(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＭＰパッドサンプルを荷重下で共焦点顕微鏡検査するサンプルホルダと方法を提供する。【解決手段】サンプルホルダは、パッドを透明窓の背後に配すること、上側透明窓保持手段、下側パッド保持手段、球体力伝達手段、および荷重調整手段を含む手段によって上記窓に対して保持することによって、共焦点顕微鏡で観察可能なサンプル部分の上に一様な荷重および圧力を維持する。上側透明窓保持手段は、パッド材料と同じまたは基本的に同じ屈折率を有する透明窓に隣接してオフセットを有し、下側パッド保持手段は、パッドの対応寸法と同じまたはそれより小さい横方向寸法を有する。球状力伝達手段は、荷重を測定するために、下側パッド保持手段に対して押し当てられ、荷重調整手段は、既知の荷重を調整する。【選択図】図１
2009282008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新しいまたは使用済みのいずれかのＣＭＰパッドから切り出されたまたは別の方法で取り除かれたＣＭＰパッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記パッドを透明窓の背後に配すること、ならびに、前記パッドを、上側透明窓保持手段、下側パッド保持手段、球状力伝達手段、および荷重調整手段を含む手段によって前記透明窓に対して保持することによって、共焦点顕微鏡で観察可能なサンプル部分の上に一様な荷重および圧力を維持し、
前記上側透明窓保持手段は、前記パッドが前記透明窓に対して保持されているときに前記パッドのエッジが前記透明窓の外縁より外側になるように、パッド材料と同じまたは基本的に同じ屈折率を有する前記透明窓に隣接してオフセットを有し、
前記下側パッド保持手段は、既知の荷重下で前記パッドを前記透明窓に対して押し当てるためのものであり、前記パッドの対応寸法と同じまたはそれより小さい横方向寸法を有し、
前記球状力伝達手段は、力生成手段によって前記窓保持手段と合体される前記サンプルホルダの後方構造ハウジングすなわちカップから前記下側パッド保持手段、前記球状力伝達手段、力移送手段、およびロードセルを通して前記サンプルへと移送される荷重を前記ロードセルを通して測定するために、前記下側パッド保持手段に対して押し当てられ、
前記荷重調整手段は、前記既知の荷重を調整する、サンプルホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載の、化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記透明窓保持手段は、カップの内側底表面に取り付けられる窓装着リングであり、前記カップは、壁を閉じられた後方円筒ハウジングの上に配されるとともに前記円筒ハウジング内の段付き棚上に装着されたまたは前記円筒ハウジングの一部であるリングに固定され、前記透明窓は、不透明または透明であってよく、前記透明窓の開口部分は、伝達方向に垂直な湾曲状または多角状の整った幾何学形状を含み、前記サンプルの寸法内に完全に収まり、前記下側パッド保持手段は、前記サンプルの下にあって前記サンプルを前記窓の反対から押圧する硬質材料シートを含み、前記硬質材料シートは、前記窓の透明部分の寸法および幾何学形状におおよそ対応し、前記力移送手段は、スペーサリングによって前記カップ内に支持される力移送ユニットである、サンプルホルダ。
【請求項３】
請求項２に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記透明窓の材料は、サファイアを含む、サンプルホルダ。
【請求項４】
請求項２に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記窓の覆われていない部分の形状は、円形である、サンプルホルダ。
【請求項５】
請求項２に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記硬質材料シートの幾何学形状は、前記窓の幾何学形状に対応するとともにほぼ同サイズである、サンプルホルダ。
【請求項６】
請求項２に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記透明窓の外側部分の覆いは、前記窓を取り囲む不透明な層または板を構成するとともに前記カップおよび装置を覆う前記キャップの内側表面に取り付けられる窓装着リングによってなされる、サンプルホルダ。
【請求項７】
請求項２に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記サンプルには熱が加えられる、サンプルホルダ。
【請求項８】
請求項７に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記熱は、前記力移送ユニットを取り囲むとともにスペーサリングによって支持される熱伝導性材料のスピンドルの外側のヒータによって、前記サンプルに供給される、サンプルホルダ。
【請求項９】
請求項８に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記熱は、前記スピンドルの熱伝導性部分を取り囲むヒータによって供給される、サンプルホルダ。
【請求項１０】
請求項２に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
印加される前記荷重は、結果として、０〜１１ｐｓｉ（約０〜７５８４３パスカル）の範囲の圧力を前記透明窓に及ぼす、サンプルホルダ。
【請求項１１】
請求項１に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
力生成手段は、前記カップの外側にめくれたヘリ先によって支持されるリング内の穴から前記カップの前記円筒壁内の段差に載せられたリング内のネジ穴にバネ圧縮ボルトを通すことによって固定される前記カップを含む、サンプルホルダ。
【請求項１２】
請求項８に記載の、既知の荷重および既知の温度における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記サンプルの温度は、熱電対によって決定される、サンプルホルダ。
【請求項１３】
新しいまたは使用済みのいずれかのＣＭＰパッドから切り出されたまたは別の方法で取り除かれたＣＭＰパッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダを使用するための方法であって、
前記サンプルホルダは、新しいまたは使用済みのＣＭＰパッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観察するために、前記パッドを透明窓の背後に配すること、ならびに、前記パッドを、上側透明窓保持手段、下側パッド保持手段、球体力伝達手段、および荷重調整手段を含む手段によって前記窓に対して保持することによって、共焦点顕微鏡で観察可能なサンプル部分の上に一定の荷重を維持し、
前記上側透明窓保持手段は、前記パッドが透明窓に対して保持されているときに前記パッドのエッジが前記透明窓の外縁より外側になるように、パッド材料と同じまたは基本的に同じ屈折率を有する前記透明窓に隣接してオフセットを有し、
前記下側パッド保持手段は、既知の荷重下で前記パッドを透明窓に対して押し当てるためのものであり、前記パッドのサイズより小さいサイズを有し、
前記球状力伝達手段は、力生成手段によって前記窓保持手段と合体される前記サンプルホルダの後方構造ハウジングから前記下側パッド保持手段、前記球状力伝達手段、力移送手段、およびロードセルを通して前記サンプルへと移送される荷重を前記ロードセルを通して測定するために、前記下側パッド保持手段に対して押し当てられ、
前記荷重調整手段は、前記既知の荷重を調整する、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の、化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記透明窓保持手段は、カップの内側底表面に取り付けられる窓装着リングであり、前記カップは、壁を閉じられた後方円筒ハウジングの上に配されるとともに前記円筒ハウジング内の段付き棚上に装着されたまたは前記円筒ハウジングの一部であるリングに固定され、前記透明窓は、不透明または透明であってよく、前記透明窓の開口部分は、伝達方向に垂直な湾曲状または多角状の整った幾何学形状を含み、前記サンプルの寸法内に完全に収まり、前記下側パッド保持手段は、前記サンプルの下にあって前記サンプルを前記窓の反対から押圧する硬質材料シートを含み、前記硬質材料シートは、前記窓の透明部分の寸法および幾何学形状におおよそ対応し、前記力移送手段は、スペーサリングによって前記カップ内に支持される力移送ユニットである、サンプルホルダ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記透明窓の材料は、サファイアを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記窓の覆われていない部分の形状は、円形である、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記硬質材料シートの幾何学形状は、前記窓の覆われていない部分の幾何学形状に正確に対応するとともに同サイズである、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記窓の覆いは、前記カップを覆う前記キャップの内側に取り付けられた、前記窓を取り囲む不透明な層または板を含む前記窓装着リングによってなされる、方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記サンプルには熱が加えられる、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記熱は、力移送ユニットを取り囲むとともにスペーサリングによって支持される熱伝導性材料のスピンドルの外側のヒータによって、前記サンプルに供給される、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記熱は、前記スピンドルの銅部分を取り囲むヒータによって供給される、方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
