JP5225089B2 - 直接ロードプラテンを用いた研磨装置および方法 - Google Patents

Description

背景

本発明は、化学機械研磨装置および方法に関する。

集積回路は通常、シリコンウェーハの上への導電層、半導電層または絶縁層の連続堆積によって、基板の上に形成される。１つの製造ステップは、非平面の上方に充填剤層を堆積し、非平面が露出されるまで、充填剤層を平坦化することを伴う。たとえば、絶縁層におけるトレンチまたは孔を充填するために、導電充填剤層は、パターン形成される絶縁層の上に堆積されることができる。充填剤層は次に、絶縁層の盛り上がったパターンを露出させるまで研磨される。平坦化後、絶縁層の盛り上がったパターンの間に残る導電層の部分が、バイアス、プラグおよび配線を形成して、基板上の薄膜回路の間に導電経路を設ける。さらに、平坦化は、フォトリソグラフィ用の基板面を平坦化するために必要とされる。

研磨機による化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの容認された方法である。従来の研磨機は、複数の研磨ステーションおよびローディングポートを具備するベースを含む。ローディングポートは通常、キャリアヘッドまたは研磨ヘッドによってチャッキングするための精密な位置を専ら提供している。ローディングポートから基板をチャッキングした後、研磨機は、処理のために基板を１つ以上の研磨ステーションに移動してもよい。平坦化中、基板の露出面は、回転研磨ディスクまたは直線的前進ベルトなどの研磨パッドの研磨面に対して配置される。キャリアヘッドは、研磨パッドに対して基板を押し付けるために、基板上に制御可能な負荷を提供する。研磨粒子を含むことができる研磨液が、研磨パッドの面に供給され、基板と研磨パッドとの間の相対的な移動が、平坦化および研磨を結果として生じる。

従来の研磨パッドは、「標準的な」パッドおよび固定砥粒研磨パッドを含む。通常の標準的なパッドは、耐久性の粗面を具備するポリウレタン研磨層を有し、圧縮性基材層もまた含むことができる。対照的に、固定砥粒研磨パッドは、閉じ込め媒体に保持される研磨粒子を有し、一般に圧縮不能な基材層の上に支持されることができる。

全般的に、集積回路を形成するプロセスは、極めて困難であり、ますます高価になる可能性がある。費用が嵩む１つの主な要因は、研磨機以外の数々の処理マシンを含む従来の半導体製造プラントの必要なサイズにある。マシンのそれぞれは、設置面積として公知である床の一定面積を占める。特に、研磨機のローディングポートは、研磨機設置面積の４分の１まで占めることができる。費用が嵩む別の主な要因は、処理の数々のステップに必要な総時間にある。処理の時間は、処理能力または生産量に影響する。さらに、多くのステップは、損傷により基板をだめにする可能性があるハンドオフを必要とする。

概要

本開示は一般に、化学研磨装置のためのシステム、方法およびコンピュータプログラム製品および手段について記載する。一般に、化学研磨装置は、研磨物品またはプラテンの上に基板を直接的にロード（およびアンロード）することができ、そこから基板が研磨ヘッドによってチャックされることができる。

一態様において、本発明は、化学機械研磨装置に関する。本装置は、Ｎ個の研磨ヘッド、Ｎ個のプラテンおよびロボットを有するカルーセルを含む。Ｎ個の研磨ヘッドは、カルーセルの回転軸を中心にして実質的に等しい角度で位置決めされる。Ｎ個のプラテンのそれぞれは、研磨物品を支持するように構成され、各研磨ヘッドが関連するプラテンで研磨物品と接触するように基板を位置決めすることができるように、Ｎ個のプラテンは、カルーセルの回転軸を中心にして実質的に等しい角度で位置決めされる。Ｎ個のプラテンは、ローディングプラテンを含み、ロボットは、ローディングプラテンの近傍に位置付けされ、Ｎ個の研磨ヘッドから研磨ヘッドにローディングするためのローディングプラテンで研磨物品の上に基板を位置決めするように構成される。

