９との相対運動を制御するための方法を提供する。方法は、吸引チャック２６２の上にウエハ２０６を搭載する操作１０４０を含んでいて良い。このとき、ウエハ２０６は、パッド２０９の研磨表面に垂直で且つキャリアの軸２１２と同軸で且つパッド２０９の回転軸２１１に平行である対称軸２１４を有する。方法は、操作１０４２に進み、パッド２０９の回転軸２１１と、搭載されたウエハ２０６の対称軸２１４とをオフセットする。方法は、次いで操作１０４４に進み、パッド２０９の研磨表面がウエハ２０６に向かう運動に抵抗する。チャックサポートプレート２６０は、このために提供されたものである。吸引チャック２６２は、チャックサポートプレート２６０に対して相対的に運動することができる。方法は、操作１０４６に進み、吸引チャック２６２を取り囲む止め環ユニット（例えば輪２８２とベース２８０とからなる）を提供することによって、ウエハ２０６を吸引チャック２６２の上に保持する運動に備える（例えば図１２Ｂのようにウエハ２０６を吸引チャック２６２上に配置する手助けとする）。止め環２８２は、また、ウエハ２０６をパッド２０９の研磨表面に対して露出させ、研磨に備えても良い（図１４Ａ）。方法は、次いで操作１０４８に進み、吸引チャック２６２と、チャックサポートプレート２６０と、止め環ユニット（２８０，２８２）とに、複数の直動軸受アセンブリ対２３０，２３２を提供する。各アセンブリはハウジング２５４，２７４をそれぞれ有し、各ハウジングはパッド２０９の研磨表面に垂直な軸受け中心軸をそれぞれ伴う。各直動軸受アセンブリは、対応するハウジング２５４，２７４にそれぞれ収容される直動シャフト２５８，２７８を有する。第１の直動軸受アセンブリセット２５２は、吸引チャック２６２と止め環ユニット（２８０，２８２）との間に設けられ、第２の直動軸受アセンブリセット２７０は、吸引チャック２６２とチャックサポートプレート２６０との間に設けられる。方法は、次いで操作１０５０に進み、チャックサポートプレート２６０を軸２１２に沿って固定位置に保持することによって、ウエハ２０６に向かって生じるパッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する。あるいは、チャックサポートプレート２６０をパッド２０９に向かって推し進めても良い。いずれの場合も、パッド２０９は、搭載されたウエハ２０６および止め環２８２に対し、対称軸２１４から偏心した位置に研磨力ＦＰ−Ｗを加える。ウエハ２０６および吸引チャック２６２は、研磨力ＦＰ−Ｗに応じて傾く傾向があるので、対称軸２１４は、回転軸２１０に平行な状態からずれやすい。図２７からわかるように、保持操作１０５０の期間には、第１の直動軸受アセンブリセット２５２によって、止め環２８２の運動を対称軸２１４に平行な運動に有効に制限する、操作１０５２が実施される。例えば、チャックサポートプレート２６０が保持されている期間には、第２の直動軸受アセンブリセット２７０によって、チャックサポートプレート２６０に対する吸引チャック２６２の相対運動を対称軸２１４に平行な運動に有効に制限する、操作１０５４が実施される。
【００８９】
図２８からわかるように、本発明は、ウエハ２０６とＣＭＰ研磨パッド２０９との相対運動を制御する方法を提供する。方法は、ウエハ２０６の露出面２０４が研磨パッド２０９の研磨表面に平行な状態で、ウエハ２０６を吸引チャック２６２の上に搭載する、操作１０６０を含んでいて良い。方法は、操作１０６２に進み、研磨パッド２０９の回転軸２１０を、搭載されたウエハ２０６の対称軸２１４から両者が平行な状態でオフセットさせることによって、ウエハ２０６の初期方向を規定する。方法は、次いで操作１０６４に進み、研磨パッド２０９の研磨表面と、搭載されオフセットされたウエハ２０９とを互いに近づかせ、ウエハの露出面２０４を研磨パッドの研磨表面に対抗させることによって、搭載されたウエハ２０６に対し、対称軸２１４から偏心した力ＦＰ−Ｗを作用させる。図２９からわかるように、操作１０６６は、例えば直動軸受アセンブリ２５３からなる配列２６５を、搭載されたウエハ２０６に隣接する位置に設ける。操作１０６４における移動期間に、方法は操作１０６８に進み、ウエハ２０６が初期方向からずれる運動を実質的に制限し、搭載されたウエハ２０６の運動をウエハの露出面２０４が研磨パッド２０９の研磨表面に平行な方向にのみ可能にする。押しあて操作および抵抗操作の期間に、方法は操作１０７０にも進み、搭載されたウエハ２０６の露出面２０４と研磨パッド２０９の研磨表面とが平行な方向にウエハ２０６が運動できる量を測定する。これは、露出面２０４に作用する研磨力の正味の量を表している。
