JP5730212B2 - 改善されたロードカップ基板検知 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般に化学機械研磨システムにおいて基板を搬送するためのロードカップに関する。

化学機械研磨は一般的に、化学的プロセスまたは化学的プロセスおよび機械的プロセスの組み合わせを介して基板から物質を除去する。典型的な化学機械研磨システムでは、研磨表面の上方でフィーチャ面を下向きにして研磨ヘッドによって基板が保持される。研磨表面と接触させて基板を置くように研磨ヘッドを下げる。基板および研磨表面を、所定の研磨運動で互いに相対的に動かす。研磨作用の化学的部分を推進するために、典型的には、研磨流体を研磨表面上に供給する。基板からの物質の除去を機械的に助けるために、ある種の研磨流体は研磨剤を含むことができる。

フィーチャ面を下向きにして研磨ヘッド中へと基板を搬送するために、一般的にはロードカップと呼ばれる基板搬送機構を使用する。基板をロードカップ中に保持しながら基板のフィーチャ面をロードカップに向き合わせるので、ロードカップとの接触を介した基板のフィーチャ面への損傷を避けるために、注意を払わなければならない。例えば、基板を支持するロードカップの表面によって、基板のフィーチャ面を傷つけることがある。それに加えて、基板搬送中に発生した微粒子またはロードカップへの基板の接触によって発生した微粒子が、研磨表面に向かっていく基板の表面上に運ばれることがある。研磨中には、これらの微粒子は、不均一な研磨およびデバイス欠陥を結果としてもたらすスクラッチを基板に生じさせることがある。それゆえ、基板がロードカップに接触することを最小にすることは有利である。

基板損傷は、やはり、ロードカップと研磨ヘッドとの間の位置合わせズレからもたらされることがある。典型的には、問題のない受け渡しを確実にするために、ロードカップおよび研磨ヘッドを小さな許容誤差で互いに関連させて設置する。しかしながら、基板を取り出すために研磨ヘッドを下げるときに、基板がロードカップ内に正しく設置されていない場合には、研磨ヘッドが基板に接触し、損傷を生じさせることがある。

それゆえ、化学機械研磨システムにおける基板搬送中の基板への損傷を低減するために、改善されたロードカップ基板検知を必要とする。

本発明の一実施形態では、ロードカップアセンブリは、それ自体の中に配置されたペデスタル部材を有するカップ部材と、ペデスタル部材の周辺領域の周りに配置され、ペデスタル部材から垂直に延びる複数の基板設置用部材と、ペデスタル部材上に配置され、ペデスタル部材の周辺領域の周りに等間隔で設置された複数のレバー作動型基板センサとを備える。一実施形態では、複数のレバー作動型基板センサは、コントローラへ信号をそれぞれ送る。

本発明の別の一実施形態では、ロードカップアセンブリは、それ自体の中に配置されたペデスタル部材を有するカップ部材と、ペデスタル部材の周辺領域の周りに配置され、ペデスタル部材から垂直に延びる複数の基板設置用部材と、ペデスタル部材上に配置され、ペデスタル部材の周辺領域の周りに等間隔で設置された複数の基板センサと、ペデスタル部材の周辺領域の周りに等間隔で設置された複数のレバーアームと、ペデスタル部材の周辺領域の周りに等間隔で設置された複数のカウンターウェイトとを備える。一実施形態では、複数の基板センサは、コントローラへ信号をそれぞれ送る。一実施形態では、各レバーアームは対応する基板センサの上方に配置される。一実施形態では、基板がレバーアームの上側表面に接触してロードカップアセンブリ中に置かれるまで、レバーアームがその下方の基板センサに接触することを防ぐために、各カウンターウェイトが、対応するレバーアームに取り付けられる。