本発明の実装例は、以下を１つ以上を含んでもよい。Ｎ個の研磨ヘッドは、回転可能であってもよい。ロボットは、ローディングプラテンにおいてのみ基板を位置決めするように構成されてもよく、またはＮ個のプラテンから複数のプラテンのうちの１つに基板を位置決めするように構成されてもよい。ロボットは、ローディングプラテンから基板を回収するように構成されてもよく、またはローディングプラテン以外のプラテンから基板を回収するように構成されてもよい。別のロボットは、上記ローディングプラテン以外の第２のプラテンの近傍に位置付けられてもよく、Ｎ個の研磨ヘッドから別の研磨ヘッドにローディングするために、第２のプラテンで研磨物品の上に基板を位置決めするように構成されてもよい。第１の位置決めセンサは、基板がローディングプラテンに関連する第１の寸法に沿って、第１の所望の位置に達したことをロボットに通知してもよい。第２の位置決めセンサは、基板がローディングプラテンに関連する第２の寸法に沿って、第２の所望の位置に達したことをロボットに通知してもよい。第１の位置決めセンサは、ロボットに連結されてもよく、またはカルーセルまたはキャリアヘッドのうちの１つ以上に連結されてもよい。コントローラは、第１の位置決めセンサおよびロボットと通信を行ってもよく、コントローラは、位置に応じて第１の位置決めセンサからフィードバック信号を受信し、それに応答して、ロボットの移動を命令する位置信号をロボットに送信するように構成されてもよい。本装置は、ロボットによって開放された後、およびＮ個の研磨ヘッドの１つによってチャックされる前に、基板の位置を調整するための手段を含んでもよい。キャリアヘッドにおける保持リングは、第１の直径から第１の直径より小さい第２の直径に調整するように構成されてもよい。調整可能なリングは、第２の直径から第１の直径に調整することによって、基板をアンロードするように構成されてもよい。ローディングプラテンは、基板を再位置決めすることによって、ローディングするために、基板をさらに正確に位置決めするための一連の位置合わせピンを含んでもよい。位置合わせピンは、プラテンの中に収縮可能であってもよい。位置合わせピンの内面の間の間隔は、上部では位置合わせピントの下部より大きい寸法を提供してもよい。ローディングプラテンは、キャリアヘッドによって遮断されないアクセスのためのローディング位置に回転可能であってもよく、キャリアヘッドによるアクセスのためのチャッキング位置に回転可能であってもよい。カルーセルおよびＮ個のプラテンはそれぞれ、支持のためにベースに連結されてもよい。

別の態様において、本発明は、研磨ヘッドと、研磨物品を支持するように構成されるプラテンと、プラテンの近傍に位置付けられ、研磨物品の上に基板を位置決めするように構成されるロボットと、第１の位置で基板を係合し、第２の位置に基板を再位置決めするための調整機構と、を含む化学機械研磨装置に関する。第２の位置は、ローディングプラテンから基板をチャックするために、研磨ヘッドのための位置の範囲内にあり、第１の位置は、範囲外の位置を含む。

本発明の実装例は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。調整機構は、第１の直径から第１の直径より小さい第２の直径に調整するように構成される保持リングを含んでもよい。調整機構は、プラテンの中に収縮可能である一連の位置合わせピンを含む。プラテンは、キャリアヘッドによって遮断されないアクセスのためのローディング位置に対して回転可能であってもよく、ローディングプラテンは、キャリアヘッドによるアクセスのためのローディング位置に対して回転可能であってもよい。

別の態様において、本発明は、研磨物品を支持するためのプラテンと、プラテンの近傍に位置付けられ、研磨物品の上に基板を位置決めするように構成されるロボットと、保持リングを有するキャリアヘッドと、キャリアヘッドを、保持リングが基板を包囲する位置に移動するように構成されるキャリアヘッド支持機構と、を含む化学機械研磨装置に関する。

別の態様において、本発明は、研磨システムの動作方法に関する。本方法は、ロボットを用いて研磨面上に基板を配置するステップと、キャリアヘッドの保持リングが基板を包囲するように、キャリアヘッドの少なくとも一部をローディング位置に持ち込むステップと、基板を研磨するために、キャリアヘッドと研磨面との間に相対的な移動を生じるステップと、を含む。

本発明の実装例は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。基板は、第１の位置で研磨面上に配置されてもよく、基板は、第１の位置からローディング位置に移動されてもよい。基板を移動するステップは、保持リングの内面の直径を調節する工程と、基板の縁部を位置合わせピンに接触させる工程か、またはプラテンを移動する工程を含んでもよい。基板は、キャリアヘッドを用いてチャックされてもよく、キャリアヘッドは、基板と共に別の研磨面に移動されてもよく、基板は、別の研磨面を用いて研磨されてもよい。

本発明の実装例は、以下の利点のうちの１つ以上を含んでもよい。本装置は、専用のロードポートを必要とすることなく、製造施設に減少した設置面積を有することができる。さらに、ハンドオフを予め回避することによって、本装置はより高い処理能力を有することができ、マシンの損傷による損失をより少なくすることができる。その結果、本装置は、半導体製造プラントと関係して被る出費を削減することができる。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、添付図面および以下の詳細に記載される。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明白である。

種々の図面における類似の参照符号は、類似の要素を指す。

詳細な説明

図１は、半導体製造プラントにおいて基板を処理（たとえば、平坦化）するためのシステム２０を示す概略図である。基板処理システム２０は、化学機械研磨装置（「研磨機」）２２、ウェットロボット（「ロボット」）２４、クリーナ２６、工場インターフェイスモジュール２８およびコントローラ３２を含む。システム２０は、計量デバイスまたは粒子監視システムなどの任意の構成要素を含むことができる。基板１０は、たとえば、シリコンウェーハ（たとえば、集積回路を形成するために用いられる）であってもよく、またはシステム２０において処理される他の物体であってもよい。一般に、基板１０は、平坦化または研磨機２２による研磨およびクリーナ２６による清浄のために、ロボット２４の助けにより、システム２０に運搬される。図１は、研磨機２２が他のシステムにおいて実装され、他の方法によって基板１０をシステム２０と交換することができるため、実装特有の例示のシステム２０を示している。

