(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ研磨される平坦面を有する１つまたは複数の物体の化学的機械的平坦化処理のための研磨装置であって、
前記平坦面を研磨するための研磨手段であって、外側表面に研磨パッドを取着したループ式ベルトを含む、該研磨手段と、
前記ループ式ベルトを、前記研磨パッドが前記平坦面上の各点に対して直線運動するように駆動させるための前記研磨手段に結合された駆動手段と、
前記研磨手段を保持するための保持手段と、
前記物体の研磨のために前記研磨手段に前記物体を押しつけるハンドリング手段であって、研磨処理中に前記研磨パッドによって同時に複数の前記物体の前記平坦面が研磨され得るように前記ループ式ベルトに沿った複数の位置に前記物体を配置し、前記複数の位置のなかに、それぞれの位置にある前記物体の前記平坦面が互いに対向するような２つの位置の組が１組以上含まれる、該ハンドリング手段とを有することを特徴とし、
前記装置がそれが固定される設置面に対する複数の設置形態のなかの１つの設置形態で空間的に配置され、該装置において、研磨処理中に前記ハンドリング手段により保持される複数の前記物体の前記平坦面に対する垂直ベクトルのそれぞれが重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行となるように該装置が設置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記保持手段が固定されるベース部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記物体が半導体材料であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記半導体材料が、ウェハであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記半導体材料が、フラットパネルディスプレイであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記物体が磁気データ記憶材料であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記磁気データ記憶材料がハードディスクドライブであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記保持手段が第１プーリ及び第２プーリを含み、前記第１プーリが前記駆動手段によって駆動されて、これにより前記ループ式ベルトが前記第１プーリと前記第２プーリの周りで走行することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記保持手段が、前記第１プーリ及び前記第２プーリをそれぞれ保持する第１プーリ取付具及び第２プーリ取付具を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１プーリ取付具が、その前記ループ式ベルトを挟んで前記ハンドリング手段の反対側の前記ループ式ベルトの内側表面に対向する各面に着脱自在に取り付けられた複数のウェハ支持部を更に有し、これにより研磨される前記物体が反対側から支持されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ウェハ支持部の数及び直径を様々に変えることが可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１プーリ取付具が前記ベース部上に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２プーリ取付具が、前記ループ式ベルトの張りを制御するために前記第２プーリ取付具及び前記第２プーリを調節するプーリ調節手段を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記プーリ調節手段が、
前記ループ式ベルトにより定められた平面に沿った前記第１プーリ取付具と前記第２プーリ取付具との間隔を前記第２プーリ取付具を直線方向に移動することにより調節する第１制御手段と、
前記ループ式ベルトにより定められる平面に対して垂直な軸線周りに前記第２プーリ取付具を回動するように動かして制御する第２制御手段と、
前記直線方向の移動の方向に延びる軸線周りに前記第２プーリ取付具を回動させて調節する第３制御手段とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記プーリ調節手段が複数の取り付け孔を有する支持手段を更に有し、前記第１制御手段、前記第２制御手段、及び前記第３制御手段が前記支持手段に前記取り付け孔を介して着脱自在に取り付けられるように前記支持手段が前記ベース部上に固定されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１制御手段が、丸い研磨されたシャフト、丸いピボットシャフト、及びヨークからなるシャフト機構を含むことを特徴とし、
前記研磨されたシャフトが前記ヨークの一端の下側に固定的に結合され、かつ前記ピボットシャフトが前記ヨークの別の末端に着脱自在に結合されて前記シャフト機構が形成されており、更に前記研磨されたシャフトが摺動自在に前記支持手段の前記取り付け孔の１つに取り付けられ、かつ前記ピボットシャフトが摺動自在に前記プーリ取付具の取り付け部位に結合されて、これにより前記第１プーリ取付具からの距離を調節するための前記第２プーリ取付具の前記直線方向の移動を制御していることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２制御手段が、２つの独立して調節可能なボールねじ及びボールナットを含み、両者がそれぞれの一端が確実かつ調節可能な形態で前記支持手段に前記取り付け孔を介して結合され、それぞれの他端は前記第２プーリ取付具に結合されており、これにより前記ループ式ベルトの平面に対して垂直な軸線周りの前記第２プーリ取付具の回動が制御されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記２つの独立して調節可能なボールねじ及びボールナットが、同じ方向または反対方向に調節可能であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第３制御手段が、一対の独立した調節手段を含み、前記独立した調節手段のそれぞれの一端が前記支持手段に固定され、それぞれの他端は確実かつ調節可能な形態で前記第２プーリ取付具に取り付けられて、これにより前記第２プーリ取付具の前記直線方向の移動の方向に延びる軸線周りの回動が制御されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記独立した調節手段のそれぞれが、
前記第２プーリ取付具の両側を保持することによって互いに離された一対の対向する調節アームと、
第１の調節アームに設けられた調節ねじが係合したウォームギアと、
第２の調節アームの前記ウォームギアの反対側に設けられた底部を有する孔に配設されたばねとを有し、
前記ばねが前記調節ねじに対する抗力を与えており、前記調節ねじを調節することによって第２プーリ取付具を締めたり緩めたりできることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記ハンドリング手段が、一対の対向するアームが延びているベース部材を有し、前記アームのそれぞれがウェハをその研磨のために保持する複数のウェハキャリアを有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記ハンドリング手段が、ウェハを前記研磨パッドに近づけたり離したりして、ウェハを前記研磨パッドに押しつける力を付与する加圧手段を含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記加圧手段が液体シリンダであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記加圧手段が電気モータであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記駆動手段が電気モータであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記設置面が床であって、その床の上に前記装置が前記平坦面に対する垂直ベクトルが重力加速度ベクトルに対して垂直で、前記装置の設置占有面積を小さくなるような空間的形態で設置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記設置面が床に対して鉛直な壁であって、前記平坦面に対する垂直ベクトルが重力加速度ベクトルに対して垂直で、前記装置の床上での設置占有面積が小さくなるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記ウェハ支持部が、前記研磨手段の回転する動きに対して固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項２９】