【００９０】
本発明は、また、パッド調整パック２１８と化学機械加工パッド２０９との相対運動を制御する方法を提供する。図３０からわかるように、方法は、対称軸２２４を有したパッド調整パック２１８をチャック３２２の上（の初期位置）に搭載する操作１０８０を含んでいて良い。方法は、次いで操作１０８２に進み、パッド２０９の回転軸２１１と、搭載されたパッド調整パック２１８の対称軸２２４とを、平行関係のままオフセットする。方法は、次いで操作１０８４に進み、オフセットされたパッド調整パック２１８に向かってパッド２０９を（初期位置にある）回転軸２１０に平行な方向に押しあてることによって、パッド２０９から搭載されたパッド調整パック２１８に対し、対称軸２２４から偏心した調整力ＦＰ−Ｃを作用させる。パッド調整パック２１８は、調整力ＦＰ−Ｃに応じて傾く傾向があるので、対称軸２２４は、回転軸２１１に平行な状態からずれやすい。押しあて操作１０８４の期間に、方法は操作１０８６に進み、搭載されオフレットされたパッド調整パック２１８を、傾こうとする傾向に抵抗しつつ回転軸２１１に平行な方向に運動させる。方法は、また、操作１０８８に進み、押しあて操作１０８４および抵抗操作１０８６の期間に、回転軸２１１の方向に平行なパッド調整パック２１８の運動を測定することによって、調整力ＦＰ−ＣＶの値を示して良い。本発明にしたがうと、このような表示は、上で明示されたように正確な表示で良い。
【００９１】
図３１からわかるように、本発明は、化学機械加工パッド２０９とパッド調整パック２１８との相対運動を制御する方法も提供する。方法は、パッド調整パック２１８をチャック３２２の上に搭載する操作１０９０を含んでいて良い。このとき、パッド調整パック２１８は初期の対称軸２２４を有しており、パッド調整パック２１８の表面はパッド２０９の研磨表面に平行である。パッド２０９は、回転軸２１１を有する。方法は、操作１０９２に進み、パッド２０９の回転軸２１１を、搭載されたパッド調整パック２１８の対称軸２２４からオフセットする。方法は、次いで操作１０９４に進み、チャックサポートプレート３０８を提供することによって、パッド調整パック２１８に向かうパッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する。このとき、チャック３２２は、チャックサポートプレート３０８に対して相対運動することができる。方法は、次いで操作１０９６に進み、チャック３２２およびチャックサポートプレート３０８に複数の直動軸受アセンブリ対３０４を提供する。各直動軸受アセンブリ３０４はハウジング３１６をそれぞれ有し、各ハウジング３１６はパッド２０９の研磨表面に垂直な軸受け中心軸をそれぞれ伴う。各直動軸受アセンブリ３０４は、対応するハウジング３１６に収容された直動シャフト３２０をそれぞれ有する。直動軸受アセンブリ３０４は、チャック３２２とチャックサポートプレート３０８との間に位置する。方法は、次いで操作１０９８に進み、チャックサポートプレート３０８を固定位置に保持することによって、パッド調整パック２１８に向かうパッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する。パッド２０９は、搭載されたパッド調整パック２１８に対し、対称軸２２４から偏心した位置に調整力ＦＰ−Ｗを加える。チャック３２２およびチャック３２２上のパッドパック２０９は、調整力ＦＰ−Ｃに応じて傾く傾向があるので、対称軸２２４は、回転軸２１１に平行な状態からずれやすい。チャックサポートプレート３０８を固定位置で保持する期間に、方法は、操作１０９８に進む。このとき、パッド調整パック２１８は、直動軸受アセンブリ３０４によって、パッド２０９の研磨表面とパッド調整パック２１８とが互いに近づく運動に、有効に抵抗することができる。図３１からわかるように、方法は、操作２０００に進むことによって、チャックサポートプレート３０８に対するチャック３２２の相対運動を、対称軸２２４の初期位置に平行な運動に限定する。このようにして、パッド調整パックの表面は、研磨表面に平行な状態で維持される。方法は、操作２００２に進み、制約を受けているチャックサポートプレート３０８に対するチャック３２２の運動を感知することによって、調整力ＦＰ−ＣＶの正確な値を示して良い。