工場インターフェイスモジュール２８は、一実装例において、形状が矩形であってもよい。複数（たとえば、４つ）のカセット支持板１１０が、カセット１２を受け入れるために、工場インターフェイスモジュール２８からクリーンルームに突出する。カセット１２は、半導体製造プラントの周囲およびシステム１０内部を運搬中に、基板を保護するために用いられる。複数のカセットポート１１２は、カセット１２から工場インターフェイスモジュール２８へ、工場インターフェイスモジュール２８からカセット１２へ、基板１０の運搬を可能にする。

工場インターフェイスロボット１３０は、工場インターフェイスモジュール２８内で直線状に延びるレール１４２上に位置決めされることができる。工場インターフェイスロボット１３０は、プロセス間（たとえば、研磨処理または清浄処理）で基板１０を移動するために、レール１４２に沿って進むことができる。具体的には、工場インターフェイスロボット１３０は、アクセスポート１２０でカセットポート１１２からステージングセクション１７６に基板１０を移動することができる。さらに、工場インターフェイスロボット１３０は、アクセスポート１２２で基板１０をクリーナ２６からカセットポート１１２に戻すように移動することができる。

ロボット２４は、ステージングセクション１７６と研磨機２２との間に位置決めされる。一実装例において、ロボット２４は、研磨機２２に連結され、たとえば研磨機２２のベースの上に支持される。別の実装例において、ロボット２４は、個別の装置であってもよい。ロボット２４は、ステージングセクションと研磨機２２との間で基板１０を運搬する。ステージングセクション１７６において、基板１０は、割り出し可能なバッファ１８２からロボット２４によってアクセスされることができる。ロボット２４は、プラテン５４の上を水平方向に移動可能であるブレード１４１などの基板把持部を含む。

研磨機２２は、研磨ステーション（たとえば、４つのステーション５０ａ〜５０ｄであるが、異なる数のステーションであってもよい）および研磨ステーションの上方に支持されるカルーセル６０を含む。研磨ステーション５０ａ〜５０ｄは、カルーセル６０の回転軸５７を中心にして実質的に等しい角度間隔で、実質的に等しい距離で配置されることができる。

図２に図示されているように、研磨ステーション５０ａ〜５０ｄのそれぞれは、共通のベース５８によって支持されるプラテン５４を含む。各研磨ステーションはまた、たとえば、洗浄ステーション、パッドコンディショナなどを任意に含むことができる。

各プラテンは、研磨物品５６を支持する。研磨物品５６は、たとえば、標準的パッドまたは固定砥粒研磨パッドまたは研磨パッドであってもよい。あるいは、１つ以上の研磨ステーションは、円形の研磨パッド以外の連続ベルトまたは増加的に前進可能なシートを用いることができる。プラテン５４は、円形であってもよく、回転可能に取り付けられモータによって駆動されることができてもよい。動作中、プラテン５４は、基板と研磨面との間の相対的な移動を形成するために回転し、これによりスラリと組み合わせて、基板１０の面を平滑化する。

図１および図２を参照すると、カルーセル６０は、一実装例において、カルーセルの回転軸５７を中心とした実質的に等しい角度間隔（たとえば、９０°の間隔）で離隔されるキャリアヘッド６２（たとえば、４つ）を有する十字形状である（研磨物品をより分かりやすく図示することができるように、キャリアヘッドは、図１には図示されていない）。キャリアヘッド６２を保持する支持レール６４はまた、軸５７から実質的に等しい距離で位置付けられることができ、各キャリアヘッド６２は、軸５７に近づいたり、または軸５７から遠ざかったりする直線状かつ半径方向に進むように、支持レール６４に沿って独立して移動可能であってもよい。図示された実装例において、カルーセル６０上の多数のキャリアヘッド６２（たとえば、Ｎ個のキャリアヘッド６２）は、多数の研磨ステーション５０（たとえば、Ｎ個の研磨ステーション５０）と等しい。キャリアヘッド６２は、たとえば、真空チャッキングまたは保持リングによって、基板１０を固定する。カルーセル６０は、研磨ステーション５０の間で基板１０を具備するキャリアヘッド６２を運搬するために、軸５７を中心として回転する。処理のために研磨ステーション５０にチャックされる基板１０を下げることができるようにするために、各キャリアヘッド６２は、垂直に移動可能であってもよく、または垂直に移動可能な下部分を含んでもよい。さらに、各キャリアヘッドは、たとえば、モータ６６によって独立して回転可能であってもよい。

