JP2004507098A - 研磨ヘッドによって与えられる研磨圧を制御するための高い処理負荷を有する研磨装置および研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法は、ウエハおよび保持環に対して研磨パッドを相対的に運動させる命令と、ＣＭＰ操作のために圧力を与える命令と、を実行する。研磨パッドの位置のフィードバックは、可変な力の望ましい入力の決定に関係している。可変の力によって、ウエハ、パッド調整パック、保持環の変動領域は、個別に研磨パッドに推進されて接触する。この結果、各領域にかかる圧力が個別に制御される。処理負荷は、命令の特徴に関連する基準に従って評価される。どの基準も満たされる場合は、中央ＣＭＰプロセッサが処理に使用される。いずれかの基準が満たされない場合は、中央ＣＭＰプロセッサとは別個の力制御部が力の決定を行い、中央プロセッサは力制御部へのデータ転送を管理する。
【選択図】図４０
【解決手段】ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法は、ウエハおよび保持環に対して研磨パッドを相対的に運動させる命令と、ＣＭＰ操作のために圧力を与える命令と、を実行する。研磨パッドの位置のフィードバックは、可変な力の望ましい入力の決定に関係している。可変の力によって、ウエハ、パッド調整パック、保持環の変動領域は、個別に研磨パッドに推進されて接触する。この結果、各領域にかかる圧力が個別に制御される。処理負荷は、命令の特徴に関連する基準に従って評価される。どの基準も満たされる場合は、中央ＣＭＰプロセッサが処理に使用される。いずれかの基準が満たされない場合は、中央ＣＭＰプロセッサとは別個の力制御部が力の決定を行い、中央プロセッサは力制御部へのデータ転送を管理する。
【選択図】図４０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ＣＭＰ動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。具体的には、本発明は、ウエハ用のキャリアヘッドと、パッド調整パックと、キャリアヘッド上の保持環と、に与えられる力を制御して、プログラム制御によって可変な各圧力を、ウエハとパッド調整パックと保持環とのそれぞれに個別に与えることに関する。これにより、連続的に研磨されたウエハ上においてＣＭＰ操作を繰り返し実施できる。このとき、ウエハとパッド調整パックと保持環とのそれぞれに個別に与えられる力は、力が与えられる接触領域の値の変化に応じて与えられ、または、該値の変化に無関係に与えられる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する際には、ポリシング、バフ研磨、ウエハ洗浄を含むＣＭＰ操作を実施する必要がある。例えば、代表的な半導体ウエハは、シリコンで作製された直径が２００ｍｍまたは３００ｍｍの円盤である。説明を容易にするため、以下では、「ウエハ」という用語は、半導体ウエハや他の平面構造、電気回路または電子回路を支持するために使用される基板を含むものとする。
【０００３】
通常、集積回路デバイスは、ウエハ上に作製された多層構造を有する。ウエハ層には、拡散領域を有するトランジスタデバイスが形成される。続く層には、接続金属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的に接続されることによって、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。形成される金属層および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性も増大する。平坦化を行わない場合には、金属層を続けて製造することがかなり困難になる。これは、表面形状のばらつきが増大するためである。他の適用例では、金属配線パターンは、誘電材料中に形成された後、余分な金属配線を除去するために金属によるＣＭＰ動作が実施される。
【０００４】
代表的なＣＭＰシステムにおいて、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、１つの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向かって推進し、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すなわち回転するときに達成される。ＣＭＰプロセスのなかには、回転しているウエハが研磨パッドによって研磨されるときに、かなり大きな力を必要とするものもある。
【０００５】
代表的なＣＭＰシステムを使用する際には、いくつかの問題がある。多発する問題の１つに「端部効果」と呼ばれるものがある。これは、ＣＭＰシステムがウエハの端部を研磨する速度が、他の領域を研磨する速度と異なる場合に生じる。端部効果の特徴は、ウエハの露出面のプロファイルが不均一なことである。端部効果に関連する問題は、２つのカテゴリに区別される。第１のカテゴリは、いわゆる「パッド反発効果」に関する。これは、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。研磨パッドがウエハの端部に最初に接触すると、研磨パッドは端部に対して反発し（すなわち端部から跳ね返り）、この結果、研磨パッドの形状は波状を帯びる。波状の形状は、ウエハの露出面に不均一なプロファイルを形成する。
【０００６】
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。これは、研磨パッドの表面がウエハの露出面の中でも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）に力を与えた結果、かなりの大きさの圧力がウエハの端部に働くために生じる。バーンオフ効果の結果として、研磨済みウエハの端部にバーンリングが現れるので、端部の領域は、シリコンデバイスの製造に使用することができない。
【０００７】
従来のＣＭＰシステムの他の欠点は、所望の仕上がり層プロファイルに沿ってウエハの表面を研磨できないことである。通常、何らかの作製を経た後のウエハの露出面は、中心領域の厚さが異なり、端部に向かって厚さが変化する場合が多い。代表的な従来のＣＭＰシステムでは、研磨パッドの表面は、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」部分に力を与えるように設計されている。この結果、仕上がり層の領域全体が、仕上がり層がほぼ平坦になるまで研磨される。したがって、研磨パッドの表面は、仕上がり層の波状プロファイルに関係なく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る場合には、その中に金属配線および導電性ビアを規定するために一定の厚さが必要であると考えられる。
【０００８】
上記の第１の親出願では、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に、かつ、制御下で研磨することを可能にするＣＭＰシステムを得る必要性が、従来のＣＭＰ操作で見られる上記問題とともに、議論されている。
【０００９】
第１の親出願でのＣＭＰシステムは、ＣＭＰ処理済みの層表面の厚さを全体的に均一にするために、ウエハの露出面の層表面形状に従う。このようなＣＭＰシステムは、サブアパチャ研磨構成の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。例えば、このようなＣＭＰシステムの実施形態の１つは、ウエハの全面よりも小さい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含んでいる。このようなＣＭＰシステムは、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回避することができるが、このような処理ヘッドを作用させると、ウエハの露出面およびウエハキャリアにおいて、ウエハおよびウエハキャリアの初期方向から偏心した位置に力が加わる。初期方向は、ウエハおよびウエハキャリアの中心軸（同軸であって、かつ、実質的に垂直に配置されている）の初期方向を含む。初期方向は、また、ウエハの露出面（ウエハおよびウエハキャリアの中心軸の実質的に垂直な初期方向に対して９０度の初期角度で配置されている）の初期方向を含む。「実質的に垂直」という用語は、真の垂直を意味しており、また、このようなキャリアのスピンドルおよび他のサポートにおいて使用される軸受に通常存在する許容誤差などの通常の機械的な許容誤差を、真の垂直にプラスまたはマイナスしたものを含む。
【００１０】
端部効果や、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、偏心力がウエハおよびウエハキャリアを初期方向から逸れて傾かせることは、すなわち、ウエハおよびウエハキャリアに傾斜方向を呈させることは、望ましくないと考えられる。この傾きすなわち傾斜方向は、ウエハやウエハキャリアの中心軸が真の垂直から逸れる度合いが、例えば数度など、上述した通常の機械的許容誤差を超えた場合に生じると考えられる。ウエハおよびウエハキャリアの中心軸の初期方向は、ウエハの露出面を望ましく平坦化できるように、偏心力の作用下で行われる研磨の期間中ずっと維持されなければならない。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斜が許容される事態を回避しけなければならない。
【００１１】
第２の親出願は、上述した問題の解決策を実現できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法を提供することによって、これらの必要性の多くを満足している。この親出願は、偏心力を繰り返し測定することを容易にする構造および操作を提供した。この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加えられた力がたとえ偏心して加えられた場合であっても、正確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中も維持されるので、後述するように、センサは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ある。また、このような第２の親出願では、キャリア上に搭載されたウエハに対して保持環を相対的に運動させるために、線形軸受アセンブリを保持環と組み合わせ、これを、力作動部すなわちモータと連動させた。このような運動は、ウエハの露出面と保持環の表面とを研磨パッドによって係合し、それによって、これらを研磨操作の期間中ずっと同一平面上に維持することを可能にする。
【００１２】
第２の親出願は、偏心力を繰り返し測定することを容易にする構造および操作を提供しているが、このような力と、結果としてウエハや、パック調整パッド、保持環にかかる圧力と、をどのように制御するかに関しては、何も議論されなかった。特に、研磨操作の期間中に、研磨ヘッドがウエハ、保持環、パック調整ヘッドに対して相対的に運動するときに、変動するウエハ、保持環、パック調整ヘッドの領域との関連の下で、どのように偏心力を制御するかに関しては、何も議論されなかった。さらに、研磨操作の期間中に、研磨ヘッドがウエハ、保持環、パック調整ヘッドに対して相対的に運動するときに、変動するウエハ、保持環、パック調整ヘッドの領域との関連の下で偏心力を制御するシステムに対して、そのコストをどのように削減するかに関しても、何も議論されなかった。
【００１３】
したがって、次に必要とされるのは、研磨ヘッドが研磨操作の期間中にウエハ、パックキャリア、保持環に対して相対的に運動するにも関わらず、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリア、およびこのようなキャリアの保持環に加えられる力を正確に制御することが可能なＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法である。また、このような相対運動は、研磨パッドが研磨操作の期間中に接触するウエハ、パックキャリア、保持環の領域を変動させることから、どの時間でもこのような力を研磨パッドが接触する領域に関連付けられる方法が、やはり必要とされている。また、力と領域とのこのような関係をコスト効率良く決定する方法が、さらに必要とされている。
【００１４】
さらに、第２の親出願では、偏心力の大きさを正確に表示する方法が開示されている。正確な表示は、「等価偏心力」として説明することが可能である繰り返し可能な測定技術のことを言う。等価偏心力は、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同じ値を有する偏心力である。繰り返し可能な測定技術とは、このような等しい偏心力の全てに対して、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実質的に同じ、すなわち、繰り返しが可能である技術のことを言う。したがって、次に必要とされるのは、繰り返し可能な測定技術によって測定されたこのような力を正確に制御することが可能であり、研磨パッドとウエハ、研磨パッドとパッド調整パック、研磨パッドと保持環の接触領域のそれぞれが研磨操作期間中に所望の圧力を受けることが可能なＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法である。また、さらに必要とされるのは、例えば研磨ヘッドの運動によって、研磨パッドが研磨操作の期間中にウエハ、パックキャリア、保持環に接触する領域が時間ごとに変動する場合であっても、このような所望の圧力を加えられるようにすることである。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は、概して、上述した問題の解決策を実現できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法を提供することによって、これらの必要性を満たす。ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法の構造および操作は、キャリアおよび保持環に対して研磨ヘッドを相対的に運動させるレシピすなわち命令からなるセットを実行する。研磨ヘッドの位置のフィードバックは、可変の力の望ましい入力の決定に関係している。可変の力によって、ウエハ、調整パック、保持環の変動領域は、個別に研磨ヘッドに推進されて接触する。この結果、各領域にかかる圧力が制御される。このような決定を行うために、ウエハ、パッド調整パック、保持環の個々の接触領域の値が、研磨ヘッドの位置のフィードバックに基づいて決定される。この各接触領域は、ウエハ、パッド調整パック、保持環に対する研磨ヘッドの実際の位置に関連した値をそれぞれ有する。この実際の位置は、対応する接触領域の値をそれぞれ決定するために使用される。接触領域と該接触領域にかかる圧力との対毎に、対応する力を表す力信号が出力される。対応する各力信号は、実際の位置が測定された特定の時間でウエハ、パッド調整パック、保持環をそれぞれ研磨パッドに接触させる力を制御する。さらに、適切な測定技術（例えば第２の親出願によるものなど）によって、ウエハおよびパッド調整パックに作用する力の実際の量が測定される。この実際の力が、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれを研磨パッドに接触させる可変の力として望ましい入力に適合することを保証するために、フィードバックループには、実際に測定された力を表す実際の力信号が供給される。
【００１６】
本発明によるシステムおよび方法の態様の１つは、キャリアおよび保持環に対して研磨ヘッドを相対的に運動させる命令のセットを実行する。この実行は、可変の力の望ましい入力の決定に関係している。可変の力によって、ウエハ、パッド調整パック、保持環の変動領域は、個別に研磨パッドに推進されて接触する。この結果、各領域にかかる圧力が制御される。
【００１７】
本発明によるシステムおよび方法の他の態様では、基本ＣＭＰ操作の操作レシピが確立される。プロセッサガイドラインには、編集済みのレシピのパラメータが１以上含まれていてもよい。プロセッサガイドラインは、プロセッサが単独でまたは別個の力制御部と協働して、キャリアおよび保持環に対する研磨ヘッドの位置を表すデータを受信できるか否かを決定するために使用される。また、プロセッサガイドラインは、プロセッサが単独でまたは別個の力制御部と協働して、望ましい圧力の入力に関連して、研磨パッドに接触するウエハ、調整パック、保持環のそれぞれの領域を変動させる可変な力として望ましい入力の決定値を計算して、各領域にかかる圧力を制御できるか否か、を決定するために使用される。
【００１８】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の態様では、別個の力制御部を使用する際に、ＣＭＰ操作用のレシピのパラメータが編集され、力制御部の初期化ストリングの準備に使用されるコマンドセットが作成される。このため、力制御部は、研磨パッドの位置に関するデータと、望ましい圧力を表すデータと、を入力されると、研磨ヘッドの実際の運動に対応した望ましい可変の力を計算する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下では、上述した問題の解決策を提供するＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法の発明を説明する。構造および操作は、研磨ヘッドとキャリアと保持環とを相対運動させるための命令セットを実行する。相対運動は、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれの接触領域を研磨パッドに接触させる可変の力として望ましい入力を決定することと連携しており、この結果、このような各領域にかかる圧力が制御される。このような決定を行うために、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれの接触領域の値が初期に決定される。このような接触領域は、それぞれ、対応するウエハ、調整パック、保持環に対する研磨ヘッドの実際の相対位置に関連した値を有する。研磨ヘッドの実際の位置は、測定される。この実際の位置は、次に、対応するそれぞれの接触領域の値を決定するために使用される。そして、接触領域と、特定の時間ＴＮにその接触領域に与えられる圧力と、のペアごとに、力信号を表す処理済みのデータが出力される。各力信号は、実際の位置が測定された特定の時間ＴＮに、対応するウエハ、パッド調整パック、保持環を研磨パッドに接触させる力を制御する。
【００２２】
力を表すデータの処理と、得られた接触領域に応じた研磨ヘッド位置の処理とは、プロセッサガイドラインの操作規準に従って、プロセッサによって中央で行われても良いし、あるいは力制御部によって別個に行われても良い。プロセッサガイドラインは、処理負荷のレベルに関連しており、力を表すデータを処理するのに、単独の中央プロセッサと別個の力制御部と連動したプロセッサとのいずれが適しているかを決定するために使用されてもよい。操作規準は、例えば研磨傾斜などの研磨圧の変動のタイミングを、結果的に高処理負荷の１タイプの操作基準として含んでいてもよい。他の操作規準は、研磨パッドの位置がウエハおよび／またはパッド調整パックに対して相対的に変化する速度に関連している。
【００２３】
また、ウエハおよびパッド調整パックに作用するこのような力の実際の値は、適切な測定技術（例えば第２の親出願によるものなど）によって測定される。このような実際の力が、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれを研磨パッドに接触させる可変の力として望ましい入力に適合することを保証するため、フィードバックループには、実際に測定された力を表す実際の力信号が供給される。
【００２４】
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、本発明が不明瞭にならないために、周知のプロセス操作および構造の詳細な説明は省略した。
【００２５】
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａには、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１を含む本発明の第１の実施形態が示されている。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ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、前述の任意のウエハであってもよい。研磨ヘッド２０２は、研磨パッド２０９を利用してウエハ２０６の露出面２０４を研磨するように設計されている。研磨パッド２０９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を含んでいてもよい。パッド２０９としては、一般に、望ましい研磨レベルと精度とを実現できる任意のパッド材料を使用することができる。後述するように、後で特定される力を繰り返し測定するための機能は、このようなパッド２０９の材料が後述の機械的許容誤差を補償する必要性を低減させる。
【００２６】
例えば、ウエハ２０６を研磨すること、あるいは、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、同軸である研磨ヘッド２０２および研磨パッド２０９を、それぞれの軸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が搭載されるのは、一般に、同軸であるこれらの軸２１０，２１１に平行した運動を阻止するため、すなわち、対応するウエハキャリア２０８に向かうまたは同キャリア２０８から遠ざかる運動を阻止するためである。
【００２７】
例えば、ウエハ２０６を研磨すること、あるいは、研磨ヘッド２０２および研磨パッド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のもう１つの運動は、水平方向の運動である（矢印２０９Ｈを参照）。例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａの矢印２０９Ｈからは、研磨パッド２０９が特定の構造に何らかの力及ぼすであろうことがわかる。例えば、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９は、ウエハ２０６上（ひいてはウエハキャリア２０８上）の種々の位置に力ＦＰ−Ｗを及ぼす。これらの位置は、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。これらの運動は、ＣＭＰサイクル期間中の任意の時間「ＴＮ」において生じる。以下では、時間ＴＮは、一般に、ＣＭＰサイクル期間中またはＣＭＰサイクルの１ステップ期間中の任意の瞬間を示し、特定の時間ＴＮは、例えば初期時間がＴ０で、続く時間がＴ１であるように、「Ｔ」の後に番号を添えて表記される。研磨パッド２０９およびウエハ２０６の運動は、研磨パッド２０９とウエハ２０６との相対運動であると考えられる。システム２００−１の他の構成では、例えば、ウエハ２０６が（例えば水平方向に）移動され、研磨パッド２０９が水平運動に対して保持される。
【００２８】
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の領域ごとに異なる除去率または同じ除去率を利用することによって、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体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、ウエハ２０６の露出面２０４に接触している（処理ヘッド２０２の）研磨パッド２０９の接触領域の大きさ、すなわち値が、どの時間ＴＮでも変動し得る。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に向かう処理ヘッド２０２の運動を阻止すると、研磨ヘッド２０２に向かうウエハキャリア２０８の運動（図２Ａの矢印２３３の上側を参照）が、ウエハ２０６の露出面２０４のうち選択された領域２０４Ｒに対してのみ力ＦＰ−Ｗを作用させることになる。この結果、特定の時間ＴＮでは、これらの選択された領域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から水平方向に偏心している。中心軸２１２は、ウエハキャリア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の変位は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａでは水平方向に測定されたＤＦ−Ｗで示されている。矢印２０９Ｈからわかるように、研磨ヘッド２０２は、水平方向に移動して、露出面２０４上の種々の選択領域２０４Ｒに接触可能である。
【００２９】
例えば、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３、図１Ｄ−１〜図１Ｄ−３、図１Ｅ−１〜図１Ｅ−３に示すように、これらの種々の領域２０４Ｒは、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９に接触する構造に従って特定される。したがって、領域２０４Ｒは、一般に、接触領域と呼ばれ、研磨パッド２０９と任意の構造との接触領域は、一般に、「ＡＰ」という表記によって表される。「ＡＰ」には、接触された他の構造を指定する文字が付される。例えば、「ＡＰＷ」は研磨パッドとウエハとの接触領域を指し、「ＡＰＣ」は研磨パッドとパッド調整パックとの接触領域を指し、「ＡＰＲＲ」は研磨パッドと保持環との接触領域を指す。また、このような接触した露出領域２０４Ｒの領域ＡＰの値すなわち量は、変位ＤＦ−Ｗの値に従って変動する。
【００３０】
本発明に従えば、研磨圧の値すなわち量は、１つまたはそれ以上の変数の関数であってもよいし、定数（例えばＣＭＰサイクルのステップの１つが実施される期間中に定数）であってもよい。したがって、研磨圧が定数の場合には、研磨ヘッド２０２からウエハ２０６に加えられる力ＦＰ−Ｗの値を、ウエハ２０６に対する研磨ヘッド２０２の相対運動の量に応じて領域ＡＰＷの値の変動とともに変動させ、それによって、領域ＡＰＷにかかる圧力を一定に維持しなければならない。説明のため、力ＦＰ−Ｗは、研磨圧が定数であろうと変数であろうと、研磨パッド２０９から領域２０４Ｒの接触領域ＡＰＷに加えられる平均の力であるとみなされる。この平均の力は、領域ＡＰＷの中心に加えられるものとみなされる。
【００３１】
「初期方向」の「初期」という用語は、上述したように、「着地」直前の時間Ｔ０ＰＷにおける方向を意味している。研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９は、着地時に先ず、ウエハ２０６の露出面２０４と係合する。したがって、時間Ｔ０ＰＷでは、初め、研磨パッド２０９からウエハ２０６に力ＦＰ−Ｗは加えられない。以下の実施例では、例えば、圧力増大中の時間Ｔを表すために、着地の時間がＴ０で表され、ＣＭＰサイクル期間中のその後の時間がＴ１，Ｔ２等またはＴａ，Ｔｂ等で表される。
【００３２】
また、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ｂは、サブアパチャ構成を有するＣＭＰシステム２００−１を使用する場合に、研磨パッド２０９の表面と、パッド調整ヘッド２２０上に搭載された研磨パッド調整パック２１８の露出面２１６と、が接触する接触領域ＡＰＣのサイズが、時間Ｔ１などの任意の所定の時間ＴＮにおいて、変動し得ることを示している。時間Ｔ１は、研磨パッド２０９がパッド調整パック２１８に最初に接触する着地時間Ｔ０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の方向の運動に対して保持し、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、研磨パッド２０９は、パッド調整パック２１８の選択領域２１６Ｒにのみ接触し、この領域に対してのみ力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂの調整力）を作用させる。選択された領域２１６Ｒは、接触領域ＡＰＣに対応している。パッド調整ヘッド２２０のパッド調整パック２１８の選択領域２１６Ｒの１つは、やはり、パッド調整パック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から偏心している。図２Ｂに示すように、力ＦＰ−Ｃの変位は、ＤＦ−Ｃによって表される。変位ＤＦ−Ｃは、図１Ｂ、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との間の大きさである。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領域の係数も、同様に、領域２１６Ｒに適用される。
【００３３】
さらに、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場合は、パッド調整パック２１８およびパッド調整ヘッド２２０は、図１Ｂに示すように、初期方向を有する。この初期方向は、研磨ヘッド２２０の中心軸２２２およびパッド調整パック２１８の中心軸２２４に関する第３の初期方向を含む。例えば、軸２２２および軸２２４に関する第３の初期方向は、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場合は実質的に垂直である。さらに、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場合は、初期方向は、パッド調整パック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、研磨ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８の中心軸２２２，２２４に関する実質的に垂直な初期方向から９０度の角度（第１の角度）に位置している。
【００３４】
本出願で使用される「初期方向」の「初期」という用語は、着地直前の時間Ｔ０ＰＰにおける上述した方向を意味する意外に、研磨パッド２０９がパッド調整パック２１８の露出面２１６の領域２１６Ｒと初めて係合する時間ＴＮをも意味している。したがって、時間Ｔ０ＰＰでは、初め、研磨パッド２０９からパッド調整パック２１８に力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂ）は加えられない。
【００３５】
続いて、図２Ａをさらに参照し、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。ＣＭＰシステム２００−１は、ウエハキャリア２０８の複合線形軸受構造２３０，２３２を含む。一般に、構造２３０，２３２は、偏心力ＦＰ−Ｗを繰り返し測定することを容易にする。したがって、ウエハキャリア２０８に加えられた力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あっても正確に測定されると考えられる。さらに詳しく言うと、構造２３０，２３２は、このような偏心力ＦＰ−Ｗの量を、上で明示されたように正確に表示することを可能にする。
【００３６】
例えば、図２Ａの観点から「正確な表示」という用語を説明する場合は、上で言及された繰り返し測定技術は、ある時間Ｔ１から別の時間Ｔ２にかけて等しい値を形成する多くの代表的な力ＦＰ−Ｗの観点から説明されると考えられる。本発明によれば、これらの代表的な等価な力ＦＰ−Ｗが測定される各時間Ｔ１，Ｔ２では、測定されるすなわち表示される値は、非常に小さい許容誤差範囲内で同じ値である。このような代表的な等価な偏心力ＦＰ−Ｗが、例えば、研磨パッド２０９からウエハキャリア２０８に与えられる。機械的な装置であるため、構造２３０，２３２は、代表的な等価な偏心力ＦＰ−Ｗの一部（力ＦＦまたは摩擦力ＦＦと呼ばれる）を摩擦などによって失う。したがって、上述した繰り返し可能な測定技術は、このような代表的な等価な偏心力ＦＰ−Ｗのそれぞれに対し、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ＦＦが実質的に同じであるすなわち繰り返し可能である技術である。したがって、後述するように、代表的な力ＦＰ−Ｗと構造２３０，２３２との間に設ける機械的な構造を最小限にとどめ、キャリア２０８内で失われる力ＦＦを無くすれば、各軸受構造２３０，２３２のみが、特定の測定において力ＦＦを失わせる源として残される。
【００３７】
構造２３０は、例えば、ウエハ２０６およびウエハキャリア２０８のうち、ウエハキャリア２０８の中心軸２１２の第１の初期方向から偏心した位置に加えられる力ＦＰ−Ｗの垂直成分ＦＰ−ＷＶ以外の他のあらゆる力に対して抵抗する。線形軸受２３０は、ウエハキャリア２０８の構造が偏心力ＦＰ−Ｗに応じて望ましくない態様で運動することがないように保証する。例えば、ＣＭＰシステム２００−１では、偏心力ＦＰ−Ｗは、次に挙げる場合を除き、ウエハキャリア２０８またはウエハ２０６を、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させてはならない。例外は、ウエハキャリア２０８およびウエハ２０６が、これらの中心軸２１２，２１４の第１の初期方向に平行に移動する（矢印２３３を参照）場合である。矢印２３３は、垂直成分ＦＰ−ＷＶに平行である。
【００３８】
図２Ａは、３つの複合線形軸受構造２３０のうちの２つを詳細に図示しており、図５Ａ−１〜図５Ａ−３および図５Ｂ−１〜図５Ｂ−３は、３つの複合線形軸受２３０を詳細に図示している。メインの軸受ハウジング２５０は、３つの線形軸受２５３からなる第１のセット２５２を有している。各軸受は、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、低摩擦特性および高耐磨耗性の双方の特性のために、硬い微粒子材料に含浸される。適切なスリーブ２５４は、０．５インチの内径と約１．２５インチの長さとを有する。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の線形軸受であってもよい。各スリーブ２５４は、図２Ａでは、離間して対を成す円として示されている。各スリーブ２５４は、図２Ａにおいて上向きの線として図示されている相軸受シャフト２５８を収容できるように、底部２５６が開いている。各シャフト２５８は、ステンレス鋼材料で作成される。シャフト２５８が、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、適切なシャフト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してもよい。シャフト２５８は、長さが約１．２５インチであってもよい。各シャフト２５８は、チャック軸受およびロードセルプレート２６０から上向きに突き出して、底部２５６を通り、スリーブ２５４の１つに入る。メイン軸受ハウジング２５０は、ウエハキャリア２０８の真空チャック２６２に固定され同チャックを運ぶ。チャック２６２は、ウエハ２０６を運ぶ。ウエハ２０６は、研磨期間中にウエハ上に与えられる負荷として示された偏心力ＦＰ−Ｗを受ける。
【００３９】
上述したように、図１Ｂは、パッド２０９がウエハ２０６の露出面２０４に着地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。したがって、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は加えられず、ウエハキャリア２０８の軸２１２およびウエハ２０６の軸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に対し偏心力ＦＰ−Ｗ（図２Ａ）を垂直下向きに加える。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。したがって、構造２３０は、ウエハ２０６およびウエハキャリア２０８に加えられる偏心力ＦＰ−Ｗの垂直成分ＦＰ−ＷＶ以外は、他のあらゆる力に対して抵抗する。
【００４０】
詳しく言うと、３つの線形軸受２５３からなるセット２５２は、ウエハキャリア２０８が偏心力ＦＰ−Ｗに応じて望ましくない形態で運動することがないように保証する。したがって、線形軸受２５３は、偏心力ＦＰ−Ｗがウエハキャリア２０８またはウエハ２０６をそれぞれの中心軸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させることがないように保証する。その結果、メイン軸受ハウジング２５０には、偏心したウエハ負荷ＦＰ−Ｗ（ウエハ２０６に作用するものとして図２Ａに示されている）から摩擦力ＦＦをひいた力が伝えられ、これは、許可された垂直力成分ＦＰ−ＷＶと呼ばれる。したがって、力成分ＦＰ−ＷＶは、力ＦＦを差し引いた後の正味の力である。
【００４１】
図５Ｂ−１および図５Ａ−２は、複合線形軸受構造２３０を、線形軸受２５３からなる配列２６５を含むものとして示している。配列２６５は、複合線形軸受構造２３０の操作を、軸２１２，２１４の方向に短い長さを有し且ウエハ２０６およびパッド調整パック２１８の直径（例えば８インチ）よりも小さい直径を有する複数のパーツに分割するように構成される。この分割によって、構造２３０の線形軸受２５３は、環状の経路２６６（図５Ｂ−３）に沿って等間隔で配置される。このようにして、ウエハキャリア２０８またはパッド調整ヘッド２２０が回転するとき、例えばＣＭＰシステム２００−１の操作において感知される偏心力ＦＰ−Ｗの作用下に配置された個々の線形軸受２５３は、迅速に連続する。
【００４２】
力ＦＰ−ＷＰ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例えばモデル番号ＬＰＵ−５００−ＬＲＣ の標準的なひずみゲージであってもよい。ロードセルは、約０ポンド〜５００ポンドまでの力の負荷感知範囲を有していてもよい。さらに、例えば約０ポンド〜４００ポンドまでの力の高精度な負荷感知範囲を使用することが好ましい。ロードセル２６３は、チャック軸受およびロードセルプレート２６０に固定されている。メイン軸受ハウジング２５０が力ＦＰ−ＷＰの作用下で可能な運動は、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ごとに制御された量の圧力を加えることが望ましい。例えば、露出した接触領域２０４Ｒの領域ＡＰＷが拡大すると、それに従って力ＦＰ−Ｗは増し、圧力の量は均一になると考えられる。あるいは、研磨圧のプロファイルに基づいて、力ＦＰ−Ｗを一定に制御するか、あるいは力ＦＰ−Ｗを接触領域ＡＰＷの変動とは無関係に変化させることによって、圧力の量を研磨圧のプロファイルに適合させてもよい。望ましい研磨を行うためには、ウエハ２０６に加えられる力ＦＰ−Ｗを、正確に制御しなければならない。この制御は、ウエハ２０６の研磨操作期間中に生じる矢印２０９Ｈの方向への研磨パッド２０２の運動と、この研磨パッド運動の結果すなわち領域ＡＰＷの値の変化と、を考慮して行われる。後述するように、ウエハロード信号２６４の処理が行われ、ウエハキャリア２０８のプレート２６０に上向きに加えられる力Ｆ（図１Ｂ）が必要に応じて、研磨パッド２０９からウエハ２０６の領域ＡＰＷに適切な力ＦＰ−Ｗが加えられるように調整される。この結果、望ましい研磨圧が提供される。
【００４３】
次に、図１Ｂ、図２Ａ、図５Ａ−１〜図５Ａ−３、図５Ｂ−１〜図５Ｂ−２を参照して、線形軸受構造２３２を説明する。メイン軸受ハウジング２５０は、３つのスリーブ２７４（離間して対を成す円として示されている）を含む３つの線形軸受２７２から成る第２のセット２７０を有している。スリーブ２７４は、（上向きの線で示されている）相軸受シャフト２７８を収容する開いた底部２７６を有する。
シャフト２７８は、ネジ２８１を穴２８３に通すことによって、保持環軸受プレート２７９の上に搭載される。保持環２８２が０．０５０インチだけ垂直方向に移動できるように、穴２８３は、ネジがプレート２７９とともにプレート２６０に対して移動できるように、寸法設定される。軸受２７２は、例えば、軸受２５３と同じタイプの軸受であってもよい。保持環軸受プレート２７９は、ネジ２８５によって保持環の基部２８０に固定されている（図１５）。基部２８０は、第２のセット２７０の線形軸受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、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。保持環の基部２８０の最上部には、研磨パッド２０９と接触するための保持環２８２が、取り外し可能な形で設けられている。したがって、保持環２８２は、プレート２６０およびメイン軸受ハウジング２５０と無関係に運動するように搭載されている。保持環２８２は、ネジ２８９を緩めることによって保持環２８２を時々交換可能なように、研磨パッド２０９と係合する（図１５）。
【００４４】
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、保持環の基部２８０と保持環２８２とを含む。保持環の基部２８０は、真空チャック２６２から離れた状態で同チャックを取り囲んでいる。保持環２８２は、ウエハ研磨操作の期間中に研磨パッド２０９に係合するように設計されており、研磨パッド２０９は、保持環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。
【００４５】
研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９が保持環２８２と係合する着地時間より前の時間Ｔ０ＰＲＲでは、外側の円筒表面２８４は垂直である。円筒表面２８４は、保持環の基部２８０と保持環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から保持環２８２に力ＦＰ−Ｒは加えられない。このとき、保持環の基部２８０および保持環２８２の中心軸２８６，２８８は、それぞれ垂直である。
【００４６】
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。したがって、研磨パッド２０９は、偏心力ＦＰ−Ｒを保持環２８２に垂直下向きに加える。構造２３２は、一般に、上述した構造２３０の機能と同様に機能する。
【００４７】
したがって、構造２３２は、保持環２８２に加えられるこの偏心力ＦＰ−Ｒの垂直成分ＦＰ−ＲＶ以外のあらゆる力に対して抵抗する。詳しく言うと、３つの線形軸受２７３から成るセット２７０は、保持環２８２が偏心力ＦＰ−Ｒに応じて望ましくない態様で運動することがないように保証する。したがって、線形軸受２７２は、このような偏心力ＦＰ−Ｒが、次のような場合以外は保持環２８２を運動させることがないように保証する。保持環２８２は、同軸であるウエハキャリア２０８の中心軸２１２の第３の初期方向に平行に、垂直方向に運動することが許されている。したがって、許可された垂直力成分ＦＰ−ＲＶとして保持環軸受プレート２７９に伝えられるのは、偏心した負荷ＦＰ−Ｒ（保持環２８２に作用するものとして図２Ｂに示されている）から構造２３２に関連するＦＦをひいた力である。例えば図２Ａおよび図６Ｂを参照するとわかるように、構造２３２による制約下での保持環２８２の運動は、構造２３０による制約下でのウエハキャリア２０８の運動と無関係である。
【００４８】
