JP2011505050A - 多区域圧力制御システム - Google Patents

Abstract

複数の区域内の流体の圧力を制御する圧力制御システムは、分配マニホルドと、分配マニホルドに接続された少なくとも１つの主マニホルドと、分配マニホルド及び主マニホルドに接続された少なくとも１つの使い捨てマニホルドとを有する。使い捨てマニホルドは分配マニホルド及び主マニホルドとは独立に交換できるようになっており、各区域及び少なくとも１つの真空源に接続される。分配マニホルドは、各区域内に位置する測定室に対して流体の出入り流れを生じさせるように、複数の区域に流体を分配する。主マニホルドは、各区域に対して、その区域の測定室内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、その区域を通る流体の流れを規制するように形状づけられた制御弁とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は多区域圧力制御システムに関する。

多数の応用において、流体圧力は、圧力センサ及び流体流れアクチュエータに関して遠隔的に位置する、結合された又は結合されていない容積内で規制しなければならない。これに限定されないが、このような応用は、ＣＭＰ（化学機械的な研磨）工具のような半導体処理システムを含むことができる。このような応用のための圧力制御システム（ＰＣＳ）の信頼性及び有用性の改善は最優先事項である。

米国特許出願番号第２００４／０２５０８５９号明細書

複数の区域内の流体の圧力を制御する圧力制御システムは分配マニホルドと、分配マニホルドに接続された少なくとも１つの主マニホルドと、分配マニホルド及び主マニホルドに接続された使い捨てマニホルドとを有する。使い捨てマニホルドは分配マニホルド及び主マニホルドとは独立に交換できるようになっており、各区域及び少なくとも１つの真空源に接続される。分配マニホルドは、各区域内に位置する測定室に対して流体の流れを出入りさせるように、流体の加圧源から複数の区域へ流体を分配するように形状づけられる。各区域に対して、主マニホルドはその区域内の測定室内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、区域を通る流体の流れを規制するように形状づけられた制御弁とを有する。

図１は、多区域圧力制御システムの内部の空気回路の概略の大要を含む、本開示の１つの実施の形態に係る多区域圧力制御システムのブロック線図である。 図２は図１に示す多区域圧力制御システムのための使い捨てマニホルドを示す。 図３は図１に示す多区域圧力制御システムのための主マニホルドを示す。 図４は図１に示す多区域圧力制御システムのための分配マニホルドを示す。 図５は本開示の１つの実施の形態に係る多区域圧力制御システムの全体の斜視図を示す。

圧力が複数の区域内で制御されるようなシステム及び方法を説明する。このようなシステム及び方法は、複数の区域内の圧力を制御するために、分配マニホルド、少なくとも１つのマニホルド、及び独立に交換できる少なくとも１つの使い捨てマニホルドを提供する。スラリー汚染のような故障が１つの区域内で生じた場合、以下に説明するシステム及び方法は、他の区域を交換する必要なしに、故障した区域のみの交換を許容する。また、このような交換は工具上で直接遂行することができ、交換時間の一層短縮をもたらす。以下に説明するシステム及び方法は多区域圧力制御システムのための一層頑丈なデザインを提供する。

図１は、本開示の１つの実施の形態に係る多区域圧力制御システム１００のブロック線図であり、圧力制御システム１００内の空気回路の概略的な大要を含む。圧力制御システム１００は複数の区域１６０、１７０、１８０、１９０内の圧力を制御するように形状づけられる。これらの区域は独立に制御できる圧力制御区域である。