印加される荷重は、結果として、０〜１１ｐｓｉ（約０〜７５８４３パスカル）の範囲の圧力を前記透明窓に及ぼす、方法。
【請求項２３】
請求項１３に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
力生成手段は、前記カップの外側にめくれたヘリ先によって支持されるリング内の穴から前記カップの前記円筒壁内の段差に載せられたリング内のネジ穴にバネ圧縮ボルトを通すことによって固定される前記カップを含む、方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記サンプル温度は、熱電対によって決定される、方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダであって、
前記荷重は、滑りチューブ内に収容されたネジシャフトによって、前記力移送ユニットを通して前記サンプルに印加され、前記滑りチューブの一方の端は、前記カップのボトムに取り付けられ、前記ネジシャフトは、前記滑りチューブのもう一方の端に取り付けられた固定端軸受けを通り、前記チューブ内には、前記ロードセルとの間に一枚バネまたは同心バネを挟んでネジ滑子が装着され、前記ロードセルの下方には、前記シャフトおよび自由端軸受けが着座して前記ロードセルに荷重を移送する、サンプルホルダ。
【請求項２６】
請求項１４に記載の、既知の荷重において化学的機械的研磨パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記荷重は、滑りチューブ内に収容されたネジシャフトによって、前記力移送ユニットを通して前記サンプルに印加され、前記滑りチューブの一方の端は、前記カップのボトムに取り付けられ、前記ネジシャフトは、前記滑りチューブのもう一方の端に取り付けられた固定端軸受けを通り、前記チューブ内には、前記ロードセルとの間に一枚バネまたは同心バネを挟んでネジ滑子が装着され、前記ロードセルの下方には、前記シャフトおよび自由端軸受けが着座して前記ロードセルに荷重を移送する、方法。
【請求項２７】
既知の荷重において化学的機械的研磨パッドのサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法であって、
前記ネジシャフトを回転させる手段は、機械的である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点顕微鏡検査用のパッドサンプルホルダ、およびその使用方法に関するものである。
【０００２】
共焦点顕微鏡検査は、光学撮像のための技術である。これは、レンズおよびレーザとともに空間的ピンホールを使用し、それによって、レンズの焦点面の狭い範囲内に置かれたサンプルからの反射レーザ光を検出する。検出器は、一度にサンプルの一小部分すなわち一ピクセルしか観測できないので、測定対象であるサンプルの全域にわたって毎秒数回の速度で画像が取得され、コンピュータによって複合画像に再構築される。このようにして、共焦点顕微鏡検査は、オペレータが、より明瞭な画像コントラストを得ること、３次元の画像を提供すること、またはこれらの両方を可能にする。この原理は、参照によって本明細書に全部を組み込まれる米国特許第３０１３４６７号に記載されており、以来、その他の数々の出版物および特許において発展されてきた。
【０００３】
これは、ユーザが、ヘイズのない高度な３次元画像を得ることを可能にするので、共焦点顕微鏡検査は、生命科学だけでなく、ウエハならびにその他の半導体材料および半導体デバイスの検査に応用される半導体産業でもとりわけ有用であることがわかってきた。
【０００４】
近年では、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）パッドの磨耗特性を調べるために共焦点顕微鏡検査を使用することが重要になってきた。より具体的には、ＣＭＰパッドおよびその他の材料の接触面積を、そして間接的にはそれらの特性およびトポグラフィを決定するために、レーザ共焦点顕微鏡検査および透明窓を使用することが知られるようになった。このような用法は、D.J. Stein、D.L. Hetherington、F.B. Kaufman、およびJ.L. Cecchi、「ＣＭＰ研磨パッドの表面トポグラフィ測定へのレーザ走査型共焦点顕微鏡検査の応用(Application of Laser Scanning Confocal Microscopy to Surface Topography Measurement of CMP Polish Pads)」、１９９７年２月２２〜２３日、E. DiaconescuおよびM. Glovnea、「反射性による接触域の可視化および測定(Visualization and Measurement of Contact Area by Reflectivity)」、２００６年１０月、ならびにG.P. Muldowney、C.L. Elmufdi、B. Jiang、およびR. Palaparthi、「ＣＭＰパッドの接触、変形、および流れ抵抗の測定：微組織設計およびプロセス予測可能性における進歩(Measurement of CMP Pad Contact, Deformation and Flow Resistance: Advances in Microtexture Design and Process Predictability」、２００７年３月６〜８日に開示されており、いずれも、参照によって本明細書に全部を組み込まれるものとする。サファイアの屈折率とパッド材料の屈折率との整合は、パッド接触域が反射を示さないのに対してパッド非接触域は反射および干渉縞を示すことを意味しており、これは、明瞭なコントラストと、パッド材料と透明窓との間の絶対接触面積の決定とを可能にする。
【０００５】
２００６年には、参照によって本明細書に全部を組み込まれる文献Carolina L. ElmufdiおよびGregory P. Muldowney、「化学的機械的研磨においてパッド−ウエハ接触面積を測定するための新規の光学的技術(A Novel Optical Technique to Measure Pad-Wafer Contact Area in Chemical Mechanical Polishing)」において、「共焦点反射干渉コントラスト顕微鏡検査（Ｃ−ＲＩＣＭ）は、パッド−ウエハ接触界面を撮像するために単一焦点面を使用する点が示されている。そして、光透過性を提供してパッドの屈折率を整合させるために、サファイアカバー片が使用される。」ことが見いだされた。
【０００６】
先行技術の主な問題は、しかしながら、特定の表面積を有するＣＭＰサンプルを用意するために、観察および測定に適した特定の形状でサンプルを用意する必要があることであ
った。サンプルは、印加される荷重の一部を非均等に支持したり接触面積の測定をサンプルのその他の部分と比べて偏らせたりする恐れがあるいかなる捲くれもその他の異常もサンプルのエッジに残さずに、透明窓の形状どおりに注意深く切り出されなければならない。
【０００７】