力アクチュエータすなわちリニアモータ２９０は、チャック軸受およびロードセルプレート２６０と保持環軸受プレート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、電磁ユニット、または電気機械ユニットの形で提供されることがより好ましいと考えられる。図５Ａ−１、図５Ｂ−１、図７、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａには、最も好ましいリニアモータ２９０が示されており、入口２９４から空気流体（矢印２９３を参照）を供給される空気ブラダ２９２が含まれている。図５Ｂ−１および図１３Ａに示すように、チャック軸受およびロードセルプレート２６０は、ブラダ２９２を受けるための環状溝２９６を備えている。リニアモータ２９０は、ブラダ２９２の望ましいストローク量に従って、ブラダ２９２に種々の圧力（ＰＢ）量で流体２９３を供給することによって、選択的に作動される。例えば図１２Ａおよび図１２Ｂでは、ブラダ２９２の最大ストロークは、垂直方向に測定して０．１０インチであってもよい。このような最大ストロークは、０．０２インチと考えられるウエハ２０６の垂直寸法（すなわち厚さ）に匹敵する。プレート２６０は、垂直方向に固定されていると言えるので、流体２９３を収容したブラダ２９２は、流体２９３の圧力によって生じるブラダ２９２の特定ストロークに対応した距離だけプレート２７９を上昇させる。したがって、ブラダ２９２は、保持環軸受プレート２７９ひいては保持環基部２８０および保持環２８２を、真空チャック２６２上に配置されたウエハ２０６と、図１Ｃ−２に示したように保持環２８２に対して相対的に配置された研磨パッド２０９と、に対し、上向きに（この実施例では）相対運動させる。
【００４９】
流体２９３の圧力ＰＢは、例えば、種々の圧力のうちの１つであってもよい。一般に、圧力下の流体２９３は、保持環２８２を３つの垂直位置の１つに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までの範囲であってもよい。図１３Ａおよび図１３Ｂは、３つの位置の１つ、すなわち切り離し位置にある保持環２８２を示した断面図である。この位置では、保持環２８２は、ウエハ２０６からも真空チャック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）。切り離し位置にある保持環２８２は、真空チャック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、保持環２８２を他の位置に配置するために必要な圧力ＰＢよりも低い。
【００５０】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す断面は、保持環の３つの位置のうち、「１つの」研磨位置と一般に呼ばれる次に高い位置を示している。この位置は、後述するように、軸２１４，２１２に平行な位置の範囲であってもよい。この一般的な研磨位置は、ウエハ２０６の研磨期間中における保持環２８２の位置である。この研磨位置にあるとき、保持環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おり、同一平面上にある。図１４Ｂに示す研磨位置にあるとき、ウエハ２０６の周辺端部３０１は保持環２８２の内壁３０３で取り囲まれており、表面２９９と表面２０４とは同一平面上にある。
【００５１】
第３に、図１２Ａおよび図１２Ｂは、保持環２８２が最も高い位置、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を、その軸２１４がウエハキャリア２０８の軸２１２と同軸になるように真空チャック２６２のキャリア膜２９８上に配置するのに適している。図１２Ｂに示したように、最も高い位置にあるとき、ウエハ２０６をチャック２６２上で且つ保持環２８２の内側に配置しやすくするため、ウエハ２０６の周辺端部３０１は保持環２８２の内壁３０３で取り囲まれたままであって、保持環２８２の上面２９９はウエハ２０６の露出面２０４より上方にある。
【００５２】
さらに詳しく言うと、保持環の負荷力ＦＰ−Ｒは、保持環２８２に偏心的に作用し、それによって保持環２８２を偏心的に運動させやすい。しかしながら、線形軸受２７２は、保持環の基部２８０と保持環２８２の運動が、保持環の基部２８０および保持環２８２の中心軸２８６，２８８の初期方向に平行な垂直方向のみであるように保証している。したがって、保持環の基部２８０を通して保持環の軸受プレート２７９に伝えられるのは、力ＦＰ−Ｒのうち垂直下向きに作用する成分ＦＰ−ＲＶ（成分ＦＰ−ＲＶは図２Ａでは保持環２８２に垂直に作用する保持環の負荷として示されている）のみである。また、リニアモータ２９０は、線形軸受２７２のシャフト２７８をサポートする保持環軸受プレート２７９に上向きの力ＦＭ（図２Ａ）を加える。線形軸受２７２は、また、保持環の負荷力ＦＰ−Ｒの垂直成分ＦＰ−ＲＶに逆らって保持環基部２８０および保持環２８２を運動させる効力を有するのが、力ＦＭの垂直成分すなわち正味の力ＦＭ−Ｖのみであるように、保証する。このように、力ＦＰ−Ｒに応じて保持環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に応じて真空チャック２６２および真空チャック２６２上のウエハ２０６が許される運動（すなわち軸２１２，２１４の初期配置に平行な方向）と同軸である（したがって同じ方向である）。
【００５３】
上述した保持環２８２の研磨位置の範囲に関しては、ウエハキャリア２０８のプレート２６０に加える上向きの力Ｆ（図１Ｂ）を（露出した接触領域２０４Ｒの領域ＡＰＷの値にしたがって）変化させなければならないことから、モータ２９０から保持環２８２に加える力ＦＭもやはり変化させ、それによって、研磨パッド２０９から保持環２８２に加えられる力ＦＰ−Ｒも変化させる必要があることが分かる。例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３、図１Ｄ−１〜図１Ｄ−３、図１Ｅ−１〜図１Ｅ−３に示すように、研磨パッド２０９が保持環２８２を覆う左寄りの位置から右方向に移動するとき、研磨パッド２０９によってオーバラップされる領域ＡＰＲＲは比較的大きい初期値を有する。１つの実施例において、保持環２８２の領域ＡＰＲＲにかかる研磨圧を一定に維持したい場合には、運動２０９Ｈによってオーバラップ領域ＡＰＲＲの値が変化するにつれて、力ＦＭは、研磨パッド２０９の相対運動の関数として変化しなければならない。したがって、上述した保持環２８２の研磨位置は、詳しくは、保持環２８２にかかる圧力を望ましい値にするためには、保持環２８２から研磨パッド２０９にどのような正味の力ＦＭ−Ｖを加えなければならないかに従って決定される範囲の位置である。
【００５４】
図２Ｂおよび図１９Ｂは、パッド調整ヘッド２２０を示しており、図中には、メイン軸受ハウジング３０６とパック軸受およびロードセルプレート３０８との相対運動の方向を限定するための線形軸受アセンブリ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。ＣＭＰシステム２００−１は、パッド調整パッド２２０の複合線形軸受構造３１０をさらに含んでいる。一般に、構造３１０は構造２３０と同様である。したがって、構造３１０は、上述した構造２３０と同様に機能する。さらに詳しく言うと、構造３１０は、偏心力ＦＰ−Ｃを繰り返し測定することを容易にする。したがって、パッド調整パック２１８の領域ＡＰＣに作用する力ＦＰ−Ｃ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あっても正確に測定されると考えられる。したがって、構造３１０は、上で明示されたように、このような偏心力ＦＰ−Ｃの量を正確に表すことを可能にする。
【００５５】
さらに詳しく言うと、構造３１０は、パッド調整パック２１８の領域ＡＰＣのうちパッド調整ヘッド２２０の中心軸２２２の初期方向から偏心した位置に加えられる力ＦＰ−Ｃの垂直成分ＦＰ−ＣＶ以外のあらゆる力に対して抵抗する。このように、線形軸受構造３１０は、研磨ヘッド２２０の構造が偏心力ＦＰ−Ｃに応じて望ましくない形態で運動することがないように保証する。例えば、研磨ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８は、同軸であるそれぞれの中心軸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を許されている。矢印３１２は、垂直成分ＦＰ−ＣＶに平行である。
【００５６】
図２Ｂは、３つの複合線形軸受構造３１０のうちの２つを詳細に図示しており、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１９Ｂは、３つの複合線形軸受３１０を詳細に図示している。メイン軸受ハウジング３０６は、３つの中空円筒スリーブ３１６を含む３つの線形軸受３１４を有している。スリーブ３１６は、スリーブ３１６を収容し、スリーブ３１６が対応するシャフト３２０と連携することを可能にする開いた底部３１８を有する。線形軸受３１４のスリーブ３１６は、例えば、線形軸受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であってもよく、図２Ａと同様に図２Ｂに図示されている。シャフト３２０は、シャフト２５８と同様に作成されてもよい。メイン軸受ハウジング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、パッド調整パック２１８を運ぶ。パック２１８は、パック負荷として図２Ｂに示された偏心力ＦＰ−Ｃを研磨パッド２０９との接触期間中に受ける。
【００５７】
上述したように、図１Ｂは、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９がパッド調整パック２１８の露出面２１６と係合する前における、例えば初期時間Ｔ０ＰＰなどにおける、パッド調整ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８の初期方向を示している。したがって、代表的な状況では、初め、研磨パッド２０９からパッド調整パック２１８に力ＦＰ−Ｃは加えられず、研磨ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８の軸２２２，２２４はそれぞれ垂直である。上述したように、この状況では、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、上述した任意の時間ＴＮに、パッド調整パック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。したがって、軸受構造３１０は、パッド調整パック２１８に加えられる偏心力ＦＰ−Ｃの垂直成分ＦＰ−ＣＶ以外のあらゆる力に対して抵抗する。詳しく言うと、３つの線形軸受３１４は、パッド調整ヘッド２２０の構造が偏心力ＦＰ−Ｃに応じて望ましくない態様で運動することがないように保証する。したがって、線形軸受３１４は、偏心力ＦＰ−Ｃがパッド調整ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８をそれぞれの中心軸２２２，２２４の初期方向に平行である垂直方向以外に運動させることがないように、保証する。したがって、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、図１９Ｂ）のは、偏心したウエハロードＦＰ−Ｃ（パック２１８に作用するものとして図２Ｂに示されている）から摩擦力ＦＦを引いた力である。ロードセルは、パック軸受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と同様であってもよく、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もよい。
【００５８】
以上から、真空チャック２６２やウエハキャリア２０８、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易いというのは、単なる傾向であって、実際に生じる動作ではないことが分かる。傾く動作は、例えば、上述した線形軸受構造２３０，２３２，３１２の操作によって阻止される。
【００５９】
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、真空チャック２６２の機能３３８Ｃと、ブラダ２９２の機能３３８Ｂと、保持環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操作に使用できる。ウエハキャリア２０８のこれらの機能３３８を考慮したうえで、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃの三次元図と、図４Ａ、図４Ｂの分解図と、図５Ａ−１〜図５Ａ−３、図５Ｂ−１〜図５Ｂ−３の拡大透視図と、を参照する。図３Ａ〜図３Ｃは、第１の実施形態２００−１の構成要素の組み立て体を示しており、図中には、チャック軸受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とを含む（図３Ｃ）。下部３４４は、スピンドル３４６に取り付けられており、スピンドルは、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。垂直上向きの力は、図１Ｂでは力Ｆとして示されており、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、脱イオン水（ＤＩ水）などの流体および真空を、導管３５０を通して下部３４４に供給し、真空チャック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、脱イオン水３５２などの流体を、導管３５４を通して下部３４４に供給し、ウエハ２０６および保持環基部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、導管３５８を通して下部３４４に流体２９３（圧力下の空気など）を供給し、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３４４に電気コネクタ（不図示）と接続するスリップリング３６０を設けることによって、機能３３８ＬＣを提供する。下部３４４上のコネクタは、コネクタ（不図示）と結合することによって、システム２００−１からウエハロードセル信号２６４を出力することを可能にする。
【００６０】
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。上部３４２と下部３４４を解除可能な形で結合するため、コネクタ３６１は、下部３４４から上部３４２の中空３６２にかけて、ピストン棒（不図示）によって駆動されるカム（不図示）を有する。カムは、ボール軸受（不図示）と係合し、一部はレース（不図示）から離れる方向に、そして一部はＶ字形の溝（不図示）に入る方向に、ボール軸受を外向きに推し進める。ボール軸受は、上部３４２と下部３４４とを、解除可能に固く結合された状態で保持する。上部３４２と下部３４４を隔離する場合は、カムを上部３４２から撤回させ、それによって、ボール軸受をＶ字形の溝から完全に離し、上部３４２を開放できるようにする。
【００６１】
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、脱イオン水と真空（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および真空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、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に到達する。
【００６２】
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３７６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、プレート２６０のネジ切りポート３７４にねじ込まれている。
【００６３】
図３Ａ、図５Ｂ−２、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、プレート２６０のネジ切りポート３９２にねじ込まれており、導管３９３を介してブラダ２９２の入口２９４に接続している。
【００６４】
スピンドル３４６上のスリップリング３６０は、下部３４４上のコネクタ（不図示）によって、下部３４４のポートに収容されたポゴピンコネクタに接続される。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内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する。ポート４０２は、プレート２６０が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を推し進めるためのショルダ（不図示）を有する。ポート４０２は、プレート２６０に設けられた状態で図５Ａ−１に図示された鍵穴状のポート４０６と並んでいる。ポート４０６は、コネクタ４００を通過させるのに（そしてコネクタ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から発してポート４０６を通り、プレート２６０に固定された状態で図４Ａに図示されたロードセル増幅器４１０に達する。増幅器４１０は、ロードセル２６３と接続し、ウエハロードセル信号２６４を受信する。
【００６５】
図５Ａ−３は、機能３３８Ｃを示しいる。この機能３３８Ｃは、チャック軸受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）に接続されたチューブ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、真空チャック２６２に開けられたポート４１８にねじ込まれる。ポート４１８は、真空または脱イオン水３４８を真空チャック２６２のマニホルド４２０（図１５）に供給し、それによって、真空または脱イオン水３４８を真空チャック２６２の上面４２２に均一に分配する。
【００６６】
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）を有する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または真空３４８を供給するための通路を提供する。大きい穴２９７Ｐは、真空チャック２６２の全域に均一に設けられてるので、マニホルド４２０からの真空を真空チャック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、真空チャック２６２の全域に脱イオン水３４８を供給することができる。さらに、大きい穴２７９Ｐは、少なめの（例えば６つなどの）真空ホールをウエハ２０６に直接接触させていた従来と異なり、その大きさは、真空３４８を適用してもウエハ２０６を変形させることのない程度である。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る。さらには、約２０〜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、約３０〜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、サブミクロンから１ミクロンの孔径を有する従来のセラミックスよりも大幅に大きい。
【００６７】
図７および図８は、真空または脱イオン水３４８を真空チャック２６２の全域にさらに均一に分配する目的で、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は、例えば、孔径が０．０１０インチ〜０．０１５インチの範囲の穴すなわち開口を設けられている。多孔層２９７も多孔特性を有していることから、多孔層２９７から脱イオン水３４８または真空３４８を供給する通路が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から真空チャック２６２の全域に均一に且つ微細に真空３４８を分配する。また、キャリア層２９８は、真空チャック２６２の上面４２２に微粒子が接触するのを阻止できるので、後述する洗浄時にウエハ２０６の汚染を阻止するのに役立つ。
【００６８】
真空チャック２６２の操作時に、ウエハ２０６が真空チャック２６２上に正確に搭載されているとき、ウエハ２０６の軸２１４は、ウエハキャリア２０８の軸２１２と同軸になるように方向付けられている。ウエハ２０６をキャリア膜２９８上に保持するために、真空２４８が第３のポート３８４ひいてはチャックマニホルド４２０に供給され、それによって、キャリア膜２９８下の圧力が引き下げられる。このような減圧は、大気圧がウエハ２０６をキャリア膜２９８に押し付けることを可能にする。適切な搭載位置にあるとき、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の中を流れる空気は大幅に減少する。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、より沢山の空気がキャリア膜２９８に流れ込むことが圧力検出器２９９Ｄ（図３Ｃ）によって検出され、不正確な配置を指摘される。
【００６９】
脱イオン水３４８は、圧力下においてポート３８４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を真空チャック２６２から開放し、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をさらに流し込むと、この脱イオン水３８４は、多孔層２９７の穴２９７Ｐからスラリ４２６を押し出してキャリア膜２９８から流し出すことによって、真空チャック２６２を洗浄し、続くウエハ２０６の研磨に備える。キャリア膜２９８および多孔層２９７を通るこのような脱イオン水３４８の流れは、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を阻止する。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。チューブ４３０は６本提供され、マニホルド３８２の６つの出口４３２にそれぞれ１本ずつ接続される。マニホルド３８２は、ブラダ２９２の中心の開口部と保持環プレート２７９の中心の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、保持環基部２８０からロードセル２６３までの間隔の範囲内である。保持環基部２８０は、図８において、内壁４３６から入口４３４を引き入れられた状態で示されている。このような入口４３４は、内壁４３６を取り囲むように等間隔で６つ設けられている。内壁４３６は、補強なしの半結晶性熱可塑性ポリマ材料であると考えられる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。
【００７０】
脱イオン水３５２は、スピンドル３４６を通してマニホルド３８２に供給され、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、保持環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と保持環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、保持環の基部２８０は、スペース４４０だけ真空チャック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、上向き且つ内向きのノズル４４４を提供する一定の角度構成を有する。図２２は、また、各ノズル４４４を、脱イオン水３５２をスペース４４０の中に向かわせるように方向付けされた状態で図示している。図２２は、また、各通路４４２を、軸ノズル４４４の円周（すなわち回状）方向（矢印４４５を参照）に脱イオン水３５２を方向付けられるようにラジアル方向に逸れた状態で示している。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の中へと回状方向に方向付ける。また、図１４Ｂの拡大図は、ノズル４４４からの脱イオン水（矢印３５２を参照）が、真空チャック２６２の上に突出したウエハ２０６の底面（すなわち突出部）４４６に向かって流れることを示している。突出部４４６は、保持環の基部２８０を超えて約０．０４０インチまで突出してもよい。また、図１４Ｂは、スラリ４２６の漏出流が、保持環２８２とウエハ２０６との間の隙間すなわち環状スリット４５２を通ることを示している（矢印４４８を参照）。この流れ４４８によって、スラリ４２６はスペース４４０に入ることができる。
【００７１】
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、スリット４５２の薄い寸法と、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、傾斜した入口の壁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。リップ４６０と、その対面の壁４６２とによって、出口用のキャビティ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、キャビティ４６４を通って出口用のオリフィス４６６へと外向きに促される。出口用のオリフィス４６６は、保持環の基部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から出発してリップ４６０を覆いながらスペース４４０を横断しており、メイン軸受ハウジング２５０と真空チャック２６２との間にしっかりと固定されている（例えば把持されている）。ダム４５４と、シール４５８と、これらに隣接するキャリア２０８の関連構造とは、このようにして、スラリ４２６および脱イオン水３５２を包含している。脱イオン水３５２は、ウエハ２０６の底面４４６と、スペース４４０とを洗浄する。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、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。
【００７２】
ＣＭＰシステム２００−１は、例えば偏心力ＦＰ−Ｗの繰り返し測定を行う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。パッド調整ヘッド２２０の機能３３８には、例えば、チャック３２２上のパッド調整パック２１８を感知するための機能３３８ＰＳと、パッド調整パック２１８をパージ（浄化）するための機能３３８ＰＰと、ロードセル３２４用の機能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。
【００７３】
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体を示しており、図中には、パック軸受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、スピンドル６４６に取り付けられており、スピンドルは、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。図１７Ｃに示すように、スピンドル６４６は、脱イオン水（ＤＩ水）６４８などの流体を、導管６５０を通して下部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、導管６９６を通して下部６４４に真空６９５を供給し、チャック３２２上のパッド調整パック２１８の存在の有無を感知できるようにすることによって、機能３３８ＰＳを別個に提供する。
【００７４】
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、それによって、増幅されたパックロードセル信号３２６を処理し、研磨操作期間中にパッド調整パック２１８と研磨パッド２０９とを互いに向けて推進す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上のコネクタ（不図示）によって、下部６４４のポート（不図示）に収容されたポゴピンコネクタに接続される。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、プレート３０８が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７００を推し進めるためのショルダ（不図示）を有する。ポート７０２は、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を通過させるのに（そしてコネクタ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に固定された状態で図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。
【００７５】
下部６４４と上部６４２とは、上述した標準的な形で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。２つの加圧空路は、コネクタ６６１のピストン（不図示）を作動させ、その結果として、コネクタ６６１によって上部６４２を下部６４４に固定させる、またはコネクタ６６１によってこれら２つの部分を引き離す。
【００７６】
パッド調整パックは、研磨によって生じる異物および他の材料を除去する目的でパージされる。パッド調整パック２１８は、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１９Ｂにおいて、互いに張り合わされた２枚の円盤状の層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、穿孔を設けられた炭素鋼で作成されている。穿孔９０３は、例えば大きさが約±０．０５０のアパチャであってもよい。穿孔９０３は、第１の層２０９Ａ全体に均一に分布している。穿孔を設けられた炭素鋼層９０２Ａは、ニッケルめっきされている。穿孔を設けられニッケルめっきされた第１の層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、保持環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を備えている。例えば、開口部９０４は、約０．０１０インチ〜約０．０１５インチまでの大きさを有してもよい。パッド調整パック２１８は、第２の層９０２Ｂが研磨ヘッド２２０に接した状態で、パッド調整ヘッド２２０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。
【００７７】
パッド調整パック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、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、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、チューブすなわち導管７１２に接続されている。チューブ７１２は、メイン軸受ハウジング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。コネクタ７１６は、チャック３２２に開けられたポート７１８にねじ込まれる。ポート７１８は、図１６Ｂにおいて、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に均一に分配できる状態で図示されている。チャック３２２は、上面７２２の上方に突出したリップ９００を備えている。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２００〜３０００立方センチメートル毎分（ｃｃｍ）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１０００〜１２００ｃｃｍの流量率で、チャック３２２に供給され、パッド調整パック２１８の穿孔および開口部を通ってマニホルド７２０から外向きに流れ、さらに、パッド調整パック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滝を形成する。このようにして、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のに役立つ。
【００７８】
図１９Ａおよび図２１は、導管６９６によって真空６９５を適用されるポート９２０として構成された機能３３８ＰＳを示している。ボア９２２は、ポート９２０を、パック軸受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、ハウジング９３０に固定された継ぎ手に接続される。継ぎ手９３０は、ハウジング３０６に開けられ且つマニホルド７２０の隆起部９３４に揃えられたボア９３２に、真空６９５を適用する。ボア９３２は、隆起部９３４の最上部に達する。このように、パッド調整パック２１８がチャック３２２上に正確に配置されていると、ボア９３２への空気の流入が阻止され、ボア９３２内の圧力が低下する結果となる。この圧力低下は、導管６９６内の圧力低下として反映される。導管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、圧力の低下を検知し、パッド調整パック２１８がチャック３２２上に正確に配置されていると判断する。パッド調整パック２１８がチャック３２２上に一部分のみ配置されている場合、あるいはチャック３２２上にパッド調整パック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内ひいては導管６９６内の圧力は低下しない。したがって、圧力センサは、パッド調整パック２１８がチャック３２２上に正確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ので、研磨操作は、中断されることが望ましい。
【００７９】
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。方法は、ウエハ２０６を真空チャック２６２上に搭載する操作１０００を含んでいてもよい。上述したように、ウエハ２０６は、このとき、対称軸とみなされる軸２１４を有する。この搭載位置は、ウエハ軸２１４の初期位置として上述されている。方法は、図１Ｂに示したように、操作１００２に進み、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、パッドが回転する基軸である。方法は、次いで、操作１００４に進み、研磨パッド２０９とオフセットされたウエハ２０６とを、図１Ｂの矢印２０９Ｖで示したような対称軸２１４に平行な方向に、互いに向かって推進させる。回転式ツール交換器によって、ウエハキャリア２０８を上向きに推進しつつ、真空チャック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、推進操作１００４は、研磨パッド２０９から搭載ウエハ２０６の接触領域ＡＰＷに対し、力ＦＰ−Ｗなどの研磨力を、対称軸２１４から偏心した位置に加える。ウエハ２０６は、上述したように、研磨力ＦＰ−Ｗに応じて傾きやすいので、対称軸２１４は、パッド２０９の回転軸である軸２１０に平行な状態から逸れやすい。推進操作の期間中に、方法は、操作１００６に進み、傾こうとする搭載されたオフセットウエハ２０６に抵抗しつつ、回転軸２１０に平行な方向に、ウエハ軸２１４の初期位置に沿ってウエハ２０６を運動させる。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に応じた線形軸受２３２の操作を反映している。方法は、また、操作１００８に進み、推進操作および抵抗操作の期間中に、回転軸２１０の方向に平行なウエハ２０６の運動を測定し、研磨力すなわち力ＦＰ−Ｗの値を示してもよい。こうして、図２３に示した操作が完了する。
【００８０】
図２４からわかるように、本発明のもう１つの態様は、研磨表面を有する研磨パッド２０９によって実施される研磨操作のためのウエハ２０６を搭載方法を提供する。方法は、ウエハ２０６を真空チャック２６２の上に搭載し、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、パッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する、操作１０１０からスタートしてもよい。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、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）を有する保持環を提供し、それによって、対称軸２１４に垂直な方向のウエハ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推進させ、それによって、研磨パッド２０９から接触領域ＡＰＷに対し、ウエハ２０６および対称軸２１４を研磨表面に垂直な状態から逸れたそれぞれの位置へと傾かせやすい研磨力ＦＰ−Ｗを作用させる。方法は、次いで、操作１０１５に進み、研磨パッド２０９の露出面と保持環２８２とを互いに向かって推進させ、それによって、研磨パッド２０９から接触領域ＡＰＲＲに対し、保持環２８２および対称軸２８８を研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な状態から逸れたそれぞれの位置へと傾かせやすい研磨力ＦＰ−Ｗを作用させる。方法は、次いで、操作１０１８に進み、傾こうとする保持環２８２に抵抗するように線形軸受２５３を作用させる。このような抵抗は、保持環２１８の運動を、研磨パッド２０９の露出面に垂直な方向に制限する。上述したように、力ＦＰ−Ｒに応じて保持環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、このようにして、力ＦＰ−Ｗに応じて真空チャック２６２および真空チャック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）と同じ方向になる。さらに、このような抵抗は、偏心力ＦＰ−Ｗの繰り返し測定を容易にする。したがって、操作１０１８において、ウエハキャリア２０８に加えられた力ＦＰ−Ｗに対して抵抗が生じると、上で明示されたように、力ＦＰ−Ｗがたとえ偏心して加えられた場合であっても、力ＦＰ−Ｗを正確に測定できるようになる。方法は、また、操作１０１９に進み、推進操作１０１４，１０１５および抵抗操作１０１８の期間中に、回転軸２１０に平行な方向のウエハ２０６の運動を測定してもよい。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の正確な表示を提供するものである。こうして、図２４に示した操作が完了する。
【００８１】
図２５に示したように、操作１０１５は、真空チャック２６２から離れた位置にプレート２６０を設けるサブ操作１０２２を含んでいてもよい。操作１０１５は、また、プレート２６０と保持環２８２との間にブラダ２９２を設けるサブ操作１０２４を含んでいてもよい。操作１０１５は、また、第１の圧力を有した流体でブラダ２９２を膨らませるなどによってブラダ２９２を操作するサブ操作１０２５を含んでいてもよい。このような膨張は、保持環２８２と研磨パッド２０９とを互いに向かって運動させる。
【００８２】
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、真空チャック２６２の上にウエハ２０６を搭載する操作１０４０を含んでいてもよい。ウエハ２０６は、研磨パッド２０９の研磨表面に垂直で且つキャリア軸２１２と同軸で且つ研磨パッド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、研磨パッド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、研磨パッド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る。真空チャック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、真空チャック２６２の周りに保持環ユニット（例えばリング２８２と基部２８０）を提供し、それによって、ウエハ２０６を真空チャック２６２上に保持する運動に備える（例えばウエハ２０６を真空チャック２６２上に配置する助けとする）。保持環２８２は、また、研磨に備えてウエハ２０６を研磨パッド２０９の表面に露出させてもよい（図１４Ａ）。方法は、次いで、操作１０４８に進み、真空チャック２６２と、チャックサポートプレート２６０と、保持環ユニット（２８０，２８２）とに、複数の線形軸受アセンブリ対２３０，２３２を提供する。各アセンブリは、研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な軸受中心軸を伴ったハウジング２５４，２７４をそれぞれ有する。各アセンブリは、対応するハウジング２５４，２７４にそれぞれ収容される線形シャフト２５８，２７８を有する。第１のアセンブリセット２５２は、真空チャック２６２と保持環ユニット（２８０，２８２）との間であり、第２のアセンブリセット２７０は、真空チャック２６２とチャックサポートプレート２６０との間である。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、研磨パッド２０９の研磨表面がウエハ２０６に向かう運動に抵抗する。あるいは、チャックサポートプレート２６０を研磨パッド２０９に向かって推進してもよい。いずれの場合も、研磨パッド２０９は、搭載されたウエハ２０６に研磨力ＦＰ−Ｗを、そして保持環２８２に力ＦＰ−Ｒを、いずれも対称軸２１４から偏心した状態で加える。ウエハ２０６および真空チャック２６２は、研磨力ＦＰ−Ｗに応じて傾きやすいので、対称軸２１４は、回転軸２１０に平行な状態から逸れやすい。図２７からわかるように、保持操作１０５０の期間中には、第１のアセンブリセット２５２が保持環２８２の運動を対称軸２１４に平行な運動に有効に制限できる操作１０５２が実施される。例えば、チャックサポートプレート２６０を保持している期間中は、第２のアセンブリセット２７０がチャックサポートプレート２６０に対する真空チャック２６２の相対運動を対称軸２１４に平行な運動に有効に制限できる操作１０５４が実施される。
【００８３】
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の研磨表面に平行になるように、ウエハ２０６を真空チャック２６２上に搭載する操作１０６０を含んでいてもよい。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、それによって、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、搭載されたオフセットウエハ２０９とを互いに近づかせ、露出面２０４が研磨表面に抵抗するようにし、それによって、対称軸２１４から偏心した力ＦＰ−Ｗを搭載ウエハ２０６に作用させる。図２９からわかるように、操作１０６６は、例えば線形軸受アセンブリ２５３から成る配列２６５を、搭載ウエハ２０６に隣接する位置に設ける。操作１０６４における移動の最中に、方法は、操作１０６８に進み、初期方向からのウエハ２０６の運動を実質的に制限し、露出面２０４と研磨パッド２０９の研磨表面とが平行な方向にのみ搭載ウエハ２０６が運動できるようにする。推進操作および抵抗操作の期間中に、方法は、操作１０７０に進み、搭載ウエハ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。
【００８４】
本発明は、また、パッド調整パック２１８と研磨パッド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を有するパッド調整パック２１８をチャック３２２上（の初期位置）に搭載する操作１０８０を含んでいてもよい。方法は、操作１０８２に進み、研磨パッド２０９の回転軸２１１と、搭載されたパック２１８の対称軸２２４と、を平行関係でオフセットする。方法は、次いで、操作１０８４に進み、研磨パッド２０９を、（初期位置にある）回転軸２１０に平行な方向にパッド調整パック２１８に向かって推進させ、それによって、研磨パッド２０９から搭載されたパッド調整パック２１８の領域ＡＰＣ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に応じて傾きやすいので、対称軸２２４は、回転軸２１１に平行な状態から逸れやすい。推進操作１０８４の期間中に、方法は、操作１０８６に進み、傾こうとするパッド調整パック２１８に抵抗しつつ、パッド調整パック２１８を回転軸２１１に平行な方向に運動させる。方法は、また、操作１０８８に進み、推進操作１０８４と抵抗操作１０８６の期間中に、回転軸２１１の方向に平行なパッド調整パック２１８の運動を測定し、それによって、調整力ＦＰ−Ｃの値を示してもよい。本発明では、このような表示は、ここで明示された正確な表示であってもよい。