前記ウェハ支持部が前記研磨手段の回転する動きに対して回転することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項３０】
前記ウェハ支持部が前記研磨手段の回転する動きに対して振幅運動することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項３１】
前記ハンドリング手段が吸引力源を有し、前記ウェハキャリアが吸引によってウェハを保持できるようにしていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項３２】
それぞれ研磨される平坦面を有する１つまたは複数の物体の化学的機械的平坦化処理のための研磨装置であって、
前記平坦面上の任意の点で均一の研磨速度を与える、外側表面に取着された研磨パッドを有するループ式ベルトと、
前記ループ式ベルトを前記平坦面上の各点に対して直線運動するように駆動させる駆動手段と、
前記ループ式ベルトを保持し、かつ前記ループ式ベルトの調節のための調節機構となるプーリアセンブリと、
複数の前記物体を、複数の位置においてその研磨のために前記ループ式ベルトに押しつける形で保持するハンドリング手段であって、前記複数の位置のなかに、それぞれの位置にある前記物体の前記平坦面が互いに対向するような２つの位置の組が１組以上含まれる、該ハンドリング手段とを有することを特徴とし、
前記装置がそれが固定される設置面に対する複数の設置形態のなかの１つの設置形態で空間的に配置され、該装置において、研磨処理中に前記ハンドリング手段により保持される複数の前記物体の前記平坦面に対する垂直ベクトルのそれぞれが重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行となるように該装置が設置されることを特徴とする装置。
【請求項３３】
前記プーリアセンブリの一部分が固定されるベース部を更に有することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記物体が半導体材料であることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記半導体材料がウェハ若しくはフラットパネルディスプレイであることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記物体が磁気データ記憶材料であることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記磁気データ記憶材料がハードディスクドライブであることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記プーリアセンブリが第１プーリ及び第２プーリを含み、前記第１プーリが前記駆動手段によって駆動されて、これにより前記ループ式ベルトが前記第１プーリと前記第２プーリの周りで走行することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
前記プーリアセンブリが、前記第１プーリと第２プーリとをそれぞれ保持する第１プーリ取付具及び第２プーリ取付具を更に含むことを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記第１プーリ取付具が、その前記ループ式ベルトを挟んで前記ハンドリング手段の反対側の前記ループ式ベルトの内側表面に対向する各面に着脱自在に取り付けられた複数のウェハ支持部を更に有し、これにより研磨される前記物体が反対側から支持されることを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記ウェハ支持部の数及び直径を様々に変えることが可能であることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記第１プーリ取付具が前記ベース部上に固定されていることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記第２プーリ取付具が、前記ループ式ベルトの張りを制御するために前記第２プーリ取付具及び前記第２プーリを調節するプーリ調節手段を含むことを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記プーリ調節手段が、
前記ループ式ベルトにより定められた平面に沿った前記第１プーリ取付具と前記第２プーリ取付具との間隔を前記第２プーリ取付具を直線方向に移動することにより調節する第１制御手段と、
前記ループ式ベルトにより定められる平面に対して垂直な軸線周りに前記第２プーリ取付具を回動するように動かして制御する第２制御手段と、
前記直線方向の移動の方向に延びる軸線周りに前記第２プーリ取付具を回動させて調節する第３制御手段とを含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記プーリ調節手段が複数の取り付け孔を有する支持手段を更に有し、前記第１制御手段、前記第２制御手段、及び前記第３制御手段が前記支持手段に前記取り付け孔を介して着脱自在に取り付けられるように前記支持手段が前記ベース部上に固定されていることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記第１制御手段が、丸い研磨されたシャフト、丸いピボットシャフト、及びヨークからなるシャフト機構を含むことを特徴とし、
前記研磨されたシャフトが前記ヨークの一端の下側に固定的に結合され、かつ前記ピボットシャフトが前記ヨークの別の末端に着脱自在に結合されて前記シャフト機構が形成されており、更に前記研磨されたシャフトが摺動自在に前記支持手段の前記取り付け孔の１つに取り付けられ、かつ前記ピボットシャフトが摺動自在に前記プーリ取付具の取り付け部位に結合されて、これにより前記第１プーリ取付具からの距離を調節するための前記第２プーリ取付具の前記直線方向の移動を制御していることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４７】
前記第２制御手段が、２つの独立して調節可能なボールねじ及びボールナットを含み、両者がそれぞれの一端が確実かつ調節可能な形態で前記支持手段に前記取り付け孔を介して結合され、それぞれの他端は前記第２プーリ取付具に結合されており、これにより前記ループ式ベルトの平面に対して垂直な軸線周りの前記第２プーリ取付具の回動が制御されることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４８】
前記２つの独立して調節可能なボールねじ及びボールナットが、同じ方向または反対方向に調節可能であることを特徴とする請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記第３制御手段が、一対の独立した調節手段を含み、前記独立した調節手段のそれぞれの一端が前記支持手段に固定され、それぞれの他端は確実かつ調節可能な形態で前記第２プーリ取付具に取り付けられて、これにより前記第２プーリ取付具の前記直線方向の移動の方向に延びる軸線周りの回動が制御されることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項５０】
前記独立した調節手段のそれぞれが、
前記第２プーリ取付具の両側を保持することによって互いに離された一対の対向する調節アームと、
第１の調節アームに設けられた調節ねじが係合したウォームギアと、
第２の調節アームの前記ウォームギアの反対側に設けられた底部を有する孔に配設されたばねとを有し、
前記ばねが前記調節ねじに対する抗力を与えており、前記調節ねじを調節することによって第２プーリ取付具を締めたり緩めたりできることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記ハンドリング手段が、一対の対向するアームが延びているベース部材を有し、前記アームのそれぞれがウェハをその研磨のために保持する複数のウェハキャリアを有していることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５２】
