JP2004508962A - キャリアヘッド、止め環およびパッド調整機構の傾きを制御するための化学機械研磨装置および方法 - Google Patents
キャリアヘッド、止め環およびパッド調整機構の傾きを制御するための化学機械研磨装置および方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】CMPシステムは、ウエハまたは調整パックのキャリアに加えられる偏心力を、繰り返し測定する。キャリアに加えられた力は、たとえ偏心して加えられた場合でも、高精度に測定することが可能である。回転軸とキャリア軸(212)との間の初期の同軸関係は、偏心力(FP−W)の作用期間中ずっと維持されるので、センサ(263)は、偏心力を繰り返し測定することができる。このとき、キャリア(208)は、ウエハキャリアまたはパックキャリアで良い。このような初期の同軸関係は、キャリア(208)とセンサ(263)との間に搭載された直動軸受アセンブリ(232)によって維持される。直動軸受アセンブリは、個々の複数の直動軸受アセンブリからなる配列のかたちで提供され、これらの個々の直動軸受アセンブリは、キャリアによって運ばれるウエハまたはパックなどの直径とは無関係にそれぞれ採寸される。直動軸受アセンブリは、止め環(282)を有するように構成されて良い。
【選択図】図2A
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、CMP操作の性能および有効性を向上させるための化学機械研磨(CMP)システムおよびCMP技術に関する。具体的に言うと、本発明は、ウエハおよびパッド調整パックに使用されるキャリアヘッドに関し、ヘッドの主軸から偏心した位置でヘッドに加えられる力の測定が繰り返し精度を保証され、ウエハおよびパックをともなったヘッドが、ウエハの軸に平行に運動することを許されるものの、偏心力に応じて傾かないキャリアヘッドに関する。本発明は、また、CMP操作に使用される機能に関し、例えば、CMP操作に備え、CMP操作に支障を来すことなくキャリアヘッドに流体を供給したり同ヘッドから流体を除去したりする機能に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造するにあたっては、研磨、バフ研磨、およびウエハ洗浄を含むCMP操作を実施する必要がある。例えば、通常の半導体ウエハは、シリコンで作成された直径が200mmまたは300mmの円盤で良い。説明を容易にするため、以下で言う「ウエハ」とは、このような半導体ウエハおよびその他の平面構造や、電気回路もしくは電子回路を支えるために使用される基板などを含むものとして使用される。
【0003】
集積回路デバイスは、一般に、このようなウエハ上に作成された多層構造の形態をとっている。ウエハ層には、拡散領域を有したトランジスタデバイスが形成される。続く層には、接続配線がパターン形成される。これらの配線は、トランジスタデバイスに電気接続することによって所望の機能デバイスを規定する。パターン形成された導体層は、誘電材料によって他の導体層から絶縁される。形成される配線層およびそれに関連する誘電体層の数が増すにつれ、誘電材料を平坦化させる必要も増す。平坦化を行わないと、配線層を続けて製造することが実質的に困難になる。これは、表面形状のばらつきが増大することが原因である。他の用途では、先ず、誘電材料の中に配線パターンが形成され、次いで、金属を使用したCMP操作が余分な配線の除去を目的として実施される。
【0004】
従来の技術では、一般に、ベルト、パッド、またはブラシを使用してウエハの片面もしくは両面をスクラブ、バフ研磨、または研磨するブラシステーション、ベルト、または軌道が、CMPシステムに装備されている。CMP操作を促進および強化するためには、実施されるCMP操作の種類に応じ、スラリなどの何らかの材料が使用される。例えば、スラリは、ベルト、パッド、ブラシなどの移動式の処理表面に導入される最も一般的な材料であり、これらの処理表面や、CMPプロセスにおいてバフ研磨、研磨、またはその他の何らかの処理を施される半導体ウエハの表面全体に分配される。このような分配は、一般に、処理表面の運動と、半導体ウエハの運動と、半導体ウエハと処理表面との間に生じる摩擦と、を組み合わせることによって達成される。
【0005】
通常のCMPシステムでは、ウエハは、表面が露出した状態でキャリア上に搭載される。キャリアおよびウエハは、ある回転方向に回転する。CMPプロセスは、例えば、回転しているウエハの露出面と研磨パッドとが、力を受けて互いに押し当てられ、ウエハの露出面と研磨パッドとが、研磨パッドの方向に運動したり回転したりするときに達成され得る。CMPプロセスのなかには、回転しているウエハを研磨パッドで研磨するときに、かなりの大きさの力を必要とする場合もある。
【0006】
CMPシステムで使用される研磨パッドは、通常は、多孔性材料または繊維性材料で作成される。しかしながら、CMPシステムのなかには、研磨パッドの表面全体が研磨性の固定粒子を含む場合もある。使用される研磨パッドの形態によっては、NH4OHなどの水溶液でスラリを構成しても良いし、あるいは、研磨性の分散粒子を含んだ脱イオン水を研磨パッドに加え、研磨パッドとウエハの露出面との間に研磨性の化学溶液を形成しても良い。
【0007】
通常のCMPシステムを使用するにあたっては、いくつかの問題に遭遇する可能性がある。多発する問題の1つに、「端部効果」と呼ばれるものがあり、これは、CMPシステムでウエハの端を研磨する速度が他の領域を研磨する速度と異なる場合に生じる。端部効果は、ウエハの露出面のプロファイルが均一でなくなるという特徴がある。端部効果に関連した問題は、2つのカテゴリに明確に区別することができる。第1のカテゴリは、研磨パッドがウエハの端部と最初に接触した結果として生じる、いわゆる「パッド反発効果」に関する。ウエハの端部と最初に接触するとき、研磨パッドは端部に対して反発する(すなわち端部から跳ね返る)ので、パッドの形状は波状を帯びる可能性がある。このような波状の形状は、ウエハの露出面のプロファイルを不均一にする可能性がある。
【0008】
第2のカテゴリは、「バーンオフ」効果である。バーンオフ効果は、ウエハの尖った端部が研磨パッドの表面との接触によって過度に研磨される場合に生じる。バーンオフ効果は、研磨パッドの表面からの力が、ウエハの露出面の非常に小さい接触領域(端部接触ゾーンとして定義される)に加えられることで、相当大きい圧力がウエハの端部に作用することが原因となって生じる。バーンオフ効果が生じると、研磨済みウエハの端部にバーンリングが現れるので、端部の領域をシリコンデバイスの製造に使用することができなくなる。
【0009】
従来のCMPシステムで見られるもう1つの欠点は、ウエハの表面に対し、仕上がり層プロファイルについての要望に沿った研磨ができないことである。何らかの製作を経た後のウエハの露出面は、一般に、中心領域から端部に向かって厚さがばらつくことが多い。従来技術による通常のCMPシステムでは、研磨パッドの表面がウエハの露出面全体を覆っている。このような研磨パッドの表面は、ウエハの露出面のうち、いわゆる「仕上がり層」部分に力を作用させるように設計されている。従って、仕上がり層は、実質的に平坦になるまで領域全体が研磨されつづける。これによって、研磨パッドの表面は、仕上がり層の波状プロファイルがあっても仕上がり層を研磨し、仕上がり層の厚さを不均一にする。回路製作の用途によっては、材料の厚さを一定に維持したうえで作業デバイスを構築する必要がある。例えば、仕上がり層が誘電体層であった場合は、その中に金属配線および導体ビアを規定できるように、厚さを一定にする必要があると考えられる。
【0010】
従来のCMP操作で見られるこれらの問題と、CMP分野における新しいCMPシステムを求めるニーズとが、2000年8月22日に出願され且つ本出願の譲受人に譲渡されている、関連の米国特許出願第09/644,135号「化学機械研磨システム」(以下では「関連出願」と呼ぶ)において、議論されている。ここで、新しいCMPシステムとは、端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などの有害な効果を実質的に排除するとともに、具体的に標的とされたウエハの表面領域を正確な制御のもとで研磨することができるCMPシステムである。この関連出願の明細書、クレーム、および図面は、引用として本出願に組み込まれるものとする。
【0011】
このような関連出願のCMPシステムでは、ウエハの露出面の層表面形状に従って、CMP処理済みの層表面の厚さを全体に均一にする。このようなCMPシステムは、サブアパチャ研磨構成をとった回転キャリアを装備することによって、上述した欠点や、端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などを排除している。このようなCMPシステムの実施形態の1つは、例えば、上面と下部領域とを有したキャリアを備えている。キャリアの上面は、1枚または2枚以上の処理するべき層を形成されたウエハを保持し、回転させるように設計されている。このような実施形態は、さらに、ウエハの全体未満であるウエハの一部に作用するように設計された、研磨パッドなどの処理ヘッドを有している。このようなCMPシステムは、上述した端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などを回避することができるが、この処理ヘッドを上述したように作用させると、ウエハの露出面およびキャリアのうち、ウエハおよびキャリアの初期方向から偏心した位置に力が加わる。初期方向には、ウエハの中心軸およびキャリアの中心軸(同軸であって且つ実質的に垂直に配置されている)の初期方向が含まれる。初期方向は、また、ウエハ(実質的に垂直であるウエハの中心軸およびキャリアの中心軸の初期方向に対して90度の初期角度で配置されている)の露出面の初期方向も含む。「実質的に垂直」とは、真の垂直を意味しており、このようなキャリアのスピンドルやその他のサポートで使用される軸受けに特有な許容誤差などの通常の機械的な許容誤差を、真の垂直にプラスしたものまたは真の垂直からマイナスしたものを含む。
【0012】
端部効果、パッド反発効果、端部バーンオフ効果に関する上記の議論から理解できるように、このような偏心力によって、ウエハおよびキャリアの中心軸が初期方向からずれて傾く、すなわち傾斜姿勢を呈することは、望ましくない。このような傾きまたは傾斜姿勢は、ウエハやキャリアの中心軸が真の垂直からずれる度合いが、例えば数度などのように、上述した通常の機械的許容誤差を上回る場合に生じると考えられる。従来の技術において、ジンバルは、例えば研磨パッド付きヘッドなどの処理ヘッドにウエハを提供するキャリアのサポートとして使用される。ジンバルは、(ウエハを搭載された)ウエハキャリアが傾くことを許容し、ウエハキャリアがウエハおよびキャリアの中心軸の初期方向からずれた傾斜姿勢をとることを可能にする。上述したように、このような傾きは、ウエハの露出面が、例えば水平から約85〜88度の角度のように、初期方向から大きくずれ、実質的な垂直とは言えない角度となることを可能にする。このような傾きが許容されていることから、ウエハの露出面は、ウエハおよびキャリアの中心軸の初期方向に垂直でないことが可能である。このようなジンバルによって許容される傾きは、研磨パッドとウエハの露出面とがほぼ同じ面積を有し、研磨パッドの面積がウエハの露出面全域と完全に重複する場合は、適切であると考えられる。しかしながら、偏心力が作用する上述した状況(すなわち研磨パッドの面積がウエハの露出面全域と完全には重複しない場合)では、このようなジンバルを使用してはならない。さらに詳しく言うと、ウエハの露出面を望ましく平坦化するためには、このような偏心力の作用下で行われる研磨の期間中ずっと、ウエハおよびウエハキャリアの中心軸の初期方向を維持しなければならない。つまり、ウエハの露出面を望ましく平坦化するためには、ジンバルによって傾きが許容される事態を回避しけなければならない。
【0013】
米国特許第4,244,775号では、研磨プレートの直径を、処理したい半導体本体の直径の約2倍に設定している。そして、半導体本体をサポートホルダに搭載し、その表面全域を研磨プレートに対峙させている。従って、半導体本体と継ぎ輪内のサポートホルダとが、研磨プレートに向かったり同プレートから離れたりして運動するあいだ、半導体本体の表面は、常にその全面が研磨プレートに対峙している。半導体本体を取り囲むため、サポートホルダは、大きめの直径を有していなければならない。例えば、半導体本体が、直径8インチのウエハである場合は、サポートホルダは、8インチを超える直径を有していなければならない。従って、このようなウエハの例では、継ぎ輪の長さ(直径の2倍であるのが通常である)は約16インチである。半導体本体に対してこのような構成をとるとき、継ぎ輪は、処理される半導体本体の直径に直接関係付けられた直径を有する。さらに、継ぎ輪がこのように大きいと、継ぎ輪とサポートホルダとの間に生じる摩擦損失が増大し、変動する恐れがある。
【0014】
また、従来では、ウエハキャリアの上に平形金属の裏打ちを設け、その上に直接ウエハを載置していた。このようなウエハキャリアの1つは、金属裏打ちを貫く穴を幾つか有しており、そこからウエハを吸引している。金属裏打ちの上にあるウエハは、理論的には、穴に空気が流入するのを防ぎ、穴に至るダクトの中の圧力を変化させるため、このことによって、ウエハの存在を示すことができる。しかしながら、このような穴を通しての吸引は、ウエハを変形させ、金属裏打ち上のウエハに施される研磨操作の精度に支障を来す恐れがある。また、研磨操作で使用されるスラリが、1つまたはそれ以上の穴を塞いだために、金属裏打ち上のウエハの存在に関して虚偽の表示がなされる恐れがある。
【0015】
もう1つのタイプのウエハキャリアは、その上にセラミック層を設けられている。このような層は、大きさが2分の1ミクロンから1ミクロンまでの気孔を有する。本発明に関連して行われた調査によると、このように極小ミクロンサイズの気孔は詰まりやすく、詰まりを取り除くことが困難である。このようなウエハキャリアは、例えば、ウエハを載置されたウエハキャリアの上面に流体を吹き付けることによって洗浄される。従って、このような流体は、詰まってしまった極小の気孔がセラミック層より内側にあるにも関わらず、セラミック層の外側から吹き付けられる。
【0016】
また、別のタイプの研磨システムでは、研磨したいウエハの露出面が、例えば水平下向きに配置されている。このタイプの研磨システムでは、研磨に使用されるスラリを、ウエハキャリアの露出面および部品から容易に流し落とす、すなわち除去することが可能である。従って、このタイプの研磨システムは、上向きの露出面からスラリを除去するときの問題と無縁である。
【0017】
ウエハ研磨ヘッドなどの処理ヘッドを提供する際に直面するもう1つの問題は、複数の異なる処理段階(例えばウエハの研磨およびバフ研磨)を経る間ずっと、ウエハが1つのヘッドで運ばれるということである。このとき、ウエハを取り付けられたキャリアは、処理ステーションの1つに先ず搭載され、そこで処理を施される。第1の処理が完了すると、キャリアは、第1のステーションから取り出されて第2のステーションへと運ばれ、第2の処理ステーションに搭載される。以下は同様である。従って、今日では、様々なタイプの処理ステーションで幅広く使用できる超小型のキャリアが、大きく必要とされている。
【0018】
以上からわかるように、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリアに偏心した力が加えられる場合でも、これらの力を高精度に測定することが可能なCMPシステムおよびCMP方法が必要とされている。具体的に言うと、今日では、このような偏心力の大きさを高精度に示す方法が必要とされている。正確に示すとは、「等価の偏心力」の観点から記述される繰り返し測定技術を言う。等価の偏心力は、研磨パッドなどのパッドによってウエハキャリアまたはパッド調整パックに加えられる力と等価の偏心力である。繰り返し測定技術とは、測定システム内およびキャリアサポートシステム内での力の損失が、このような等価の偏心力の全てに関して実質的に同じ、すなわち再現性がある技術のことを言う。さらに必要とされているのは、上述した繰り返し測定という特性を有するとともに、研磨操作を妨げることなくウエハキャリアおよびウエハサポートに流体を供給するなどの他のCMP操作の機能を提供できるCMPシステムおよびCMP方法である。同様に、CMP操作に備えてCMP操作を妨げることなくウエハキャリアから流体を除去するためのCMPシステムおよびCMP方法も必要とされている。
【0019】
【発明の概要】