本発明のさらに別の一実施形態では、化学機械研磨システムにおいて基板を搬送する方法は、フィーチャ面を下向きにしてロードカップアセンブリ中へと基板を置くことと、ロードカップアセンブリ中の基板の存在を検出することと、ロードカップアセンブリ中に基板を設置することを判断することと、研磨ヘッドへ基板を搬送することとを備える。一実施形態では、ロードカップアセンブリは、それ自体の中に配置されたペデスタルのあるカップと、ペデスタルの周辺領域の周りに配置され、そのペデスタルから上向きに延びる複数の基板ガイド用部材と、ペデスタルの周辺領域の周りに等間隔で設置された少なくとも３個のレバー作動型センサとを備える。一実施形態では、ロードカップアセンブリ中の基板の存在は、１つまたは複数のレバー作動型センサが基板によって作動されているかどうかを判断することによって検出される。一実施形態では、ロードカップアセンブリ中に基板を設置することは、レバー作動型センサのすべてが基板によって作動されているかどうかを検出することによって判断される。

本発明の上に記述したフィーチャを詳細に理解することが可能なように、上に簡潔に要約されている本発明のより明細な説明を、その一部が添付した図面に図示されている実施形態を参照することによって得ることができる。しかしながら、添付した図面は本発明の典型的な実施形態だけを図示し、それゆえ、本発明に関して他の同様に有効な実施形態を許容することができる本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。

最先端の研磨システムの部分的、概略的切断図である。 図１の研磨システムにおいて使用するための従来技術のロードカップアセンブリの概略的断面図である。 本発明の一実施形態によるロードカップアセンブリの概略的断面図である。 図３Ａのロードカップアセンブリの概略的上面図である。 本発明の別の一実施形態によるロードカップアセンブリの概略的断面図である。 図４Ａのロードカップアセンブリの概略的上面図である。

本発明の実施形態は、一般に、化学機械研磨システムにおいて基板の搬送の際に使用するロードカップを提供する。ロードカップは、研磨ヘッドへの搬送のために基板がロードカップ中に存在し正しく設置されていることを確実にするための改善された基板端部検知機構を含む。一実施形態では、レバー作動型端部検知機構を提供する。一実施形態では、基板の端部はレバーと接触し、そのレバーはセンサと接触して、研磨ヘッドとの受け渡しのために、基板が存在し正しく設置されていることを検出する。本発明の実施形態は、信頼性のある検出を提供し、同時に基板搬送中に基板のフィーチャ面との接触を低減する。

図１は、最先端の研磨システム１００の部分的、概略的切断図である。研磨システム１００は、研磨ステーション１０２や、研磨ヘッド１０４や、ロードカップ１１０を含む。研磨ステーション１０２は、プラテン上に配置された研磨用材料１１６を有する回転可能なプラテン１０６を含む。研磨ヘッド１０４を、搬送機構１１８によってベース１２６に連結された研磨ステーション１０２の上方に支持する。搬送機構１１８は、選択的に研磨用材料１１６の上にまたはロードカップ１１０の上に研磨ヘッド１０４を設置するように適合されている。研磨ヘッド１０４は、リセス部１４６を画定する延伸縁部１４２を有する収納部１４０を備える。保持リング１５０は、研磨ヘッド１０４を取り囲んでいる。

ロードカップ１１０は、一般にペデスタルアセンブリ１２８およびカップ１３０を含む。アクチュエータ１３３に連結されたシャフト１３６によって、ペデスタルアセンブリ１２８を支持する。ベース１２６中の穴１３４を通って延び、アクチュエータ１３２に連結されたシャフト１３８によって、カップ１３０を支持する。ロードカップ１１０と研磨ヘッド１０４との間で基板を搬送するときに、図１に破線で示したように、一般に、研磨ヘッド１０４をロードカップ１１０の上方に回転する。保持リング１５０の内側表面がペデスタルアセンブリ１２８の外側表面と一致するように、ペデスタルアセンブリ１２８を上昇させることができる。

図２は、図１の研磨システム１００において使用するための従来技術のロードカップアセンブリ２００の概略的断面図である。ロードカップアセンブリ２００は、一般にペデスタルアセンブリ２０５およびカップ２３０を含む。ペデスタルアセンブリ２０５は、ペデスタル２１０の上側表面から垂直に延びる複数のガイド２１５を有するペデスタル２１０を含む。典型的には６個のガイド２１５が、研磨ヘッドからロードカップアセンブリ２００へと基板２０１を搬送するプロセス中に基板２０１を案内するために設けられる。ガイド２１５を、区切られた端部のある円柱状部材または円錐状部材とすることができる。

