JP4641345B2 - 基板検出器をもつキャリヤヘッド - Google Patents
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Description
背景
本発明は、一般的には、基板の化学的機械研磨に関し、更に詳細には、キャリヤヘッドにおける基板の検出に関する。
【0002】
集積回路は、典型的には、導電層、半導体層又は絶縁層を連続的に堆積することにより基板、特にシリコンウェーハ上に形成される。それぞれの層が堆積した後に、回路網の特徴をつくるために層がエッチングされる。一連の層が連続して堆積及びエッチングされるので、基板の外面又は最上面、即ち、基板の露出された表面は徐々に平面でなくなっていく。
【0003】
化学的機械研磨(CMP)は、一般に認められている平坦化方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板をキャリヤヘッド又は研磨ヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出された表面は、回転している研磨パッド又は動いている研磨ベルトに向かって置かれる。研磨パッドは、耐久性のある粗い表面をもつ『標準的な』パッド、又は研磨剤粒子がバインダーに組込まれた所定の研磨パッドでもよい。キャリヤによって基板上の装填が制御可能であり、基板が研磨パッドに対して押圧される。更に、キャリヤは、基板の表面上の相対する速度分布に影響するように回転することができる。標準的なパッドが用いられる場合、少なくとも1種の化学的に反応する物質、及び研磨剤粒子を含む研磨スラリーが研磨パッド上に配分されてもよい。
【0004】
典型的には、キャリヤヘッドは、研磨プロセスが完了した後に基板を研磨パッドから取り出すために用いられる。基板は、キャリヤヘッドの裏面に真空チャックされる。キャリヤヘッドがもとに戻るときには、基板は研磨パッドから持ち上がる。
【0005】
CMPで起こる問題は、基板がキャリヤヘッドによって持ち上げられることができない可能性があることである。例えば、基板を研磨パッドに結合する表面張力が、基板をキャリヤヘッドに結合する力より大きい場合は、キャリヤヘッドがもとに戻るときに、基板が研磨パッド上に残るであろう。また、研磨中に欠陥のある基板が破砕する場合、キャリヤヘッドは、破砕した基板を研磨パッドから除去することができないであろう。
【0006】
関連した問題は、基板のキャリヤヘッドへの装着が失敗することがあり、基板がキャリヤヘッドから離れる可能性があることである。このことは、例えば、真空チャックと組合わせずに表面表力のみでキャリヤヘッドに基板を装着させた場合に起きる可能性がある。
【0007】
それだけでは、キャリヤヘッドが基板を載せていないことをオペレータは知ることができない。CMP装置は、基板がキャリヤヘッドに存在していなくても作動し続ける。これにより、スループットが減少する可能性がある。更に、ゆるんだ基板、即ち、キャリヤヘッドに装着されていない基板は、CMP装置の動いている部品によってさまよい、基板又は研磨パッドを潜在的に損傷し、他の基板を損傷させ、破片を残す可能性がある。
【0008】
CMPにおいて起こる他の問題は、基板がキャリヤヘッド内にあるかを求めることが難しいことである。基板がキャリヤヘッドの下に位置するために、基板がキャリヤヘッド内にあり且つ適切に装着されているかを目視検査で求めることは難しい。更に、光学的検出法もスラリーが存在することにより妨害される。
【0009】
キャリヤヘッドには、基板受容面として働く底面をもつ剛性ベースが含まれてもよい。複数のチャンネルが基板受容面までベースをつき抜けている。ポンプ又は真空源が真空をチャンネルに加え得る。チャンネルから空気をポンプで送るときに、基板がベースの底面に真空チャックされる。圧力センサを、真空源とキャリヤヘッド内のチャンネルの間の圧力ラインに接続することができる。基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされなかった場合、チャンネルは開放し、空気又は他の液体がチャンネルに漏れる。一方、基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされた場合、チャンネルは密封され、チャンネルへ漏れない。結果として、圧力センサは、基板がキャリヤヘッドの裏面に巧く真空チャックされるときには基板がキャリヤヘッドに装着されないときに比べて高真空又は低圧を計測する。
【0010】
残念ながら、キャリヤヘッド内の基板の存在を検出するこの方法においては問題がいくつかある。腐食性スラリーがチャンネルの中に吸引され、キャリヤヘッドを汚す可能性があることである。更に、基板が研磨パッドから持ち上がったかを求める閾値圧は、実験で求めなければならない。
【0011】
従って、キャリヤヘッド内の基板の存在を信頼性をもって探知することができるCMPシステムを提供することは有益なことである。また、そのようなシステムがキャリヤヘッドの内部をスラリーによる汚染に曝すことなく作動させ得ることは有益なことである。
