JP5552124B2

JP5552124B2 - パッドコンディショナの自動ディスク交換

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Publication number: JP5552124B2
Application number: JP2011532259A
Authority: JP
Inventors: ハンチーチェン，; スティーブンエム．ズニガ，; ドナルドジェー．ケー．オルガド，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: US20100099342A1; JP2012506619A; WO2010048032A2; WO2010048032A3; KR20110089144A

Description

本明細書において記載される実施形態は概して、基板の平坦化に関するものである。更に具体的には、本明細書において記載される実施形態は、研磨パッドのコンディショニングに関するものである。

４分の１ミクロン以下の多層金属配線は、次世代の超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）のキーテクノロジーの一つである。このテクノロジーの心臓部にある多層配線は、コンタクト、ビア、トレンチ、及び他のパターンを含む高アスペクト比開口部に形成される配線パターンの平坦化を必要とする。これらの配線パターンを高い信頼性で形成することは、ＵＬＳＩを成功させるために、個々の基板及びチップ上の回路密度及び回路品質を高めるための継続的な努力にとって極めて重要である。

多層配線は、順番に材料を堆積させ、材料を除去する方法を使用して、基板表面に形成されることにより、パターン群がこの基板表面に形成される。複数の材料層を順番に堆積させ、除去すると、基板の最上面は、当該基板の全面に亘って平坦ではなくなり、更に処理を進める前に平坦化を必要とする。平坦化または「ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（研磨処理）」は、材料を基板の表面から除去して、ほぼ平らで平坦な表面を形成するプロセスである。平坦化は、余剰の堆積材料を除去し、不所望の表面形状を除去し、更に表面凹凸、凝集物質、結晶格子損傷、スクラッチ、及び汚染層または汚染物質のような表面欠陥を除去して、次のフォトリソグラフィプロセス及び他の半導体製造プロセスのために平らな表面を実現するために有用である。

化学機械平坦化または化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために広く用いられる方法である。ＣＭＰでは、スラリーまたは他の流体媒質のような化学組成物を利用して、材料を基板から選択的に除去する。従来のＣＭＰ法では、基板キャリアまたは研磨ヘッドをキャリアアセンブリに取り付け、ＣＭＰ装置内の研磨パッドに接触するように配置する。キャリアアセンブリは、制御可能な圧力を基板に加えることにより、基板を研磨パッドに押し付ける。パッドを基板に対して外部駆動力で移動させる。ＣＭＰ装置は、研磨組成物を分散させて化学的作用及び／又は機械的作用に、基板の表面からの材料の結果的な除去に影響を与えながら、基板の表面と研磨パッドとの間の研磨動作またはラビング動作に影響を与える。

この材料除去を行なう研磨パッドは、研磨中の基板内の欠陥の発生を最小限に抑えながら基板を平坦化するために適切な機械的特性を有する必要がある。このような欠陥は、パッドの隆起領域に起因する、またはパッドの表面に付着する研磨副生成物に起因する基板表面のスクラッチである可能性があり、この研磨副生成物としては、例えば電解液から基板上に析出して基板から剥がれた導電性材料の堆積物、パッドの摩耗部分、研磨スラリー中の砥粒の凝集物などを挙げることができる。研磨パッドの研磨能力は普通、摩耗、及び／又はパッド表面への研磨副生成物の堆積に起因して研磨中に低下して、最適な研磨品質が得られなくなる。研磨パッドからこのように最適な研磨品質が得られなくなる現象は、パターンがパッド表面全体に亘って不均一になっている、または局所化している状態で現われ、これによって、導電性材料の平坦化の不均一性が大きくなる。従って、パッド表面を定期的に元の最適な状態に回復させて、またはコンディショニングして、パッドの研磨能力を回復させる必要がある。

従って、研磨パッドをコンディショニングする方法及び装置を改善する必要がある。

本明細書において記載される実施形態は概して、基板の平坦化に関するものである。更に具体的には、本明細書において記載される実施形態は、研磨パッドのコンディショニングに関するものである。１つの実施形態では、研磨パッドコンディショニングディスクを化学機械研磨システム内で交換する装置が提供される。前記装置は、使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリから取り外し、未使用コンディショニングディスクを前記パッドコンディショニングアセンブリに装着するディスクロード／アンロードステーションと、使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を収容する１つ以上のディスク収納ステーションと、使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を前記ディスクロード／アンロードステーションと前記１つ以上のディスク収納ステーションとの間で搬送するために十分な移動範囲を持つ中央ロボットとを備える。

別の実施形態では、基板を化学機械研磨するシステムが提供される。前記システムは、プラテンアセンブリと、前記プラテンアセンブリ上に支持される研磨布表面と、１つ以上の研磨ヘッドであって、前記１つ以上の研磨ヘッドの上に、基板群が研磨されながら保持される、前記１つ以上の研磨ヘッドと、前記研磨布表面を削り取って研磨屑を除去し、前記研磨布表面の孔を空けることにより、前記研磨布表面を目立てするパッドコンディショニングアセンブリと、研磨パッドコンディショニングディスクを交換するオートディスクチェンジャーモジュールとを備える。