クリーナ２６は、一実装例において、矩形形状のキャビネットである。支持１８０の通過により、割り出し可能なバッファ１８２から基板１０を回収することができる。一般に、クリーナ２６は、余分なデブリを除去するために、平坦化後に基板１０を洗浄する。

研磨機への基板のローディングのために、ロボット２４は構成されることができ、コントローラ３２は、ロボット２４にステージングセクション１７６から基板１０を運ばせ、研磨ステーションのプラテンにおける研磨物品の研磨面の上に直接的に配置するようにプログラムされることができる。同様に、研磨機からの基板のアンローディングのために、ロボット２４は構成されることができ、コントローラ３２は、ロボット２４に研磨ステーションのプラテンにおける研磨物品の研磨面の上から直接的に基板１０を持ち上げて、ステージングセクション１７６に置かせるようにプログラムされることができる。

一実装例において、ブレード１４１は、キャリアヘッド５２の収縮位置と研磨物品５６の研磨面との間に垂直に位置決めされることができる。図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、研磨ステーション５０ａへの基板のローディングのためのプロセスの実装が、図示されている。最初に、図３Ａに図示されているように、キャリアヘッド６２の取り付け面が収縮され、ブレード１４１が基板を横方向（矢印Ａによって図示される）にキャリアヘッドと研磨物品との間の位置まで運ばれる。次に、図３Ｂにおいて図示されるように、ブレードは、基板を研磨面の上に下げ、基板を解放し、収縮する（矢印Ｂによって図示される）。次に、図３Ｃにおいて図示されるように、基板が、キャリアヘッドの収容凹部６８に嵌め込まれるように、キャリアヘッド６２の取り付け面が下げられる。この点で、基板は、研磨ステーションで研磨されることができ、またはキャリアヘッド６２に真空チャックされ、別の研磨ステーションに運搬されることができる。研磨システムから基板１０をアンローディングするプロセスは、基本的には逆順でこれらのステップを行う。

この構成は、プロセスおよび基板の流れにおける著しい自由度を提供する。たとえば、次の研磨動作において、各基板１０は、ローディングステーション５０ａでローディングされ、ローディングステーション５０ａで研磨され、さらなる研磨のためにローディング研磨ステーション５０ａ以外の各研磨ステーション５０ｂ〜５０ｄに連続的に運ばれ、ローディングステーション５０ａに戻され、次にアンロードされることができる。次の研磨動作のために、研磨状態は、異なる研磨ステーションで異なっていてもよい。たとえば、異なるステーションは、異なる材料の研磨、または十分にさらに微細な研磨動作のために、構成されることができる。あるいは、バッチ研磨動作において、Ｎ個の基板は、連続的に異なるキャリアヘッドによって、Ｎ個の基板がローディングステーション５０ａにロードされ、異なる研磨ステーション５０ａ〜５０ｄで（他のステーションで研磨されることなく）研磨され、次に連続的に戻して、ローディングステーション５０ａからアンロードされることができる。バッチ研磨動作のために、研磨ステーションにおける基板は、実質的に類似の状態下で研磨されることができる。混合研磨動作として、交互の基板が研磨ステーションの交互のペアを用いて研磨されることができる。たとえば、１つの基板が、ローディングステーション５０ａでロードされ、（ローディングステーション５０ａで研磨されることなく）研磨ステーション５０ｂに運ばれて研磨され、研磨ステーション５０ｄに運ばれて研磨され、ローディングステーション５０ａに運ばれてそこからアンロードされることができる。次の基板は、ローディングステーション５０ａでロードされ、ローディングステーション５０ａで研磨され（これは、ステーション５０ｂにおける第１の基板の研磨と同時であってもよい）、研磨ステーション５０ｃに運ばれて研磨され（これは、ステーション５０ｄにおける第１の基板の研磨と同時であってもよい）、ローディングステーション５０ａに運ばれてそこからアンロードされることができる。

図１において図示される実装例において、ロボット２４は、基板１０を専用の研磨ステーション５０’にロードし、専用の研磨ステーション５０’から基板を回収するために、研磨ステーション５０’に隣接して位置付けられる（すなわち、この実装例において、システムのアーキテクチャは、ロボット２４が研磨ステーションのうちの単独のステーションにのみアクセスすることができるようになっている）。

別の実装例において、図４に図示されているように、ロボット２４は、２つの研磨ステーション５０の間に位置付けられることができ、システムのアーキテクチャは、ロボット２４が研磨ステーションのうちの２つにアクセスするようになっている。さらに、隣接する研磨ステーションに基板を直接的にロードしたり、または隣接する研磨ステーションから基板をアンロードしたりするために、ロボットは、複数の研磨ステーション５０の間で（たとえばレールを介して）移動するように構成することが可能である。