前記ハンドリング手段が、ウェハを前記研磨パッドに近づけたり離したりして、ウェハを前記研磨パッドに押しつける力を付与する加圧手段を含むことを特徴とする請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記加圧手段が液体シリンダであることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記加圧手段が電気モータであることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５５】
前記駆動手段が電気モータであることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５６】
前記設置面が床であって、その床の上に前記装置が前記平坦面に対する垂直ベクトルが重力加速度ベクトルに対して垂直で、前記装置の設置占有面積を小さくなるような空間的形態で設置されることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５７】
前記設置面が床に対して鉛直な壁であって、前記平坦面に対する垂直ベクトルが重力加速度ベクトルに対して垂直で、前記装置の床上での設置占有面積が小さくなるようにされていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５８】
前記ハンドリング手段が吸引力源を有し、前記ウェハキャリアが吸引によってウェハを保持できるようにしていることを特徴とする請求項５１に記載の装置。
【請求項５９】
それぞれ平坦面を有する１つまたは複数の物体を化学的機械的平坦化処理するための研磨方法であって、
研磨手段に安定的に接触した状態で複数の前記物体を複数の位置において保持するハンドリング手段に前記物体を設置する過程であって、前記複数の位置のなかに、それぞれの位置にある前記物体の前記平坦面が互いに対向するような２つの位置の組が１組以上含まれる、該過程と、
前記物体に対して所望の研磨量が達成されるまでの十分な時間をかけて前記平坦面を研磨するべく、駆動手段によって前記研磨手段を前記平坦面上の各点に対して直線運動させるように駆動させる過程とを有することを特徴とし、
前記研磨手段が設置面に固定的に設置されており、研磨処理中に前記ハンドリング手段により保持される複数の前記物体の前記平坦面に対する垂直ベクトルのそれぞれが重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行であることを特徴とする平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６０】
前記研磨手段が研磨パッドをその表面に取着したループ式ベルトを含むことを特徴とする請求項５９に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６１】
前記ハンドリング手段が、前記物体を前記研磨手段に確実に接触した形で保持し、前記平坦面上の任意の点で均一な研磨速度を達成するハンドリング構造であることを特徴とする請求項６０に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６２】
前記ハンドリング手段が、前記物体をそれが前記研磨手段に対してある程度往復運動や回転運動できるように保持して、前記平坦面上の任意の点で均一な研磨速度を達成するハンドリング構造であることを特徴とする請求項６０に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６３】
前記物体が半導体材料であることを特徴とする請求項５９に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６４】
前記半導体材料がウェハ若しくはフラットパネルディスプレイであることを特徴とする請求項６０に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６５】
前記物体が磁気データ記憶材料であることを特徴とする請求項５９に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６６】
前記磁気データ記憶材料がハードディスクドライブであることを特徴とする請求項６５に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６７】
前記研磨平面に対して実質的に非平行な前記垂直ベクトルの向きが、重力加速度ベクトルに対して垂直であることを特徴とする請求項５９に記載の平坦面を有する物体の研磨方法。
【請求項６８】
それぞれ平坦面を有する１つまたは複数の物体を化学的機械的平坦化処理するための研磨加工のスループットを高める方法であって、
ベルト式研磨手段に安定的に接触した状態で複数の前記物体を複数の位置において保持するハンドリング手段に前記物体を設置する過程であって、前記位置のなかの２つの位置は、複数の前記物体の前記平坦面が互いに対向するような位置である、該過程と、
前記物体に対して所望の研磨量が達成されるまでの十分な時間をかけて３００フィート／分以上の相対速度で前記平坦面を研磨するべく駆動手段により前記ベルト式研磨手段を前記平坦面上の各点に対して直線運動させるように駆動させる過程とを有することを特徴とし、
前記ベルト式研磨手段が設置面に確実に固定され、研磨処理中に前記ハンドリング手段により保持される複数の前記物体の前記平坦面に対する垂直ベクトルのそれぞれが重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行であることを特徴とする平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項６９】
前記ハンドリング手段が、前記平坦面上の任意の点で均一な研磨速度が得られるように前記物体を前記研磨手段に対して押しつける形で保持するハンドリング構造であることを特徴とする請求項６８に記載の平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項７０】
前記物体が半導体材料であることを特徴とする請求項６９に記載の平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項７１】
前記半導体材料がウェハ若しくはフラットパネルディスプレイであることを特徴とする請求項７０に記載の平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項７２】
前記物体が磁気データ記憶材料であることを特徴とする請求項６８に記載の平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項７３】
前記磁気データ記憶材料がハードディスクドライブであることを特徴とする請求項７２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項７４】
前記研磨平面に対して垂直なベクトルの重力加速度ベクトルに対する実質的に非平行な向きが、重力加速度ベクトルに対して垂直であることを特徴とする請求項６８に記載の平坦面を有する物体の研磨加工のスループットを高める方法。
【請求項７５】
それぞれ平坦面を有する１つまたは複数の物体の化学的機械的平坦化処理のための研磨装置の設置占有面積を小さくする方法であって、
前記装置のベルト式研磨手段に安定的に接触するように複数の前記物体を複数の位置において保持する前記装置のハンドリング手段に前記物体を設置する過程であって、前記複数の位置のなかに、それぞれの位置にある前記物体の前記平坦面が互いに対向するような２つの位置の組が１組以上含まれる、該過程と、
前記物体に対して所望の研磨量が達成されるまでの十分な時間をかけて前記平坦面を研磨するべく、駆動手段により前記ベルト式研磨手段を前記平坦面上の各点に対して直線運動させるように駆動させる過程とを有することを特徴とし、
前記ベルト式研磨手段が設置面に固定的に設置され、研磨処理中に前記ハンドリング手段により保持される複数の前記物体の前記平坦面に対する垂直ベクトルのそれぞれが重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行であることを特徴とする平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項７６】
前記ハンドリング手段が、前記平坦面上の任意の点に対して均一な研磨速度を達成するために前記物体をそれが前記研磨手段に対して確実に押しつけられた状態で保持するハンドリング構造であることを特徴とする請求項７５に記載の平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項７７】