更に別の実施形態では、研磨パッドコンディショニングディスクを化学機械研磨システム内で交換する方法が提供される。前記方法は、使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリからディスクロード／アンロードステーションにおいて取り外す工程と、前記使用済みコンディショニングディスクを中央ロボットで取り出す工程と、前記使用済みコンディショニングディスクを、前記中央ロボットを使用して、前記ディスクロード／アンロードステーションから１つ以上のディスク収納ステーションに搬送する工程と、前記使用済みコンディショニングディスクを取り外す工程と、未使用コンディショニングディスクを前記１つ以上のディスク収納ステーションから取り出す工程と、前記未使用コンディショニングディスクを、前記中央ロボットを使用して前記ロード／アンロードステーションに搬送する工程と、前記未使用コンディショニングディスクを前記パッドコンディショニングアセンブリに装着する工程とを含む。

本発明に関して上に列挙した特徴が実現する過程を詳細に理解することができるように、上に簡単に要約した本発明に関する更に詳細な説明は、添付の図面に幾つかが示されている実施形態を参照しながら行なわれる。しかしながら、これらの添付の図面は本発明の代表的な実施形態を示しているに過ぎず、従って、本発明が他の同様に効果的な実施形態を包含することができるので、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。

図１は、化学機械研磨システムの１つの実施形態の上面平面図である。図２は、図１の研磨ステーションの部分斜視図である。図３は、図２のオートディスクチェンジャーモジュールの上面模式図である。図４は、ディスクロード／アンロード台の模式側面図である。図５は、オートディスクチェンジャーモジュールの別の実施形態の上面模式図である。図６は、オートディスクチェンジャーモジュールの別の実施形態の上面模式図である。図７は、化学機械研磨システムの研磨ステーションの別の実施形態の上面模式図である。図８は、パッドコンディショニングアセンブリの１つの実施形態の側面図である。

理解を容易にするために、同じ参照番号を出来る限り使用して、複数の図に共通する同じ構成要素を指すようにしている。１つの実施形態において開示される構成要素群は、特別に説明することなく他の実施形態において利用することができるので好都合であると考えられる。

本明細書において記載される実施形態は概して、基板の平坦化に関するものである。更に具体的には、本明細書において記載される実施形態は、研磨パッドのコンディショニングに関するものである。従来のパッドコンディショニング装置は、研磨剤を、動いている研磨パッドに触れるように供給する。例えば、パッドコンディショニングディスクを使用して、パッド表面を擦り、摩耗させ、パッドを広げ、粗面化し直すことができる。パッドコンディショニングディスクは、回転可能なバッキング部材に接続することができる。

パッドコンディショニングディスクの交換は、システム稼働率を低下させる時間のかかるプロセスである。現在、パッドコンディショニングディスクは、約１５〜３０時間ごとに手作業で交換している。既存の手動交換プロセスでは、安全装置を作動させ、「作業中」の札を下げてシステムにロックを掛けているので、オペレータは処理環境に物理的に入ることができる。本明細書において記載される実施形態によって、オペレータがシステムに介入するために必要な時間を大幅に長くすることができる。本明細書において記載される実施形態によって、コンディショニングディスク交換プロセスを自動化することができるので、システム中断時間を、安全装置を作動させてシステムにロックを掛け、手作業でコンディショニングディスクを交換するという必要を無くすことにより短くすることができる。本明細書において記載される実施形態によって、異なる種類のコンディショニングディスクを研磨プロセス中に使用することもできる。例えば、ダイヤモンドを大量に含むコンディショニングディスクを使用してパッドをブレイクインし（ｐａｄｂｒｅａｋ−ｉｎ）、ダイヤモンドをさほど大量には含んでいないコンディショニングディスクを使用してパッドをコンディショニングし、ブラシディスクを使用してパッドをクリーニングする。

１つの実施形態では、パッドコンディショニングアームは、使用済のコンディショニングディスクを１つの箇所に廃棄し、未使用のコンディショニングディスクを別の箇所から取り出す。１つの実施形態では、これらの箇所にはそれぞれ、コンディショニングディスクホルダーが配設され、このコンディショニングディスクホルダーは、コンディショニングディスクを垂直に積層して保持する。別の実施形態では、未使用のディスクスタックは、古いディスクスタックの上に垂直に重ねることができるので、システムの設置に要する実質占用面積を小さくすることができる。１つの実施形態では、コンディショニングディスクは、パッドコンディショニングアームに設けたアクチュエータ群によって、またはディスクスタックに設けたアクチュエータ群によってパッドコンディショニングアームに取り付け、パッドコンディショニングアームから取り外すことができる。別の実施形態では、パッドコンディショニングアームに対するコンディショニングディスクの取り付け、及び取り外しは、パッドコンディショニングアームが既に行なった上下運動を利用する受動機構により行なうことができる。

別の実施形態では、自動コンディショニングディスク交換は、予備のコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアームに載せて搬送することにより行なうことができる。１つの実施形態では、パッドコンディショニングアームは、パッドコンディショニングディスク群の間をインデックス移動することにより、各コンディショニングディスクの耐用年数を延ばすことができる。例えば、予備のコンディショニングディスクをプラテンの上方に上昇させ、稼働中のコンディショニングディスクの耐用年数が経過するまで使用しないようにすることができる。別の構成として、複数のコンディショニングディスクを高い頻度で順番に繰り返し稼働状態及び非稼働状態にすることにより、コンディショニングディスク品質のバラツキを平均化する。