一般に、コントローラ３２は、基板が供給されるか、または基板が回収される２つの研磨ステーションのいずれかを選択するように構成される。たとえば、ロボット２４は、１つの専用の研磨ステーション５０ａに基板を供給し、異なる専用の研磨ステーション５０ｂから基板を回収することができる。（すなわち、この実装例において、コントローラのソフトウェアは、ロボット２４がローディングのために研磨ステーションのうちの単一のステーションにアクセスし、アンローディングのために研磨ステーションのうちの異なる単一のステーションにアクセスするように設定される。）別の実施例として、コントローラ３２は、実行時の状態に応じて、ローディングまたはアンローディングのためにいずれの研磨ステーションを用いるかをオンザフライで決定することができる。

別の実施例として、上述の混合研磨動作のためにいずれが有用であるかに応じて、ロボット２４が交互の基板を２つの隣接する研磨ステーションに対してロードする。たとえば、１つの基板が、ローディングステーション５０ａで研磨され、研磨ステーション５０ｃに運ばれて研磨され、ローディングステーション５０ａに運ばれてそこからアンロードされる。バッチの次の基板は、ローディングステーション５０ｄでロードされて研磨され、研磨ステーション５０ｂに運ばれて研磨され、ローディングステーション５０ｄに運ばれてそこからアンロードされることができる。特に、ステーション５０ａおよび５０ｄで部分的に研磨された基板はそれぞれ、カルーセルの第１の回転によってさらなる研磨のために、ステーション５０ｃおよび５０ｂに同時に運ばれることができるのに対し、ステーション５０ｃおよび５０ｂにあった基板は、同回転によってアンローディングのためにステーション５０ａおよび５０ｄに戻すように運ばれる。カルーセルの第２の回転は、アンローディングのためにステーション５０ａおよび５０ｄに戻るように研磨済みの基板を戻し、ステーション５０ｃおよび５０ｂに、２つの新たに部分的に研磨された基板を運ぶ。この動作の利点は、研磨サイクルごとにカルーセルの２つの回転を必要とするだけで済むことである。

図５に示されたさらに別の実装例において、システム２０は、２つの隣接する異なる研磨ステーション、たとえばステーション５０ａおよび５０ｄにそれぞれアクセスするように位置決めされる２つのローディングロボット２４ａおよび２４ｂを含む。システムバンのアーキテクチャは、各ロボットが研磨ステーションのうちの単独の異なるステーションにアクセスすることだけができるようになっている。一実装例において、１つの研磨ステーション５０ａに隣接するロボットは、専用のローディングロボット２４ａであり、研磨ステーション５０ｄに隣接するロボットは、専用のアンローディングロボット２４ｂである。これは、（基板が、ステーション５０ａではなくステーション５０ｄからアンロードされる点を除き）上述した連続研磨動作に適用可能であってもよい。別の実装例において、ローディングロボット２４ａおよび２４ｂは、ローディングおよびアンローディングの両方を行う。これは、（共通のロボットではなく、異なるロボットが異なるステーションに用いられる点を除き）図４に関連して上述した混合研磨動作に適用可能であってもよい。

コントローラ３２は、集中式または分散式制御ソフトウェアを実行する１つ以上のプログラム可能なディジタルコンピュータを含むことができる。コントローラ３２は、システム２０の動作を調節することができる。一実装例において、コントローラ３２は、基板１０の直接ローディングを管理する。たとえば、制御ソフトウェアは、ロボット２４に関して移動範囲に座標を割り当てるマッピングシステムを用いることができる。フィードバックシステムは、制御ソフトウェアが、たとえば、基板１０がプラテン５４からチャックされることができる位置にどのように達するかを計算することができるように、現在の座標を提供することができる。コントローラ３２は、ロボット２４に命令するために、電気制御信号（たとえば、アナログ信号またはディジタル信号）を生成することができる。

図６Ａは、基板１０を直接的にロードするためのロボット２４の一実装例の概略図である。ロボット２４は、ロボットベース１３２と、垂直シャフト１３４と、基板把持部１４１で終わる関節式アーム１３６と、を有する。垂直シャフト１３４は、基板の高さを調整することができる。それを実行するために、垂直シャフト１３４は、Ａによって図示されているように、垂直軸に沿って関節式アート１３６を上下する。関節式アーム１３６は、基板１０を横方向に移動することができる。具体的には、関節式アーム１３６は、Ｂによって図示されている垂直軸を中心にして回転する。さらに、関節式アーム１３６は、Ｃによって図示されているように、水平方向に延長および収縮する。一実装例において、関節式アームは、Ｄによって図示されている水平軸を中心にして基板１０を回転することができる回転アクチュエータ１３８を含む。したがって、ロボット２４は、ステージングセクション１７６とローディング研磨ステーション５０ａとの間で基板を移動するために、広範囲な移動を提供する。

図６Ｂは、関節式アーム１３６の底面図である。基板把持部１４１は、真空チャック、たとえば、ブレード、静電チャック、エッジクランプまたは類似のウェーハ把持機構であってもよい。基板把持部１４１は、ロボット２４によって移送されている間、基板１０を固定する。基板把持部１４１は、関節式アーム１３６の移動中、基板１０を上下逆の位置に固定することができる。

