JP2015506594A - ロードカップ内の基板を感知するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

ロードカップ内の基板の存在を検出するための方法、装置、およびシステムが提供される。本発明は、ロードカップアセンブリの接触表面より下に配置された検出パッドを有する近接センサと、レバー部材上に配置され、基板がレバー部材に置かれた場合、検出パッドの方に移動するように構成され、基板がレバー部材から取り外された場合、検出パッドから遠ざかるように構成されたターゲットとを含む。多数の追加の態様が開示される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１月２７日に出願された「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＩＮ Ａ ＬＯＡＤ ＣＵＰ」（代理人整理番号１６９３６／ＣＭＰ／ＣＭＰ／ＢＯＨＮ Ｃ）という名称の米国特許出願第１３／３６０，３４２号の優先権および利益を主張する。

本発明は、一般に、電子デバイス生産に関し、より詳細には、ロードカップ内の基板を感知するための方法および装置に関する。

ロードカップは、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの研磨ヘッドが基板を適切に取り上げることができるように、基板が適切に位置合わせされ位置づけられるのを確実にするために使用される。ロードカップを含むそのようなＣＭＰシステムの一例は、２００６年５月１６日にＹｉｌｍａｚ等に発行された米国特許第７，０４４，８３２号に詳細に記載されている。センサは、一般に、基板がロードカップの内部にあるかどうかを決定するために使用される。しかし、いくつかの要因のために、一般に使用される比較的低コストのセンサは早期に故障することがある。したがって、必要とされるものは、ＣＭＰシステムを生産するコストを著しく増加させない、ロードカップ内の基板の存在を信頼性高く感知するための改善された方法および装置である。

ロードカップ内の基板の存在を検出するための本発明の方法および装置が提供される。いくつかの実施形態では、この装置は、ロードカップアセンブリの接触表面より下に配置された検出パッドを有する近接センサと、レバー部材上に配置され、基板がレバー部材上に置かれた場合、検出パッドの方に移動するように構成され、基板がレバー部材から取り外された場合、検出パッドから遠ざかるように構成されたターゲットとを含む。

いくつかの他の実施形態では、ロードカップシステムが提供される。ロードカップシステムは、ロードカップシステムの接触表面より下に配置された検出パッドをそれぞれ有する複数の近接センサと、複数のターゲットであり、複数の近接センサの異なるものに関連する異なるレバー部材上にそれぞれ配置され、各ターゲットは、基板がレバー部材上に置かれた場合、関連する近接センサの検出パッドの方に移動するように構成される、複数のターゲットとを含む。ターゲットは、基板がレバー部材から取り外された場合、ターゲットの関連する検出パッドから遠ざかるようにさらに構成される。

さらなる他の実施形態において、ロードカップ内の基板の存在を感知する方法が提供される。この方法は、ロードカップアセンブリの接触表面より下に近接センサの検出パッドを配置することと、基板がレバー部材に置かれた場合、レバー部材上に配置されたターゲットを検出パッドの方に移動させることと、基板がレバー部材から取り外された場合、ターゲットを検出パッドから遠ざけることとを含む。

多数の他の態様が提供される。本発明の他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付図面からより完全に明らかになるであろう。

本発明の実施形態による基板を研磨するための例示の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの側面図を示す図である。 本発明の実施形態によるＣＭＰシステムの例示の基板ロードカップアセンブリの上面図を示す概略図である。 本発明の実施形態によるＣＭＰシステムの例示の基板ロードカップアセンブリを示す側面図の部分断面図である。 本発明の実施形態による例示の基板ロードカップアセンブリの一部分を示す拡大斜視図である。 本発明の実施形態によるロードカップアセンブリ内の例示の基板センサの上面図を示す拡大概略図である。 本発明の実施形態によるロードカップアセンブリのための例示の基板センサを示す拡大斜視図である。 本発明の実施形態によるロードカップアセンブリのための例示の基板センサの側面図である。 本発明の実施形態によるロードカップアセンブリのための例示の基板センサの裏側平面図（ｂａｃｋ ｐｌａｎ ｖｉｅｗ）である。 本発明の実施形態による、基板がロードカップアセンブリより上にある状態でのロードカップアセンブリのための例示の基板センサの側面図である。 本発明の実施形態による、基板がロードカップアセンブリ内にある状態でのロードカップアセンブリのための例示の基板センサの側面図である。 本発明の実施形態によるロードカップアセンブリ内の基板の存在を検出する例示の方法を示す流れ図である。