本明細書において記載される実施形態を実施することができる特定の装置は限定されないが、これらの実施形態を、カリフォルニア州サンタクララ市にあるアプライドマテリアルズ社が販売するＲＥＦＬＥＸＩＯＮＬｋＣＭＰシステム及びＭＩＲＲＡＭＥＳＡ(R)システムにおいて実施すると大きな恩恵を享受することができる。更に、他の製造業者から入手することができるＣＭＰシステムも、本明細書において記載される実施形態から恩恵を享受することができる。本明細書において記載される実施形態は、「円形走行レール研磨システムアーキテクチャ」と題する米国仮特許出願第６１／０４３，５８２号（弁護士整理番号０１３０３６Ｌ）、及び「走行レールシステム用研磨ヘッド」と題する米国仮特許出願第６１／０４３，６００号（弁護士整理番号０１３１９４Ｌ）に記載されている頭上式円形走行レール研磨システムを含む頭上式円形走行レール研磨システムで実施することができ、これらの米国仮特許出願は共に、本明細書において参照されることにより、これらの仮特許出願の内容の全てが本明細書に組み込まれる。

図１は、パッドコンディショニングディスクを自動交換するオートディスクチェンジャーモジュール１５０を備える化学機械研磨（「ＣＭＰ」）システム１００の１つの実施形態を示す上面平面図である。ＣＭＰシステム１００は、ファクトリインターフェース１０２と、洗浄装置１０４と、研磨モジュール１０６とを含む。ウェットロボット１０８を設けて基板１７０をファクトリインターフェース１０２と研磨モジュール１０６との間で搬送する。ウェットロボット１０８は更に、基板を研磨モジュール１０６と洗浄装置１０４との間で搬送するように構成することができる。ファクトリインターフェース１０２はドライロボット１１０を含み、このドライロボット１１０は、基板１７０を１つ以上のカセット１１４と１つ以上の搬送プラットフォーム１１６との間で搬送するように構成される。図１に示す１つの実施形態では、４つの基板収容カセット１１４が示されている。ドライロボット１１０は、４つのカセット１１４と１つ以上の搬送プラットフォーム１１６との間の搬送を容易にするために十分な移動範囲を有する。任意であるが、ドライロボット１１０は、レールまたは走行レール１１２に取り付けて、ロボット１１０をファクトリインターフェース１０２内で横方向に位置決めすることにより、ドライロボット１１０の移動範囲を、大規模な、または複雑なロボット連結機構を必要とすることなく広げることができる。ドライロボット１１０は更に、基板を洗浄装置１０４から受け入れ、洗浄かつ研磨された基板を基板収容カセット１１４に戻すように構成される。１つの搬送プラットフォーム１１６を図１に示す実施形態に示しているが、少なくとも２つの基板を一列に並べて、研磨モジュール１０６へウェットロボット１０８によって同時に搬送することができるように、２つ以上の搬送プラットフォームを設けてもよい。

図１を参照し続けると、研磨モジュール１０６は複数の研磨ステーション１２４を含み、これらの研磨ステーション１２４の上で基板を、１つ以上の研磨ヘッド１２６に保持しながら研磨する。これらの研磨ステーション１２４は、同時に２つ以上の研磨ヘッド１２６との境界部になることにより、２つ以上の基板の研磨が単一の研磨ステーション１２４を使用して同時に行なわれるサイズに形成される。これらの研磨ヘッド１２６は、図１に破線で示す頭上式走行レール１２８に取り付けられるキャリッジ（図示せず）に接続される。頭上式走行レール１２８によってキャリッジを研磨モジュール１０６の近傍に選択的に配置することができ、これにより、これらの研磨ヘッド１２６を、研磨ステーション１２４及びロードカップ１２２の上に選択的に容易に位置決めすることができる。図１に示す実施形態では、頭上式走行レール１２８は円形構造を有し、この円形構造によって、これらの研磨ヘッド１２６を保持するキャリッジを選択的に、かつ個別に、ロードカップ１２２及び研磨ステーション１２４の上で回転させ、及び／またはロードカップ１２２及び研磨ステーション１２４から遠ざけることができる。頭上式走行レール１２８が、楕円形、長円形、直線形、または他の適切な方向的特徴を含む他の構造を有することができ、これらの研磨ヘッド１２６の移動は、他の適切な装置を使用して容易に行なうことができる。

図１に示す１つの実施形態では、２つの研磨ステーション１２４が、研磨モジュール１０６の両側のコーナー部に設けられる様子を示している。少なくとも１つのロードカップ１２２が研磨モジュール１０６のコーナー部にあり、これらの研磨ステーション１２４の間に、かつウェットロボット１０８に最も近い箇所に位置している。ロードカップ１２２によって、ウェットロボット１０８と研磨ヘッド１２６との間の搬送を容易にしている。任意であるが、３つ目の研磨ステーション１２４（破線で示す）を、ロードカップ群１２２に対向する側の研磨モジュール１２４のコーナー部に配置することができる。別の構成として、２つ目のロードキャップペア１２２（これも破線で示す）を、ウェットロボットに近接配置されるロードカップ群１２２に対向する側の研磨モジュール１０６のコーナー部に設けることができる。更に別の研磨ステーション１２４を、設置に要する更に大きい実質占用面積を有するシステムにおける研磨モジュール１０６に組み込んでもよい。