一実装例において、ローディング（およびアンローディング）は、図７〜図１０に関連して以下に記載される位置決めシステム１つ以上の実装によって支援される。

研磨機２２は、ローディング研磨ステーション５０ａにおける基板１０の位置決めを支援するために、１つ以上の構成要素を有することができ、その例が図７〜図１０に記載されている。一般に、位置決めシステムの構成要素は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。ハードウェア態様は、目標のチャッキング位置（すなわち、基板１０が研磨ヘッド６２によって安全にチャックされることができる位置の範囲内）に基板１０を物理的に位置決めするために用いられることができる。ソフトウェア態様は、たとえば、現在位置を計算し、チャッキング位置に達するために必要な移動を決定するように構成される命令を用いて、ハードウェア態様を制御するために用いられることができる。一部の実装例において、関節式アーム１３６は、チャッキング位置に直接的に基板１０を配置するように較正されることができる。たとえば、フィードバック処理は、以下に述べるように、関節式アーム１３６を案内することができる。一部の実装例において、関節式アーム１３６は、プラテン５４の上に基板１０を置くことができ、次に、プラテン５４が、（たとえば、プラテン５４を回転することによって）チャッキング位置に再位置決めされることができる。他の実装例において、調整機構は、関節式アーム１３６によって初期の配置から（たとえば、範囲外の位置から）目標のチャッキング位置に基板１０を再位置決めすることができる。

図７は、基板の配置中に、関節式アーム１３６の位置を制御するために、フィードバックを用いる位置決めシステムの第１の実装例による研磨機２２の概略図である。位置決め機構の一実装例において、ロボット２４および研磨機２２の一方または両方は、研磨機２２の構成要素に対する関節式アーム１３６の位置を決定するために、位置決めセンサを含むことができる。たとえば、位置決めセンサ１４４は、関節式アーム１３６、ブレード１４１、カルーセル６０またはキャリアヘッド６２の上に位置付けられることができる。一実装例において、ロボット２４または研磨機２２の一方は、位置センサ１４４を含むことができ、（たとえば、センサ１４４がブレードの上にある場合には、キャリアヘッド６２の上の）他の構成要素は、特徴部１６２、たとえば、検出の容易さを向上する反射ストライプなどの位置合わせパターンまたはＬＥＤなどの光源を含むことができる。位置センサ１４４は、光学式検出器（たとえば、光検出器）カメラ、エッジ検出器などであってもよい。一実装例において、光学式検出器は、基板がチャッキング位置に達したかどうかを決定するために、他の構成要素に取り付けられた光源１６２からの光を検出する。別の実装例において、カメラは、チャッキング位置の視覚認識のための画像処理を用いる。図６Ａ〜図６Ｂは、ロボット２４における位置センサ１４４の例を示しているのに対し、図７は、たとえばブレード１４１などのロボット２４とたとえばキャリアヘッド６２などの研磨システム２２との間に分散される位置センサの例を示している。センサ１４４は、ブレード１４１の上面上に示されているが、底面に位置決めされることも可能である。

位置センサ１４４は、フィードバック情報を提供することができる。位置センサ１４４は、たとえば、制御ソフトウェアまたはハードウェア（たとえば、コントローラ３２）に出力することができ、制御ソフトウェアまたはハードウェアは位置を計算し、チャッキング位置にどのように達するかを決定する。関節式アーム１３６は、さらなる移動を命令するための信号を受信することができる。たとえば、カメラが用いられる場合には、コントローラは、カメラからの画像をブレード１４１が適正に位置決めされた所定の目標画像に一致させるために、ブレードを移動するように構成されることができる。

一実装例において、関節式アーム１３６は、拘束軸（すなわち１自由度を有する）に沿って延長可能であり、単一の位置センサ１４４を用いてチャッキング位置に位置決めされることができる。他の実装例において、関節式アーム１３６は、２つ以上の軸に沿って延長可能であり、したがって２つ以上の位置センサ１４４を用いて位置決めする。フィードバックプロセスは、チャッキング位置に達するまで継続することができる。関節式アーム１３６は、研磨物品５６の上に位置決めされた後、基板１０を開放する。

図８Ａおよび図８Ｂは、調整機構の第１の実装例を具備し、位置決めシステムの第２の実装例を具備する研磨機２２の概略図である。図８Ａにおいて、キャリアヘッド６２は、保持リング１６４を含む。図８Ｂは、保持リング１６４の底面図（すなわち、環状保持リングの実装例）を図示している。保持リング１６４は、調整可能な内径１６３を有する。動作中、キャリアヘッド６２が下がる間、内径は、増大することができる。増大した直径１６３は、基板１０がロボット２４によって配置される位置に関連する許容差を緩和する。一旦、キャリアヘッドが下がると、保持リング１６４の内径１６３は、基板１０を内向きに徐々に推進するために、減少する。たとえば、基板１０が内径１６３に対して中心がずれた場合には、保持リング１６４の対応する部品は、保持リング１６４の対応する側に合うか、または略合うようにするために、基板１０を少しずつ押すことができる。研磨後、保持リング１６４の調整可能な直径は、基板１０を開放するために再び増大することができる。調整可能な内径を有する保持リングは、米国特許第６，４３６，２２８号に記載され、参照によって援用されるものとする。