本発明の実施形態は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムのロードカップ内の基板の改善された感知のための方法および装置を提供する。本発明の発明者等は、既存のロードカップ設計でのセンサの実際の寿命が予想されるライフサイクルよりも著しく短いと結論を下した。センサのこの早期の故障は、しばしば、基板存在センサとして一般に使用されている電気スイッチへの流体侵入に起因する。これは、スイッチの筐体が３０分間の最大１ｍまでの深さの浸漬に対する耐性を規定するＩＰ６７の侵入保護（ｉｎｇｒｅｓｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）（ＩＰ）等級を有する場合さえ数カ月以内の使用で生じる。より高いＩＰ等級を使用することができるが、そのような解決策は費用効果が高くないことがあり、耐食性、ガスケット経年変化、構造許容範囲などのような他の潜在的な要因に対処せずにコストのみを付け加えることがある。それ故に、本発明は、従来のロードカップで使用されているマイクロスイッチを、非接触センサである近接センサと取り替え、そのようなセンサは、センサエレクトロニクスへの水浸透の可能性を除去する。

図１を参照すると、基板を研磨するための例示の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム１００の側面図が示される。システム１００は、研磨されるべき基板を受け取るための、および研磨ヘッド１０４が取り上げるために所定位置に基板を保持するためのロードカップアセンブリ１０２を含む。研磨ヘッド１０４は、ロードカップアセンブリ１０２と、回転プラテン１１０上の研磨パッド１０８との間でヘッド１０４を移動させるように動作するアーム１０６によって維持される。動作時に、ヘッド１０４はロードカップアセンブリ１０２から基板を取り上げ、基板を研磨パッド１０８に搬送する。研磨パッド１０８はプラテン１１０上で回転しているので、ヘッド１０４は研磨パッド１０８に対して基板を回転させ、下に押しつける。

ヘッド１０４が基板をロードカップアセンブリ１０２から適切に取り上げるためには、基板はロードカップアセンブリ１０２の内部に適切に着座されるべきである。図２を参照すると、例示の基板ロードカップアセンブリ１０２の上面図が示される。基板は、研磨ヘッド１０４が基板を信頼性高くかつ安全に取り上げることが確実にできるようにロードカップアセンブリ１０２の接触表面２０２と同一平面に水平に着座されることが理想的である。基板がロードカップアセンブリ１０２に適切に着座されているかどうかを決定するために、１つまたは複数のセンサ２０４の配列がロードカップの接触表面２０２より下に設けられる。図２の例示の実施形態に示すように、いくつかの実施形態では、３つのセンサ２０４を使用することができ、それらはロードカップアセンブリ１０２の中心のまわりに放射状パターンで配置することができる。他の実施形態では、１つ、２つ、４つ、または５つ以上のセンサ２０４を使用することができ、それらは同様の配列または他の配列で配置することができる。

図３を参照すると、図２の例示のロードカップアセンブリ１０２の部分断面側面図が示される。センサ２０４は、基板接触表面２０２より下にある部分と、基板が存在しないときに接触表面２０２の水平面より上に上方に延びる部分とを含むことが注目される。図４を参照すると、ロードカップアセンブリ１０２内のセンサ２０４の斜視図が示される。センサ２０４は、基板がセンサ２０４上に置かれた場合、検出パッド５０２（図６）の方に移動するターゲット４０２を含むことに留意されたい。図５は、ロードカップアセンブリ１０２の内部のセンサ２０４の拡大上面図である。肉太の輪郭で、ターゲット４０２の相対位置および区域が示される。ターゲット４０２は、センサ２０４の近接検出構成要素のエレクトロニクスを収納する検出パッド５０２に接近すると検出されうる、例えばステンレス鋼などの材料を含む。センサ２０４の動作のさらなる詳細は、図６から８に関して以下で説明される。

次に、図６、７Ａ、および７Ｂを参照すると、センサ２０４の斜視図、側面図、および背面図（それぞれ）が、ロードカップアセンブリ１０２なしで示される。センサ２０４は、細長いレバー部材６０４の下方で所定位置に保持される近接センサ６０２を含み、細長いレバー部材６０４は支点６０６のまわりで枢動し、その結果、ターゲット４０２は基板の重さで検出パッド５０２の方に移動する。釣合いおもり６１０は、基板が存在しないときにレバー部材６０４を上昇位置にバイアスするために使用される。ばね、磁石などのような他のバイアス手段を使用することができる。