各研磨ステーション１２４は、少なくとも２つの基板を同時に研磨することができる研磨布表面１３０と、これらの基板の各々に対応する同じ数の研磨ユニットを含む。これらの研磨ユニットの各々は、研磨ヘッド１２６と、コンディショニングモジュール１３２と、研磨流体供給モジュール１３４と、オートディスクチェンジャーモジュール１５０を含む。１つの実施形態では、コンディショニングモジュール１３２はパッドコンディショニングアセンブリ１４０を含むことができ、このパッドコンディショニングアセンブリ１４０は、パッドを、研磨屑を除去し、パッドの孔を空けることにより目立てする。別の実施形態では、研磨流体供給モジュール１３４は、スラリー供給アームを備えることができる。１つの実施形態では、各研磨ステーション１２４は、複数のパッドコンディショニングアセンブリ１３２，１３３を備える。１つの実施形態では、各研磨ステーション１２４は、複数の流体供給アーム１３４，１３５を備えることにより、流体流を各研磨ステーション１２４に供給する。研磨布表面１３０は、プラテンアセンブリ２０２（図２参照）の上に支持され、このプラテンアセンブリ２０２は、研磨布表面１３０を処理中に回転させる。１つの実施形態では、研磨布表面１３０は、化学機械研磨プロセス及び／又は電気化学機械研磨プロセスのうちの少なくとも１つのプロセスに適している。別の実施形態では、プラテンは、研磨中に、約１０ｒｐｍ〜約１５０ｒｐｍの速度で、例えば約８０ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍの速度のように、約５０ｒｐｍ〜約１１０ｒｐｍの速度で回転させることができる。

各コンディショニングモジュール１３２はパッドコンディショニングアセンブリ１４０を含む。パッドコンディショニングアセンブリ１４０は、支持アーム１４４を有する支持アセンブリ１４６によって支持されるコンディショニングヘッド１４２を含み、この支持アーム１４４は、コンディショニングヘッド１４２と支持アセンブリ１４６との間に配設される。支持アセンブリ１４６は、基台１４７に接続され、コンディショニングヘッド１４２を研磨布表面１３０に接触するように位置決めするように適合させ、更に、コンディショニングヘッド１４２と研磨布表面１３０との相対移動を可能にするように適合させる。支持アーム１４４は、コンディショニングヘッド１４２に接続される遠位端と、基台１４７に接続される近位端を有する。基台１４７は回転してコンディショニングヘッド１４２を、研磨布表面１３０を横切るように掃引することにより研磨布表面１３０をコンディショニングする。コンディショニングヘッド１４２は更に、制御可能な圧力または下向きの圧力を加えて、コンディショニングヘッド１４２を研磨布表面１３０に向かって制御可能に押圧するように構成される。下向きの圧力は、約０．５ｐｓｉ〜約２０ｐｓｉ、例えば約１ｐｓｉ〜約１４ｐｓｉの範囲とすることができる。コンディショニングヘッド１４２は普通、掃引運動しながら研磨布表面１３０を横切るように横方向に回動する、または移動する。１つの実施形態では、コンディショニングヘッド１４２の横方向の運動は、直線状に行なわれるので、または研磨布表面１３０の中心近傍から研磨布表面１３０の外周縁の近傍の範囲の円弧に沿って行なわれるので、プラテンアセンブリ２０２の回転と組み合わされて、研磨布表面１３０全体をコンディショニングすることができる。コンディショニングヘッド１４２は、別の移動範囲を有することにより、コンディショニングヘッド１４２を、未使用時にプラテンアセンブリ２０２から離れるように移動させることができる。

コンディショニングヘッド１４２は、コンディショニングディスク１４８を収容して研磨布表面１３０に接触するように適合させる。コンディショニングディスク１４８はコンディショニングヘッド１４２に、磁石のような受動機構、及び支持アーム１４４に既に付与されている昇降動作を利用した空気式アクチュエータを介して接続することができる。コンディショニングディスク１４８は普通、コンディショニングヘッド１４２の収納部を約０．２ｍｍ〜約１ｍｍの長さだけ越えて延びることにより、研磨布表面１３０に接触する。コンディショニングディスク１４８は、ナイロン、綿布、ポリマー、または研磨布表面１３０を傷付けない他の軟質材料により作製することができる。別の構成として、コンディショニングディスク１４８は、織り目加工ポリマーにより作製する、またはダイヤモンド粒子を固着させた、またはダイヤモンド粒子が埋め込まれた粗面を有するステンレス鋼により作製することができる。ダイヤモンド粒子のサイズは、約３０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲とすることができる。

研磨システム１００及び当該システムで実行されるプロセスの制御を容易にするために、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１９２と、メモリ１９４と、及びサポート回路１９６とを備えるコントローラ１９０を研磨システム１００に接続する。ＣＰＵ１９２は、種々のドライブ及び圧力を制御する産業現場で使用することができるいずれかの形態のプロセッサの１つとすることができる。メモリ１９４はＣＰＵ１９２に接続される。メモリ１９４またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または他のいずれかの形態のローカルまたはリモートデジタルストレージのような容易に入手できる１つ以上のメモリとすることができる。サポート回路１９６をＣＰＵ１９２に接続して、プロセッサを従来通りサポートする。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムなどを含む。

図２は、オートディスクチェンジャーモジュール１５０を備える図１の研磨ステーション１２４の部分斜視図である。図３は、図２のオートディスクチェンジャーモジュール１５０を備える研磨ステーションの上面模式図である。１つの実施形態では、図１に示すように、オートディスクチェンジャーモジュール１５０は、使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリ１４０から取り外し、未使用コンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリ１４０に装着するディスクロード／アンロードステーション１５２と、使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を収容する１つ以上のディスク収納ステーション１５４と、及び使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方をディスクロード／アンロードステーション１５２と１つ以上のディスク収納ステーション１５４との間で搬送するために十分な移動範囲を有する中央ロボット１５６を備える。