荷重、すなわちより具体的には透明窓に一般的に接触しているパッドの任意の部分にかかる圧力の、あらゆるばらつきは、誤った異常な結果をもたらす。接触面積は、一様な荷重下で決定することが不可欠なので、（新材料をテストする場合は）規則正しいエッジを有するサンプルを用意することによって、または使用済みパッドをテストする場合はエッジの異常および捲くれを排除するためにサンプルを注意深く切り出して用意することによって、このようなエッジ特徴を排除しなければならない。これは、非常に時間がかかり、結果の精度および動作の時間効率の両方を低減させる恐れがある。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、新しいまたは使用済みのいずれかのＣＭＰパッドから切り出されたまたは別の方法で取り除かれたＣＭＰパッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダに関する。ホルダは、パッドを透明窓の背後に配すること、ならびに、それを、上側透明窓保持手段、下側パッド保持手段、球体力伝達手段、および荷重調整手段を含む手段によって上記窓に対して保持することで、共焦点顕微鏡で観察可能なサンプル部分の上に一様な荷重および圧力を維持する。ここで、上記上側透明窓保持手段は、パッドが透明窓に対して保持されているときにパッドのエッジが透明窓の外縁より外側になるように、パッド材料と同じまたは基本的に同じ屈折率を有する透明窓に隣接してオフセットを有し、上記下側パッド保持手段は、既知の荷重下でパッドを透明窓に対して押し当てるためのものであり、パッドのサイズより小さいサイズを有し、上記球状力伝達手段は、力生成手段によって上側透明窓保持手段と合体されるサンプルホルダの後方構造ハウジングから下側パッド保持手段、球状力伝達手段、力移送手段、およびロードセルを通してサンプルへと移送される荷重をロードセルを通して測定するために、下側パッド保持手段に対して押し当てられ、荷重調整手段は、既知の荷重を調整する。本発明は、また、新しいまたは使用済みのいずれかのＣＭＰから切り出されたまたは別の方法で取り除かれたＣＭＰパッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダを使用するための方法に関する。ホルダは、新しいまたは使用済みのＣＭＰパッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観察するために、パッドを透明窓の背後に配すること、ならびに、そのパッドを、上側透明窓保持手段、下側パッド保持手段、球体力伝達手段、および荷重調整手段を含む手段によって上記窓に対して保持することで、共焦点顕微鏡で観察可能なサンプル部分の上に一定の荷重を維持する。ここで、上記上側透明窓保持手段は、パッドが透明窓に対して保持されているときにパッドのエッジが透明窓の外縁より外側になるように、パッド材料と同じまたは基本的に同じ屈折率を有する透明窓に隣接してオフセットを有し、上記下側パッド保持手段は、既知の荷重下でパッドを透明窓に対して押し当てるためのものであり、パッドのサイズより小さいサイズを有し、上記球状力伝達手段は、力生成手段によって上側透明窓保持手段と合体されるサンプルホルダの後方構造ハウジングから下側パッド保持手段、球状力伝達手段、力移送手段、およびロードセルを通してサンプルへと移送される荷重をロードセルを通して測定するために、下側パッド保持手段に対して押し当てられ、荷重調整手段は、既知の荷重を調整する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にしたがったサンプルホルダの側方断面図である。
【図２】カップ２８の側面図である。
【図３】カップ２８の取り外し可能ボトム３０を詳細に示している。
【図４】キャップ１０の側方断面図である。
【図５】カップ２８に滑り装着するキャップ１０を、カップ２８およびキャップ１０の両方にリング２２，６６を配した状態で示した部分側方断面図である。
【図６】２つのリング２２，６６の上面図である。
【図７】スピンドル８７を図示している。
【図８】力移送ユニットの側面図である。
【図９】サンプルを保持するステージの部分の拡大側方断面図である。
【図１０】第２の実施形態の荷重印加機器の側方断面図である。
【００１０】
別段の明記のない限り、図中において、類似の符号は、全ての図面を通して同じ要素を示すものとする。
【００１１】
＜本発明の詳細な説明＞
本開示において、「前方」または「前方向」は、ＣＭＰサンプルパッドホルダの使用時において共焦点顕微鏡に向かう方向を指すものとする。また、「後方」または「後方向」は、使用時において共焦点顕微鏡から離れる方向を指すものとする。
【００１２】
本発明の発明者は、共焦点顕微鏡による観測のためにポリウレタン製の化学的機械的研磨パッドのサンプルを容易に用意することにともなう問題を解決するために、長期に及ぶ系統だった研究の結果として、共焦点顕微鏡検査による観測に適した形状および条件のサンプルを確実に提供する解決策を見いだした。
【００１３】
より具体的には、本発明の発明者は、既知の荷重における化学的機械的研磨（ＣＭＰ）パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダを考案した。このサンプルホルダでは、パッドサンプルは、硬質材料の透明窓に対して保持され、上記透明窓は、前方において窓装着リングによってサンプルに対して保持され、そして、上記窓装着リングは、カップと称されるサンプルホルダの後方構造ハウジングの上に配されるとともにカップ壁内の段差上に装着されたリングに固定され、キャップと称されるサンプルホルダの前方構造ハウジングの内側底表面に取り付けられる。透明窓のアパーチャすなわち少なくとも共焦点顕微鏡の視野内にある部分は、透明でなければならず、不透明材料で覆われてはならず、残りの部分は、不透明材料で覆われてよく、これは、もし他に何もなければ、顕微鏡のオペレータがその意図する先を見ることを可能し、窓の透明部分は、湾曲状または多角状の整った幾何学形状を含み、最も一般的には円形、四角形、五角形、六角形、または共焦点顕微鏡検査などのための十分なアパーチャを残す任意の形状であり、共焦点顕微鏡によって観察される部分は、その全部が、エッジもいかなる裂け穴もサンプルのエッジに関連したその他のいかなる異常特徴も有さない範囲内のサンプルに被さっていなければならず、さらに、その全部の反対側に、下側パッド保持手段が存在していなければならず、そして、下側パッド保持手段は、力移送ユニットによってサンプルに対して保持され、力移送ユニットは、力伝達手段の前面上の開口内に支持される球状力伝達手段を含み、そして、力伝達手段は、上記力移送ユニットの前方部分内の上記開口内に支持されるプラグをともなう力移送ユニットを含み、この力移送ユニットは、スペーサリングによってカップ内の適所に位置揃えされて保持され、上記球状力伝達手段および上記プラグの反対側において、ロードセルに、ひいてはカップに接続される。
【００１４】
また、本発明の発明者は、装置を使用して、既知の荷重において化学的機械的研磨（ＣＭＰ）パッドサンプルを共焦点顕微鏡検査によって観測するための方法を考案した。この装置では、パッドサンプルは、硬質材料の透明窓に対して保持され、窓自体は、前方の窓装着リングによってサンプルに対して保持され、そして、上記窓装着リングは、キャップの内側底表面に取り付けられ、このような透明窓のアパーチャすなわち共焦点顕微鏡で観察可能な部分は、透明でなければならず、不透明材料で覆われてはならず、残りの部分は、不透明材料で覆われてよく、この窓の透明部分は、湾曲状または多角状の整った幾何学形状を含み、好ましくは円形であるが、四角形、五角形、六角形、または共焦点顕微鏡検
査などのための十分なアパーチャを残す任意の形状が使用されてよく、共焦点顕微鏡によって観察される窓部分は、その全部が、エッジもいかなる裂け穴もサンプルのエッジに関連したその他のいかなる異常特徴も保持していない部分のサンプルに被さっていなければならず、さらに、サンプルを挟んでその全部の真反対には、下側パッド保持手段が存在していなければならず、そして、下側パッド保持手段は、力移送ユニットによってサンプルに対して保持され、力移送ユニットは、力伝達手段の前面上の開口内に支持される球状力伝達手段を含み、そして、力伝達手段は、上記力移送ユニットの前方部分内の上記開口内に支持されるプラグをともなう力移送ユニットを含み、この力移送ユニットは、スペーサリングによってカップ内の適所に位置揃えされて保持され、上記球状力伝達手段および上記プラグの反対側において、ロードセルに、ひいてはカップに接続される。
【００１５】
本発明のパッドサンプルホルダおよび方法は、測定時におけるサンプルの温度を制御するため、結果の一貫性をより優れたものに維持するため、さらに非周囲条件下でパッドサンプルを測定するために、熱伝導性スピンドルを取り巻くまたは熱伝導性スピンドルに隣接する加熱手段の追加によって補足され得る。本発明のとりわけ魅力的な特徴は、オペレータが、幅広い様々な条件を網羅するのと同時に、サンプルにかかる荷重および温度を知って調整することによって、動作条件下だけでなくその他の様々な条件下でパッドがどのようにふるまうかを決定できることにある。
【００１６】
本発明の装置は、当該分野の現状に応じて、なかでも特に、現時点において入手可能な共焦点顕微鏡検査用のＣＭＰパッドサンプルホルダによってまだ完全に解決されていない当該分野における問題および必要性に応じて開発された。したがって、本発明の全体的な目的は、先行技術の欠点に対処する共焦点顕微鏡検査用のＣＭＰパッドサンプルホルダおよびその関連方法を提供することにある。
【００１７】
この機器および方法の目的は、ＣＭＰパッドの切片の、より効果的な共焦点顕微鏡検査を可能にすることにある。ＣＭＰパッドは、銅またはタングステンまたはその他の材料をめっきされたシリコンウエハまたはシリコン化合物ウエハなどのウエハの金属表面を、ＣＭＰスラリと相まって磨耗させて平坦化し、その後、半導体ウエハ自体を平坦化することができるように、粗いものであることが望ましい。ＣＭＰパッドは、粗く作成され、ＣＭＰプロセスは、研磨パッドの表面を磨耗させて滑らかにするが、同時に、ＣＭＰに使用されるダイヤモンドコンディショナパッドが、パッドの表面を粗くし続ける。
【００１８】
ＣＭＰパッドのメーカおよびユーザは、新しいパッドの場合はパッドが最初どの程度粗いかを知る必要があり、使用済みパッドの場合はＣＭＰ中に各種の期間にわたって荷重を受けて使用された後にパッドがまだどれくらい粗いかを知る必要がある。この情報は、メーカが、パッドの性質を改善すること、およびパッド表面の場所により粗さが一様でないなどの望ましくない欠陥や、限定的な使用に続いて発生する適切な粗さの欠如を発見すること、ならびにユーザが、所定のパッドタイプの使用を最適化することを可能にする。これらの要素は、パッドおよびＣＭＰプロセスのタイプによって異なる。