図１に示すように、圧力制御システム１００は３つの区分として設計されたマニホルド組立体を有し：これらの区分は、分配マニホルド１１０、複数の主マニホルド１２０−ａないし１２０−ｄを有する主マニホルド組立体１２０、及び、複数の使い捨てマニホルド１３０−ａないし１３０−ｄを有する使い捨てマニホルド組立体１３０である。これまた図１に示し、後にさらに説明するように、複数の区域の各区域に対して、圧力制御システム１００は制御弁１２４と、圧力センサ１２２と、第１の弁１３４と、第２の弁１２６と、第３の弁１３６とを提供する。圧力センサ１２２はキャパシタンス基礎の圧力トランスデューサ又は他の形式の圧力トランスデューサとすることができる。
ここでは圧力及び真空分配マニホルド又は流体分配マニホルドとしても参照する分配マニホルド１１０は、現場で交換可能ないかなる部品をも含まない。本明細書においては、「分配マニホルド」、「流体分配マニホルド」及び「圧力及び真空分配マニホルド」という用語は、同じ意味を有し、互換的に使用される。図示の実施の形態においては、分配マニホルド１１０は規制された圧力ライン１１２及び真空ライン１１４から供給を受ける。
少なくとも１つの主マニホルドは分配マニホルド１２０に結合される。図１に示す実施の形態においては、主マニホルド組立体１２０を構成する数個の主マニホルド（１２０−ａないし１２０−ｄ）は分配マニホルド１１０に結合される。特に、１つの主マニホルドが各区域のために設けられる。主マニホルド組立体１２０の各マニホルド（１２０−ａないし１２０−ｄ）は圧力センサ１２２及び制御弁１２４並びに第２の弁１２６を保持する。したがって、圧力制御システム１００内の室の数は区域の数に等しい。

各区域に対して、使い捨てマニホルドも設けられ、各使い捨てマニホルドは真空源に接続する真空ポート１３５と、導管を介してそれぞれの区域（１６０、１７０、１８０、１９０の１つ）に接続する区域ポート１３８とを含む。使い捨てマニホルド組立体１３０の各マニホルド（１２０−ａないし１２０−ｄ）は、スラリー汚染のような故障の場合に、現場で取り外すことができ、独立に交換できるように設計される。
図示の実施の形態では、１つの主マニホルドが複数の区域の各１つに対して設けられ、同様に、１つの使い捨てマニホルドが複数の区域の各１つに対して設けられるが、本開示の他の実施の形態は、異なる区域に対して、主マニホルド及び／又は使い捨てマニホルドの異なる組み合わせを含むことができる。一般に、各区域に対して、少なくとも１つの主マニホルド及び少なくとも１つの使い捨てマニホルドを設けることができる。

１つの実施の形態においては、圧力制御システム１００はＣＭＰ（化学機械的な研磨）応用における圧力制御のために使用することができ、複数の区域はＣＭＰキャリヤヘッドシステムの内部室内で見られる弾性袋とすることができる。ＣＭＰは半導体基板表面の平面化のための普通に使用される方法である。一連のケイ素層が順番に蒸着されてエッチングされるとき、基板の外側又は最上方の表面即ち基板の露出表面はだんだん非平面になることがあり、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィー工程において問題を回避するために周期的に平面化する必要がある。それゆえ、基板表面を周期的に平面化する必要が生じることがあり、ＣＭＰは平面化の幅広く使用される方法の１つである。

ＣＭＰ平面化方法は典型的には、基板をキャリヤ又は研磨ヘッド上に装着させることを必要とすることがある。基板の露出した表面は回転研磨パッドに接するように配置することができる。キャリヤヘッドは研磨パッドに対して基板を押し付けるために基板上に制御可能な負荷即ち圧力を提供することができる。少なくとも１つの化学反応剤、ある場合は研磨粒子を含む研磨スラリーは、研磨パッドの表面に供給することができる。

図示のＣＭＰキャリヤヘッドシステムは、たとえば、その全体を参照としてここに組み込む、公開された米国特許出願番号第２００４／０２５０８５９号明細書に示されている。例示的なＣＭＰキャリヤヘッドシステムはその回転軸線のまわりで回転することができ、回転モータに接続されたキャリヤヘッドを有することができる。キャリヤヘッドは多数の内部室を有することができ、これらの室は、少なくとも部分的に、弾性袋により形成され、弾性袋は、室が加圧されたときに膨張し、室内に真空が生じたときに収縮する。たとえば、キャリヤヘッド内の室の加圧は回転研磨パッドに対して基板を押し付けるために使用することができ、一方、室内での真空の発生は、研磨パッドへの及び研磨パッドからの基板の移送中にキャリヤヘッドに対して基板を保持するための吸引力を提供するために使用することができる。