図４は、ディスクロード／アンロード台の模式側面図である。１つの実施形態では、ディスクロード／アンロードステーション１５２は、ディスクロード／アンロード台４００を備える。１つの実施形態では、ディスクロード／アンロード台４００は、研磨モジュール１０６に直接接続することができる。別の実施形態では、ディスクロード／アンロード台４００は、研磨モジュール１０６に接続される別のプレートに接続することができる。
を備える。

１つの実施形態では、ディスクロード／アンロード台４００は、台本体４０２と、台本体４０２に接続される磁性部材４０４と、及び磁性部材４０４を昇降させる昇降機構４０６とを備える。磁性部材４０４は、磁力を使用して、パッドコンディショニングディスク１４８をコンディショニングヘッド１４２から取り外す。１つの実施形態では、磁性部材４０４は、ディスクロード／アンロード台４００の昇降機構４０６に接続される電磁石である。磁性部材４０４を電源１８０によって選択的に励磁することにより、コンディショニングディスク１４８を台本体４０２に引き付ける付勢力を発生させることができる。磁性部材４０４から加わる磁力は電源１８０によって容易に調整されるので、コンディショニングディスク１４８と台本体４０２との接触力は、特定の日常的作業のために最適に調整することができる。更に、コンディショニングディスク１４８と台本体４０２との間の引き付け力は、磁性部材４０４に印加される電源を遮断することにより取り除くことができるので、コンディショニングディスク１４８を台本体４０２から容易に分離することができる。任意であるが、磁性部材４０４から発生する磁力の極性を反転させて、コンディショニングディスク１４８を、コンディショニングディスク１４８が磁化される、及び／または永久磁石材料を含む場合に取り外し易くすることができる。別の構成として、磁性部材４０４は永久磁石とすることができる。磁性部材４０４を台本体４０２内の他の位置に、または台本体４０２に隣接する他の位置に配置する構成が想到される。

１つの実施形態では、昇降機構４０６は、ｚ軸方向に受動的に昇降作動する昇降機構とすることができる。１つの実施形態では、昇降機構４０６は、磁性部材４０４に取り付けられるドライブナットを回動させる鉛製スクリューに接続されるモータを備える。ドライブナットを垂直方向に、鉛製スクリューを回動させることにより押し込むと、磁性部材４０４が上方または下方のいずれかに移動する。別の構成として、昇降機構４０６は、磁性部材４０４の位置を制御するいずれかの形態の垂直アクチュエータとすることができる。台本体４０２、磁性部材４０４、及び昇降機構４０６は、セラミックス、アルミニウム、スチール、ニッケル、ポリマーなどのような、耐プロセス材料を含むことができ、これらの材料は、プロセスに耐えることができ、普通、銅のような汚染物質を含まない。

図２を参照すると、オートディスクチェンジャーモジュール１５０は更に、使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を収容する１つ以上のディスク収納ステーション１５４を備える。１つの実施形態では、１つ以上のディスク収納ステーション１５４が、１つのディスク収納ラック２０８を備える。ディスク収納ラック２０８は、研磨モジュール１０６に直接接続することができる。別の実施形態では、ディスク収納ラック２０８は、研磨モジュール１０６に接続される別のプレートに接続することができる。

ディスク収納ラック２０８は、フレーム２２０で支持される複数の収納棚２１０を備える。１つの態様では、図２は、５つの収納棚がディスク収納ラック２０８内に設けられる様子を示しているが、いずれの個数の収納棚２１０も使用してもよい構成が想到される。各収納棚２１０は、フレーム２２０にブラケット群（図示せず）を介して接続されるコンディショニングディスク支持部材２１２を備える。これらのブラケットは、コンディショニングディスク支持部材２１２の周縁部をフレーム２２０に接続し、フレーム２２０及びコンディショニング支持部材２１２の両方に、圧力検知接着剤、セラミック接着剤、糊などのような接着剤、またはプロセスに耐えることができ、かつ銅のような汚染物質を含まないスクリュー、ボルト、クリップなどのような締結部材を使用して接続することができる。フレーム２２０、収納棚群２１０、及びブラケット群は、セラミックス、アルミニウム、スチール、ニッケル、ポリマーなどのような耐プロセス材料を含むことができ、これらの材料は、プロセスに耐えることができ、普通、銅のような汚染物質を含まない。フレーム２２０及びブラケット群は別体の部品とすることができるが、ブラケット群及びコンディショニング支持部材群２１２をフレーム２２０に一体化する構成が想到される。

これらの収納棚２１０は、ディスク収納ラック２０８内で垂直方向に、かつ平行に離間させて複数の収納スペースを画定する。各収納スペースは、各コンディショニングディスク支持部材２１２によって支持される少なくとも１つのコンディショニングディスク１４８を当該各収納スペースに収納するように適合させる。各コンディショニングディスク１４８の上方及び下方の収納棚２１０が、各収納スペースの上側境界及び下側境界を画定する。