図９Ａ〜図９Ｃは、調整機構の第２の実装例を具備し、位置決めシステムの第３の実装例を具備する研磨機２２の概略図である。プラテン５４は、チャッキング位置の周囲に位置決めされる収縮可能な位置合わせピン１６６を含む。収縮可能なピン１６６は、プラテン５４内部でアクチュエータ（図示せず）に装着されることができ、収縮時にはプラテン５４の凹部１６８に縮めることができる。上向きに駆動されるときには、ピン１６６は、研磨物品５６中の孔を通って延び、その結果、研磨面の上に突出する。一実装例において、３つの収縮可能なピン１６６は、チャッキング位置の円周に１２０°ずつ配置される。別の実装例において、異なる数の収縮可能なピン１６６があってもよい。

図９Ｃに図示されているように、収縮可能なピンの上部分が下部分より大きな基板直径に対応するように、各収縮可能なピン１６６の上部で内部に面する面（すなわち、基板に面する面）は、先細り１６７であってもよい（図示されているように、ピン全体が先細りであってもよい）。あるいは、収縮可能なピン１６６は、先細りではなく、研磨面に対する非直角で長手軸を用いて位置決めされてもよく、直径サイズにおいて類似の経過を生じる。

動作中に、収縮可能なピン１６６は、干渉することなく、基板１０を研磨物品５６の上に配置することが可能であるように、下げられることができる。基板１０は、種々の技術を用いて（たとえば、図７に関連して上述したように、位置決めセンサ１４４を用いて）配置されることができる。収縮可能なピン１６６は、検知される基板に応じて（たとえば、コントローラによる通知または基板１０の下に配置された光センサによる決定のように）プラテン５４から出るように駆動されることができる。収縮可能なピン１６６の先細りの縁部１６７は、基板の縁部に接触し、元の位置からチャッキング位置に基板１０を徐々に再位置決めするように構成される。次に、収縮可能なピン１６６は、基板１０をチャックするために下げられたときに、キャリアヘッド６２の干渉を回避するために、プラテン５４の中に収縮することができる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、位置決め機構の第４の実装例を用いた研磨機２２の概略図である。この実装例において、プラテン５４は、図１０Ａに図示されるローディング位置と、図１０Ｂに図示される固定位置との間で回転する。ローディング位置において、基板１０は、キャリアヘッド６２の下でブレード１４１を操作する必要がなく、収縮可能なピン１６６の間でロボット２４によって配置されることができる。ローディング後、プラテン５４は、チャッキング位置に向かって回転し、それによって、キャリアヘッド６２によってチャッキングのために基板１０の位置決めをする。

本発明の多数の実施形態が記載されている。にもかかわらず、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、種々の変更を行ってもよいことは理解される。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。

したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。

基板を処理するためのシステムの実装例を示す概略平面図である。 図１のシステムから研磨ステーションを示す概略側断面図である。 基板を研磨ステーションにローディングするプロセスを示す概略側面図である。 基板を研磨ステーションにローディングするプロセスを示す概略側面図である。 基板を研磨ステーションにローディングする処理を示す概略側面図である。 基板を処理するためのシステムの別の実装例を示す概略図である。 基板を処理するためのシステムの別の実装例を示す概略図である。 図１の研磨機に基板を直接的にロードするためのウェットロボットを示す概略側面図である。 図１の研磨装置に基板を直接的にロードするためのウェットロボットを示す概略平面図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第１の実装例を示す概略図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第２の実装例を示す概略側面図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第２の実装例を示す概略平面図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第３の実装例を示す概略側断面図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第３の実装例を示す概略側断面図である。 図９Ａ〜図９Ｂの位置決め機構から位置合わせピンの概略側面図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第４の実装例を示す概略図である。 直接ローディングに関連する位置決め機構の第４の実装例を示す概略図である。

符号の説明

１０…基板、１２…カセット、２０…基板処理システム、２２…化学機械研磨装置、２４…ウェットロボット、２６…クリーナ、２８…工場インターフェイスモジュール、３２…コントローラ、５０、５０’、５０ａ〜５０ｄ…研磨ステーション、５４…プラテン、５６…研磨物品、５７…カルーセルの回転軸、５８…ベース、６０…カルーセル、６２…キャリアヘッド、６４…支持レール、６６…モータ、６８…キャリアヘッドの収容凹部、１１０…カセット支持板、１１２…カセットポート、１２０…アクセスポート、１３０…工場インターフェイスロボット、１３２…ロボットベース、１３４…垂直シャフト、１３６…関節式アーム、１３８…回転アクチュエータ、１４１…ブレード／基板把持部、１４２…レール、１４４…位置（決め）センサ、１６２…特徴部、１６３…保持リングの内径、１６４…保持リング、１６６…位置合わせピン、１６７…位置合わせピンの先細りの縁部、１６８…凹部、１７６…ステージングセクション、１８０…支持材、１８２…割り出し可能なバッファ