本発明は、概して、上述した問題の解決策を提供できるCMPシステムおよびCMP方法を提供し、偏心力を繰り返し測定する機能を有した構造および操作を実現することによって、これらの必要性を満たすものである。このようなシステムおよび方法では、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリアに偏心した力が加えられた場合でも、これらの力を高精度に測定できると考えられる。本発明によるシステムおよび方法のもう1つの態様は、必要とされている上述した繰り返し測定特性を有するとともに、研磨操作を妨げることなくウエハキャリアおよびウエハサポートに流体を供給する機能を提供できるCMPシステムおよびCMP方法に関する。同様に、本発明によるシステムおよび方法のもう1つの態様は、CMP操作を妨げることなくウエハキャリアまたはパックキャリアから流体を除去するためのCMPシステムおよびCMP方法に関する。
【0020】
本発明によるシステムおよび方法の実施形態の1つでは、回転軸とキャリア軸との初期の同軸関係が、偏心力の作用期間中ずっと維持されるので、センサは、後述するように、偏心力を繰り返し測定することができる。キャリアは、ウエハキャリアまたはパックキャリアで良い。
【0021】
本発明によるシステムおよび方法の別の実施形態では、このような初期の同軸関係が、キャリアとセンサとの間に搭載された直動軸受アセンブリによって維持される。このとき、キャリアは、ウエハキャリアまたはパックキャリアで良い。
【0022】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態では、直動軸受アセンブリが、個々の直動軸受アセンブリからなる配列のかたちで提供される。これらの個々の直動軸受アセンブリの大きさは、キャリアによって運ばれるウエハまたはパックなどの直径とは無関係に設定できる。
【0023】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態では、直動軸受アセンブリは、キャリアに対して相対運動することが可能な止め環を有する個々の直動軸受アセンブリを配列した構造をとる。この実施形態では、止め環に作用する偏心力を、このような力が止め環に対して偏心的に加えられる場合でも高精度に測定することができる。
【0024】
本発明によるシステムおよび方法に関連する実施形態の1つでは、直動軸受アセンブリには止め環、および研磨パッドによって係合されるウエハの露出面と止め環の表面が研磨操作の期間中ずっと同一平面上にあるように、止め環をウエハキャリアに搭載されたウエハに対して相対運動させるためのモータが取り付けられている。
【0025】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態は、同じコンジットシステムを通して吸引および洗浄流体の供給の双方を実現する吸引チャックを提供する。ウエハの吸引は、大きいミクロンサイズの気孔を通して吸引チャック全域に均一に行き渡り、これらの気孔は、同じコンジットシステムを通して供給される洗浄流体によって容易に洗浄することが可能である。
【0026】
本発明によるシステムおよび方法の別の有利な実施形態では、ウエハの一部をウエハキャリアから突き出させるとともにその突出部分に洗浄流体をあてるための通路をウエハキャリアの内部に設けることによって、ウエハキャリアからスラリを洗浄する。
【0027】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態は、有孔プレートで作成されたパックを提供する。パックは、パックを支持する表面全体に穿孔を設けられており、その実質全域に流体を分配されることによってパージされる。
【0028】
本発明によるシステムおよび方法のさらに別の実施形態は、穿孔を有したパックを受けるためのリザーバをリップによって規定するパックサポートを提供する。パックサポートは、全ての穿孔に流体を分配してリザーバを満たすように構成される。
【0029】
本発明の原理を例示した添付図面との関連のもとで行う以下の詳細な説明から、本発明によるその他の態様および利点が明らかになる。
【0030】
添付の図面と関連付けられた以下の詳細な説明から、本発明を容易に理解することができる。ここで、同一の参照番号は類似の構造要素を指すものとする。
【0031】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
ウエハの層表面を含むウエハの露出面を、正確な制御のもとで研磨することを可能にするCMPシステムおよびCMP方法の発明を示す。CMPシステムおよびCMP方法は、上述した端部効果や、パッド反発効果、端部バーンオフ効果などを実質的に排除するとともに、偏心力の繰り返し測定を容易にする構造および操作を提供する。このようなCMPシステムおよびCMP方法では、上述したように、ウエハキャリアまたはパックキャリアなどのキャリアに偏心力が加えられた場合でも、これらの力を高精度に測定できる。CMPシステムおよびCMP方法は、上述した繰り返し測定特性を有するとともに、研磨操作を妨げることなくウエハキャリアおよびウエハサポートに流体を供給する機能を提供する。CMPシステムおよびCMP方法は、やはり同様に、CMP操作を妨げることなくウエハキャリアまたはパックキャリアから流体を除去する。
【0032】
以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、多くの項目を特定している。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施することが可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知のプロセス操作の説明は省略した。
【0033】
図1Aおよび図1Bには、サブアパチャCMPシステム200−1を含む本発明の第1の実施形態の概略が示されている。図1Aおよび図1Bの実施形態は、ウエハキャリアなどのキャリア208上に搭載されたウエハ206の露出面204を研磨するように構成された処理キャリア、すなわち研磨ヘッド202を含む。ウエハ206は、例えば、先に説明した任意のウエハで良い。研磨ヘッド202は、Linear Polisher Techniology(LPT)による市販のパッドや、回転式CMPパッド材料、固定式研磨パッド材料などの研磨パッド209を利用してウエハ206の表面204を研磨するように設計されている。一般に、研磨パッド209としては、望ましい研磨レベルおよび精度を実現できる任意のパッド材料が使用可能である。後ほど詳述するように、以下で特定される力を繰り返し測定できる特性があれば、後述する機械的許容誤差を補償するという目的で研磨パッド209の材料を選択する必要性は低くなる。
【0034】
ウエハ206の研磨や研磨パッド209の調整を可能にすることを目的とした研磨ヘッド202および研磨ヘッド202上の研磨パッド209の運動の1つは、研磨ヘッド202および研磨パッド209を、同軸状の軸210および軸211を中心として回転させることである(矢印209Rを参照)。研磨ヘッド202は、一般に、同軸であるこれらの軸210,211に平行した動き、すなわち対峙するウエハキャリア208に向かう動きまたは同キャリア208から遠ざかる動きを起こさないように備え付けられる。ウエハ206の研磨、研磨ヘッド202および研磨パッド209の調整を可能にするため、研磨ヘッド202および研磨パッド209は、回転とは別に水平方向に動くことができる(矢印209Hを参照)。例えば、図1Aおよび図1Bの矢印209Hからわかるように、研磨パッド202は、ウエハ206およびウエハキャリア208の様々な位置に力FP−Wを作用させると考えられる。このような位置は、軸212または軸214からの変位DF−Wを測定することによって示される。
【0035】
サブアパチャCMPシステム200−1のサブアパチャ構成は、ウエハ206の露出面204に適用する除去率を、領域ごとに変動させたり全ての領域で統一したりすることによって、研磨操作に柔軟性を取り入れている。研磨ヘッド全体がウエハの露出面全域に接触している従来のCMPシステムと異なり、サブアパチャCMPシステム200−1では、処理ヘッド202がウエハ206の露出面204に接触する接触領域の大きさが、任意の時間TNにおいて可変である。また、サブアパチャCMPシステム200−1において、ウエハキャリア208に向かう向きの処理ヘッド202の動きは抑制されており、ウエハキャリア208に向かう向きの研磨ヘッド202の動き(図2Aの矢印233の上側を参照)は、ウエハ206の露出面204のうち選択された領域204Rにのみ力FP−Wを作用させるので、その結果、例えばT1などの特定の時間には、これらの選択領域204Rからのみ専ら材料が除去される。さらに、図2Aに示すように、ウエハ206の露出面204から選択されたこのような選択領域204Rの1つは、ウエハキャリア208の中心軸212から水平方向にずれている、すなわち偏心している。中心軸212は、キャリア208によって運ばれるウエハ206の中心軸214と同軸である。図からわかるように、力FP−Wの変位量は、水平方向に測定されたDF−Wとして図1A、図1B、図2Aに示されている。矢印209Hからわかるように、研磨ヘッド202は、水平方向に移動し、露出面204のうち様々な選択領域204Rに接触できる。また、このように接触される露出領域204Rの面積は、変位量DF−Wの値に応じて変動すると考えられる。従って、研磨ヘッド202からウエハ206に作用する力FP−Wの値が一定であるとき、露出した接触領域204Rにかかる圧力は、その領域204Rの面積が増大するにつれて減少する。説明のため、力FP−Wは、研磨パッド202から選択領域204Rに作用する平均の力であるとみなし、この平均の力は、このような選択領域204Rの中心に加えられるものとみなす。また、ウエハ206の露出領域204Rを均一に研磨するためには、露出した接触領域204Rごとに等しい大きさの圧力を加えると望ましいことがわかる。例えば、露出した接触領域204Rの面積が増大するとともに、力FP−Wを増せば、圧力は一定値を保つと考えられる。
【0036】
図1Bに示すように、ウエハキャリア208のウエハ206には初期方向がある。初期方向とは、ウエハ206の中心軸214およびウエハキャリア208の中心軸212に関する第1の初期方向を含む。例えば、研磨ヘッド202が垂直方向の中心軸210を中心として回転するように設計されている場合、軸212および軸214に関する第1の初期方向は実質的に垂直である。ここで言う「実質的に垂直」とは、上述した本発明の説明を目的として使用される。同じく研磨ヘッド202がやはり垂直な軸210を中心として回転するように設計されているとき、初期方向は、ウエハ206の露出面204に関する第2の初期方向を含む。露出面204に関する第2の初期方向は、キャリア208の中心軸212およびウエハ206の中心軸214に関する実質的に垂直な第1の初期方向に対して90度の角度(初期角度)に位置している。
【0037】
本出願で使用される「初期方向」の「初期」という用語は、研磨ヘッド202の研磨パッド209がウエハ206の露出面204と係合する直前の時間T0PWにおける上記方向を意味する。従って、時間T0PWでは、初め、研磨パッド209からウエハ206に力FP−Wは作用しない。
【0038】
図1A、図1B、および図2Bは、また、サブアパチャ構成を有したCMPシステム200−1を使用するにあたり、研磨パッド202とパッド調整ヘッド220に搭載されたパック218の露出面216とが接触する接触面の面積が、任意の時間T1において可変であることを示している。このような時間T1は、研磨パッド209がパック218に接触する初期時間T0PPより後の時間である。また、サブアパチャCMPシステム200−1において、研磨ヘッド202を軸210,211の方向の運動に抵抗させつつ、パッド調整ヘッド220を研磨ヘッド202に向かって運動させると、研磨ヘッド202は、上記力とは別の力FP−C(図2B)をパック218の選択領域216Rのみに作用させる。パッド調整ヘッド220のパック218のこのような選択領域216Rの1つは、やはり、パック218の中心軸224と同軸であるパッド調整ヘッド220の中心軸222からずれている、すなわち偏心している。図2Bに示すように、力FP−Cの変位量は、DF−Cによって表される。変位量DF−Cは、図1Bおよび図2Bにおいて水平方向に測定されたものであり、軸222,224と研磨ヘッド202の軸210との間の距離である。力FP−Wが平均の力FP−Wであるように、力FP−Cもやはり平均の力である。領域204Rに関連した圧力および面積の係数も同様に、領域216Rに適用される。
【0039】
同じく研磨ヘッド202がやはり垂直な軸210を中心として回転するように設計されているとき、パック218およびパッド調整ヘッド220は、図1Bに示すように、やはり初期方向を有する。この初期方向は、パッド調整ヘッド220の中心軸222およびパック218の中心軸224に関する第3の初期方向を含む。中心軸222および中心軸224に関する第3の初期方向は、例えば、研磨ヘッド202がやはり垂直な軸210を中心として回転するように設計されている場合は実質的に垂直である。同じく研磨ヘッド202がやはり垂直な軸210を中心として回転するように設計されているとき、初期方向は、パック218の露出面216に関する第4の初期方向を含む。露出面216に関する第4の初期方向は、パッド調整ヘッド220の中心軸222およびパック218の中心軸224に関する実質的に垂直な初期方向に対して90度の角度(第1の角度)に位置している。
【0040】
本出願で使用される「初期方向」の「初期」という用語は、研磨ヘッド202の研磨パッド209がパック218の露出面216と係合する直前の時間T0PPにおける上記方向を意味する。従って、研磨パッド209からパック218には、初め、力FP−C(図2B)は作用しない。
【0041】
以下では、図2Aをさらに参照しながら、研磨ヘッド202が垂直な軸210を中心として回転するように設計されている代表的な状況に言及する。サブアパチャCMPシステム200−1は、ウエハキャリア208の複合的な直動軸受構造230,232を含む。一般に、直動軸受構造230,232を設けると、偏心力FP−Wを繰り返し測定することが容易になる。従って、ウエハキャリア208に加わる力FP−Wは、上で明示されたように、偏心して加えられた場合でも高精度に測定できると考えられる。さらに詳しく言うと、直動軸受構造230,232を設けると、このような偏心力FP−Wの量を、上で明示されたように高精度に指示することができる。
【0042】
「高精度に指示」とは、例えば、図2Aにおいて、先に説明した繰り返し測定技術は、ある時間T1から他の時間T1にかけて作用する多数の力FP−Wが等しい値であるものとして説明される。本発明によると、これらの等価な力FP−Wが測定される各時間T1での測定値すなわち表示値は、非常に小さい許容誤差の範囲に含まれる同じ値である。このような等価な偏心力FP−Wは、例えば、研磨パッド209からウエハキャリア208に作用する。既知の通り、機械構造としての直動軸受構造230,232は、等価の偏心力FP−Wを同じ量(力FFまたは摩擦力FFと称される)の摩擦などによって相殺する。従って、上述した繰り返し測定技術は、このような等価な偏心力FP−Wに関し、測定システム内での力FFの損失と、キャリアサポートシステム内での力の損失FFとが実質的に一定であるすなわち繰り返し測定可能であるような技術である。従って、後述するように、力FP−Wと直動軸受構造230,232との間に設ける機械構造を最小限にとどめることにより、キャリア208内での力FFが無くなり、個々の直動軸受構造230,232のみが、測定ごとに力FFを生じさせる原因として残される。
【0043】
直動軸受構造230は、例えば、キャリア208の中心軸212の第1の初期方向から偏心した位置からウエハ206およびキャリア208に加えられる力FP−Wの垂直成分FP−WV以外の成分に対して対抗できる対抗できる。直動軸受230は、このような偏心力FP−Wに応じて望ましくない形でウエハキャリア208の構造が動かないように保証する。例えば、サブアパチャCMPシステム200−1では、次に挙げる場合を除いて、このような偏心力FP−Wによってウエハキャリア208またはウエハ206がそれぞれの中心軸212,214の第1の初期方向に対して相対運動することがあってはならない。ウエハキャリア208およびウエハ206は、例外として、それぞれの中心軸212,214の第1の初期方向に平行に移動する(矢印233を参照)ことのみを許される。矢印233は、垂直成分FP−WVに平行である。
【0044】