１つの実施形態では、図１に示すように、オートディスクチェンジャーモジュール１５０は更に、使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方をディスクロード／アンロードステーション１５２と１つ以上のディスク収納ステーション１５４との間で搬送するために十分な移動範囲を有する中央ロボット１５６を備える。中央ロボット１５６は、ディスクロード／アンロードステーション１５２及び１つ以上のディスク収納ステーション１５４の両方に近付くように適合させる。１つの実施形態では、中央ロボット１５６は、移し替えロボットアセンブリ２６０（図２参照）を備え、この移し替えロボットアセンブリ２６０は普通、エンドエフェクタアセンブリ２６４（例えば、シングルブレードアセンブリ）に接続される移し替えロボットボディ２６２を含む。移し替えロボットアセンブリ２６０は２軸ロボットとすることができる。１つの実施形態では、移し替えロボットアセンブリ２６０は、矢印２６６で示すように、回転運動を行なう。１つの実施形態では、回転運動は、回転空気圧シリンダのようなアクチュエータ、またはモータによって実現することができる。１つの実施形態では、移し替えロボットアセンブリ２６０は、矢印２６８で示すように、垂直運動を行なう。移し替えロボットアセンブリ２６０はロボット基台２７０を備えることができ、このロボット基台２７０は、移し替えロボットアセンブリ２６０を研磨モジュール１０６に接続する。別の実施形態では、ロボット基台２７０は、研磨モジュール１０６に接続される別のプレートに接続することができる。

１つの実施形態では、移し替えロボットボディ２６２は管状部材を備える。移し替えロボットボディ２６２は、セラミックス、アルミニウム、スチール、ニッケル、ポリマーなどのような耐プロセス材料を含むことができ、これらの材料は、プロセスに耐えることができ、普通、銅のような汚染物質を含まない。

１つの実施形態では、エンドエフェクタアセンブリ２６４は、移し替えロボットアセンブリ２６０に移動可能に接続されるので、エンドエフェクタアセンブリ２６４は、移し替えロボットアセンブリ２６０に対して、移し替えロボットボディ２６２に直交し、かつエンドエフェクタアセンブリ２６４を貫通して延在する軸の回りに、いずれの方向にも回転させることができる。１つの実施形態では、エンドエフェクタアセンブリ２６４は、１つ以上のブレードアセンブリを備え、これらのブレードアセンブリは、コンディショニングディスク収容面を含む１つ以上のブレードを含み、このコンディショニングディスク収容面は、ブレード（図示せず）上に配置されるコンディショニングディスクを、吸引機構のような、または基板をロボットブレード上の正しい位置に保持する側縁把持部材のような種々の保持手段を使用して保持するように適合させる。側縁把持機構は、コンディショニングディスクの側縁を、複数の箇所（例えば、３箇所）で把持して、コンディショニングディスクを保持し、かつ維持するように適合させることができる。

１つの実施形態では、ブレードは、反対側に向いた２つのコンディショニングディスク支持面を有することができる。例えば、使用済みコンディショニングディスクは、一方のコンディショニングディスク支持面に固く固定することができ、未使用コンディショニングディスクは、他方のコンディショニングディスク支持面で支持することができる。１つの実施形態では、ブレードは、エンドエフェクタアセンブリ２６４が位置決めされるときのブレードに対する基板の位置を検出するセンサ群（図示せず）を有することができる。

図３は、図２のオートディスクチェンジャーモジュールの上面模式図である。作動状態では、図２及び図３によれば、パッドコンディショニングアセンブリ１４０は、使用済みコンディショニングディスク１４８をディスクロード／アンロードステーション１５２に載置する。ディスクロード／アンロードステーション１５２がディスクロード／アンロード台を備える別の実施形態では、使用済みコンディショニングディスクを、中央ロボット１５６で取り出す前にディスクロード／アンロード台に直に載置することができる。コンディショニングディスク１４８がパッドコンディショニングアセンブリ１４０に磁気連結される１つの実施形態では、磁性部材４０４を電源１８０により選択的に励磁して、コンディショニングディスク１４８を台本体４０２に引き付ける付勢力を発生させることができる。コンディショニングディスク１４８を中央ロボット１５６で台本体４０２から取り出すことができる。別の実施形態では、中央ロボット１５６のエンドエフェクタアセンブリ２６４を磁性部材４０４の上に位置決めし、磁性部材４０４を電源１８０により選択的に励磁して、コンディショニングディスク１４８をパッドコンディショニングアセンブリ１４０から取り出し、コンディショニングディスク１４８を中央ロボット１５６のエンドエフェクタアセンブリ２６４に引き付ける。

コンディショニングディスク１４８を中央ロボット１５６のエンドエフェクタアセンブリ２６４に保持した後、中央ロボット１５６が使用済みコンディショニングディスクを１つ以上のディスク収納ステーション１５４に移送し、これらのステーションでは、使用済みコンディショニングディスク１４８が空の収納棚に載置される。次に、中央ロボット１５６が未使用コンディショニングディスクを１つ以上のディスク収納ステーション１５４から取り出し、未使用コンディショニングディスク１４８をディスクロード／アンロードステーション１５２に移送する。次に、未使用コンディショニングディスク１４８をパッドコンディショニングアセンブリ１４０に保持し、研磨コンディショニングプロセスを継続することができる。