Claims (15)

1. Ｎ個（２以上）の研磨ヘッドを有するカルーセルであって、前記Ｎ個の研磨ヘッドが、前記カルーセルの回転軸を中心にして実質的に等しい角度で位置決めされる、前記カルーセルと、
   ローディングプラテンを含むＮ個のプラテンであって、前記Ｎ個のプラテンのそれぞれが、研磨物品を支持するように構成され、前記Ｎ個のプラテンが、前記カルーセルの前記回転軸を中心にして実質的に等しい角度で位置決めされ、各研磨ヘッドが関連するプラテンで研磨物品と接触するように基板を位置決めすることができるようになっている、前記プラテンと、
   前記Ｎ個の研磨ヘッドのうちの第１の研磨ヘッドへのローディングのために、前記ローディングプラテンの近傍に位置付けられるロボットであって、前記研磨ヘッドの保持リングが、前記基板を囲むように前記研磨物品の上に下げられる前に、前記ローディングプラテンで前記研磨物品の上に基板を位置決めするように構成されるロボットと、
   を備える化学機械研磨装置。
2. 前記ロボットが、前記ローディングプラテンでのみ前記基板を位置決めするように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ロボットが、前記ローディングプラテンから基板を回収するように構成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記ローディングプラテン以外の第２のプラテンの近傍に位置付けられ、前記Ｎ個の研磨ヘッドのうちの第２の研磨ヘッドにローディングするために、前記第２のプラテンで前記研磨物品の上に基板を位置決めするように構成される別のロボットをさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記ロボットによって開放された後、および前記Ｎ個の研磨ヘッドの１つによってチャックされる前に、基板の位置を調整するための手段をさらに含み、
   前記調整するための手段は、前記基板を係合する移動可動な要素であって、前記研磨物品の上の第１の位置で前記基板を係合する移動可動な要素を含み、
   前記調整するための手段は、前記移動可能な要素を動かして前記第１の位置から横方向にずれた第２の位置に前記基板を再位置決めするように構成される、請求項１に記載の装置。
6. 前記ローディングプラテンが、前記研磨ヘッドによって遮断されないアクセスのためにローディング位置まで回転可能であり、前記ローディングプラテンが、前記研磨ヘッドによるアクセスのためにチャッキング位置まで回転可能である、請求項１に記載の装置。
7. 研磨ヘッドと、
   研磨物品を支持するように構成されるプラテンと、
   前記プラテンの近傍に位置付けられ、前記研磨物品の上に基板を位置決めするように構成されるロボットと、
   前記基板を係合する移動可動な要素を有する調整機構であって、前記移動可能な要素が前記基板を係合する時、前記研磨物品の上の第１の位置で前記基板を係合する前記調整機構と、を備え、
   前記調整機構は、前記移動可能な要素を動かして前記第１の位置から横方向にずれた第２の位置に前記基板を再位置決めするように構成され、前記第２の位置が、前記研磨ヘッドが、前記プラテン上の前記研磨物品から前記基板をチャックする位置の範囲内にあり、前記第１の位置が、前記範囲外の位置を含む、化学機械研磨装置。
8. 前記可動要素が、第１の直径から、前記第１の直径より小さい第２の直径に調整するように構成される保持リングを含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記可動要素が、前記プラテンの中に収縮可能である一連の位置合わせピンを含む、請求項７に記載の装置。
10. 前記プラテンが、前記研磨ヘッドによって遮断されないアクセスのためにローディング位置まで回転可能であり、前記プラテンが、前記研磨ヘッドによるアクセスのためにローディング位置まで回転可能である、請求項７に記載の装置。
11. ロボットを用いて研磨面の上に基板を置くステップと、
    前記基板が前記研磨面の上に置かれた後で、キャリアヘッドの保持リングが前記研磨面と接触し、前記基板を包囲するように、前記キャリアヘッドの少なくとも一部をローディング位置に持ち込むステップと、
    前記基板を研磨するために、前記キャリアヘッドと前記研磨面との間の相対的な移動を生じさせるステップと、
    を備える、研磨システムの動作方法。
12. 前記基板が、第１の位置で前記研磨面の上に置かれ、前記第１の位置から前記ローディング位置に前記基板を移動するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基板を移動するステップが、前記保持リングの内面の直径を調整する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記基板を移動するステップが、前記基板の縁部を位置合わせピンと接触させる工程を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記基板を移動するステップが、前記研磨面を支持するプラテンを移動する工程を含む、請求項１２に記載の方法。

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