前記物体が半導体材料であることを特徴とする請求項７６に記載の平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項７８】
前記半導体材料がウェハ若しくはフラットパネルディスプレイであることを特徴とする請求項７７に記載の平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項７９】
前記物体が磁気データ記憶材料であることを特徴とする請求項７６に記載の平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項８０】
前記磁気データ記憶材料がハードディスクドライブであることを特徴とする請求項７９に記載の平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項８１】
前記装置が前記平坦面に対する垂直ベクトルの重力加速度ベクトルに対する実質的に非平行な向きが、重力加速度ベクトルに対して垂直になる設置形態で装置が設置されていることを特徴とする請求項７５に記載の平坦面を有する物体の研磨装置の設置占有面積を小さくする方法。
【請求項８２】
それぞれ平坦面を有する１つまたは複数の物体を化学的機械的平坦化処理するための研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法であって、
研磨のための一連の研磨装置を備える過程であって、前記装置が、（ａ）前記平坦面を研磨するためのベルト式研磨手段と、（ｂ）前記研磨手段を駆動させるための前記ベルト式研磨手段に結合された駆動手段と、（ｃ）前記ベルト式研磨手段を保持するための保持手段と、（ｄ）複数の前記物体を複数の位置において前記ベルト式研磨手段に研磨のために押し当てた状態で保持するハンドリング手段であって、前記複数の位置のなかに、それぞれの位置にある前記物体の前記平坦面が互いに対向するような２つの位置の組が１組以上含まれる、該ハンドリング手段とを有し、（ｅ）前記装置がそれが固定される設置面に対して様々な設置形態で空間的に配置され、該装置において、研磨処理中に前記ハンドリング手段により保持される複数の前記物体の前記平坦面に対する垂直ベクトルのそれぞれが重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行となるように該装置が設置される、該過程と、
前記物体を前記ベルト式研磨手段に対して安定的に接触した状態に保持する前記ハンドリング手段に前記物体を設置する過程と、
前記物体に対して所望の研磨量が達成されるまでの十分な時間をかけて前記平坦面を研磨するべく、前記駆動手段により前記ベルト式研磨手段を前記平坦面上の各点に対して直線運動させるように駆動させる過程とを有することを特徴とする平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８３】
前記ハンドリング手段が、前記平坦面上の任意の点において均一な研磨速度を達成するように前記物体を前記研磨手段に対して確実に保持するハンドリング構造であることを特徴とする請求項８２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８４】
前記物体が半導体材料であることを特徴とする請求項８２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８５】
前記半導体材料がウェハ若しくはフラットパネルディスプレイであることを特徴とする請求項８４に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８６】
前記物体が磁気データ記憶材料であることを特徴とする請求項８２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８７】
前記磁気データ記憶材料がハードディスクドライブであることを特徴とする請求項８６に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８８】
前記平坦面に対する垂直ベクトルの重力加速度に対して非平行である向きが、重力加速度ベクトルに対して垂直であることを特徴とする請求項８５に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項８９】
前記一連の装置が、装置のそれぞれが互いに平行に並べられた配置形態である並列型配置で空間的に配置されていることを特徴とする請求項８２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項９０】
前記一連の装置が、隣接する装置が前後に並べられた配置形態である直列型配置で空間的に配置されていることを特徴とする請求項８２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【請求項９１】
前記一連の装置が、隣接するものの一方が他方の上に載せられた配置形態である積み重ね型配置で配置されていることを特徴とする請求項８２に記載の平坦面を有する物体の研磨加工において研磨装置の設置占有面積を小さくすると共に高いスループットを達成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体及びハードディスクドライブ研磨装置に関し、特に、ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）製造に利用されるベルト式研磨パッドを用いる化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）方法及び装置であって、装置の設置占有面積（footprint）を小さくするとともに研磨加工のスループットを高めた化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平坦化技術は、高速で高い計算能力を有するＣＰＵや高密度メモリチップのような新世代ＵＬＳＩ（超大規模集積回路）デバイスの製造プロセスにおいて重要な技術である。このようなデバイスは通例、金属材料と絶縁材料とが交互に積み重ねられた多数の層を有する。金属層はごく小さな間隔をおいて精密に形成された電気信号を伝送するための相互接続のためのラインからなる。このようなラインの幅は、今日のＵＬＳＩデバイスでは０．５μｍ程度かそれより小さなものである。絶縁層は電気的絶縁をなすと共に、金属の相互接続ラインを機械的に支持する。典型的にはＳｉＯ２である絶縁材料は、金属ライン間のスペースを埋める役目も果たしている。この金属ラインのそれぞれはリソグラフィー法を用いて絶縁層上で「パターニング」または加工される。０．５μｍ未満の分解能でパターニングを行うためのリソグラフィーでは、絶縁層が極めて平坦で、高さ方向の凹凸が１０Å台であることが必要である。このような平坦さは、０．５μｍ未満の精度の光学的リソグラフィー用露光ツールでは焦点深度（ＤＯＦ）が浅いために、局部的にだけでなく、リソグラフィー処理を行うフィールド全体に亘って要求されるのである。
【０００３】
高度なレベルのウェハの平坦化を達成するのに用いられてきた従来技術では、ウェハにレーザーを照射し、ウェハ上にガラス、樹脂または他のポリマーをスピンコーティングによってコーティングし、ＢＰＳＧのような熱リフロー材料でウェハを処理する。別の方法として、大気圧下でのＴＥＯＳ−オゾン法や、ＥＣＲＣＶＤ法や、各種処理用のツールを組み合わせたクラスタツールを使用するティップ／エッチ／ディップ法のような新しい絶縁物蒸着技術を用いて同じ目的を達成することもできる。しかし、このような従来の平坦化技術では、進歩したプロセスで要求される全体的な平坦化はできない。
【０００４】
ＣＭＰは非加工物全体に亘る高度な平坦性の要求を満たす唯一の平坦化技術である。ＣＭＰプロセスは機械的な研磨と化学的なエッチングとの双方を用いて基板から表面の材料を除去する処理である。ＣＭＰプロセスが行われる場合、ウェハのような研磨を受ける基板は、キャリア（ヘッド）に捕捉されており、研磨剤のスラリーをしみ込ませた研磨パッドに押しつけられる。たいていのＣＭＰ装置は、キャリアとパッドとの相対的な回転運動、軌道運動、ラップ磨き、またはこれらの運動の組み合わせを起こさせて、機械的な研磨を行うと共に、スラリーに含まれるエッチング剤によって化学的なエッチングがなされる。ＣＭＰは現在用いられている他の平坦化技術を凌駕するレベルの平坦化を行えることが実証されているが、この技術における制約は、スループットが低いこと（典型的には１時間あたり２０〜４０ウェハ）と、そのためにコストが嵩むことである。
【０００５】