【0012】
概要
一態様においては、本発明は、ベース、第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、及び基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブを有するキャリヤヘッドに関する。該バルブは、該可撓性膜の上面と接触するバルブステムを含み、故に該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該バルブが作動して該基板検出システムへ信号を送る。
【0013】
本発明の実施形態は、次の特徴を含んでもよい。該バルブは、該第1チャンバを第2チャンバへ液体で結合する通路内に位置してもよい。該バルブは開放又は閉鎖位置にバイアスがかけられてもよく、該バルブを作動させると該バルブが閉鎖又は開放するようにしてもよい。該バルブステムは、支持構造体内のアパーチャをつき抜けてもよく、該支持構造体の下面をわずかに超えて突出してもよい。
該支持構造体は、該ベースに相対して可動してもよい。該バルブは、ばねによってバイアスがかけられることができ、該基板が装着されていないときには該ばねからの力が可撓性膜からの力を相殺するのに十分であるが、該基板が装着されているときには可撓性膜からの力を相殺するのに不十分であるように、該ばねのばね定数を選ぶことができる。第1チャンバが減圧される場合、該バルブステムが該可撓性膜の該上面と接触することができる。該基板が存在しない場合、該可撓性膜は該バルブの下部を包み込むことができる。
【0014】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、及び基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブを有する。該バルブは、支持体表面の先に突出するバルブステムを含み、故に該第1チャンバが減圧され且つ基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該基板は該支持体表面と隣接し且つ該バルブを作動させる。
【0015】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、ウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブを有する。該第1チャンバが減圧されるとき、基板が該可撓性膜に装着されると、該バルブのいずれかが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送ることができる。
【0016】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、及びウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブを有する。該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると、双方の該バルブが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送らなければならない。
【0017】
他の実施形態においては、キャリヤヘッドは、ベース、第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜、第2チャンバ、該第1チャンバと該第2チャンバの間の該ベースを通る通路、バイアスをかけると開放し、該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると該通路を閉鎖するように作動する第1バルブ、及びバイアスされると閉鎖し、該第2チャンバが減圧されと該通路を開放するように作動する、該第1バルブと連続して接続する第2バルブを有する。
【0018】
本発明の利点としては、次のものが含まれる。CMP装置には、基板が適切にキャリヤヘッドに装着されているかを検出するセンサが含まれる。センサは、誤り検出が少ない傾向がある。
【0019】
本発明の他の利点及び特徴は、図面及び特許請求の範囲を含む説明から明らかになる。
【0020】
異なる実施形態において一部の要素は異なる構造、動作又は機能をもつことができるが、種々の図面において同じ符号は同じ要素を示すものである。
【0021】
詳細な説明
図1について説明する。1枚以上の基板10を化学的機械研磨(CMP)装置20で研磨する。CMP装置の完全な説明は、係属中の米国特許第5,738,574号に見ることができ、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。CMP装置20には、一連の研磨ステーション25及びトランスファステーション27が含まれている。
【0022】