エンドエフェクタアセンブリ２６４が、２つのコンディショニングディスク支持面を有するブレードを備える１つの実施形態では、未使用コンディショニングディスクを１つ以上のディスク収納ステーション１５４から取り出し、一方のコンディショニングディスク支持面に位置決めし、ディスクロード／アンロードステーション１５２に搬送する。ディスクロード／アンロードステーション１５２では、ブレードを回転させて、空のコンディショニングディスク支持面に使用済みコンディショニングディスクを回収することができるようにする。使用済みコンディショニングディスクを固く固定した後、ブレードを回転させて、未使用コンディショニングディスクが、パッドコンディショニングアセンブリ１４０のコンディショニングヘッド１４２に対向するようにし、この場所で、未使用コンディショニングディスクをブレードから取り出すことができる。

図５は、オートディスクチェンジャーモジュール１５０の別の実施形態の上面模式図である。別の実施形態では、図５に示すように、オートディスクチェンジャーモジュール１５０は更に、中央ロボット１５６に隣接配置される更に別の移し替えロボット５０２と、１つ以上のディスク収納ステーション１５４とを備える。更に別の移し替えロボット５０２は、コンディショニングディスクを中央ロボット１５６から取り出し、コンディショニングディスクを中央ロボット１５６に供給するように適合させることができる。更に別の移し替えロボット５０２は更に、コンディショニングディスク１４８を、１つ以上のディスク収納ステーション１５４に移送し、１つ以上のディスク収納ステーション１５４から移送するように適合させることができる。１つの実施形態では、中央ロボット１５６が使用済みディスクを、更に別の移し替えロボット５０２に移送する。更に別の移し替えロボット５０２は、使用済みディスクを、１つ以上のディスク収納ステーション１５４に収納し、未使用コンディショニングディスクを１つ以上のディスク収納ステーション１５４から取り出す。中央ロボット１５６は、未使用コンディショニングディスクを、パッドコンディショニングアセンブリ１４０から取り出し、パッドコンディショニングアセンブリ１４０に移送する。有利な点として、中央ロボット１５６は、使用済みコンディショニングディスクを載置し、未使用コンディショニングディスクを同じ位置から取り出す。

図６は、オートディスクチェンジャーモジュール１５０の別の実施形態の上面模式図である。オートディスクチェンジャーモジュール１５０は、使用済みディスクホルダ６０２と、未使用ディスクホルダ６０４とを備える。使用済みディスクホルダ６０２及び未使用ディスクホルダ６０４の位置は、逆にしてもよいことを理解されたい。パッドコンディショニングアセンブリ１４０は、使用済みディスクを使用済みディスクホルダ６０２に廃棄し、未使用ディスクを未使用ディスクホルダ６０４から取り出す。１つの実施形態では、使用済みディスクホルダ６０２及び未使用ディスクホルダ６０４は、コンディショニングディスク群を垂直に積層した状態で保持するように適合させることができる。１つの実施形態では、コンディショニングディスク１４８は、パッドコンディショニングアセンブリ１４０に設けたアクチュエータによって、またはディスクホルダ６０２，６０４に設けたアクチュエータによって、パッドコンディショニングアセンブリ１４０に装着し、パッドコンディショニングアセンブリ１４０から取り外すことができる。別の実施形態では、パッドコンディショニングアセンブリ１４０に対するコンディショニングディスクの装着及び取り外しは、パッドコンディショニングアセンブリ１４０が既に行なった上下運動を利用する受動機構により行なうことができる。使用済みディスクホルダ６０２及び未使用ディスクホルダ６０４は、システムの設置に要する実質占用面積を小さくすることができ、かつシステムの複雑さを低減することができるので有利である。

図７は、化学機械研磨システムの別の研磨ステーション１２４の上面模式図であり、図８は、図７のパッドコンディショニングアセンブリ１４０の側面図である。１つの実施形態では、自動ディスク交換は、複数のコンディショニングディスク７００ａ〜ｃをパッドコンディショニングアセンブリ１４０に載せて搬送することにより行なうことができる。図７及び図８に示す例示的な実施形態では、３つのコンディショニングディスク７００ａ〜ｃを示している。３つのコンディショニングディスク７００ａ〜ｃを示しているが、いずれの数のコンディショニングディスクであっても、パッドコンディショニングアセンブリ１４０に載せて搬送することができることを理解されたい。

この実施形態では、パッドコンディショニングヘッド１４２は、コンディショニングディスクの使用可能耐用年数を延ばすためにコンディショニングディスク群の間をインデックス移動することができる。例えば、図８に示すように、予備のコンディショニングディスク７００ｂ及び７００ａ（この図では見ることができない）をプラテンの上方に上昇させ、研磨布表面１３０にコンディショニング中に接触する稼働中のコンディショニングディスク７００ｂが当該コンディショニングディスクの使用可能耐用年数の終了時点に達するまで使用しないようにすることができる。別の構成として、複数のコンディショニングディスク７００ａ〜ｃを高い頻度で順番に繰り返し稼働状態及び非稼働状態に切り替えて、コンディショニングディスク品質のバラツキを平均化することができる。別の実施形態では、これらのコンディショニングディスクは、コンディショニングヘッド１４２に接続されるシリンダに接続することができる。シリンダが回転すると、異なるコンディショニングディスクが稼働位置に移動して研磨布表面１３０に対向する。

本明細書において記載される実施形態は概して、コンディショニングディスクに関するものであるが、本明細書において記載される実施形態は、いずれの形状及び／又はサイズのコンディショニング部材にも使用され得ることを理解されたい。