【００１９】
当該分野において、先ごろは、共焦点顕微鏡が、透明窓によってＣＭＰパッドの接触表面積を明瞭に示せることが知られている。ＣＭＰ研磨パッドにポリウレタン材料が使用される場合、サファイアは、可視スペクトルの範囲において、波長３５１ｎｍでの約１．７９７から波長６３２．８ｎｍでの１．７６６に及ぶ屈折率を有する（www.mellesgriot.com/product/optics/mp_3_5.htmにおいてMellesgriotによって公表された情報）ので、パッド表面上の粗さのピークが透明窓に対して押し当てられて接触するところでは、透明窓上に暗い領域が見られる。これは、共焦点顕微鏡検査によって観測することが可能であり、透明窓に接触しているパッドの表面積の割合を、ひいては所定の荷重における相対的粗さを決定する手段を提供する（Ibid ElmufdiおよびMuldowney、２００６年）。透明窓に対
して押し当てられた研磨パッドの共焦点顕微鏡画像は、明確に線引きされた明るい（非接触）ゾーンと暗い（接触）ゾーンとに分けられる。これら明るいゾーンおよび暗いゾーンのそれぞれの表面積は、当業者によく知られた適切なソフトウェアを使用して測定することができる、または共焦点顕微鏡によって観察される写真上に配されたグリッドシステムによって可視的に測定することができる。後者の場合は、透明窓に接触しているパッドの相対面積を決定するために、グリッドの四角が暗いかまたは明るいかが指定され、カウントされる。所定の荷重下でパッドがどの程度変形するかも、研磨パッドの特性である。パッドは、プラスチックであるゆえに圧力下で変形し、圧力の増大は、窓に接触するパッドの割合を増大させる。この効果は、パッドが窓ではなくウエハに接触する実際の使用時に対応するものである。
【００２０】
先行技術において、共焦点顕微鏡検査が使用される場合は、使用中のパッドから、サイズがおよそ２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）の小さいパッドサンプルが切り出され、２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）の透明窓上に配される。すると、パッド上にかかる一様な圧力を決定することが容易でなく、パッドサンプルのエッジ付近の不規則性によって深刻な測定誤差が引き起こされた。これらの不規則性には、パッド内の不規則な切れ目、穴、および割れ目が含まれ、これらは、空き空間領域を残らせた。パッドは、圧力を解放するためにこれらの空き領域内へと変形する可能性があり、また、このような空き空間特徴は、見かけ上の非接触面積を誤って増大させるので、これらの空き空間領域の存在は、透明窓に面するサンプルにかかる荷重を確実に非一様にする。また、パッドからのサンプルの切り出しの結果発生するサンプルのエッジの捲くれは、透明窓の下に配されたときに、窓を表面から遠ざける働きをし、共焦点顕微鏡検査によるサンプルの観察時に、誤った大きな非接触ゾーンを形成すると考えられる。したがって、共焦点顕微鏡検査用のサンプルを用意するにあたり、上述の欠陥を排除することは、これまで極めて時間がかかったうえに、完全に成功することが滅多になかった。
【００２１】
本発明は、透明窓のうち窓装着リングおよびキャップを構成する不透明な取り巻き材料に覆われていない部分、すなわち透明窓のアパーチャの、全てのエッジより、好ましくは透明窓全体より、サンプルのサイズを少なくとも１６分の１インチ（約０．１６ｃｍ）大きくすること、サンプルの後方にありなおかつアパーチャと同じまたは非常に似た形状を有する下側パッド保持手段を通して力を作用させる（したがって、共焦点顕微鏡によって観察される全てが同じ圧力下にありなおかつ異常がないようにする）こと、そうして、キャップの前方パーツ内にセットまたは固定された窓装着リングに対してセットされた透明窓に対してサンプルを押し付けることによって、先行技術の問題を克服している。サンプルがカップの壁に接触しない限り、アパーチャまたは透明窓を超えるサンプルのサイズとしての適用可能最大寸法はない。窓装着リングは、リングの内側開口部分が透明窓へのおよび透明窓からの光の透過を可能にするとともにリングの金属部分が透明窓へのおよび透明窓からの光の透過を阻むという意味で、アパーチャを画定している。リングの開口部分の寸法は、アパーチャを画定している。アパーチャは、必ずしも共焦点顕微鏡の視野と同じ形状またはサイズである必要はなく、わずかに大きいことが理想である。重要なのは、顕微鏡の視野内にあるサンプル表面全体が、サンプルの後方側から下側パッド保持手段によって押し当てられていることである。このため、視野内にあるサンプルが全て下側パッド保持手段の一部の前方にあり、なおかつ上記下側パッド保持手段の前方の範囲内のサンプルに隙間、裂け目、捲くれ、またはギザギザのエッジがない限り、サンプルのエッジが透明窓のエッジを超えて広がるか、または透明窓の一部がサンプルのエッジを超えて広がるかは重要でない。しかしながら、実際問題として、透明窓のうち窓装着リングに覆われた部分は小さいので、アパーチャの横方向寸法は透明窓の横方向寸法に非常に近く、その差は通常は１６分の１インチ（約０．１６ｃｍ）以内であるのが一般的であるので、サンプルのエッジは、サンプルが透明窓に対してセットされたときに、視野内に割れ目、隙間、裂け目、穴、または捲くれなどの異常なエッジ特徴がないことを容易に決定されるよう
に、透明窓のエッジを超えて広がることが好ましい。サンプル全体が透明窓の全てのエッジを超えて広がる限り、サンプルと透明窓とが同じ形状を有することは重要でない。しかしながら、両者は、同じ形状を有することが好ましく、その形状は、実用的なサンプル切り出し方法によって可能とされる範囲内で、円形である。また、下側パッド保持手段は、その横方向寸法が共焦点顕微鏡の視野以上でありさえすればよいものの、透明窓の視野と同じまたはほぼ同じであることが好ましい。下側パッド保持手段は、硬質の剛性材料で作成されるので、必ずしも透明窓と全く同じ形状である必要はない。しかしながら、もしその形状が透明窓の形状と大きく異なる場合は、窓の表面にかかるパッドの圧力は、パッド保持手段の形状の異なる領域の背後において、パッド保持手段のエッジに向かってわずかに変化する恐れがある。もちろん、パッド保持手段が窓より大きい場合を除く。下側パッド保持手段は、サンプルおよび透明窓と同じ横方向形状を有することが好ましく、この形状は、円形であることがさらに好ましい。下側パッド保持手段には、ロードセル上に着座している力移送手段を通して球状力伝達手段によって力が加えられる。ロードセルは、カップの床の前方表面上に着座している。カップとキャップとは、キャップの後方周縁のヘリ先によって保持されるリングおよびカップの壁内のステップによって保持されるリングを通してスプリングボルトによって締め合わされる。ボルトが締め付けられるにつれ、バネは、上記リングを通してキャップのヘリ先に対して押し当てられ、キャップをさらにカップへと押し下げる。カップとサンプルとの間における力の移送は、ロードセル、力移送手段、球状力伝達手段、および下側パッド保持手段を通してなされるので、ロードセルは、サンプルにどれくらいの「荷重」がかかるかを記録する。球状力伝達手段は、サンプルおよび下側パッド保持手段が透明窓および窓装着リングの上に最適に着座することを保証する。その結果、荷重は、サンプルの全ての被観察部分の下に下側パッド保持手段がある限り、サンプル全体にわたって一様である。
【００２２】
ネジを配置しなおして、ネジ切りネジをともなうさらなる滑り軸受けチューブを追加することによって（図１０）、最初の２つのボルトをセットしたままで、上記１つのネジのみを使用して荷重を調整することが可能である。前述の目的を達成するため、そして本明細書において２つの実施形態として具体化され概述される本発明にしたがって、共焦点顕微鏡検査用のＣＭＰパッドサンプルホルダが提供される。
【００２３】
本明細書において提示される共焦点顕微鏡検査用のＣＭＰパッドサンプルホルダおよび関連方法の使用を通して、サンプルの不規則なまたは捲くれたエッジゆえに観測される相対的接触表面積の誤差を最小限に抑えられた顕微鏡観測を迅速に実施することできる。さらに、この改善された顕微鏡検査は、ＣＭＰ研磨機器およびそれらに使用される研磨パッドの使用を促進および改善するために、容易になおかつ費用効率良く適用することができる。本発明のこれらのおよびその他の特徴および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになる、または以下に説明される発明の実施によって知ることができる。
【００２４】
以下において、本発明におけるパーツの全ての寸法は、直径が約２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）から８分の５インチ（約１．５９ｃｍ）のパッドサイズに基づくものであり、使用されるサンプルのサイズの変化に比例して必要に応じて可変である。本明細書において与えられる具体的な寸法は、決して限定的ではなく、本発明の効果的な実施形態を証明するための例示である。
【００２５】