【００８５】
図３１からわかるように、本発明は、化学機械パッド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上に搭載する操作１０９０を含んでいてもよい。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の表面は研磨パッド２０９の研磨表面に平行である。研磨パッド２０９は、回転軸２１１を有する。方法は、操作１０９２に進み、研磨パッド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に向かう研磨パッド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に対して相対的に運動することができる。方法は、次いで、操作１０９６に進み、複数の線形軸受アセンブリ対３０４をチャック３２２およびチャックサポートプレート３０８に設ける。各アセンブリ３０４は、研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な軸受中心軸を伴ったハウジング３１６を有する。各アセンブリ３０４は、対応するハウジング３１６に収容された線形シャフト３２０を有する。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に向かう研磨パッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する。研磨パッド２０９は、搭載されたパッド調整パック２１８の領域ＡＰＣに対し、対称軸２２４から偏心した調整力ＦＰ−Ｗを加える。チャック３２２およびチャック３２２上のパッド調整パック２０９は、調整力ＦＰ−Ｃに応じて傾きやすいので、対称軸２２４は、回転軸２１１に平行な状態から逸れやすい。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中に、方法は、操作１０９８に進む。このとき、アセンブリ３０４は、研磨パッド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、パッド調整パック２１８を抵抗させることができる。図３１からわかるように、方法は、操作２０００に進み、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方向に制限する。パッド調整パックの表面は、このようにして、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、チャックサポートプレート３０８に対するチャック３２２の限定的な相対運動を感知し、それによって、調整力ＦＰ−ＣＶの正確な値を表示してもよい。
【００８６】
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、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、操作２０３４に進み、パックキャリアの構成をチャック２６２のマニホルド４２０の構成に適合させ、それによって、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、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出するように、パック２１８を配置する。方法は、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。パックサポート表面には、パッド調整パック２１８が設けられる。方法は、操作２０４０に進み、流体である脱イオン水６４８を、パックキャリア２２０を通ってポート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内のパックサポート表面全体に脱イオン水６４８を分布させることを可能にし、それによって、リザーバ内の脱イオン水６４８に、パッド調整パック２１８を浸らせる。供給とは、例えば、脱イオン水６４８が、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の穴９０３および開口部９０４を通ってパッド調整パック２１８を通過し、リップ９００の上を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のに有用である。
【００８７】
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、パッド調整パック２１８の対称軸２２４が研磨パッド２０９の研磨表面に垂直になり、研磨パッド２０９の調整表面か研磨表面に平行になるように、パッド調整パック２１８をチャック３２２の上に搭載する。方法は、操作２０５２に進み、研磨パッド２０９の回転軸２１１を、搭載されたパッド調整パック２１８の対称軸２２４から、両者が平行な状態でオフセットさせ、それによって、パッド調整パック２１８の初期方向を規定する。方法は、操作２０５４に進み、研磨パッド２０９の研磨表面と、パッド調整パックの調整表面２１８ｂとを、互いに向かって近づかせ、搭載されたパッド調整パック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、操作２０５６に進み、３１０などの線形軸受アセンブリから成る配列２６５を、搭載されたパッド調整パック２１８に隣接する位置に提供する。
【００８８】
図３５からわかるように、方法は、操作２０５４の期間中に操作２０５８に進み、初期方向からの運動を実質的に制限することによって、搭載されたパッド調整パック２１８の運動を、パッド調整パック２１８の調整表面が研磨パッド２０９の研磨表面に平行である方向にのみ可能にする。方法は、操作２０６０に進み、運動を制限された運動操作２０５４の期間中に、その制限された運動を感知することよって、パッド調整パック２１８の領域ＡＰＣに加えられる研磨力ＦＰ−Ｃの正確な値を表示する。
【００８９】
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、パッド調整パック２１８の対称軸２２４が研磨パッド２０９の研磨表面に垂直になり、パッド調整パックの表面か研磨表面に平行になるように、パッド調整パック２１８をチャック３２２の上に搭載する。方法は、操作２０７２に進み、回転軸２１０を、搭載されたパッド調整パック２１８の対称軸２２４から、軸２１０と軸２２４とが平行な状態でオフセットさせ、それによって、パッド調整パック２１８の初期方向を規定する。方法は、操作２０７４に進み、研磨パッド２０９の研磨表面と、パッド調整パック２１８の調整表面とを、互いに向かって近づかせる。方法は、操作２０７６に進み、線形軸受アセンブリ３１０からなる配列２６５を、搭載されたパッド調整パック２１８に隣接する位置に提供する。図３７から分かるように、方法は、操作２０７４の期間中に、アセンブリ３１０を使用する操作２０７８に進み、それによって、初期方向からの運動を実質的に制限し、搭載されたパッド調整パック２１８の運動を、調整表面が研磨表面に平行である方向にのみ可能にする。方法は、操作２０８０に進み、限定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の正確な値を表示する。
【００９０】
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と保持環２８２およびウエハ２０６とのオーバラップ量ＯＬ（図１Ｂ）に応じてどのように変化するかを示すグラフである。上述したように、ある研磨圧のプロファイルは、ＣＭＰサイクル期間中に、どの露出した接触領域２０４Ｒにも均一な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の領域ＡＰＷが増大するにつれて力ＦＰ−Ｗが増すと、結果として均一な量の圧力をえられると考えられる。ウエハロード信号２６４は、後述するシステム２１００によって処理され、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）は、必要に応じて調整され、研磨パッド２０９からウエハ２０６の領域ＡＰＷに適切な力ＦＰ−Ｗが加えられるようする。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ＴＮにおける研磨パッド２０９と保持環２８２およびウエハ２０６とのオーバラップ量ＯＬ（図１Ｂ）に応じて選択するために使用してもよい。
【００９１】
制御可能な圧力の提供
圧力の中央制御
図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３、図１Ｄ−１〜図１Ｄ−３、図１Ｅ−１〜図１Ｅ−３を参照して上述したように、接触（すなわちオーバラップ）領域ＡＰのサイズすなわち値は、時間ＴＮに応じて変動する。再びこれらの図面を参照すると、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３は、ウエハ２０６の中心のｘ軸座標すなわちｘ座標をｈ１とし、保持環の中心のｘ座標をｈ２とし、研磨パッド２０９の中心のｘ座標をｈ３とし、パッド調整パック２１８の中心のｘ座標をｈ４としている。図１Ｃ−１では、ウエハの半径をｒ１とし、保持環の半径をｒ２とし、研磨パッドの半径をｒ３とし、パッド調整パックの半径をｒ４としている。保持環２８２の外縁とパッド調整パック２１８の外縁との間には、隙間すなわちギャップがあり、これは、ｘｇａｐとされている。図１Ｃ−１は、ｈ１およびｈ２の値がゼロに設定可能であることを示している。したがって、ｈ３の値はｒ２として示される。これは、この実施例において研磨パッド２０９が移動できる最も左よりの位置が、ウエハ２０６のｙ軸中心線（中心ｈ１にある）および保持環２８２のｙ軸中心線（中心ｈ２にある）に正接する位置までであることを意味する。
【００９２】
好ましい一実施形態において、ｈ３＝ｒ２は、あるＣＭＰサイクル期間中に研磨パッド２０９が最初にウエハに接触する研磨パッド２０９の着地の位置である。この状況にある研磨パッド２０９は、ＣＭＰ研磨サイクル期間中に、矢印２０９Ｈで示すように（例えば右向きに）運動してもよい。例えば、右向きの運動は、時間Ｔ０より後の時間ＴＮ＝Ｔ１に生じる、ｈ３がｒ２より大きいがｒ２とｘｇａｐとｒ１との和よりは小さい位置までの運動であってもよい。着地後にこの運動が生じるとき、これらの接触領域ＡＰＷ，ＡＰＲＲ，ＡＰＣの値は変化する。領域ＡＰの値の変化を示すため、図１Ｄ−１では、図１Ｃ−１に示した領域ＡＰＷよりも小さい値を有する時間ＴＮ＝Ｔ１での領域ＡＰＷが示されている。図１Ｄ−２では、やはり、図１Ｃ−２に示した領域ＡＰＲＲよりも小さい値を有する時間Ｔ１での領域ＡＰＲＲが示されている。図１Ｄ−３では、図１Ｃ−３に示した領域ＡＰＣよりも大きい値を有する時間Ｔ１での領域ＡＰＣが示されている。
【００９３】
領域ＡＰの値の変化のもう１つの態様を示すために、図１Ｅ−１では、図１Ｃ−１および図１Ｄ−１に示した領域ＡＰＷの有限値と比較して、値を有さない時間Ｔ１より後の時間Ｔ２での領域ＡＰＷが示されている。値が無いということは、研磨パッド２０９とウエハ２０６とがオーバラップしない（すなわち接触しない）ことを意味する。図１Ｅ−２では、やはり、図１Ｄ−２に示した領域ＡＰＲＲよりも小さい値を有する時間Ｔ２での領域ＡＰＲＲが示されている。この小領域ＡＰＲＲは、研磨パッド２０９と保持環２８２との接触領域であり、減りつつある。図１Ｅ−３では、図１Ｄ−３に示した領域ＡＰＣよりもさらに大きい値を有する時間Ｔ２での領域ＡＰＣが示されている。したがって、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅは、（例えば研磨ヘッド２０９が）同じように矢印２０９Ｈの右向きに「ｘ」だけ相対運動したとしても、ある領域ＡＰの値の変化は他の領域ＡＰの値の変化とそれぞれ異なることを示している。したがって、本発明で上述したＣＭＰ操作を実現するためには、これらの領域ＡＰＷ、ＷＰＲＲ、ＡＰＣの１つにかかる圧力Ｐを、残りの２つの領域のそれぞれにかかる圧力Ｐから切り離して制御するとよい。以下では、圧力Ｐは、接触領域ＡＰＷにかかる圧力ＰＷＰと、接触領域ＡＰＲＲにかかる圧力ＰＲＰと、接触領域ＡＰＣにかかる圧力ＰＰＣとを指すものとする。このような圧力Ｐをそれぞれ切り離して制御する態様の１つは、それぞれの接触領域ＡＰＷ、ＡＰＲＲ、ＡＰＣにかかる圧力ごとに個別の処理命令セットを提供することである。
【００９４】
図３９は、ＣＭＰ操作を制御し、それによってウエハ２０６のＣＭＰを実施する第１の制御システム２１００を、本発明に従って示している。ＣＭＰ操作の１つのセットが、１つのＣＭＰサイクルを規定する。第１の制御システム２１００は、個々のオペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）が与えられたＰＣ２１０２を含む。ＰＣ２１０２は、６００ＭＨｚＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）シリーズのプロセッサまたはそれと同等の定格処理容量を有するパソコンであってもよい。優先的な第１のＯ／Ｓすなわち管理Ｏ／Ｓ２１０４は、ＮＴ Ｏ／Ｓであってもよく、優先的な第２のＯ／ＳすなわちＣＭＰ制御Ｏ／Ｓ ２１０６は、機械制御Ｏ／Ｓであってもよい。Ｏ／Ｓ２１０６は、例えば、Ｓｔｅｅｐｌｅｃｈａｓｅによって市販されているビジュアルロジックコントローラ（ＶＬＣ）であってもよい。ＯＳ２１０４をともなったＰＣ２１０２は、プロセッサ２１０８と称され、Ｏ／Ｓ２１０６をともなったＰＣ２１０２は、プロセッサすなわち機械制御プロセッサ２１１０と称される。
【００９５】
プロセッサ２１０８は、ビデオ、ドライブへの格納、キーボード、マウスなどの標準的な機能を実行可能である。プロセッサ２１０８は、また、ＣＭＰサイクルの実施とは直接無関係な、ＣＭＰレシピ用のアプリケーション２１１２の実行を含むＣＭＰ初期化機能を実施可能である。自動モードのとき、レシピ２１１４は、ＣＭＰプロセスに関連した考えられる全ての基準からなるセットである。ＣＭＰレシピアプリケーション２１１２は、レシピエディタ２１１６を含む。エディタ２１１６への入力は、任意の標準的な入力ユニット（例えばディスク）２１１８によって行われ、１つのレシピ２１１４が選択され、さらに、全てのＣＭＰサイクルを含む１つのＣＭＰプロセスを規定するために必要とされるあらゆるプロセス変数が、そのレシピに入力される。プロセス変数は、例えば、研磨の速度、圧力の傾き、パッドの運動速度、圧力のプロファイル、研磨時間などを含んでいてもよい。手動モードのときは、選択された変数を入力することによって、（例えばテストまたは校正を目的とした）限定的な機械プロセス操作を規定してもよい。
【００９６】
機械制御プロセッサ２１１０は、ウエハキャリア２０８および研磨パッド２０９の回転や、パッドヘッド２０２の水平動（例えばｈ３の変動）や、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃなどの、他のあらゆるＣＭＰ操作を制御する。機械制御プロセッサ２１１０による処理のかなりの部分は、ＣＭＰ Ｏ／Ｓ２１０６のもとで作動して力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃを制御する力制御部プログラム２１２０の機能を実施することで占められる。あるＣＭＰサイクルがスタートしたときには、より具体的には、そのサイクルの特定のステップがスタートしたときには、力制御部プログラム２１２０による処理を妨害しないように注意すべきである。第１のシステム２１００では、一般に、ＣＭＰプロセスのＣＭＰサイクルを実施するために必要とされる処理を（標準機能や初期化機能よりも）優先するために、機械制御プロセッサ２１１０がＰＣ２１０２の使用可能処理容量を最優先に使用することができる。オーバヘッド機能およびその他の（非ＣＭＰの）必要機能（２〜３パーセント）に処理容量を使用できるようになったときには、ＰＣ２１０２の処理容量のうち約９７〜９８パーセントが使用可能な状態にある。
【００９７】
表１（後掲）に示す構成基準２１２２は、このような使用可能処理容量が、第１のシステム２１００を選択したＣＭＰ操作にとって充分な大きさであるか否かを決定するために提供される。構成基準の説明に入る前に、機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷には、ＣＭＰサイクル期間中に種々の要因が影響することを理解しておくと望ましい。例えば、ウエハ２０６と研磨パッド２０９の相対運動は、図１Ｂの矢印２０９Ｈの方向に等速であってもよい。図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３に示したように、接触領域ＡＰＷは、ｈ３の位置が変化するにつれて小さくなる。これは、相対運動が変化する時間ＴＮとともに、領域ＡＰＷがどのように変化し得るかを示した一例である。したがって、時間は、このＣＭＰサイクル期間中の機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷を決定する要因の１つである。
【００９８】
研磨パッド２０９の位置は、時間以外の要因によっても変化しえる。例えば、研磨パッド２０９によって研磨を実施するためには、ウエハ２０６と研磨パッド２０９との相対位置を変化させる必要があると考えられる。これは、例えば、研磨地点への到達と呼ばれる。また、研磨地点に到達した後は、さらなる研磨のために研磨圧を所望の値に変化させる必要があるので、研磨地点に到達したという事実は、研磨パッド２０９に新しいｈ３位置（例えば図１Ｄ−１に示した位置）への運動を命じてもよい。したがって、領域ＡＰＷは、研磨パッド２０９の運動に伴って変化するものの、その変化は、時間以外の要因に基づくものである。したがって、このＣＭＰサイクル期間中の機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷は、非時間関連のプロセス事象に基づくと考えられる。
【００９９】
研磨パッド２０９の位置は、プロセス以外の要因によっても変化しえる。例えば、ウエハ２０６をウエハキャリア２０８上に保持するのに真空が使用され、第１のシステム２１００がその真空を喪失したときは、研磨パッド２０９は、直ちに研磨を停止しなければならない。この場合は、時間やプロセス以外の他の要因によって、直ちに減圧する必要が生じ、ウエハ２０６がウエハキャリア２０８から外れないようにしなければならない。このときは、減圧処理が必要とされるので、このＣＭＰサイクル期間中の機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷は、非時間関連の非常事態に基づくと考えられる。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
どの構成基準も満たされる場合は、第１のシステム２１００が選択可能であり、機械制御プロセッサ２１１０は、一般に、必要なあらゆる処理を適時に実施するのに充分な使用可能処理容量にアクセスすることができる。ただし、実際のＣＭＰ操作がどの構成基準も満たすことが条件である。構成基準のどれかが満たされない場合は、第１のシステム２１００は選択されず、代わりに第２の制御システム２１２４が選択される（図４０）。後述するように、第２のシステム２１２４は、第２のアーキテクチャ２３００に含まれるＰＣ２１０２を含んでいる。第２のシステム２１２４は、一般に、第１のシステム２１００が満たさない構成基準によって必要とされるあらゆる処理を適時に実施するのに充分な大きさのＰＣ ２１０２の使用可能処理容量にアクセスすることができる。
【０１０２】
構成基準２１２２の基準１に関しては、研磨パッド２０９でオーバラップされたウエハ２０６を示す図４２Ａを参照にしながら、研磨圧の減少に関連した終点検知の状況を説明する。ウエハが望ましい厚さに近づくにつれて、ウエハ２０６の研磨速度を減少させるためには、研磨圧を時間とともに減少させると良い。時間ＴＮは、図１Ｃ−１に示したように、研磨パッド２０９の縁がウエハ２０６のｙ軸中心線に正接する初期の時間Ｔ０であってもよい。初期の時間Ｔ０は、研磨パッド２０９の縁がウエハ２０６の接触領域ＡＰＷと係合し、結果として研磨パッド２０９の縁がウエハの中心線（ｈ１を参照）に隣接する時間を指している。図示されているように、研磨パッド２０９の接触領域ＡＰＷでは、ウエハ２０６の中心線（ｈ１にある）に最も近い部分のウエハ２０６から除去する率のほうが、例えば、時間Ｔｄに対応する時間にウエハ２０６の縁２１２６またはその近くのウエハ２０６から除去する率よりも、大きい傾向にある。除去率のばらつきは、一連の点線２１２８によって示されている。研磨パッド２０９は、時間Ｔ０から時間Ｔｃまでの間に、中心線ｈ１に隣接する部分のウエハ２０６からは厚さＴＨ１だけ除去するが、ウエハ２０６の縁２１２６に隣接する部分のウエハ２０６からは、ＴＨ１よりも大幅に少ない量しか除去していない。
【０１０３】
図４２Ａの状況において、「終点検知」とは、時間Ｔ０からＴｃまでの期間に研磨を生じる１ステップの「終点」を検知することに関する。終点検知は、例えば、あるステップの終点を特定する。この例での終点とは、中心線ｈ１に隣接する部分のウエハ２０６が厚さＴＨ２を有するときである（図４２Ａ）。このとき、研磨パッド２０９および研磨ヘッド２０２とともに運動するように搭載された測定センサ２１６０は、そのステップの終点を表すゼロ値を有した信号２１６２を出力してもよい。信号２１６２が、ゼロ以外の値を有している場合は、研磨パッド２０９の縁に隣接した測定感知位置でのウエハ２０６の実際の厚さは、終点の厚さＴＨ２よりも大きい。
【０１０４】
除去率が、中心線ｈ１からの距離によってばらつくことから、領域ＡＰＷにかかる圧力の減少は、例えば、ウエハの縁２１２６が望ましい厚さＴＨ２に達していないのにもかかわらず、中心線ｈ１に隣接したウエハ２０６が望ましい量を超えて（例えば厚さＴＨ１を超えて）除去される事態を回避できるように、正確に制御しなければならない。この圧力の減少率は、種々の要因のうち、ウエハ２０６を作成する材料に応じて異なってもよいし、それに加えて／それに代わって、研磨パッド２０９を作成する材料に応じて異なってもよい。
【０１０５】
構成基準２１２２について、図４２Ｂのグラフは、研磨圧の代表的な減少率を示している。図４２Ｂは、限界率Ｌ１と、率Ｌ１より大きい第２の率Ｌ２と、Ｌ１より小さい第３の率Ｌ３と、を示している。率Ｌ１は、研磨圧の減少率として代表的な限界値であるので、プロセッサ２１１０は、Ｌ１を超える率（例えばＬ２）を使用することは望ましくないが、第２のシステム２１２４（図４０）は、このような率Ｌ２を使用してもよいと考えられる。
【０１０６】
構成基準２１２２の基準２について、研磨圧の増大（研磨圧ランプ）に関連した状況を、図４２Ｃを参照にしながら説明する。図４２Ｃのランプ曲線は、やはり研磨パッド２０９にオーバラップされたウエハ２０６について、ランプ時間中に研磨圧が圧力設定値まで漸増する率を示している。圧力が漸増する場合は、研磨パッド２０９の接触領域ＡＰＷが動的に（運動によって誘発されて）変化することが少なくなるので、ウエハ２０６の除去率が制御不能になる事態は回避される。図４２Ｃの曲線の形は、種々の要因のなかでも、例えば研磨パッド２０９を作成する材料に応じて異なって良い。図４２Ｃのグラフは、もう１つの代表的な限界率ＬＬ１と、率ＬＬ１より小さい第２の率ＬＬ３と、ＬＬ１より小さい第３の率ＬＬ２とを示している。率ＬＬ１は、研磨圧の増加率として代表的な限界値であるので、プロセッサ２１１０は、ＬＬ１を超える率（例えばＬＬ２）を使用することは望ましくないが、第２のシステム２１２４（図４０）は、このような率ＬＬ２を使用してもよいと考えられる。
【０１０７】
構成基準２１２２の基準３について、ウエハ２０６と研磨パッド２０９とはオーバラップしており、その圧力はコマンドによって変動する。図４２Ｄは、研磨パッド２０９の接触領域ＡＰＷにかかる圧力の変化を、時間ＴＮの関数として示している。時間に応じた圧力の変化は、別の変数の関数であっても良い。図４２Ｄは、望ましい圧力変化（曲線２１３４）を曲線２１３５と比較している。曲線２１３５は、ＰＣ２１０２の予想使用可能処理容量を使用し、あらゆる必要な圧力処理を適時に実施する結果として予想される、望ましい圧力を得るための処理ラグすなわち処理遅延を表している。曲線２１３５が表しているラグは、曲線２１３６が表しているラグの許容量より大きいので、基準３は、（曲線３１３６で示されているように）処理遅延が曲線２１３６を超えるときは第２のシステム２１２４の使用が望ましいことを示唆している。
【０１０８】
基準４の例では、研磨パッド２０９は初め停止しており、その運動はコマンドによって開始する。図４２Ｅは、研磨パッド２０９の速度、すなわち時間ＴＮに応じた研磨パッドの運動距離の変化を示している。図４２Ｅでは、望ましい速度（すなわち限界速度）を表す曲線２１３８に照らして速度の比較を行っている。曲線２１４２は、第１のシステム２１００が、ＰＣ ２１０２の予想使用可能処理容量を使用してあらゆる必要な処理を適時に実施する結果として予想される最高速度を表している。曲線２１４０は、曲線２１３８よりも大きい速度を表しており、これは、第２のシステム２１２４による処理容量の範囲内である。したがって、上記した構成基準４は、曲線２１３８で表された速度が要求される処理を全て適時に実施するためには、第２のシステム２１２４の使用が望ましいことを示唆している。したがって、望ましい速度が曲線２１４２で表されている場合は、ＰＣ２１０２の予想使用可能処理容量を使用した処理を第１のシステム２１００で行うことによって、必要なあらゆる処理を適時に実施することが可能である。
【０１０９】
これらの構成基準２１２２に従って第１のシステム２１００が選択されたと仮定すると、第１のシステム２１００は、以下のように使用することが可能である。レシピエディタ２１１６は、ＣＭＰプロセスに関連した全ての基準を編集済みレシピ２１１４の形で規定している。編集済みレシピ２１１４は、例えば、バス２１４４に出力されてハードドライブ２１４６に格納される。編集済みレシピ２１１４は、後掲の付録Ａで規定されたプロセス変数のリストに対応するデータを含んでいてもよい。プロセッサ２１１０は、ハードドライブ２１４６から編集済みレシピ２１１４を読み出して、上述したＣＭＰシステム２００−１のハードウェアの設定および操作に必要とされるデータを処理する。このようなデータは、パッド運動データ２１５０を含む軸運動データ、（領域ＡＰごとの）圧力プロファイルデータ２１５２、プロセス順序データ、ならびにキャリア２０８、パッドヘッド２０２、および保持環モータ２９０の操作に必要とされるその他のデータを、例として含んでいる。プロセッサ２１１０は、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定する。
【０１１０】
付録Ａからわかるように、代表的なプロセス変数は、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３および図４８のように特定されており、このような変数は全部で１６ある。変数１は、ｈ１の値、すなわちウエハ２０６の中心のｘ軸座標である。変数２は、ｈ２の値、すなわち保持環２８２の中心のｘ軸座標である。ウエハキャリア２０８の中心は、ＣＭＰサイクル期間中に移動することはないので、ｈ１およびｈ２の値は、このようなサイクルの期間中ずっと一定である。変数３は、ｒ１の値、すなわちウエハ２０６の半径である。変数４は、ｒ２の値、すなわち保持環２８２の半径である。変数５は、ｒ３の値、すなわち研磨パッド２０９の半径である。変数６は、ｒ４の値、すなわちパッド調整パック２１８の半径である。変数７は、ｘｇａｐの値、すなわち保持環２８２の縁からパッド調整パック２１８の縁までの距離である。ｈ４の値は、ｘｇａｐの値に基づいて計算し直される。変数８，９，１０は、力アクチュエータ２９０によってウエハキャリア２０８に、力アクチュエータ２９０によって保持環２８２に、そして力アクチュエータ２１５３Ｃによってパックヘッド２２０にかかる圧力をそれぞれ設定するために使用される。変数１１から１３は、ウエハ２０６から研磨パッド２０９に、研磨パッド２０９から保持環２８２に、そして研磨パッド２０９からパッド調整パック２１８にそれぞれかかる実際の力の値である。変数１４は、力アクチュエータ２１５３Ｗ，２９０，２１５３Ｃのそれぞれに加えられる力の計算をスタートさせる。変数１５，１６は、第１のシステム２１００のモニタリングに使用される。例えば、出力を変えずに計算のどれかを停止させる必要がある場合は、変数１５が使用される。変数１６は、計算のどれかを停止させるとともに、全ての出力をゼロに設定するために使用される。
【０１１１】
第１のシステム２１００の操作時には、プロセッサ２１１０は、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定する。ステップごとに、全ての変数が指定され、動作が規定される。あるステップは、何らかの事象が生じるまでウエハ２０６を研磨しつづけよ、というコマンドを表すデータによって指定してもよい。事象とは、例えば終点検知の事象であってもよい。このステップの終点は、中心線ｈ１から特定の距離だけ離れた位置において、ウエハ２０６の厚さがＴＨ２になった時間である。この事象が生じたとき、パッドヘッド２２０上に搭載された測定センサ２１６０は、信号２１６２を出力してもよい。あるステップは、また、ある設定期間ＴＮ中ずっとウエハを研磨しつづけよ、という命令によって指定してもよい。測定センサ２１６０が研磨パッド２０９とともに運動する場合は、ウエハ２０６の露出面２０４全体を測定し、ＣＭＰ操作の状況を評価することが可能になる。
【０１１２】
別の例としては、順序表の変数の１つが、ＣＭＰ操作を実施する圧力Ｐであってもよい。このような圧力Ｐは、ウエハ２０６にかかる圧力（圧力ＰＷＰ）か、保持環２８２にかかる圧力（圧力ＰＲＰ）か、あるいはパッド調整パック２１８にかかる圧力（圧力ＰＰＣ）か、のいずれかとして選択されてもよい。あるいは、このような圧力Ｐは、ウエハ２０６、保持環２８２、パッド調整パック２１８のそれぞれにかかる個々の圧力ＰＷＰ、ＰＲＰ、ＰＰＣとして選択されてもよい。あるいは、このような圧力Ｐは、１つの圧力（例えばウエハ２０６にかかる圧力ＰＷＰ）を指定することによって選択しされてもよい。そして、その他の圧力の値は、その圧力ＰＷＰとの差で表されてもよい。したがって、圧力ＰＷＰと同じであるとされる代表的な圧力ＰＲＰは、０ｐｓｉ差によって指定されると考えられる。そして、圧力ＰＷＰが約７ｐｓｉであるときに、約１．５ｐｓｉであるとされる圧力ＰＰＣは、約５．５ｐｓｉの差によって指定されると考えられる。
【０１１３】
プロセッサ２１１０が、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定することを想起したうえで、本発明の方法を、図３９および図４３を参照にしながら説明する。説明を容易にするため、図３９では、ウエハ２０６、保持環２８２、パッド調整パック２１８にかかる圧力Ｐのいずれも処理できるものとして、第１のシステム２１００が示されている。第１のシステム２１００に関する以下の詳細な説明は、ウエハ２０６のみ、保持環２８２のみ、パッド調整パッド２０９のみに適用可能である個々の態様の第１のシステム２１００に言及している。パッド運動データ２１５０および圧力データ２１５２は、力制御器２１２０によってバス２１４４から受信される。制御器２１２０は、また、ＣＭＰサイクル期間中の種々の時間ＴＮにおける研磨パッド２０９の実際の位置を示したフィードバック信号２１５４を、やはりバス２１４４を介してエンコーダ２１５６から受信する。プロセッサ２１１０によってバス２１４４に出力された運動データ２１５８に応じて、研磨パッド２０９は、実際の位置に移動する。
【０１１４】
順序表に従うと、ある特定のステップにおいて、圧力データ２１５２は研磨圧Ｐを指定してもよい。図４３は、プロセッサ２１１０の操作を示したフローチャート２１６４である。フローチャート２１６４は、順序表に示したステップの１つに関して圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣ（圧力データ２１５２で表される）が出力される第１の操作２１６６を含む。これは、力制御器２１２０への出力である。このような圧力は、ＣＭＰサイクルに含まれるＣＭＰ研磨操作の定常状態の部分に関してであっても、あるいは、例えば図４２Ｂまたは図４２Ｄを参照にしながら上述された任意の圧力に関してであっても良く、これらは、構成基準２１２２の範囲内である。圧力データ２１５２は、ウエハ２０６と研磨パッド２０９とが０〜１０ｐｓｉの範囲の代表的な定圧ＰＷＰによって互いに向かって推進されることを表していてもよい。
【０１１５】
方法は、パッド運動コマンドが出力される操作２１６８に進む。このコマンドは、先ずバス２１４４に、次いでパッド運動システム２１７０に出力されるパッド運動データ２１５０の形態をとっている。方法は、運動システム２１７０が、ウエハ２０６、キャリア２０８、保持環２８２に対してパッド２０９を相対的に運動させる操作２１７２に進む。一般に、順序表の第１のステップでの相対運動は、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３に示した位置への運動である。パッド運動データ２１５０は、例えば、図４２Ｅを参照しながら説明されたように、曲線２１４２で示したような基本速度すなわち低速の研磨パッド運動が生じることを表していてもよい。方法は、研磨パッド２０９の実際の位置が決定される操作２１７４に進む。この操作は、エンコーダ２１５６がバス２１４４を介してフィードバック信号２１５４を出力することによって実施される。
【０１１６】
方法は、プロセッサ２１１０の力制御器２１２０によって実施される操作２１７６，２１７８に進む。パッド運動データ２１５０および圧力データ２１５２は、力制御器２１２０によって受信済みである。操作２１７６では、圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣのそれぞれに関し、接触領域プログラム２１８０が、フィードバック信号２１５４（処理されているステップの例えば時間ＴＮでのｘ軸位置ｈ３を表している）を使用して処理される。接触領域プログラム２１８０は、付録Ｃに示されている。続く操作２１７６では、接触領域プログラム２１８０が処理されたことによって、それぞれの接触領域ＡＰＷ、ＡＰＲＲ、およびＡＰＣを表すデータ２１８２が、力制御器２１２０の内部で決定される。
【０１１７】
方法は、力プログラム２１８４が処理され、それによって、圧力Ｐ（データ２１５２に基づく）と接触領域Ａ（データ２１８２に基づく）とを表す３つの入力データセットのそれぞれに対してＰ×Ａの積が決定される操作２１７８に進む。力プログラム２１８４は、付録Ｂに示されている。第１のセットは、ウエハ２０６上の望ましい圧力ＰＷＰに対応する圧力データ２１５２に基づいたＰと、ウエハ２０６と研磨パッド２０９との接触領域ＡＰＷに対応する接触領域データ２１８２と、を含む。第２のセットは、保持環２０９上の望ましい圧力ＰＲＰに対応する圧力データ２１５２に基づいたＰと、接触領域ＡＰＲＲに対応する接触領域データ２１８２と、を含む。第３のセットは、パッド調整パック２１８上の望ましい圧力ＰＰＣに対応する圧力データ２１５２に基づいたＰと、接触領域ＡＰＣに対応する接触領域データ２１８２と、を含む。操作２１７８では、ＰとＡとからなる３つのセットが力プログラム２１８４に従って順次処理され、その結果として、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃに対応する一連の力の値が得られる。これらの力を表したデータ２１８６は、アナログＩ／Ｏデバイス２１７９を通して出力される。
【０１１８】
方法は、各軸（すなわちキャリア２０８、保持環、およびパッド調整パック２１８）に関し、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃをそれぞれ表したデバイス２１７９からの出力が、対応する力アクチュエータ２１５３Ｗ、２１５３Ｃ、および２９０をそれぞれ駆動する操作２１８８に進む。力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃをそれぞれ表したデータ２１８６が上述したように出力された結果、タイプおよび持続時間が現行ステップに適したＣＭＰ処理が実現される。そして、方法は、この現行ステップが処理されたことを示して完了する。
【０１１９】
プロセッサ２１１０が、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定することを想起すると、１つのステップの処理が完了するときには、図３９および図４４を参照にして説明された本発明の方法によって、次のステップを処理してもよいことが分かる。プロセッサ２１１０は、次のステップに対応する圧力データ２１５２を、次のステップ用の順序表に従って選択する。圧力データ２１５２は、前のステップの処理のそれら（図４３）と一部または全部が異なっていてもよい。前のステップで処理されたデータと区別するため、これら次のデータ入力は、現行データ入力と呼ぶことにする。また、フィードバック信号２１５４の値は、状況に応じ、前のフィードバック信号２１５４の値と同じであっても異なっていてもよい。
【０１２０】
図４４は、プロセッサ２１１０の操作を示したフローチャート２１９０であり、図中、図４３の説明に類似した説明は省略されている。フローチャート２１９０は、手順表に示した次のステップ用の圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣ（圧力データ２１５２で表される）が出力される第１の操作２１９２を含む。このような圧力は、やはり構成基準２１２２の範囲内である。
【０１２１】
方法は、パッド運動コマンドが出力される操作２１９４に進む。このコマンドは、先ずはバスに、次いでパッド運動システム２１７０に出力されるパッド運動データ２１５０の形態をとっている。方法は、システム２１７０が、ウエハ２０６、キャリア２０８、保持環２８２に対してパッド２０９を相対的に運動させる操作２１９６に進む。パッド運動データ２１５０は、例えば、図４２Ｅの曲線２１４２を参照にしながら説明されたような研磨パッド運動がこのステップで生じることを表していてもよい。方法は、研磨パッド２０９の実際の位置が決定される操作２１９８に進む。この操作は、エンコーダ２１５６が、バス２１４４を介してフィードバック信号２１５４を出力することによって実施される。
【０１２２】
方法は、プロセッサ２１１０の力制御器２１２０によって実施される操作２２００，２２０２に進む。パッド運動データ２１５０および圧力データ２１５２は、力制御器２１２０によって受信済みである。操作２２００では、圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣのそれぞれに対し、現行のフィードバック信号を使用して再び接触領域プログラム２１８０が処理される。続く操作２２００では、接触領域プログラム２１８０が処理されたことによって、それぞれの接触領域ＡＰＷ、ＡＰＲＲ、ＡＰＣを表すデータ２１８２が、力制御器２１２０の内部で決定される。
【０１２３】
方法は、力プログラム２１８４が再び順番に処理され、それによって、圧力Ｐ（データ２１５２に基づく）および接触領域Ａ（データ２１８２に基づく）を表す３つの入力データセットのそれぞれに対してＰ×Ａの積が決定される操作２２０２に進む。操作２２０２では、ＰとＡとから成る３つのセットが力プログラム２１８４に従って処理された結果、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃの値を表す一連のデータが得られる。これらの力を表したデータ２１８６は、アナログ入出力装置２１７９を通して出力される。
【０１２４】
方法は、各軸（すなわちキャリア２０８、保持環２８２、パック２１８）に関し、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃをそれぞれ表した入出力装置２１７９からの出力が、対応する力アクチュエータ２１５３Ｗ、２１５３Ｃ、２９０をそれぞれ駆動する操作２２０４に進む。力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃがそれぞれ上述したように出力される結果、タイプおよび持続時間がこの現行ステップに適したＣＭＰ処理が実現される。そして、方法は、この現行ステップが処理されたことを示して完了する。
【０１２５】
フローチャート２１６４，２１９０から分かるように、１つのＣＭＰサイクルに相当するデータ処理を、最後のステップを処理し終えるまで連続して行うためには、膨大な数の操作が必要とされる。さらに、変数が構成基準２１２２の限界に近づくにつれ、プロセッサ２１１０による処理も、実際のＣＭＰ操作に必要なデータ処理を適時に行えない状態に近づく。どのＣＭＰシステムを使用するかを計画するにあたって、このような限界が近いと思われる場合は、第２のシステム２１２４を使用するとよい。
【０１２６】
個々に処理される圧力制御による制御が可能圧力の提供
システム２１００，２１２４に関する上記説明では、ＰＣ２１０２の使用可能処理容量が、第１のシステム２１００を選択してＣＭＰ操作を行うために十分であるか否かを決定するために、表１に示した構成基準２１２２が提供された。このようなＣＭＰ操作が、構成基準２１２２のどれかを満たさない場合は、第１のシステム２１００は選択されず、代わりに第２の制御システム２１２４が選択される。図４０から分かるように、第２のシステム２１２４は、第２のアーキテクチャ２３００に含まれるＰＣ２１０２をやはり含んでいてもよい。第２のアーキテクチャ２３００を有する第２のシステム２１２４は、一般に、ＰＣ２１０２の充分な使用可能処理容量へのアクセスと、さらに追加の使用可能処理容量へのアクセスと、を有するので、第１のシステム２１００によって満たされない構成基準で必要とされるあらゆる処理を適時に実施することができると考えられる。このような二重アクセスは、第１に、別個の力制御器２３０２を使用するとＰＣ ２１０２の使用可能処理容量の使用量が大幅に減少するという第２のアーキテクチャ２３００の特徴に関連している。別個の力制御器２３０２は、ＰＣ２１０２の処理容量に依存せず、例えば、操作２１７６，２１７８の処理（図４３）および操作２２００，２２０２の処理（図４４）の専用である。このようなアクセスは、第２に、図４０のプロセッサ２１１０と力制御器２３０２との間のＩ／Ｏ遅延を最小化するデータ転送およびその他のプロトコルに関連している。
【０１２７】
図４０は、ＣＭＰ操作を制御し、それによってウエハ２０６のＣＭＰを実施するための第２の制御システム２１２４の第２のアーキテクチャ２３００を、本発明の別の態様に従って示している。以下では、第１の制御システム２１００と第２の制御システム２１２４の違いを述べる。構造的に見ると、ＰＣ２１０２は、同じく別個のＯ／Ｓ ２１０４，２１０６を有している。ＰＣ２１０２は、やはり、６００ＭＨｚＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）シリーズのプロセッサまたはそれと同等の定格処理容量を有するパソコンであってもよい。Ｏ／Ｓ ２１０４を有するＰＣ２１０２は、やはりプロセッサ２１０８と称される。Ｏ／Ｓ ２１０６を有するＰＣ２１０２は、プロセッサまたは機械制御プロセッサと称される。実施される機能が異なることを強調するため、第２のアーキテクチャ２３００の機械制御プロセッサは、参照番号２１１０−２で表すものとする。
【０１２８】
プロセッサ２１０８は、やはり、ＣＭＰサイクルの実施に直接関係しない標準機能および初期化機能を実施する。自動モードのとき、レシピ２１１４は、ＣＭＰプロセスに関連した考えられる全ての基準から成るセットである。レシピエディタ２１１６への入力は、任意の標準的な入力ユニットによって行ってよく、１つのレシピ２１１４が選択され、さらに、全てのＣＭＰサイクルおよび（関連の変数をともなった）ＣＭＰサイクルに含まれる全てのステップを含む１つのＣＭＰプロセスを規定するために必要とされるあらゆるプロセス変数が、選択されたそのレシピに入力される。
【０１２９】
機械制御プロセッサ２１１０−２は、力制御器２３０２が専用で制御する操作２１７６，２１７８の処理（図４３）および操作２２００，２２０２の処理（図４４）を除いた他のあらゆるＣＭＰ操作を制御する。したがって、機械制御プロセッサ２１１０−２は、ウエハキャリア２０８の回転や、研磨パッド２０９の回転、そしてパッドヘッドの水平動（例えばｈ３の位置変化）をも制御する。