【００９２】
図３３からわかるように、本発明による方法のもう１つの態様は、パッド調整パック２１８をパージして化学機械研磨パッド２０９の調整に備える方法に関する。方法は、流体６４８が通りえる開口部９０３，９０４をパッド調整パック２１８に設ける操作２０３０からスタートする。方法は、次いで操作２０３２に進み、パックキャリア２２０に上面を設け、パッド調整パック２１８の周辺端部にリップ９００を設ける。方法は、次いで操作２０３４に進み、パックキャリアの構成を吸引チャック２６２のマニホルド４２０の構成に適合させることによって、パックサポートキャリア２２０の表面全体に流体６４８を分布させる。方法は、次いで操作２０３６に進み、パックサポート表面が水平に方向付けられ且つリップ９００がパックサポート表面から上向きに突き出すように、パッド調整パック２１８を配置する。方法は、次いで操作２０３８に進み、チャックサポートプレート３０８およびパックキャリア２２０のセクション６４２を通ってパックサポート表面に達するポート９２０およびダクト９２６を形成する。このとき、パックサポート表面には、パッド調整パック２１８が設けられている。方法は、次いで操作１０４０に進み、流体である脱イオン水６４８を、パックキャリア２２０を通してポート９３２へと供給することによって、パックキャリア２２０の構成（すなわちマニホルド）が、リップ９００より内側のパックサポート表面全体に脱イオン水６４８を分布させ、そのリザーバの脱イオン水にパッド調整パック２１８を浸せられるようにする。供給とは、脱イオン水６４８がパッド調整パック２１８の穴９０３および開口部９０４を通ってマニホルド７２０から外向きに流れ出て、パッド調整パック２１８を通過し、リップ９００の上をゆっくりと流れることによって、チャック３２２からゆっくりと流れ落ちる滝を形成することなどを意味する。このように、チャック３２２上のパッド調整パック２１８が脱イオン水６４８に浸され、パッド調整パック２１８を通って流れる脱イオン水６４８がパッド調整パック２１８をパージする、すなわち洗浄するので、これは、パッド調整パック２１８によって研磨パッド２０９を所望の状態に維持する手助けとなる。
【００９３】
図３４からわかるように、本発明による方法のもう１つの態様は、研磨パッドを調整する方法に関する。方法は、操作２０５０からスタートする。操作２０５０では、パック２１８の対称軸２２４が研磨パッド２１８の研磨表面に垂直になり、且つ研磨パッド２０９の調整表面が研磨表面に平行になる状態で、パック２１８をチャック３２２の上に搭載する。方法は、次いで操作２０５２に進み、研磨パッド２０９の回転軸２１１を、搭載されたパック２１８の対称軸２２４から両者が平行な状態でオフセットすることによって、パック２１８の初期方向を規定する。方法は、次いで操作２０５４に進み、研磨パッド２１８の研磨表面と、パックの調整表面２１８ｂとを、互いに近づかせることによって、搭載されたパック２１８の調整表面を、研磨パッド２０９の研磨表面に抵抗させる。方法は、次いで操作２０５６に進み、３１０などの直動軸受アセンブリからなる配列２６５を、搭載されたパック２１８に隣接する位置に提供する。
【００９４】
図３５からわかるように、方法は、次いで操作２０５８に進み、操作２０５４の期間に、初期方向からずれる運動を実質的に制限することによって、搭載されたパック２１８の運動を、パック２１８の調整表面が研磨パッド２１８の研磨表面に平行である方向にのみ可能にする。方法は、次いで操作２０６０に進み、運動を制限された運動操作２０５４の期間に、その制限された運動を感知することよって、パック２１８の調整表面に加えられる研磨力ＦＰ−Ｃの正確な値を示す。
【００９５】
図３６からわかるように、本発明による方法のもう１つの態様は、研磨パッドを調整する方法に関する。方法は、操作２０７０からスタートする。操作２０７０では、パック２１８の対称軸２２４が研磨パッド２１８の研磨表面に垂直になり、且つパックの調整表面か研磨パッドの研磨表面に平行になる状態で、パック２１８をチャック３２２の上に搭載する。方法は、次いで操作２０７２に進み、搭載されたパック２１８の対称軸２２４から、回転軸２１０を軸２１０と軸２２４とが平行な状態でオフセットさせることによって、パック２１８の初期方向を規定する。方法は、次いで操作２０７４に進み、研磨パッド２１８の研磨表面と、パック２１８の調整表面とを、互いに近づかせる。方法は、次いで操作２０７６に進み、直動軸受アセンブリ３１０からなる配列２６５を、搭載されたパック２１８に隣接する位置に提供する。図３７からわかるように、方法は、次いで操作２０７８に進み、運動操作２０７４の期間に直動軸受アセンブリ３１０を使用することによって、初期方向からずれる運動を実質的に制限し、搭載されたパック２１８の運動を、調整表面が研磨表面に平行である方向のみに制限する。方法は、次いで操作２０８０に進み、制限された運動を感知することによって、調整表面に加えられる研磨力ＦＰ−Ｃの正確な値を示す。