図2Aは、3つの複合的な直動軸受構造230のうちの2つを詳細に図示しており、図5A−1から図5A−3および図5B−1から図5B−3は、3つの複合的な直動軸受230をより詳細に図示している。メイン軸受けハウジング250は、3つの直動軸受253からなる第1のセット252を有している。各直動軸受は、FRELONという商標名で市販されている材料で作成された3つのスリーブ254を含んでいる。FRELON材料は、低摩擦特性で且つ高耐磨耗性であるため硬い微粒子材料に含浸される。スリーブ254は、0.5インチの内径および約1.25インチの長さを有することが適切である。スリーブは、イリノイ州ロックフォード所在のPacific Bearingによって市販されているモデル番号FL08の直動軸受で良い。各スリーブ254は、例えば、相隔たって対をなす円として図2Aに示されている。各スリーブ254は、底部256が開いているので、図2Aに上向きの線として例示された合わせ軸受けシャフト258を収容することができる。各軸受けシャフト258は、ステンレス鋼材料で作成される。軸受けシャフト258が、軸受けシャフト258として可能な最大のプラス許容誤差に基づいた大きさを有し、スリーブが、最大のマイナス許容誤差に基づいたサイズを有するとき、軸受けシャフト258は、0.5インチより僅かに小さい外径を有することによって0.005インチ以上の遊びを提供することが適切である。軸受けシャフト258は、長さが約1.25インチで良い。各軸受けシャフト258は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260から上向きに突き出し、底部256を通って、スリーブ254の1つに収容される。メイン軸受けハウジング250は、ウエハキャリア208の吸引チャック262に固定され、同チャックを運ぶ。吸引チャック262は、ウエハ206を運ぶ。ウエハ206は、研磨期間にウエハ206にかかるウエハ荷重して示された偏心力FP−Wを受ける。
【0045】
上述したように、図1Bは、研磨ヘッド202の研磨パッド209がウエハ206の露出面204と係合する前のウエハキャリア208およびウエハ206の初期方向を示している。従って、代表的な状況では、初め、研磨パッド209からウエハ206に力FP−Wは作用せず、ウエハキャリア208の中心軸212およびウエハ206の中心軸214は垂直で且つ同軸である。上述したように、代表的な状況では、研磨ヘッド202は、垂直な軸210を中心として回転するように設計されており、ウエハ206およびヘッド208に対し、偏心力FP−W(図2A)を垂直下向きに作用させる。直動軸受構造230は、研磨ヘッドの軸210および研磨パッド209の軸211の方向に直線状である。従って、直動軸受構造230は、ウエハ206およびキャリア208に加えられるこの偏心力FP−Wの垂直成分FP−WV以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。
【0046】
詳しく言うと、3つの直動軸受253からなるセット252は、ウエハキャリア208がこのような偏心力FP−Wに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。従って、直動軸受253は、ウエハキャリア208またはウエハ206が、このような偏心力FP−Wによって、それぞれの中心軸212,214の第1の初期方向に平行である垂直方向以外の他の方向に運動することがないように保証する。その結果、メイン軸受けハウジング250には、偏心したウエハ荷重であるFP−W(ウエハ206に作用するものとして図2Aに図示される)から摩擦力FFをひいた力が伝わり、これは、許可された垂直力成分FP−WVと称される。従って、力成分FP−WCは、力FFを差し引いた正味の力である。
【0047】
図5B−1および図5A−2は、複合的な直動軸受構造230を、直動軸受253からなる配列265を含むものとして図示している。配列265は、複合的な直動軸受構造230の操作を、軸212,214の方向に短い長さを有し且つウエハ206およびパック218の直径(例えば8インチなど)より小さい直径を有したパーツに分割するように構成される。このように分割することによって、直動軸受構造230の直動軸受253は、環状の経路266(図5B−3)に沿って等間隔で配置される。このようにすると、個々の直動軸受253は、ウエハキャリア208またはパッド調整ヘッド220の回転にともなって、例えばサブアパチャCMPシステム200−1の操作時に感知される偏心力FP−Wを間断なく作用される。
【0048】
力FP−WCは、ロードセル263(図2Aおよび図5B−1)に作用する。ロードセル263は、カリフォルニア州ティームキュラ所在のTransducer Techniquesによって市販されているモデル番号LPU−500−LRCなどの標準的なひずみゲージで良い。ロードセルは、およそ0ポンドから500ポンドまでの荷重感知範囲を有していて良い。さらに好ましいのは、およそ0ポンドから400ポンドまでなど、より高精度な荷重感知範囲を使用することである。ロードセル263は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260に固定されている。力FP−WCの作用下でメイン軸受けハウジング250に許容される運動は、ロードセル263によって感知される、すなわちロードセル263を作動させる。そして、ロードセル263は、このような運動に応じてウエハロード信号264(図5B−1)を出力する。上述したように、例えばウエハ206の露出領域204Rを均一に研磨するためには、露出した接触領域204Rに均一な量の、すなわち等しい量の圧力をかけることが望ましい。例えば、露出した接触領域204Rの面積が増大するとともに力FP−Wが増すと、圧力の量は均一になると考えられる。研磨パッド202が、1枚のウエハ206に対して実施される研磨操作の期間中ずっと、矢印209Hの方向に運動すること、そして、研磨パッド209に接触される露出領域の面積が、このような研磨パッドの運動によって変動することから、ウエハ206にかかるFP−Wは、高精度に変動させる必要がある。そして、ウエハロード信号264を処理し、ウエハキャリア208に上向きに加えられる力(図1BのFを参照)を必要に応じて調整することによって、研磨パッド209からウエハ206およびウエハキャリア208に、適切な力FP−Wを加える。
【0049】
次に、図1B、図2A、図5A−1から図5A−3、図5B−1から図5B−2を参照にしながら直動軸受構造232を説明する。メイン軸受けハウジング250は、3つのスリーブ274(相隔たって対をなす円として図示される)を含んだ3つの直動軸受272からなる第2のセット270を有している。スリーブ274は、(上向きの線で図示される)合わせ軸受けシャフト278を収容する開口した底部276を有する。軸受けシャフト278は、ネジ281を穴283に通すことによって、止め環軸受けプレート279の上に搭載される(図7)。穴283は、ネジが止め環軸受けプレート279とともにチャック軸受けおよびロードセルプレート260に対して相対運動できるように寸法設定される。それによって、例えば止め環282は、0.050インチだけ垂直方向に移動できるようになる。直動軸受272は、例えば直動軸受253と同じタイプの軸受けで良い。止め環軸受けプレート279は、ネジ285によって止め環ベース280に固定されている(図15)。止め環ベース280は、第2のセット270の直動軸受272による制約下で垂直方向に運動するように設計されており、例えば、止め環軸受けプレート279と同じ量(0.050インチ)だけ自由に移動することができる。止め環ベース280の最上部には、研磨パッド209と接触させるための止め環282が、取り外し可能な形で設けられている。従って、止め環282は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260およびメイン軸受けハウジング250と無関係に動くように搭載されている。止め環282と研磨パッド209とは、ネジ289を緩めることによって止め環282を時々に交換可能であるように係合される(図15)。
【0050】
上述したように、図1Bは、ウエハキャリアヘッド208の初期方向を示している。ウエハキャリアヘッド208は、止め環ベース280と止め環282とを含む。止め環ベース280は、吸引チャック262から離れた位置で同チャックを取り囲んでいる。止め環282は、ウエハ研磨操作の期間に研磨パッド209によって係合されるように設計されており、研磨パッド209は、止め環282に力FP−Rを作用させる。力FP−Rは、ウエハキャリア208の軸212から偏心している。
【0051】
研磨ヘッド202の研磨パッド209が止め環282と係合する前の時間T0PRRでは、外側の円筒表面284は垂直である。円筒表面284は、止め環ベース280と止め環282とによって規定されている。このような時間T0PRRでは、初め、研磨パッド209から止め環282に力FP−Rは作用せず、止め環ベース280の中心軸286および止め環282の中心軸288はそれぞれ垂直である。
【0052】
上述したように、代表的な状況では、研磨ヘッド202は垂直な軸210を中心として回転するように設計されている。従って、研磨ヘッド202は、止め環282に対して垂直下向きに偏心力FP−Rを作用させる。直動軸受構造232は、一般に、上述した直動軸受構造230と同様に機能する。さらに詳しく言うと、直動軸受構造232は、偏心力FP−Cの再現可能測定を容易にする。従って、止め環282に加わる力FP−Rは、先に明示したように、偏心して加えられた場合でも高精度に測定できると考えられる。さらに詳しく言うと、直動軸受構造232は、このような偏心力FP−Rの量を、上で明示されたように高精度に示すことを可能にする。
【0053】
直動軸受構造232は、止め環282に加えられるこの偏心力FP−Rの垂直成分FP−RV以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。詳しく言うと、3つの直動軸受273からなるセット270は、止め環282がこのような偏心力FP−Rに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。従って、直動軸受272は、このような偏心力FP−Rが、下記の場合以外に止め環282を運動させることがないように保証する。止め環282は、ウエハキャリア208の中心軸212と同軸であり、中心軸212に関する第3の初期方向に平行に、垂直方向に可動である。従って、許された垂直力成分FP−RVとして止め環軸受けプレート279に伝えられるのは、偏心した荷重であるFP−R(止め環282に作用するものとして図2Bに図示される)から直動軸受構造232に関連の力FFをひいた力である。例えば図2Aおよび図6Bからわかるように、直動軸受構造232による制約下における止め環282の運動は、直動軸受構造232による制約下におけるウエハキャリア208の運動と無関係である。
【0054】
リニアモータ290は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260と止め環軸受けプレート279との間に搭載されている。リニアモータ290は、密閉されたキャビティの形で提供されることが好ましく、空気圧モータまたは電気機械ユニットの形で提供されることがいっそう好ましい。図5A−1、図5B−1、図7、図12A、図13A、図14Aには、入口294から空気圧流体(矢印293を参照)を供給する空気圧ブラダ292を含む最も好ましいリニアモータ290が含まれている。図5B−1および図13Aに示すように、チャック軸受けおよびロードセルプレート260は、空気圧ブラダ292を受けるための環状溝296を有している。リニアモータ290は、空気圧ブラダ292として望ましいストローク量に従って、空気圧ブラダ292に様々な圧力(PB)量で空気圧流体293を供給することによって、選択的に作動する。図12Aおよび図12Bの例では、空気圧ブラダ292の最大ストロークは、垂直方向に測定して0.10インチで良い。このような最大ストロークは、0.02インチ程度であるウエハ206の垂直寸法(すなわち厚さ)に匹敵する。チャック軸受けおよびロードセルプレート260は、垂直方向に固定されていると言えるので、空気圧ブラダ292が空気圧流体293を収容すると、空気圧ブラダ292は、空気圧流体293の圧力によって生じる特定のストロークに応じて止め環軸受けプレート279を上昇させる。従って、空気圧ブラダ292は、止め環軸受けプレート279ひいては止め環ベース280および止め環282を、吸引チャック262の上に配置されたウエハ206に対して上向きに(この実施例では)相対運動させると考えられる。
【0055】
空気圧流体293の圧力PBは、例えば、様々な圧力のうちの1つで良い。一般に、加圧下にある空気圧流体293は、止め環282を3つの垂直位置の1へと運動させるために使用される。圧力PBは、例えば、約15psiから約7〜10psiまでの範囲で良い。図13Aおよび図13Bは、3つの位置の1つ、すなわち非係合位置にある止め環282を示した断面図である。この位置にある止め環282は、ウエハ206からも、吸引チャック262上に搭載されたキャリア膜298からも離れている(その下方にある)。非係合位置にある止め環282は、吸引チャック262からのウエハ206の取り外しを妨げない。このときの圧力PBは、止め環282を他の位置に停止するために必要な圧力PBよりも小さい。
【0056】
図14Aおよび図14Bに示した断面は、止め環の3つの位置のうち、次に高位の位置、一般に「研磨位置」と称される位置を示している。この位置は、後に詳述するように、軸214,212に平行な位置からなる範囲で良い。この一般的な研磨位置は、ウエハ206の研磨期間における止め環282の位置である。止め環282が研磨位置にあるとき、止め環282の上面299は、ウエハ206の上面(露出面)204と水平方向に揃っている、すなわち同一平面上にある。図14Bに示すように、止め環282が研磨位置にあるとき、ウエハ206の周辺端部301は止め環282の内壁303で取り囲まれており、止め環の上面299とウエハの上面204とは同一平面上にある。
【0057】
第3に、図12Aおよび図12Bは、止め環282が最高位の位置すなわちウエハ捕獲位置にあるときの断面を示している。この位置は、ウエハ206の軸214がウエハキャリア208の軸212と同軸になる状態で、ウエハ206を吸引チャック262のキャリア膜298上に配置するのに適した位置である。図12Bに示したように、止め環282が最高位の位置にあるとき、ウエハ206の周辺端部301は、止め環282の内壁303で取り囲まれた状態で維持され、止め環2882の上面299は、ウエハ206の露出面204より上方に位置する。こうして、ウエハ206を、止め環282の内側に且つチャック262の上に、容易に配置することが可能になる。
【0058】
さらに詳しく言うと、止め環の荷重であるFP−Rは、止め環282に対して偏心的に作用するものであり、止め環282を偏心的に運動させる傾向がある。しかしながら、止め環282および止め環ベース280の運動は、直動軸受272によって、それぞれの中心軸286,288の初期方向に平行な垂直方向のみに限定されている。従って、止め環ベース280を通して止め環軸受けプレート279に伝わるのは、力FP−Rのうち垂直下向きに作用する成分FP−RVのみである(成分FP−RVは、図2Aでは止め環282に垂直に作用する止め環の荷重として図示される)。リニアモータ290からは、直動軸受272の軸受けシャフト278を支持する止め環軸受けプレート279に、上向きの力FM(図2A)が加えられる。そして、止め環の荷重であるFP−Rの垂直成分FP−RVに逆らって、止め環ベース280および止め環282を運動させられるのも、やはり直動軸受272によって、力FMの垂直成分すなわち正味の力FM−Vのみに限定される。このように、力FP−Wに応じて止め環282が許される運動(すなわち軸212,214の初期位置に平行な運動)は、力FP−Wに応じて吸引チャック262および吸引チャック262上のウエハ206が許される運動(すなわち軸212,214の初期位置に平行な方向)と同軸である(従って同じ方向である)。
【0059】
止め環282の研磨位置がとる範囲に関しては、上述したように、ウエハキャリア208に加えられる上向きの力F(図1B)を(露出した接触領域204Rの面積に応じて)変化させる必要があることから、リニアモータ290から止め環282に加えられる力FMもやはり変化させる必要があり、それによって、研磨パッド209に加えられる正味の力FM−Vも変動すると考えられる。例えば図1Aおよび図1Bに示すように、研磨ヘッド202は、止め環282とオーバーラップしない左端の位置から右向きに移動し、止め環282と徐々にオーバーラップしていくので、研磨ヘッド202が止め環282とオーバーラップする面積は、初めは非常に小さい。研磨パッド209が止め環282に接触する面積と、研磨パッド209が例えば止め環282に隣接する露出領域204Rに接触する面積と、にかかる研磨圧を一定に維持するためには、このような運動209Hにともなうオーバーラップ面積の変動とともに、力FM−Vを変動させなければならない。従って、上述した止め環282の研磨位置がとる範囲は、詳しくは、止め環282から研磨パッド209に対してどのような力FM−Vを加えれば研磨圧が一定に維持されるかに従って決定される。