【０１３０】
第２のアーキテクチャ２３００は、ＲＳ２３２通信リンクも含んでいる。プロセッサ２１１０−２および力制御器２３０２のＩ／Ｏオーバーヘッドを共に最小限に抑えるために、機械制御プロセッサ２１１０−２は、リンク２３０４を使用する観点から、図４１に示したフローチャート２３１０に基づいて初期化方法を実施する。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が編集済みレシピ２１１４を（例えばハードドライブ２１４６から）取得する操作２３１２に進む。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が編集済みレシピ２１１４を実行し、ＣＭＰプロセスのステップの順序を用意する操作２３１４に進む。ＣＭＰプロセスのステップの順序は、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる上述した順序表の形態をとって良い。機械制御プロセッサ２１１０−２は、また、圧力プロファイルを指定する、すなわちＣＭＰプロセスの期間中に制御するべき圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣの詳細を指定する。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が、コマンドセット２３２０を含む初期化ストリング２３１７を出力する操作２３１６に進む。コマンドセット２３２０は、コマンドセット２３２０を読み出すようにプログラムされた力制御器２３０２へとＲＳ２３２リンク２３０４を経て通信できるように構成されている。コマンドセット２３２０は、後述される付録Ｂの構造を有しており、Ｉ／Ｏ処理時間を最短化するために、処理するべきＣＭＰサイクルごとに一度だけ力制御器２３０２に入力される。
【０１３１】
方法は、プロセス開始順序が実行される操作２３１９に進む。操作２３１９において、機械制御プロセッサ２１１０−２は、上述したＣＭＰシステム２００−１のハードウェアの設定および操作に必要とされるパッド運動データ２１５０（図１Ｂの矢印２０９Ｈを参照）などのあらゆる軸運動データを含むデータを、処理する。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が、ＣＭＰプロセス期間中に制御されるべき圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣのための命令を、プロセス順序に基づいて力制御器２３０２に出力する操作２３２２に進む。圧力命令は、順番に入力されて良いが、力制御器２３０２の３軸方向の処理容量と、その結果として得られる３軸の同時処理容量と、を考慮すると、同時に入力されることも好ましい。プロセスは、プロセスの最後のステップが機械制御プロセッサ２１１０−２によって処理済みであるか否かを決定する操作２３２４に進む。ＹＥＳが応答されたら、方法は、プロセス終了シーケンスが実施される操作２３２６に進み、プロセスを完了する。ＮＯが応答されたら、操作２３２２は、最後のステップが処理済みになるまで繰り返し実施される。
【０１３２】
コマンドセット２３２０は、付録Ｂに示されている。これは、接触領域プログラム２１８０および力プログラム２１８４を処理するにあたって力制御器２３０２によって使用される低次のパラメータセットである。付録Ｂを参照すると、コマンドセット２３２０は、３５個の代表的なパラメータを含むことがわかる。パラメータＨ１は、ウエハ２０６の中心のｘ軸座標であるｈ１の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＨ２は、保持環２８２の中心のｘ軸座標であるｈ２の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ１は、ウエハ２０６の半径であるとして上述されたｒ１の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ２は、保持環２８２の半径であるｒ２の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ３は、研磨パッド２０９の半径であるｒ３の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ４は、パッド調整パック２１８の半径であるｒ４の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＧＡＰは、保持環２８２の縁からパッド調整パック２１８の縁までの距離であるｘｇａｐの値を戻す（すなわち設定する）。ｈ４の値は、ｘｇａｐの値に基づいて計算し直される。
【０１３３】
図４０に示された第２の制御システム２１２４では、力制御器２３０２の中に第２のエンコーダ（不図示）が設けられている。第２のエンコーダは、研磨パッド２０９の位置を示す信号２１５４を出力するエンコーダ２１５６に同期化されている。このような同期化を目的として、パラメータＰＯＳＥＣは、第２のエンコーダの現行位置を（カウント値で）戻し、パラメータＰＯＳＩＮは、この現行位置をインチで戻す。
【０１３４】
研磨パッド２０９の運動は、普段は所定の範囲内であることが望ましい。例えば、図１Ｃ−１および図１Ｅ−１に示した範囲では、ｈ３は、ｒ２〜（ｒ２＋ｒ３）までの範囲で変動する。パラメータＥＣ１およびＥＣ２は、第２のエンコーダの左限界および右限界をそれぞれ設定する。パラメータＩＮ１およびＩＮ２は、このような限界をインチで表して戻す、すなわち設定する。このような限界を超えた場合の操作を阻止するため、パラメータＬＩＭは、ｘ軸に沿った研磨ヘッド２０２のｘ位置ｈ３が、このような左限界および右限界に対して有し得る最大誤差の値を規定する。このＬＩＭの値を超えると、パッド運動システム２１７０の操作は停止する。
【０１３５】
パラメータＰＷＰ、ＰＲＰ、ＰＰＣは、それぞれ、力アクチュエータ２９０によってウエハキャリア２０８に、力アクチュエータ２９０によって保持環２８２に、そして力アクチュエータ２１５３Ｃによってパックヘッド２２０にかかる圧力を設定するために使用される。パラメータＰＯＷは、力アクチュエータ２１５３Ｗ，２９０，２１５３Ｃのそれぞれにかかる力の力制御器２３０２による計算を開始させるために引き渡される最終的なパラメータである。パラメータＮＯＰおよびＮＯＺは、システム２１２４のモニタリングに使用される。例えば、出力を変えずに計算のどれかを停止させる必要がある場合は、ＮＯＰが使用される。ＮＯＺは、計算のどれかを停止させるとともに全ての出力をゼロに設定するために使用される。
【０１３６】
パラメータＶ１、Ｖ２、およびＶ３は、システム２１２４の管理に使用される。例えば、これらのパラメータは、力アクチュエータ２１５３Ｗ、２９０、２１５３Ｃをそれぞれ駆動するサンプルフォース電圧をテストのために提供すると考えられる。パラメータＱＵＩは、ＤＯＳへの退出である。
【０１３７】
力制御器２３０２は、コマンドセット２３２０を読み出して、接触領域プログラム２１８０および力プログラム２１８４をそれぞれ処理するように、プログラムされている。このため、力制御器２３０２は、Ｌｏｇｏｓｏｌ 社によって市販されてるプログラマブル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であって良く、４８６シリーズのＩｎｔｅｌ（登録商標）プロセッサとほぼ同じまたはそれと同等の毎軸処理容量を有してもよい。このＤＳＰプロセッサ２３０２は、３軸を有しており、これは、同じ時間ＴＮにおいて３軸を処理してもよいことを意味する。さらに、力制御器２３０２は、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃ（図４０ではＦＰＷ、ＦＰＲ、ＦＰＣとしてそれぞれ示されている）を表す力データ２１８６を出力するために必要とされるデータ処理の専用であり、他のどのようなデータ処理も行わない。このため、機械制御プロセッサ２１１０−２は、力データ２１８６を出力するために必要とされるデータ処理に、ＰＣ２１０２の処理容量を使用せずに済む。その結果、機械プロセッサ２１１０−２は、第１の制御システム２１００の機械制御プロセッサ２１１０が、使用可能なプロセッサ容量をめぐってプロセッサ２１０８と争いながら作動しなくてはならないという、かなりの大きさの処理負荷から解放される。さらに、力制御器２３０が図４３の操作２１７６，２１７８を３軸同時に実施する総時間（すなわち合計時間）としては、０．２５ミリ秒が代表的であると予想される。これに対し、プロセッサ２１１０が、同じ図４３の操作２１７６，２１７８を３軸（ウエハの力ＦＰ−Ｃ、ＦＰ−Ｒ、ＦＰ−Ｃ）のそれぞれに関して処理するときは、毎回約１５ミリ秒が必要であると考えられる。同じ図４３の操作２１７６，２１７８を、３軸のそれぞれに関し、これらの力を変えなければならない毎に処理するためには、多数のミップスが使用されると考えられるので、処理時間が約１８０分の１に短縮されることは、非常に有意義であると考えられる。
【０１３８】
以上から分かるように、機械制御プロセッサ２１１０−２が、このように充分な使用可能処理容量のＰＣ２１０２にアクセスできるのは、第１に、力制御器２３０２を提供したことによる。なぜなら、このような力制御器２３０２は、ＰＣ２１０２の処理容量に依存しておらず、しかも、操作２１７６，２１７８（図４３）の処理および類似の操作２２００，２２０２（図４４）の処理の専用であるからである。また、以上から分かるように、このようなアクセスは、第２に、初期化ストリング２３１７およびコマンドセット２３２０がともにＲＳ２３２リンク２３０４を介して一度にデータ転送されることに基づいている。したがって、システム２１２４は、システム２１００と比べてＰＣ２１０２の処理容量に対する要求量が少ないので、Ｏ／Ｓ ２１０６に、ＣＭＰプロセスのＣＭＰサイクルを実施するために必要とされる全ての操作を優先的に処理させることができる。
【０１３９】
したがって、第２の制御システム２１２４は、図４１を参照しながら説明された操作以外は、図４３および図４４に示した第１の制御システム２１００の方法と類似の操作を実施することが分かる。より具体的に言うと、図３４の操作２１７６，２１７８を、第１のシステム２１００および第２のシステム２１２４のそれぞれで実施するとき、第１の制御システム２１００では、上述したように、ＣＭＰデータの処理が全て機械制御プロセッサ２１１０で行われるのに対し、第２の制御システム２１２４では、上述したように、ＣＭＰデータの処理が機械制御プロセッサ２１１０−２と力制御器２３０２との間で共有される。これらの操作２１７６，２１７８は、また、処理されているステップの現行データを使用して何度も同様に実施される。したがって、操作２１７６および操作２１８７での入力データは、ウエハ２０６またはパッド調整パック２１８に対する研磨パッド２０９の実際の位置を表した、異なる可能性があるフィードバック信号２１５４の値と、対応する圧力データ２１５２の値と、を含む。第２の制御システム２１２４の操作では、このような入力データは、例えば図４２Ａ〜図４２Ｅを参照にしながら上述されたいずれかの状況を表していても良いし、その他のＣＭＰ処理状況を表していても良い。
【０１４０】
図３９および図４０には、力アクチュエータ２１５３Ｗ、２１５３Ｃ、２９０が示されている。力アクチュエータ２９０は、既に詳述されており、力データ２１８６の出力に従って空気圧を供給されてもよい。力アクチュエータ２１５３Ｗ，２１５３Ｃは、それぞれ図４５または図４６に示したようであってもよい。便宜上、図４５の説明は、アクチュエータ２１５３Ｗを取り上げて行う。ウエハ２０６用の力データ２１８６に対応する力を提供するため、差動増幅器２３４０には、その力データ２１８６が供給される。差動増幅器２３４０には、ウエハキャリア２０８からのロードセル信号２６４も供給される。ロードセル信号２６４は、ウエハキャリア２０８にかかる実際の力ＦＰ−ＷＰを表している。このような力データ２１８６とロードセル信号２６４とが異なる力を表している限り、差動増幅器２３４０は、処理されているステップで必要とされる力の変動を表す信号２３４２を出力し続けると考えられる。信号２３４２は、シリンダ２３４６のピストンの両端に接続された空気圧弁２３４４などの弁を作動させる。空気圧弁２３４４からの空気は、差動信号２３４２に応じ、シリンダ２３４６のピストン（不図示）を上下いずれの方向に駆動しても良く、それによって力ＦＰ−ＷＰを調整してもよい。そして、ロードセル２６３は、調整された実際の力を感知する。
【０１４１】
アクチュエータ２１５３Ｃは、図４５で説明されたものと同じであってもよいが、図４６には、電磁式の力アクチュエータ２１５３Ｃが示されている。電磁式の力アクチュエータ２１５３Ｃは、アクチュエータ２１５３Ｗとして使用して良く、２０００年６月４日付けの米国特許第６，０８３，０８２号で開示されたようであってもよい。例えば、パック２１８用の力データ２１８６に対応する力ＦＰ−ＣＶを提供するため、差動増幅器２３５０には、対応する力データ２１８６が供給される。差動増幅器２３５０には、パックヘッド２２０のロードセル３２４からのロードセル信号３２６も提供される。ロードセル信号３２６は、パックヘッド２２０にかかる実際の力ＦＰ−ＣＶを表している。このような力データ２１８６とロードセル信号３２６とが異なる力を表している限り、差動増幅器２３５０は、処理されているステップで必要とされる力の変動を表す信号２３５２を出力し続けると考えられる。信号２３５２は、電磁式モータ２３５４のコイル２３５６を、図４６に示すように上下のいずれかに作動させ、それによって力ＦＰ−ＣＶを調整してもよい。そして、ロードセル３２４は、調整された実際の力を感知する。
【０１４２】
図４５または図４６に示した構造のいずれも、パッド運動システム２３６０（図４０）に適用することが可能である。したがって、研磨ヘッド２０２は、空気圧式または電磁式のいずれの機能によって上述したパッド運動を得ても良い。
【０１４３】
図４７には、力アクチュエータ２１５３Ｗ，２１５３Ｃとして最も好ましい実施形態が示されている。具体的に言うと、図４５に示した増幅器２３４０が、弁２３４４を伴って使用されるのに対し、図４７に示されるのは、複動転動形ダイヤフラムシリンダ２３７０と呼ばれる別構造のエアシリンダである。シリンダ２３７０は、制御空気を供給されるタイプであって良く、また、圧力入力ポート２３７２（Ｐ１用）および２３７４（Ｐ２用）を介して差圧操作もされる。各入力ポート２３７２，２３７４は、２つの転動形ダイヤフラム２３７６Ｐ１，２３７６Ｐ２のうちの対応する１つにそれぞれ接続される。各転動形ダイヤフラム２３７６は、直径がシリンダ２３７０より小さく、陥入したセクション２３７８を有している。各セクション２３７８は、それぞれの圧力Ｐ１またはＰ２の下で、さらに陥入したり、あるいは反対に広がったりしてもよい。さらに詳しく言うと、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２を上回るときは、セクション２３７８Ｐ１が広がって長さを増すことによって、ピストン２３８０を押し下げ（図４７）、望ましい力を一方向に提供する。圧力Ｐ２が圧力Ｐ１を上回るときは、セクション２３７８Ｐ２が広がって長さを増すことによって、ピストン２３８０を押し上げ（図４７）、望ましい力を別の一方向に提供する。線形軸受２３８２は、シリンダ２３７０と、ピストン２３８０のロッドとの間に設けられる。
【０１４４】
図４５のシリンダ２３４６の代わりにシリンダ２３７０を使用して、ウエハ２０６用の力データ２１８６に対応する力を提供する場合は、その力データ２１８６は、差動増幅器２３４０に供給される。差動増幅器２３４０には、ウエハキャリア２０８からのロードセル信号２６４が提供される。このような力データ２１８６と信号２６４とが異なる力を表す限り、増幅器２３４０は、処理されているステップで必要とされる力の変動を表す信号２３４２を出力し続けると考えられる。信号２３４２は、弁２３４４を作動させる。そして、ロードセル２６３は、調整された実際の力を感知する。
【０１４５】
付録Ａ
【０１４６】
付録Ｂ
【０１４７】
付録Ｃ
【０１４８】
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。したがって、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保持されるウエハと、研磨パッド調整器によって保持されるパックとの両方に、各キャリアの中心軸から偏心した状態でそれぞれ接触する、第１の実施形態を示した平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの第１の実施形態を示した立面図であり、それぞれのキャリアの中心軸と、偏心した接触の結果として生じる偏心力と、を示している。
【図１Ｃ−１】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの初期位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｃ−２】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの初期位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｃ−３】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの初期位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｄ−１】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第２の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｄ−２】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第２の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｄ−３】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第２の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｅ−１】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第３の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｅ−２】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第３の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｅ−３】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第３の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図２Ａ】第１の実施形態によるウエハキャリアを示した立面図であり、２つの別個の線形軸受構造、すなわち、メイン軸受ハウジングとチャック軸受プレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリと、メイン軸受プレートと保持環軸受プレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリと、が示されている。
【図２Ｂ】パッド調整ヘッドを示した立面図であり、メイン軸受ハウジングとチャック軸受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線形軸受構造が示されている。
【図３Ａ】第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素を示した三次元図であり、回転式ツール交換器（ＲＴＣ）の上部の底面が示されている。
【図３Ｂ】第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素を示した三次元図であり、ウエハキャリアの真空チャックの上面が示されている。
【図３Ｃ】ウエハキャリアの概略図であり、キャリアヘッドに機能を提供してそれをサポートする点線で表されたスピンドルと、研磨ヘッドとが示されている。
【図４Ａ】構成要素を上から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図４Ｂ】構成要素を下から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図５Ａ−１】図４Ａに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ａ−２】図４Ａに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ａ−３】図４Ａに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ｂ−１】図４Ｂに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ｂ−２】図４Ｂに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ｂ−３】図４Ｂに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図６Ａ】ウエハキャリアの平面図であり、内部構造の断面を得るための種々の線が示されている。
【図６Ｂ】図６Ａを線６Ｂ−６Ｂに沿って切り取った横断立面図であり、チャック軸受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ハウジングと、ハウジング上の真円線形軸受の中のプレートの軸受シャフトと、ロードセルのロードセンサボタンを押すメインハウジングの中心と、が示されている。
【図７】図６Ａを線７−７に沿って切り取った横断立面図であり、保持環軸受プレートに可動な状態で接続されたメイン軸受ハウジングと、ハウジング上の真円線形軸受の中のプレートの軸受シャフトであって、プレート上に搭載された保持環の基部の運動を限定するための軸受シャフトとが示されている。
【図８】図６Ａを線８−８で切り取った断面図であり、ウエハの研磨に使用される流体を供給する各種コネクタを含む機能が示されている。
【図９】図６Ａを線９−９に沿って流体コネクタで切り取った断面図であり、流体コネクタは真空チャックに脱イオン水と真空を供給する。
【図１０】図６Ａを線１０−１０に沿って流体マニホルドおよびロードセルプレートで切り取った断面図であり、マニホルドから保持環基部内の６つのノズルにそれぞれ脱イオン洗浄水を供給するための６つの脱イオン水導管の１つが示されている。
【図１１】チャック軸受およびロードセルプレートの横断立面図であり、ネジによってＲＴＣの上部に取り付けられたプレートが示されている。
【図１２Ａ】図７の一部を拡大して示した断面図であり、ＣＭＰ操作に先立って真空チャック上にウエハを配置するためにフル係合の状態にある保持環の基部が示されている。
【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】図７の一部を拡大して示した断面図であり、ウエハキャリアからウエハを取り外せるウエハから離れた位置にある保持環の基部が示されている。
【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】図７の一部を拡大して示した断面図であり、ウエハの露出面を研磨しつつウエハの基部に脱イオン水を吹き付けられる研磨位置にある保持環の基部が示されている。
【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】図６Ａを線１５−１５に沿って保持環の基部で切り取った断面図であり、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が示されている。
【図１６Ａ】構成要素を下から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図１６Ｂ】構成要素を上から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図１７Ａ】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り、回転式ツール交換器（ＲＴＣ）の上部の底面が示されている。
【図１７Ｂ】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り、ＲＴＣの上部の上面が示されている。
【図１７Ｃ】ウエハキャリアの概略図であり、キャリアヘッドに機能を提供してそれをサポートする点線で表されたスピンドルと、研磨ヘッドとが示されている。
【図１８】パックキャリアの平面図であり、断面を得るための線が示されている。
【図１９Ａ】図１８を線１９Ａ−１９Ａに沿って切り取った断面図であり、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真空導管が示されている。
【図１９Ｂ】図１８を線１９Ｂ−１９Ｂに沿って切り取った断面図であり、チャックと共に使用される線形軸受が示されている。
【図２０】図１８を線２０−２０に沿って切り取った断面図であり、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導管が示されている。
【図２１】図１８を線２１−２１に沿って切り取った断面図であり、パックキャリアの基部から出る真空導管が示されている。
【図２２】図６Ａのウエハ露出面の平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り、保持環の基部内に設けられた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３つが示されており、これらのノズルは、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保持環の円周方向に方向付ける。
【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】保持環用のモータにかかる圧力が、研磨パッドと保持環およびウエハとのオーバラップ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。
【図３９】パソコン（ＰＣ）を使用して研磨圧を中央処理制御する第１の制御システムの配線図である。
【図４０】処理負荷が大きい場合に、ＰＣから切り離された力制御部を使用して研磨圧を制御する第２の制御システムの配線図である。
【図４１】図４０のシステムが研磨圧を制御する操作の一部を示したフローチャートである。
【図４２Ａ】研磨パッドによってオーバラップされたウエハの断面図であり、ＣＭＰ操作が実施されるにつれてウエハの露出面に現れる形状の等高線を表す一連の点線が示されている。
【図４２Ｂ】ウエハが研磨パッドによって研磨されて図４２Ａの等高線を得るＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、高処理負荷に終わる１タイプの操作基準としての研磨圧の変動が示されている。
【図４２Ｃ】ウエハにかかる圧力が第１の値から次の所望の圧力まで増大するＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、高処理負荷に終わるもう１つのタイプの操作基準としての圧力ランプが示されている。
【図４２Ｄ】ウエハにかかる圧力が異なる値の間を変動するＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、圧力として望ましいばらつきを時間に対して比較したものと、高処理負荷に終わるもう１つのタイプの操作基準としての圧力ランプとが示されている。
【図４２Ｅ】研磨パッドとウエハとの相対位置が変化するＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、このような変化として可能な率と、低処理負荷と高処理負荷との関係とが示されている。
【図４３】図３９および図４０のシステムが研磨圧を中央処理制御する場合あるいは同システムが別個の力制御部を使用してこのような圧力を外から処理制御する場合に経る多数の研磨ステップの１つに含まれる操作を示したフローチャートである。
【図４４】図３９および図４０のシステムが研磨圧をそれぞれに制御する第２のステップに含まれる操作を示したフローチャートである。
【図４５】ウエハ研磨ヘッドに作用する力を空気差圧システムを使用して制御するサーボシステムの説明図である。
【図４６】ウエハ研磨ヘッドに作用する力を電磁圧力システムを使用して制御するサーボシステムの説明図である。
【図４７】図４５の装置と共に使用可能な空気差圧システムの説明図である。
【図４８】付録Ｃに示された接触領域プログラムおよび力プログラムで言及される研磨パッドとウエハとパックと保持環との関係を示した平面図である。
【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…ウエハキャリアの中心軸
２１６Ｒ…パッド調整パックの選択領域
２１８…パッド調整パック
２２０…パッド調整ヘッド
２２２…パッド調整ヘッドの中心軸
２２４…パッド調整パックの中心軸
２３０，２３２…複合線形軸受構造
２５０…メイン軸受ハウジング
２５２…第１の線形軸受セット
２５３…線形軸受
２５４…スリーブ
２５６…スリーブの底部
２５８…相軸受シャフト
２６０…チャック軸受およびロードセルプレート
２６２…真空チャック
２６３…ロードセル
２６４…ウエハロード信号
２６５…線形軸受からなる配列
２６６…環状の経路
２７０…第２の線形軸受セット
２７２…線形軸受
２７４…スリーブ
２７６…スリーブの底部
２７８…相軸受シャフト
２７９…保持環軸受プレート
２８０…保持環の基部
２８１…ネジ
２８２…保持環
２８３…穴
２８４…円筒表面
２８６…保持環の基部の中心軸
２８８…保持環の中心軸
２８９…ネジ
２９０…力アクチュエータすなわちリニアモータ
２９２…ブラダ
２９３…流体
２９４…入口
２９６…環状溝
２９７…多孔層
２９７Ｐ…大きい穴
２９８…キャリア膜
２９９…保持環の上面
２９９Ｄ…圧力検出器
３０１…ウエハの周辺端部
３０３…保持環の内壁
３０４…線形軸受アセンブリ
３０６…メイン軸受ハウジング
３０８…パック軸受およびロードセルプレート
３１０…複合線形軸受構造
３１４…線形軸受
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…脱イオン水および真空
３５０…導管
３５２…脱イオン水
３５４…導管
３６０…スリップリング
３６１…コネクタ
３６２…中空
３６６…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…導管
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…真空チャックの上面
４２６…スラリ
４３０…チューブ
４３２…マニホルドの出口
４３４…入口
４３６…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…入口
４５８…シール
４６０…リップ
４６２…壁
４６４…キャビティ
４６６…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…導管
６６０…スリップリング
６６１…コネクタ
６６６…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…真空
６９６…導管
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…チューブ
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の円盤状の層
９０２Ｂ…第２の円盤状の層
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…メイン軸受ハウジング
９３２…ボア
９３４…マニホルドの隆起部
２１００…第１の制御システム
２１０２…ＰＣ
２１０４…管理Ｏ／Ｓ
２１０６…ＣＭＰ制御Ｏ／Ｓ
２１０８…プロセッサ
２１１０…機械制御プロセッサ
２１１０−２…第２のアーキテクチャの機械制御プロセッサ
２１１２…ＣＭＰレシピアプリケーション
２１１４…レシピ
２１１６…レシピエディタ
２１１８…入力ユニット
２１２０…力制御器
２１２２…構成基準
２１２４…第２の制御システム
２１２６…ウエハの縁
２１４４…バス
２１４６…ハードドライブ
２１５０…パッド運動データ
２１５２…圧力データ
２１５３Ｗ，２１５３Ｃ…力アクチュエータ
２１５４…フィードバック信号
２１５６…エンコーダ
２１５８…運動データ
２１６０…測定センサ
２１６２…信号
２１７０…パッド運動システム
２１７９…アナログ入出力装置
２１８０…接触領域プログラム
２１８２…接触領域データ
２１８４…力プログラム
２１８６…力データ
２３００…第２のアーキテクチャ
２３０２…力制御器
２３０４…リンク
２３１７…初期化ストリング
２３２０…コマンドセット
２３４０…差動増幅器
２３４２…差動信号
２３４４…空気圧弁
２３４６…シリンダ
２３５０…差動増幅器
２３５２…信号
２３５４…電磁式モータ
２３５６…コイル
２３６０…パッド運動システム
２３７０…複動転動形ファイヤフラムシリンダ
２３７２，２３７４…圧力入力ポート
２３７６…転動形ダイヤフラム
２３７８…セクション
２３８０…ピストン
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ＣＭＰ動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。具体的には、本発明は、ウエハ用のキャリアヘッドと、パッド調整パックと、キャリアヘッド上の保持環と、に与えられる力を制御して、プログラム制御によって可変な各圧力を、ウエハとパッド調整パックと保持環とのそれぞれに個別に与えることに関する。これにより、連続的に研磨されたウエハ上においてＣＭＰ操作を繰り返し実施できる。このとき、ウエハとパッド調整パックと保持環とのそれぞれに個別に与えられる力は、力が与えられる接触領域の値の変化に応じて与えられ、または、該値の変化に無関係に与えられる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する際には、ポリシング、バフ研磨、ウエハ洗浄を含むＣＭＰ操作を実施する必要がある。例えば、代表的な半導体ウエハは、シリコンで作製された直径が２００ｍｍまたは３００ｍｍの円盤である。説明を容易にするため、以下では、「ウエハ」という用語は、半導体ウエハや他の平面構造、電気回路または電子回路を支持するために使用される基板を含むものとする。
【０００３】
通常、集積回路デバイスは、ウエハ上に作製された多層構造を有する。ウエハ層には、拡散領域を有するトランジスタデバイスが形成される。続く層には、接続金属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的に接続されることによって、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。形成される金属層および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性も増大する。平坦化を行わない場合には、金属層を続けて製造することがかなり困難になる。これは、表面形状のばらつきが増大するためである。他の適用例では、金属配線パターンは、誘電材料中に形成された後、余分な金属配線を除去するために金属によるＣＭＰ動作が実施される。
【０００４】
代表的なＣＭＰシステムにおいて、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、１つの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向かって推進し、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すなわち回転するときに達成される。ＣＭＰプロセスのなかには、回転しているウエハが研磨パッドによって研磨されるときに、かなり大きな力を必要とするものもある。
【０００５】
代表的なＣＭＰシステムを使用する際には、いくつかの問題がある。多発する問題の１つに「端部効果」と呼ばれるものがある。これは、ＣＭＰシステムがウエハの端部を研磨する速度が、他の領域を研磨する速度と異なる場合に生じる。端部効果の特徴は、ウエハの露出面のプロファイルが不均一なことである。端部効果に関連する問題は、２つのカテゴリに区別される。第１のカテゴリは、いわゆる「パッド反発効果」に関する。これは、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。研磨パッドがウエハの端部に最初に接触すると、研磨パッドは端部に対して反発し（すなわち端部から跳ね返り）、この結果、研磨パッドの形状は波状を帯びる。波状の形状は、ウエハの露出面に不均一なプロファイルを形成する。
【０００６】
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。これは、研磨パッドの表面がウエハの露出面の中でも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）に力を与えた結果、かなりの大きさの圧力がウエハの端部に働くために生じる。バーンオフ効果の結果として、研磨済みウエハの端部にバーンリングが現れるので、端部の領域は、シリコンデバイスの製造に使用することができない。
【０００７】
従来のＣＭＰシステムの他の欠点は、所望の仕上がり層プロファイルに沿ってウエハの表面を研磨できないことである。通常、何らかの作製を経た後のウエハの露出面は、中心領域の厚さが異なり、端部に向かって厚さが変化する場合が多い。代表的な従来のＣＭＰシステムでは、研磨パッドの表面は、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」部分に力を与えるように設計されている。この結果、仕上がり層の領域全体が、仕上がり層がほぼ平坦になるまで研磨される。したがって、研磨パッドの表面は、仕上がり層の波状プロファイルに関係なく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る場合には、その中に金属配線および導電性ビアを規定するために一定の厚さが必要であると考えられる。
【０００８】
上記の第１の親出願では、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に、かつ、制御下で研磨することを可能にするＣＭＰシステムを得る必要性が、従来のＣＭＰ操作で見られる上記問題とともに、議論されている。
【０００９】
第１の親出願でのＣＭＰシステムは、ＣＭＰ処理済みの層表面の厚さを全体的に均一にするために、ウエハの露出面の層表面形状に従う。このようなＣＭＰシステムは、サブアパチャ研磨構成の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。例えば、このようなＣＭＰシステムの実施形態の１つは、ウエハの全面よりも小さい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含んでいる。このようなＣＭＰシステムは、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回避することができるが、このような処理ヘッドを作用させると、ウエハの露出面およびウエハキャリアにおいて、ウエハおよびウエハキャリアの初期方向から偏心した位置に力が加わる。初期方向は、ウエハおよびウエハキャリアの中心軸（同軸であって、かつ、実質的に垂直に配置されている）の初期方向を含む。初期方向は、また、ウエハの露出面（ウエハおよびウエハキャリアの中心軸の実質的に垂直な初期方向に対して９０度の初期角度で配置されている）の初期方向を含む。「実質的に垂直」という用語は、真の垂直を意味しており、また、このようなキャリアのスピンドルおよび他のサポートにおいて使用される軸受に通常存在する許容誤差などの通常の機械的な許容誤差を、真の垂直にプラスまたはマイナスしたものを含む。
【００１０】
端部効果や、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、偏心力がウエハおよびウエハキャリアを初期方向から逸れて傾かせることは、すなわち、ウエハおよびウエハキャリアに傾斜方向を呈させることは、望ましくないと考えられる。この傾きすなわち傾斜方向は、ウエハやウエハキャリアの中心軸が真の垂直から逸れる度合いが、例えば数度など、上述した通常の機械的許容誤差を超えた場合に生じると考えられる。ウエハおよびウエハキャリアの中心軸の初期方向は、ウエハの露出面を望ましく平坦化できるように、偏心力の作用下で行われる研磨の期間中ずっと維持されなければならない。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斜が許容される事態を回避しけなければならない。
【００１１】
第２の親出願は、上述した問題の解決策を実現できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法を提供することによって、これらの必要性の多くを満足している。この親出願は、偏心力を繰り返し測定することを容易にする構造および操作を提供した。この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加えられた力がたとえ偏心して加えられた場合であっても、正確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中も維持されるので、後述するように、センサは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ある。また、このような第２の親出願では、キャリア上に搭載されたウエハに対して保持環を相対的に運動させるために、線形軸受アセンブリを保持環と組み合わせ、これを、力作動部すなわちモータと連動させた。このような運動は、ウエハの露出面と保持環の表面とを研磨パッドによって係合し、それによって、これらを研磨操作の期間中ずっと同一平面上に維持することを可能にする。
【００１２】
第２の親出願は、偏心力を繰り返し測定することを容易にする構造および操作を提供しているが、このような力と、結果としてウエハや、パック調整パッド、保持環にかかる圧力と、をどのように制御するかに関しては、何も議論されなかった。特に、研磨操作の期間中に、研磨ヘッドがウエハ、保持環、パック調整ヘッドに対して相対的に運動するときに、変動するウエハ、保持環、パック調整ヘッドの領域との関連の下で、どのように偏心力を制御するかに関しては、何も議論されなかった。さらに、研磨操作の期間中に、研磨ヘッドがウエハ、保持環、パック調整ヘッドに対して相対的に運動するときに、変動するウエハ、保持環、パック調整ヘッドの領域との関連の下で偏心力を制御するシステムに対して、そのコストをどのように削減するかに関しても、何も議論されなかった。
【００１３】
したがって、次に必要とされるのは、研磨ヘッドが研磨操作の期間中にウエハ、パックキャリア、保持環に対して相対的に運動するにも関わらず、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリア、およびこのようなキャリアの保持環に加えられる力を正確に制御することが可能なＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法である。また、このような相対運動は、研磨パッドが研磨操作の期間中に接触するウエハ、パックキャリア、保持環の領域を変動させることから、どの時間でもこのような力を研磨パッドが接触する領域に関連付けられる方法が、やはり必要とされている。また、力と領域とのこのような関係をコスト効率良く決定する方法が、さらに必要とされている。
【００１４】