【００９６】
図３８は、リニアモータ２９０に収容される流体２９３にかかる圧力Ｂが、研磨パッド２０９と止め環２８２および研磨パッド２０９とウエハ２０６とのオーバーラップ量ＯＬ（図１Ｂ）に応じてどのように変化するかを示したグラフである。上述したように、例えばウエハ２０６の露出領域２０４Ｒを均一に研磨するためには、露出したどの接触領域２０４Ｒにも均一な量の圧力をかけることが望ましい。露出した接触領域２０４Ｒの面積が増大するとともに力ＦＰ−Ｗが増すと、圧力の量は均一になると考えられる。研磨パッド２０２が、１枚のウエハ２０６に対して実施される研磨操作の間ずっと矢印２０９Ｈの方向に運動すること、そして、研磨パッド２０９に接触される露出領域の面積が、このような研磨パッドの運動によって変動することから、ウエハ２０６にかかるＦＰ−Ｗは、高精度に変動させなければならない。そして、ウエハロード信号２６４を処理し、ウエハキャリア２０８に上向きに加えられる力（図１ＢのＦを参照）を必要に応じて調整することによって、研磨パッド２０９からウエハ２０６およびウエハキャリア２０８に対し、適切な力ＦＰ−Ｗを加える。図３８に示したタイプのグラフは、リニアモータ２９０に収容される流体２９３にかかる圧力Ｂを、任意の所定の時間Ｔ１における研磨パッド２０９と止め環２８２および研磨パッド２０９とウエハ２０６とのオーバーラップ量ＯＬ（図１Ａ）に応じて選択するために使用して良い。
【００９７】
以上では、理解を明確にする目的で本発明を詳細に説明したが、添付した請求項の範囲内で、一定の変更および修正を加えられることは明らかである。従って、上述した実施形態は、例示を目的としたものであって限定的ではなく、本発明は、本明細書で取り上げた項目に限定されず、添付した請求項の範囲および均等物の範囲内で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
１つの研磨ヘッドが、ウエハキャリアによって運ばれるウエハと、研磨パッド調整器によって運ばれるパックとの両方に、各キャリアの中心軸から偏心してそれぞれ接触する、第１の実施形態を示した平面図である。
【図１Ｂ】
図１Ａの第１の実施形態において、それぞれのキャリアに関して、その中心軸と、偏心した接触の結果として生じる偏心力とを示す立面図である。
【図２Ａ】
第１の実施形態において、メイン軸受けハウジングとチャック軸受けプレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリ、メイン軸受けプレートと止め環軸受けプレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリという２つの別個の直動軸受構造が示す立面図である。
【図２Ｂ】
第２の実施形態によるパッド調整ヘッドおよびメイン軸受けハウジングとチャック軸受けおよびロードセルプレートとの相対運動の方向を限定するための直動軸受構造を示す立面図である。
【図３Ａ】
第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素、および回転式ツール交換器（ＲＴＣ）の上部の底面を示す三次元図である。
【図３Ｂ】
第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素、およびウエハキャリアの吸引チャックの上面を示した三次元図である。
【図３Ｃ】
キャリアヘッドを支持し且つキャリアヘッドに機能を提供するためのスピンドル（点線で図示）を、研磨ヘッドとともに示すウエハキャリアの概略図である。
【図４Ａ】
第１の実施形態の構成要素を上から見た場合の分解斜視図である。
【図４Ｂ】
第１の実施形態の構成要素を下から見た場合の分解斜視図である。
【図５Ａ−１】