ＣＭＰプロセスでの材料除去速度（若しくは研磨速度）は、以下の半経験的に得られた関係式（プレストンの式）によって決定され得る。
【０００６】
【数１】
除去速度（Å／分）＝Ｋ×Ｐ×ＶＲＥＬ
【０００７】
ここでＰは基板とパッドとの間の圧力であり、ＶＲＥＬは、基板上の任意の点とそれに対応するパッド上の点との間の相対的な線速度であり、Ｋはスラリーの化学的組成、プロセス温度、及びパッド表面によって決定される定数である。従来のＣＭＰ装置では、ウェハを捕捉するキャリアがパッドに押しつけられ、このパッドは水平プラテンに装着されている。キャリアが回転するだけでなくプラテンも回転し、これによってウェハ上の全ての点に対してより均一な相対線速度（ＶＲＥＬ）が与えられる。キャリアとプラテンとが同時に回転することが必要である。というのは、このような形態にしないと、ＶＲＥＬがウェハの中心では０となり、かつウェハの縁の部分では最大になってしまうからである。プレストンの式によれば、このことによってウェハの中心では除去速度が極めて小さくなり、ウェハの縁の部分では除去速度が極めて大きくなってしまう。
【０００８】
従って、ウェハ全体に亘って均一な除去速度を得るために、ＶＲＥＬは基板上の全ての点において均一でなければならないことは明らかである。この基板はウェハの場合は円形で、ＦＰＤのものは矩形である。従来のＣＭＰ装置は、プラテンの縁部分の近傍に取り付けられるキャリアの大きさに合わせて十分なサイズを有しており、このためウェハの中心の相対線速度はその縁部分における相対線速度に近いものとなる。プラテンの直径は、通常３０〜３６インチ（約７６〜９１ｃｍ）であり、回転速度は通常２０〜４０ｒｐｍである。ＣＭＰプロセスにおいてウェハに加えられる圧力は、通常約７ｐｓｉである。１つの８インチ（約２００ｍｍ）ウェハを上述の圧力でプラテンに押しつけると、加えられる力は全体で３５２ポンド（約１６０ｋｇ）となる。しかし、研磨されたウェハのミクロンレベルの精密さと均一性を得るためには、回転するプラテン上での変形を最小にしなければならない。このような目的を達成するためには、様々な既存のＣＭＰ装置で用いられるプラテンは非常に大きく嵩張るものである必要がある。
【０００９】
このサイズ上の制約の結果、上述のＣＭＰ装置は、次第にサイズが大きくなる傾向にある新世代のＦＰＤやウェハ基板の研磨には適さないものとなり得る。特に、次世代のＵＬＳＩデバイスの製造に使用される１２インチ（約３００ｍｍ）ウェハを上述の圧力でプラテンに押しつける場合には、７９２ポンド（約３６０ｋｇ）の下向き圧力の負荷が、プラテン上にダイナミックになってくる。この場合プラテンは現在の構成よりも更に大きく嵩張るものにしなければならない。更に、スループットを高めるべく同じプラテン上に複数のヘッドが用いられる（例えば８インチ（約２００ｍｍ）ウェハを把持する６個のヘッドを使用する場合）、プラテンにかけられる下向き圧力は全体で２１１２ポンド（約９５８ｋｇ）まで高くなってしまう。１２インチウェハを把持する３つのヘッドがプラテンに押しつけられる場合には、全下向き圧力は２３７６ポンド（約１０７８ｋｇ）に達し得る。更に、スループットを高めるために、プラテンの回転速度を高めなければならず、このことによってもプラテンの支持部のサイズは更に大きくなってしまう。
【００１０】
上述のＣＭＰプロセス及び装置は、上述のように理想からはほど遠いものであり、実質的な改良が必要である。
【００１１】
第１に、従来のＣＭＰ装置の主な問題点は、その生産性に限界があることである。従来のＣＭＰ装置で使用されているヘッド／プラテン機構から得られる最大の相対線速度は実際のところ１５０フィート／分（約４６ｍ／分）程度であって、このような機構によって達成され得る除去速度の最大値には限界がある。
【００１２】
第２に、現在のＣＭＰ研磨機の別の問題点は、その大きな設置占有面積である。これは、このような研磨機が水平方向に広がる大型のプラテンを備えているからである。このような研磨機は、一般に２５平方フィート（２．３ｍ２）以上の設置面積を占め、これによって現在のウェハ製造プラントにおける貴重な製造用スペースは占有されてしまう。
【００１３】
第３に、上述のように、現在のＣＭＰ技術で使用されているヘッド／プラテン機構は、将来的にそのサイズがより大きくなると見込まれている大型のウェハ（例えば１２インチ（約３００ｍｍ）のウェハ）やＦＰＢの研磨には適さないという点である。軌道運動に従って加わる位置が変わってくる大きな下向きの力に対抗する安定性を備えたものとするためにはプラテンは極めて嵩張るものとならざるをえない。
【００１４】
第４に、上述のように大型の基板全体に亘る均一な相対線速度を得て基板全体に亘る均一な除去速度を達成するためには、プラテンのサイズが大きくするか、サイズを大きくしない場合にはプラテンを横切ってキャリアを動かす往復運動機構を用いることが必要となる。
【００１５】
従って、必要とされているのは、ウェハのスループットが高く、装置の設置占有面積が小さく、大型のウェハやＦＰＢの研磨が行え、かつ研磨される基板全体に亘る均一な除去速度が得られるような新規なＣＭＰ装置である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、実質的にスループットが高く、設置占有面積が小さく、基板全体に亘って均一なより高速の相対速度（即ち６００ｆｔ／分（約１８３ｍ／分））が得られ、既存のものよりよりコンパクトな機構で高度な平坦化が行えるような、床に対する装置の向きを変えた様々な形態で設置できる化学的機械的平坦化処理用のベルト式研磨装置を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、従来の研磨機や研磨方法を用いて取り扱うには不適切で望ましくないような大きなサイズのウェハやＦＰＤを研磨するのにより適するように設計された化学的機械的平坦化処理用のベルト式研磨装置を提供することである。
【００１８】
本発明の更に別の目的は、現在の回転式プラテンのサイズを大きくせずに高い相対速度を得ることができ、かつあまり嵩張らない構成のベルト式ＣＭＰ装置であって、現在の回転式プラテンで必要な大きくて嵩張る支持部が不要の固定式ウェハ支持部を備えており、このため装置を床に対して概ね垂直な方向に延びる形態で設置し、装置の設置占有面積を１５平方フィート（１．４ｍ２）程度に抑えることができるという利点を有する化学的機械的平坦化処理用のベルト式研磨装置を提供することである。
【００１９】
本発明の更に別の目的は、生産上の信頼性を高め、機械のメンテナンスのための処理中断の頻度を減らすとともに、高いスループットと品質の良い加工物が得られて、この結果コストを低減することができるようなベルト式ウェハ研磨装置を提供することである。
【００２０】
本発明の更に別の目的は、このようなベルト式研磨装置を用いた研磨方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、本発明による化学的機械的平坦化処理用の研磨装置（ＣＭＰ装置）によって実現される。このＣＭＰ装置は、ウェハのような基板の研磨されるべき表面上において均一な研磨速度が得られ、既存の装置より小さな設置占有面積でより高いスループットが得られる。好適実施例の装置は、設置占有面積が小さくなる点で好適な床に対して概ね垂直な方向に延在する形態のループ式のベルトを有する。ベルトの外側表面には研磨パッドが貼着または取着される。ベルトの内側表面には、研磨プロセス中ウェハを支持する複数のウェハ支持部が設けられる。ウェハは研磨処理の前にロボット式のハンドリング構造を用いてウェハステーションから取り出され、ウェハヘッドに装填され、研磨処理の後ウェハヘッドから取り外されてウェハステーションに戻される。電気モータまたはそれに相当する機構により、２つのプーリにかけられたループ式ベルトが駆動される。スムーズなベルトの走行のためのベルトの張りや位置の調節は、調節手段を用いて行われる。
【００２２】