さらに、第２の親出願では、偏心力の大きさを正確に表示する方法が開示されている。正確な表示は、「等価偏心力」として説明することが可能である繰り返し可能な測定技術のことを言う。等価偏心力は、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同じ値を有する偏心力である。繰り返し可能な測定技術とは、このような等しい偏心力の全てに対して、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実質的に同じ、すなわち、繰り返しが可能である技術のことを言う。したがって、次に必要とされるのは、繰り返し可能な測定技術によって測定されたこのような力を正確に制御することが可能であり、研磨パッドとウエハ、研磨パッドとパッド調整パック、研磨パッドと保持環の接触領域のそれぞれが研磨操作期間中に所望の圧力を受けることが可能なＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法である。また、さらに必要とされるのは、例えば研磨ヘッドの運動によって、研磨パッドが研磨操作の期間中にウエハ、パックキャリア、保持環に接触する領域が時間ごとに変動する場合であっても、このような所望の圧力を加えられるようにすることである。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は、概して、上述した問題の解決策を実現できるＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法を提供することによって、これらの必要性を満たす。ＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法の構造および操作は、キャリアおよび保持環に対して研磨ヘッドを相対的に運動させるレシピすなわち命令からなるセットを実行する。研磨ヘッドの位置のフィードバックは、可変の力の望ましい入力の決定に関係している。可変の力によって、ウエハ、調整パック、保持環の変動領域は、個別に研磨ヘッドに推進されて接触する。この結果、各領域にかかる圧力が制御される。このような決定を行うために、ウエハ、パッド調整パック、保持環の個々の接触領域の値が、研磨ヘッドの位置のフィードバックに基づいて決定される。この各接触領域は、ウエハ、パッド調整パック、保持環に対する研磨ヘッドの実際の位置に関連した値をそれぞれ有する。この実際の位置は、対応する接触領域の値をそれぞれ決定するために使用される。接触領域と該接触領域にかかる圧力との対毎に、対応する力を表す力信号が出力される。対応する各力信号は、実際の位置が測定された特定の時間でウエハ、パッド調整パック、保持環をそれぞれ研磨パッドに接触させる力を制御する。さらに、適切な測定技術（例えば第２の親出願によるものなど）によって、ウエハおよびパッド調整パックに作用する力の実際の量が測定される。この実際の力が、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれを研磨パッドに接触させる可変の力として望ましい入力に適合することを保証するために、フィードバックループには、実際に測定された力を表す実際の力信号が供給される。
【００１６】
本発明によるシステムおよび方法の態様の１つは、キャリアおよび保持環に対して研磨ヘッドを相対的に運動させる命令のセットを実行する。この実行は、可変の力の望ましい入力の決定に関係している。可変の力によって、ウエハ、パッド調整パック、保持環の変動領域は、個別に研磨パッドに推進されて接触する。この結果、各領域にかかる圧力が制御される。
【００１７】
本発明によるシステムおよび方法の他の態様では、基本ＣＭＰ操作の操作レシピが確立される。プロセッサガイドラインには、編集済みのレシピのパラメータが１以上含まれていてもよい。プロセッサガイドラインは、プロセッサが単独でまたは別個の力制御部と協働して、キャリアおよび保持環に対する研磨ヘッドの位置を表すデータを受信できるか否かを決定するために使用される。また、プロセッサガイドラインは、プロセッサが単独でまたは別個の力制御部と協働して、望ましい圧力の入力に関連して、研磨パッドに接触するウエハ、調整パック、保持環のそれぞれの領域を変動させる可変な力として望ましい入力の決定値を計算して、各領域にかかる圧力を制御できるか否か、を決定するために使用される。
【００１８】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の態様では、別個の力制御部を使用する際に、ＣＭＰ操作用のレシピのパラメータが編集され、力制御部の初期化ストリングの準備に使用されるコマンドセットが作成される。このため、力制御部は、研磨パッドの位置に関するデータと、望ましい圧力を表すデータと、を入力されると、研磨ヘッドの実際の運動に対応した望ましい可変の力を計算する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下では、上述した問題の解決策を提供するＣＭＰシステムおよびＣＭＰ方法の発明を説明する。構造および操作は、研磨ヘッドとキャリアと保持環とを相対運動させるための命令セットを実行する。相対運動は、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれの接触領域を研磨パッドに接触させる可変の力として望ましい入力を決定することと連携しており、この結果、このような各領域にかかる圧力が制御される。このような決定を行うために、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれの接触領域の値が初期に決定される。このような接触領域は、それぞれ、対応するウエハ、調整パック、保持環に対する研磨ヘッドの実際の相対位置に関連した値を有する。研磨ヘッドの実際の位置は、測定される。この実際の位置は、次に、対応するそれぞれの接触領域の値を決定するために使用される。そして、接触領域と、特定の時間ＴＮにその接触領域に与えられる圧力と、のペアごとに、力信号を表す処理済みのデータが出力される。各力信号は、実際の位置が測定された特定の時間ＴＮに、対応するウエハ、パッド調整パック、保持環を研磨パッドに接触させる力を制御する。
【００２２】
力を表すデータの処理と、得られた接触領域に応じた研磨ヘッド位置の処理とは、プロセッサガイドラインの操作規準に従って、プロセッサによって中央で行われても良いし、あるいは力制御部によって別個に行われても良い。プロセッサガイドラインは、処理負荷のレベルに関連しており、力を表すデータを処理するのに、単独の中央プロセッサと別個の力制御部と連動したプロセッサとのいずれが適しているかを決定するために使用されてもよい。操作規準は、例えば研磨傾斜などの研磨圧の変動のタイミングを、結果的に高処理負荷の１タイプの操作基準として含んでいてもよい。他の操作規準は、研磨パッドの位置がウエハおよび／またはパッド調整パックに対して相対的に変化する速度に関連している。
【００２３】
また、ウエハおよびパッド調整パックに作用するこのような力の実際の値は、適切な測定技術（例えば第２の親出願によるものなど）によって測定される。このような実際の力が、ウエハ、パッド調整パック、保持環のそれぞれを研磨パッドに接触させる可変の力として望ましい入力に適合することを保証するため、フィードバックループには、実際に測定された力を表す実際の力信号が供給される。
【００２４】
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、本発明が不明瞭にならないために、周知のプロセス操作および構造の詳細な説明は省略した。
【００２５】
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａには、サブアパチャＣＭＰシステム２００−１を含む本発明の第１の実施形態が示されている。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ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、前述の任意のウエハであってもよい。研磨ヘッド２０２は、研磨パッド２０９を利用してウエハ２０６の露出面２０４を研磨するように設計されている。研磨パッド２０９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を含んでいてもよい。パッド２０９としては、一般に、望ましい研磨レベルと精度とを実現できる任意のパッド材料を使用することができる。後述するように、後で特定される力を繰り返し測定するための機能は、このようなパッド２０９の材料が後述の機械的許容誤差を補償する必要性を低減させる。
【００２６】
例えば、ウエハ２０６を研磨すること、あるいは、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、同軸である研磨ヘッド２０２および研磨パッド２０９を、それぞれの軸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が搭載されるのは、一般に、同軸であるこれらの軸２１０，２１１に平行した運動を阻止するため、すなわち、対応するウエハキャリア２０８に向かうまたは同キャリア２０８から遠ざかる運動を阻止するためである。
【００２７】
例えば、ウエハ２０６を研磨すること、あるいは、研磨ヘッド２０２および研磨パッド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のもう１つの運動は、水平方向の運動である（矢印２０９Ｈを参照）。例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａの矢印２０９Ｈからは、研磨パッド２０９が特定の構造に何らかの力及ぼすであろうことがわかる。例えば、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９は、ウエハ２０６上（ひいてはウエハキャリア２０８上）の種々の位置に力ＦＰ−Ｗを及ぼす。これらの位置は、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。これらの運動は、ＣＭＰサイクル期間中の任意の時間「ＴＮ」において生じる。以下では、時間ＴＮは、一般に、ＣＭＰサイクル期間中またはＣＭＰサイクルの１ステップ期間中の任意の瞬間を示し、特定の時間ＴＮは、例えば初期時間がＴ０で、続く時間がＴ１であるように、「Ｔ」の後に番号を添えて表記される。研磨パッド２０９およびウエハ２０６の運動は、研磨パッド２０９とウエハ２０６との相対運動であると考えられる。システム２００−１の他の構成では、例えば、ウエハ２０６が（例えば水平方向に）移動され、研磨パッド２０９が水平運動に対して保持される。
【００２８】
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の領域ごとに異なる除去率または同じ除去率を利用することによって、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体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、ウエハ２０６の露出面２０４に接触している（処理ヘッド２０２の）研磨パッド２０９の接触領域の大きさ、すなわち値が、どの時間ＴＮでも変動し得る。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に向かう処理ヘッド２０２の運動を阻止すると、研磨ヘッド２０２に向かうウエハキャリア２０８の運動（図２Ａの矢印２３３の上側を参照）が、ウエハ２０６の露出面２０４のうち選択された領域２０４Ｒに対してのみ力ＦＰ−Ｗを作用させることになる。この結果、特定の時間ＴＮでは、これらの選択された領域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から水平方向に偏心している。中心軸２１２は、ウエハキャリア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の変位は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａでは水平方向に測定されたＤＦ−Ｗで示されている。矢印２０９Ｈからわかるように、研磨ヘッド２０２は、水平方向に移動して、露出面２０４上の種々の選択領域２０４Ｒに接触可能である。
【００２９】
例えば、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３、図１Ｄ−１〜図１Ｄ−３、図１Ｅ−１〜図１Ｅ−３に示すように、これらの種々の領域２０４Ｒは、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９に接触する構造に従って特定される。したがって、領域２０４Ｒは、一般に、接触領域と呼ばれ、研磨パッド２０９と任意の構造との接触領域は、一般に、「ＡＰ」という表記によって表される。「ＡＰ」には、接触された他の構造を指定する文字が付される。例えば、「ＡＰＷ」は研磨パッドとウエハとの接触領域を指し、「ＡＰＣ」は研磨パッドとパッド調整パックとの接触領域を指し、「ＡＰＲＲ」は研磨パッドと保持環との接触領域を指す。また、このような接触した露出領域２０４Ｒの領域ＡＰの値すなわち量は、変位ＤＦ−Ｗの値に従って変動する。
【００３０】
本発明に従えば、研磨圧の値すなわち量は、１つまたはそれ以上の変数の関数であってもよいし、定数（例えばＣＭＰサイクルのステップの１つが実施される期間中に定数）であってもよい。したがって、研磨圧が定数の場合には、研磨ヘッド２０２からウエハ２０６に加えられる力ＦＰ−Ｗの値を、ウエハ２０６に対する研磨ヘッド２０２の相対運動の量に応じて領域ＡＰＷの値の変動とともに変動させ、それによって、領域ＡＰＷにかかる圧力を一定に維持しなければならない。説明のため、力ＦＰ−Ｗは、研磨圧が定数であろうと変数であろうと、研磨パッド２０９から領域２０４Ｒの接触領域ＡＰＷに加えられる平均の力であるとみなされる。この平均の力は、領域ＡＰＷの中心に加えられるものとみなされる。
【００３１】
「初期方向」の「初期」という用語は、上述したように、「着地」直前の時間Ｔ０ＰＷにおける方向を意味している。研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９は、着地時に先ず、ウエハ２０６の露出面２０４と係合する。したがって、時間Ｔ０ＰＷでは、初め、研磨パッド２０９からウエハ２０６に力ＦＰ−Ｗは加えられない。以下の実施例では、例えば、圧力増大中の時間Ｔを表すために、着地の時間がＴ０で表され、ＣＭＰサイクル期間中のその後の時間がＴ１，Ｔ２等またはＴａ，Ｔｂ等で表される。
【００３２】
また、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ｂは、サブアパチャ構成を有するＣＭＰシステム２００−１を使用する場合に、研磨パッド２０９の表面と、パッド調整ヘッド２２０上に搭載された研磨パッド調整パック２１８の露出面２１６と、が接触する接触領域ＡＰＣのサイズが、時間Ｔ１などの任意の所定の時間ＴＮにおいて、変動し得ることを示している。時間Ｔ１は、研磨パッド２０９がパッド調整パック２１８に最初に接触する着地時間Ｔ０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の方向の運動に対して保持し、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、研磨パッド２０９は、パッド調整パック２１８の選択領域２１６Ｒにのみ接触し、この領域に対してのみ力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂの調整力）を作用させる。選択された領域２１６Ｒは、接触領域ＡＰＣに対応している。パッド調整ヘッド２２０のパッド調整パック２１８の選択領域２１６Ｒの１つは、やはり、パッド調整パック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から偏心している。図２Ｂに示すように、力ＦＰ−Ｃの変位は、ＤＦ−Ｃによって表される。変位ＤＦ−Ｃは、図１Ｂ、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との間の大きさである。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領域の係数も、同様に、領域２１６Ｒに適用される。
【００３３】
さらに、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場合は、パッド調整パック２１８およびパッド調整ヘッド２２０は、図１Ｂに示すように、初期方向を有する。この初期方向は、研磨ヘッド２２０の中心軸２２２およびパッド調整パック２１８の中心軸２２４に関する第３の初期方向を含む。例えば、軸２２２および軸２２４に関する第３の初期方向は、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場合は実質的に垂直である。さらに、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場合は、初期方向は、パッド調整パック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、研磨ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８の中心軸２２２，２２４に関する実質的に垂直な初期方向から９０度の角度（第１の角度）に位置している。
【００３４】
本出願で使用される「初期方向」の「初期」という用語は、着地直前の時間Ｔ０ＰＰにおける上述した方向を意味する意外に、研磨パッド２０９がパッド調整パック２１８の露出面２１６の領域２１６Ｒと初めて係合する時間ＴＮをも意味している。したがって、時間Ｔ０ＰＰでは、初め、研磨パッド２０９からパッド調整パック２１８に力ＦＰ−Ｃ（図２Ｂ）は加えられない。
【００３５】
続いて、図２Ａをさらに参照し、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。ＣＭＰシステム２００−１は、ウエハキャリア２０８の複合線形軸受構造２３０，２３２を含む。一般に、構造２３０，２３２は、偏心力ＦＰ−Ｗを繰り返し測定することを容易にする。したがって、ウエハキャリア２０８に加えられた力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あっても正確に測定されると考えられる。さらに詳しく言うと、構造２３０，２３２は、このような偏心力ＦＰ−Ｗの量を、上で明示されたように正確に表示することを可能にする。
【００３６】
例えば、図２Ａの観点から「正確な表示」という用語を説明する場合は、上で言及された繰り返し測定技術は、ある時間Ｔ１から別の時間Ｔ２にかけて等しい値を形成する多くの代表的な力ＦＰ−Ｗの観点から説明されると考えられる。本発明によれば、これらの代表的な等価な力ＦＰ−Ｗが測定される各時間Ｔ１，Ｔ２では、測定されるすなわち表示される値は、非常に小さい許容誤差範囲内で同じ値である。このような代表的な等価な偏心力ＦＰ−Ｗが、例えば、研磨パッド２０９からウエハキャリア２０８に与えられる。機械的な装置であるため、構造２３０，２３２は、代表的な等価な偏心力ＦＰ−Ｗの一部（力ＦＦまたは摩擦力ＦＦと呼ばれる）を摩擦などによって失う。したがって、上述した繰り返し可能な測定技術は、このような代表的な等価な偏心力ＦＰ−Ｗのそれぞれに対し、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ＦＦが実質的に同じであるすなわち繰り返し可能である技術である。したがって、後述するように、代表的な力ＦＰ−Ｗと構造２３０，２３２との間に設ける機械的な構造を最小限にとどめ、キャリア２０８内で失われる力ＦＦを無くすれば、各軸受構造２３０，２３２のみが、特定の測定において力ＦＦを失わせる源として残される。
【００３７】
構造２３０は、例えば、ウエハ２０６およびウエハキャリア２０８のうち、ウエハキャリア２０８の中心軸２１２の第１の初期方向から偏心した位置に加えられる力ＦＰ−Ｗの垂直成分ＦＰ−ＷＶ以外の他のあらゆる力に対して抵抗する。線形軸受２３０は、ウエハキャリア２０８の構造が偏心力ＦＰ−Ｗに応じて望ましくない態様で運動することがないように保証する。例えば、ＣＭＰシステム２００−１では、偏心力ＦＰ−Ｗは、次に挙げる場合を除き、ウエハキャリア２０８またはウエハ２０６を、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させてはならない。例外は、ウエハキャリア２０８およびウエハ２０６が、これらの中心軸２１２，２１４の第１の初期方向に平行に移動する（矢印２３３を参照）場合である。矢印２３３は、垂直成分ＦＰ−ＷＶに平行である。
【００３８】
図２Ａは、３つの複合線形軸受構造２３０のうちの２つを詳細に図示しており、図５Ａ−１〜図５Ａ−３および図５Ｂ−１〜図５Ｂ−３は、３つの複合線形軸受２３０を詳細に図示している。メインの軸受ハウジング２５０は、３つの線形軸受２５３からなる第１のセット２５２を有している。各軸受は、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、低摩擦特性および高耐磨耗性の双方の特性のために、硬い微粒子材料に含浸される。適切なスリーブ２５４は、０．５インチの内径と約１．２５インチの長さとを有する。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の線形軸受であってもよい。各スリーブ２５４は、図２Ａでは、離間して対を成す円として示されている。各スリーブ２５４は、図２Ａにおいて上向きの線として図示されている相軸受シャフト２５８を収容できるように、底部２５６が開いている。各シャフト２５８は、ステンレス鋼材料で作成される。シャフト２５８が、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、適切なシャフト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してもよい。シャフト２５８は、長さが約１．２５インチであってもよい。各シャフト２５８は、チャック軸受およびロードセルプレート２６０から上向きに突き出して、底部２５６を通り、スリーブ２５４の１つに入る。メイン軸受ハウジング２５０は、ウエハキャリア２０８の真空チャック２６２に固定され同チャックを運ぶ。チャック２６２は、ウエハ２０６を運ぶ。ウエハ２０６は、研磨期間中にウエハ上に与えられる負荷として示された偏心力ＦＰ−Ｗを受ける。
【００３９】
上述したように、図１Ｂは、パッド２０９がウエハ２０６の露出面２０４に着地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。したがって、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は加えられず、ウエハキャリア２０８の軸２１２およびウエハ２０６の軸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に対し偏心力ＦＰ−Ｗ（図２Ａ）を垂直下向きに加える。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。したがって、構造２３０は、ウエハ２０６およびウエハキャリア２０８に加えられる偏心力ＦＰ−Ｗの垂直成分ＦＰ−ＷＶ以外は、他のあらゆる力に対して抵抗する。
【００４０】
詳しく言うと、３つの線形軸受２５３からなるセット２５２は、ウエハキャリア２０８が偏心力ＦＰ−Ｗに応じて望ましくない形態で運動することがないように保証する。したがって、線形軸受２５３は、偏心力ＦＰ−Ｗがウエハキャリア２０８またはウエハ２０６をそれぞれの中心軸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させることがないように保証する。その結果、メイン軸受ハウジング２５０には、偏心したウエハ負荷ＦＰ−Ｗ（ウエハ２０６に作用するものとして図２Ａに示されている）から摩擦力ＦＦをひいた力が伝えられ、これは、許可された垂直力成分ＦＰ−ＷＶと呼ばれる。したがって、力成分ＦＰ−ＷＶは、力ＦＦを差し引いた後の正味の力である。
【００４１】
図５Ｂ−１および図５Ａ−２は、複合線形軸受構造２３０を、線形軸受２５３からなる配列２６５を含むものとして示している。配列２６５は、複合線形軸受構造２３０の操作を、軸２１２，２１４の方向に短い長さを有し且ウエハ２０６およびパッド調整パック２１８の直径（例えば８インチ）よりも小さい直径を有する複数のパーツに分割するように構成される。この分割によって、構造２３０の線形軸受２５３は、環状の経路２６６（図５Ｂ−３）に沿って等間隔で配置される。このようにして、ウエハキャリア２０８またはパッド調整ヘッド２２０が回転するとき、例えばＣＭＰシステム２００−１の操作において感知される偏心力ＦＰ−Ｗの作用下に配置された個々の線形軸受２５３は、迅速に連続する。
【００４２】
力ＦＰ−ＷＰ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例えばモデル番号ＬＰＵ−５００−ＬＲＣ の標準的なひずみゲージであってもよい。ロードセルは、約０ポンド〜５００ポンドまでの力の負荷感知範囲を有していてもよい。さらに、例えば約０ポンド〜４００ポンドまでの力の高精度な負荷感知範囲を使用することが好ましい。ロードセル２６３は、チャック軸受およびロードセルプレート２６０に固定されている。メイン軸受ハウジング２５０が力ＦＰ−ＷＰの作用下で可能な運動は、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ごとに制御された量の圧力を加えることが望ましい。例えば、露出した接触領域２０４Ｒの領域ＡＰＷが拡大すると、それに従って力ＦＰ−Ｗは増し、圧力の量は均一になると考えられる。あるいは、研磨圧のプロファイルに基づいて、力ＦＰ−Ｗを一定に制御するか、あるいは力ＦＰ−Ｗを接触領域ＡＰＷの変動とは無関係に変化させることによって、圧力の量を研磨圧のプロファイルに適合させてもよい。望ましい研磨を行うためには、ウエハ２０６に加えられる力ＦＰ−Ｗを、正確に制御しなければならない。この制御は、ウエハ２０６の研磨操作期間中に生じる矢印２０９Ｈの方向への研磨パッド２０２の運動と、この研磨パッド運動の結果すなわち領域ＡＰＷの値の変化と、を考慮して行われる。後述するように、ウエハロード信号２６４の処理が行われ、ウエハキャリア２０８のプレート２６０に上向きに加えられる力Ｆ（図１Ｂ）が必要に応じて、研磨パッド２０９からウエハ２０６の領域ＡＰＷに適切な力ＦＰ−Ｗが加えられるように調整される。この結果、望ましい研磨圧が提供される。
【００４３】
次に、図１Ｂ、図２Ａ、図５Ａ−１〜図５Ａ−３、図５Ｂ−１〜図５Ｂ−２を参照して、線形軸受構造２３２を説明する。メイン軸受ハウジング２５０は、３つのスリーブ２７４（離間して対を成す円として示されている）を含む３つの線形軸受２７２から成る第２のセット２７０を有している。スリーブ２７４は、（上向きの線で示されている）相軸受シャフト２７８を収容する開いた底部２７６を有する。
シャフト２７８は、ネジ２８１を穴２８３に通すことによって、保持環軸受プレート２７９の上に搭載される。保持環２８２が０．０５０インチだけ垂直方向に移動できるように、穴２８３は、ネジがプレート２７９とともにプレート２６０に対して移動できるように、寸法設定される。軸受２７２は、例えば、軸受２５３と同じタイプの軸受であってもよい。保持環軸受プレート２７９は、ネジ２８５によって保持環の基部２８０に固定されている（図１５）。基部２８０は、第２のセット２７０の線形軸受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、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。保持環の基部２８０の最上部には、研磨パッド２０９と接触するための保持環２８２が、取り外し可能な形で設けられている。したがって、保持環２８２は、プレート２６０およびメイン軸受ハウジング２５０と無関係に運動するように搭載されている。保持環２８２は、ネジ２８９を緩めることによって保持環２８２を時々交換可能なように、研磨パッド２０９と係合する（図１５）。
【００４４】
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、保持環の基部２８０と保持環２８２とを含む。保持環の基部２８０は、真空チャック２６２から離れた状態で同チャックを取り囲んでいる。保持環２８２は、ウエハ研磨操作の期間中に研磨パッド２０９に係合するように設計されており、研磨パッド２０９は、保持環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。
【００４５】
研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９が保持環２８２と係合する着地時間より前の時間Ｔ０ＰＲＲでは、外側の円筒表面２８４は垂直である。円筒表面２８４は、保持環の基部２８０と保持環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から保持環２８２に力ＦＰ−Ｒは加えられない。このとき、保持環の基部２８０および保持環２８２の中心軸２８６，２８８は、それぞれ垂直である。
【００４６】
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。したがって、研磨パッド２０９は、偏心力ＦＰ−Ｒを保持環２８２に垂直下向きに加える。構造２３２は、一般に、上述した構造２３０の機能と同様に機能する。
【００４７】
したがって、構造２３２は、保持環２８２に加えられるこの偏心力ＦＰ−Ｒの垂直成分ＦＰ−ＲＶ以外のあらゆる力に対して抵抗する。詳しく言うと、３つの線形軸受２７３から成るセット２７０は、保持環２８２が偏心力ＦＰ−Ｒに応じて望ましくない態様で運動することがないように保証する。したがって、線形軸受２７２は、このような偏心力ＦＰ−Ｒが、次のような場合以外は保持環２８２を運動させることがないように保証する。保持環２８２は、同軸であるウエハキャリア２０８の中心軸２１２の第３の初期方向に平行に、垂直方向に運動することが許されている。したがって、許可された垂直力成分ＦＰ−ＲＶとして保持環軸受プレート２７９に伝えられるのは、偏心した負荷ＦＰ−Ｒ（保持環２８２に作用するものとして図２Ｂに示されている）から構造２３２に関連するＦＦをひいた力である。例えば図２Ａおよび図６Ｂを参照するとわかるように、構造２３２による制約下での保持環２８２の運動は、構造２３０による制約下でのウエハキャリア２０８の運動と無関係である。
【００４８】
力アクチュエータすなわちリニアモータ２９０は、チャック軸受およびロードセルプレート２６０と保持環軸受プレート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、電磁ユニット、または電気機械ユニットの形で提供されることがより好ましいと考えられる。図５Ａ−１、図５Ｂ−１、図７、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａには、最も好ましいリニアモータ２９０が示されており、入口２９４から空気流体（矢印２９３を参照）を供給される空気ブラダ２９２が含まれている。図５Ｂ−１および図１３Ａに示すように、チャック軸受およびロードセルプレート２６０は、ブラダ２９２を受けるための環状溝２９６を備えている。リニアモータ２９０は、ブラダ２９２の望ましいストローク量に従って、ブラダ２９２に種々の圧力（ＰＢ）量で流体２９３を供給することによって、選択的に作動される。例えば図１２Ａおよび図１２Ｂでは、ブラダ２９２の最大ストロークは、垂直方向に測定して０．１０インチであってもよい。このような最大ストロークは、０．０２インチと考えられるウエハ２０６の垂直寸法（すなわち厚さ）に匹敵する。プレート２６０は、垂直方向に固定されていると言えるので、流体２９３を収容したブラダ２９２は、流体２９３の圧力によって生じるブラダ２９２の特定ストロークに対応した距離だけプレート２７９を上昇させる。したがって、ブラダ２９２は、保持環軸受プレート２７９ひいては保持環基部２８０および保持環２８２を、真空チャック２６２上に配置されたウエハ２０６と、図１Ｃ−２に示したように保持環２８２に対して相対的に配置された研磨パッド２０９と、に対し、上向きに（この実施例では）相対運動させる。
【００４９】
流体２９３の圧力ＰＢは、例えば、種々の圧力のうちの１つであってもよい。一般に、圧力下の流体２９３は、保持環２８２を３つの垂直位置の１つに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までの範囲であってもよい。図１３Ａおよび図１３Ｂは、３つの位置の１つ、すなわち切り離し位置にある保持環２８２を示した断面図である。この位置では、保持環２８２は、ウエハ２０６からも真空チャック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）。切り離し位置にある保持環２８２は、真空チャック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、保持環２８２を他の位置に配置するために必要な圧力ＰＢよりも低い。
【００５０】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す断面は、保持環の３つの位置のうち、「１つの」研磨位置と一般に呼ばれる次に高い位置を示している。この位置は、後述するように、軸２１４，２１２に平行な位置の範囲であってもよい。この一般的な研磨位置は、ウエハ２０６の研磨期間中における保持環２８２の位置である。この研磨位置にあるとき、保持環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おり、同一平面上にある。図１４Ｂに示す研磨位置にあるとき、ウエハ２０６の周辺端部３０１は保持環２８２の内壁３０３で取り囲まれており、表面２９９と表面２０４とは同一平面上にある。
【００５１】
第３に、図１２Ａおよび図１２Ｂは、保持環２８２が最も高い位置、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を、その軸２１４がウエハキャリア２０８の軸２１２と同軸になるように真空チャック２６２のキャリア膜２９８上に配置するのに適している。図１２Ｂに示したように、最も高い位置にあるとき、ウエハ２０６をチャック２６２上で且つ保持環２８２の内側に配置しやすくするため、ウエハ２０６の周辺端部３０１は保持環２８２の内壁３０３で取り囲まれたままであって、保持環２８２の上面２９９はウエハ２０６の露出面２０４より上方にある。
【００５２】
さらに詳しく言うと、保持環の負荷力ＦＰ−Ｒは、保持環２８２に偏心的に作用し、それによって保持環２８２を偏心的に運動させやすい。しかしながら、線形軸受２７２は、保持環の基部２８０と保持環２８２の運動が、保持環の基部２８０および保持環２８２の中心軸２８６，２８８の初期方向に平行な垂直方向のみであるように保証している。したがって、保持環の基部２８０を通して保持環の軸受プレート２７９に伝えられるのは、力ＦＰ−Ｒのうち垂直下向きに作用する成分ＦＰ−ＲＶ（成分ＦＰ−ＲＶは図２Ａでは保持環２８２に垂直に作用する保持環の負荷として示されている）のみである。また、リニアモータ２９０は、線形軸受２７２のシャフト２７８をサポートする保持環軸受プレート２７９に上向きの力ＦＭ（図２Ａ）を加える。線形軸受２７２は、また、保持環の負荷力ＦＰ−Ｒの垂直成分ＦＰ−ＲＶに逆らって保持環基部２８０および保持環２８２を運動させる効力を有するのが、力ＦＭの垂直成分すなわち正味の力ＦＭ−Ｖのみであるように、保証する。このように、力ＦＰ−Ｒに応じて保持環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に応じて真空チャック２６２および真空チャック２６２上のウエハ２０６が許される運動（すなわち軸２１２，２１４の初期配置に平行な方向）と同軸である（したがって同じ方向である）。
【００５３】
上述した保持環２８２の研磨位置の範囲に関しては、ウエハキャリア２０８のプレート２６０に加える上向きの力Ｆ（図１Ｂ）を（露出した接触領域２０４Ｒの領域ＡＰＷの値にしたがって）変化させなければならないことから、モータ２９０から保持環２８２に加える力ＦＭもやはり変化させ、それによって、研磨パッド２０９から保持環２８２に加えられる力ＦＰ−Ｒも変化させる必要があることが分かる。例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３、図１Ｄ−１〜図１Ｄ−３、図１Ｅ−１〜図１Ｅ−３に示すように、研磨パッド２０９が保持環２８２を覆う左寄りの位置から右方向に移動するとき、研磨パッド２０９によってオーバラップされる領域ＡＰＲＲは比較的大きい初期値を有する。１つの実施例において、保持環２８２の領域ＡＰＲＲにかかる研磨圧を一定に維持したい場合には、運動２０９Ｈによってオーバラップ領域ＡＰＲＲの値が変化するにつれて、力ＦＭは、研磨パッド２０９の相対運動の関数として変化しなければならない。したがって、上述した保持環２８２の研磨位置は、詳しくは、保持環２８２にかかる圧力を望ましい値にするためには、保持環２８２から研磨パッド２０９にどのような正味の力ＦＭ−Ｖを加えなければならないかに従って決定される範囲の位置である。
【００５４】
図２Ｂおよび図１９Ｂは、パッド調整ヘッド２２０を示しており、図中には、メイン軸受ハウジング３０６とパック軸受およびロードセルプレート３０８との相対運動の方向を限定するための線形軸受アセンブリ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。ＣＭＰシステム２００−１は、パッド調整パッド２２０の複合線形軸受構造３１０をさらに含んでいる。一般に、構造３１０は構造２３０と同様である。したがって、構造３１０は、上述した構造２３０と同様に機能する。さらに詳しく言うと、構造３１０は、偏心力ＦＰ−Ｃを繰り返し測定することを容易にする。したがって、パッド調整パック２１８の領域ＡＰＣに作用する力ＦＰ−Ｃ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あっても正確に測定されると考えられる。したがって、構造３１０は、上で明示されたように、このような偏心力ＦＰ−Ｃの量を正確に表すことを可能にする。
【００５５】
さらに詳しく言うと、構造３１０は、パッド調整パック２１８の領域ＡＰＣのうちパッド調整ヘッド２２０の中心軸２２２の初期方向から偏心した位置に加えられる力ＦＰ−Ｃの垂直成分ＦＰ−ＣＶ以外のあらゆる力に対して抵抗する。このように、線形軸受構造３１０は、研磨ヘッド２２０の構造が偏心力ＦＰ−Ｃに応じて望ましくない形態で運動することがないように保証する。例えば、研磨ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８は、同軸であるそれぞれの中心軸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を許されている。矢印３１２は、垂直成分ＦＰ−ＣＶに平行である。
【００５６】
図２Ｂは、３つの複合線形軸受構造３１０のうちの２つを詳細に図示しており、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１９Ｂは、３つの複合線形軸受３１０を詳細に図示している。メイン軸受ハウジング３０６は、３つの中空円筒スリーブ３１６を含む３つの線形軸受３１４を有している。スリーブ３１６は、スリーブ３１６を収容し、スリーブ３１６が対応するシャフト３２０と連携することを可能にする開いた底部３１８を有する。線形軸受３１４のスリーブ３１６は、例えば、線形軸受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であってもよく、図２Ａと同様に図２Ｂに図示されている。シャフト３２０は、シャフト２５８と同様に作成されてもよい。メイン軸受ハウジング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、パッド調整パック２１８を運ぶ。パック２１８は、パック負荷として図２Ｂに示された偏心力ＦＰ−Ｃを研磨パッド２０９との接触期間中に受ける。
【００５７】
上述したように、図１Ｂは、研磨ヘッド２０２の研磨パッド２０９がパッド調整パック２１８の露出面２１６と係合する前における、例えば初期時間Ｔ０ＰＰなどにおける、パッド調整ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８の初期方向を示している。したがって、代表的な状況では、初め、研磨パッド２０９からパッド調整パック２１８に力ＦＰ−Ｃは加えられず、研磨ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８の軸２２２，２２４はそれぞれ垂直である。上述したように、この状況では、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、上述した任意の時間ＴＮに、パッド調整パック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。したがって、軸受構造３１０は、パッド調整パック２１８に加えられる偏心力ＦＰ−Ｃの垂直成分ＦＰ−ＣＶ以外のあらゆる力に対して抵抗する。詳しく言うと、３つの線形軸受３１４は、パッド調整ヘッド２２０の構造が偏心力ＦＰ−Ｃに応じて望ましくない態様で運動することがないように保証する。したがって、線形軸受３１４は、偏心力ＦＰ−Ｃがパッド調整ヘッド２２０およびパッド調整パック２１８をそれぞれの中心軸２２２，２２４の初期方向に平行である垂直方向以外に運動させることがないように、保証する。したがって、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、図１９Ｂ）のは、偏心したウエハロードＦＰ−Ｃ（パック２１８に作用するものとして図２Ｂに示されている）から摩擦力ＦＦを引いた力である。ロードセルは、パック軸受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と同様であってもよく、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もよい。
【００５８】
以上から、真空チャック２６２やウエハキャリア２０８、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易いというのは、単なる傾向であって、実際に生じる動作ではないことが分かる。傾く動作は、例えば、上述した線形軸受構造２３０，２３２，３１２の操作によって阻止される。
【００５９】
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、真空チャック２６２の機能３３８Ｃと、ブラダ２９２の機能３３８Ｂと、保持環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操作に使用できる。ウエハキャリア２０８のこれらの機能３３８を考慮したうえで、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃの三次元図と、図４Ａ、図４Ｂの分解図と、図５Ａ−１〜図５Ａ−３、図５Ｂ−１〜図５Ｂ−３の拡大透視図と、を参照する。図３Ａ〜図３Ｃは、第１の実施形態２００−１の構成要素の組み立て体を示しており、図中には、チャック軸受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とを含む（図３Ｃ）。下部３４４は、スピンドル３４６に取り付けられており、スピンドルは、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。垂直上向きの力は、図１Ｂでは力Ｆとして示されており、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、脱イオン水（ＤＩ水）などの流体および真空を、導管３５０を通して下部３４４に供給し、真空チャック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、脱イオン水３５２などの流体を、導管３５４を通して下部３４４に供給し、ウエハ２０６および保持環基部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、導管３５８を通して下部３４４に流体２９３（圧力下の空気など）を供給し、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３４４に電気コネクタ（不図示）と接続するスリップリング３６０を設けることによって、機能３３８ＬＣを提供する。下部３４４上のコネクタは、コネクタ（不図示）と結合することによって、システム２００−１からウエハロードセル信号２６４を出力することを可能にする。