図１に示されるように、カップ２８と称される、硬質材料からなる円筒ケーシングすなわち円筒ハウジングは、一端を開かれるとともに、もう一端を閉じられている。カップは、本発明で必要とされる寸法に容易に形作られる任意の材料で作成されてよく、好ましくは硬質プラスチック、さらに好ましくはポリカーボネートである。図１には、ポリカーボネートまたはその他の適切な硬質材料で作成された円形の取り外し式ボトム３０が示され
、この取り外し式ボトム３０は、約０．１７５インチ（約０．４４５ｃｍ）の好ましい厚さと、カップ２８の円筒壁２９内にちょうど嵌るような直径とを有しており、図１に見られるように、取り外し式ボトム３０の後方面３１がカップ２８の円筒壁２９の後方端１９と水平になるように配される。
【００２６】
図３を参照すると、この取り外し式ボトム３０は、その前方面３３の中心に、ロードセルを着座させて取り付けるためのくぼみを有するとともに、ロードセル３４およびケーブルポート開口３６を有している。取り外し式ボトム３０は、カップ２８の端を閉じるために、任意の適切な手段によって図２のカップ２８の円筒壁２９に取り付けられるので、たとえ荷重の印加中でも、壁に対して不動である。好ましい手段の１つは、図２に示されるようなカップ２８の壁内のドリル穴２７を通して図３に見られる取り外し式ボトム３０の側面内のドリル穴３５に挿入されてカップの取り外し式ボトムを適所に保持するための、図３に見られるようないくつかのピン３２を含む。ピン３２が使用される場合は、少なくとも４つのピンと、対応する少なくとも４つのドリル穴２７とがあることが好ましい。
【００２７】
図１に見られるように、カップ２８の取り外し式ボトム３０の前方面３３に対しては、ロードセルの取り付け用に用意された凹所８４にロードセル３４が取り付けられ、そして、ロードセル３４は、取り外し式ボトム３０内の開口３６を通るケーブル５０に接続される。
【００２８】
図２を参照すると、カップ２８の円筒壁２９の外面に沿った途中には、円筒壁２９がカップ２８の円筒壁２９の後方端１９に向けて薄くなる３７ように、円筒壁２９の方向に垂直なわずかな段差６４がある。段差６４は、約０．０１インチ（約０．０２５ｃｍ）の深さであり、機器のサイズまたはその他の関連条件の変化に応じ、より浅くてもあるいはより深くてもよい。図５に見られるように、この段差６４の目的は、リング６６を保持することであり、その内縁７０は、カップ２８の円筒壁２９の薄い部分３７の外表面と同じ直径を有している。リング６６の外縁６８は、直径が約２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）から８分の５インチ（約１．５９ｃｍ）のサンプルサイズに対して１．２インチ（約３．０５ｃｍ）の直径を有しており、これも、やはり、サンプルのサイズおよび状況にしたがって可変である。リング６６は、カップ２８の円筒壁２９に垂直な面６７をともなう平坦状であり、厚さは０．０７５インチ（約０．１９ｃｍ）であるが、この厚さは、必要に応じて可変である。図６において、より明瞭に見られるように、リング６６の内縁７０と外縁６８との間の中間のリング６６周りに、２つのネジ穴６９が等間隔に設けられる。
【００２９】
図１に見られるように、カップ２８の内側において、ロードセル３４の前方には力移送手段がセットされる。力移送手段は、ロードセルから球状力伝達手段へと力を移送する任意の適切な手段であってよいが、好ましくは、本発明において考えられる荷重（通常は２０ポンド（約９．０７ｋｇ）以下である）で変形しない、すなわち目に付くほどに形状を変えない材料で作成された円柱構造であり、より好ましくは、中空の円柱構造である。この円柱構造は、きつく嵌り合うように形作られた円筒コンポーネントからなり、第１の好ましい実施形態にあるように、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３に使用されるナイロンなどプラスチック材料の加工容易性など様々な材料特性を生かすことが望ましいであろう。力移送ユニット８８は、順に、ロードセル３４と、厚さ約０．０２インチ（約０．０５１ｃｍ）で直径約０．５インチ（約１．２７ｃｍ）の鋼または類似材料のパッド３９と、その上に取り付けられた、ナイロンまたはその他の適切な材料で作成されなおかついずれかの端を閉じられなおかつ直径約０．５インチ（約１．２７ｃｍ）で長さ１．０インチ（約２．５４ｃｍ）の上記中空シリンダ４３とを含む。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の後方端を含むパッド３９の前方面は、中空シリンダ４３にぴたりとあてがわれ、パッド３９の後方面は、ロードセル３４上に載せられる。
【００３０】
この場合は力伝達手段全体に対応している、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の前方端は、囲われているが、その前方壁からは、中心合わせされた高さ０．１インチ（約０．２５ｃｍ）、直径０．３２インチ（約０．８１ｃｍ）の円筒突出が突き出してる。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の下方側には、熱電対ケーブル入口開口４０が形成されており、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３内へと、熱電対ケーブル４１が通される。材料はナイロンであるので、この実施形態では、開口を容易に作成することができる。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の前方壁は、開口５１を有しているので、熱電対ケーブル４１は、力移送ユニット８８の前方部分５２内に通され、力移送ユニットの前方端５４の開口に達し、プラグ５６を経て熱電対５８に接続する。
【００３１】
力伝達手段の前方部分、すなわちこの実施形態における力移送ユニット５２は、金属製であり、好ましくは、銅、アルミニウム、または鋼で作成され、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３と同じ外径を有するとともに、後方端５３で開いており、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の前方壁上の円筒突出４５の直径と同じ内径を有するので、上記円筒突出４５は、力移送ユニット８８の前方部分５２の後方端５３の内側に、あたかもその前方部分５２がスリーブであるかのようにきつく嵌る。この実施形態では、ヒータが含まれるので、これは、これらの金属またはその他の何らかの熱伝導性材料で作成される。ヒータが含まれない場合は、本発明のもとで考えられる荷重下で変形しない十分な硬さの任意の材料が許容可能であり、例えば、ナイロンの使用が考えられる。力移送ユニット８８の前方部分と後方部分との間のきつい嵌め合いは、耐荷重性構造の完全性を保証するために形成されている。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の円筒突出４５には、開口５４があり、熱電対ケーブル４１は、この開口５４を通って力移送ユニット８８の前方部分５２の中空内部５５に入り、そこから引き続き、上記中空内部５５の長さに沿って前方方向に引かれる。
【００３２】
図８は、力移送ユニットを、より詳細に示している。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の前方端は、囲われているが、その前方壁からは、中心合わせされた円筒突出４５が突き出している。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の下方側には、熱電対ケーブル入口開口４０が示されており、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３内へと、熱電対ケーブル４１が通される。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の前方壁は、開口５１をともなって示されているので、熱電対ケーブル４１は、力移送ユニット８８の前方部分５２内に通され、力移送ユニットの前方端５４の開口に達し、プラグ５６を経て熱電対５８に接続する。
【００３３】
図１において５２，５３として示される力移送ユニットが、図８において、詳細に説明されている。図８に示されるように、力伝達手段の前方部分５２は、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３と同じ外径を有するとともに、後方端５３で開いており、力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の前方壁上の円筒突出４５の直径と同じ内径を有するので、上記円筒突出４５は、力移送ユニット８８の前方部分５２の後方端５３の内側に、あたかもその前方部分５２がスリーブであるかのようにきつく嵌る。力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の円筒突出４５には、開口５４があり、熱電対ケーブル４１（図８には示されていない）は、この開口５４を通って力移送ユニット８８の前方部分５２の中空内部５５に入り、そこから引き続き、中空内部５５の長さに沿って前方方向に引かれる。
【００３４】
やはり図８に示されるのは、パッド３９、熱電対ケーブル４１を通して力移送ユニット
８８に入らせるための開口４０、および力移送ユニット８８の前方部分５２の前方壁５７である。
【００３５】