【0060】
図2Bおよび図19Bは、パッド調整ヘッド220を示した図であり、メイン軸受けハウジング306とパック軸受けおよびロードセルプレート308との間の相対運動の方向を規制するための直動軸受アセンブリ304が示されている。上述したように、代表的な状況では、研磨ヘッド202は垂直な軸210を中心として回転するように設計されている。サブアパチャCMPシステム200−1は、パッド調整パッド220の複合的な直動軸受構造310をさらに含んでいる。一般に、直動軸受構造310は直動軸受構造230と同様である。従って、直動軸受構造310は、上述した直動軸受構造230と同様に機能する。さらに詳しく言うと、直動軸受構造310は、偏心力FP−Cの繰り返し測定の実現を容易にする。従って、パック218およびキャリアすなわちパッド調整ヘッド220に加わる力FP−Cは、上で明示したように、偏心して加えられた場合でも高精度に測定されると考えられる。従って、直動軸受構造310は、上で明示されたように、このような偏心力FP−Cの量を高精度に示すことを可能にする。
【0061】
さらに詳しく言うと、直動軸受構造310は、パッド調整ヘッド220の中心軸222の初期方向から偏心した位置からパック218に加えられる力FP−Cの垂直成分FP−CV以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。このように、直動軸受構造310は、パッド調整ヘッド220の構造がこのような偏心力FP−Cに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。例えば、パッド調整ヘッド220およびパック218は、同軸状の中心軸222,224の初期方向に平行な方向(矢印312を参照)にのみ運動することができる。矢印312は、垂直成分FP−CVに平行である。
【0062】
図2Bは、3つの複合的な直動軸受構造310のうち2つを詳細に図示しており、図16A、図16B、図19Bは、3つの複合的な直動軸受310を詳細に図示している。メイン軸受けハウジング306は、3つの中空円筒スリーブ316を含む3つの直動軸受314を有している。円筒スリーブ316は、対応するシャフト320を収容する開いた底部318を有することによって、同シャフト320と連携することができる。直動軸受314の円筒スリーブ316は、例えば、直動軸受230,232と同様にイリノイ州ロックフォード所在のPacific Bearingから市販されているモデル番号FL08であって良く、図2Aと同様な形で図2Bに図示されている。シャフト320は、軸受けシャフト258と同様に作成して良い。メイン軸受けハウジング306は、パッド調整ヘッド220のチャック322に固定され、同チャックを運ぶ。チャック322は、パック218を運ぶものであり、パック218は、研磨パッド202と接触している期間に、パックの荷重として図2Bに図示された偏心力FP−Cを受ける。
【0063】
上述したように、図1Bは、研磨ヘッド202の研磨パッド209がパック218の露出面216と係合する前の時間、すなわち初期時間T0PPにおける、パッド調整ヘッド220およびパック218の初期方向を示している。従って、代表的な状況では、初め、研磨パッド209からパック218に力FP−Cは加えられず、研磨ヘッド220の軸222およびパック218の軸224はそれぞれ垂直である。上述したように、このような状況にある研磨ヘッド202は、垂直な軸210を中心として回転するように設計されており、上述した任意の時間T1に、パック218およびパッド調整ヘッド220に偏心力FP−C(図2B)を垂直下向きに加えると考えられる。従って、直動軸受構造310は、パッド調整ヘッド220およびパック218に加えられるこの偏心力FP−Cの垂直成分FP−CV以外は、他のあらゆる力に対して対抗できる。詳しく言うと、3つの直動軸受314は、パッド調整ヘッド220の構造がこのような偏心力FP−Cに応じて望ましくない形で運動することがないように保証する。従って、直動軸受314は、パッド調整ヘッド220およびパック218がこのような偏心力FP−Cによってそれぞれの中心軸222,224の初期方向に平行である垂直方向以外に運動することがないように保証する。従って、力の垂直成分すなわち正味の力FP−CVとしてメイン軸受けハウジング306に伝えられ、ロードセル324に作用する(図2B、図16B、および図19B)のは、偏心したウエハ荷重であるFP−C(パック218に作用するものとして図2Bに図示される)から摩擦力FFをひいた力である。ロードセルは、パック軸受けおよびロードセルプレート308に固定されている。メイン軸受けハウジング306が許される運動は、パックロード信号326(図16B)を出力するロードセル324によって感知される、すなわちロードセル324を作動させる。ロードセル324は、ロードセル263と同様であって良く、ロードセル信号326は、ロードセル信号264に類似した方法で使用して良い。
【0064】
以上からわかるように、吸引チャック262やウエハキャリア208またはパッド調整ヘッド220が上述した初期方向から傾きやすい、すなわち上述した初期方向から外れやすいというのは、単なる傾向であって、実際に生じる動作ではない。傾こうとする動作は、例えば、上述した直動軸受構造230,232,3120の操作によって阻止される。
【0065】
サブアパチャCMPシステム200−1は、例えば偏心力FP−Wの繰り返し測定を容易にする上記特徴だけでなく、CMP操作用の他の機能(一般に参照番号338を使用して表される)も備えている。ウエハキャリア208の機能338には、例えば、吸引チャック262の機能338Cと、ブラダ292の機能338Bと、止め環282の機能338Sと、ロードセル263の機能338LCとが含まれる。このような機能338は、CMP操作を妨げることなくCMP操作に使用することができる。ウエハキャリア208のこれらの機能338を考慮に入れたうえで、図3A、図3B、および図3Cの三次元図と、図4Aおよび図4Bの分解図と、図5A−1から図5A−3および図5B−1から図5B−3の拡大透視図とを参照する。図3Aから図3Cは、第1の実施形態200−1の構成要素の組み立てを示しており、図中には、チャック軸受けおよびロードセルプレート260を固定された回転式ツール交換器340が含まれている。回転式ツール交換器340は、上部342と下部344を含む(図3C)。下部344は、下部344を回転させ、下部344に垂直上向きおよび垂直下向きの力を加える、スピンドル346に取り付けられている。垂直上向きの力は、図1Bでは力Fとして図示されており、これは、例えば力FP−Wを加える研磨パッド209を結果として支える力である。図3Aおよび図3Cに示すように、スピンドル346は、コンジット350を通して脱イオン水(DI水)などの流体を蕪44に供給し、下部344を吸引する吸引チャック262での使用に備えることによって、機能338Cを提供する。また、スピンドル346は、コンジット354を通して脱イオン水352などの流体を下部344に供給し、ウエハ206および止め環ベース280内部の洗浄に備えることによって、機能338Sを別個に提供する。また、スピンドル346は、コンジット358を通して流体293(加圧空気など)を下部344に供給し、リニアモータ290の操作に備えることによって、機能338Bを別個に提供する。スピンドル346は、また、下部に設けられた電気コネクタ(不図示)と接続するスリップリング360を提供することによって、機能338LCを提供する。下部344に設けられた電気コネクタは、別のコネクタ(不図示)と結合することによって、サブアパチャCMPシステム200−1からウエハロードセル信号264を出力することができる。
【0066】
下部344と上部342は、解除可能なコネクタ361(図3C)によって標準的な形で結合している。解除可能なコネクタ361は、下部344から上部342の中空362へと達するピストン棒(不図示)で駆動されるカム(不図示)によって、上部342と下部344とを解除可能な形で結合する。カムは、ボール軸受け(不図示)と係合しており、一部はレース(不図示)から離れる外向きの方向に、そして一部はV字形のグルーブ(不図示)に入る方向に、ボール軸受けを推進させる。ボール軸受けは、固く結合された上部342と下部344とを解除可能な形で保持する。上部342と下部344を切り離したい場合は、カムを上部342から撤回させ、ボール軸受けをV字形のグルーブから完全に離すことによって、上部342を開放する。
【0067】
図3Aおよび図9は、上部342の底部366を示している。上部342の4つのポートは、機能338を提供するためのものである。第1のポート368は、下部344の同様なポート(不図示)と結合することによって、脱イオン水および吸引(矢印348を参照)を供給する。第1のポート368は、下部344の同様なポートから突き出した標準的な円錐シールを収容する。供給される脱イオン水348および吸引348は、第1のポート368を通り、図5A−1に示したOリング370を通過して、チャック軸受けおよびロードセルプレート260のネジ切りポート374にねじ込まれた図5B−1のノズル372に達する。
【0068】
図3Aおよび図10は、下部344の同様なポート(不図示)と結合することによって脱イオン水(矢印352を参照)を供給する第2のポート376を示している。第2のポート276は、下部344の同様なポートから突出した標準的な円錐シール(不図示)と結合するシール378を有する。脱イオン水352は、第2のポート376を通り、図5A−2に示したOリング380を通過して、図5B−2および図10に示した出口が6つのマニホルドノズル382へと流れる。マニホルドノズル382は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260のネジ切りポート374にねじ込まれている。
【0069】
図3A、図5B−2、および図10は、下部344の同様なポート(不図示)と結合することによって空気(矢印293を参照)を供給する第3のポート384を示している。第3のポート384は、下部344の同様なポートから突出した標準的な円錐シール(不図示)と結合するシール386を有する。空気(矢印293を参照)は、第3のポート384を通り、図10に示したOリング388を通過して、出口が1つの流体コネクタ390へと流れる。流体コネクタ390は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260のネジ切りポート392にねじ込まれており、コンジット393を介して空気圧ブラダ292の入口294に接続している。
【0070】
スピンドル346上のスリップリング360は、下部344のポートの1つに収容されたポゴピンコネクタと結合する下部344上のコネクタ(不図示)に接続されている。ポゴピンは、上向きに突き出すことによって、上部342のポート402に設けられたコネクタ400の電気接点398(図3A)と弾性的にバイアス接触している。ポート402は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260が例えば6つのネジ404によって上部342に接続されたときに、コネクタ400を押しあてるためのショルダ(不図示)を有する。ポート402は、チャック軸受けおよびロードセルプレート260に設けられたものとして図5A−2に図示された鍵穴状のポート406と並んでいる。鍵穴状のポート406は、コネクタ400を通過させ(コネクタ400をポート402内へと移動させ)るのに十分な大きさを有する。導体408は、コネクタ400から発して鍵穴状のポート406を通り、チャック軸受けおよびロードセルプレート260に固定されたものとして図4Aに図示されたロードセル増幅器410に達する。ロードセル増幅器410は、ロードセル263と接続してウエハロードセル信号264を受信する。
【0071】
図5A−3は、機能338Cを示している。この機能338Cは、チャック軸受けおよびロードセルプレート260上に搭載されたノズル372(図5B−1)に接続するチューブ412の形態をとっている。チューブ412は、図5A−2に示したメイン軸受けハウジング250の通り穴414を通って上向きに伸び、図4Bに示した押し込み式チューブコネクタ416に達する。コネクタ416は、吸引チャック262に開けられたポート418にねじ込まれている。ポート418は、吸引または脱イオン水348を吸引チャック262のマニホルド420(図15)に供給することによって、吸引または脱イオン水348を吸引チャック262の上面422に均一に分配させる。
【0072】
上面422には、多孔層297が設けられている。多孔層297は、大きめの穴297P(図7)を有した多孔性のセラミック材料で作成される。大きめの穴297Pは、マニホルド420から脱イオン水348または吸引348を供給するための通路を提供する。大きい穴297Pは、吸引チャック262の全域にわたって均一に設けられているので、マニホルド420からの吸引を、吸引チャック262の全域にわたって供給することができる。大きい穴297Pは、同様に、吸引チャック262の全域にわたって脱イオン水348を供給することもできる。また、ウエハ206に直接接触する吸引ホールが少なめ(例えば6つなど)であった従来の使用法と異なり、大きい穴279Pの大きさは、吸引348を適用してもウエハ206が変形しない程度である。これらの目的を全て満たすためには、大きい穴297Pは、大きい孔径を有することが好ましいと考えられ、さらには、約20から約50ミクロンの範囲の孔径を有することがより好ましく、さらには、約30から約40ミクロンの範囲の孔径を有することが最も好ましいと考えられる。これは、従来のセラミックスが有するサブミクロンから1ミクロンの孔径と比べて大幅に大きい。
【0073】
図7および図8は、吸引または脱イオン水348を吸引チャック262の全域にさらに均一に分配させるために、マニホルド420の上に設けられ、多孔層297の上面499の上に広がる、キャリア膜298を示している。キャリア膜298は、RODELという商標名でモデル番号RF200として市販されている材料で作成される。キャリア膜298には、例えば孔径が0.010インチから0.015インチの穴、すなわち開口が設けられている。多孔層297も多孔特性を有しているので、脱イオン水348または吸引348を供給するための通路が、キャリア膜298から多孔層297にかけて連続して提供される。多孔層297とキャリア膜298とは、互いに連携しあうことによって、マニホルド420から吸引チャック262の全域へと均一に且つ微細に吸引348を分配する。また、キャリア層298は、吸引チャック262の上面422に微粒子が接触するのを阻止する役割を果たすので、後述する洗浄時にウエハ206の汚染を阻止することができる。
【0074】
吸引チャック262の操作時に、ウエハ206が吸引チャック262の上に高精度に搭載されているときは、ウエハ206の軸214は、ウエハキャリア208の軸212と同軸に方向付けられている。そして、ウエハ206をキャリア膜298上に保持するために、第3のポート384ひいてはチャックマニホルド420に吸引248が供給され、キャリア膜298下の圧力が引き下げられる。このように減圧すると、大気圧によってウエハ206をキャリア膜298に押し付けることが可能になる。適切な搭載位置にあるウエハ206は、キャリア膜298の通路を全てブロックするので、多孔層297の穴297Pを流れる空気は、大幅に減少すると考えられる。ウエハ206がキャリア膜298上で傾いていたり、あるいはキャリア膜298上でのウエハ206の位置が上述した同軸位置でなかったりする場合は、圧力検出器299D(図3C)によって、より沢山の空気がキャリア膜298に流れ込むことが検出され、不正確な配置が指摘される。
【0075】
脱イオン水348は、加圧下において第3のポート384に供給され、ひいてはマニホルド420に供給される。脱イオン水348は、マニホルド420から多孔層297の穴297Pへと流れ、さらに、多孔層297からキャリア膜298を通ってウエハ206の下に到達する。脱イオン水348は、ウエハ206全域の圧力差を排除し、ウエハ206を吸引チャック262から開放し、そして、ウエハとの接触面であるキャリア膜298の外面を洗浄する。多孔層の穴279Pに脱イオン水348をさらに流すと、多孔層297の穴297Pからスラリ426が押し出されてキャリア膜298から流れ出すので、吸引チャック262を洗浄し、続くウエハ206の研磨に備えることができる。このように、キャリア膜298および多孔層297を通って脱イオン水348が流れると、ウエハ206がキャリア膜298上に搭載されているときに、ウエハ206の下に微粒子が集まる、すなわち蓄積されるのが阻止される。脱イオン水348および除去されたスラリ426は、中央の閉じ込め容器(不図示)に流れ込む。図5B−1および図8は、マニホルド382から脱イオン水352を供給するための機能338Sを示している。6本のチューブ430は、マニホルド382の6つの出口432に1本ずつ接続される。マニホルド382は、空気圧ブラダ292の中央開口部および止め環プレート279の中央開口部を通って上向きに伸びるので、各チューブ430の長さは、止め環ベース280からロードセル263までの距離の範囲内である。図8の止め環ベース280は、内壁436から入口434を引き入れられた状態で図示されている。このような入口434は、内壁436を取り囲む形で等間隔に6つ設けられている。内壁436は、ハードエンジニアリングプラスチックで作成され、例えば、Port PlasticsによってERTALYTE PET−Pの商標名で市販されているポリエチレンテレフタレートなど、補強なしの半結晶性熱可塑性ポリマ材料であって良く、これは、寸法的に安定した入口434を提供することができる。各入口434には、チューブ430の1つと接続するチューブ継ぎ手438が設けられている。