【００６０】
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。上部３４２と下部３４４を解除可能な形で結合するため、コネクタ３６１は、下部３４４から上部３４２の中空３６２にかけて、ピストン棒（不図示）によって駆動されるカム（不図示）を有する。カムは、ボール軸受（不図示）と係合し、一部はレース（不図示）から離れる方向に、そして一部はＶ字形の溝（不図示）に入る方向に、ボール軸受を外向きに推し進める。ボール軸受は、上部３４２と下部３４４とを、解除可能に固く結合された状態で保持する。上部３４２と下部３４４を隔離する場合は、カムを上部３４２から撤回させ、それによって、ボール軸受をＶ字形の溝から完全に離し、上部３４２を開放できるようにする。
【００６１】
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、脱イオン水と真空（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および真空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、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に到達する。
【００６２】
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３７６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、プレート２６０のネジ切りポート３７４にねじ込まれている。
【００６３】
図３Ａ、図５Ｂ−２、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、プレート２６０のネジ切りポート３９２にねじ込まれており、導管３９３を介してブラダ２９２の入口２９４に接続している。
【００６４】
スピンドル３４６上のスリップリング３６０は、下部３４４上のコネクタ（不図示）によって、下部３４４のポートに収容されたポゴピンコネクタに接続される。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内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する。ポート４０２は、プレート２６０が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を推し進めるためのショルダ（不図示）を有する。ポート４０２は、プレート２６０に設けられた状態で図５Ａ−１に図示された鍵穴状のポート４０６と並んでいる。ポート４０６は、コネクタ４００を通過させるのに（そしてコネクタ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から発してポート４０６を通り、プレート２６０に固定された状態で図４Ａに図示されたロードセル増幅器４１０に達する。増幅器４１０は、ロードセル２６３と接続し、ウエハロードセル信号２６４を受信する。
【００６５】
図５Ａ−３は、機能３３８Ｃを示しいる。この機能３３８Ｃは、チャック軸受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）に接続されたチューブ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、真空チャック２６２に開けられたポート４１８にねじ込まれる。ポート４１８は、真空または脱イオン水３４８を真空チャック２６２のマニホルド４２０（図１５）に供給し、それによって、真空または脱イオン水３４８を真空チャック２６２の上面４２２に均一に分配する。
【００６６】
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）を有する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または真空３４８を供給するための通路を提供する。大きい穴２９７Ｐは、真空チャック２６２の全域に均一に設けられてるので、マニホルド４２０からの真空を真空チャック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、真空チャック２６２の全域に脱イオン水３４８を供給することができる。さらに、大きい穴２７９Ｐは、少なめの（例えば６つなどの）真空ホールをウエハ２０６に直接接触させていた従来と異なり、その大きさは、真空３４８を適用してもウエハ２０６を変形させることのない程度である。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る。さらには、約２０〜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、約３０〜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、サブミクロンから１ミクロンの孔径を有する従来のセラミックスよりも大幅に大きい。
【００６７】
図７および図８は、真空または脱イオン水３４８を真空チャック２６２の全域にさらに均一に分配する目的で、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は、例えば、孔径が０．０１０インチ〜０．０１５インチの範囲の穴すなわち開口を設けられている。多孔層２９７も多孔特性を有していることから、多孔層２９７から脱イオン水３４８または真空３４８を供給する通路が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から真空チャック２６２の全域に均一に且つ微細に真空３４８を分配する。また、キャリア層２９８は、真空チャック２６２の上面４２２に微粒子が接触するのを阻止できるので、後述する洗浄時にウエハ２０６の汚染を阻止するのに役立つ。
【００６８】
真空チャック２６２の操作時に、ウエハ２０６が真空チャック２６２上に正確に搭載されているとき、ウエハ２０６の軸２１４は、ウエハキャリア２０８の軸２１２と同軸になるように方向付けられている。ウエハ２０６をキャリア膜２９８上に保持するために、真空２４８が第３のポート３８４ひいてはチャックマニホルド４２０に供給され、それによって、キャリア膜２９８下の圧力が引き下げられる。このような減圧は、大気圧がウエハ２０６をキャリア膜２９８に押し付けることを可能にする。適切な搭載位置にあるとき、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の中を流れる空気は大幅に減少する。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、より沢山の空気がキャリア膜２９８に流れ込むことが圧力検出器２９９Ｄ（図３Ｃ）によって検出され、不正確な配置を指摘される。
【００６９】
脱イオン水３４８は、圧力下においてポート３８４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を真空チャック２６２から開放し、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をさらに流し込むと、この脱イオン水３８４は、多孔層２９７の穴２９７Ｐからスラリ４２６を押し出してキャリア膜２９８から流し出すことによって、真空チャック２６２を洗浄し、続くウエハ２０６の研磨に備える。キャリア膜２９８および多孔層２９７を通るこのような脱イオン水３４８の流れは、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を阻止する。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。チューブ４３０は６本提供され、マニホルド３８２の６つの出口４３２にそれぞれ１本ずつ接続される。マニホルド３８２は、ブラダ２９２の中心の開口部と保持環プレート２７９の中心の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、保持環基部２８０からロードセル２６３までの間隔の範囲内である。保持環基部２８０は、図８において、内壁４３６から入口４３４を引き入れられた状態で示されている。このような入口４３４は、内壁４３６を取り囲むように等間隔で６つ設けられている。内壁４３６は、補強なしの半結晶性熱可塑性ポリマ材料であると考えられる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。
【００７０】
脱イオン水３５２は、スピンドル３４６を通してマニホルド３８２に供給され、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、保持環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と保持環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、保持環の基部２８０は、スペース４４０だけ真空チャック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、上向き且つ内向きのノズル４４４を提供する一定の角度構成を有する。図２２は、また、各ノズル４４４を、脱イオン水３５２をスペース４４０の中に向かわせるように方向付けされた状態で図示している。図２２は、また、各通路４４２を、軸ノズル４４４の円周（すなわち回状）方向（矢印４４５を参照）に脱イオン水３５２を方向付けられるようにラジアル方向に逸れた状態で示している。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の中へと回状方向に方向付ける。また、図１４Ｂの拡大図は、ノズル４４４からの脱イオン水（矢印３５２を参照）が、真空チャック２６２の上に突出したウエハ２０６の底面（すなわち突出部）４４６に向かって流れることを示している。突出部４４６は、保持環の基部２８０を超えて約０．０４０インチまで突出してもよい。また、図１４Ｂは、スラリ４２６の漏出流が、保持環２８２とウエハ２０６との間の隙間すなわち環状スリット４５２を通ることを示している（矢印４４８を参照）。この流れ４４８によって、スラリ４２６はスペース４４０に入ることができる。
【００７１】
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、スリット４５２の薄い寸法と、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、傾斜した入口の壁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。リップ４６０と、その対面の壁４６２とによって、出口用のキャビティ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、キャビティ４６４を通って出口用のオリフィス４６６へと外向きに促される。出口用のオリフィス４６６は、保持環の基部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から出発してリップ４６０を覆いながらスペース４４０を横断しており、メイン軸受ハウジング２５０と真空チャック２６２との間にしっかりと固定されている（例えば把持されている）。ダム４５４と、シール４５８と、これらに隣接するキャリア２０８の関連構造とは、このようにして、スラリ４２６および脱イオン水３５２を包含している。脱イオン水３５２は、ウエハ２０６の底面４４６と、スペース４４０とを洗浄する。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、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。
【００７２】
ＣＭＰシステム２００−１は、例えば偏心力ＦＰ−Ｗの繰り返し測定を行う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。パッド調整ヘッド２２０の機能３３８には、例えば、チャック３２２上のパッド調整パック２１８を感知するための機能３３８ＰＳと、パッド調整パック２１８をパージ（浄化）するための機能３３８ＰＰと、ロードセル３２４用の機能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。
【００７３】
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体を示しており、図中には、パック軸受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、スピンドル６４６に取り付けられており、スピンドルは、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。図１７Ｃに示すように、スピンドル６４６は、脱イオン水（ＤＩ水）６４８などの流体を、導管６５０を通して下部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、導管６９６を通して下部６４４に真空６９５を供給し、チャック３２２上のパッド調整パック２１８の存在の有無を感知できるようにすることによって、機能３３８ＰＳを別個に提供する。
【００７４】
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、それによって、増幅されたパックロードセル信号３２６を処理し、研磨操作期間中にパッド調整パック２１８と研磨パッド２０９とを互いに向けて推進す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上のコネクタ（不図示）によって、下部６４４のポート（不図示）に収容されたポゴピンコネクタに接続される。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、プレート３０８が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７００を推し進めるためのショルダ（不図示）を有する。ポート７０２は、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を通過させるのに（そしてコネクタ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に固定された状態で図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。
【００７５】
下部６４４と上部６４２とは、上述した標準的な形で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。２つの加圧空路は、コネクタ６６１のピストン（不図示）を作動させ、その結果として、コネクタ６６１によって上部６４２を下部６４４に固定させる、またはコネクタ６６１によってこれら２つの部分を引き離す。
【００７６】
パッド調整パックは、研磨によって生じる異物および他の材料を除去する目的でパージされる。パッド調整パック２１８は、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１９Ｂにおいて、互いに張り合わされた２枚の円盤状の層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、穿孔を設けられた炭素鋼で作成されている。穿孔９０３は、例えば大きさが約±０．０５０のアパチャであってもよい。穿孔９０３は、第１の層２０９Ａ全体に均一に分布している。穿孔を設けられた炭素鋼層９０２Ａは、ニッケルめっきされている。穿孔を設けられニッケルめっきされた第１の層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、保持環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を備えている。例えば、開口部９０４は、約０．０１０インチ〜約０．０１５インチまでの大きさを有してもよい。パッド調整パック２１８は、第２の層９０２Ｂが研磨ヘッド２２０に接した状態で、パッド調整ヘッド２２０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。
【００７７】
パッド調整パック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、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、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、チューブすなわち導管７１２に接続されている。チューブ７１２は、メイン軸受ハウジング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。コネクタ７１６は、チャック３２２に開けられたポート７１８にねじ込まれる。ポート７１８は、図１６Ｂにおいて、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に均一に分配できる状態で図示されている。チャック３２２は、上面７２２の上方に突出したリップ９００を備えている。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２００〜３０００立方センチメートル毎分（ｃｃｍ）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１０００〜１２００ｃｃｍの流量率で、チャック３２２に供給され、パッド調整パック２１８の穿孔および開口部を通ってマニホルド７２０から外向きに流れ、さらに、パッド調整パック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滝を形成する。このようにして、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のに役立つ。
【００７８】
図１９Ａおよび図２１は、導管６９６によって真空６９５を適用されるポート９２０として構成された機能３３８ＰＳを示している。ボア９２２は、ポート９２０を、パック軸受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、ハウジング９３０に固定された継ぎ手に接続される。継ぎ手９３０は、ハウジング３０６に開けられ且つマニホルド７２０の隆起部９３４に揃えられたボア９３２に、真空６９５を適用する。ボア９３２は、隆起部９３４の最上部に達する。このように、パッド調整パック２１８がチャック３２２上に正確に配置されていると、ボア９３２への空気の流入が阻止され、ボア９３２内の圧力が低下する結果となる。この圧力低下は、導管６９６内の圧力低下として反映される。導管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、圧力の低下を検知し、パッド調整パック２１８がチャック３２２上に正確に配置されていると判断する。パッド調整パック２１８がチャック３２２上に一部分のみ配置されている場合、あるいはチャック３２２上にパッド調整パック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内ひいては導管６９６内の圧力は低下しない。したがって、圧力センサは、パッド調整パック２１８がチャック３２２上に正確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ので、研磨操作は、中断されることが望ましい。
【００７９】
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。方法は、ウエハ２０６を真空チャック２６２上に搭載する操作１０００を含んでいてもよい。上述したように、ウエハ２０６は、このとき、対称軸とみなされる軸２１４を有する。この搭載位置は、ウエハ軸２１４の初期位置として上述されている。方法は、図１Ｂに示したように、操作１００２に進み、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、パッドが回転する基軸である。方法は、次いで、操作１００４に進み、研磨パッド２０９とオフセットされたウエハ２０６とを、図１Ｂの矢印２０９Ｖで示したような対称軸２１４に平行な方向に、互いに向かって推進させる。回転式ツール交換器によって、ウエハキャリア２０８を上向きに推進しつつ、真空チャック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、推進操作１００４は、研磨パッド２０９から搭載ウエハ２０６の接触領域ＡＰＷに対し、力ＦＰ−Ｗなどの研磨力を、対称軸２１４から偏心した位置に加える。ウエハ２０６は、上述したように、研磨力ＦＰ−Ｗに応じて傾きやすいので、対称軸２１４は、パッド２０９の回転軸である軸２１０に平行な状態から逸れやすい。推進操作の期間中に、方法は、操作１００６に進み、傾こうとする搭載されたオフセットウエハ２０６に抵抗しつつ、回転軸２１０に平行な方向に、ウエハ軸２１４の初期位置に沿ってウエハ２０６を運動させる。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に応じた線形軸受２３２の操作を反映している。方法は、また、操作１００８に進み、推進操作および抵抗操作の期間中に、回転軸２１０の方向に平行なウエハ２０６の運動を測定し、研磨力すなわち力ＦＰ−Ｗの値を示してもよい。こうして、図２３に示した操作が完了する。
【００８０】
図２４からわかるように、本発明のもう１つの態様は、研磨表面を有する研磨パッド２０９によって実施される研磨操作のためのウエハ２０６を搭載方法を提供する。方法は、ウエハ２０６を真空チャック２６２の上に搭載し、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、パッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する、操作１０１０からスタートしてもよい。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、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）を有する保持環を提供し、それによって、対称軸２１４に垂直な方向のウエハ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推進させ、それによって、研磨パッド２０９から接触領域ＡＰＷに対し、ウエハ２０６および対称軸２１４を研磨表面に垂直な状態から逸れたそれぞれの位置へと傾かせやすい研磨力ＦＰ−Ｗを作用させる。方法は、次いで、操作１０１５に進み、研磨パッド２０９の露出面と保持環２８２とを互いに向かって推進させ、それによって、研磨パッド２０９から接触領域ＡＰＲＲに対し、保持環２８２および対称軸２８８を研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な状態から逸れたそれぞれの位置へと傾かせやすい研磨力ＦＰ−Ｗを作用させる。方法は、次いで、操作１０１８に進み、傾こうとする保持環２８２に抵抗するように線形軸受２５３を作用させる。このような抵抗は、保持環２１８の運動を、研磨パッド２０９の露出面に垂直な方向に制限する。上述したように、力ＦＰ−Ｒに応じて保持環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、このようにして、力ＦＰ−Ｗに応じて真空チャック２６２および真空チャック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）と同じ方向になる。さらに、このような抵抗は、偏心力ＦＰ−Ｗの繰り返し測定を容易にする。したがって、操作１０１８において、ウエハキャリア２０８に加えられた力ＦＰ−Ｗに対して抵抗が生じると、上で明示されたように、力ＦＰ−Ｗがたとえ偏心して加えられた場合であっても、力ＦＰ−Ｗを正確に測定できるようになる。方法は、また、操作１０１９に進み、推進操作１０１４，１０１５および抵抗操作１０１８の期間中に、回転軸２１０に平行な方向のウエハ２０６の運動を測定してもよい。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の正確な表示を提供するものである。こうして、図２４に示した操作が完了する。
【００８１】
図２５に示したように、操作１０１５は、真空チャック２６２から離れた位置にプレート２６０を設けるサブ操作１０２２を含んでいてもよい。操作１０１５は、また、プレート２６０と保持環２８２との間にブラダ２９２を設けるサブ操作１０２４を含んでいてもよい。操作１０１５は、また、第１の圧力を有した流体でブラダ２９２を膨らませるなどによってブラダ２９２を操作するサブ操作１０２５を含んでいてもよい。このような膨張は、保持環２８２と研磨パッド２０９とを互いに向かって運動させる。
【００８２】
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、真空チャック２６２の上にウエハ２０６を搭載する操作１０４０を含んでいてもよい。ウエハ２０６は、研磨パッド２０９の研磨表面に垂直で且つキャリア軸２１２と同軸で且つ研磨パッド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、研磨パッド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、研磨パッド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る。真空チャック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、真空チャック２６２の周りに保持環ユニット（例えばリング２８２と基部２８０）を提供し、それによって、ウエハ２０６を真空チャック２６２上に保持する運動に備える（例えばウエハ２０６を真空チャック２６２上に配置する助けとする）。保持環２８２は、また、研磨に備えてウエハ２０６を研磨パッド２０９の表面に露出させてもよい（図１４Ａ）。方法は、次いで、操作１０４８に進み、真空チャック２６２と、チャックサポートプレート２６０と、保持環ユニット（２８０，２８２）とに、複数の線形軸受アセンブリ対２３０，２３２を提供する。各アセンブリは、研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な軸受中心軸を伴ったハウジング２５４，２７４をそれぞれ有する。各アセンブリは、対応するハウジング２５４，２７４にそれぞれ収容される線形シャフト２５８，２７８を有する。第１のアセンブリセット２５２は、真空チャック２６２と保持環ユニット（２８０，２８２）との間であり、第２のアセンブリセット２７０は、真空チャック２６２とチャックサポートプレート２６０との間である。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、研磨パッド２０９の研磨表面がウエハ２０６に向かう運動に抵抗する。あるいは、チャックサポートプレート２６０を研磨パッド２０９に向かって推進してもよい。いずれの場合も、研磨パッド２０９は、搭載されたウエハ２０６に研磨力ＦＰ−Ｗを、そして保持環２８２に力ＦＰ−Ｒを、いずれも対称軸２１４から偏心した状態で加える。ウエハ２０６および真空チャック２６２は、研磨力ＦＰ−Ｗに応じて傾きやすいので、対称軸２１４は、回転軸２１０に平行な状態から逸れやすい。図２７からわかるように、保持操作１０５０の期間中には、第１のアセンブリセット２５２が保持環２８２の運動を対称軸２１４に平行な運動に有効に制限できる操作１０５２が実施される。例えば、チャックサポートプレート２６０を保持している期間中は、第２のアセンブリセット２７０がチャックサポートプレート２６０に対する真空チャック２６２の相対運動を対称軸２１４に平行な運動に有効に制限できる操作１０５４が実施される。
【００８３】
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の研磨表面に平行になるように、ウエハ２０６を真空チャック２６２上に搭載する操作１０６０を含んでいてもよい。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、それによって、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、搭載されたオフセットウエハ２０９とを互いに近づかせ、露出面２０４が研磨表面に抵抗するようにし、それによって、対称軸２１４から偏心した力ＦＰ−Ｗを搭載ウエハ２０６に作用させる。図２９からわかるように、操作１０６６は、例えば線形軸受アセンブリ２５３から成る配列２６５を、搭載ウエハ２０６に隣接する位置に設ける。操作１０６４における移動の最中に、方法は、操作１０６８に進み、初期方向からのウエハ２０６の運動を実質的に制限し、露出面２０４と研磨パッド２０９の研磨表面とが平行な方向にのみ搭載ウエハ２０６が運動できるようにする。推進操作および抵抗操作の期間中に、方法は、操作１０７０に進み、搭載ウエハ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。
【００８４】
本発明は、また、パッド調整パック２１８と研磨パッド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を有するパッド調整パック２１８をチャック３２２上（の初期位置）に搭載する操作１０８０を含んでいてもよい。方法は、操作１０８２に進み、研磨パッド２０９の回転軸２１１と、搭載されたパック２１８の対称軸２２４と、を平行関係でオフセットする。方法は、次いで、操作１０８４に進み、研磨パッド２０９を、（初期位置にある）回転軸２１０に平行な方向にパッド調整パック２１８に向かって推進させ、それによって、研磨パッド２０９から搭載されたパッド調整パック２１８の領域ＡＰＣ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に応じて傾きやすいので、対称軸２２４は、回転軸２１１に平行な状態から逸れやすい。推進操作１０８４の期間中に、方法は、操作１０８６に進み、傾こうとするパッド調整パック２１８に抵抗しつつ、パッド調整パック２１８を回転軸２１１に平行な方向に運動させる。方法は、また、操作１０８８に進み、推進操作１０８４と抵抗操作１０８６の期間中に、回転軸２１１の方向に平行なパッド調整パック２１８の運動を測定し、それによって、調整力ＦＰ−Ｃの値を示してもよい。本発明では、このような表示は、ここで明示された正確な表示であってもよい。
【００８５】
図３１からわかるように、本発明は、化学機械パッド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上に搭載する操作１０９０を含んでいてもよい。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の表面は研磨パッド２０９の研磨表面に平行である。研磨パッド２０９は、回転軸２１１を有する。方法は、操作１０９２に進み、研磨パッド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に向かう研磨パッド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に対して相対的に運動することができる。方法は、次いで、操作１０９６に進み、複数の線形軸受アセンブリ対３０４をチャック３２２およびチャックサポートプレート３０８に設ける。各アセンブリ３０４は、研磨パッド２０９の研磨表面に垂直な軸受中心軸を伴ったハウジング３１６を有する。各アセンブリ３０４は、対応するハウジング３１６に収容された線形シャフト３２０を有する。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に向かう研磨パッド２０９の研磨表面の運動に抵抗する。研磨パッド２０９は、搭載されたパッド調整パック２１８の領域ＡＰＣに対し、対称軸２２４から偏心した調整力ＦＰ−Ｗを加える。チャック３２２およびチャック３２２上のパッド調整パック２０９は、調整力ＦＰ−Ｃに応じて傾きやすいので、対称軸２２４は、回転軸２１１に平行な状態から逸れやすい。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中に、方法は、操作１０９８に進む。このとき、アセンブリ３０４は、研磨パッド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、パッド調整パック２１８を抵抗させることができる。図３１からわかるように、方法は、操作２０００に進み、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方向に制限する。パッド調整パックの表面は、このようにして、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、チャックサポートプレート３０８に対するチャック３２２の限定的な相対運動を感知し、それによって、調整力ＦＰ−ＣＶの正確な値を表示してもよい。
【００８６】
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、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、操作２０３４に進み、パックキャリアの構成をチャック２６２のマニホルド４２０の構成に適合させ、それによって、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、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出するように、パック２１８を配置する。方法は、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。パックサポート表面には、パッド調整パック２１８が設けられる。方法は、操作２０４０に進み、流体である脱イオン水６４８を、パックキャリア２２０を通ってポート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内のパックサポート表面全体に脱イオン水６４８を分布させることを可能にし、それによって、リザーバ内の脱イオン水６４８に、パッド調整パック２１８を浸らせる。供給とは、例えば、脱イオン水６４８が、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の穴９０３および開口部９０４を通ってパッド調整パック２１８を通過し、リップ９００の上を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のに有用である。
【００８７】
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、パッド調整パック２１８の対称軸２２４が研磨パッド２０９の研磨表面に垂直になり、研磨パッド２０９の調整表面か研磨表面に平行になるように、パッド調整パック２１８をチャック３２２の上に搭載する。方法は、操作２０５２に進み、研磨パッド２０９の回転軸２１１を、搭載されたパッド調整パック２１８の対称軸２２４から、両者が平行な状態でオフセットさせ、それによって、パッド調整パック２１８の初期方向を規定する。方法は、操作２０５４に進み、研磨パッド２０９の研磨表面と、パッド調整パックの調整表面２１８ｂとを、互いに向かって近づかせ、搭載されたパッド調整パック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、操作２０５６に進み、３１０などの線形軸受アセンブリから成る配列２６５を、搭載されたパッド調整パック２１８に隣接する位置に提供する。
【００８８】
図３５からわかるように、方法は、操作２０５４の期間中に操作２０５８に進み、初期方向からの運動を実質的に制限することによって、搭載されたパッド調整パック２１８の運動を、パッド調整パック２１８の調整表面が研磨パッド２０９の研磨表面に平行である方向にのみ可能にする。方法は、操作２０６０に進み、運動を制限された運動操作２０５４の期間中に、その制限された運動を感知することよって、パッド調整パック２１８の領域ＡＰＣに加えられる研磨力ＦＰ−Ｃの正確な値を表示する。
【００８９】
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、パッド調整パック２１８の対称軸２２４が研磨パッド２０９の研磨表面に垂直になり、パッド調整パックの表面か研磨表面に平行になるように、パッド調整パック２１８をチャック３２２の上に搭載する。方法は、操作２０７２に進み、回転軸２１０を、搭載されたパッド調整パック２１８の対称軸２２４から、軸２１０と軸２２４とが平行な状態でオフセットさせ、それによって、パッド調整パック２１８の初期方向を規定する。方法は、操作２０７４に進み、研磨パッド２０９の研磨表面と、パッド調整パック２１８の調整表面とを、互いに向かって近づかせる。方法は、操作２０７６に進み、線形軸受アセンブリ３１０からなる配列２６５を、搭載されたパッド調整パック２１８に隣接する位置に提供する。図３７から分かるように、方法は、操作２０７４の期間中に、アセンブリ３１０を使用する操作２０７８に進み、それによって、初期方向からの運動を実質的に制限し、搭載されたパッド調整パック２１８の運動を、調整表面が研磨表面に平行である方向にのみ可能にする。方法は、操作２０８０に進み、限定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の正確な値を表示する。
【００９０】
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と保持環２８２およびウエハ２０６とのオーバラップ量ＯＬ（図１Ｂ）に応じてどのように変化するかを示すグラフである。上述したように、ある研磨圧のプロファイルは、ＣＭＰサイクル期間中に、どの露出した接触領域２０４Ｒにも均一な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の領域ＡＰＷが増大するにつれて力ＦＰ−Ｗが増すと、結果として均一な量の圧力をえられると考えられる。ウエハロード信号２６４は、後述するシステム２１００によって処理され、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）は、必要に応じて調整され、研磨パッド２０９からウエハ２０６の領域ＡＰＷに適切な力ＦＰ−Ｗが加えられるようする。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ＴＮにおける研磨パッド２０９と保持環２８２およびウエハ２０６とのオーバラップ量ＯＬ（図１Ｂ）に応じて選択するために使用してもよい。
【００９１】
制御可能な圧力の提供
圧力の中央制御
図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３、図１Ｄ−１〜図１Ｄ−３、図１Ｅ−１〜図１Ｅ−３を参照して上述したように、接触（すなわちオーバラップ）領域ＡＰのサイズすなわち値は、時間ＴＮに応じて変動する。再びこれらの図面を参照すると、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３は、ウエハ２０６の中心のｘ軸座標すなわちｘ座標をｈ１とし、保持環の中心のｘ座標をｈ２とし、研磨パッド２０９の中心のｘ座標をｈ３とし、パッド調整パック２１８の中心のｘ座標をｈ４としている。図１Ｃ−１では、ウエハの半径をｒ１とし、保持環の半径をｒ２とし、研磨パッドの半径をｒ３とし、パッド調整パックの半径をｒ４としている。保持環２８２の外縁とパッド調整パック２１８の外縁との間には、隙間すなわちギャップがあり、これは、ｘｇａｐとされている。図１Ｃ−１は、ｈ１およびｈ２の値がゼロに設定可能であることを示している。したがって、ｈ３の値はｒ２として示される。これは、この実施例において研磨パッド２０９が移動できる最も左よりの位置が、ウエハ２０６のｙ軸中心線（中心ｈ１にある）および保持環２８２のｙ軸中心線（中心ｈ２にある）に正接する位置までであることを意味する。
【００９２】
好ましい一実施形態において、ｈ３＝ｒ２は、あるＣＭＰサイクル期間中に研磨パッド２０９が最初にウエハに接触する研磨パッド２０９の着地の位置である。この状況にある研磨パッド２０９は、ＣＭＰ研磨サイクル期間中に、矢印２０９Ｈで示すように（例えば右向きに）運動してもよい。例えば、右向きの運動は、時間Ｔ０より後の時間ＴＮ＝Ｔ１に生じる、ｈ３がｒ２より大きいがｒ２とｘｇａｐとｒ１との和よりは小さい位置までの運動であってもよい。着地後にこの運動が生じるとき、これらの接触領域ＡＰＷ，ＡＰＲＲ，ＡＰＣの値は変化する。領域ＡＰの値の変化を示すため、図１Ｄ−１では、図１Ｃ−１に示した領域ＡＰＷよりも小さい値を有する時間ＴＮ＝Ｔ１での領域ＡＰＷが示されている。図１Ｄ−２では、やはり、図１Ｃ−２に示した領域ＡＰＲＲよりも小さい値を有する時間Ｔ１での領域ＡＰＲＲが示されている。図１Ｄ−３では、図１Ｃ−３に示した領域ＡＰＣよりも大きい値を有する時間Ｔ１での領域ＡＰＣが示されている。
【００９３】
領域ＡＰの値の変化のもう１つの態様を示すために、図１Ｅ−１では、図１Ｃ−１および図１Ｄ−１に示した領域ＡＰＷの有限値と比較して、値を有さない時間Ｔ１より後の時間Ｔ２での領域ＡＰＷが示されている。値が無いということは、研磨パッド２０９とウエハ２０６とがオーバラップしない（すなわち接触しない）ことを意味する。図１Ｅ−２では、やはり、図１Ｄ−２に示した領域ＡＰＲＲよりも小さい値を有する時間Ｔ２での領域ＡＰＲＲが示されている。この小領域ＡＰＲＲは、研磨パッド２０９と保持環２８２との接触領域であり、減りつつある。図１Ｅ−３では、図１Ｄ−３に示した領域ＡＰＣよりもさらに大きい値を有する時間Ｔ２での領域ＡＰＣが示されている。したがって、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅは、（例えば研磨ヘッド２０９が）同じように矢印２０９Ｈの右向きに「ｘ」だけ相対運動したとしても、ある領域ＡＰの値の変化は他の領域ＡＰの値の変化とそれぞれ異なることを示している。したがって、本発明で上述したＣＭＰ操作を実現するためには、これらの領域ＡＰＷ、ＷＰＲＲ、ＡＰＣの１つにかかる圧力Ｐを、残りの２つの領域のそれぞれにかかる圧力Ｐから切り離して制御するとよい。以下では、圧力Ｐは、接触領域ＡＰＷにかかる圧力ＰＷＰと、接触領域ＡＰＲＲにかかる圧力ＰＲＰと、接触領域ＡＰＣにかかる圧力ＰＰＣとを指すものとする。このような圧力Ｐをそれぞれ切り離して制御する態様の１つは、それぞれの接触領域ＡＰＷ、ＡＰＲＲ、ＡＰＣにかかる圧力ごとに個別の処理命令セットを提供することである。
【００９４】
図３９は、ＣＭＰ操作を制御し、それによってウエハ２０６のＣＭＰを実施する第１の制御システム２１００を、本発明に従って示している。ＣＭＰ操作の１つのセットが、１つのＣＭＰサイクルを規定する。第１の制御システム２１００は、個々のオペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）が与えられたＰＣ２１０２を含む。ＰＣ２１０２は、６００ＭＨｚＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）シリーズのプロセッサまたはそれと同等の定格処理容量を有するパソコンであってもよい。優先的な第１のＯ／Ｓすなわち管理Ｏ／Ｓ２１０４は、ＮＴ Ｏ／Ｓであってもよく、優先的な第２のＯ／ＳすなわちＣＭＰ制御Ｏ／Ｓ ２１０６は、機械制御Ｏ／Ｓであってもよい。Ｏ／Ｓ２１０６は、例えば、Ｓｔｅｅｐｌｅｃｈａｓｅによって市販されているビジュアルロジックコントローラ（ＶＬＣ）であってもよい。ＯＳ２１０４をともなったＰＣ２１０２は、プロセッサ２１０８と称され、Ｏ／Ｓ２１０６をともなったＰＣ２１０２は、プロセッサすなわち機械制御プロセッサ２１１０と称される。