圧力制御システム１００は回転カップリングを介してＣＭＰキャリヤヘッドに結合することができ、キャリヤヘッドの複数の袋内の（窒素のような）流体の圧力を制御することができる。

図２は図１に示す多区域圧力制御システム１００のための使い捨てマニホルド２００を示す。上述したように、使い捨てマニホルド２００は典型的には、図１に関連して上述したような複数の区域に対応する複数の使い捨てマニホルドを含む使い捨てマニホルド組立体内の複数の使い捨てマニホルドの１つである。図２に示すように、使い捨てマニホルド２００は、例えばＣＭＰキャリヤヘッド内の袋の１つであるそれぞれの区域に接続する区域ポート２２０と；真空源（例えば真空ポンプ）に接続する真空ポート２１０と；第１及び第３の弁２３０、２４０とを有する。

第３の弁２４０は、使い捨てマニホルドを接続した区域を通って流れる流体の圧力を減少させたい場合に、開くことができる。第１の弁２３０は、使い捨てマニホルドを接続した区域を通って流れる流体の圧力の減少率を低下させたい場合に、開くことができる。

ＣＭＰ工具においては、典型的には、圧力制御システムと袋内に収容された湿潤混合物（スラリー）との間にバリヤが存在する。袋は予防メンテナンスの欠如のために破裂することがあり、スラリーを真空ライン内に進入させることがあり、スラリーに対して弁を曝すことになる。経時的には、スラリーは弁を故障させることがある。スラリー汚染の場合、使い捨てマニホルドは汚染を受ける唯一の副組立体となる。使い捨てマニホルド２００は、現場で取り外すことができ、ＣＭＰキャリヤヘッド内のスラリー汚染のような故障の場合に交換することができる。使い捨てマニホルド２００は、ＰＣＳ（圧力制御システム）１００がＣＭＰ工具上にある間に、取り外すことができる。

図３は図１に示す多区域圧力制御システム１００のための主マニホルド３００を示す。主マニホルド３００は圧力センサ３２０と、対応する区域全体を通して流体（システム１００はこの流体の圧力を制御するように設計される）の流れを制御する制御弁３３０と、第２の弁３１０とを有する。ある実施の形態においては、主マニホルド３００及び使い捨てマニホルド２００もまた交換できる。

図４は図１に示す多区域圧力制御システム１００のための流体分配マニホルド４００を示す。流体分配マニホルド４００（又は圧力及び真空分配マニホルド４００）は現場で交換可能ないかなる部品をも含まない。流体分配マニホルド４００は流体の加圧源に接続する圧力入口ポート４２０と、真空排気部に接続する真空出口ポート４１０とを有する。流体分配マニホルド４００は、各区域内に位置する測定室に対する流体の出入り流れを生じさせるように、流体の加圧源から（１６０、１７０、１８０、１９０として図１に示す）複数の区域へ流体を分配するように形状づけられる。すべての他のマニホルド即ち主マニホルド３００及び使い捨てマニホルド２００は、流体分配マニホルド４００に取り付けられ、流体分配マニホルド４００を介して一緒に保持される。

図５は本開示の実施の形態に係る多区域圧力制御システム５００の全体の斜視図を示す。図示の形状においては、すべての複数の区域は単一の源により供給を受け、単一の真空排気部へ廃棄を行う。

要約すると、複数の独立の圧力制御区域内での圧力の制御を許容するシステム及び方法を説明した。異なる区域は、それぞれの区域内の圧力を制御できる異なる圧力制御範囲を有することができる。