本発明によるＣＭＰ装置は、研磨パッドを貼着した回転式プラテンの代わりに研磨パッドを貼着したループ式ベルトを使用している。ウェハヘッドはウェハを把持し、それをベルト及びウェハ支持部に押しつける。複数のウェハヘッドの組が可動式ハンドリング構造上に設けられており、これによってウェハの出し入れが行うと共に、ウェハヘッドの組の１つに入っているウェハが研磨されるようになっている。この新規なＣＭＰ装置は、設置時に床に対する装置の延びる向きを変えて様々な形態で設置することができる。工場内の空間を節約するために複数の装置を異なる設置形態で設置することができる。本発明により、このベルト式研磨機構の特徴を利用する、高いスループットと小さな設置占有面積を同時に実現するベルト式ＣＭＰ装置を用いた研磨方法も提供されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１、図２、及び図３を参照すると、本発明による、床に対する向きを変えた様々な設置形態をとれるベルト式ＣＭＰ装置が、ループ式ベルト１と、該ループ式ベルト１の外側表面に貼着された研磨パッド１ａと、ベース部２９と、固定プーリ取付具５に押さえられ、ブラシレスＡＣモータ８や他の適当なモータに結合手段７によって結合された固定プーリ２を有していることが示されている。前記結合手段７はＶベルトか２重鎖の何れかであって、ベルト１を駆動するのに必要な大きなトルクを支持するために適切なものであり得る。様々な設置形態をとれるベルト式ＣＭＰ装置は、調節機構となる調節可能プーリ取付具２１に押さえられた調節可能プーリ６を更に有する。前記調節機構は、後に説明する他の要素と共に調節可能プーリ６の１つの直線運動と２つの回転運動を制御することにより、ベルト１の張りを適切に調節し制御する。プーリ２及び６は、フラット型プーリかフランジ付プーリの何れかであり得る。フランジ付プーリを用いれば、フランジがベルトの進行方向に対して直角横方向の位置の調節を行う助けとなる。以下説明する好適実施例ではフラット型プーリを用いている。
【００２４】
図１０及び図１１にも示されているように、固定プーリ取付具５は上側部材５ａ及び下側部材５ｂ、両部材が一体的に結合している垂直部材５ｃを有し、垂直部材５ｃは、上側部材５ａ及び下側部材５ｂの側面とその長さの２分の１重なる形で両部材の間に挟まれて垂直方向に延びており、固定プーリ２が収められる空間を画定している。固定プーリ取付具５は更に、シャフト３、２つの玉軸受１７、及び複数のウェハ支持部２３を有する。シャフト３は固定プーリ２を貫通し上述の空間全体にわたって延在し、前記上側部材５ａ及び前記下側部材５ｂのそれぞれに配設された第１及び第２の玉軸受同士を結合しており、更に下側部材５ｂ側の一端は玉軸受を貫通して結合手段７に係合し、結合できるようになっている。このようにして固定プーリ２の駆動機構が構成される。固定プーリ取付具５の下側部材５ｂは、床に固定的に設置されるベース部２９上にしっかりと固定されるように取り付けられる。ウェハ支持部２３はそれぞれ、垂直部材５ｃの前後の両側の部位に、ウェハシャフトピン２３ｂを補助的に用いてウェハシャフト２３ａにより取り付けられる。このようにしてウェハ支持部２３は、ベルト１の内側表面に直接接触するように配設される。ウェハシャフトピン２３ｂは、垂直部材５ｃの前後でなく横から着脱自在に取着でき、これによりウェハ支持部２３の組み立てや交換が容易に行えるようになっている。シャフトリミット２３ｃは、ウェハ支持部２３とウェハシャフト２３ａとの間に設けられ、研磨プロセス時にウェハシャフト２３ａが垂直部材５ｃの内部に引っ込まないように止める役目を果たす。ウェハ支持部２３のサイズや形状は、研磨されるウェハ、デバイス、他の基板、材料のサイズや形状に応じて様々に変えられ得る。ウェハ支持部２３のサイズは、ウェハ支持部２３の上に載せられるウェハの位置ずれが起こり得ることから、それを補償するためにウェハのサイズより僅かに大きくしておくのが普通である。
【００２５】
以下、図１、図２、図３、図７、図８、及び図９を相互の関連を考慮して参照しつつ、上記の調節機構について説明する。この調節機構は、支持体３５と、シャフト機構１８と、２対の調節アーム２４及び２４ａと、一対の調節ねじ２０に係合する一対のウォームギヤ２８とを含む。支持体３５は、その底部末端をベース部２９に固着されており、調節可能プーリ取付具２１を物理的に支持するとともに、シャフト機構１８を保持する役目を果たす。シャフト機構１８は、図７及び図８に示すように、研磨されたシャフト２７、ピボットシャフト２６、及びヨーク３６からなる。ヨーク３６は、２つのサイドアーム３６ａと１つの横部材３６ｂとを有し、横部材３６ｂは、２つのサイドアーム３６ａの間に挟まれる形で両者と一体的に結合されており、研磨されたシャフト２７とピボットシャフト２６とを一体に結合して１つの物理的な単位要素を構成する。この物理的な単位要素においては、研磨されたシャフト２７の一端がヨーク３６の横部材３６ｂの下側に着脱自在に結合され、またピボットシャフト２６はヨーク３６の２つのサイドアーム３６ａの間に挟まれる形で横向きに結合され、凹部３６ｃを形成している。この凹部３６ｃにより、調節可能プーリ取付具２１がシャフト機構１８の調節のための動きに応じてその周りをある程度自由に回動できるようになっている。支持体３５は、その中央部に研磨された孔１９を有しており、そこを通して研磨されたシャフト２７が支持体３５を貫通し、支持体３５と係合するようになっている。一方、シャフト機構１８のピボットシャフト２６も、調節可能プーリ取付具２１と、該取付具の中央部に設けられた孔３７を通して係合しており、これによってシャフト機構１８が２種類の調節可能な動きをすることが可能となる。２種類の動きの一方は、研磨された孔１９によって定められた経路に沿ってベルト１の延在する平面と同じ平面上を動く直線運動であり、他方は前記直線運動の軸線周りの回転運動である。シャフト機構１８は、ピボットシャフト２６によるベルト１の延在する平面に対して垂直な向きの軸線周りの回動も可能で、これは後に説明するように一対のボールねじ１４及び一対のウォームギヤ２８の連係により回動が可能となっているのである。
【００２６】
第１の調節アームの対２４は支持体３５の上側部分に固定されており、第２の調節アームａの対２４ａは支持体３５の下側部分に固着されており、これによって支持体３５上の調節アーム２４、２４ａの取り付け位置に対応する位置にくる調節可能プーリ取付具２１の上側部分及び下側部分のそれぞれの調節が可能となっているのである。図２及び図１２に示すように、調節アームの各対２４、２４ａは、第１アーム及び第２アームを有する。調節のための動きは、第１アームの底部の孔に調節可能プーリ取付具２１を付勢するように取着されているばね２５と第２アームに取着された調節ねじ２０との連係による作用を用いて制御される。即ち、調節ねじ２０を回すことによりウォームギア２８に力が加えられ、このギアが回って調節可能プーリ取付具２１に対して前後に移動することができるのである。ばね２５及びウォームギア２８が、それぞれ各アームの互いに対向する位置に設けられていることから、ウォームギア２８の作用により調節可能プーリ取付具２１は一方に回動し、ばね２５の力により逆方向に回動することになる。この回動は、シャフト機構１８の研磨されたシャフト２７の周りの回動である。この回動はごくわずかで、２°から最大５°の範囲内の動きである。
【００２７】
図２、図３及び図１３を相互の関連を考慮して参照すると、調節可能プーリ取付具２１は、一対の玉軸受１７を用いて調節可能プーリ６を保持しており、前記玉軸受１７はプーリシャフト９と結合しており、モータ８を駆動したとき調節可能プーリ６がプーリシャフト９の周りに自由に回転できるようになっている。調節可能プーリ取付具２１は、上側ブロック２１ａと下側ブロック２１ｂとを有し、この両者は着脱自在に垂直ブロック２１ｃに結合されている。この垂直ブロック２１ｃは、上側ブロック２１ａ及び下側ブロック２１ｂの側面にそれら長さの１／２の分だけ重なる形で両者の間に挟まれて垂直方向に延在しており、調節可能プーリ６を納められる空間を画定している。上側ブロック２１ａ及び下側ブロック２１ｂと垂直ブロック２１ｃとの結合はねじ２１ｄによってなされている。このねじ２１ｄは垂直ブロックに着脱自在に結合されており、ベルト１の着脱交換のための上側ブロック２１ａ及び下側ブロック２１ｂの分解が容易に行えるようになっている。
【００２８】
図２、図１３を参照すると、支持体３５は第１のボールナットの対１５を更に有し、この第１のボールナットの対１５は、支持体３５の研磨された孔１９の上下の位置でスラスト玉軸受１６に取着されている。このボールねじ１４の対による調節可能プーリ取付具２１の調節が行えるように、第２のボールナットの対１５ａが、調節可能プーリ取付具２１上の支持体３５上の対応物に対応する位置に設けられたスラスト玉軸受１６ａに取り付けられている。このようにして、調節可能プーリ取付具２１は、シャフト機構１８及びボールねじの対１４を通して支持体３５に取り付けられる。ボールねじ１４のそれぞれは、尖った末端と平らな末端とを有する。図１３に示すように、平らな末端は内側にくるねじ付き部分１４ａ及び固定ピン１４ｂを有し、これによって平らな末端のそれぞれは調節可能プーリ取付具２１上のボールナット１５ａの内側に固定的に取り付けられるのである。ボールねじ１４の尖った末端は、支持体３５上のボールナット１５に調節可能な形でしっかりとねじ留めされる。この２つのボールねじ１４及びボールナット１５は、その機能を損なうことなく反対向きに設置され得る。この２つのボールねじ４をシャフト機構１８と共に逆方向に個別に調節して、調節可能プーリ取付具２１をベルト１の平面に対して垂直な軸線周りに回動させることにより、調節可能プーリ取付具２１の向きを調節することができる。この他、２つのボールねじ１４を同一の方向に調節することによりベルト１の張りを強くしたりゆるめたりする調節が可能である。