各研磨ステーション25には、研磨パッド32を載置する回転可能なプラテン30が含まれている。各研磨ステーションには、更に、研磨パッド表面を定期的に再調整するための付随したパッドコンディショナ装置34が含まれてもよい。
各研磨ステーションは、また、活性剤(例えば、酸化物研磨については脱イオン水)、研磨剤粒子(例えば、酸化物研磨については二酸化シリコン)及び化学反応性触媒(例えば、酸化物研磨については水酸化カリウム)を含むスラリー38を研磨パッド32の表面に供給するためのスラリー/リンス組合せアーム36を含むことができる。
【0023】
CMP装置20は、また、4つのキャリヤヘッド100を支持する回転可能なマルチヘッドカルーセル40を含んでいる。キャリヤヘッドうちの3つは、基板を受容及び固定し、研磨ステーション25のプラテン30上の研磨パッド32に対して押圧することにより研磨する。キャリヤヘッドのうちの1つは、基板をトランスファステーション27から受け取り、基板をトランスファステーション27へ送る。カルーセルは、回転してキャリヤヘッド、及びそれに装着された基板を研磨ステーションとトランスファステーションの間で周回させ得る。各キャリヤは、それ自体の軸の周りを独立して回転することができ、ドライブシャフト42によって独立して横に振動することができる。
【0024】
一般的には、キャリヤヘッド100は、基板を研磨パッドに対して固定し、基板の裏面を横切って力を一様に配分する。キャリヤヘッドは、また、ドライブシャフトから基板へトルクを移動し、基板が研磨中にキャリヤヘッドの下からすべらないことを確保する。
【0025】
図2について説明する。キャリヤヘッド100は、ハウジングハブ102、ベース104、ローディングチャンバ108、保持リング110、及び基板バッキングアセンブリ112を含んでいる。類似のキャリヤヘッドの説明は、米国特許第5,957,751号、及び1998年10月9日出願の係属中の米国特許出願第09/169,500号に見ることができ、それぞれの開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【0026】
ハウジングハブ102は、ドライブシャフト42に接続され、研磨パッドの表面にほぼ垂直である回転軸の周りを回転する。3つの通路130、132及び134は、キャリヤヘッドの空気制御のためにハウジングハブ104を貫通して形成される。
【0027】
ベース104は、ジンバルメカニズム106及び外部クランプリング144を含んでいる。ハウジングハブ102に相対するベース104の垂直位置は、ローディングチャンバ108によって制御される。チャンバ108は、また、ベース104と保持リング110に対して下向きの圧力を制御する。ローディングチャンバ108は、内部クランプリング142によってハウジングハブ102にクランプされ且つ外部クランプリング144とフレクシャリング152の間のベース104にクランプされるダイアフラム140によって密封される。外部クランプリング144は、キャリヤヘッドの伸び過ぎを防止し且つスラリーがダイアフラム140を汚さないようにするためにハウジングハブ102のリップの上に延びる内側に突出しているフランジ146を含んでいる。
【0028】
第1ポンプ又は圧力源52aは、ハウジングハブ102内の通路130を経てローディングチャンバ108へ接続することができる。ポンプ52aがローディングチャンバ108へ液体をポンプで送る場合、チャンバの容積は大きくなり、ベース104は下向きに押される。一方、ポンプ52aがローディングチャンバ108から液体をポンプで送る場合、チャンバ108の容積は小さくなり、ベース104は上向きに引っ張られる。
【0029】
ジンバルメカニズム106は、ベース104をハウジングハブ102に対して移動させるので、保持リングは、研磨パッドの表面とほぼ平行を保つことができる。ジンバルメカニズム106は、ジンバルロッド150とフレクシャリング152を含んでいる。ジンバルロッド150は、ハウジング102内の通路132の中で垂直にすべることができるので、ベース104は、ハウジング102に対して垂直に移動し得る。しかしながら、ジンバルロッド150は、ハウジング102に対してベース104の横の動きを防止する。第1通路154は、ジンバルロッド150を貫通して形成されることができ、第2通路156は、キャリヤヘッドの空気制御のためにジンバルロッド150、フレクシャリング152及び外部クランプリング144を貫通して形成されることができる。
【0030】
保持リング110は、ベース104の外縁部に固定されてもよい。保持リング110は、平坦な底面126をもち得るし、その底面はスラリーを流すためのチャンネルを含み得る。液体がチャンバ108へポンプで送られ、ベース104が下向きに押されるとき、保持リング110も下向きに押されて研磨パッド32へ荷重をかける。保持リング110の内面124は、横の動きから基板を制限する。
【0031】