図２に示したように、ペデスタルアセンブリ２０５は、複数のノズル２２０をさらに含む。ノズルが、基板２０１の除外ゾーンにおいてのみ基板２０１のフィーチャ面に接触するように、（典型的には３個の）ノズル２２０をペデスタル２１０の周りに設置する。基板２０１の除外ゾーンは、基板上に形成されるフィーチャを何も持たない基板２０１のフィーチャ面の外側周縁領域である。ノズル２２０は、ノズル２２０に脱イオン水などの流体を供給する流体源２４０と流体で連通する。基板をロードカップアセンブリ２００中へとロードしようとしているので、基板２０１に向けて上方へ流体流をスプレイするように、ノズル２２０を構成する。一旦、基板２０１が、ノズル２２０のすべてと接触し、ノズル２２０を介した流体の流れを止めると、コントローラ２２５は、ノズル２２０内の背圧を検知し、基板２０１が存在し適正に据え付けられていることの信号を送る。流体の流れがノズル２２０のすべてではなく少なくとも１つで止められる場合には、コントローラ２２５は、基板２０１が存在するが適正に据え付けられていないことの信号を送り、基板２０１への損傷を防ぐために、搬送プロセスを中断する。

上に説明したロードカップアセンブリ２００検知機構および方式は、基板２０１が存在し、次の搬送のために適正な位置に置かれていることを検出するためにうまく機能する。しかしながら、基板プロセシングの際の現在の傾向であるように、基板２０１の除外ゾーンが縮小されるまたは除かれるときに、問題が生じる。基板２０１の除外ゾーンが縮小されるまたは除かれるときには、ノズル２２０が基板２０１のフィーチャと接触して、基板２０１に容認できない損傷を生じさせることがあり、結果として、製造プロセスにおいて大き過ぎる不合格率およびコストの増加をもたらす。それに加えて、ノズル２２０からの流体が、基板２０１上のフィーチャ上へと中心部へ泳動する。銅を基板２０１のフィーチャ面に使用する場合には、基板２０１のフィーチャ面上のウェット域とドライ域との間の銅フィーチャ上に容認できない腐食帯を形成することがある。それゆえ、ノズル２２０からの流体が基板２０１のフィーチャ面に達することを防止することが望ましい。

本発明の一実施形態によるロードカップアセンブリ３００についての、図３Ａは概略的断面図であり、図３Ｂは概略的上面図である。一実施形態では、ロードカップアセンブリ３００は、ペデスタルアセンブリ３０５およびカップ３３０を備える。一実施形態では、ペデスタルアセンブリ３０５は、ペデスタル３１０の上側表面から垂直に延びる複数のガイド３１５を有するペデスタル３１０を含む。一実施形態では、３個以上のガイド３１５が、研磨ヘッドからロードカップアセンブリ３００へと基板３０１を搬送するプロセス中に基板３０１を案内するために設けられる。一実施形態では、６個のガイド３１５が設けられる。ガイド３１５を、区切られた端部のある円柱状部材か、円錐状部材か、長円形状部材か、球状部材か、または基板３０１のフィーチャ面（下向きの面）に損傷を与えずにロードカップアセンブリ３００中へと基板３０１の端部を案内することが可能な別の形状の部材とすることができる。

一実施形態では、ロードカップアセンブリ３００は、複数のガイド３１５の外側寄りの位置に置かれた複数のセンサ３２０を含む。各センサ３２０は、その上方に突き出して設置されたレバー３５０を有する。各レバー３５０は、そのレバーを貫通して配置され、ペデスタル３１０に取り付けられた、ピン部材などのピボット部材３６０を有する。レバー３５０は、アームフィーチャ３５６を経て角度付き接触フィーチャ３５４に接続されたカウンタウェイトフィーチャ３５２を備える。ピボット部材３６０は、アームフィーチャ３５６の下方に設置されているセンサ３２０の外側寄りでアームフィーチャ３５６を貫通して延びる。カウンタウェイトフィーチャ３５２は、ピボット部材３６０の外側寄りに設置される。角度付き接触フィーチャ３５４は、アームフィーチャ３５６の内側寄りで下向きに延びる。一実施形態では、レバー３５０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのプラスチック材料を含む。