上述したデザインは遠隔的な区域内の圧力を制御する従来の方法に対して大幅な改善を導入する。圧力制御システム（ＰＣＳ）のためのモジュラーデザインの使用は、工具上でのＰＣＳの点検を許容し、これは、工具の休止時間及び点検部品のコストを減少させる。従来の技術を使用した場合、１つの区域がスラリーに曝された後には、すべての区域を交換しなければならなかった。本開示で説明したシステム及び方法を使用した場合は、故障した区域のみを交換するだけでよく、このような交換は工具上で行うことができ、全体の交換時間を短縮できる。上述のデザインはまたＰＣＳの頑丈さを補助する。本開示で説明したシステム及び方法は、たとえば、ＣＭＰ応用のためのキャリッジヘッド内の圧力を規制するために、顧客により使用することができる。上述のＰＣＳは、これらに限定されないが、半導体処理システムを含む、多くの他の応用に使用することができる。

複数の区域内の圧力を制御するためのシステム及び方法のある実施の形態を説明したが、このような実施の形態において暗示された概念は他の実施の形態において同様に使用することができることを理解すべきである。この出願の保護は特許請求の範囲のみに限定される。

特許請求の範囲において、単数での素子は、特記しない限り「１つ及び１つのみ」を意味する意図のものではなく、むしろ、「１又はそれ以上」である。当業者にとって既知の又は後に既知となるような、この開示の全体を通して説明した種々の実施の形態の素子に対する構造上及び機能上の等価物は、参照として表現的にここに組み込み、特許請求の範囲に包含されることを意図するものである。さらに、ここで開示しなかったものは、このような開示が特許請求の範囲内で明白に列挙されていると否とに拘らず、公共に献上することを意図する。素子が「のための手段」のフレーズを使用して表現的に詳述されないか、または、特許請求の範囲における方法の場合は、素子が「のための工程」のフレーズを使用して詳述されない限り、特許請求の範囲にない素子は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．の１１２章、第６節の規定の下に解釈すべきである。

１００ 多区域圧力制御システム
１１０ 分配マニホルド
１２０ 主マニホルド組立体
１２０−ａないし１２０−ｄ 主マニホルド
１２２ 圧力センサ
１２４ 制御弁
１２６、１３４、１３６ 弁
１３０ 使い捨てマニホルド組立体
１３０−ａないし１３０−ｄ 使い捨てマニホルド
１６０、１７０、１８０、１９０ 区域
２００ 使い捨てマニホルド
２１０ 真空ポート
２２０ 区域ポート
３００ 主マニホルド
３１０ 弁
３２０ 圧力センサ
３３０ 制御弁
４００ 分配マニホルド
４１０ 真空出口ポート
４２０ 圧力入口ポート

Claims (16)