【００９５】
プロセッサ２１０８は、ビデオ、ドライブへの格納、キーボード、マウスなどの標準的な機能を実行可能である。プロセッサ２１０８は、また、ＣＭＰサイクルの実施とは直接無関係な、ＣＭＰレシピ用のアプリケーション２１１２の実行を含むＣＭＰ初期化機能を実施可能である。自動モードのとき、レシピ２１１４は、ＣＭＰプロセスに関連した考えられる全ての基準からなるセットである。ＣＭＰレシピアプリケーション２１１２は、レシピエディタ２１１６を含む。エディタ２１１６への入力は、任意の標準的な入力ユニット（例えばディスク）２１１８によって行われ、１つのレシピ２１１４が選択され、さらに、全てのＣＭＰサイクルを含む１つのＣＭＰプロセスを規定するために必要とされるあらゆるプロセス変数が、そのレシピに入力される。プロセス変数は、例えば、研磨の速度、圧力の傾き、パッドの運動速度、圧力のプロファイル、研磨時間などを含んでいてもよい。手動モードのときは、選択された変数を入力することによって、（例えばテストまたは校正を目的とした）限定的な機械プロセス操作を規定してもよい。
【００９６】
機械制御プロセッサ２１１０は、ウエハキャリア２０８および研磨パッド２０９の回転や、パッドヘッド２０２の水平動（例えばｈ３の変動）や、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃなどの、他のあらゆるＣＭＰ操作を制御する。機械制御プロセッサ２１１０による処理のかなりの部分は、ＣＭＰ Ｏ／Ｓ２１０６のもとで作動して力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃを制御する力制御部プログラム２１２０の機能を実施することで占められる。あるＣＭＰサイクルがスタートしたときには、より具体的には、そのサイクルの特定のステップがスタートしたときには、力制御部プログラム２１２０による処理を妨害しないように注意すべきである。第１のシステム２１００では、一般に、ＣＭＰプロセスのＣＭＰサイクルを実施するために必要とされる処理を（標準機能や初期化機能よりも）優先するために、機械制御プロセッサ２１１０がＰＣ２１０２の使用可能処理容量を最優先に使用することができる。オーバヘッド機能およびその他の（非ＣＭＰの）必要機能（２〜３パーセント）に処理容量を使用できるようになったときには、ＰＣ２１０２の処理容量のうち約９７〜９８パーセントが使用可能な状態にある。
【００９７】
表１（後掲）に示す構成基準２１２２は、このような使用可能処理容量が、第１のシステム２１００を選択したＣＭＰ操作にとって充分な大きさであるか否かを決定するために提供される。構成基準の説明に入る前に、機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷には、ＣＭＰサイクル期間中に種々の要因が影響することを理解しておくと望ましい。例えば、ウエハ２０６と研磨パッド２０９の相対運動は、図１Ｂの矢印２０９Ｈの方向に等速であってもよい。図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３に示したように、接触領域ＡＰＷは、ｈ３の位置が変化するにつれて小さくなる。これは、相対運動が変化する時間ＴＮとともに、領域ＡＰＷがどのように変化し得るかを示した一例である。したがって、時間は、このＣＭＰサイクル期間中の機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷を決定する要因の１つである。
【００９８】
研磨パッド２０９の位置は、時間以外の要因によっても変化しえる。例えば、研磨パッド２０９によって研磨を実施するためには、ウエハ２０６と研磨パッド２０９との相対位置を変化させる必要があると考えられる。これは、例えば、研磨地点への到達と呼ばれる。また、研磨地点に到達した後は、さらなる研磨のために研磨圧を所望の値に変化させる必要があるので、研磨地点に到達したという事実は、研磨パッド２０９に新しいｈ３位置（例えば図１Ｄ−１に示した位置）への運動を命じてもよい。したがって、領域ＡＰＷは、研磨パッド２０９の運動に伴って変化するものの、その変化は、時間以外の要因に基づくものである。したがって、このＣＭＰサイクル期間中の機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷は、非時間関連のプロセス事象に基づくと考えられる。
【００９９】
研磨パッド２０９の位置は、プロセス以外の要因によっても変化しえる。例えば、ウエハ２０６をウエハキャリア２０８上に保持するのに真空が使用され、第１のシステム２１００がその真空を喪失したときは、研磨パッド２０９は、直ちに研磨を停止しなければならない。この場合は、時間やプロセス以外の他の要因によって、直ちに減圧する必要が生じ、ウエハ２０６がウエハキャリア２０８から外れないようにしなければならない。このときは、減圧処理が必要とされるので、このＣＭＰサイクル期間中の機械制御プロセッサ２１１０の処理負荷は、非時間関連の非常事態に基づくと考えられる。
【０１００】
【表１】
どの構成基準も満たされる場合は、第１のシステム２１００が選択可能であり、機械制御プロセッサ２１１０は、一般に、必要なあらゆる処理を適時に実施するのに充分な使用可能処理容量にアクセスすることができる。ただし、実際のＣＭＰ操作がどの構成基準も満たすことが条件である。構成基準のどれかが満たされない場合は、第１のシステム２１００は選択されず、代わりに第２の制御システム２１２４が選択される（図４０）。後述するように、第２のシステム２１２４は、第２のアーキテクチャ２３００に含まれるＰＣ２１０２を含んでいる。第２のシステム２１２４は、一般に、第１のシステム２１００が満たさない構成基準によって必要とされるあらゆる処理を適時に実施するのに充分な大きさのＰＣ ２１０２の使用可能処理容量にアクセスすることができる。
【０１０２】
構成基準２１２２の基準１に関しては、研磨パッド２０９でオーバラップされたウエハ２０６を示す図４２Ａを参照にしながら、研磨圧の減少に関連した終点検知の状況を説明する。ウエハが望ましい厚さに近づくにつれて、ウエハ２０６の研磨速度を減少させるためには、研磨圧を時間とともに減少させると良い。時間ＴＮは、図１Ｃ−１に示したように、研磨パッド２０９の縁がウエハ２０６のｙ軸中心線に正接する初期の時間Ｔ０であってもよい。初期の時間Ｔ０は、研磨パッド２０９の縁がウエハ２０６の接触領域ＡＰＷと係合し、結果として研磨パッド２０９の縁がウエハの中心線（ｈ１を参照）に隣接する時間を指している。図示されているように、研磨パッド２０９の接触領域ＡＰＷでは、ウエハ２０６の中心線（ｈ１にある）に最も近い部分のウエハ２０６から除去する率のほうが、例えば、時間Ｔｄに対応する時間にウエハ２０６の縁２１２６またはその近くのウエハ２０６から除去する率よりも、大きい傾向にある。除去率のばらつきは、一連の点線２１２８によって示されている。研磨パッド２０９は、時間Ｔ０から時間Ｔｃまでの間に、中心線ｈ１に隣接する部分のウエハ２０６からは厚さＴＨ１だけ除去するが、ウエハ２０６の縁２１２６に隣接する部分のウエハ２０６からは、ＴＨ１よりも大幅に少ない量しか除去していない。
【０１０３】
図４２Ａの状況において、「終点検知」とは、時間Ｔ０からＴｃまでの期間に研磨を生じる１ステップの「終点」を検知することに関する。終点検知は、例えば、あるステップの終点を特定する。この例での終点とは、中心線ｈ１に隣接する部分のウエハ２０６が厚さＴＨ２を有するときである（図４２Ａ）。このとき、研磨パッド２０９および研磨ヘッド２０２とともに運動するように搭載された測定センサ２１６０は、そのステップの終点を表すゼロ値を有した信号２１６２を出力してもよい。信号２１６２が、ゼロ以外の値を有している場合は、研磨パッド２０９の縁に隣接した測定感知位置でのウエハ２０６の実際の厚さは、終点の厚さＴＨ２よりも大きい。
【０１０４】
除去率が、中心線ｈ１からの距離によってばらつくことから、領域ＡＰＷにかかる圧力の減少は、例えば、ウエハの縁２１２６が望ましい厚さＴＨ２に達していないのにもかかわらず、中心線ｈ１に隣接したウエハ２０６が望ましい量を超えて（例えば厚さＴＨ１を超えて）除去される事態を回避できるように、正確に制御しなければならない。この圧力の減少率は、種々の要因のうち、ウエハ２０６を作成する材料に応じて異なってもよいし、それに加えて／それに代わって、研磨パッド２０９を作成する材料に応じて異なってもよい。
【０１０５】
構成基準２１２２について、図４２Ｂのグラフは、研磨圧の代表的な減少率を示している。図４２Ｂは、限界率Ｌ１と、率Ｌ１より大きい第２の率Ｌ２と、Ｌ１より小さい第３の率Ｌ３と、を示している。率Ｌ１は、研磨圧の減少率として代表的な限界値であるので、プロセッサ２１１０は、Ｌ１を超える率（例えばＬ２）を使用することは望ましくないが、第２のシステム２１２４（図４０）は、このような率Ｌ２を使用してもよいと考えられる。
【０１０６】
構成基準２１２２の基準２について、研磨圧の増大（研磨圧ランプ）に関連した状況を、図４２Ｃを参照にしながら説明する。図４２Ｃのランプ曲線は、やはり研磨パッド２０９にオーバラップされたウエハ２０６について、ランプ時間中に研磨圧が圧力設定値まで漸増する率を示している。圧力が漸増する場合は、研磨パッド２０９の接触領域ＡＰＷが動的に（運動によって誘発されて）変化することが少なくなるので、ウエハ２０６の除去率が制御不能になる事態は回避される。図４２Ｃの曲線の形は、種々の要因のなかでも、例えば研磨パッド２０９を作成する材料に応じて異なって良い。図４２Ｃのグラフは、もう１つの代表的な限界率ＬＬ１と、率ＬＬ１より小さい第２の率ＬＬ３と、ＬＬ１より小さい第３の率ＬＬ２とを示している。率ＬＬ１は、研磨圧の増加率として代表的な限界値であるので、プロセッサ２１１０は、ＬＬ１を超える率（例えばＬＬ２）を使用することは望ましくないが、第２のシステム２１２４（図４０）は、このような率ＬＬ２を使用してもよいと考えられる。
【０１０７】
構成基準２１２２の基準３について、ウエハ２０６と研磨パッド２０９とはオーバラップしており、その圧力はコマンドによって変動する。図４２Ｄは、研磨パッド２０９の接触領域ＡＰＷにかかる圧力の変化を、時間ＴＮの関数として示している。時間に応じた圧力の変化は、別の変数の関数であっても良い。図４２Ｄは、望ましい圧力変化（曲線２１３４）を曲線２１３５と比較している。曲線２１３５は、ＰＣ２１０２の予想使用可能処理容量を使用し、あらゆる必要な圧力処理を適時に実施する結果として予想される、望ましい圧力を得るための処理ラグすなわち処理遅延を表している。曲線２１３５が表しているラグは、曲線２１３６が表しているラグの許容量より大きいので、基準３は、（曲線３１３６で示されているように）処理遅延が曲線２１３６を超えるときは第２のシステム２１２４の使用が望ましいことを示唆している。
【０１０８】
基準４の例では、研磨パッド２０９は初め停止しており、その運動はコマンドによって開始する。図４２Ｅは、研磨パッド２０９の速度、すなわち時間ＴＮに応じた研磨パッドの運動距離の変化を示している。図４２Ｅでは、望ましい速度（すなわち限界速度）を表す曲線２１３８に照らして速度の比較を行っている。曲線２１４２は、第１のシステム２１００が、ＰＣ ２１０２の予想使用可能処理容量を使用してあらゆる必要な処理を適時に実施する結果として予想される最高速度を表している。曲線２１４０は、曲線２１３８よりも大きい速度を表しており、これは、第２のシステム２１２４による処理容量の範囲内である。したがって、上記した構成基準４は、曲線２１３８で表された速度が要求される処理を全て適時に実施するためには、第２のシステム２１２４の使用が望ましいことを示唆している。したがって、望ましい速度が曲線２１４２で表されている場合は、ＰＣ２１０２の予想使用可能処理容量を使用した処理を第１のシステム２１００で行うことによって、必要なあらゆる処理を適時に実施することが可能である。
【０１０９】
これらの構成基準２１２２に従って第１のシステム２１００が選択されたと仮定すると、第１のシステム２１００は、以下のように使用することが可能である。レシピエディタ２１１６は、ＣＭＰプロセスに関連した全ての基準を編集済みレシピ２１１４の形で規定している。編集済みレシピ２１１４は、例えば、バス２１４４に出力されてハードドライブ２１４６に格納される。編集済みレシピ２１１４は、後掲の付録Ａで規定されたプロセス変数のリストに対応するデータを含んでいてもよい。プロセッサ２１１０は、ハードドライブ２１４６から編集済みレシピ２１１４を読み出して、上述したＣＭＰシステム２００−１のハードウェアの設定および操作に必要とされるデータを処理する。このようなデータは、パッド運動データ２１５０を含む軸運動データ、（領域ＡＰごとの）圧力プロファイルデータ２１５２、プロセス順序データ、ならびにキャリア２０８、パッドヘッド２０２、および保持環モータ２９０の操作に必要とされるその他のデータを、例として含んでいる。プロセッサ２１１０は、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定する。
【０１１０】
付録Ａからわかるように、代表的なプロセス変数は、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３および図４８のように特定されており、このような変数は全部で１６ある。変数１は、ｈ１の値、すなわちウエハ２０６の中心のｘ軸座標である。変数２は、ｈ２の値、すなわち保持環２８２の中心のｘ軸座標である。ウエハキャリア２０８の中心は、ＣＭＰサイクル期間中に移動することはないので、ｈ１およびｈ２の値は、このようなサイクルの期間中ずっと一定である。変数３は、ｒ１の値、すなわちウエハ２０６の半径である。変数４は、ｒ２の値、すなわち保持環２８２の半径である。変数５は、ｒ３の値、すなわち研磨パッド２０９の半径である。変数６は、ｒ４の値、すなわちパッド調整パック２１８の半径である。変数７は、ｘｇａｐの値、すなわち保持環２８２の縁からパッド調整パック２１８の縁までの距離である。ｈ４の値は、ｘｇａｐの値に基づいて計算し直される。変数８，９，１０は、力アクチュエータ２９０によってウエハキャリア２０８に、力アクチュエータ２９０によって保持環２８２に、そして力アクチュエータ２１５３Ｃによってパックヘッド２２０にかかる圧力をそれぞれ設定するために使用される。変数１１から１３は、ウエハ２０６から研磨パッド２０９に、研磨パッド２０９から保持環２８２に、そして研磨パッド２０９からパッド調整パック２１８にそれぞれかかる実際の力の値である。変数１４は、力アクチュエータ２１５３Ｗ，２９０，２１５３Ｃのそれぞれに加えられる力の計算をスタートさせる。変数１５，１６は、第１のシステム２１００のモニタリングに使用される。例えば、出力を変えずに計算のどれかを停止させる必要がある場合は、変数１５が使用される。変数１６は、計算のどれかを停止させるとともに、全ての出力をゼロに設定するために使用される。
【０１１１】
第１のシステム２１００の操作時には、プロセッサ２１１０は、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定する。ステップごとに、全ての変数が指定され、動作が規定される。あるステップは、何らかの事象が生じるまでウエハ２０６を研磨しつづけよ、というコマンドを表すデータによって指定してもよい。事象とは、例えば終点検知の事象であってもよい。このステップの終点は、中心線ｈ１から特定の距離だけ離れた位置において、ウエハ２０６の厚さがＴＨ２になった時間である。この事象が生じたとき、パッドヘッド２２０上に搭載された測定センサ２１６０は、信号２１６２を出力してもよい。あるステップは、また、ある設定期間ＴＮ中ずっとウエハを研磨しつづけよ、という命令によって指定してもよい。測定センサ２１６０が研磨パッド２０９とともに運動する場合は、ウエハ２０６の露出面２０４全体を測定し、ＣＭＰ操作の状況を評価することが可能になる。
【０１１２】
別の例としては、順序表の変数の１つが、ＣＭＰ操作を実施する圧力Ｐであってもよい。このような圧力Ｐは、ウエハ２０６にかかる圧力（圧力ＰＷＰ）か、保持環２８２にかかる圧力（圧力ＰＲＰ）か、あるいはパッド調整パック２１８にかかる圧力（圧力ＰＰＣ）か、のいずれかとして選択されてもよい。あるいは、このような圧力Ｐは、ウエハ２０６、保持環２８２、パッド調整パック２１８のそれぞれにかかる個々の圧力ＰＷＰ、ＰＲＰ、ＰＰＣとして選択されてもよい。あるいは、このような圧力Ｐは、１つの圧力（例えばウエハ２０６にかかる圧力ＰＷＰ）を指定することによって選択しされてもよい。そして、その他の圧力の値は、その圧力ＰＷＰとの差で表されてもよい。したがって、圧力ＰＷＰと同じであるとされる代表的な圧力ＰＲＰは、０ｐｓｉ差によって指定されると考えられる。そして、圧力ＰＷＰが約７ｐｓｉであるときに、約１．５ｐｓｉであるとされる圧力ＰＰＣは、約５．５ｐｓｉの差によって指定されると考えられる。
【０１１３】
プロセッサ２１１０が、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定することを想起したうえで、本発明の方法を、図３９および図４３を参照にしながら説明する。説明を容易にするため、図３９では、ウエハ２０６、保持環２８２、パッド調整パック２１８にかかる圧力Ｐのいずれも処理できるものとして、第１のシステム２１００が示されている。第１のシステム２１００に関する以下の詳細な説明は、ウエハ２０６のみ、保持環２８２のみ、パッド調整パッド２０９のみに適用可能である個々の態様の第１のシステム２１００に言及している。パッド運動データ２１５０および圧力データ２１５２は、力制御器２１２０によってバス２１４４から受信される。制御器２１２０は、また、ＣＭＰサイクル期間中の種々の時間ＴＮにおける研磨パッド２０９の実際の位置を示したフィードバック信号２１５４を、やはりバス２１４４を介してエンコーダ２１５６から受信する。プロセッサ２１１０によってバス２１４４に出力された運動データ２１５８に応じて、研磨パッド２０９は、実際の位置に移動する。
【０１１４】
順序表に従うと、ある特定のステップにおいて、圧力データ２１５２は研磨圧Ｐを指定してもよい。図４３は、プロセッサ２１１０の操作を示したフローチャート２１６４である。フローチャート２１６４は、順序表に示したステップの１つに関して圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣ（圧力データ２１５２で表される）が出力される第１の操作２１６６を含む。これは、力制御器２１２０への出力である。このような圧力は、ＣＭＰサイクルに含まれるＣＭＰ研磨操作の定常状態の部分に関してであっても、あるいは、例えば図４２Ｂまたは図４２Ｄを参照にしながら上述された任意の圧力に関してであっても良く、これらは、構成基準２１２２の範囲内である。圧力データ２１５２は、ウエハ２０６と研磨パッド２０９とが０〜１０ｐｓｉの範囲の代表的な定圧ＰＷＰによって互いに向かって推進されることを表していてもよい。
【０１１５】
方法は、パッド運動コマンドが出力される操作２１６８に進む。このコマンドは、先ずバス２１４４に、次いでパッド運動システム２１７０に出力されるパッド運動データ２１５０の形態をとっている。方法は、運動システム２１７０が、ウエハ２０６、キャリア２０８、保持環２８２に対してパッド２０９を相対的に運動させる操作２１７２に進む。一般に、順序表の第１のステップでの相対運動は、図１Ｃ−１〜図１Ｃ−３に示した位置への運動である。パッド運動データ２１５０は、例えば、図４２Ｅを参照しながら説明されたように、曲線２１４２で示したような基本速度すなわち低速の研磨パッド運動が生じることを表していてもよい。方法は、研磨パッド２０９の実際の位置が決定される操作２１７４に進む。この操作は、エンコーダ２１５６がバス２１４４を介してフィードバック信号２１５４を出力することによって実施される。
【０１１６】
方法は、プロセッサ２１１０の力制御器２１２０によって実施される操作２１７６，２１７８に進む。パッド運動データ２１５０および圧力データ２１５２は、力制御器２１２０によって受信済みである。操作２１７６では、圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣのそれぞれに関し、接触領域プログラム２１８０が、フィードバック信号２１５４（処理されているステップの例えば時間ＴＮでのｘ軸位置ｈ３を表している）を使用して処理される。接触領域プログラム２１８０は、付録Ｃに示されている。続く操作２１７６では、接触領域プログラム２１８０が処理されたことによって、それぞれの接触領域ＡＰＷ、ＡＰＲＲ、およびＡＰＣを表すデータ２１８２が、力制御器２１２０の内部で決定される。
【０１１７】
方法は、力プログラム２１８４が処理され、それによって、圧力Ｐ（データ２１５２に基づく）と接触領域Ａ（データ２１８２に基づく）とを表す３つの入力データセットのそれぞれに対してＰ×Ａの積が決定される操作２１７８に進む。力プログラム２１８４は、付録Ｂに示されている。第１のセットは、ウエハ２０６上の望ましい圧力ＰＷＰに対応する圧力データ２１５２に基づいたＰと、ウエハ２０６と研磨パッド２０９との接触領域ＡＰＷに対応する接触領域データ２１８２と、を含む。第２のセットは、保持環２０９上の望ましい圧力ＰＲＰに対応する圧力データ２１５２に基づいたＰと、接触領域ＡＰＲＲに対応する接触領域データ２１８２と、を含む。第３のセットは、パッド調整パック２１８上の望ましい圧力ＰＰＣに対応する圧力データ２１５２に基づいたＰと、接触領域ＡＰＣに対応する接触領域データ２１８２と、を含む。操作２１７８では、ＰとＡとからなる３つのセットが力プログラム２１８４に従って順次処理され、その結果として、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃに対応する一連の力の値が得られる。これらの力を表したデータ２１８６は、アナログＩ／Ｏデバイス２１７９を通して出力される。
【０１１８】
方法は、各軸（すなわちキャリア２０８、保持環、およびパッド調整パック２１８）に関し、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃをそれぞれ表したデバイス２１７９からの出力が、対応する力アクチュエータ２１５３Ｗ、２１５３Ｃ、および２９０をそれぞれ駆動する操作２１８８に進む。力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃをそれぞれ表したデータ２１８６が上述したように出力された結果、タイプおよび持続時間が現行ステップに適したＣＭＰ処理が実現される。そして、方法は、この現行ステップが処理されたことを示して完了する。
【０１１９】
プロセッサ２１１０が、編集済みレシピ２１１４を、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる順序表の形で規定することを想起すると、１つのステップの処理が完了するときには、図３９および図４４を参照にして説明された本発明の方法によって、次のステップを処理してもよいことが分かる。プロセッサ２１１０は、次のステップに対応する圧力データ２１５２を、次のステップ用の順序表に従って選択する。圧力データ２１５２は、前のステップの処理のそれら（図４３）と一部または全部が異なっていてもよい。前のステップで処理されたデータと区別するため、これら次のデータ入力は、現行データ入力と呼ぶことにする。また、フィードバック信号２１５４の値は、状況に応じ、前のフィードバック信号２１５４の値と同じであっても異なっていてもよい。
【０１２０】
図４４は、プロセッサ２１１０の操作を示したフローチャート２１９０であり、図中、図４３の説明に類似した説明は省略されている。フローチャート２１９０は、手順表に示した次のステップ用の圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣ（圧力データ２１５２で表される）が出力される第１の操作２１９２を含む。このような圧力は、やはり構成基準２１２２の範囲内である。
【０１２１】
方法は、パッド運動コマンドが出力される操作２１９４に進む。このコマンドは、先ずはバスに、次いでパッド運動システム２１７０に出力されるパッド運動データ２１５０の形態をとっている。方法は、システム２１７０が、ウエハ２０６、キャリア２０８、保持環２８２に対してパッド２０９を相対的に運動させる操作２１９６に進む。パッド運動データ２１５０は、例えば、図４２Ｅの曲線２１４２を参照にしながら説明されたような研磨パッド運動がこのステップで生じることを表していてもよい。方法は、研磨パッド２０９の実際の位置が決定される操作２１９８に進む。この操作は、エンコーダ２１５６が、バス２１４４を介してフィードバック信号２１５４を出力することによって実施される。
【０１２２】
方法は、プロセッサ２１１０の力制御器２１２０によって実施される操作２２００，２２０２に進む。パッド運動データ２１５０および圧力データ２１５２は、力制御器２１２０によって受信済みである。操作２２００では、圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣのそれぞれに対し、現行のフィードバック信号を使用して再び接触領域プログラム２１８０が処理される。続く操作２２００では、接触領域プログラム２１８０が処理されたことによって、それぞれの接触領域ＡＰＷ、ＡＰＲＲ、ＡＰＣを表すデータ２１８２が、力制御器２１２０の内部で決定される。
【０１２３】
方法は、力プログラム２１８４が再び順番に処理され、それによって、圧力Ｐ（データ２１５２に基づく）および接触領域Ａ（データ２１８２に基づく）を表す３つの入力データセットのそれぞれに対してＰ×Ａの積が決定される操作２２０２に進む。操作２２０２では、ＰとＡとから成る３つのセットが力プログラム２１８４に従って処理された結果、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃの値を表す一連のデータが得られる。これらの力を表したデータ２１８６は、アナログ入出力装置２１７９を通して出力される。
【０１２４】
方法は、各軸（すなわちキャリア２０８、保持環２８２、パック２１８）に関し、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、およびＦＰ−Ｃをそれぞれ表した入出力装置２１７９からの出力が、対応する力アクチュエータ２１５３Ｗ、２１５３Ｃ、２９０をそれぞれ駆動する操作２２０４に進む。力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃがそれぞれ上述したように出力される結果、タイプおよび持続時間がこの現行ステップに適したＣＭＰ処理が実現される。そして、方法は、この現行ステップが処理されたことを示して完了する。
【０１２５】
フローチャート２１６４，２１９０から分かるように、１つのＣＭＰサイクルに相当するデータ処理を、最後のステップを処理し終えるまで連続して行うためには、膨大な数の操作が必要とされる。さらに、変数が構成基準２１２２の限界に近づくにつれ、プロセッサ２１１０による処理も、実際のＣＭＰ操作に必要なデータ処理を適時に行えない状態に近づく。どのＣＭＰシステムを使用するかを計画するにあたって、このような限界が近いと思われる場合は、第２のシステム２１２４を使用するとよい。
【０１２６】
個々に処理される圧力制御による制御が可能圧力の提供
システム２１００，２１２４に関する上記説明では、ＰＣ２１０２の使用可能処理容量が、第１のシステム２１００を選択してＣＭＰ操作を行うために十分であるか否かを決定するために、表１に示した構成基準２１２２が提供された。このようなＣＭＰ操作が、構成基準２１２２のどれかを満たさない場合は、第１のシステム２１００は選択されず、代わりに第２の制御システム２１２４が選択される。図４０から分かるように、第２のシステム２１２４は、第２のアーキテクチャ２３００に含まれるＰＣ２１０２をやはり含んでいてもよい。第２のアーキテクチャ２３００を有する第２のシステム２１２４は、一般に、ＰＣ２１０２の充分な使用可能処理容量へのアクセスと、さらに追加の使用可能処理容量へのアクセスと、を有するので、第１のシステム２１００によって満たされない構成基準で必要とされるあらゆる処理を適時に実施することができると考えられる。このような二重アクセスは、第１に、別個の力制御器２３０２を使用するとＰＣ ２１０２の使用可能処理容量の使用量が大幅に減少するという第２のアーキテクチャ２３００の特徴に関連している。別個の力制御器２３０２は、ＰＣ２１０２の処理容量に依存せず、例えば、操作２１７６，２１７８の処理（図４３）および操作２２００，２２０２の処理（図４４）の専用である。このようなアクセスは、第２に、図４０のプロセッサ２１１０と力制御器２３０２との間のＩ／Ｏ遅延を最小化するデータ転送およびその他のプロトコルに関連している。
【０１２７】
図４０は、ＣＭＰ操作を制御し、それによってウエハ２０６のＣＭＰを実施するための第２の制御システム２１２４の第２のアーキテクチャ２３００を、本発明の別の態様に従って示している。以下では、第１の制御システム２１００と第２の制御システム２１２４の違いを述べる。構造的に見ると、ＰＣ２１０２は、同じく別個のＯ／Ｓ ２１０４，２１０６を有している。ＰＣ２１０２は、やはり、６００ＭＨｚＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）シリーズのプロセッサまたはそれと同等の定格処理容量を有するパソコンであってもよい。Ｏ／Ｓ ２１０４を有するＰＣ２１０２は、やはりプロセッサ２１０８と称される。Ｏ／Ｓ ２１０６を有するＰＣ２１０２は、プロセッサまたは機械制御プロセッサと称される。実施される機能が異なることを強調するため、第２のアーキテクチャ２３００の機械制御プロセッサは、参照番号２１１０−２で表すものとする。
【０１２８】
プロセッサ２１０８は、やはり、ＣＭＰサイクルの実施に直接関係しない標準機能および初期化機能を実施する。自動モードのとき、レシピ２１１４は、ＣＭＰプロセスに関連した考えられる全ての基準から成るセットである。レシピエディタ２１１６への入力は、任意の標準的な入力ユニットによって行ってよく、１つのレシピ２１１４が選択され、さらに、全てのＣＭＰサイクルおよび（関連の変数をともなった）ＣＭＰサイクルに含まれる全てのステップを含む１つのＣＭＰプロセスを規定するために必要とされるあらゆるプロセス変数が、選択されたそのレシピに入力される。
【０１２９】
機械制御プロセッサ２１１０−２は、力制御器２３０２が専用で制御する操作２１７６，２１７８の処理（図４３）および操作２２００，２２０２の処理（図４４）を除いた他のあらゆるＣＭＰ操作を制御する。したがって、機械制御プロセッサ２１１０−２は、ウエハキャリア２０８の回転や、研磨パッド２０９の回転、そしてパッドヘッドの水平動（例えばｈ３の位置変化）をも制御する。
【０１３０】
第２のアーキテクチャ２３００は、ＲＳ２３２通信リンクも含んでいる。プロセッサ２１１０−２および力制御器２３０２のＩ／Ｏオーバーヘッドを共に最小限に抑えるために、機械制御プロセッサ２１１０−２は、リンク２３０４を使用する観点から、図４１に示したフローチャート２３１０に基づいて初期化方法を実施する。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が編集済みレシピ２１１４を（例えばハードドライブ２１４６から）取得する操作２３１２に進む。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が編集済みレシピ２１１４を実行し、ＣＭＰプロセスのステップの順序を用意する操作２３１４に進む。ＣＭＰプロセスのステップの順序は、ＣＭＰ操作の実施ステップを講じる上述した順序表の形態をとって良い。機械制御プロセッサ２１１０−２は、また、圧力プロファイルを指定する、すなわちＣＭＰプロセスの期間中に制御するべき圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣの詳細を指定する。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が、コマンドセット２３２０を含む初期化ストリング２３１７を出力する操作２３１６に進む。コマンドセット２３２０は、コマンドセット２３２０を読み出すようにプログラムされた力制御器２３０２へとＲＳ２３２リンク２３０４を経て通信できるように構成されている。コマンドセット２３２０は、後述される付録Ｂの構造を有しており、Ｉ／Ｏ処理時間を最短化するために、処理するべきＣＭＰサイクルごとに一度だけ力制御器２３０２に入力される。
【０１３１】
方法は、プロセス開始順序が実行される操作２３１９に進む。操作２３１９において、機械制御プロセッサ２１１０−２は、上述したＣＭＰシステム２００−１のハードウェアの設定および操作に必要とされるパッド運動データ２１５０（図１Ｂの矢印２０９Ｈを参照）などのあらゆる軸運動データを含むデータを、処理する。方法は、機械制御プロセッサ２１１０−２が、ＣＭＰプロセス期間中に制御されるべき圧力ＰＷＰ、ＰＰＲ、ＰＰＣのための命令を、プロセス順序に基づいて力制御器２３０２に出力する操作２３２２に進む。圧力命令は、順番に入力されて良いが、力制御器２３０２の３軸方向の処理容量と、その結果として得られる３軸の同時処理容量と、を考慮すると、同時に入力されることも好ましい。プロセスは、プロセスの最後のステップが機械制御プロセッサ２１１０−２によって処理済みであるか否かを決定する操作２３２４に進む。ＹＥＳが応答されたら、方法は、プロセス終了シーケンスが実施される操作２３２６に進み、プロセスを完了する。ＮＯが応答されたら、操作２３２２は、最後のステップが処理済みになるまで繰り返し実施される。
【０１３２】
コマンドセット２３２０は、付録Ｂに示されている。これは、接触領域プログラム２１８０および力プログラム２１８４を処理するにあたって力制御器２３０２によって使用される低次のパラメータセットである。付録Ｂを参照すると、コマンドセット２３２０は、３５個の代表的なパラメータを含むことがわかる。パラメータＨ１は、ウエハ２０６の中心のｘ軸座標であるｈ１の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＨ２は、保持環２８２の中心のｘ軸座標であるｈ２の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ１は、ウエハ２０６の半径であるとして上述されたｒ１の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ２は、保持環２８２の半径であるｒ２の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ３は、研磨パッド２０９の半径であるｒ３の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＲ４は、パッド調整パック２１８の半径であるｒ４の値を戻す（すなわち設定する）。パラメータＧＡＰは、保持環２８２の縁からパッド調整パック２１８の縁までの距離であるｘｇａｐの値を戻す（すなわち設定する）。ｈ４の値は、ｘｇａｐの値に基づいて計算し直される。
【０１３３】
図４０に示された第２の制御システム２１２４では、力制御器２３０２の中に第２のエンコーダ（不図示）が設けられている。第２のエンコーダは、研磨パッド２０９の位置を示す信号２１５４を出力するエンコーダ２１５６に同期化されている。このような同期化を目的として、パラメータＰＯＳＥＣは、第２のエンコーダの現行位置を（カウント値で）戻し、パラメータＰＯＳＩＮは、この現行位置をインチで戻す。
【０１３４】
研磨パッド２０９の運動は、普段は所定の範囲内であることが望ましい。例えば、図１Ｃ−１および図１Ｅ−１に示した範囲では、ｈ３は、ｒ２〜（ｒ２＋ｒ３）までの範囲で変動する。パラメータＥＣ１およびＥＣ２は、第２のエンコーダの左限界および右限界をそれぞれ設定する。パラメータＩＮ１およびＩＮ２は、このような限界をインチで表して戻す、すなわち設定する。このような限界を超えた場合の操作を阻止するため、パラメータＬＩＭは、ｘ軸に沿った研磨ヘッド２０２のｘ位置ｈ３が、このような左限界および右限界に対して有し得る最大誤差の値を規定する。このＬＩＭの値を超えると、パッド運動システム２１７０の操作は停止する。
【０１３５】
パラメータＰＷＰ、ＰＲＰ、ＰＰＣは、それぞれ、力アクチュエータ２９０によってウエハキャリア２０８に、力アクチュエータ２９０によって保持環２８２に、そして力アクチュエータ２１５３Ｃによってパックヘッド２２０にかかる圧力を設定するために使用される。パラメータＰＯＷは、力アクチュエータ２１５３Ｗ，２９０，２１５３Ｃのそれぞれにかかる力の力制御器２３０２による計算を開始させるために引き渡される最終的なパラメータである。パラメータＮＯＰおよびＮＯＺは、システム２１２４のモニタリングに使用される。例えば、出力を変えずに計算のどれかを停止させる必要がある場合は、ＮＯＰが使用される。ＮＯＺは、計算のどれかを停止させるとともに全ての出力をゼロに設定するために使用される。
【０１３６】
パラメータＶ１、Ｖ２、およびＶ３は、システム２１２４の管理に使用される。例えば、これらのパラメータは、力アクチュエータ２１５３Ｗ、２９０、２１５３Ｃをそれぞれ駆動するサンプルフォース電圧をテストのために提供すると考えられる。パラメータＱＵＩは、ＤＯＳへの退出である。
【０１３７】
力制御器２３０２は、コマンドセット２３２０を読み出して、接触領域プログラム２１８０および力プログラム２１８４をそれぞれ処理するように、プログラムされている。このため、力制御器２３０２は、Ｌｏｇｏｓｏｌ 社によって市販されてるプログラマブル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であって良く、４８６シリーズのＩｎｔｅｌ（登録商標）プロセッサとほぼ同じまたはそれと同等の毎軸処理容量を有してもよい。このＤＳＰプロセッサ２３０２は、３軸を有しており、これは、同じ時間ＴＮにおいて３軸を処理してもよいことを意味する。さらに、力制御器２３０２は、力ＦＰ−ＶＷ、ＦＭ、ＦＰ−Ｃ（図４０ではＦＰＷ、ＦＰＲ、ＦＰＣとしてそれぞれ示されている）を表す力データ２１８６を出力するために必要とされるデータ処理の専用であり、他のどのようなデータ処理も行わない。このため、機械制御プロセッサ２１１０−２は、力データ２１８６を出力するために必要とされるデータ処理に、ＰＣ２１０２の処理容量を使用せずに済む。その結果、機械プロセッサ２１１０−２は、第１の制御システム２１００の機械制御プロセッサ２１１０が、使用可能なプロセッサ容量をめぐってプロセッサ２１０８と争いながら作動しなくてはならないという、かなりの大きさの処理負荷から解放される。さらに、力制御器２３０が図４３の操作２１７６，２１７８を３軸同時に実施する総時間（すなわち合計時間）としては、０．２５ミリ秒が代表的であると予想される。これに対し、プロセッサ２１１０が、同じ図４３の操作２１７６，２１７８を３軸（ウエハの力ＦＰ−Ｃ、ＦＰ−Ｒ、ＦＰ−Ｃ）のそれぞれに関して処理するときは、毎回約１５ミリ秒が必要であると考えられる。同じ図４３の操作２１７６，２１７８を、３軸のそれぞれに関し、これらの力を変えなければならない毎に処理するためには、多数のミップスが使用されると考えられるので、処理時間が約１８０分の１に短縮されることは、非常に有意義であると考えられる。
【０１３８】
以上から分かるように、機械制御プロセッサ２１１０−２が、このように充分な使用可能処理容量のＰＣ２１０２にアクセスできるのは、第１に、力制御器２３０２を提供したことによる。なぜなら、このような力制御器２３０２は、ＰＣ２１０２の処理容量に依存しておらず、しかも、操作２１７６，２１７８（図４３）の処理および類似の操作２２００，２２０２（図４４）の処理の専用であるからである。また、以上から分かるように、このようなアクセスは、第２に、初期化ストリング２３１７およびコマンドセット２３２０がともにＲＳ２３２リンク２３０４を介して一度にデータ転送されることに基づいている。したがって、システム２１２４は、システム２１００と比べてＰＣ２１０２の処理容量に対する要求量が少ないので、Ｏ／Ｓ ２１０６に、ＣＭＰプロセスのＣＭＰサイクルを実施するために必要とされる全ての操作を優先的に処理させることができる。
【０１３９】
したがって、第２の制御システム２１２４は、図４１を参照しながら説明された操作以外は、図４３および図４４に示した第１の制御システム２１００の方法と類似の操作を実施することが分かる。より具体的に言うと、図３４の操作２１７６，２１７８を、第１のシステム２１００および第２のシステム２１２４のそれぞれで実施するとき、第１の制御システム２１００では、上述したように、ＣＭＰデータの処理が全て機械制御プロセッサ２１１０で行われるのに対し、第２の制御システム２１２４では、上述したように、ＣＭＰデータの処理が機械制御プロセッサ２１１０−２と力制御器２３０２との間で共有される。これらの操作２１７６，２１７８は、また、処理されているステップの現行データを使用して何度も同様に実施される。したがって、操作２１７６および操作２１８７での入力データは、ウエハ２０６またはパッド調整パック２１８に対する研磨パッド２０９の実際の位置を表した、異なる可能性があるフィードバック信号２１５４の値と、対応する圧力データ２１５２の値と、を含む。第２の制御システム２１２４の操作では、このような入力データは、例えば図４２Ａ〜図４２Ｅを参照にしながら上述されたいずれかの状況を表していても良いし、その他のＣＭＰ処理状況を表していても良い。
【０１４０】
図３９および図４０には、力アクチュエータ２１５３Ｗ、２１５３Ｃ、２９０が示されている。力アクチュエータ２９０は、既に詳述されており、力データ２１８６の出力に従って空気圧を供給されてもよい。力アクチュエータ２１５３Ｗ，２１５３Ｃは、それぞれ図４５または図４６に示したようであってもよい。便宜上、図４５の説明は、アクチュエータ２１５３Ｗを取り上げて行う。ウエハ２０６用の力データ２１８６に対応する力を提供するため、差動増幅器２３４０には、その力データ２１８６が供給される。差動増幅器２３４０には、ウエハキャリア２０８からのロードセル信号２６４も供給される。ロードセル信号２６４は、ウエハキャリア２０８にかかる実際の力ＦＰ−ＷＰを表している。このような力データ２１８６とロードセル信号２６４とが異なる力を表している限り、差動増幅器２３４０は、処理されているステップで必要とされる力の変動を表す信号２３４２を出力し続けると考えられる。信号２３４２は、シリンダ２３４６のピストンの両端に接続された空気圧弁２３４４などの弁を作動させる。空気圧弁２３４４からの空気は、差動信号２３４２に応じ、シリンダ２３４６のピストン（不図示）を上下いずれの方向に駆動しても良く、それによって力ＦＰ−ＷＰを調整してもよい。そして、ロードセル２６３は、調整された実際の力を感知する。
【０１４１】
アクチュエータ２１５３Ｃは、図４５で説明されたものと同じであってもよいが、図４６には、電磁式の力アクチュエータ２１５３Ｃが示されている。電磁式の力アクチュエータ２１５３Ｃは、アクチュエータ２１５３Ｗとして使用して良く、２０００年６月４日付けの米国特許第６，０８３，０８２号で開示されたようであってもよい。例えば、パック２１８用の力データ２１８６に対応する力ＦＰ−ＣＶを提供するため、差動増幅器２３５０には、対応する力データ２１８６が供給される。差動増幅器２３５０には、パックヘッド２２０のロードセル３２４からのロードセル信号３２６も提供される。ロードセル信号３２６は、パックヘッド２２０にかかる実際の力ＦＰ−ＣＶを表している。このような力データ２１８６とロードセル信号３２６とが異なる力を表している限り、差動増幅器２３５０は、処理されているステップで必要とされる力の変動を表す信号２３５２を出力し続けると考えられる。信号２３５２は、電磁式モータ２３５４のコイル２３５６を、図４６に示すように上下のいずれかに作動させ、それによって力ＦＰ−ＣＶを調整してもよい。そして、ロードセル３２４は、調整された実際の力を感知する。
【０１４２】
図４５または図４６に示した構造のいずれも、パッド運動システム２３６０（図４０）に適用することが可能である。したがって、研磨ヘッド２０２は、空気圧式または電磁式のいずれの機能によって上述したパッド運動を得ても良い。
【０１４３】