膜162は、クランプリング164によってベース104の下面にクランプされて環状のブラダ160を形成することができる。通路166は、クランプリング164をつき抜け、ベース104内の通路156と並ぶ。第2ポンプ又は圧力源52bは、ハウジングハブ102内の通路134を経て、ベース104内の通路156、及びクランプリング164内の通路166を経てブラダ160に接続し得る。ポンプ52bがブラダ160へ液体を送る場合、ブラダ160は下向きに延びる。一方、ポンプ52bが液体を出す場合、ブラダ160は収縮する。後述されるように、ブラダ160は、支持構造体114と可撓性膜118に下向きの圧力を加えるために使用し得る。
【0032】
基板バッキングアセンブリ112は、可撓性膜118、支持リング116、支持構造体114、及びスペーサリング128を含んでいる。これらの要素のそれぞれを次に詳述する。
【0033】
可撓性膜118は、可撓性で弾性の材料からつくられたほぼ円形のシートであり、中央部分170及びスペーサリング128と支持プレート114の間を延びる周辺部分172を有する。可撓性膜118の中央部分170は、支持構造体114の下に延びて基板の取り付け面となる。周辺部分172の内縁部は、中央部分170の周辺の上に逆に重なり、1999年4月22日出願の係属中の米国出願第09/296,935号に記載されている延び得るリップ174を形成する。この開示内容は、本明細書に全体で援用されている。膜118の外縁部は、保持リング110と外部クランプリング144の間にクランプされて加圧式チャンバ120を画成する。
【0034】
第3ポンプ又は圧力源52cは、ジンバルロッド150内の通路を経てチャンバ120に接続し得る。ポンプ52cがチャンバ120に液体を送る場合、チャンバの容積は大きくなり、可撓性膜118は下に押される。一方、ポンプ52cがチャンバ120から排除する場合、チャンバの容積は小さくなり、膜は下向きに引っ張られる。
【0035】
スペーサリング128は、可撓性膜118の形を適切に維持するために支持構造体114と保持リング110の間に位置する環状物体である。スペーサリング128は、可撓性膜118のリップ部分上にあり得る。
【0036】
支持リング116は、可撓性膜118上のチャンバ120内部にあるC形断面をもつ環状部分である。可撓性膜118の中央部分170は、可撓性膜118の適切な形を維持するために支持リング116と係合する内向きに延びているフラップ176を含み得る。
【0037】
支持構造体114もまた、可撓性膜118上のチャンバ120内にある。構造114は、図示していない複数のアパーチャをもつディスク型プレート部分180、支持リング116の上に延びている外向きに延びるフランジ部分182、及び可撓性膜の中央部分170にあるように支持リング116と可撓性膜の周辺部分172の間に延びている下向きに延びるフランジ部分184を含んでいる。
【0038】
本発明のCMP装置は、基板がキャリヤヘッド100に適切に装着されたかを検出することができる。基板がなくなっていたり、キャリヤヘッドに不適切に装着されているかをCMP装置が検出する場合、オペレータは変えることができ、研磨動作を自動的に停止させることができる。
【0039】
3つの圧力センサ又はゲージ56a、56b及び56cは、ポンプ52a、52b及び52cとチャンバ108、160と120の間の液体ラインにそれぞれ接続することができる。制御可能なバルブ58a、58b及び58cは、圧力ゲージ56a、56b及び56cとポンプ52a、52b及び52cの間の液体ラインを横切ってそれぞれ接続することができる。ポンプ52a−52c、圧力ゲージ56a−56c及びバルブ58a−58cは、汎用ディジタルコンピュータ60に適切に接続することができる。コンピュータ60は、ポンプ52a−52cを作動させて、上記のように、キャリヤヘッド100に空気による動力を供給し、基板をキャリヤヘッドの底に真空チャックさせることができる。更に、コンピュータ60は、バルブ58a−58cを作動させ、更に詳細に後述される圧力ゲージ56a−56cをモニターし、キャリヤヘッド内の基板の存在を読取ることができる。
【0040】
図3A及び図3Bについて説明する。キャリヤヘッド100には、機械的に作動するバルブ200が含まれ、キャリヤヘッドはウェーハ検出能を備えている。実施形態においては、通路156は、フレクシャリング152内のチャンバ220に接続し、バルブ200は、キャリヤの中央近傍に位置し、チャンバ200とチャンバ120の間に延びている。この実施形態においては、バルブ200は、バルブステム202、バルブステム202から外向きに放射状に延びている環状フランジ204、Oリング206、及びばね214を含んでいる。バルブステム202は、バルブチャンバ220と下方チャンバ120の間のフレクシャリング152内のアパーチャ208をつき抜け、バルブフランジ204がバルブチャンバ220内に位置している。下方チャンバ120の中に延びているバルブステム202の部分は、支持構造体114内のアパーチャ210を通過している。下方チャンバ120を排気し、支持構造体114がベース104に対して引っ込むときには、バルブステム202が支持構造体114の底面186よりわずかに下に延び得る。