【００２９】
調節可能プーリ取付具２１の調節には、以下の２つの目的がある。第１に、この調節可能プーリ取付具の調節により、ベルト１の横方向の位置の調節であるクロストラック調節が行える。第２に、これの調節により、ベルト１がいかなる円錐形の形状をとってもそれに関わらず、ベルト１の張りを均一に保つためのベルトの張りの精密な制御や調節が行える。
【００３０】
ベルトの張りは、調節可能プーリ６を保持する調節可能プーリ取付具２１の直線方向の移動によって調節される。上述のように調節可能プーリ取付具２１は、所望のベルトの張りを得るために様々な方法で調節することができる。例えば、シャフト機構１８に結合しているボールねじ１４の作用により得られる調節機構をこの目的のために用いて、ベルトの両側の張りを等しくすることができる。２つのボールねじを個別に調節してベルト１の張りを調節した後、以下に述べるように２つの回転運動によりクロストラック調節が行われる。
【００３１】
このクロストラック調節は、調節可能プーリ６のシャフト９周りの必要な回転運動と、ベルト１の延在する平面に沿った調節可能プーリ６の直線運動に加えて、２自由度の動き（即ち２本の互いに直交する軸線周りの回動）を持たせることによって行われる。詳述すると、第１の回転軸の軸線は、直線運動の平面と同じ平面上にあって調節可能プーリ６のシャフト９に対して垂直な回転軸で、シャフト９の中点を通っている。第２の回転軸の軸線は、前記第１の回転軸によって定められた第１平面に対して垂直な平面上にあり、調節可能プーリ６のシャフト９の中点を同様に通っている。第１の軸線周りの回動は、研磨された孔１９の内部に嵌合された研磨されたシャフト２７の円筒形部分の周りで起こる回動である。このように、調節可能プーリ６は、３自由度の調節運動、即ちベルト１により引き起こされる回転運動に加えて、１つの直線運動及び２つの回転運動が行えるのである。
【００３２】
以下図１及び図３を再び参照しつつウェハ支持部２３について更に説明する。このウェハ支持部は、上述のように、ウェハや研磨される半導体デバイスの直径や形状によって決まる様々な異なるサイズ及び形状を有し得る。本発明の好適実施例においては、ウェハ支持部２３は図１０及び図１１に示すように面取りされたエッジ部を備えた円盤形状のものである。ウェハ支持部２３はベルト式研磨パッドを平らな状態に維持して、研磨されるウェハ上でのエッジ効果の生ずる可能性を低くする助けとなる。このような設計を利用するために、ウェハハンドリング構造４０が、対応するウェハ支持部２３のベルトを挟んで正反対の位置のベルト１の外側表面上に適宜配置または設置されており、これによってウェハが捕捉され、パッド付き研磨ベルト１に押しつけられる。このウェハ支持部２３は、研磨ベルト１に対して垂直な軸線周りに回動したり、垂直部材５ｃに沿って上下に移動することにより振動性の回転運動を行ったり、または両者の動きを組み合わせた動きをするように設計され得る。別の形態として、本発明の好適実施例によれば、ウェハ支持部が固定プーリ取付具５の垂直部材５ｃ上に固定される。このような場合、研磨処理の間に必要となる動きは、ループ式ベルト１の回転運動のみとなる。
【００３３】
ここで図４、図５及び図６を参照しつつ、ウェハハンドリング構造４０について更に説明する。上述のように、ウェハの装置へのロード及びウェハの装置からのアンロードは、通常ウェハハンドリング構造４０を用いてなされる。ウェハハンドリング構造４０は、ウェハをローディングステーション及びアンローディングステーション（図示せず）に出し入れするものである。ウェハハンドリング構造４０は、フランジ付きベース部４３及びそこから延出した一対の平行なハンドリングアーム４７を有する。各ハンドリングアームは、ウェハを保持するための複数のウェハヘッド４１を備えている。ウェハヘッド４１のそれぞれは、ハンドリングアーム４７の内部構造として形成された加圧手段４２に一体的に結合される。この加圧手段は、ウェハハンドリング構造４０がフランジ付きベース部４３の中央部に存在するシャフトピボット４４を貫通するレール、または生産ラインに沿って移動している間は、ハンドリングアーム４７の内部に納められ得る。加圧手段は、ウェハハンドリング構造４０がウェハをロード若しくはアンロード時、またはウェハの研磨加工中にハンドリングアームから延出し突出した状態となり得る。加圧手段の機能は、研磨パッド１ｂに押しつけられて研磨されるウェハに必要な力を加えることである。ウェハは一部吸引力の助けを借りてウェハヘッド４１によって保持される。この吸引力はウェハヘッド４１に直接吸引ライン４５を通して与えられる。加圧手段４２は、圧縮力を供給するために圧縮空気ライン４６に結合された圧縮シリンダであり得る。別の形態として、加圧手段４２は、電気で動くモータか、研磨パッド１ｂに対して保持されているウェハに、水力、または圧縮力を供給できる他の適当な手段であり得る。本発明によれば、ウェハハンドリング構造４０が回転運動や横向き運動を必要としないことから、従来の研磨装置において必要であった駆動モータ及び関連する複雑な制御機構が不要となる。
【００３４】
ウェハは、装置の設置形態が装置の向きが床に対して垂直に延びるような形態であるとき垂直位置にハンドリングされる。ＣＭＰ装置は床にしっかりと固定される。ウェハハンドリング構造４０は、研磨装置の設置形態に応じて様々な形で研磨パッド付きベルト１に向かって移動し得る。図６に示すようなトップローディング式ウェハハンドリング構造４０では、ウェハヘッド４１の、固定プーリ取付具５の垂直部材５ｃに沿った方向の位置がウェハ支持部２３と一致するまで、ハンドリング構造４０がＣＭＰ装置の上側から研磨ベルト１に向かって動く。圧縮シリンダまたは他の加圧手段４２は、ウェハヘッド４１がパッド付きベルト１に接触して、除去する必要のある厚みに基づいて決められた約７ｐｓｉの圧力を与えるまで、ウェハヘッド４１を、それが各ハンドリングアーム４７から離れる方向に動かすように伸びる。１組のウェハが研磨される間に他のウェハの組（または他の複数のウェハの組）をロードしたりアンロードしたりすることが可能であることは、従来のＣＭＰプロセスの関連技術から考えられるであろう。更に、ウェハヘッド４１は、実質的に動くことがないハンドリングアーム４７上に固定した状態にすることができ、または別の形態として、ウェハヘッド４１が研磨ベルト１に対して垂直な軸線周りに回転運動したり、あるいはハンドリングアーム４７に沿って上下に移動することにより振動的な回動を行うようにしたり、これらの運動を組み合わせを行えるような形態で設けることができる。
【００３５】
この様々な設置形態で設置できるベルト式ＣＭＰ装置は、異なる研磨パッドを用いることにより、一次研磨加工用にもタッチアップ段階の研磨加工用にも使用することができる。一次研磨加工であれタッチアップ段階の加工であれ、研磨加工が終了すると、圧縮シリンダまたは他の加圧手段４２が引き込まれ、ウェハが研磨パッド付きベルトから離れる方向に動く。ここで、ウェハは絶縁厚みの検出のため、または次の研磨加工段階のためにモニタされる。ウェハは、ローディング及びアンローディングステーションに戻された後、最終的な製品に仕上げるべく洗浄のためのクリーニングステーションに送られる。
【００３６】
ウェハ支持部の数、即ち本発明による複数の設置形態をとれるベルト式ＣＭＰ装置によって研磨加工されるウェハの数は、研磨ベルト１のサイズ及び長さやウェハ支持部２３のサイズに応じて変わってくる。例えば、本発明はこれに限定されるものではないが図面に示した実施例では、固定プーリ取付具５の一方の側にある２つのウェハ支持部２３は８インチウェハ用であり、もう一方のウェハ支持部は１２インチウェハ用である。研磨ベルト１のサイズ及び長さを変えると、この複数の設置形態をとれるベルト式ＣＭＰ装置は、複雑な機械的制御機構を追加することなく、同時により多くの数のウェハ研磨加工を行うことができるようになる。従って、本発明のＣＭＰ装置は、より小さいウェハの加工スループットを高めるのみならず、より大きいウェハの加工にも容易に適用できる柔軟性をも備えている。ウェハ支持部２３は並べて配置され（８インチウェハ用の場合）、研磨加工中に１つのウェハが破損した場合に他のウェハが損傷を受けないようになっている。ウェハ支持部２３は、ウェハの直径よりわずかに大きく、これによってベルトのたるみや曲がりを防いで、ウェハの表面がパッド付きベルト１の表面と常に平行にある状態を確保できるようにしている。従来より良く知られている研磨パッドコンディショナ（図示せず）は、ベルト１の前後に設けられており（ベルトがプーリ２及び６を回る前の部分）、研磨パッド１ｂに付着した粒子を取り除いたり、次のウェハに向かって進んで行く前にベルトの状態を良好にする役目を果たしている。