図４Ｂに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図５Ａ−２】
図４Ｂに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図５Ａ−３】
図４Ｂに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図５Ｂ−１】
図４Ａに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図５Ｂ−２】
図４Ａに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図５Ｂ−３】
図４Ａに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図６Ａ】
内部構造の断面を得るための様々な切断線を示すウエハキャリアの平面図である。
【図６Ｂ】
チャック軸受けおよびロードセルプレートに固定して取り付けられたメイン軸受けハウジングと、メイン軸受けハウジング上の真円直動軸受の中に設けられたチャック軸受けおよびロードセルプレートの軸受けシャフトと、ロードセルのロードセンサボタンを押すメイン軸受けハウジングの中心とを示す図６Ａの線６Ｂ−６Ｂで切り取った横断立面図である。
【図７】
止め環軸受けプレートに可動な状態で接続されたメイン軸受けハウジングと、メイン軸受けハウジング上の真円直動軸受の中に設けることによって、チャック軸受けおよびロードセルプレート上に搭載された止め環ベースの運動を制限する、同プレートの軸受けシャフトとを示す図６Ａの線７−７で切り取った横断立面図である。
【図８】
ウエハの研磨に使用される流体を供給する各種のコネクタを含む機能を示す図６Ａを線８−８で切り取った断面図であり。
【図９】
吸引チャックに脱イオン水と吸引を供給する流体コネクタを切り取って示す図６Ａを線９−９に沿って切り取った断面図である。
【図１０】
流体マニホルドおよびロードセルプレートを切り取って示し、流体マニホルドから止め環ベース内の６つのノズルへとそれぞれ脱イオン洗浄水を供給するための６つの脱イオン水コンジットの１つを示す図６Ａを線１０−１０に沿って切り取った断面図である。
【図１１】
ネジによってＲＴＣの上部に取り付けられた同プレートを示すチャック軸受けおよびロードセルプレートの横断立面図である。
【図１２Ａ】
止め環ベースは、ＣＭＰ操作に先立ってウエハを吸引チャック上に配置できるように、フル係合の状態にある状態を示す図７の一部を拡大して示した断面図である。
【図１２Ｂ】
図１２Ａの一部をさらに拡大して示した断面図である。
【図１３Ａ】
止め環ベースは、ウエハキャリアからウエハを容易に取り外せるように、ウエハから離れた非係合の位置にある状態を示す図７の一部を拡大して示した断面図である。
【図１３Ｂ】
図１３Ａの一部をさらに拡大して示した断面図である。
【図１４Ａ】
止め環ベースは、ウエハの露出面を研磨するとともにウエハのベースに脱イオン水を吹き付けられるように、研磨の位置にある状態を示す図７の一部を拡大して示した断面図である。
【図１４Ｂ】
図１４Ａの一部をさらに拡大して示した断面図である。
【図１５】
止め環ベースが切り取られて示されており、ウエハキャリアの内部からスラリと脱イオン洗浄水を取り除くための出口を示す図６Ａを線１５−１５に沿って切り取った断面図である。
【図１６Ａ】
第１の実施形態の構成要素を下から見た場合の分解斜視図である。
【図１６Ｂ】
第１の実施形態の構成要素を上から見た場合の分解斜視図である。
【図１７Ａ】
回転式ツール交換器（ＲＴＣ）の上部の底面を示す第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素を示した三次元図である。
【図１７Ｂ】
ＲＴＣの上部の上面を示す第１の実施形態によるパックキャリアの構成要素を示した三次元図である。
【図１７Ｃ】
キャリアヘッドを支持し且つキャリアヘッドに機能を提供するためのスピンドル（点線で図示）を研磨ヘッドとともに示すウエハキャリアの概略図である。
【図１８】
断面を得るための線が示されているパックキャリアの平面図である。
【図１９Ａ】
パックがチャック上に正しく配置されているか否かを決定するためのチャックに至る吸引コンジットを示す図１８を線１９Ａ−１９Ａに沿って切り取った断面図である。
【図１９Ｂ】