チャンネル212は、アパーチャ208の周りのフレクシャリング152内に形成されてチャンバ120をバルブチャンバ220へ接続することができる。しかしながら、Oリング206は、環状フランジ204とフレクシャリング152の間のバルブチャンバ220内のバルブステム202の前後に位置する。更に、ばね214は、環状フランジ204とバルブチャンバのシーリング222の間に位置する。ばね214は、バルブ200を閉鎖位置へバイアスをかける(図3Aに図示されている)。更に詳細には、環状フランジ204とフレクシャリング152の間のOリング206を圧縮してチャンネル212をバルブチャンバ220から封じ、よってバルブチャンバ220を下方チャンバ120から分離する。しかしながら、バルブステム202が上向きに押される場合(図3Bに図示されている)、Oリング206はもはや圧縮されず、液体はOリングの周りのギャップ218を通って漏れることができる。それだけで、バルブ200は開放し、バルブチャンバ220と下方チャンバ120はチャンネル212を経て液体で通じる。
【0041】
キャリヤヘッド100を含むCMP装置は、基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされたかを次のように探知する。基板は、可撓性膜118に向かって位置する。ポンプ52bは、所定の圧力までブラダ160を膨張させ、そのときバルブ58bは閉鎖してブラダ160をポンプ52bから分離させる。ブラダ160内の圧力の第1測定は、圧力ゲージ56bによって行われる。次に、ポンプ52cが下方チャンバ120を減圧して可撓性膜と基板の間に低圧のポケットをつくり、基板をキャリヤヘッドに真空チャックさせる。そのとき、ブラダ160内の圧力の第2測定が圧力ゲージ56bによって行われる。第1圧力測定と第2圧力測定を比較して基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされたかを求めることができる。
【0042】
キャリヤヘッド100は、基板が存在する場合バルブ200が作動し、基板が存在しない場合作動しないように配置される。図3Aに図示されるように、基板が存在しない場合、チャンバ120が減圧されるときに可撓性膜118が上向きに移動し、バルブステムと接触する。しかしながら、可撓性膜118が可撓性であり、チャンバ120が減圧されるときに支持構造体114に対して部分的に支持されるので、可撓性膜はバルブステムを包み込む傾向があり、可撓性膜118からバルブステム202上の上向きの張力は、ばね204から下向きのばね力に打ち勝つには不十分であり、バルブ200は閉鎖されたままである。一方、図3Bに示されるように、基板が可撓性膜に真空チャックされる場合、相対的に剛性の基板が、バルブステム202上に押圧する。この場合、可撓性膜118と基板10から上向きの張力は、ばね204から下向きのばね力に打ち勝ち、バルブ200は開放し、よって下方チャンバ120をバルブチャンバ220に液体で接続する。これにより、液体がブラダ160からバルブチャンバ220と下方チャンバ120まで流れ、ポンプ52cによって送られることを可能にする。
【0043】
膜だけによって加えられる上向きの力を相殺するのには十分であるが基板を膜に装着するときに加えられる上向きの力を相殺するのには不十分である下向きの力を与えるようにばね204が選ばれることは留意されるべきである。一般に、支持構造体114内のアパーチャ210が大きくなるほど、膜118が剛くなり、バルブステム202が下面176の先に延びるほど、可撓性膜118がバルブステム202に加える力が大きくなり、ばね204のばね定数が大きいことが必要である。しかしながら、ばね定数が小さいと、バルブを作動させる基板上の応力が小さくなる。
【0044】
図4について説明する。ブラダ160は、始めには圧力P1であることができる。第1圧力の測定は、時間T1で行われた後にポンプ52cが下方チャンバ120を減圧し始める。チャンバ120を時間T2で減圧するとき、可撓性膜118は上向きに引っ張られる。基板が存在する場合、バルブ200は閉じられたままであり、ブラダ160内の圧力は圧力P1で一定のままであり、支持構造体114が上向きの力を加えてブラダ160を圧縮する場合圧力P2に上昇さえする。従って、ゲージ56bで測定されたブラダ160内の圧力は、圧力P1又はそれより高いままである。一方、基板が存在する場合、バルブ200は開放され、液体が体積160から排除されるので、ゲージ56bで測定された圧力は圧力P3に下がる。従って、第2測定圧力が第1測定圧力より小さい場合、基板はキャリヤヘッドに装着される。しかしながら、第2測定圧力が第1測定圧力と同じか大きい場合、基板はキャリヤヘッドに装着されない。
【0045】
コンピュータ60は、2つの圧力測定を記憶し、圧力測定を比較し、よって基板がキャリヤヘッドに巧く真空チャックされたかを求めるためにプログラムされていることができる。これによって、『虚偽』の信号、例えば、基板が実際に存在するときに存在しないという表示を与えない非常に信頼できる基板検出器となり得る。更に、可撓性膜の後ろのキャリヤヘッドの中にセンサが含まれるので、センサはスラリーがキャリヤヘッドの内部を汚す機会を与えない。