一実施形態では、センサ３２０は、ノズルへ脱イオン水などの流体を供給する流体源３４０と流体で連通するノズルを備える。各センサ３２０は、ノズルの各々の中の背圧を検出するコントローラ３２５に接続される。一実施形態では、ノズルは、ＰＥＥＫなどの、プラスチック材料を含む。

本発明の一実施形態では、センサ３２０は、マイクロスイッチを備え、そのマイクロスイッチは、マイクロスイッチが動作するときにコントローラ３２５へ信号を送る。

一実施形態では、ロードカップアセンブリ３００は、ペデスタル３１０の周縁部の周りに等間隔で設置された少なくとも３個のセンサ３２０を備える。各レバー３５０は、それぞれのセンサ３２０の上方に突き出したアームフィーチャ３５６、および基板３０１がロードカップアセンブリ３００中へと下がるにつれて基板３０１のベベル付き端部３０２が角度付き接触フィーチャ３５４に接触するように設置された角度付き接触フィーチャ３５４と、一体として据えられる。角度付き接触フィーチャ３５４上の基板３０１の重さは、カウンタウェイトフィーチャ３５２の重さで減殺され、アームフィーチャ３５６をセンサ３２０に接触させる。

一実施形態では、角度付き接触フィーチャ３５４は、センサ３２０のそれぞれのノズルからの流体が、基板３０１のフィーチャ表面上へと泳動することを防止するように構成される。

一実施形態では、アームフィーチャ３５６がセンサ３２０に接触するときに、アームフィーチャ３５６は、センサ３２０のノズルを通る流体の流れを遮断する。一旦、基板３０１がレバー３５０のすべてと接触すると、レバー３５０の各々は、順に、それぞれのノズルを通る流体の流れを止め、コントローラ３２５は、ノズル内の背圧を検知し、基板３０１が存在し適正に据え付けられていることの信号を送る。流体の流れがノズルのすべてではなく少なくとも１つで止められる場合には、コントローラ３２５は、基板３０１が存在するが適正に据え付けられていないことの信号を送り、基板３０１への損傷を防ぐために、搬送プロセスを中断する。

別の一実施形態では、アームフィーチャ３５６がセンサ３２０に接触するときに、アームフィーチャ３５６は、センサ３２０のマイクロスイッチを動作させる。一旦、基板３０１がレバー３５０のすべてと接触し、レバー３５０の各々が、順に、それぞれのマイクロスイッチを動作させると、コントローラ３２５は、基板３０１が存在し適正に据え付けられていることの信号を送る。マイクロスイッチのすべてではなく少なくとも１つが動作する場合には、コントローラ３２５は、基板３０１が存在するが適正に据え付けられていないことの信号を送り、基板３０１への損傷を防ぐために、搬送プロセスを中断する。

本発明の別の一実施形態によるロードカップアセンブリ４００についての、図４Ａは概略的断面図であり、図４Ｂは概略的上面図である。一実施形態では、ロードカップアセンブリ４００は、ペデスタルアセンブリ４０５およびカップ４３０を備える。一実施形態では、ペデスタルアセンブリ４０５は、ペデスタル４１０の上側表面から垂直に延びる複数のガイド４１５を有するペデスタル４１０を含む。一実施形態では、３個以上のガイド４１５が、研磨ヘッドからロードカップアセンブリ４００へと基板４０１を搬送するプロセス中に基板４０１を案内するために設けられる。一実施形態では、６個のガイド４１５が設けられる。ガイド４１５を、区切られた端部のある円柱状部材か、円錐状部材か、長円形状部材か、球状部材か、または基板４０１のフィーチャ面（下向きの面）に損傷を与えずにロードカップアセンブリ４００中へと基板４０１の端部を案内することが可能な別の形状の部材とすることができる。