【0076】
脱イオン水352は、スピンドル346を通ってマニホルド382へと供給され、マニホルド382は、その脱イオン水352をチューブ430およびチューブ継ぎ手438へと分配する。図14Aおよび図14Bは、止め環282の一般的な研磨位置を示しており、このとき、ウエハ206の露出面204と止め環282の最上部299とは、同一平面上にある、すなわち水平方向に揃っている。また、止め環ベース280は、スペース440だけ吸引チャック262から離れた状態で図示されている。図8および図22に示すように、チューブ継ぎ手438および入口434からなる各組み合わせは、側壁436内の通路442にそれぞれ接続されている。各通路442は、一定の角度構成を有することによって、上向きで且つ内向きのノズル444を提供する。また、図8には、脱イオン水352をスペース440に向かわせるように方向付けされた各ノズル444が図示されている。また、図22には、脱イオン水352を軸ノズル444の円周(すなわち回状)方向(矢印445を参照)に方向付けられるようにラジアル方向にずれて設けられた各通路442が図示されている。通路442は、脱イオン水352をノズル444に供給し、ノズル444は、脱イオン水352をスペース440へと回状方向に方向付ける。また、図14Bの拡大図には、吸引チャック262の上に突出したウエハ206の底面(すなわち突出部)446に向かってノズル444からの脱イオン水(矢印352を参照)が流れることが示されている。突出部446は、止め環ベース280から約0.040インチだけ突き出していて良い。また、図14Bには、止め環282とウエハ206との間の亀裂すなわち環状スリット452をスラリ426が通る、すなわち浸透することが示されている(矢印448を参照)。このような流れ448によって、スラリ426は、スペース440に入ることができる。
【0077】
ウエハ206の底面446に向かって方向付けられた脱イオン水352は、スペース440の上端からスラリ450を除去する。ダム454は、脱イオン水352およびスラリ426がスペース440の上端から出るのを阻止する。ダム454は、ウエハ206の突出した底面446と、薄く採寸されたスリット452とによって規定される。図14Aに示すように、出口456は、側壁438の内部において、ダム454の下方であって且つシール458に隣接する位置に機械加工されている。出口456は、入口のスロープ壁462の対面に環状のリップ460を提供するように構成されている。そして、環状リップ460と、対面のスロープ壁462とによって、出口キャビティ464が規定される。ウエハキャリア208の回転による遠心力の作用下では、ノズル444からのスラリ426および脱イオン水352は、出口キャビティ464から出口オリフィス466を通るように外へと促される。出口オリフィス466は、止め環ベース280を通って閉じ込め容器(不図示)に達する。シール458は環状であり、キャビティ464から出発して環状リップ460を覆いながらスペース440を横断し、メイン軸受けハウジング250と吸引チャック262との間にしっかりと固定される(例えば把持される)。このように、スラリ426および脱イオン水352は、ダム454と、シール458と、これらに隣接するウエハキャリア208の関連構造とによって包含される。脱イオン水352は、ウエハ206の底面446とスペース440を洗浄する。出口456は、スペース440から押し出されたスラリ426および脱イオン水352を受け取るにあたって、ウエハキャリア208の回転以外の他のポンプ機構を一切必要としない。
【0078】
サブアパチャCMPシステム200−1は、偏心力FP−Wを繰り返し測定する上記特徴だけでなく、CMP操作のための他の機能(一般に参照番号338を使用して表される)をも備えている。パッド調整ヘッド220の機能338には、例えば、チャック322上のパック218を感知するための機能338PSと、パック218をパージ(浄化)するための機能338PPと、ロードセル324のための機能338LCPとが含まれる。このような機能338は、CMP操作を妨げることなくCMP操作に使用することができる。パッド調整ヘッド220のこれらの機能338を考慮しながら、図16Aおよび図16Bの三次元分解図と、図17Aの三次元図と、図19Aの断面図とを参照する。以下の説明では、上述したものと同じ構成要素または上述したものに非常に類似した構成要素を、前掲の参照番号に300を加えた参照番号を使用して説明するものとする。
【0079】
図17Aおよび図17Bは、第1の実施形態200−1の構成要素の組み立てを示しており、図中には、パック軸受けおよびロードセルプレート308を固定された回転式ツール交換器640が含まれている。回転式ツール交換器640は、上部642と下部644とを含む(図17C)。下部644は、下部644を回転させ、下部644に垂直上向きおよび垂直下向きの力を加える、スピンドル346に取り付けられている。図17Cに示すように、スピンドル646は、コンジット650を通して脱イオン水(DI水)648などの流体を下部644に供給し、チャック322での使用に備えることによって、機能338PPを提供する。また、スピンドル646は、コンジット696を通して下部644に吸引695を供給し、チャック322上におけるパック218の存在の有無の感知に備えることによって、機能338PSを別個に提供する。
【0080】
スピンドル646は、また、システム(不図示)に接続されたスリップリング660を提供し、パックロードセル信号326の処理に備え、研磨操作の期間にパック218から研磨パッド209へと作用する加えられる力を決定することによって、機能338LCPを提供する。スリップリング660は、下部644のポート(不図示)の1つに収容されたポゴピンコネクタと結合する下部644上のコネクタ(不図示)に接続されている。図17Aからわかるように、ポゴピンは、上向きに突き出すことによって、上部642のポート702内に設けられたコネクタ700の電気接点698と弾性的にバイアス接触する。ポート702は、パック軸受けおよびロードセルプレート308が例えば6つのネジ704によって上部642に接続されたときにコネクタ704を押しあてるためのショルダ(不図示)を有する。ポート702は、プレート(チャック軸受けおよびロードセルプレート)560に設けられた状態で図16Bに図示されたポート706と並んでいる。ポート706は、コネクタ700を通過させ(コネクタ700をポート702内へと移動させ)るのに十分な大きさを有する。導体708は、コネクタ700から発してポート706を通り、プレート560に固定されたものとして図16Bに図示されたロードセル増幅器710に達する。ロードセル増幅器710は、ロードセル324と接続し、パックロードセル信号326を受信する。
【0081】
下部644と上部642とは、上述した標準的な形で、すなわち解除可能なコネクタ661(図17C)によって結合している。上述した構造は、上部642と下部644とを解除可能な形で結合させる。コネクタ661は、2つの加圧空路によってピストン(不図示)が作動することによって、上部642を下部644に固定させたりこれら2つの部分を引き離したりする。
【0082】
パックは、研磨によって生じる異物および他の材料を除去するためにパージされる。パック218は、図16A、図16B、および図19Bにおいて、互いに張り合わされた2枚のディスク状の層902Aおよび902Bを含むものとして図示されている。第1の層902Aは、穿孔903を設けられた炭素鋼で作成されている。穿孔903は、大きさが例えば約0.050のアパチャで良い。穿孔903は、第1の層209Aの全域に均一に分布している。穿孔を設けられた炭素鋼の層902Aは、ニッケル鍍金されている。穿孔を設けられニッケルを鍍金された層209Aは、次いで、ダイアモンド材料を塗布される。第1の層209Aは、直径が約9.5インチの円盤の形をとっており、これは、止め環282の外側部分の直径および第2の層209Bの直径と一致している。第2の層209Bは、接着層で裏打ちされた磁気ディスクである。第2の層209Bは、小さめの穿孔すなわち開口部904を設けられている。開口部904の大きさは、例えば、約0.010インチから約0.015インチの範囲で良い。パック218は、第2の層902Bが研磨ヘッド220に接する形でパッド調整ヘッド220の上に搭載されるので、研磨パッド209に面するのはダイアモンドを塗布された表面である。
【0083】
パック218をパージするための機能338PPは、上部642を含んでいる。図17A、図17C、図19B、および図20は、上部642の底部666を示している。上部642の3つのポートは、機能338のために設けられている。第1のポート668は、下部644の同様なポートと結合することによって、脱イオン水(矢印648を参照)を供給し、パージ操作に備える。脱イオン水648は、第1のポート668を通り、Oリング680を通過して、パック軸受けおよびロードセルプレート308のネジ切りポート674にねじ込まれた図20の継ぎ手672へと流れる。継ぎ手672は、チューブすなわちコンジット712に接続されている。チューブ712は、メイン軸受けハウジング306(図16A)の通り穴714を通って継ぎ手672から上向きに伸び、押し込み式チューブコネクタ716に達する。押し込み式チューブコネクタ716は、チャック322に開けられたポート718にねじ込まれている。ポート718は、脱イオン水648をチャック322のマニホルド720に供給し、脱イオン水648をチャック322の上面722に均一に分配するものとして、図16Bに図示されている。チャック322は、上面722の上方に突き出したリップ900を設けられている。リップ900は、脱イオン水648のプールすなわちリザーバをチャック322上に保持するダムを規定している。脱イオン水648は、好ましくは約200〜3000ccmの流量率で、より好ましくは約400〜2000ccmの流量率で、最も好ましくは約1,000〜1,200ccmの流量率でチャック322に供給され、パック218の穿孔および開口部を通ってマニホルド720から流れ出し、さらに、パック218を通り過ぎてリップ900をゆっくりと越えることによって、チャック322からゆっくりと流れ落ちる。このようにして、チャック322上のパック218が脱イオン水648に浸され、パック218を通って流れる脱イオン水がパック218をパージする、すなわち洗浄するので、これは、パック218によって研磨パッド209を所望の状態に維持するのに有用である。
【0084】
図19Aおよび図21は、コンジット696によって吸引695を供給されるポート920として構成された機能338PSを示している。ボア922は、このポート920を、パック軸受けおよびロードセルプレート308上に搭載されたノズル924に接続する。チューブ926は、ノズル924に接続され、メイン軸受けハウジング306内の通り穴928を通って上向きに伸びる。チューブ926は、メイン軸受けハウジング306に固定された継ぎ手930に接続される。継ぎ手930は、メイン軸受けハウジング306に開けられ且つマニホルド720の隆線934に揃えられたボア932に、吸引695を供給する。ボア932は、隆線934の最上部に達する。パック218がチャック322上に高精度に配置されているときは、ボア932への空気の流入が阻止されるので、ボア932内の圧力は低下する。この圧力低下は、コンジット696内の圧力低下として反映される。コンジット696は、圧力センサ299D(図3C)に類似した圧力センサなどの圧力センサに接続される。圧力センサは、圧力の低下を検知すると、パック218がチャック322上に高精度に配置されていると判断する。パック218がチャック322上に部分的にのみ配置されている場合、あるいはチャック322上にパック218が全く配置されていない場合は、ボア932への空気の流入が阻止されないので、ボア932内ひいてはコンジット696内の圧力は低下しない。従って、圧力センサは、パック218がチャック322上に高精度に配置されていない、あるいは全く配置されていないと判断する。このため、研磨操作は中断することが望ましい。
【0085】
図23からわかるように、本発明は、ウエハ206とCMP研磨パッド209との相対運動を制御する方法を提供する。この方法は、ウエハ206を吸引チャック262の上に搭載する操作1000を含んで良い。上述したように、ウエハ206はこのとき、対称軸とみなしえる軸214を有する。この搭載位置は、ウエハの軸214の初期位置として上述されている。方法は、操作1002に進み、図1Bに示すように、研磨パッド209の軸210と搭載されたウエハ206の対称軸214とをオフセットする。軸210は、研磨パッドが回転する際の基軸である。方法は、続いて操作1004に進み、図1Bの矢印209Vで示したような対称軸214に平行な方向に、研磨パッド209とオフセットウエハ206とを互いに向けて押しあてる。回転式ツール交換器によって、ウエハキャリア208を上向きに押しあてるとともに、吸引チャック262をウエハキャリア208の軸212の方向に固定することによって、押しあて操作1004は、研磨パッド209から、搭載されたウエハ206の対称軸214から偏心した位置へと、力FP−Wなどの研磨力を作用させる。上述したように、ウエハ206は、研磨力FP−Wに応じて傾く傾向があるので、対称軸214は、研磨パッド209の回転軸である軸210に平行な状態からずれやすい。押しあて操作の期間に、方法は操作1006に進み、搭載されたオフセットウエハ206を、傾こうとする傾向に抵抗しつつ、回転軸210に平行な方向に且つウエハ軸214の初期位置に沿って運動させる。ウエハ軸214の初期位置に沿った運動は、例えば、図2Aの力FP−WVに応じて生じるものであり、偏心力FP−Wに応じて生じる直動軸受232の操作を反映している。方法は、また、操作1008に進み、押しあて操作および抵抗操作の期間に、回転軸210の方向に平行なウエハ206の運動を測定することによって、研磨力すなわち力FP−Wの値を示して良い。こうして、図23に示した操作が完了する。
【0086】
図24からわかるように、本発明のもう1つの態様は、ウエハ206を搭載し、研磨表面を有した研磨パッド209によって実施される研磨操作に備える方法を提供する。方法は、ウエハ206を吸引チャック262の上に搭載することによって、ウエハ206の対称軸214から偏心して加えられるものとして図1Bに示された研磨パッド209の研磨表面の運動に抵抗する、操作1010からスタートして良い。ウエハ206は、図14Bでは、対称軸214に軸対称である端部、すなわち周辺部301を有するものとして図示されている。対称軸214は、通常は、研磨パッド209の露出面に垂直である。方法は、次いで操作1012に進み、ウエハ206の周辺部301を取り囲む第1の位置(図12A)を有した止め環を提供することによって、対称軸214に垂直な方向へのウエハ206の運動を制限する。方法は、次いで操作1014に進み、研磨パッド209の露出面とウエハ206とを互いに向かって押しあてることによって、研磨パッド209からウエハ206へと研磨力FP−Wを作用させる。研磨力FP−Wは、ウエハ206およびその対称軸214を研磨表面に垂直な状態から逸らす傾向がある。方法は、次いで操作1015に進み、研磨パッド209の露出面と止め環282とを互いに向かって押しあてることによって、研磨パッド209から止め環282に研磨力FP−Wを作用させる。この研磨力FP−Wは、止め環282およびその対称軸288をそれぞれ研磨パッド209の研磨表面に垂直な状態から逸らす傾向がある。方法は、次いで操作1018に進み、直動軸受253の作用によって、傾こうとする止め環282の傾向に抵抗する。このような抵抗によって、止め環218の運動は、研磨パッド209の露出面に垂直な方向に制限される。このように、力FP−Rに応じて止め環282が許される運動(すなわち軸212,214の初期位置に平行な運動)は、上述したように、力FP−Wに応じて吸引チャック262および吸引チャック262上のウエハ206が許される運動(すなわち軸212,214の初期位置に平行な方向)と同方向である。このような抵抗は、さらに、偏心力FP−Wの繰り返し測定を容易にする。従って、操作1018による抵抗があれば、ウエハキャリア208に加わる力FP−Wは、上で明示されたように、たとえ偏心して加えられた場合でも高精度に測定できると考えられる。方法は、また、操作1019に進み、押しあて操作1014,1015および抵抗操作1018の期間に、回転軸219に平行な方向へのウエハ206の運動を測定して良い。上で明示したように、この測定は、研磨力の値すなわち力FP−Wを高精度に示すことができる。こうして、図24に示した操作が完了する。