【0046】
図5について説明する。他の実施形態においては、キャリヤヘッド100aは、下方チャンバ120とブラダ160の間に平行に接続された2以上のバルブ300、310を含んでいる。例えば、第1バルブは下方チャンバ120と第1チャンバ302の間に延び得るが、第2バルブは下方チャンバ120と第2チャンバ312の間に延び得る。フレクシャリング154内の通路320は、第1チャンバ302を第2チャンバ312に接続し得る。従って、バルブ300の一方又は双方が誘発される場合チャンバ120がブラダ160に接続される。この実施形態は、ウェーハの存在に対するキャリヤヘッドの感受性を高め、1つのバルブが固定される場合の重複性を示すものである。更に、キャリヤヘッドがキャリヤベースの周りに同じ角の間隔で隔置された3以上のバルブを含む場合、基板は持ち上げられるにつれて傾くことがない。
【0047】
図6について説明する。他の実施形態においては、キャリヤヘッド100bは、チャンバ120とブラダ160の間に連続して接続した2以上のバルブ400、410を含んでいる。例えば、第1バルブは、下方チャンバ120と第1チャンバ402の間に延びることができ、フレクシャリング152までの通路420は、第1チャンバ402を通路414に接続することができ、その通路は第2バルブ410のOリングによって第2チャンバから密封されている。第2チャンバ412は、通路156によってブラダ160に接続している。要するに、第1バルブ400の供給口は、チャンバ120に接続し、第1バルブ400の出口は、通路420によって第2バルブ402の供給口に接続し、第2バルブ410の出口は、ブラダ160に接続している。従って、チャンバ120は、双方のバルブ400と410が誘発する場合にのみブラダ160に接続する。この実施形態は、基板がないことに対して及び基板が可撓性膜に十分にしっかりと固定されない状態に対して、例えば、基板が表面張力のみで可撓性膜に装着され、真空チャックでは装着されず、双方のセンサを作動させずに傾く場合キャリヤヘッドの感受性を高めるものである。第2バルブ410の供給通路414は、第2バルブ410のバルブステムをOリング416によってチャンバ120に延ばしつつチャンバ120から分離させ得る。
【0048】
図7に示されるように、可撓性ダイアフラム430は、第2バルブ410’の通路414をチャンバ120から分離するためにOリングの代わりに使用し得る。バルブ410’のバルブステム202’は、ダイアフラム430上にあることができ、バンパ432はダイアフラム430の裏面にくっつけることができる。可撓性ダイアフラム430は、十分に弾性があり、バンパ432が可撓性膜118によって上向きに押圧されるとき、バンパ432は支持構造体114内のアパーチャ210’の中へ押し上げられるので、バルブステム202’を上向きに進めて第2バルブ410’を作動させる。
【0049】
図8について説明する。他の実施形態においては、キャリヤヘッド100cは、チャンバ120と108間に連続して接続した2つのバルブ500と510を含んでいる。この実施形態は、1998年12月30日出願の係属中の米国出願第60/114,182号に記載されたキャリヤヘッドに適合するものである。この実施形態においては、バルブ500と510をフレクシャリング152’と環状ジンバルクランプ158の間に形成することができ、ジンバルロッドとフレクシャリングまでの複数の液体通路を必要としない。第1バルブ500は、チャンバ120を第1バルブチャンバ502へバルブステム506の周りのフレクシャリング152’内のチャンネル508を経て液体で接続させ、第2バルブ510は、チャンバ108を第2バルブチャンバ512へバルブステム516の周りのジンバルクランプ158内のチャンネル518を経て液体で接続させ、第1バルブチャンバ502を第2バルブチャンバ512へ図示されていない通路によって接続する。第1バルブ500は、ばね504によってバイアスをかけて開放し、第2バルブ510は、ばね514によってバイアスをかけて閉鎖する。下方チャンバ120を減圧し、基板がキャリヤヘッドに真空チャックされる場合、第1バルブ500のバルブステム506がジンバルクランプ158に対してOリング506を押圧するように作動して第1バルブを閉鎖し、チャンバ108内の圧力が一定を保つ。一方、下方チャンバ120が減圧されるが基板が存在しない場合、第1バルブ500は開放したままである。チャンバ120が減圧されるときに、例えば、基板バッキングアセンブリと保持リングを研磨パッドから持ち上げるためにローディングチャンバ108も減圧する場合、バルブステム516は、ハウジングハブ102に対して押圧される。これにより、バルブステム上に下向きの力が生じ、ジンバルクランプ158に対してOリングを押圧するばね514からの上向きの力に打ち勝つことができ、第2バルブ510を開放させるので、ローディングチャンバ108を下方チャンバ120に接続する。そのとき、液体は、ローディングチャンバ108から下方チャンバ120を経て流れる。一方、チャンバ120が減圧されるときに、例えば、研磨中に基板上の接触領域と圧力を制御するためにローディングチャンバ108が加圧される場合、バルブ510は閉鎖したままである。要するに、バルブアセンブリは、基板が存在せず、チャンバ108が減圧される場合にのみローディングチャンバ108を下方チャンバ120に接続するように作動する。下方チャンバ120内の圧力の降下は、基板が存在しないことを示す圧力ゲージ52cによって検出され得る。