近接センサ６０２は、検出パッド５０２から約０．１ｍｍから約１ｍｍ内にあるターゲット４０２を検出することができる任意の使用可能なセンサ（例えば、誘導性近接センサ）とすることができる。例えば、米国、ミネソタ州、プリマスのＴｕｒｃｋ， Ｉｎｃ．によって生産された形式番号Ｂｉｌ．５−ＥＧ０８Ｆ−ＡＮ６Ｘセンサを使用することができる。検出パッド５０２の面はステンレス鋼とすることができ、近接センサ６０２はステンレス鋼中に収納することができる。他の材料を使用することができる。近接センサ６０２は、近接センサ６０２を容易に較正および位置決めできるように止めねじまたは他の調整可能な固定手段で所定位置に保持することができる。

図７Ｂにおいて最も明確に見ることができるように、レバー部材６０４は、基板との接触を最小にするために尖った上面を有することができる。この形状は、基板への損傷を避け、流体または粒子がレバー部材６０４と基板との間に捕らえられないようにする。先端から枢軸点までのレバー部材６０４の長さは、３００ｍｍ基板を保持するように設計されたロードカップアセンブリ１０２では約３８ｍｍから約４２ｍｍの範囲とすることができる。他の長さを使用することができ、特に、他の長さは異なるサイズの基板のために使用することができる。

レバー部材６０４の基部において、ターゲット４０２は、レバー部材６０４が基板によって押し下げられるときにターゲット４０２が検出パッド５０２に接近するように位置づけられる。ターゲット４０２およびレバー部材６０４の重さは一緒にして支点６０６の反対側に配置された釣合いおもり６１０よりも少ない。いくつかの実施形態では、３つのセンサ２０４をもち、３００ｍｍ基板を保持するように設計されたロードカップアセンブリ１０２では、釣合いおもり６１０は約４ｇから約４．５ｇの範囲にある。

基板が存在しないか、または基板がロードカップアセンブリ１０２の内部に適切に着座されていない場合、レバー部材６０４は、ターゲット４０２を検出パッド５０２の範囲の外に移動させるのに十分な力で上方にバイアスされることが理想的であることに留意されたい。さらに、基板が存在し、適切に着座されている場合、釣合いおもり６１０からのレバー部材６０４へのバイアス力は、基板の重さがターゲット４０２を検出パッド５０２の感知範囲内に押さないようにするには不足している。

いくつかの実施形態では、ロードカップアセンブリ１０２のセンサ２０４の近接センサ６０２は、レバー部材６０４上の基板の検出および／またはレバー部材６０４上の基板の不在を示す信号を発生させるように構成することができる。一緒にしてまたは個別に、本発明のロードカップアセンブリ１０２の内部に配置される複数のセンサ２０４は、ロードカップアセンブリ１０２の内部の基板の存在および適切な位置決めを決定するために使用することができる。いくつかの実施形態では、センサ２０４は、センサ２０４からの信号を受け取るように構成することができるコントローラ（図示せず）に結合することができる。

次に、図８を参照すると、基板８０２がロードカップアセンブリ１０２より上にある状態でのロードカップアセンブリ１０２の基板センサ２０４の側面図が示される。基板８０２は、例えば、基板ハンドリングロボット（図示せず）、またはＣＭＰシステム１００の研磨ヘッド１０４を使用して、ロードカップアセンブリ１０２の中に降ろされるように位置決めされる。レバー部材６０４は、ロードカップアセンブリ１０２の接触表面２０２より上にある上昇位置にバイアスされ、その結果、ターゲット４０２は検出パッド５０２の感知範囲から外れていることに留意されたい。接触表面２０２の開口は、レバー部材６０４が接触表面２０２より上で上方に傾斜して基板を受け取ることができるように設けられる。いくつかの実施形態では、上昇位置のレバー部材６０４は、接触表面２０２に平行な水平面から約１３度の角度で配置される。他の角度を使用することができる。レバー部材６０４は、さらに、基板の主要面のいかなる構造体も損傷しないように基板のエッジ除外領域でのみ基板に接触するように配置される。

次に、図９を参照すると、センサ２０４の図８と同じ図が示されるが、今度は、基板がロードカップアセンブリ１０２の接触表面２０２に載せられている。レバー部材６０４は基板の重さによってほぼ水平な位置に強制的に下げられ、その結果、ターゲット４０２は検出パッド５０２の感知範囲内にある。