【0087】
図25に示したように、操作1015は、吸引チャック262から離れた位置にプレート260を設ける下位操作1022を含んでいて良い。操作1015は、また、チャック軸受けおよびロードセルプレート260と止め環282との間に空気圧ブラダ292を設ける下位操作1024を含んでいて良い。操作1015は、また、第1の圧力の流体で空気圧ブラダ292を膨らませるなどによってブラダ292を操作する下位操作1025をさらに含んで良い。このような膨張は、止め環282と研磨パッド209とを互いに向かって運動させる。
【0088】
図26からわかるように、本発明のもう1つの態様は、ウエハ206と化学機械加工パッド209との相対運動を制御するための方法を提供する。方法は、吸引チャック262の上にウエハ206を搭載する操作1040を含んでいて良い。このとき、ウエハ206は、パッド209の研磨表面に垂直で且つキャリアの軸212と同軸で且つパッド209の回転軸211に平行である対称軸214を有する。方法は、操作1042に進み、パッド209の回転軸211と、搭載されたウエハ206の対称軸214とをオフセットする。方法は、次いで操作1044に進み、パッド209の研磨表面がウエハ206に向かう運動に抵抗する。チャックサポートプレート260は、このために提供されたものである。吸引チャック262は、チャックサポートプレート260に対して相対的に運動することができる。方法は、操作1046に進み、吸引チャック262を取り囲む止め環ユニット(例えば輪282とベース280とからなる)を提供することによって、ウエハ206を吸引チャック262の上に保持する運動に備える(例えば図12Bのようにウエハ206を吸引チャック262上に配置する手助けとする)。止め環282は、また、ウエハ206をパッド209の研磨表面に対して露出させ、研磨に備えても良い(図14A)。方法は、次いで操作1048に進み、吸引チャック262と、チャックサポートプレート260と、止め環ユニット(280,282)とに、複数の直動軸受アセンブリ対230,232を提供する。各アセンブリはハウジング254,274をそれぞれ有し、各ハウジングはパッド209の研磨表面に垂直な軸受け中心軸をそれぞれ伴う。各直動軸受アセンブリは、対応するハウジング254,274にそれぞれ収容される直動シャフト258,278を有する。第1の直動軸受アセンブリセット252は、吸引チャック262と止め環ユニット(280,282)との間に設けられ、第2の直動軸受アセンブリセット270は、吸引チャック262とチャックサポートプレート260との間に設けられる。方法は、次いで操作1050に進み、チャックサポートプレート260を軸212に沿って固定位置に保持することによって、ウエハ206に向かって生じるパッド209の研磨表面の運動に抵抗する。あるいは、チャックサポートプレート260をパッド209に向かって推し進めても良い。いずれの場合も、パッド209は、搭載されたウエハ206および止め環282に対し、対称軸214から偏心した位置に研磨力FP−Wを加える。ウエハ206および吸引チャック262は、研磨力FP−Wに応じて傾く傾向があるので、対称軸214は、回転軸210に平行な状態からずれやすい。図27からわかるように、保持操作1050の期間には、第1の直動軸受アセンブリセット252によって、止め環282の運動を対称軸214に平行な運動に有効に制限する、操作1052が実施される。例えば、チャックサポートプレート260が保持されている期間には、第2の直動軸受アセンブリセット270によって、チャックサポートプレート260に対する吸引チャック262の相対運動を対称軸214に平行な運動に有効に制限する、操作1054が実施される。
【0089】
図28からわかるように、本発明は、ウエハ206とCMP研磨パッド209との相対運動を制御する方法を提供する。方法は、ウエハ206の露出面204が研磨パッド209の研磨表面に平行な状態で、ウエハ206を吸引チャック262の上に搭載する、操作1060を含んでいて良い。方法は、操作1062に進み、研磨パッド209の回転軸210を、搭載されたウエハ206の対称軸214から両者が平行な状態でオフセットさせることによって、ウエハ206の初期方向を規定する。方法は、次いで操作1064に進み、研磨パッド209の研磨表面と、搭載されオフセットされたウエハ209とを互いに近づかせ、ウエハの露出面204を研磨パッドの研磨表面に対抗させることによって、搭載されたウエハ206に対し、対称軸214から偏心した力FP−Wを作用させる。図29からわかるように、操作1066は、例えば直動軸受アセンブリ253からなる配列265を、搭載されたウエハ206に隣接する位置に設ける。操作1064における移動期間に、方法は操作1068に進み、ウエハ206が初期方向からずれる運動を実質的に制限し、搭載されたウエハ206の運動をウエハの露出面204が研磨パッド209の研磨表面に平行な方向にのみ可能にする。押しあて操作および抵抗操作の期間に、方法は操作1070にも進み、搭載されたウエハ206の露出面204と研磨パッド209の研磨表面とが平行な方向にウエハ206が運動できる量を測定する。これは、露出面204に作用する研磨力の正味の量を表している。
【0090】
本発明は、また、パッド調整パック218と化学機械加工パッド209との相対運動を制御する方法を提供する。図30からわかるように、方法は、対称軸224を有したパッド調整パック218をチャック322の上(の初期位置)に搭載する操作1080を含んでいて良い。方法は、次いで操作1082に進み、パッド209の回転軸211と、搭載されたパッド調整パック218の対称軸224とを、平行関係のままオフセットする。方法は、次いで操作1084に進み、オフセットされたパッド調整パック218に向かってパッド209を(初期位置にある)回転軸210に平行な方向に押しあてることによって、パッド209から搭載されたパッド調整パック218に対し、対称軸224から偏心した調整力FP−Cを作用させる。パッド調整パック218は、調整力FP−Cに応じて傾く傾向があるので、対称軸224は、回転軸211に平行な状態からずれやすい。押しあて操作1084の期間に、方法は操作1086に進み、搭載されオフレットされたパッド調整パック218を、傾こうとする傾向に抵抗しつつ回転軸211に平行な方向に運動させる。方法は、また、操作1088に進み、押しあて操作1084および抵抗操作1086の期間に、回転軸211の方向に平行なパッド調整パック218の運動を測定することによって、調整力FP−CVの値を示して良い。本発明にしたがうと、このような表示は、上で明示されたように正確な表示で良い。
【0091】
図31からわかるように、本発明は、化学機械加工パッド209とパッド調整パック218との相対運動を制御する方法も提供する。方法は、パッド調整パック218をチャック322の上に搭載する操作1090を含んでいて良い。このとき、パッド調整パック218は初期の対称軸224を有しており、パッド調整パック218の表面はパッド209の研磨表面に平行である。パッド209は、回転軸211を有する。方法は、操作1092に進み、パッド209の回転軸211を、搭載されたパッド調整パック218の対称軸224からオフセットする。方法は、次いで操作1094に進み、チャックサポートプレート308を提供することによって、パッド調整パック218に向かうパッド209の研磨表面の運動に抵抗する。このとき、チャック322は、チャックサポートプレート308に対して相対運動することができる。方法は、次いで操作1096に進み、チャック322およびチャックサポートプレート308に複数の直動軸受アセンブリ対304を提供する。各直動軸受アセンブリ304はハウジング316をそれぞれ有し、各ハウジング316はパッド209の研磨表面に垂直な軸受け中心軸をそれぞれ伴う。各直動軸受アセンブリ304は、対応するハウジング316に収容された直動シャフト320をそれぞれ有する。直動軸受アセンブリ304は、チャック322とチャックサポートプレート308との間に位置する。方法は、次いで操作1098に進み、チャックサポートプレート308を固定位置に保持することによって、パッド調整パック218に向かうパッド209の研磨表面の運動に抵抗する。パッド209は、搭載されたパッド調整パック218に対し、対称軸224から偏心した位置に調整力FP−Wを加える。チャック322およびチャック322上のパッドパック209は、調整力FP−Cに応じて傾く傾向があるので、対称軸224は、回転軸211に平行な状態からずれやすい。チャックサポートプレート308を固定位置で保持する期間に、方法は、操作1098に進む。このとき、パッド調整パック218は、直動軸受アセンブリ304によって、パッド209の研磨表面とパッド調整パック218とが互いに近づく運動に、有効に抵抗することができる。図31からわかるように、方法は、操作2000に進むことによって、チャックサポートプレート308に対するチャック322の相対運動を、対称軸224の初期位置に平行な運動に限定する。このようにして、パッド調整パックの表面は、研磨表面に平行な状態で維持される。方法は、操作2002に進み、制約を受けているチャックサポートプレート308に対するチャック322の運動を感知することによって、調整力FP−CVの正確な値を示して良い。
【0092】
図33からわかるように、本発明による方法のもう1つの態様は、パッド調整パック218をパージして化学機械研磨パッド209の調整に備える方法に関する。方法は、流体648が通りえる開口部903,904をパッド調整パック218に設ける操作2030からスタートする。方法は、次いで操作2032に進み、パックキャリア220に上面を設け、パッド調整パック218の周辺端部にリップ900を設ける。方法は、次いで操作2034に進み、パックキャリアの構成を吸引チャック262のマニホルド420の構成に適合させることによって、パックサポートキャリア220の表面全体に流体648を分布させる。方法は、次いで操作2036に進み、パックサポート表面が水平に方向付けられ且つリップ900がパックサポート表面から上向きに突き出すように、パッド調整パック218を配置する。方法は、次いで操作2038に進み、チャックサポートプレート308およびパックキャリア220のセクション642を通ってパックサポート表面に達するポート920およびダクト926を形成する。このとき、パックサポート表面には、パッド調整パック218が設けられている。方法は、次いで操作1040に進み、流体である脱イオン水648を、パックキャリア220を通してポート932へと供給することによって、パックキャリア220の構成(すなわちマニホルド)が、リップ900より内側のパックサポート表面全体に脱イオン水648を分布させ、そのリザーバの脱イオン水にパッド調整パック218を浸せられるようにする。供給とは、脱イオン水648がパッド調整パック218の穴903および開口部904を通ってマニホルド720から外向きに流れ出て、パッド調整パック218を通過し、リップ900の上をゆっくりと流れることによって、チャック322からゆっくりと流れ落ちる滝を形成することなどを意味する。このように、チャック322上のパッド調整パック218が脱イオン水648に浸され、パッド調整パック218を通って流れる脱イオン水648がパッド調整パック218をパージする、すなわち洗浄するので、これは、パッド調整パック218によって研磨パッド209を所望の状態に維持する手助けとなる。
【0093】
図34からわかるように、本発明による方法のもう1つの態様は、研磨パッドを調整する方法に関する。方法は、操作2050からスタートする。操作2050では、パック218の対称軸224が研磨パッド218の研磨表面に垂直になり、且つ研磨パッド209の調整表面が研磨表面に平行になる状態で、パック218をチャック322の上に搭載する。方法は、次いで操作2052に進み、研磨パッド209の回転軸211を、搭載されたパック218の対称軸224から両者が平行な状態でオフセットすることによって、パック218の初期方向を規定する。方法は、次いで操作2054に進み、研磨パッド218の研磨表面と、パックの調整表面218bとを、互いに近づかせることによって、搭載されたパック218の調整表面を、研磨パッド209の研磨表面に抵抗させる。方法は、次いで操作2056に進み、310などの直動軸受アセンブリからなる配列265を、搭載されたパック218に隣接する位置に提供する。
【0094】
図35からわかるように、方法は、次いで操作2058に進み、操作2054の期間に、初期方向からずれる運動を実質的に制限することによって、搭載されたパック218の運動を、パック218の調整表面が研磨パッド218の研磨表面に平行である方向にのみ可能にする。方法は、次いで操作2060に進み、運動を制限された運動操作2054の期間に、その制限された運動を感知することよって、パック218の調整表面に加えられる研磨力FP−Cの正確な値を示す。
【0095】
図36からわかるように、本発明による方法のもう1つの態様は、研磨パッドを調整する方法に関する。方法は、操作2070からスタートする。操作2070では、パック218の対称軸224が研磨パッド218の研磨表面に垂直になり、且つパックの調整表面か研磨パッドの研磨表面に平行になる状態で、パック218をチャック322の上に搭載する。方法は、次いで操作2072に進み、搭載されたパック218の対称軸224から、回転軸210を軸210と軸224とが平行な状態でオフセットさせることによって、パック218の初期方向を規定する。方法は、次いで操作2074に進み、研磨パッド218の研磨表面と、パック218の調整表面とを、互いに近づかせる。方法は、次いで操作2076に進み、直動軸受アセンブリ310からなる配列265を、搭載されたパック218に隣接する位置に提供する。図37からわかるように、方法は、次いで操作2078に進み、運動操作2074の期間に直動軸受アセンブリ310を使用することによって、初期方向からずれる運動を実質的に制限し、搭載されたパック218の運動を、調整表面が研磨表面に平行である方向のみに制限する。方法は、次いで操作2080に進み、制限された運動を感知することによって、調整表面に加えられる研磨力FP−Cの正確な値を示す。
【0096】
図38は、リニアモータ290に収容される流体293にかかる圧力Bが、研磨パッド209と止め環282および研磨パッド209とウエハ206とのオーバーラップ量OL(図1B)に応じてどのように変化するかを示したグラフである。上述したように、例えばウエハ206の露出領域204Rを均一に研磨するためには、露出したどの接触領域204Rにも均一な量の圧力をかけることが望ましい。露出した接触領域204Rの面積が増大するとともに力FP−Wが増すと、圧力の量は均一になると考えられる。研磨パッド202が、1枚のウエハ206に対して実施される研磨操作の間ずっと矢印209Hの方向に運動すること、そして、研磨パッド209に接触される露出領域の面積が、このような研磨パッドの運動によって変動することから、ウエハ206にかかるFP−Wは、高精度に変動させなければならない。そして、ウエハロード信号264を処理し、ウエハキャリア208に上向きに加えられる力(図1BのFを参照)を必要に応じて調整することによって、研磨パッド209からウエハ206およびウエハキャリア208に対し、適切な力FP−Wを加える。図38に示したタイプのグラフは、リニアモータ290に収容される流体293にかかる圧力Bを、任意の所定の時間T1における研磨パッド209と止め環282および研磨パッド209とウエハ206とのオーバーラップ量OL(図1A)に応じて選択するために使用して良い。
【0097】
以上では、理解を明確にする目的で本発明を詳細に説明したが、添付した請求項の範囲内で、一定の変更および修正を加えられることは明らかである。従って、上述した実施形態は、例示を目的としたものであって限定的ではなく、本発明は、本明細書で取り上げた項目に限定されず、添付した請求項の範囲および均等物の範囲内で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】
1つの研磨ヘッドが、ウエハキャリアによって運ばれるウエハと、研磨パッド調整器によって運ばれるパックとの両方に、各キャリアの中心軸から偏心してそれぞれ接触する、第1の実施形態を示した平面図である。
【図1B】