【００３７】
本発明によるＣＭＰ装置は、様々な設置形態をとり得るということにより、ＣＭＰ装置が固定され得る設置面に関して様々な面の占有形態をとり得るという利点を有する。ＣＭＰ装置の設置時の形態は、研磨ベルト１の（またはウェハ支持部２３の）、ＣＭＰ装置が設置される床部に対する向きによって定められる。研磨ベルト１が掛けられたプーリ向きが床に対して垂直な向きでベルトが床と平行に走行する場合（図１参照）、装置は垂直向きと称する。ＣＭＰ装置の別の形態は、図１７に示されているように、研磨ベルトが床に対して垂直な方向に走行するような形態であり、研磨ベルトが掛けられたプーリが床に対して水平である状態である。このような装置の形態を水平向きと称する。何れの場合にも、ＣＭＰ装置が垂直向きであれ、水平向きであれ、これに関わりなく、本発明のＣＭＰ装置は設置面に対して様々な設置形態で空間的に配置されうる。このとき、ウェハまたは他の基板はハンドリング手段により、ベルト式研磨手段１によって定められる研磨平面に対して一定の向きをもって保持され、また前記研磨平面に対して垂直なベクトルは重力加速度ベクトルに対して実質的に非平行、好ましくは垂直となる。
【００３８】
本発明による複数の設置形態で設置できるベルト式ＣＭＰ装置の利点は、図１４〜図１６の実施例を参照することによりより良く理解されるであろう。ここでは、複数の設置形態をとりうるベルト式ＣＭＰ装置が複数個、空間を節約し、ウェハのロード及びアンロードの効率を高め、異なるニーズや目的に適合するように様々な配置形態で配置されている。即ち、図１４に示すのは積み重ね型配置、図１５に示すのは並列型配置、また図１６に示すのは直列型配置である。
【００３９】
設置時に複数の設置形態をとり得るベルト式ＣＭＰ装置の、従来のロータリー式ＣＭＰ装置と比較した場合の利点は明らかである。第１に、ベルト１がウェハの材料や必要な除去される厚みにも応じて１０〜８０ｆｔ／秒（３〜２４ｍ／秒）の範囲の速度で直線的に移動する。この直線運動は均一で、ベルト上及びウェハ上のいかなる点においても速度が等しい。このことによって、ウェハ上のいかなる点においても等しい研磨速度が得られ、従来のロータリー式ＣＭＰ装置において見られた不都合なエッジ効果が除去される。第２に、複数の設置形態をとり得るベルト式ＣＭＰ装置は、ウェハを研磨するために３つの回転運動の代わりに１つの直線運動を用いており、これによってＣＭＰ装置の構造が著しく単純化され、装置の製造コスト及びメンテナンスコストが低減し、動作時の信頼性が高められることになる。更に、ウェハに均一な圧力を加えながら直線運動することにより、ウェハが破損するリスクが低減し、特に値段の高いより大型のウェハの加工に用いるのに適するものとなる。更に、垂直向きの設置形態を取った場合ベルト式ＣＭＰ装置の設置占有面積（フットプリント）は劇的に小さくなる。というのは、垂直向きの設置形態を取るために必要な床面積が極めて小さいからである。このような垂直向きで設置された装置は、直列型配置が可能なので、所定の時間に処理できるウェハの数が増加し、従来のロータリーにＣＭＰ装置と比較して研磨加工において高スループットが達成できることになる。
【００４０】
ベルト式ＣＭＰ装置は、上述の実施例の他、ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ハードディスク磁気ドライブ、または研磨処理が必要な平坦面を有する他の物体または基板の研磨に使用することもできる。但し発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
また、上述の開示内容を参照することにより、本発明の範囲を逸脱することなく当業者は様々な改変を加えた形態の本発明の実施が可能であろう。
【００４２】
【発明の効果】
以上より、本発明により、実質的にスループットが高く、設置占有面積が小さく、基板全体に亘って均一なより高速の相対速度が得られ、既存のものよりよりコンパクトな機構で高度な平坦化が行えるような、床に対する装置の向きを変えた様々な形態で設置できる化学的機械的平坦化処理用のベルト式研磨装置が実現できる。
【００４３】
また、本発明により、従来の研磨機や研磨方法を用いて取り扱うには不適切で望ましくないような大きなサイズのウェハやＦＰＤを研磨するのにより適するように設計された化学的機械的平坦化処理用のベルト式研磨装置が得られる。
【００４４】
更に、本発明により現在の回転式プラテンのサイズを大きくせずに高い相対速度を得ることができ、かつあまり嵩張らない構成のベルト式ＣＭＰ装置であって、現在の回転式プラテンで必要な大きくて嵩張る支持部が不要の固定式ウェハ支持部を備えており、このため装置を床に対して概ね垂直な方向に延びる形態で設置し、装置の設置占有面積を小さく抑えることができるという利点を有する化学的機械的平坦化処理用のベルト式研磨装置が得られる。
【００４５】
更に、本発明により、生産上の信頼性を高め、機械のメンテナンスのための処理中断の頻度を減らすとともに、高いスループットと品質の良い加工物が得られて、この結果コストを低減することができるようなベルト式ウェハ研磨装置が得られる。
【００４６】
この他、本発明により、上述のようなベルト式研磨装置を用いた研磨方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施例によるベルト式研磨パッドを備えたＣＭＰ装置の模式図。
【図２】本発明の好適実施例によるベルト式研磨パッドを備えたＣＭＰ装置の側面図。
【図３】本発明の好適実施例によるベルト式研磨パッドを備えたＣＭＰ装置の平面図。
【図４】本発明によるハンドリング構造の平面図。
【図５】移動位置及び研磨位置にあるハンドリング構造を示した図。
【図６】ベルト式研磨パッドに上からロードされるトップローディング式ハンドリング構造を示した図。
【図７】直線運動及び回転運動を可能にするシャフト機構の研磨シャフト及びピボットシャフトを示した図。
【図８】支持体上に取着されたシャフト機構を示した図。
【図９】本発明の好適実施例による、調節可能プーリ取付具の平面図及び側面図。
【図１０】本発明による調節可能プーリ取付具の及びウェハ支持部の平面図及び側面図。
【図１１】本発明による調節可能プーリ取付具の及びウェハ支持部の平面図及び側面図。
【図１２】調節可能プーリ取付具を支持する取付具を示した図。
【図１３】直線運動及び回転運動を可能にするスラスト玉軸受を示した図。
【図１４】積み重ね型配置で配置された本発明の好適実施例によるＣＭＰ装置の斜視図。
【図１５】本発明の好適実施例による一連のＣＭＰ装置群が並列型配置で配置されているところ示した斜視図。
【図１６】本発明の好適実施例による一連のＣＭＰ装置群が直列型配置で配置されているところを示した斜視図。
【図１７】本発明によるＣＭＰ装置群が水平向きの設置形態で設置されているところを示した斜視図。
【符号の説明】
１  ループ式ベルト
１ａ  研磨パッド
２  固定プーリ
３  シャフト
５  固定プーリ取付具
５ａ  上側部材
５ｂ  下側部材
５ｃ  垂直部材
６  調節可能プーリ
７  結合手段
８  ＡＣモータ
９  プーリシャフト
１４  ボールねじの対
１５  第１のボールナットの対
１５ａ  第２のボールナットの対
１６  スラスト玉軸受
１７  玉軸受
１８  シャフト機構
１９  研磨された孔
２０  調節ねじの対
２１  調節可能プーリ取付具
２１ａ  （調節可能プーリ取付具の）上側ブロック
２１ｂ  （調節可能プーリ取付具の）下側ブロック
２１ｃ  （調節可能プーリ取付具の）垂直ブロック
２１ｄ  ねじ
２３  ウェハ支持部
２３ａ  ウェハシャフト
２３ｂ  ウェハシャフトピン
２３ｃ  シャフトリミット
２４  第１の調節アームの対
２４ｂ  第２の調節アームの対
２５  ばね
２６  ピボットシャフト
２７  研磨されたシャフト
２８  ウォームギヤ
２９  ベース部
３５  支持体
３６  ヨーク
３６ａ  （ヨークの）サイドアーム
３６ｂ  （ヨークの）横部材
３６ｃ  （ヨークの）凹部
３７  孔
４０  ウェハハンドリング構造
４１  ウェハヘッド
４２  加圧手段
４３  フランジ付ベース部
４４  シャフトピボット
４５  吸引ライン
４６  圧縮空気ライン
４７  ハンドリングアーム
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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