チャックとともに使用される直動軸受を示す図１８を線１９Ｂ−１９Ｂに沿って切り取った断面図である。
【図２０】
脱イオン水を供給してチャック上のパックをパージするためのコンジットを示す図１８を線２０−２０に沿って切り取った断面図である。
【図２１】
パックキャリアのベースから発する吸引コンジットを示す図１８を線２１−２１に沿って切り取った断面図である。
【図２２】
止め環ベース内に設けられ、脱イオン洗浄水を供給するための、６つの脱イオン水ノズルのうち、キャリア軸を含んだ平面に対して一定の角度をなすことによって、脱イオン水の一部を止め環の円周方向に方向付ける３つのノズルを示す図６Ａのウエハ露出面に対して一定の角度をなしたウエハキャリアの断面図である。
【図２３】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図２４】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図２５】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図２６】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図２７】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図２８】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図２９】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３０】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３１】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３２】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３３】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３４】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３５】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３６】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３７】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図３８】
止め環用のモータにかかる圧力が、研磨パッドと止め環および研磨パッドとウエハのオーバーラップの量に応じてどのように変動するかを示したグラフである。
【符号の説明】
２００−１…サブアパチャＣＭＰシステム
２０２…研磨ヘッド
２０４…ウエハの露出面
２０４Ｒ…ウエハの選択領域
２０６…ウエハ
２０８…キャリア
２０９…研磨パッド
２１０…研磨ヘッドの軸
２１１…研磨パッドの軸
２１２…ウエハキャリアの軸
２１６Ｒ…パックの選択領域
２１８…パック
２２０…パッド調整ヘッド
２２２…パッド調整ヘッドの軸
２２４…パックの軸
２３０，２３２…複合直動軸受構造
２５０…メイン軸受けハウジング
２５２…直動軸受セット
２５３…直動軸受
２５４…スリーブ
２５６…スリーブの底部
２５８…軸受けシャフト
２６０…チャック軸受けおよびロードセルプレート
２６２…吸引チャック
２６３…ロードセル
２６４…ウエハロード信号
２６５…直動軸受の配列
２６６…環状の経路
２７０…直動軸受セット
２７２…直動軸受
２７４…スリーブ
２７６…スリーブの底部
２７８…軸受けシャフト
２７９…止め環軸受けプレート
２８０…止め環ベース
２８１…ネジ
２８２…止め環
２８３…穴
２８４…円筒表面
２８５…ネジ
２８６…止め環ベースの中心軸
２８８…止め環の中心軸
２８９…ネジ
２９０…リニアモータ
２９２…空気圧ブラダ
２９３…空気圧流体
２９４…入口
２９６…環状の溝
２９７…多孔層
２９７Ｐ…大きい穴
２９８…キャリア膜
２９９…止め環の上面
２９９Ｄ…圧力検出器
３０１…ウエハの周辺端部
３０３…止め環の内壁
３０４…直動軸受アセンブリ
３０６…メイン軸受けハウジング
３０８…パック軸受けおよびロードセルプレート
３１０…複合的な直動軸受構造