【0050】
また、キャリヤヘッド100cは、基板が存在する場合にチャンバ120が減圧されるときに開放する単一バルブを含み得る。この場合、チャンバ108をポンプ又は圧力源から分離するバルブが開放を保ち得るので、チャンバ120は完全に減圧されず、膜118がチャンバ120の中にまで引っ張られ、基板に過大応力を加え損傷するのを防止する。
【0051】
いくつかの実施形態においては、下方チャンバ120をブラダ160に接続させるバルブを記載しているが、バルブはキャリヤヘッド内の2つのチャンバを接続するために使用することができ、キャリヤヘッド内のチャンバを周囲雰囲気に接続することもできる。更に、バルブはバイアスをかけて開放又は閉鎖することができるので、基板の存在によって、バルブが作動したときにバルブがそれぞれ閉鎖か又は開放し得る。バルブは、フレクシャリング以外のキャリヤヘッドの部分に位置し得る。例えば、バルブは、キャリヤの中央からずらすことができ、フレクシャリングとベースリング間に形成されたバルブチャンバと共にベースに取り付けることができる。更に、液体を接続させるためにキャリヤヘッドを貫通して形成された通路も例示である。例えば、ハウジングハブとベースリング上の固定物に結合される可撓性ホースによって液体で通じることができ、第1通路は、ベースリング上の固定物をバルブチャンバへ接続することができ、第2通路は、バルブチャンバをブラダに接続することができる。
【0052】
本発明を、多くの好適実施形態によって記載してきた。しかしながら、本発明は、図示及び説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、前述の特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【図1】化学的機械研磨装置の組立分解斜視図である。
【図2】可撓性膜及びチャンバをもつ部分断面略図、及びキャリヤヘッドのニューマティックコントロールシステムの部分略図である。
【図3】Aは図2のキャリヤヘッドのバルブの拡大図であり、Bは基板が装着された図3Aのキャリヤヘッドの図である。
【図4】図2のキャリヤヘッドを用いたCMP装置において時間の関数としての圧力を示すグラフである。
【図5】平行して接続した複数のバルブを含むキャリヤヘッドの断面略図である。
【図6】連続して接続した複数のバルブを含むキャリヤヘッドの断面略図である。
【図7】バルブがダイアフラムによって分けられているキャリヤヘッドの断面略図である。
【図8】バルブが反対の向きにバイアスがかけられているキャリヤヘッドの断面略図である。
【符号の説明】
10…基板、20…CMP装置、25…研磨ステーション、27…トランスファステーション、30…プラテン、32…研磨パッド、34…パッドコンディショナ装置、36…スラリー/リンスアーム、38…スラリー、40…マルチヘッドカルーセル、42…ドライブシャフト、52a…第1ポンプ又は圧力源、52b…第2ポンプ又は圧力源、52c…第3ポンプ又は圧力源、56a…圧力センサ又はゲージ、56b…圧力センサ又はゲージ、56c…圧力センサ又はゲージ、58a…バルブ、58b…バルブ、58c…バルブ、60…コンピュータ、100…キャリヤヘッド、100b…キャリヤヘッド、100b'…キャリヤヘッド、100c…キャリヤヘッド、102…ハウジングハブ、104…ベース、106…ジンバルメカニズム、108…ローディングチャンバ、110…保持リング、112…基板バッキングアセンブリ、114…支持構造体、116…支持リング、118…可撓性膜、120…下方チャンバ、124…内面、126…底面、128…スペーサリング、130…通路、132…通路、134…通路、140…ダイアフラム、142…内部クランプリング、144…外部クランプリング、146…フランジ、150…ジンバルロッド、150’…ジンバルロッド、152…フレクシャリング、152’…フレクシャリング、154…第1通路、156…第2通路、156’…第2通路、158…ジンバルクランプ、160…ブラダ、162…膜、164…クランプリング、166…通路、170…中央部分、172…周辺部分、174…リップ、176…フラップ、180…ディスク型プレート部分、182…フランジ部分、184…フランジ部分、186…底面、200…バルブ、202…バルブステム、202’…バルブステム、204…バルブフランジ、206…Oリング、208…アパーチャ、210…アパーチャ、212…チャンネル、214…ばね、218…ギャップ、220…バルブチャンバ、222…シーリング、300…バルブ、302…第1チャンバ、310…バルブ、312…第2チャンバ、320…通路、400…第1バルブ、402…第1チャンバ、410…第2バルブ、410’…第2バルブ、412…第2チャンバ、414…通路、416…Oリング、420…通路、500…バルブ、502…第1バルブチャンバ、506…バルブステム、508…チャンネル、510…第2バルブ、512…第2バルブチャンバ、514…ばね、516…バルブステム、518…チャンネル。