図４７には、力アクチュエータ２１５３Ｗ，２１５３Ｃとして最も好ましい実施形態が示されている。具体的に言うと、図４５に示した増幅器２３４０が、弁２３４４を伴って使用されるのに対し、図４７に示されるのは、複動転動形ダイヤフラムシリンダ２３７０と呼ばれる別構造のエアシリンダである。シリンダ２３７０は、制御空気を供給されるタイプであって良く、また、圧力入力ポート２３７２（Ｐ１用）および２３７４（Ｐ２用）を介して差圧操作もされる。各入力ポート２３７２，２３７４は、２つの転動形ダイヤフラム２３７６Ｐ１，２３７６Ｐ２のうちの対応する１つにそれぞれ接続される。各転動形ダイヤフラム２３７６は、直径がシリンダ２３７０より小さく、陥入したセクション２３７８を有している。各セクション２３７８は、それぞれの圧力Ｐ１またはＰ２の下で、さらに陥入したり、あるいは反対に広がったりしてもよい。さらに詳しく言うと、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２を上回るときは、セクション２３７８Ｐ１が広がって長さを増すことによって、ピストン２３８０を押し下げ（図４７）、望ましい力を一方向に提供する。圧力Ｐ２が圧力Ｐ１を上回るときは、セクション２３７８Ｐ２が広がって長さを増すことによって、ピストン２３８０を押し上げ（図４７）、望ましい力を別の一方向に提供する。線形軸受２３８２は、シリンダ２３７０と、ピストン２３８０のロッドとの間に設けられる。
【０１４４】
図４５のシリンダ２３４６の代わりにシリンダ２３７０を使用して、ウエハ２０６用の力データ２１８６に対応する力を提供する場合は、その力データ２１８６は、差動増幅器２３４０に供給される。差動増幅器２３４０には、ウエハキャリア２０８からのロードセル信号２６４が提供される。このような力データ２１８６と信号２６４とが異なる力を表す限り、増幅器２３４０は、処理されているステップで必要とされる力の変動を表す信号２３４２を出力し続けると考えられる。信号２３４２は、弁２３４４を作動させる。そして、ロードセル２６３は、調整された実際の力を感知する。
【０１４５】
付録Ａ
付録Ｂ
付録Ｃ
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。したがって、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保持されるウエハと、研磨パッド調整器によって保持されるパックとの両方に、各キャリアの中心軸から偏心した状態でそれぞれ接触する、第１の実施形態を示した平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの第１の実施形態を示した立面図であり、それぞれのキャリアの中心軸と、偏心した接触の結果として生じる偏心力と、を示している。
【図１Ｃ−１】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの初期位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｃ−２】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの初期位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｃ−３】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの初期位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｄ−１】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第２の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｄ−２】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第２の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｄ−３】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第２の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｅ−１】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第３の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｅ−２】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第３の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図１Ｅ−３】本発明の態様の１つを研磨ヘッドの第３の位置と共に示した平面図であり、研磨ヘッドの研磨パッドとウエハキャリアによって保持されるウエハとの接触領域が特定されている。
【図２Ａ】第１の実施形態によるウエハキャリアを示した立面図であり、２つの別個の線形軸受構造、すなわち、メイン軸受ハウジングとチャック軸受プレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリと、メイン軸受プレートと保持環軸受プレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリと、が示されている。
【図２Ｂ】パッド調整ヘッドを示した立面図であり、メイン軸受ハウジングとチャック軸受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線形軸受構造が示されている。
【図３Ａ】第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素を示した三次元図であり、回転式ツール交換器（ＲＴＣ）の上部の底面が示されている。
【図３Ｂ】第１の実施形態によるウエハキャリアの構成要素を示した三次元図であり、ウエハキャリアの真空チャックの上面が示されている。
【図３Ｃ】ウエハキャリアの概略図であり、キャリアヘッドに機能を提供してそれをサポートする点線で表されたスピンドルと、研磨ヘッドとが示されている。
【図４Ａ】構成要素を上から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図４Ｂ】構成要素を下から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図５Ａ−１】図４Ａに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ａ−２】図４Ａに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ａ−３】図４Ａに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ｂ−１】図４Ｂに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ｂ−２】図４Ｂに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図５Ｂ−３】図４Ｂに示された構成要素の１つを示した拡大図である。
【図６Ａ】ウエハキャリアの平面図であり、内部構造の断面を得るための種々の線が示されている。
【図６Ｂ】図６Ａを線６Ｂ−６Ｂに沿って切り取った横断立面図であり、チャック軸受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ハウジングと、ハウジング上の真円線形軸受の中のプレートの軸受シャフトと、ロードセルのロードセンサボタンを押すメインハウジングの中心と、が示されている。
【図７】図６Ａを線７−７に沿って切り取った横断立面図であり、保持環軸受プレートに可動な状態で接続されたメイン軸受ハウジングと、ハウジング上の真円線形軸受の中のプレートの軸受シャフトであって、プレート上に搭載された保持環の基部の運動を限定するための軸受シャフトとが示されている。
【図８】図６Ａを線８−８で切り取った断面図であり、ウエハの研磨に使用される流体を供給する各種コネクタを含む機能が示されている。
【図９】図６Ａを線９−９に沿って流体コネクタで切り取った断面図であり、流体コネクタは真空チャックに脱イオン水と真空を供給する。
【図１０】図６Ａを線１０−１０に沿って流体マニホルドおよびロードセルプレートで切り取った断面図であり、マニホルドから保持環基部内の６つのノズルにそれぞれ脱イオン洗浄水を供給するための６つの脱イオン水導管の１つが示されている。
【図１１】チャック軸受およびロードセルプレートの横断立面図であり、ネジによってＲＴＣの上部に取り付けられたプレートが示されている。
【図１２Ａ】図７の一部を拡大して示した断面図であり、ＣＭＰ操作に先立って真空チャック上にウエハを配置するためにフル係合の状態にある保持環の基部が示されている。
【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】図７の一部を拡大して示した断面図であり、ウエハキャリアからウエハを取り外せるウエハから離れた位置にある保持環の基部が示されている。
【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】図７の一部を拡大して示した断面図であり、ウエハの露出面を研磨しつつウエハの基部に脱イオン水を吹き付けられる研磨位置にある保持環の基部が示されている。
【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】図６Ａを線１５−１５に沿って保持環の基部で切り取った断面図であり、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が示されている。
【図１６Ａ】構成要素を下から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図１６Ｂ】構成要素を上から見た場合の第１の実施形態の分解斜視図である。
【図１７Ａ】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り、回転式ツール交換器（ＲＴＣ）の上部の底面が示されている。
【図１７Ｂ】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り、ＲＴＣの上部の上面が示されている。
【図１７Ｃ】ウエハキャリアの概略図であり、キャリアヘッドに機能を提供してそれをサポートする点線で表されたスピンドルと、研磨ヘッドとが示されている。
【図１８】パックキャリアの平面図であり、断面を得るための線が示されている。
【図１９Ａ】図１８を線１９Ａ−１９Ａに沿って切り取った断面図であり、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真空導管が示されている。
【図１９Ｂ】図１８を線１９Ｂ−１９Ｂに沿って切り取った断面図であり、チャックと共に使用される線形軸受が示されている。
【図２０】図１８を線２０−２０に沿って切り取った断面図であり、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導管が示されている。
【図２１】図１８を線２１−２１に沿って切り取った断面図であり、パックキャリアの基部から出る真空導管が示されている。
【図２２】図６Ａのウエハ露出面の平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り、保持環の基部内に設けられた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３つが示されており、これらのノズルは、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保持環の円周方向に方向付ける。
【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】保持環用のモータにかかる圧力が、研磨パッドと保持環およびウエハとのオーバラップ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。
【図３９】パソコン（ＰＣ）を使用して研磨圧を中央処理制御する第１の制御システムの配線図である。
【図４０】処理負荷が大きい場合に、ＰＣから切り離された力制御部を使用して研磨圧を制御する第２の制御システムの配線図である。
【図４１】図４０のシステムが研磨圧を制御する操作の一部を示したフローチャートである。
【図４２Ａ】研磨パッドによってオーバラップされたウエハの断面図であり、ＣＭＰ操作が実施されるにつれてウエハの露出面に現れる形状の等高線を表す一連の点線が示されている。
【図４２Ｂ】ウエハが研磨パッドによって研磨されて図４２Ａの等高線を得るＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、高処理負荷に終わる１タイプの操作基準としての研磨圧の変動が示されている。
【図４２Ｃ】ウエハにかかる圧力が第１の値から次の所望の圧力まで増大するＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、高処理負荷に終わるもう１つのタイプの操作基準としての圧力ランプが示されている。
【図４２Ｄ】ウエハにかかる圧力が異なる値の間を変動するＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、圧力として望ましいばらつきを時間に対して比較したものと、高処理負荷に終わるもう１つのタイプの操作基準としての圧力ランプとが示されている。
【図４２Ｅ】研磨パッドとウエハとの相対位置が変化するＣＭＰサイクル期間の時間を示した説明図であり、このような変化として可能な率と、低処理負荷と高処理負荷との関係とが示されている。
【図４３】図３９および図４０のシステムが研磨圧を中央処理制御する場合あるいは同システムが別個の力制御部を使用してこのような圧力を外から処理制御する場合に経る多数の研磨ステップの１つに含まれる操作を示したフローチャートである。
【図４４】図３９および図４０のシステムが研磨圧をそれぞれに制御する第２のステップに含まれる操作を示したフローチャートである。
【図４５】ウエハ研磨ヘッドに作用する力を空気差圧システムを使用して制御するサーボシステムの説明図である。
【図４６】ウエハ研磨ヘッドに作用する力を電磁圧力システムを使用して制御するサーボシステムの説明図である。
【図４７】図４５の装置と共に使用可能な空気差圧システムの説明図である。
【図４８】付録Ｃに示された接触領域プログラムおよび力プログラムで言及される研磨パッドとウエハとパックと保持環との関係を示した平面図である。
【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…ウエハキャリアの中心軸
２１６Ｒ…パッド調整パックの選択領域
２１８…パッド調整パック
２２０…パッド調整ヘッド
２２２…パッド調整ヘッドの中心軸
２２４…パッド調整パックの中心軸
２３０，２３２…複合線形軸受構造
２５０…メイン軸受ハウジング
２５２…第１の線形軸受セット
２５３…線形軸受
２５４…スリーブ
２５６…スリーブの底部
２５８…相軸受シャフト
２６０…チャック軸受およびロードセルプレート
２６２…真空チャック
２６３…ロードセル
２６４…ウエハロード信号
２６５…線形軸受からなる配列
２６６…環状の経路
２７０…第２の線形軸受セット
２７２…線形軸受
２７４…スリーブ
２７６…スリーブの底部
２７８…相軸受シャフト
２７９…保持環軸受プレート
２８０…保持環の基部
２８１…ネジ
２８２…保持環
２８３…穴
２８４…円筒表面
２８６…保持環の基部の中心軸
２８８…保持環の中心軸
２８９…ネジ
２９０…力アクチュエータすなわちリニアモータ
２９２…ブラダ
２９３…流体
２９４…入口
２９６…環状溝
２９７…多孔層
２９７Ｐ…大きい穴
２９８…キャリア膜
２９９…保持環の上面
２９９Ｄ…圧力検出器
３０１…ウエハの周辺端部
３０３…保持環の内壁
３０４…線形軸受アセンブリ
３０６…メイン軸受ハウジング
３０８…パック軸受およびロードセルプレート
３１０…複合線形軸受構造
３１４…線形軸受
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…脱イオン水および真空
３５０…導管
３５２…脱イオン水
３５４…導管
３６０…スリップリング
３６１…コネクタ
３６２…中空
３６６…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…導管
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…真空チャックの上面
４２６…スラリ
４３０…チューブ
４３２…マニホルドの出口
４３４…入口
４３６…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…入口
４５８…シール
４６０…リップ
４６２…壁
４６４…キャビティ
４６６…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…導管
６６０…スリップリング
６６１…コネクタ
６６６…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…真空
６９６…導管
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…チューブ
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の円盤状の層
９０２Ｂ…第２の円盤状の層
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…メイン軸受ハウジング
９３２…ボア
９３４…マニホルドの隆起部
２１００…第１の制御システム
２１０２…ＰＣ
２１０４…管理Ｏ／Ｓ
２１０６…ＣＭＰ制御Ｏ／Ｓ
２１０８…プロセッサ
２１１０…機械制御プロセッサ
２１１０−２…第２のアーキテクチャの機械制御プロセッサ
２１１２…ＣＭＰレシピアプリケーション
２１１４…レシピ
２１１６…レシピエディタ
２１１８…入力ユニット
２１２０…力制御器
２１２２…構成基準
２１２４…第２の制御システム
２１２６…ウエハの縁
２１４４…バス
２１４６…ハードドライブ
２１５０…パッド運動データ
２１５２…圧力データ
２１５３Ｗ，２１５３Ｃ…力アクチュエータ
２１５４…フィードバック信号
２１５６…エンコーダ
２１５８…運動データ
２１６０…測定センサ
２１６２…信号
２１７０…パッド運動システム
２１７９…アナログ入出力装置
２１８０…接触領域プログラム
２１８２…接触領域データ
２１８４…力プログラム
２１８６…力データ
２３００…第２のアーキテクチャ
２３０２…力制御器
２３０４…リンク
２３１７…初期化ストリング
２３２０…コマンドセット
２３４０…差動増幅器
２３４２…差動信号
２３４４…空気圧弁
２３４６…シリンダ
２３５０…差動増幅器
２３５２…信号
２３５４…電磁式モータ
２３５６…コイル
２３６０…パッド運動システム
２３７０…複動転動形ファイヤフラムシリンダ
２３７２，２３７４…圧力入力ポート
２３７６…転動形ダイヤフラム
２３７８…セクション
２３８０…ピストン
Claims (28)
- データを処理することによって、化学機械研磨操作の１ステップの期間中に、ウエハおよび研磨パッドの接触領域に与えられる圧力を制御するための装置であって、
研磨ステップ期間中に、前記接触領域に与えられる前記圧力を表す圧力データを提供するようにプログラムされた第１のプロセッサと、
オーバラップ接触位置にある前記ウエハと前記研磨パッドとの相対運動を表すデータを処理し、前記オーバラップ位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの前記接触領域の値を表す領域データを提供するようにプログラムされた第２のプロセッサと、
を備え、
前記第２のプロセッサは、さらに、前記領域データおよび前記圧力データを処理して、前記研磨ステップシーケンスの期間中に前記接触領域に与えられる力を表す力データを提供するようにプログラムされている、装置。 - 請求項１記載の装置であって、
前記第２のプロセッサは、前記化学機械研磨操作の期間中に、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記圧力をリアルタイムで制御するのに充分な処理能力を有しており、
前記処理能力の充分性は、前記圧力のばらつきの値と、前記圧力の変動の時間レートと、前記ウエハと前記研磨パッドとを前記オーバラップ位置に配置する前記相対運動の頻度と、前記相対運動の速度と、前記化学機械研磨操作の期間中における非時間関連の動作を記述する処理ポイントと、に従って判断される、装置。 - 請求項１記載の装置であって、
前記第２のプロセッサは、前記オーバラップ接触位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの前記相対運動を表す前記データを処理して、前記オーバラップ位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの前記接触領域の前記値を表す前記領域データと、前記領域データと、前記圧力データと、を提供するためだけにプログラムされている、装置。 - 請求項１記載の装置であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとのそれぞれは、円の半径で規定された前記各接触領域を有するディスクとして構成され、
前記第２のプロセッサの前記プログラミングは、前記ウエハおよび前記研磨パッドのそれぞれの円が有し得るオーバラップ接触領域を、前記ウエハと前記研磨パッドとの相対位置という１つの変数のみによって規定し、
前記第２のプロセッサの前記プログラミングは、さらに、前記接触領域の前記値を表す唯一のデータと、前記圧力と、のみによって、前記力を規定する、装置。 - 請求項１記載の装置であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとを連続的なオーバラップ位置に配置する前記相対運動を表す一連のデータが存在し、さらに、各運動データ項目に対応する圧力データ項目が存在し、
前記第１のプロセッサは、一連の運動データ項目のそれぞれを処理するようにプログラムされており、
前記第１のプロセッサは、相対運動データ項目を１回につき１つ前記第２のプロセッサに入力するようにプログラムされており、前記１つの項目は、前記１つの相対運動項目に対応するすべての圧力データ項目と共に入力され、
前記第２のプロセッサは、前記１つの相対運動データ項目と、前記対応する複数の圧力データ項目と、を同時に処理するようにプログラムされている、装置。 - 化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域のうち第１の接触領域に与えられる第１の圧力を制御するための装置であって、前記圧力は、第１の接触領域に与えられる力の値を指定する力データに従って与えられる、前記装置は、
前記ウエハと前記研磨パッドとを相対運動させてオーバラップ位置を得るように構成された駆動システムと、
データを処理することによって、前記化学機械研磨操作を指定するための中央プロセッサであって、前記データは、前記駆動システムに前記相対運動を生じさせるコマンドを含んでおり、前記データは、さらに、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記第１の接触領域に与えられる前記圧力を表している、前記中央プロセッサと、
前記相対運動の増大を表す出力信号を提供するためのフィードバック回路と、
前記中央プロセッサとは別個の力制御プロセッサであって、前記コントローラは、前記圧力データと前記実際の相対運動を表す前記出力信号との双方に応じて作動し、前記力コントローラは、接触領域プログラムと力プログラムとを連続して処理することによって、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記第１の接触領域に与えられる前記力を表す力データを提供する、前記力制御プロセッサと、
を備える、装置。 - 請求項６記載の装置であって、
前記力制御プロセッサは、前記出力信号に応じて前記接触領域の値を表す領域データを提供する第１の段階と、前記圧力データと前記接触領域データとに応じて前記力データを提供する第２の段階と、の２つの段階を経て前記力データを提供する、装置。 - 請求項６記載の装置であって、さらに、
前記ウエハ用のキャリアを備え、
前記キャリアは、前記ウエハが前記力に応じて傾こうとするのに抵抗する線形軸受アセンブリを含み、
前記線形軸受アセンブリは、さらに、前記接触領域に与えられる前記力を感知できるように前記線形軸受アセンブリ上に搭載されたセンサを含み、
前記センサは、前記力の量の正確な表示を提供する、装置。 - 請求項６記載の装置であって、
前記ウエハを位置決めするための保持環が設けられており、
前記装置は、さらに、前記保持環および前記研磨パッドの第２の接触領域に与えられる第２の圧力を制御し、
前記相対運動は、前記保持環と前記研磨パッドとの相対運動を生じさせ、
前記装置は、さらに、
前記第２の圧力の値を表す第２の圧力データをさらに処理する前記中央プロセッサと、
前記第２の圧力データと、前記ウエハと前記研磨パッドとの前記相対運動を表す前記出力信号と、に応じてさらに作動する前記力制御プロセッサと、
を備え、
前記力制御プロセッサは、さらに、前記接触領域プログラムと前記力プログラムとを連続して処理することによって、前記保持環および前記研磨パッドの前記第２の接触領域に与えられる前記力を表す第２の力データを提供する、装置。 - 請求項６記載の装置であって、
前記パッドを調整するためのパッド調整パックが設けられており、
前記装置は、さらに、前記パッド調整パックおよび前記研磨パッドの第２の接触領域に与えられる第２の圧力を制御し、
前記相対運動は、前記パッド調整パックと前記研磨パッドとの相対運動を生じさせ、
前記装置は、さらに、
前記第２の圧力の値を表す第２の圧力データをさらに処理する前記中央プロセッサと、
前記第２の圧力データと、前記ウエハと前記研磨パッドとの前記相対運動を表す前記出力信号と、に応じてさらに作動する前記力制御プロセッサと、
を備え、
前記力制御プロセッサは、さらに、前記接触領域プログラムと前記力プログラムとを連続して処理することによって、前記パッド調整パックおよび前記研磨パッドの前記第２の接触領域に与えられる前記力を表す第２の力データを提供する、装置。 - 化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドのそれぞれの接触領域に与えられる圧力を一定に維持するための装置であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとを相対運動させて、複数の異なるオーバラップ位置を得るための駆動部と、
前記オーバラップ位置毎に各接触領域が接触して異なる値を有するように、前記ウエハと前記研磨パッドとを互いに向かって推進させる力適用システムであって、前記推進のために異なる力を提供可能である前記力適用システムと、
前記相対運動の第１および第２の増大をそれぞれ表す第１および第２の出力信号を提供するためのフィードバック回路であって、前記第１および第２の増大は、隔たった第１および第２の時間における増大である、前記フィードバック回路と、
前記第１の出力信号に応じて、前記第１の時間における実際の相対運動を表す第１の位置データを計算するようにプログラムされ、さらに、前記第２の出力信号に応じて、前記第２の時間における実際の相対運動を表す第２の位置データを計算するようにプログラムされ、さらに、維持される前記一定の圧力を表す圧力データを計算するようにプログラムされた中央プロセッサと、
前記中央プロセッサとは別個の力制御部であって、前記力制御部は、前記第１の位置データを前記第１の時間における前記第１の接触領域の前記値を表す第１の領域データに変換するようにプログラムされ、さらに、前記第１の領域データおよび前記圧力データを処理することによって、前記第１の時間において前記第１の接触領域に与えられる第１の力を表す第１の力データを出力するようにプログラムされた力制御部と
を備え、
前記力適用システムは、前記第１の力データに応じて、前記ウエハと前記研磨パッドとを前記第１の力で互いに向かって推進させることによって、前記第１の時間に前記第１の接触領域に前記一定の圧力を加え、
前記力制御部は、さらに、前記第２の位置データを前記第２の時間における前記第２の接触領域の前記値を表す第２の領域データに変換するようにプログラムされ、さらに、前記第２の領域データおよび前記圧力データを処理することによって、前記第２の時間において前記第２の接触領域に与えられる第２の力を表す第２の力データを出力するようにプログラムされており、
前記力適用システムは、前記第２の力データに応じて、前記ウエハと前記研磨パッドとを前記第２の力で互いに向かって推進させることによって、前記第１の時間に前記第２の接触領域に前記一定の圧力を加える、装置。 - 化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域に与えられる圧力を制御する方法であって、
研磨ステップの期間中に、前記接触領域に与えられる前記圧力を表す圧力データを入力する第１のプロセッサを準備する工程と、
前記第１のプロセッサ以外に、３つのタイプのデータのみを処理する専用のプロセッサを準備する工程であって、第１のタイプは、オーバラップ接触位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの相対運動を表すデータであり、前記圧力データは、第２のタイプのデータである、前記工程と、
前記専用のプロセッサを使用することによって、前記オーバラップ位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの前記接触領域の値を表す領域データを計算する工程であって、前記領域データは、第３のタイプのデータである、前記工程と、
前記専用のプロセッサを使用することによって、前記領域データおよび前記圧力データを処理し、この結果、前記研磨ステップシーケンスの期間中に前記接触領域に与えられる前記力を表す力データを計算する工程と、
を備える、方法。 - データを処理することによって、化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域に与えられる圧力を制御するプロセッサの利用可能な処理容量の値を決定する方法であって、
前記化学機械研磨操作の期間中に、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記圧力を制御するのに充分な速度で、前記ステップをリアルタイムで処理するために必要な前記利用可能な処理容量に従って、前記化学機械研磨操作のステップを特徴付ける工程であって、前記特徴付けは、前記ステップの前記圧力のばらつきの値と、前記圧力の変動の時間レートと、前記ウエハと前記研磨パッドとを前記オーバラップ位置に配置する前記相対運動の頻度と、前記相対運動の速度と、のうちの少なくとも１つの特徴に関する、前記工程と、
前記少なくとも１つの特徴のそれぞれに対して、前記化学機械研磨操作の前記ステップにおいて前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記圧力を制御するために必要な前記ステップデータをリアルタイムで処理するために必要な前記利用可能な処理容量の値を決定する工程と、
を備える、方法。 - 請求項１３記載の方法であって、
前記処理は、研磨ステップの期間中に前記接触領域に与えられる前記圧力を表す圧力データの入力を含んでおり、
値を決定する前記工程は、３つのタイプのデータのみを処理する専用のプロセッサを用いて実行され、第１のタイプのデータは、オーバラップ接触位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの相対運動を表すデータであり、前記圧力データは、第２のタイプのデータであり、第３のタイプのデータは、前記オーバラップ位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの前記接触領域の値を表す領域データであり、
値を決定する前記工程は、さらに、前記専用のプロセッサを使用して、前記領域データを計算し、前記領域データおよび前記圧力データを処理することによって、前記研磨ステップシーケンスの期間中に前記接触領域に与えられる前記力を表す力データを計算する、方法。 - データを処理することによって、化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域に与えられる圧力を制御するための装置であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとをオーバラップ位置に配置する相対運動を表すデータを処理して、前記オーバラップ位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの接触領域の値を表す領域データを提供するようにプログラムされたプロセッサを備え、
前記プロセッサは、さらに、前記領域データと、制御される前記圧力を表すデータと、を処理して、前記相対運動の期間中に前記接触領域に与えられる前記力を表す力データを提供するようにプログラムされている、装置。 - 請求項１５記載の装置であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとを連続的なオーバラップ位置に配置する前記相対運動を表す一連のデータが存在しており、
前記ウエハと前記研磨パッドとの１つの相対運動を表す連続的なデータ項目毎に、前記プロセッサは、前記データ項目を処理し、前記オーバラップ位置における前記接触領域の値を表す個々の領域データを連続的に提供し、前記プロセッサは、さらに、連続的な個々の領域データのそれぞれと、対応する現行の連続時間において制御される前記圧力を表す当時の各データ項目と、を処理して、前記相対運動の期間中に前記接触領域に連続的に与えられる前記力を表す力データを連続的に提供する、装置。 - 請求項１６記載の装置であって、
一連のデータが、前記ウエハと前記研磨パッドとを連続したオーバラップ位置に配置する前記相対運動を表す期間中、前記圧力データは、変わらない圧力を表しており、
前記ウエハと前記研磨パッドとの１つの相対運動を表す連続的なデータ項目毎に、前記プロセッサは、前記データ項目を処理し、前記オーバラップ位置における前記接触領域の値を表す個々の領域データを連続的に提供し、前記プロセッサは、さらに、連続的な個々の領域データのそれぞれと、前記圧力データと、を処理することによって、前記相対運動の期間中に前記接触領域に連続的に与えられる前記力を表す前記力データを連続的に提供する、装置。 - 請求項１５記載の装置であって、
種々の圧力を表す一連のデータが存在しており、
連続的な圧力データ項目毎に、前記プロセッサは、前記現行の圧力データ項目と、前記オーバラップ位置における前記接触領域の前記現行の値を表す前記データと、を処理することによって、前記接触領域に連続的に与えられる前記力を表す前記力データを連続的に提供する、装置。 - 請求項１５記載の装置であって、
前記プロセッサは、処理容量の限界を有しており、前記化学機械研磨操作の期間中に前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記圧力を制御するのに充分な速度で、前記プロセッサがリアルタイムで処理を実行できるか否かを示す基準となるデータが提供され、
前記基準は、前記圧力のばらつきの値と、前記圧力の変動の時間レートと、前記ウエハと前記研磨パッドとをオーバラップ位置に配置する前記相対運動の頻度と、前記相対運動の速度と、を含む、装置。 - 化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域のうち第１の接触領域に与えられる第１の圧力を制御するための装置であって、前記圧力は、前記第１の接触領域に与えられる力の値を指定する力データに従って与えられる、前記装置は、
前記ウエハと前記研磨パッドとを相対運動させてオーバラップ位置を得るように構成された駆動システムと、
データを処理することによって前記化学機械研磨操作を指定するための中央プロセッサであって、前記データは、前記駆動システムに前記相対運動を生じさせるコマンドを含んでおり、前記データは、さらに、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記第１の接触領域に与えられる前記圧力を表している、前記中央プロセッサと、
前記相対運動の増大を表す出力信号を提供するためのフィードバック回路と、を備え、
前記中央プロセッサは、前記圧力データと前記実際の相対運動を表す前記出力信号との双方に応じて作動し、前記中央プロセッサは、接触領域プログラムと力プログラムとを連続して処理することによって、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記力を表す前記力データを提供する、装置。 - 請求項２０記載の装置であって、
前記中央プロセッサは、前記出力信号に応じて前記接触領域の値を表す領域データを提供する第１の段階と、前記圧力データと前記接触領域データとに応じて前記力データを提供する第２の段階と、の２つの段階を経て前記力データを提供する、装置。 - 請求項２０記載の装置であって、さらに、
前記ウエハ用のキャリアを備え、
前記キャリアは、前記ウエハが前記力に応じて傾こうとするのに抵抗する線形軸受アセンブリを含み、
前記線形軸受アセンブリは、さらに、前記接触領域に与えられる前記力を感知できるように前記線形軸受アセンブリ上に搭載されたセンサを含み、
前記センサは、前記力の量の正確な表示を提供する、装置。 - 化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドのそれぞれの接触領域に与えられる圧力を一定に維持するための装置であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとを相対運動させて、複数の異なるオーバラップ位置を得るための駆動部と、
前記オーバラップ位置毎に各接触領域が接触して異なる値を有するように、前記ウエハと前記研磨パッドとを互いに向かって推進させる力適用システムであって、前記推進のために異なる力を提供可能である前記力適用システムと、
前記相対運動の第１および第２の増大をそれぞれ表す第１および第２の出力信号を提供するためのフィードバック回路であって、前記第１および第２の増大は、隔たった第１および第２の時間における増大である、前記フィードバック回路と、
前記第１の出力信号に応じて、前記第１の時間における実際の相対運動を表す第１の位置データを計算するようにプログラムされた中央プロセッサと、
を備え、
前記中央プロセッサは、さらに、前記第２の出力信号に応じて、前記第２の時間における実際の相対運動を表す第２の位置データを計算するようにプログラムされており、
前記中央プロセッサは、さらに、維持される前記一定の圧力を表す圧力データを計算するようにプログラムされており、
前記中央プロセッサは、さらに、前記第１の位置データを前記第１の時間における前記第１の接触領域の前記値を表す第１の領域データに変換するようにプログラムされており、
前記中央プロセッサは、さらに、前記第１の領域データおよび前記圧力データを処理することによって、前記第１の時間において前記第１の接触領域に与えられる第１の力を表す第１の力データを出力するようにプログラムされており、
前記力適用システムは、前記第１の力データに応じて、前記ウエハと前記研磨パッドとを前記第１の力で互いに向かって推進させることによって、前記第１の時間に前記第１の接触領域に前記一定の圧力を加え、
前記中央プロセッサは、さらに、前記第２の位置データを前記第２の時間における前記第２の接触領域の前記値を表す第２の領域データに変換するようにプログラムされており、
前記中央プロセッサは、さらに、前記第２の領域データおよび前記圧力データを処理することによって、前記第２の時間において前記第２の接触領域に与えられる第２の力を表す第２の力データを出力するようにプログラムされており、
前記力適用システムは、前記第２の力データに応じて、前記ウエハと前記研磨パッドとを前記第２の力で互いに向かって推進させることによって、前記第１の時間に前記第２の接触領域に前記一定の圧力を加える、装置。 - 化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域に与えられる圧力を制御するための方法であって、
前記ウエハと前記研磨パッドとをオーバラップ位置に配置する相対運動を表すデータを処理して、前記オーバラップ位置における前記ウエハと前記研磨パッドとの接触領域の値を表す領域データを出力する工程と、
前記領域データと制御される前記圧力を表すデータとを処理して、前記相対運動の期間中に前記接触領域に与えられる前記力を表す力データを提供する工程と、
を備える、方法。 - 請求項２４記載の方法であって、さらに、
前記ウエハと前記研磨パッドとを連続的なオーバラップ位置に配置する前記相対運動を表す一連のデータを提供する工程と、
前記ウエハと前記研磨パッドとの１つの相対運動を表す連続的なデータ項目毎に、１つの相対位置に対応する前記オーバラップ位置における前記接触領域の値を表す個々の領域データ項目を提供する工程と、
前記ウエハと前記研磨パッドとの１つの相対運動を表す連続的なデータ項目毎に、前記１つの相対運動に対応する前記オーバラップ位置における各接触領域に与えられる前記圧力の値を表す個々の領域データ項目を提供する工程と、
前記個々の領域データのそれぞれと、対応する圧力データ項目と、を処理することによって、前記相対運動の期間中に前記接触領域に与えられる前記力を表す前記力データを提供する工程と、
を備える、方法。 - 請求項２５記載の方法であって、
一連のデータが、前記ウエハと前記研磨パッドとを連続したオーバラップ位置に配置する前記相対運動を表す期間中、前記圧力データは、変わらない圧力を表しており、
前記ウエハと前記研磨パッドとの１つの相対運動を表す連続的なデータ項目毎に、前記データ項目を処理して、前記オーバラップ位置における前記接触領域の値を表す個々の領域データを連続的に提供する工程と、
連続的な個々の領域データのそれぞれと、前記圧力データと、を処理することによって、前記相対運動の期間中に前記接触領域に連続的に与えられる前記力を表す前記力データを連続的に提供する工程と、
を備える、方法。 - 請求項２４記載の方法であって、
種々の圧力を表す一連のデータが存在しており、
前記方法は、さらに、
連続的な圧力データ項目毎に、前記現行の圧力データ項目と、前記オーバラップ位置における前記接触領域の前記現行の値を表す前記データと、を処理することによって、前記接触領域に連続的に与えられる前記力を表す前記力データを連続的に提供する工程を備える、方法。 - データを処理することによって化学機械研磨操作においてウエハおよび研磨パッドの接触領域に与えられる圧力を制御するために、第１のプロセッサおよび第２のプロセッサのいずれを使用するかを決定する方法であって、
前記化学機械操作の期間中に前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記圧力を制御するのに充分な速度でリアルタイムで処理を行うことができるのが前記第１のプロセッサおよび前記第２のプロセッサのいずれであるかを示す少なくとも１つの利用可能な処理容量の限界を提供する工程であって、前記少なくとも１つの処理容量の限界は、前記圧力のばらつきの値と、前記圧力の変動の時間レートと、前記ウエハと前記研磨パッドとをオーバラップ位置に配置する前記相対運動の頻度と、前記相対運動の速度と、のうちの少なくとも１つの特徴に基づいている、前記工程と、
前記リアルタイムでデータの処理を行うのに充分な利用可能な処理能力を有し、最大の利用可能な処理容量を必要とする前記化学機械研磨操作において、前記ウエハおよび前記研磨パッドの前記接触領域に与えられる前記圧力を制御することができるものとして、前記第２のプロセッサを選択する工程と、
を備える、方法。
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