図1Aの第1の実施形態において、それぞれのキャリアに関して、その中心軸と、偏心した接触の結果として生じる偏心力とを示す立面図である。
【図2A】
第1の実施形態において、メイン軸受けハウジングとチャック軸受けプレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリ、メイン軸受けプレートと止め環軸受けプレートとの相対運動の方向を限定するアセンブリという2つの別個の直動軸受構造が示す立面図である。
【図2B】
第2の実施形態によるパッド調整ヘッドおよびメイン軸受けハウジングとチャック軸受けおよびロードセルプレートとの相対運動の方向を限定するための直動軸受構造を示す立面図である。
【図3A】
第1の実施形態によるウエハキャリアの構成要素、および回転式ツール交換器(RTC)の上部の底面を示す三次元図である。
【図3B】
第1の実施形態によるウエハキャリアの構成要素、およびウエハキャリアの吸引チャックの上面を示した三次元図である。
【図3C】
キャリアヘッドを支持し且つキャリアヘッドに機能を提供するためのスピンドル(点線で図示)を、研磨ヘッドとともに示すウエハキャリアの概略図である。
【図4A】
第1の実施形態の構成要素を上から見た場合の分解斜視図である。
【図4B】
第1の実施形態の構成要素を下から見た場合の分解斜視図である。
【図5A−1】
図4Bに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図5A−2】
図4Bに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図5A−3】
図4Bに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図5B−1】
図4Aに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図5B−2】
図4Aに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図5B−3】
図4Aに示された各種の構成要素を拡大して示した図である。
【図6A】
内部構造の断面を得るための様々な切断線を示すウエハキャリアの平面図である。
【図6B】
チャック軸受けおよびロードセルプレートに固定して取り付けられたメイン軸受けハウジングと、メイン軸受けハウジング上の真円直動軸受の中に設けられたチャック軸受けおよびロードセルプレートの軸受けシャフトと、ロードセルのロードセンサボタンを押すメイン軸受けハウジングの中心とを示す図6Aの線6B−6Bで切り取った横断立面図である。
【図7】
止め環軸受けプレートに可動な状態で接続されたメイン軸受けハウジングと、メイン軸受けハウジング上の真円直動軸受の中に設けることによって、チャック軸受けおよびロードセルプレート上に搭載された止め環ベースの運動を制限する、同プレートの軸受けシャフトとを示す図6Aの線7−7で切り取った横断立面図である。
【図8】
ウエハの研磨に使用される流体を供給する各種のコネクタを含む機能を示す図6Aを線8−8で切り取った断面図であり。
【図9】
吸引チャックに脱イオン水と吸引を供給する流体コネクタを切り取って示す図6Aを線9−9に沿って切り取った断面図である。
【図10】
流体マニホルドおよびロードセルプレートを切り取って示し、流体マニホルドから止め環ベース内の6つのノズルへとそれぞれ脱イオン洗浄水を供給するための6つの脱イオン水コンジットの1つを示す図6Aを線10−10に沿って切り取った断面図である。
【図11】
ネジによってRTCの上部に取り付けられた同プレートを示すチャック軸受けおよびロードセルプレートの横断立面図である。
【図12A】
止め環ベースは、CMP操作に先立ってウエハを吸引チャック上に配置できるように、フル係合の状態にある状態を示す図7の一部を拡大して示した断面図である。
【図12B】
図12Aの一部をさらに拡大して示した断面図である。
【図13A】
止め環ベースは、ウエハキャリアからウエハを容易に取り外せるように、ウエハから離れた非係合の位置にある状態を示す図7の一部を拡大して示した断面図である。
【図13B】
図13Aの一部をさらに拡大して示した断面図である。
【図14A】
止め環ベースは、ウエハの露出面を研磨するとともにウエハのベースに脱イオン水を吹き付けられるように、研磨の位置にある状態を示す図7の一部を拡大して示した断面図である。
【図14B】
図14Aの一部をさらに拡大して示した断面図である。
【図15】
止め環ベースが切り取られて示されており、ウエハキャリアの内部からスラリと脱イオン洗浄水を取り除くための出口を示す図6Aを線15−15に沿って切り取った断面図である。
【図16A】
第1の実施形態の構成要素を下から見た場合の分解斜視図である。
【図16B】
第1の実施形態の構成要素を上から見た場合の分解斜視図である。
【図17A】
回転式ツール交換器(RTC)の上部の底面を示す第1の実施形態によるウエハキャリアの構成要素を示した三次元図である。
【図17B】
RTCの上部の上面を示す第1の実施形態によるパックキャリアの構成要素を示した三次元図である。
【図17C】
キャリアヘッドを支持し且つキャリアヘッドに機能を提供するためのスピンドル(点線で図示)を研磨ヘッドとともに示すウエハキャリアの概略図である。
【図18】
断面を得るための線が示されているパックキャリアの平面図である。
【図19A】
パックがチャック上に正しく配置されているか否かを決定するためのチャックに至る吸引コンジットを示す図18を線19A−19Aに沿って切り取った断面図である。
【図19B】
チャックとともに使用される直動軸受を示す図18を線19B−19Bに沿って切り取った断面図である。
【図20】
脱イオン水を供給してチャック上のパックをパージするためのコンジットを示す図18を線20−20に沿って切り取った断面図である。
【図21】
パックキャリアのベースから発する吸引コンジットを示す図18を線21−21に沿って切り取った断面図である。
【図22】
止め環ベース内に設けられ、脱イオン洗浄水を供給するための、6つの脱イオン水ノズルのうち、キャリア軸を含んだ平面に対して一定の角度をなすことによって、脱イオン水の一部を止め環の円周方向に方向付ける3つのノズルを示す図6Aのウエハ露出面に対して一定の角度をなしたウエハキャリアの断面図である。
【図23】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図24】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図25】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図26】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図27】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図28】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図29】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図30】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図31】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図32】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図33】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図34】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図35】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図36】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図37】
本発明による方法の操作を示したフローチャートである。
【図38】
止め環用のモータにかかる圧力が、研磨パッドと止め環および研磨パッドとウエハのオーバーラップの量に応じてどのように変動するかを示したグラフである。
【符号の説明】
200−1…サブアパチャCMPシステム
202…研磨ヘッド
204…ウエハの露出面
204R…ウエハの選択領域
206…ウエハ
208…キャリア
209…研磨パッド
210…研磨ヘッドの軸
211…研磨パッドの軸
212…ウエハキャリアの軸
216R…パックの選択領域
218…パック
220…パッド調整ヘッド
222…パッド調整ヘッドの軸
224…パックの軸
230,232…複合直動軸受構造
250…メイン軸受けハウジング
252…直動軸受セット
253…直動軸受
254…スリーブ
256…スリーブの底部
258…軸受けシャフト
260…チャック軸受けおよびロードセルプレート
262…吸引チャック
263…ロードセル
264…ウエハロード信号
265…直動軸受の配列
266…環状の経路
270…直動軸受セット
272…直動軸受
274…スリーブ
276…スリーブの底部
278…軸受けシャフト
279…止め環軸受けプレート
280…止め環ベース
281…ネジ
282…止め環
283…穴
284…円筒表面
285…ネジ
286…止め環ベースの中心軸
288…止め環の中心軸
289…ネジ
290…リニアモータ
292…空気圧ブラダ
293…空気圧流体
294…入口
296…環状の溝
297…多孔層
297P…大きい穴
298…キャリア膜
299…止め環の上面
299D…圧力検出器
301…ウエハの周辺端部
303…止め環の内壁
304…直動軸受アセンブリ
306…メイン軸受けハウジング
308…パック軸受けおよびロードセルプレート
310…複合的な直動軸受構造
314…直動軸受
316…スリーブ
318…スリーブの底部
320…シャフト
322…チャック
324…ロードセル
326…ロードセル信号
338…機能
340…回転式ツール交換器
342…回転式ツール交換器の上部
344…回転式ツール交換器の下部
346…スピンドル
348…脱イオン水および吸引
350…コンジット
352…脱イオン水
354…コンジット
358…コンジット
360…スリップリング
361…コネクタ
362…中空
366…回転式ツール交換器の上部の底部
368…第1のポート
370…Oリング
372…ノズル
374…ネジ切りポート
376…第2のポート
378…シール
380…Oリング
382…マニホルドノズル
384…第3のポート
386…シール
388…Oリング
390…流体コネクタ
392…ネジ切りポート
393…コンジット
398…電気接点
400…コネクタ
402…ポート
404…ネジ
406…ポート
408…導体
410…ロードセル増幅器
412…チューブ
414…通り穴
416…押し込み式チューブコネクタ
418…ポート
420…マニホルド
422…吸引チャックの上面
426…スラリ
430…チューブ
432…マニホルドの出口
434…止め環ベースの入口
436…止め環ベースの内壁
438…チューブ継ぎ手
440…スペース
442…通路
444…ノズル
446…ウエハの突出部
448…スラリの流れ
450…スラリ
452…環状スリット
454…ダム
456…出口
458…シール
460…環状のリップ
462…スロープ壁
464…出口キャビティ
466…出口オリフィス
499…多孔層の上面
560…プレート
640…回転式ツール交換器
642…回転式ツール交換器の上部
644…回転式ツール交換器の下部
646…スピンドル
648…脱イオン水
650…コンジット
660…スリップリング
661…コネクタ
666…回転式ツール交換器の上部の底部
668…第1のポート
672…継ぎ手
674…ネジ切りポート
680…Oリング
695…吸引
696…コンジット
698…電気接点
700…コネクタ
702…ポート
704…ネジ
706…ポート
708…導体
710…ロードセル増幅器
712…コンジット
714…通り穴
716…押し込み式チューブコネクタ
718…ポート
720…マニホルド
722…チャックの上面
900…リップ
902A…第1のディスク状の層
902B…第2のディスク状の層
903…穿孔
904…開口部
920…ポート
922…ボア
924…ノズル
926…チューブ
928…通り穴
930…継ぎ手
932…ボア
934…マニホルドの隆線
Claims (35)
- ウエハ軸を有した半導体ウエハを搭載し、回転軸を有した化学機械研磨パッドと連係させるための装置であって、
中心軸を有した連結部と、
前記ウエハ軸が前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行となる初期状態で、前記ウエハを搭載するためのチャックを備え、前記チャックは、前記研磨パッドから研磨力を受けるように適用されており、前記研磨力は、前記回転軸に平行で且つ前記ウエハ軸から偏心して加えられ、前記ウエハ軸が前記中心軸との間に有する初期の同軸関係からずれて前記ウエハが傾くよう前記チャックを傾かせる傾向があり、
前記連結部に固定され、前記連結部によって前記中心軸に沿って固定の位置に配置された第1のユニットと、前記チャックに固定され、前記第1のユニットに対して相対的に可動な第2のユニットとを有し直動、前記第1のユニットおよび前記第2のユニットは、前記チャックおよび前記ウエハが傾こうとする傾向に抗ずるために互いに連係しあい、前記第2のユニット、前記チャック、およびその上の前記ウエハが前記第1のユニットに対して相対的に運動するあいだ、前記ウエハ軸を前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行な状態に維持する直動軸受アセンブリを備える直動装置。 - 請求項1に記載の装置であって、さらに、
前記偏心した研磨力が加えられたときに、前記直動軸受アセンブリの前記第2のユニットに対する前記直動軸受アセンブリの前記第1のユニットの相対的な位置を感知できる部位で、前記直動軸受アセンブリの前記第1のユニット上に搭載され、前記研磨パッドからの前記偏心力の偏心度にかかわらず、前記研磨パッドからの前記偏心力の量を高精度に示すセンサを備える装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記直動軸受アセンブリの前記第1のユニットは、前記中心軸に平行に延びる少なくとも1本の細長い軸受けシャフトを含み、
前記直動軸受アセンブリの前記第2のユニットは、前記中心軸に平行に延びて前記少なくとも1本の軸受けシャフトを収容する、少なくとも1本の細長い軸受けハウジングを含む装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記直動軸受アセンブリは、第1の直動軸受アセンブリであり、
前記装置は、さらに、前記チャックの上の前記ウエハおよび前記第2のユニットに対して相対運動できるように、前記第1のユニットの上に搭載された止め環アセンブリを備え、該止め環アセンブリは、前記中心軸および前記ウエハ軸と初期状態において同軸状にある止め環対称軸を有しており、前記止め環アセンブリは前記研磨パッドから止め環力を受けるように適合されており、前記止め環力は、前記止め環対称軸に対して偏心して加えられ、前記ウエハ軸および前記中心軸との間の初期の同軸関係からずれて傾くよう前記止め環アセンブリを傾かせる傾向があり、
前記止め環アセンブリおよび前記第1のユニットに固定された第3のユニットと、前記チャックに固定され、前記第1のユニットおよび前記第3のユニットに対して相対的に可動な第4のユニットとを有し、直動前記第3のユニットおよび前記第4のユニットは、前記止め環アセンブリが傾こうとする傾向に抗ずるよう互いに連係しあい、止め環前記第3のユニットおよび前記止め環アセンブリが前記第4のユニットに対して相対的に運動するあいだ、前記止め環を前記ウエハ軸および前記中心軸と同軸状態に維持する第2の直動軸受アセンブリと
を備える装置。 - 請求項4に記載の装置であって、さらに、
前記止め環アセンブリを前記チャックおよびその上の前記ウエハに対して相対的に運動させるために、前記止め環アセンブリと前記第1のユニットとの間に配置された直動駆動部を備える装置。 - 請求項1に記載の装置であって、さらに、
前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越えて延び、減圧流体と液化流体とを交互に運ぶことによって、前記ウエハを前記チャック上に保持したり前記チャックを洗浄したりするコンジットシステムを備え、
前記チャックは、前記チャック上の前記ウエハの底面全域に減圧を分布させるためのマニホルドと、大きい穴から形成され前記マニホルドの上に搭載された多孔部とを有した吸引チャックであり、