図１からわかるように、力移送ユニット８８の前方部分５２の前方壁５７には、直径０．１２５インチ（約０．３１８ｃｍ）の開口５４があり、この開口内には、銅、アルミニウム、または鋼、または耐久性ではあるが熱伝導性であるその他の物質で構成されるプラグ５６が先ずあり、その中を熱電対ケーブル４１が通り、熱電対５８が上記プラグ５６に対してセットされるが、ケーブル４１は、前方壁５７を完全には通り抜けず、熱電対５８は、玉軸受け６０の背後の壁内に位置付けられる。ケーブルが壁を完全には通り抜けないのは、熱電対をボール玉軸受け６０の背後の壁内に位置付けることが望ましいからである。玉軸受け６０は、ヒータ４６から硬質材料シート６２内へ、そしてそこからサンプル１８内へと熱を移送する。熱電対５８の前方にあり、なおかつ開口５４をわずかに超える厚さまたは直径を有し、しかしながら依然として開口５４内に収まっているのは、球状の力伝達手段である。これは、力伝達手段内にしっかり取り付けまたは収められる任意の球状構造であってよいが、好ましくは、好ましい実施形態における熱伝導性玉軸受け６０またはその他の類似の物体などの金属製の熱伝導性球状玉軸受けである。玉軸受け６０は、鋼、または適度に耐久性でなおかつ熱伝導性であるその他の類似の材料で作成することができる。球状力伝達手段は、下側パッド保持手段に伝達されると考えられるあらゆる荷重が、上記球状力伝達手段を変形させることなく上記球状力伝達手段の前方部分の接点を通して下側パッド保持手段に伝達可能であるように、いかなる場合も十分に耐久性でなければならない。玉軸受け６０は、この目的に適している。球状力伝達手段の直径または厚さは、提供される任意の適切な寸法であってよいが、開口５４内にちょうど着座するまたは収まるが圧力を受けたときに完全には押し込まれないように、開口５４の直径よりわずかに大きい玉軸受け６０を使用することが好ましい。玉軸受けの形状としては、球状が好ましいが、前方方向の最前部に１つの集中点を有する任意の湾曲体または錘体などが使用されてもよい。
【００３６】
玉軸受け６０の表面上の最前点は、下側パッド保持手段にちょうど接触し、下側パッド保持手段を支持する。下側パッド保持手段は、本発明において考えられる荷重を支えるのに十分な構造的完全性および耐久性を有するとともにパッドを支持するのに適した寸法の平坦な前方表面を有する任意の手段であってよく、円形の硬質材料板、すなわちサンプル１８を透明窓１６に対してしっかり保持する硬質材料シート６２が好ましい。硬質材料シート６２は、直径０．５００インチ（約１．２７ｃｍ）、厚さ０．０３インチ（約０．０７６ｃｍ）であるが、これらの寸法は、サンプルおよび装置全体のサイズに応じて可変であり、鋼または合金鋼で作成されなおかつ透明窓と同じ形状を有することが好ましい。硬質材料シート６２は、透明窓１６と同じサイズまたは形状である必要はなく、特に制限はないが、好ましくは、同じサイズおよび形状に近いことが望ましく、より好ましくは、適用可能時における直径などの対応する横方向寸法が、透明窓１６の寸法より２０％小さい値から透明窓１６の寸法より２０％大きい値までの範囲内であることが好ましい。硬質材料シート６２の上には、その最小の横方向寸法または直径が、対応する硬質材料シート６２の寸法をわずか上回るように切り出されたまたは用意された、ＣＭＰパッドのサンプル１８が載せられる。
【００３７】
硬質材料シート６２の上方は、直径０．５００インチ（約１．２７ｃｍ）、厚さ０．５〜２ｍｍの、Meller Opticsによるサファイア製の透明窓１６であり、これは、基本的に、硬質材料シート６２と同じ直径または対応する横方向寸法を有し、硬質材料シート６２の前後軸に沿ってシートに位置揃えされる。これらの同様の寸法は、それがサンプル１８全体に均等に分布する可能性を高くする。透明窓１６は、窓保持手段によってサンプル１８および硬質材料シート６２に対して保持される。窓保持手段は、本発明において考えられる荷重下でパッド表面に発生する圧力下で窓をしっかり適所に保持する任意の手段であ
ってよく、内側に透明窓１６の前方面を載せなおかつ直径が０．４６０インチ（約１．１７ｃｍ）で透明窓１６の直径より小さくなおかつアルミニウムもしくは鋼などの金属または硬質プラスチックなどで作成可能である窓装着リング１４が好ましい。窓装着リング１４の内径は、圧力の印加時に透明窓１６をしっかり保持するために、透明窓１６の直径より小さくなければならない。その差は、窓装着リング１４が透明窓１６をしっかり保持することを保証するのに十分でなければならない。邪魔されない共焦点顕微鏡による透明窓の観察を可能にするのに十分な任意のサイズおよび形状のアパーチャが使用されてよいが、好ましくは円形である。窓装着リング１４は、キャップ１０の部分開口ルーフまたはルーフ棚９の内面内に組み込まれるまたはセットされる。キャップ１０は、好ましくはポリ塩化ビニルなどの任意の適切な構造材料で作成され、スリーブとして、段差６４にあるリング６６から約０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）手前の位置までカップ２８に被さる。
【００３８】
図４は、ルーフ９内の開口１２を有するキャップ１０の前方部分を示す１１と、キャップの壁を示す１３と、キャップの垂直ヘリ先である２０と、ヘリ先２０の前方平面である２１と、ヘリ先２０の後方平面である２３とをともなうものとして、キャップ１０を図示している。
【００３９】
図５を参照すると、ヘリ先２０は、キャップ１０の外径に等しい内径のリング２２をヘリ先２０の前方に支持しているので、リング２２は、ヘリ先に達するまで、滑らかにキャップに滑り装着することができる。リングの前方表面および後方表面は、平らにされ、両者の間に０．０７５インチ（約０．１９ｃｍ）の厚さを有し、リング２２は、１．２インチ（約３．０５ｃｍ）の外径を有し、カップ２８の円筒壁２９に滑り装着された上記リング６６の平面６７と共平面性である平面７をともなう。ヘリ先２０は、キャップ１０の一体部分であってもあるいはキャップ１０に取り付けられてもよいが、好ましくは、キャップ１０の一体部分である。キャップとカップとは、透明窓１６およびサンプル１８へと伝達される荷重を生成するために合体されなくてはならず、力生成手段は、カップ２８とキャップ１０とを合体させる、容易でなおかつ一貫性のある制御と調整とが可能な任意の手段である。任意の力生成手段が使用されてよいが、キャップおよびカップに取り付けられたバネに押圧されるボルトが好ましいとされる。本発明の好ましい実施形態の力伝達手段は、キャップ１０と、カップ２８と、２つのリング２２，６６と、キャップ２８とキャップ１０とを合体させるためのボルト２４およびバネ２６とを含む。図６を参照すると、ネジ切りされておらずなおかつ直径がわずかに大きいゆえにボルト２４のネジ部分を妨げなく通らせる同数の穴１７が、リング２２内の位置に設けられ、リング２２は、ヘリ先２０の前方に滑り装着されるので、これらの穴１７は、カップ２８上のリング６６内のネジ穴６９と位置揃えされる。再び図１を参照すると、適切なサイズおよびネジ山をともなうボルト２４が、リング２２内の穴１７を通してリング６６内のネジ穴６９内へと挿入され、ボルトヘッドとヘリ先２０との間には、バネ２６が載せられる。バネ２６は、ヘリ先リング２２を、そしてリング２２を通じてヘリ先２０を押圧することによって、キャップ１０を透明窓１６に、そしてサンプル１８へと押し下げ、そうして得られる力は、力移送ユニット８８（図１における５２と５３との組み合わせ）に引き渡され、最終的にロードセル３４に引き渡される。ボルト２４は、締め付けたり緩めたりすることによって、カップ２８上においてキャップ１０を位置決めし、バネ２６の圧縮によって形成される荷重を増減させることができる。
【００４０】
図９を参照すると、サンプル１８および透明窓１６は、一方の側を玉軸受け６０上の硬質材料シート６２の上に載せ、もう一方の側を窓装着リング１４によって保持されるので、もし、キャップ（不図示）の前方部分１１（不図示）および窓装着リング１４がキャップの壁１３（不図示）に垂直であり、カップ２８がキャップ内にぴたりと滑り装着されたならば、硬質材料シート５２は、透明窓１６が窓装着リング１４上に完全に平らに載るまで玉軸受け６０上で回転し、もし、窓装着リング１４ひいてはキャップのルーフ９がキャ
ップの壁１３およびカップ２８に対して直角であるならば、透明窓１６の表面は、カップ２８の壁２９および印加される荷重の方向に、そして共焦点顕微鏡５に光が伝達される方向に完全に垂直になる。これは、サンプルを観測するために不可欠である。
【００４１】
やはり図９に示されるのは、キャップの前方部分内の開口１２、窓装着リング１４とサンプル１８との間のオフセット１５、ヒータ４６のためのケーブル４８、力移送ユニット８８の前方部分５２、力移送ユニット８８の前方端における開口５４、力移送ユニット８８の前方端におけるプラグ５６、および力移送ユニット８８の前方端における熱電対５８である。
【００４２】