Claims (14)
- ベースと、
第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブと、を備え、
該バルブが該可撓性膜の上面と接触するバルブステムを含み、故に該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該バルブが作動して該基板検出システムへ信号を送る、キャリヤヘッド。 - 該バルブが、該第1チャンバを第2チャンバへ液体で結合する通路内に位置する、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- 該バルブが閉鎖位置にバイアスがかけられ、該バルブを作動させると該バルブが開放する、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- 該バルブが開放位置にバイアスがかけられ、該バルブを作動させると該バルブが閉鎖する、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- 該バルブステムが支持構造内のアパーチャをつき抜けている、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- 該バルブステムが該支持構造の下面をわずかに超えて延びている、請求項5記載のキャリヤヘッド。
- 該支持構造が該ベースに相対して可動する、請求項5記載のキャリヤヘッド。
- 該バルブがばねによってバイアスがかけられ、該基板が装着されていないときには該ばねからの力が可撓性膜からの力を相殺するのに十分であるが、該基板が装着されているときには可撓性膜からの力を相殺するのに不十分であるように、該ばねのばね定数が選ばれる、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- 第1チャンバが減圧される場合、該バルブステムが該可撓性膜の該上面と接触する、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- 該基板が存在しない場合、該可撓性膜が該バルブの下部を包み込む、請求項1記載のキャリヤヘッド。
- ベースと、
第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
基板検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内のバルブと、を備え、
該バルブが支持体表面の先に突出するバルブステムを含み、故に該第1チャンバが減圧され且つ基板が該可撓性膜の該下面に装着されると、該基板が該支持体表面と隣接し且つ該バルブを作動させる、キャリヤヘッド。 - ベースと、
第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
ウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブと、を備え、
該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると、該バルブのいずれかが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送ることができる、キャリヤヘッド。 - ベースと、
第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
ウェーハ検出システムの一部をなすキャリヤヘッド内の複数のバルブと、を備え、
該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると、双方の該バルブが作動して該ウェーハ検出システムへ信号を送らなければならない、キャリヤヘッド。 - ベースと、
第1チャンバを画成し且つ下面が基板受容面である可撓性膜と、
第2チャンバと、
該第1チャンバと該第2チャンバの間の該ベースを通る通路と、
バイアスをかけると開放し、該第1チャンバが減圧されるときに基板が該可撓性膜に装着されると該通路を閉鎖するように作動する第1バルブと、
バイアスをかけると閉鎖し、該第2チャンバが減圧される場合、該通路を開放するように作動する、該第1バルブと連続して接続した第2バルブ
を含むキャリヤヘッド。
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