1. 複数の区域内の流体の圧力を制御するための圧力制御システムにおいて、
   各区域内に位置する測定室に対して流体の出入り流れを生じさせるように、流体の加圧源から複数の区域へ流体を分配するように形状づけられた分配マニホルド；
   上記分配マニホルドに接続され、上記各区域に対してその区域内の測定室内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、その区域を通る流体の流れを規制するように形状づけられた制御弁とを含む、少なくとも１つの主マニホルド；及び
   上記分配マニホルド及び上記主マニホルドに接続され、当該分配マニホルド及び当該主マニホルドとは独立に交換できるようになっており、上記各区域及び少なくとも１つの真空源に接続された、少なくとも１つの使い捨てマニホルド；
   を有することを特徴とする圧力制御システム。
2. 上記使い捨てマニホルドが、
   上記各区域に対して、上記使い捨てマニホルドをその区域に接続するように形状づけられた区域ポートと；
   上記使い捨てマニホルドを上記真空源に接続するように形状づけられた１又はそれ以上の真空ポートと；
   を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
3. 上記使い捨てマニホルドがさらに、
   上記各区域に対して、上記真空源に接続され、その区域を通って流れる流体の圧力を減少させるように形状づけられた弁と；
   上記各区域に対して、その区域を通って流れる流体の圧力の減少率を低下させるように形状づけられた弁と；
   を有することを特徴とする請求項２に記載の圧力制御システム。
4. 上記主マニホルドが上記分配マニホルド及び上記使い捨てマニホルドとは独立に交換できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
5. 上記分配マニホルドが、
   圧力ラインを介して流体の加圧源に連通する圧力入口ポートと；
   真空ラインを介して上記分配マニホルドを真空出口に接続する真空出口ポートと；
   を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
6. 流体がガスであり、上記測定室がＣＭＰキャリヤヘッド内の袋を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
7. ガスが窒素であることを特徴とする請求項６に記載の圧力制御システム。
8. 上記複数の区域のうちの少なくとも１つが上記圧力センサから及び上記制御弁から遠隔的に位置することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
9. 上記区域の少なくともいくつかが互いに結合されることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
10. 少なくとも１つの上記主マニホルドが複数の主マニホルドを含む主マニホルド組立体を有し；上記主マニホルドの各１つが上記複数の区域のそれぞれ１つに接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
11. 上記少なくとも１つの使い捨てマニホルドが使い捨てマニホルド組立体を有し、上記使い捨てマニホルド組立体が複数の使い捨てマニホルドを含み、上記使い捨てマニホルドの各１つが上記複数の区域のそれぞれ１つに接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
12. 上記区域の少なくともいくつかが互いに異なる圧力制御範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
13. 複数の区域内の流体の圧力を制御するように形状づけられた多区域圧力制御システムのための使い捨てマニホルドにおいて、
    上記使い捨てマニホルドを真空源に接続するように形状づけられた１又はそれ以上の真空ポートと；
    上記各区域に対して：
    上記使い捨てマニホルドをその区域に接続するように形状づけられた区域ポートと；
    上記真空源に接続され、その区域を通って流れる流体の圧力を減少させるように形状づけられた弁と；
    その区域を通って流れる流体の圧力の減少率を低下させるように形状づけられた弁と；
    を有し、
    上記使い捨てマニホルドが、流体の加圧源から流体を受け取るように及び上記複数の区域を通して流体を流れさせるように形状づけられた分配マニホルドに接続され、かつ、上記各区域に対して、その区域内の測定室内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、その区域を通る流体の流れを規制するように形状づけられた制御弁とを含む主マニホルドに接続され；
    上記使い捨てマニホルドが上記分配マニホルド及び上記主マニホルドとは独立に交換できるようになっている；
    ことを特徴とする使い捨てマニホルド。
14. 複数の区域内の流体の圧力を制御するように形状づけられた多区域圧力制御システムのための主マニホルドにおいて、
    各区域に対して：その区域内の測定室内の流体の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、その区域を通る流体の流れを規制するように形状づけられた制御弁とを有し；
    上記主マニホルドが、流体の加圧源から流体を受け取るように及び上記複数の区域を通して流体を流れさせるように形状づけられた分配マニホルドに接続され、かつ、当該分配マニホルド及び当該主マニホルドとは独立に交換できるようになった使い捨てマニホルドに接続され、上記複数の区域及び上記圧力制御システムの真空源に連通する；
    ことを特徴とする主マニホルド。
15. 上記主マニホルドが上記分配マニホルド及び上記使い捨てマニホルドとは独立に交換できるようになっていることを特徴とする請求項１４に記載の主マニホルド。
16. ＣＭＰ（化学機械的な研磨）キャリヤヘッドにおいて、
    複数の袋を含むキャリヤヘッド；
    上記袋内の流体の圧力を制御するように形状づけられ、分配マニホルドと、上記分配マニホルドに結合された少なくとも１つの主マニホルドと、当該分配マニホルドとは独立に交換できるようになった少なくとも１つの使い捨てマニホルドとを含む圧力制御システムであって；該分配マニホルドが加圧源から上記袋へ流体を分配するように形状づけられ；上記主マニホルドが、当該各袋に対して、その袋内の圧力を測定するように形状づけられた圧力センサと、その袋を通る流体の流れを規制するように形状づけられた制御弁とを含み；上記使い捨てマニホルドが少なくとも１つの真空源及び各袋に接続される；ような圧力制御システム；及び
    上記キャリヤヘッドと上記圧力制御システムとの間の回転カップリング；
    を有することを特徴とするＣＭＰキャリヤヘッド。

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