前記装置は、さらに、前記コンジットシステムを前記マニホルドに結合させるための接続部を備える装置。 - 請求項5に記載の装置であって、
前記直動駆動部は空気圧駆動であり、
前記装置は、さらに、前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越えて延び、選択された様々な圧力の流体を運ぶことによって、前記直動駆動部を促し、前記前記止め環アセンブリを前記チャック上の前記ウエハに対して相対運動させるように適用されたコンジットシステムを備える装置。 - 請求項4に記載の装置であって、
前記止め環アセンブリと前記チャックとの間にはスペースが設けられ、前記チャックの周囲は前記チャック上の前記ウエハの一部が前記スペースの上に突き出すように構成され、前記止め環アセンブリには前記スペースに向かって延び前記チャックの前記周囲に向かって方向付けられる少なくとも1つのノズルが形成され、
前記装置は、さらに、前記連結部を通り、前記第1の直動軸受アセンブリおよび前記第2の直動軸受アセンブリを取り囲み、前記ノズルに至るとともに、流体を運び、その流体を前記ノズルによって前記チャックの前記周囲に向かって方向付けるように構成されたコンジットシステムを備える装置。 - 請求項8に記載の装置であって、
前記止め環アセンブリは、前記連結部によって回転され、さらに、前記スペースの部位から半径方向外向きに延びる出口ダクトを有しており、前記止め環アセンブリの回転は、前記スペースの中の前記流体を回転させ、前記スペースから前記出口ダクトへと流し出す装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記第1のユニットは、複数の直動軸受シャフトであり、前記第2のユニットは、複数の直動軸受ハウジングであり、前記複数の直動軸受シャフトの1つは、前記複数の直動軸受ハウジングの1つに収容されることによって、独立した1つの直動軸受ユニットを形成し、これらの独立した直動軸受ユニットは、前記同軸を中心とする環状経路の周りに等間隔で配置され、前記チャックおよび前記ウエハが傾こうとする傾向に抗ずるよう互いに連係しあう装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記複数の独立した直動軸受ユニットは、少なくとも3つの独立した直動軸受ユニットである、装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
前記ウエハは、第1の直径を有し、前記第1のユニットおよび前記第2のユニットは、前記中心軸の周りに等間隔で配置された複数の直動軸受ユニットからなる配列であり、各直動軸受ユニットは、前記ウエハの前記第1の直径と比べて小さい直径のシャフトを有する、装置。 - ウエハ軸を有した半導体ウエハを化学機械研磨するための装置であって、
回転軸を有した研磨パッドと、
前記ウエハ軸が前記回転軸に平行で且つ前記回転軸からずれた状態で、前記ウエハを前記研磨パッドに対して押しあて前記研磨パッドによって前記ウエハ軸から偏心した研磨力を提供するチャックと、
前記偏心した研磨力によって前記チャックに生じる、傾こうとする力に抵抗するよう構成されたチャックサポートと
を備える装置。 - 請求項13に記載の装置であって、
前記チャックサポートは、前記回転軸に平行なハウジング軸をそれぞれ有する複数の軸受けハウジングを配列して構成されており、
前記チャックサポートは、さらに、前記配列の前記軸受けハウジングにそれぞれ収容される直動軸受シャフトを有するように構成され、前記直動軸受ハウジングおよびそれに収容される前記直動軸受シャフトは、前記傾こうとする力に抵抗するので、前記偏心した研磨力に応じて生じる、前記チャック直動軸受シャフトに対する前記チャック軸受けハウジングの相対運動は、前記回転軸に実質的に平行である、装置。 - 請求項14に記載の装置であって、
前記チャックサポートは、さらに、前記直動軸受シャフトを運ぶ直動軸受サポートプレートと、前記直動軸受ハウジングの配列を運び、該配列とともに運動可能であるメイン軸受けハウジングと、を有するように構成され、
前記装置は、さらに、前記偏心した研磨力が加えられたときに、前記直動軸受サポートプレートに対する前記メイン軸受けハウジングの相対的な位置を感知できる部位で、前記直動軸受サポートプレート上に搭載され、前記研磨力の偏心度にかかわらず、前記偏心した研磨力の量を高精度に示すセンサを備える装置。 - 請求項13に記載の装置であって、
前記チャックサポートは、前記ウエハ軸に平行なハウジング軸をそれぞれ有した複数の直動軸受ハウジングを有するように構成され、さらに、リング軸を有し且つ前記チャックを取り囲むように適合されたウエハ止め環ユニットを有し、前記ウエハ止め環ユニットは、前記直動軸受ハウジングにそれぞれ収容された直動軸受シャフトを有するように構成され、前記直動軸受シャフトは、前記チャックに対する相対運動に備えて前記ウエハ止め環ユニットを搭載しており、前記直動軸受ハウジングおよびそれに収容された前記直動軸受シャフトは、それぞれ、前記ウエハ止め環ユニットと前記チャックとの間の相対運動が前記ウエハ軸に実質的に平行となるよう前記傾こうとする力に抗ずる装置。 - 請求項16に記載の装置であって、
前記ウエハ止め環ユニットは、さらに、前記直動軸受シャフトを支持するためのプレートを有するように構成されており、
前記装置は、さらに、前記ウエハ止め環ユニットを前記チャックに対して相対的に運動させるために、前記プレートと前記ウエハ止め環ユニットとの間に配置されたモータを備える装置。 - ウエハ軸を有した半導体ウエハを化学機械研磨するための装置であって、
回転軸を有した第1の研磨パッドセットを有するように構成されたチャックサポートと、
前記チャックを取り囲み、前記チャックに対する相対運動に備えて搭載され止め環、リング軸を有し、前記偏心した研磨力を受けるウエハ止め環ユニットと、
前記ウエハ軸が前記回転軸に平行で且つ前記回転軸からずれた状態で、前記ウエハを搭載することによって、前記研磨パッドから前記ウエハに、前記ウエハ軸から偏心した研磨力を加えることを可能にするチャックであって、前記チャックは、第1および第2のハウジングセットを有するように構成され、各ハウジングセットの各ハウジングは、前記回転軸と同軸なキャビティ軸をともなったキャビティをそれぞれ有する、チャックと、
前記第1のハウジングセットの各キャビティに収容された直動軸受シャフトであって、前記第1のハウジングセットの各直動軸受シャフトおよび対応するキャビティは、前記偏心した研磨力に応じて生じる前記チャックサポートに対する前記チャックの相対運動が前記回転軸に平行な方向のみとなるよう前記偏心した研磨力の結果として前記チャックに生じる第1の傾こうとする力に抗ずる直動軸受シャフトと、
前記第2のハウジングセットの各キャビティに収容された直動軸受シャフトからなり、前記ウエハ止め環ユニット上に設けられた、第2の直動軸受シャフトセットであって、前記第2のハウジングセットの各直動軸受シャフトおよび対応するキャビティは、止め環前記チャックに対する前記ウエハ止め環ユニットの相対運動は、前記回転軸に平行な方向のみとなるよう前記偏心した研磨力の結果として前記ウエハ止め環ユニットに生じる第2の傾こうとする力に抗ずる第2の直動軸受シャフトセットと
を備える装置。 - 請求項18に記載の装置であって、さらに、
前記チャックに接する位置で前記チャックサポートの上に搭載されたロードセルであって、前記研磨力の偏心度にかかわらず、前記偏心した研磨力の量を高精度に示すロードセルを備える装置。 - 請求項18に記載の装置であって、さらに、
前記ウエハ止め環ユニットを前記チャックに対して相対運動させるために、前記チャックサポートと前記ウエハ止め環ユニットとの間に配置されたモータを備える装置。 - ウエハと化学機械加工パッドとの相対運動を制御するための方法であって、
対称軸を有したウエハをチャックの上に搭載する操作と、
前記加工パッドの回転軸と、前記搭載されたウエハの前記対称軸とを、平行関係の状態でオフセットする操作と、
前記加工パッドと、前記搭載されオフセットされたウエハとを、前記回転軸および前記対称軸に平行な状態で互いに向かって押しあてることによって、前記対称軸から偏心した研磨力を、前記加工パッドから前記搭載されたウエハに作用させる操作であって、前記対称軸が前記回転軸との平行関係からずれるよう、前記ウエハが前記研磨力に応じて傾く傾向を有する操作と、
前記押しあて操作の期間に、前記搭載されオフレットされたウエハが傾こうとする傾向に抗ずるとともに、前記ウエハを前記回転軸に平行な方向に運動させることを可能にする操作と
を備える方法。 - 請求項21に記載の方法であって、さらに、
前記押しあて操作および前記抵抗操作の期間に、前記搭載されオフセットされたウエハが前記回転軸に平行な方向に行う運動を測定し、前記研磨力の値を高精度に示す操作を備える方法。 - 化学機械研磨パッドと、該研磨パッドによって研磨されるウエハと、の相対運動を制御するための方法であって、
前記ウエハの露出面が前記研磨パッドの研磨表面に平行な状態で、前記ウエハを搭載する操作であって、前記ウエハは対称軸を有し、前記研磨パッドは回転軸を有する、操作と、
前記研磨パッドの前記回転軸を、前記搭載されたウエハの前記対称軸から、両者が平行な状態でオフセットすることによって、前記ウエハの初期方向を規定する操作と、
前記研磨パッドの前記研磨表面と、前記搭載されたウエハとを、互いに向かって運動させ、前記搭載されたウエハの前記露出面を、前記研磨パッドの前記研磨表面に抵抗させることによって、前記対称軸から偏心した研磨力を、前記研磨パッドから前記搭載されたウエハに作用させる操作であって、前記露出面が前記初期方向から離れ、前記研磨パッドの前記研磨表面に平行な状態からずれるよう、前記搭載されたウエハが前記研磨力に応じて傾く傾向を有する操作と、
直動軸受アセンブリ対からなる配列を、前記搭載されたウエハに隣接して設ける操作であって、前記直動軸受アセンブリは、前記運動操作の期間に、前記初期方向から離れる前記運動を実質的に制限し、前記搭載されたウエハの運動を、前記露出面が前記研磨表面に平行な方向にのみ可能にする、操作と、
前記ウエハに許される前記運動の量を決定することによって、前記露出面に作用する前記研磨力の正味の量を示す操作と
を備える方法。 - 回転軸を有した化学機械研磨パッドを調整するための装置であって、
中心軸を有した連結部と、
パック軸を有した調整パックと、
前記パック軸が前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行となる初期状態で、前記調整パックを搭載するためのチャックを備え、前記チャックは、前記研磨パッドから力を受けるように適用されており、前記力は、前記回転軸に平行で且つ前記パック軸から偏心して加えられ、前記パック軸が前記中心軸との間に有する初期の同軸関係からずれて前記調整パックが傾くよう前記チャックを傾かせる傾向があり、
前記連結部に固定され、前記連結部によって前記中心軸に沿って固定の位置に配置された第1のユニットと、前記チャックに固定され、前記第1のユニットに対して相対的に可動な第2のユニットとを有し、前記第1のユニットおよび前記第2のユニットは、前記チャックおよび前記調整パックが傾こうとする傾向に抗ずるために互いに連係しあい、前記第2のユニット、前記チャック、およびその上の前記調整パックが前記第1のユニットに対して相対的に運動するあいだ、前記パック軸を前記中心軸と同軸で且つ前記回転軸に平行な状態に維持する直動軸受アセンブリと
を備える装置。 - 請求項24に記載の装置であって、さらに、
前記偏心した研磨力が加えられたときに、前記直動軸受アセンブリの前記第2のユニットに対する前記直動軸受アセンブリの前記第1のユニットの相対的な位置を感知できる部位で、前記直動軸受アセンブリの前記第1のユニット上に搭載され、前記研磨パッドからの前記偏心力の偏心度にかかわらず、前記研磨パッドからの前記偏心力の量を高精度に示すセンサを備える装置。 - 請求項24に記載の装置であって、
前記直動軸受アセンブリの前記第1のユニットは、前記中心軸に平行に延びる少なくとも1本の細長い軸受けシャフトを含み、
前記直動軸受アセンブリの前記第2のユニットは、前記中心軸に平行に延びて前記少なくとも1本の軸受けシャフトを収容する、少なくとも1本の細長い軸受けハウジングを含む、装置。 - 請求項24に記載の装置であって、さらに、
前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越え、前記チャックに至るコンジットシステムであって、減圧流体を運ぶことによって、前記チャック上に前記調整パックが存在するかどうかを感知するコンジットシステムを備える装置。 - 請求項24に記載の装置であって、
前記調整パックは、前記研磨パッドの上面と一致するように下面を構成された有孔プレートを有し、前記有孔プレートは、前記下面のほぼ全面に渡って穿孔を設けられ、
前記装置は、さらに、前記連結部を通り、前記直動軸受アセンブリを越えて、前記チャックに至り、加圧下で流体を運ぶコンジットシステムを備え、
前記チャックは、前記流体を実質全ての穿孔に分配し、前記パックを均一にパージできるように、前記コンジットシステムに接続されたマニホルドを有する、装置。 - 請求項24に記載の装置であって、
前記第1のユニットは、複数の直動軸受シャフトであり、前記第2のユニットは、複数の直動軸受ハウジングであり、前記複数の直動軸受シャフトの1つは、前記複数の直動軸受ハウジングの1つに収容されることによって、独立した1つの直動軸受ユニットを形成し、これらの独立した直動軸受ユニットは、前記同軸を中心とする環状経路の周りに等間隔で配置され、前記チャックおよび前記調整パックが傾こうとする傾向に抗ずるよう互いに連係しあう装置。 - パッド調整パックと化学機械研磨パッドとの相対運動を制御するための方法であって、
対称軸を有した前記調整パックをチャックの上に搭載する操作と、
前記研磨パッドの回転軸と、前記搭載された調整パックの前記対称軸とを、平行関係の状態でオフセットする操作と、
前記研磨パッドと、前記搭載されオフセットされた調整パックとを、前記回転軸および前記対称軸に平行な状態で互いに向かって押しあてることによって、前記対称軸から偏心した調整力を、前記研磨パッドから前記搭載された調整パックに作用させる操作であって、前記対称軸が前記回転軸との平行関係からずれるよう、前記調整パックが前記調整力に応じて傾く傾向がある操作と、
前記押しあて操作の期間に、前記搭載されオフレットされた調整パックが傾こうとする傾向に抗ずるとともに、前記調整パックを前記回転軸に平行な方向に運動させることを可能にする操作と
を備える方法。 - 請求項30に記載の方法であって、さらに、
前記押しあて操作および前記抵抗操作の期間に、前記搭載されオフセットされた調整パックが前記回転軸に平行な方向に行う運動を測定し、前記調整力の値を高精度に示す操作を備える方法。 - 化学機械研磨パッドとパッド調整パックとの相対運動を制御するための方法であって、
前記調整パックをチャックの上に搭載する操作であって、前記調整パックは、前記研磨パッドの研磨表面に垂直な対称軸と、前記研磨表面に平行な調整表面と、回転軸とを有する、操作と、
前記研磨パッドの前記回転軸を、前記搭載された調整パックの前記対称軸から、両者が平行な状態でオフセットすることによって、前記調整パックの初期方向を規定する操作と、
前記研磨パッドの前記研磨表面と、前記調整パックの前記調整表面とを、互いに向かって運動させ、前記搭載された調整パックの前記調整表面を、前記研磨パッドの前記研磨表面に抵抗させることによって、前記対称軸から偏心した調整力を、前記研磨パッドから前記搭載された調整パックに作用させる操作であって、前記調整表面が前記初期方向から離れ、前記研磨表面に平行な状態からずれるよう、前記チャックおよび前記搭載された調整パックが前記調整力に応じて傾く傾向を有する操作と、
直動軸受アセンブリ対からなる配列を、前記搭載された調整パックに隣接して設ける操作であって、前記直動軸受アセンブリは、前記運動操作の期間に、前記初期方向から離れる前記運動を実質的に制限し、前記搭載された調整パックの運動を、前記調整表面が前記研磨表面に平行な方向にのみ可能にする、操作と
を備える方法。 - 請求項32に記載の方法であって、さらに、
前記直動軸受アセンブリが前記運動を制限する前記運動操作の期間に、前記制限された運動を感知することによって、前記調整表面に加えられる前記研磨力の正確な値を示す操作を備える方法。 - 請求項24に記載の装置であって、
前記複数の独立した直動軸受ユニットは、少なくとも3つの独立した直動軸受ユニットである、装置。 - 請求項24に記載の装置であって、
前記調整パックは、第1の直径を有し、前記第1のユニットおよび前記第2のユニットは、前記中心軸の周りに等間隔で配置された複数の直動軸受ユニットからなる配列であり、各直動軸受ユニットは、前記ウエハの前記第1の直径と比べて小さい直径のシャフトを有する、装置。
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