最後に、図１および図７を参照すると、カップ２８内にはスピンドル８７があり、その円板すなわちスペーサリング４２は、ポリカーボネートまたは同様の物理的特性を有する材料で作成され、そのチューブ４４は、銅または熱伝導性のその他の金属もしくは合金で作成される、あるいは被覆される。スピンドルのチューブ４４は、中空であり、端を開かれ、なおかつ、ともに図１に見られる力移送ユニット８８の前方部分５２および力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３をスリーブとして保持してそれらの滑らかな移動を可能にするのにちょうど十分な大きさの内径を有するので、図８の力移送ユニット８８は、前後方方向に僅かに移動することができる。実際は、カップボトム３０からロードセル３４、力移送ユニット８８、玉軸受け６０、および硬質材料シート６２を経てサンプル１６へと荷重を移送可能にするために必要とされる可動性は、僅かである。機器の性質上、力移送ユニット８８の大きな動きは不可能だと考えられるが、もし不動であると、荷重を移送することも測定することもできなくなる。スペーサリング４２は、厚さ約０．０９３インチ（約０．２４ｃｍ）のポリカーボネートシートで作成され、チューブ４４を保持するための中心合わせリングとして機能するように設計され、図１からわかるように、その内側の力移送ユニット８８は、前後軸に対して完全に位置揃えされ、カップ２８の中央にある。スピンドル８７のチューブ４４の銅被覆８５の周囲には、ポリイミドヒータなどのヒータ４６が設けられてよく、熱電対ケーブル４１をカップ２８に進入させた開口３６から電源ケーブル４８が入り、スピンドルの下側スペーサリング４２の開口８６を通って進む。
【００４３】
図１を参照すると、本発明の目的の１つは、透明窓１６の背後にＣＭＰパッドのサンプル１８を提供することにあり、パッドとほぼ同じ屈折率を有する透明窓１６は、透明窓１６がサンプル１８と物理的に接触している領域と接触していない領域との間のコントラストを共焦点顕微鏡検査によって示すことを可能にする。この差は、パッドのトポグラフィによって引き起こされ、接触の構造的詳細、および全接触面積は、ともに、獲得を所望されるデータである。本発明は、パッドの設定領域および幾何学形状を、全て同一で一様な荷重条件下で観察することを可能にする。オペレータは、パッドにかかる荷重条件を動作中に再現することを希望したり、または異なる荷重における接触面積の変動を決定しようとしたりするであろう。
【００４４】
図１を参照すると、荷重は、バネ２６によって押圧されなおかつ図５にさらに示されるようにキャップ１０をカップ２８上に保持するボルト２４を、締め付けたり緩めたりすることによって調整される。再び図１を参照すると、これらのボルト２４が締め付けられるにつれ、カップ２８は、カップ上をさらに滑って下降し、窓装着リング１４は、バネ２６によって装置を通して付与される荷重ゆえに、さらに大きい力で透明窓１６をサンプル１８に押し当て、その一方で、玉軸受け６０は、硬質材料シート６２を保持することによって硬質材料シート６２上に実質一定の荷重を維持し、サンプル１８および透明窓１６を共焦点顕微鏡５に対して正しい向きに維持する。サンプル１８にかかる実際の荷重は、サンプル１８から硬質材料シート６２、玉軸受け６０、およびプラグ５６を通り、図８に示された力移送ユニット８８すなわち図１における５２と５３との組み合わせを経て移送され
、ロードセル３４によって記録される。ロードセル３４に対する直接的な力の印加は、スピンドル８７のスペーサリング４２およびチューブ４４による誘導によってさらに保証される。
【００４５】
また、図９からわかるように、もし存在すると、使用済みのＣＭＰパッドから切り出されたサンプル１８全体にわたって一様な圧力を印加することをできなくするいかなる粗いエッジまたは捲くれも、全て、窓装着リング１４のエッジより外側に存在しており、したがって、共焦点顕微鏡５では見えない。さらに、もし、サンプル１８のエッジが透明窓のエッジを越えて広がる場合は、存在の可能性があるあらゆる捲くれは、サンプル１８と、透明窓１６の外縁と、窓装着リング１４の後方表面との間に形成されなおかつその寸法がサンプルの厚さおよび横方向にはカップ２８の壁２９までの距離である空き空間、すなわちオフセット１５ゆえに、サンプルホルダのいかなる部分とも物理的に接触しない。見ることができる唯一のサンプル１８の部分は、一定の一様圧力下にあり、これは、図１のロードセル３４によって記録される総荷重を透明窓１６の総面積で割ることによって計算することができる。したがって、面積と、ロードセルによって決定される荷重とをもとに、透明窓１６にかかる一平方インチ（約６．４５ｃｍ2）あたりの圧力を知ることによって、当初パッドにかかっていたと考えられる荷重も決定することが可能である。本発明のサンプル１８には、ＣＭＰ研磨において通常に使用される任意の圧力、したがって任意の荷重が印加されてよいが、０〜１１ポンド平方インチ（約０〜７５８４３パスカル）の圧力が好ましく、５分の１〜１０ポンド平方インチ（約１３７９０〜６８９４８パスカル）の圧力がさらに好ましい。透明窓１６にかかる圧力を、ＣＭＰ研磨条件について計算された圧力（荷重をウエハ面積で割ったもの）と一致させることによって、使用時にパッドにかかる圧力条件を、容易に再現することが可能になる。これによって、そして、ウエハに接触するＣＭＰパッド全体の面積と、現時点では直径１〜１２インチ（約２．５４〜３０．４８ｃｍ）であるウエハのサイズとを知ることによって、既知の荷重下での同じ圧力、したがって実際の使用条件を、サンプルホルダ内において、パッドについて再現することができる。これまでは、寸法が厳密でなおかつ捲くれを呈さない非常に正確なサンプル１８を切り出す必要があり、非常に時間がかかるうえに高価であったので、これは、既存の技術と比べて大きな進歩である。ボルト２４は、オペレータが、サンプル１８を取り除くまたはサンプルパッドホルダを取り外すことなくサンプル１８にかかる荷重を繰り返し変化させることを可能にする。これも、やはり、顕微鏡のオペレータにとって大きな利点である。
【００４６】
図１を参照しなおすと、熱電対５８およびヒータ４６は、オペレータが、例えばＣＭＰ動作の条件に可能な限り近く対応する所望の温度を最小限の装置および手順で達成すること、そして温度を変化させ、この温度の変化が透明窓１６に接触するサンプル１８の表面積に及ぼす影響を観測すること、の両方のために、観測中にサンプル１８の温度を監視および調整することを可能にする。
【００４７】
図１０に示されるさらなる実施形態は、基本的に、前出の実施形態と同じである。しかしながら、この実施形態は、以下の点で、前出の実施形態と異なる。先ず、力生成手段では、前出の実施形態において荷重を増大または低減させるために調整される図１に見られるバネ２６圧縮のためのボルト２４は、一定のセット位置に留め置かれる、あるいは図１に示されるキャップ１０は、ネジもしくはその他の適切な手段によって、やはり図１に示されるカップ２８に対して固定される。図１に示されるように、前出の実施形態においてロードセル３４を保持するための凹所８４を有するカップ２８の取り外し式ボトム３０は、図１０に示されるように、滑りチューブ９０を収容するために開かれており、この滑りチューブ９０は、その内径がロードセル３４の外径と同じであるように十分に大きく、長さ最長２インチ（約５．０８ｃｍ）であるが好ましくは長さ約１．２インチ（約３．０５ｃｍ）であり、任意の耐久性金属材料で作成されるが好ましくはアルミニウムで作成され
、最大０．７５インチ（約１．９１ｃｍ）であるが好ましくは０．５インチ（約１．２７ｃｍ）である直径を有する。滑りチューブ９０は、適切な手段によって、カップの取り外し式ボトム３０に固定される。ロードセル３４は、その前方部分をわずかに突き出させなおかつロードセル用ケーブル５０をチューブ側面内のスリット１０２を通して引き出された状態で、滑りチューブ９０の前方端９１の内側に固定される。
【００４８】
さらに図１０を参照すると、ロードセル３４の後方にある上記滑りチューブ９０の内側には、自由端軸受け９４がある。この自由端軸受け９４は、上記滑りチューブ９０内に容易に滑り装着可能であるように、滑りチューブ９０の内径と同じまたはそれよりわずかに小さい直径を有しており、滑らかに加工されたネジシャフト９６の潤滑端を収容するための中心穴９３をともなう。ネジシャフト９６は、金属材料で、好ましくは真ちゅうで作成され、ネジ滑子１００を通り、その滑らかに加工された前方端は、潤滑固定端軸受け９８を通る。ネジ滑子１００は、厚さが０．１インチ（約０．２５ｃｍ）であり、金属材料で、好ましくはアルミニウムで作成され、滑りチューブ９０内に滑らかに滑り装着可能であるように滑りチューブ９０の内径よりわずかに小さい直径を有する。潤滑固定端軸受け９８は、厚さが０．１インチ（約０．２５ｃｍ）であり、金属材料で、好ましくはアルミニウムで作成され、摩擦または接着などの任意の適切な手段によって滑りチューブ９０の後方端９５に固定される。加工されたネジシャフト９６は、長さ最大２．５インチ（約６．３５ｃｍ）であるが好ましくは長さ１．５インチ（約３．８１ｃｍ）であり、ネジ滑子１００にねじ込まれ、上記ネジ滑子１００を滑りチューブ９０の内側で上下動させるために回転される。
【００４９】