一実施形態では、ロードカップアセンブリ４００は、複数のガイド４１５の内側寄りの位置に置かれた複数のセンサ４２０を含む。各センサ４２０は、その上方に突き出して設置されたレバー４５０を有する。各レバー４５０は、そのレバーを貫通して配置され、ペデスタル４１０に取り付けられた、ピン部材などのピボット部材４６０を有する。レバー４５０は、アームフィーチャ４５６に接続されたカウンタウェイトフィーチャ４５２を備える。ピボット部材４６０は、アームフィーチャ４５６の下方に設置されているセンサ４２０の内側寄りでカウンタウェイトフィーチャ４５２を通り延びる。基板４０１が存在しないときに、アームフィーチャ４５６がセンサ４２０を作動させないように、カウンタウェイトフィーチャ４５２の大部分をピボット部材４６０の内側寄りに設置する。アームフィーチャ４５６は、ピボット部材４２０の外側寄りで上向きに延びる。一実施形態では、レバー４５０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのプラスチック材料を含む。

本発明の一実施形態では、センサ４２０は、マイクロスイッチを備え、そのマイクロスイッチは、マイクロスイッチが動作するときにコントローラ４２５へ信号を送る。

一実施形態では、ロードカップアセンブリ４００は、ペデスタル４１０の内側周縁部の周りに等間隔で設置された少なくとも３個のセンサ４２０を備える。基板４０１がロードカップアセンブリ４００中へと下がるにつれて、基板４０１のベベル付き端部４０２がアームフィーチャ４５６に接触するように、各レバー４５０は、それぞれのセンサ４２０の上方に突き出したアームフィーチャ４５６と一体として据えられる。アームフィーチャ４５６上の基板４０１の重さは、カウンタウェイトフィーチャ４５２の重さで減殺され、アームフィーチャ４５６をセンサ４２０に接触させる。

一実施形態では、アームフィーチャ４５６がセンサ４２０に接触するときに、アームフィーチャ４５６は、センサ４２０のマイクロスイッチを動作させる。一旦、基板４０１がレバー４５０のすべてと接触し、レバー４５０の各々が、順に、それぞれのマイクロスイッチを動作させると、コントローラ４２５は、基板４０１が存在し適正に据え付けられていることの信号を送る。マイクロスイッチのすべてではなく、少なくとも１つが動作する場合には、コントローラ４２５は、基板４０１が存在するが適正に据え付けられていないことの信号を送り、基板４０１への損傷を防ぐために、搬送プロセスを中断する。

それゆえ、本発明の実施形態は、化学機械研磨システム内のロードカップについてのしっかりとした信頼性のある基板検知機構を提供する。本発明の実施形態は、基板のフィーチャ面への接触を排除しつつ、ロードカップへ搬送する基板の存在および位置をさらに検出する。それに加えて、本発明の実施形態は、基板のフィーチャ面上への流体の泳動を防止しつつ、ロードカップ内の基板検出および位置を提供する。

上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の別の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決められる。

Claims (7)