これまでの記述は、本明細書において記載される実施形態に関して行なわれているが、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を、本発明の基本的範囲から逸脱しない範囲で想到することができ、本発明の範囲は以下の請求項により定義される。

Claims

研磨パッドコンディショニングディスクを化学機械研磨システム内で交換する装置であって：
使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリから取り外し、未使用コンディショニングディスクを前記パッドコンディショニングアセンブリに装着するディスクロード／アンロードステーションと；
使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を収容する１つ以上のディスク収納ステーションと；
使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を前記ディスクロード／アンロードステーションと前記１つ以上のディスク収納ステーションとの間で搬送するために十分な移動範囲を持つ中央ロボットと、
を備える、装置。
前記ディスクロード／アンロードステーションは：
台本体と；
前記台本体に接続される磁性部材と；
前記磁性部材を昇降させる昇降機構と、
を含む、請求項１に記載の装置。
前記１つ以上のディスク収納ステーションは：
フレームと；
前記フレームで支持される複数の収納棚とを含み、前記複数の収納棚は、垂直方向に離れて、かつ平行に離間して、前記フレームで支持する複数のコンディショニングディスク収納スペースを画定する、請求項２に記載の装置。
前記中央ロボットは：
移し替えロボットボディと；
前記移し替えロボットボディに接続されるエンドエフェクタアセンブリであって、前記中央ロボットがコンディショニングディスクを搬送するときに、コンディショニングディスクを保持する、エンドエフェクタアセンブリと
を含む、請求項３に記載の装置。
前記エンドエフェクタアセンブリは、コンディショニングディスク収容面を含む１つ以上のブレードを含み、前記コンディショニングディスク収容面は、前記ブレード上に配置されるコンディショニングディスクを保持するように適合させる、請求項４に記載の装置。
前記１つ以上のブレードは、反対側に向いた２つのコンディショニングディスク支持面を有する、請求項５に記載の装置。
前記中央ロボット及び前記１つ以上のディスク収納ステーションに隣接配置される移し替えロボットを更に備え、前記移し替えロボットは、コンディショニングディスクを前記１つ以上のディスク収納ステーションから取り出し、前記１つ以上のディスク収納ステーションに供給するために十分な移動範囲を持つ、請求項１に記載の装置。
前記中央ロボットは、前記ディスクロード／アンロードステーションと前記１つ以上のディスク収納ステーションとの間に配置される、請求項１に記載の装置。
プラテンアセンブリと；
前記プラテンアセンブリ上に支持される研磨布表面と；
１つ以上の研磨ヘッドであって、前記１つ以上の研磨ヘッドの上に、基板群が研磨されながら保持される、前記１つ以上の研磨ヘッドと；
研磨屑を除去し、前記研磨布表面の孔を空けることにより前記研磨布表面を目立てするパッドコンディショニングアセンブリと；
研磨パッドコンディショニングディスクを交換するオートディスクチェンジャーモジュールと、
を備える、化学機械研磨システムであって、
前記オートディスクチェンジャーモジュールは：
使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリから取り外し、未使用コンディショニングディスクを前記パッドコンディショニングアセンブリに装着するディスクロード／アンロードステーションと；
使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を収容する１つ以上のディスク収納ステーションと；
使用済みコンディショニングディスク及び未使用コンディショニングディスクの両方を前記ディスクロード／アンロードステーションと前記１つ以上のディスク収納ステーションとの間で搬送するために十分な移動範囲を持つ中央ロボットと、
を備える、システム。
前記１つ以上の研磨ヘッドは、頭上式円形走行レールに取り付けられ、前記頭上式円形走行レールによって、前記１つ以上の研磨ヘッドを、前記研磨布表面上に選択的に位置させることができる、請求項９に記載のシステム。
研磨パッドコンディショニングディスクを化学機械研磨システム内で交換する方法であって：
使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリからディスクロード／アンロードステーションにおいて取り外す工程と；
前記使用済みコンディショニングディスクを中央ロボットで取り出す工程と；
前記使用済みコンディショニングディスクを、前記中央ロボットを使用して、前記ディスクロード／アンロードステーションから１つ以上のディスク収納ステーションに搬送する工程と；
前記使用済みコンディショニングディスクを取り外す工程と；
未使用コンディショニングディスクを前記１つ以上のディスク収納ステーションから取り出す工程と；
前記未使用コンディショニングディスクを、前記中央ロボットを使用して前記ロード／アンロードステーションに搬送する工程と；
前記未使用コンディショニングディスクを前記パッドコンディショニングアセンブリに装着する工程と、
を含む、方法。
使用済みコンディショニングディスクをパッドコンディショニングアセンブリから取り外す前記工程は、磁性材料を選択的に励磁して、付勢力を発生させることにより、前記コンディショニングディスクを前記パッドコンディショニングアセンブリから取り出す工程を含む、請求項１１に記載の方法。
使用済みコンディショニングディスクを取り外す前記工程は、前記使用済みコンディショニングディスクを移し替えロボットに搬送する工程を含み、前記移し替えロボットは、前記使用済みディスクを前記１つ以上のディスク収納ステーション内に載置する、請求項１１に記載の方法。
未使用コンディショニングディスクを前記１つ以上のディスク収納ステーションから取り出す前記工程は、未使用コンディショニングディスクを前記１つ以上のディスク収納ステーションから、前記移し替えロボットを使用して取り出す工程を含む、請求項１２に記載の方法。