ネジ滑子１００と自由端軸受け９４との間には、一枚バネまたは同心二枚バネ９２が配され、ネジシャフト９６を登るネジ滑子１００の動きは、自由端軸受け９４に対して、そしてロードセル３４に対して荷重を加える。一枚バネは、従来のバネである。二枚同心バネは、大きいバネと、その大きいバネ内に含まれる小さいバネとからなる二枚バネであり、いずれも、ネジ滑子１００と自由端軸受け９４との間の隙間を閉じることに対する抵抗を大きくするために、同じまたは反対の方向に巻かれる。バネ９２は、ロードセル３４の耐荷重容量と、ネジシャフト９６一回転あたりの所望の荷重変化とを整合させるように選択される。ネジシャフト９６は、トルクの印加を促進するために、クロスバーまたはその他の適切な手段９７によって装着され、トルクは、図９に示されるように、サンプル１８にかかる荷重を増大する、維持する、または低減させるために、手動式または機械式のいずれかで印加することができる。この場合に、もし、今ここで可能であるように共焦点サンプルホルダの方向が上向きから下向きへと反転されたならば、ロードセル３４（図１）、力移送ユニット８８（図８）、玉軸受け６０、熱電対５８、プラグ５６、硬質材料シート６２、およびサンプル１８（いずれも図１）は、ロードセル３４に重さをかけるようになるので、これらの重さを考慮に入れるための調整を行う必要がある。これは、セルの構成に先立ってこれらのアイテムの重さを量り、次いで、切り出しサンプル１８の重さをこれらのその他の重さの和に加え、次いで、これを、ロードーセル３４によって記録される荷重に加え、サンプル１８の表面にかかる総加重を計算することによって達成される。これは、荷重を上から調整することを可能にするので、実際は、レーザ共焦点顕微鏡の向きが許す多くの応用において、前出の実施形態より好都合である。
【００５０】
また、この実施形態は、ネジシャフト９６の調整のみによって、玉軸受けを通じて、荷重をひいては表面圧力をサンプル表面全体にわたって一様に変化させることを可能にするという利点を有しており、これは、手順を大幅に簡略化する。
【００５１】
＜発明の効果＞
所定の荷重における接触表面積を決定するために、既知の荷重における化学的機械的研磨パッドサンプルの共焦点顕微鏡検査のためのサンプルホルダが提供される。このパッド
サンプルは、硬質材料の透明窓に対して保持され、透明窓は、前において窓装着リングによってサンプルに対して保持され、そして、上記窓装着リングは、キャップの内側底表面に取り付けられ、キャップは、カップの上に配されるとともに上記カップの段付き棚上に装着されたまたは上記カップの一部であるリングに固定され、透明窓の一部は、共焦点顕微鏡に対して前方方向に露出され、その部分は、サンプルの寸法内に完全に収まり、円形に代表される整った湾曲形状、または多角状の幾何学形状を含み、サンプルは、その横方向寸法も透明窓全体を超えており、サンプルは、さらに、サンプルを窓の反対から押圧する硬質材料シート上に載せられ、上記硬質材料シートは、透明窓の寸法および幾何学形状におおよそ対応し、そして、力移送ユニット上に支持されるとともに同ユニットによって押圧され、力移送ユニットは、熱電対を含むことができる中空シャフト上に支持されるプラグ上に支持される玉軸受けを含み、この力伝達ユニットは、スペーサリングをともなうスピンドルによって円筒ハウジング内に支持され、軸受けおよびプラグの反対側においてカップの後方壁におけるロードセルに接続される。
【００５２】
本発明は、全ての実施形態において、容易に、適度に、なおかつサンプルを取り除くことなく変更することができる既知の荷重において、透明窓との接触域について、ＣＭＰ研磨パッドの接触表面積を測定することを可能にする。サンプルの温度も、顕微鏡検査中に測定および調整することができる。これは、ＣＭＰパッドの表面状態に関する遥かに正確な高信頼性データを、さらなる利便性でもって、オペレータに提供する。
【００５３】
さらに、滑りチューブ内に収容されたネジシャフトによって荷重を印加される第２の実施形態では、チューブの一方の端は、カップのボトムに取り付けられ、上記ネジシャフトは、上記滑りチューブのもう一方の端に取り付けられた固定端軸受けを通り、チューブ内には、ロードセルとの間に一枚バネまたは同心バネを挟んでネジ滑子が嵌り、ロードセルの下方には、上記シャフトおよび自由端軸受けが着座してロードセルに荷重を移送し、荷重は、１本のボルトの回転によって変化させることができる。これは、共焦点顕微鏡にステージを取り付けた状態での調整を可能にし、さらに、手動式または機械式のいずれかの手段による連続的でなおかつ逐次的な荷重調整を容易に可能にする。
【００５４】
＜図面の詳細な説明＞
図１は、サンプルホルダの側断面図である。
５…共焦点顕微鏡
７…リング２２の平面
９…キャップのルーフまたはルーフ棚
１０…キャップ
１１…キャップの前方部分
１２…キャップの前方部分内の開口
１３…キャップの壁
１４…窓装着リング
１５…窓装着リングとサンプルとの間のオフセット
１６…透明窓
１７…リング２２内の非ネジ切り穴
１８…サンプル
１９…カップの円筒壁の後方端
２０…キャップのヘリ先
２１…ヘリ先の前方平面
２２…キャップのヘリ先の前方平面に載る非ネジ切り穴付きリング
２３…ヘリ先の後方平面
２４…荷重を印加するためのネジ切りボルト
２５…リング２２の外周縁
２６…ボルト２４用のバネ
２７…カップの円筒壁内のドリル穴
２８…カップ
２９…カップ２８の円筒壁
３０…カップの取り外し式ボトム
３１…カップの取り外し式ボトムの後方面
３２…カップの取り外し式ボトムを適所に保持するピン
３３…カップの取り外し式ボトムの前方面
３４…ロードセル
３５…カップの取り外し式ボトムの側面内のドリル穴
３６…ケーブルをカップに入らせるための開口
３７…カップ２９の円筒壁の薄くなった部分
３８…力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分
３９…パッド
４０…熱電対ケーブルを力移送ユニット８８に入らせるための穴
４１…熱電対ケーブル
４２…力移送ユニットガイドチューブを適所に保持するためのスペーサリング
４３…力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８内の中空シリンダ
４４…スペーサリング４２によって支持され力移送ユニットを適所に保持する力移送ユニットガイドチューブ
４５…力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の前方表面からの円筒突出
４６…ヒータ
４８…ヒータ用のケーブル
５０…ロードセル用のケーブル
５１…力移送ユニット８８のナイロンシリンダ部分３８の中空シリンダ４３の前方壁内の開口
５２…力移送ユニット８８の前方部分
５３…力移送ユニット８８の後方端
５４…力移送ユニット８８の前方端における開口
５５…力移送ユニットの前方部分の内側の中空スペース
５６…力移送ユニットの前方端におけるプラグ
５７…力移送ユニット８８の後方端５３の前方壁
５８…力移送ユニットの前方端における熱電対
６０…力移送ユニットの前方端における玉軸受け
６２…サンプル１８の下にある硬質材料シート
６４…カップ２８の円筒壁２９の厚みの段差
６６…カップの壁内の段差６４に載るネジ穴６９付きリング
６７…リング６６の平面
６８…リング６６の外縁
６９…リング６６内のネジ穴
７０…リング６６の内縁
図２は、カップ２８の側面図を示している。
８０…周囲冷却用の開口
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図３は、カップ２８の取り外し可能ボトム３０を示している。
８４…ロードセル３４の位置揃えのための凹所
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図４は、キャップの側断面図である。
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図５は、カップ２８に滑り装着するキャップを、カップ２８およびキャップ１０の両方
にリングを配した状態で示した部分側断面図である。
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図６は、２つのリングの上面図である。
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図７は、スペーサリング４２と、銅被覆８５をともなう熱伝導性ガイドチューブ４４と、この図には示されていないヒータケーブル４８へのケーブルアクセスのための開口８６とで構成されるスピンドル８７を示している。
図８は、前方の伝導性部分５２と後方のナイロンシリンダ部分３８とを含む力移送ユニット８８の側面図である。
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図９は、サンプル１８を保持するステージの部分の拡大側断面図である。
その他の符号は、図１の場合と同じものを指す。
図１０は、第２の実施形態の荷重印加機器の側断面図である。
９０…滑りチューブ
９１…滑りチューブの前方端
９２…バネ
９３…中心穴
９４…自由端軸受け
９５…滑りチューブの後方端
９６…端を滑らかに加工されたネジシャフト
９７…ネジシャフトの回転を促進するためのクロスバー
９８…滑りチューブの固定端軸受け
１００…ネジ滑子
１０２…チューブの側面におけるロードセルケーブル用スリット
１０４…ネジシャフトに固定される保持用ワッシャ
【図１】
2009282008.tif 000003
【図２】
2009282008.tif 000004
【図３】
2009282008.tif 000005
【図４】
2009282008.tif 000006
【図５】
2009282008.tif 000007
【図６】
2009282008.tif 000008
【図７】
2009282008.tif 000009
【図８】
2009282008.tif 000010
【図９】
2009282008.tif 000011
【図１０】
2009282008.tif 000012
【外国語明細書】
2009282008000001.pdf