次に、図１０を参照すると、ロードカップアセンブリ１０２内の基板の存在を検出する例示の方法１０００が流れ図で示される。ステップ１００２において、近接センサ６０２の検出パッド５０２が、ロードカップアセンブリ１０２の接触表面２０２より下に配置される。ステップ１００４において、センサ２０４のレバー部材６０４上に配置されたターゲット４０２は、基板８０２がレバー部材６０４に置かれた場合、検出パッド５０２の方に移動させられる。ステップ１００６において、ターゲット４０２は、基板８０２がレバー部材６０４から取り外された場合、検出パッド５０２から遠ざけられる。レバー部材６０４は、基板がレバー部材上にない場合、第１の位置に上方にバイアスされ（図８）、ターゲット４０２は、レバー部材６０４が第１の位置にある場合、近接センサ６０２の検出範囲から外れている。レバー部材６０４は、基板８０２がレバー部材６０４上にある場合、基板８０２の重さによって第２の位置に下方にバイアスされ（図９）、ターゲット４０２は、レバー部材６０４が第２の位置にある場合、近接センサ６０２の検出範囲内にある。ターゲット４０２は、基板８０２がレバー部材６０４から取り外されたときに検出パッド５０２から遠ざけられる。ターゲット４０２は、レバー部材６０４上にさらに配置された釣合いおもり６１０または他のバイアス手段によって移動させられる。

したがって、本発明がその好ましい実施形態に関連して開示されたが、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲内にありうることを理解されたい。

Claims (15)

1. ロードカップ内の基板を検出するための装置であって、
   ロードカップアセンブリの接触表面より下に配置された検出パッドを有する近接センサと、
   レバー部材上に配置され、基板が前記レバー部材上に置かれた場合、前記検出パッドの方に移動するように構成され、基板が前記レバー部材から取り外された場合、前記検出パッドから遠ざかるように構成されたターゲットと
   を備える、装置。
2. 前記レバー部材は、基板が前記レバー部材上にない場合、第１の位置にバイアスされる、請求項１に記載の装置。
3. 前記ターゲットは、前記レバー部材が前記第１の位置にある場合、前記近接センサの検出範囲から外れている、請求項２に記載の装置。
4. 前記レバー部材は、基板が前記レバー部材上にある場合、第２の位置にバイアスされる、請求項１に記載の装置。
5. 前記ターゲットは、前記レバー部材が前記第２の位置にある場合、前記近接センサの検出範囲内にある、請求項４に記載の装置。
6. 前記レバー部材が、基板に接触するように構成された尖った上面を含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記ターゲットは、基板が前記レバー部材から取り外された場合、前記検出パッドから遠ざけられ、前記ターゲットは、前記レバー部材上にさらに配置された釣合いおもりによって移動させられる、請求項１に記載の装置。
8. ロードカップシステムの接触表面より下に配置された検出パッドをそれぞれ有する複数の近接センサと、
   複数のターゲットであり、前記複数の近接センサの異なるものに関連する異なるレバー部材上にそれぞれ配置され、各ターゲットは、基板が前記レバー部材に置かれた場合、関連する近接センサの前記検出パッドの方に移動するように構成される、複数のターゲットと
   を備えるロードカップシステムであって、
   前記ターゲットは、基板が前記レバー部材から取り外された場合、前記ターゲットの関連する検出パッドから遠ざかるようにさらに構成される、システム。
9. 前記レバー部材は、基板が前記レバー部材上にない場合、第１の位置にそれぞれバイアスされる、請求項８に記載のシステム。
10. 前記レバー部材は、基板が前記レバー部材上にある場合、第２の位置にそれぞれバイアスされる、請求項８に記載のシステム。
11. 前記レバー部材が、基板に接触するように構成された尖った上面を含む、請求項８に記載のシステム。
12. 前記ターゲットは、基板が前記レバー部材から取り外されたときに前記ターゲットの関連する検出パッドからそれぞれ遠ざけられ、前記ターゲットは、前記レバー部材上にさらに配置された釣合いおもりによって移動させられる、請求項８に記載のシステム。
13. ロードカップ内の基板の存在を感知する方法であって、
    ロードカップアセンブリの接触表面より下に近接センサの検出パッドを配置することと、
    基板がレバー部材に置かれた場合、前記レバー部材上に配置されたターゲットを前記検出パッドの方に移動させることと、
    基板が前記レバー部材から取り外された場合、前記ターゲットを前記検出パッドから遠ざけることと
    を含む、方法。
14. 前記レバー部材は、基板が前記レバー部材上にない場合、第１の位置にバイアスされる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記レバー部材は、基板が前記レバー部材上にある場合、第２の位置にバイアスされる、請求項１３に記載の方法。

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