1. それ自体の中に配置されたペデスタル部材を有するカップ部材と、
   前記ペデスタル部材の周辺領域の周りに配置され、前記ペデスタル部材から垂直に延びる複数の基板設置用部材と、
   前記ペデスタル部材上に配置され、前記ペデスタル部材の前記周辺領域の周りに等間隔で設置された複数のレバー作動型基板センサであって、前記複数のレバー作動型基板センサがコントローラへ信号をそれぞれ送る、複数のレバー作動型基板センサと、を備えるロードカップアセンブリであって、
   各レバー作動型基板センサが、
   カウンターウェイトに取り付けられたレバーアームであって、前記レバーアームがセンサ部材の上方に突き出して配置される、レバーアームと、
   前記カウンターウェイトの反対側で前記レバーアームに取り付けられた角度付き接触フィーチャと、を備え、
   前記センサ部材が、前記複数の基板設置用部材の外側寄りに配置され、前記カウンターウェイトが前記センサ部材の外側寄りに配置される、ロードカップアセンブリ。
2. 各レバーアームが、それ自体のそれぞれのセンサ部材の外側寄りに前記レバーアームを貫通して配置されたピボット部材を有する、請求項１に記載のロードカップアセンブリ。
3. 各センサ部材が流体源と流体で連通するノズルを備え、前記ノズルを出る流体が前記角度付き接触フィーチャの内側寄りに泳動することを防止するように、各角度付き接触フィーチャが前記レバーアームから内向きかつ下向きに延び、前記コントローラが前記ノズルの各々の中の背圧を検知する、請求項２に記載のロードカップアセンブリ。
4. 各センサ部材は、マイクロスイッチが動作するときに、前記コントローラへ信号を送るように構成されたマイクロスイッチを備える、請求項２に記載のロードカップアセンブリ。
5. ロードカップアセンブリであって、
   それ自体の中に配置されたペデスタル部材を有するカップ部材と、
   前記ペデスタル部材の周辺領域の周りに配置され、前記ペデスタル部材から垂直に延びる複数の基板設置用部材と、
   前記ペデスタル部材上に配置され、前記ペデスタル部材の前記周辺領域の周りに等間隔で設置された複数の基板センサであって、前記複数の基板センサがコントローラへ信号をそれぞれ送る、複数の基板センサと、
   前記ペデスタル部材の前記周辺領域の周りに等間隔で設置された複数のレバーアームであって、各レバーアームが対応する基板センサの上方に配置される、複数のレバーアームと、
   前記ペデスタル部材の前記周辺領域の周りに等間隔で設置された複数のカウンターウェイトであって、基板が前記レバーアームの上側表面に接触して前記ロードカップアセンブリ中に置かれるまで、前記レバーアームがその下方の前記基板センサに接触することを防ぐために、各カウンターウェイトが対応するレバーアームに取り付けられる、複数のカウンターウェイトと
   を備え、
   前記基板センサが前記基板設置用部材の外側寄りに配置され、前記カウンターウェイトが前記基板センサの外側寄りに配置され、各基板センサが流体源に接続されたノズルを備え、前記コントローラが各ノズル内部の背圧を検出する、ロードカップアセンブリ。
6. 化学機械研磨システムにおいて基板を搬送する方法であって、
   フィーチャ面を下向きにしてロードカップアセンブリ中へと基板を置くことであって、前記ロードカップアセンブリが、それ自体の中に配置されたペデスタルのあるカップと、前記ペデスタルの周辺領域の周りに配置され、そこから上向きに延びる複数の基板ガイド用部材と、前記ペデスタルの前記周辺領域の周りに等間隔で設置された少なくとも３個のレバー作動型センサとを備え、基板がレバー上に設置されたときに、センサ部材が前記レバーによって作動されるように、各レバー作動型センサが、前記レバーに取り付けられたカウンターウェイトを有する前記レバーの下方に配置されたセンサ部材を備え、前記センサ部材が、流体源に取り付けられたノズルを備え、コントローラがノズル内の背圧を検知し、前記レバーが、前記ノズルを出る流体が前記基板の前記フィーチャ面上へ泳動することを防止する、置くことと、
   前記ロードカップアセンブリ中の前記基板の存在を検出することであって、前記ロードカップアセンブリ中の前記基板の前記存在が、１つまたは複数の前記レバー作動型センサが前記基板によって作動されているかどうかを判断することによって検出される、検出することと、
   前記ロードカップアセンブリ中の前記基板の設置を判断することであって、前記ロードカップアセンブリ中の前記基板の前記設置が、前記レバー作動型センサのすべてが前記基板によって作動されているかどうかを検出することによって判断される、判断することと、
   研磨ヘッドへ前記基板を搬送することと
   を含み、
   前記レバー作動型センサのいずれかが前記基板によって作動されていない場合には、研磨ヘッドへ前記基板を前記搬送することが中断される、方法。
7. 前記センサ部材は、マイクロスイッチが動作するときにコントローラに信号を送るマイクロスイッチである、請求項６に記載の方法。

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