３１４…直動軸受
３１６…スリーブ
３１８…スリーブの底部
３２０…シャフト
３２２…チャック
３２４…ロードセル
３２６…ロードセル信号
３３８…機能
３４０…回転式ツール交換器
３４２…回転式ツール交換器の上部
３４４…回転式ツール交換器の下部
３４６…スピンドル
３４８…脱イオン水および吸引
３５０…コンジット
３５２…脱イオン水
３５４…コンジット
３５８…コンジット
３６０…スリップリング
３６１…コネクタ
３６２…中空
３６６…回転式ツール交換器の上部の底部
３６８…第１のポート
３７０…Ｏリング
３７２…ノズル
３７４…ネジ切りポート
３７６…第２のポート
３７８…シール
３８０…Ｏリング
３８２…マニホルドノズル
３８４…第３のポート
３８６…シール
３８８…Ｏリング
３９０…流体コネクタ
３９２…ネジ切りポート
３９３…コンジット
３９８…電気接点
４００…コネクタ
４０２…ポート
４０４…ネジ
４０６…ポート
４０８…導体
４１０…ロードセル増幅器
４１２…チューブ
４１４…通り穴
４１６…押し込み式チューブコネクタ
４１８…ポート
４２０…マニホルド
４２２…吸引チャックの上面
４２６…スラリ
４３０…チューブ
４３２…マニホルドの出口
４３４…止め環ベースの入口
４３６…止め環ベースの内壁
４３８…チューブ継ぎ手
４４０…スペース
４４２…通路
４４４…ノズル
４４６…ウエハの突出部
４４８…スラリの流れ
４５０…スラリ
４５２…環状スリット
４５４…ダム
４５６…出口
４５８…シール
４６０…環状のリップ
４６２…スロープ壁
４６４…出口キャビティ
４６６…出口オリフィス
４９９…多孔層の上面
５６０…プレート
６４０…回転式ツール交換器
６４２…回転式ツール交換器の上部
６４４…回転式ツール交換器の下部
６４６…スピンドル
６４８…脱イオン水
６５０…コンジット
６６０…スリップリング
６６１…コネクタ
６６６…回転式ツール交換器の上部の底部
６６８…第１のポート
６７２…継ぎ手
６７４…ネジ切りポート
６８０…Ｏリング
６９５…吸引
６９６…コンジット
６９８…電気接点
７００…コネクタ
７０２…ポート
７０４…ネジ
７０６…ポート
７０８…導体
７１０…ロードセル増幅器
７１２…コンジット
７１４…通り穴
７１６…押し込み式チューブコネクタ
７１８…ポート
７２０…マニホルド
７２２…チャックの上面
９００…リップ
９０２Ａ…第１のディスク状の層
９０２Ｂ…第２のディスク状の層
９０３…穿孔
９０４…開口部
９２０…ポート
９２２…ボア
９２４…ノズル
９２６…チューブ
９２８…通り穴
９３０…継ぎ手
９３２…ボア
９３４…マニホルドの隆線
【図１Ａ】
2004508962.tif 000003
【図１Ｂ】
2004508962.tif 000004
【図２Ａ】
2004508962.tif 000005
【図２Ｂ】
2004508962.tif 000006
【図３Ａ】
2004508962.tif 000007
【図３Ｂ】
2004508962.tif 000008
【図３Ｃ】
2004508962.tif 000009
【図４Ａ】
2004508962.tif 000010
【図４Ｂ】
2004508962.tif 000011
【図５Ａ−１】
2004508962.tif 000012
【図５Ａ−２】
2004508962.tif 000013
【図５Ａ−３】
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【図５Ｂ−１】
2004508962.tif 000015
【図５Ｂ−２】
2004508962.tif 000016
【図５Ｂ−３】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2004508962.tif 000020
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2004508962.tif 000030
【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004508962.tif 000246
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【国際調査報告】
2004508962.tif 000248
2004508962.tif 000249