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Technisches Gebiet
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Verschiedene Aspekte dieser Offenbarung betreffen allgemein ein chemisch-mechanisches Polieren / Planarisieren. Insbesondere betrifft diese Offenbarung einen Haltering, der beim chemisch-mechanischen Polieren genutzt werden kann. Außerdem betrifft diese Offenbarung eine Vorrichtung zum Verwenden beim chemisch-mechanischen Polieren sowie ein Verfahren zum Polieren eines Wafers.
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Hintergrund
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Typischerweise weist ein integrierter Schaltkreis elektronische Komponenten auf, wie zum Beispiel Transistoren, Kondensatoren oder Ähnliches, die in einem dünnen Wafer / Substrat aus Halbleitermaterial, zum Beispiel Silizium, integriert sind. Zusätzliche Materialien sind abgelagert und strukturiert, um Verbindungen zwischen den elektronischen Komponenten auszubilden.
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Während des Herstellungsverfahrens kann es notwendig oder wünschenswert sein, einen oder mehrere Planarisierprozesse auf dem Wafer / dem Substrat auszuführen, um eine atomar geglättete und defektfreie Oberfläche auf der Merkmalsebene zu erreichen. Ein gemeinhin gebräuchliches Verfahren zum Erreichen der flachen Oberfläche schließt chemisch-mechanisches Polieren / Planarisieren (Chemical Mechanical Polishing / Planarization, CMP) ein. CMP ist ein Verfahren zum Entfernen von Material, das chemische und mechanische Mechanismen zum Erzeugen einer planen, spiegelartigen Oberfläche eines Wafers für nachfolgende Verfahren nutzt. Dieses Verfahren setzt typischerweise voraus, dass der Wafer bzw. das Substrat auf einem Träger oder Polierkopf von einer CMP-Vorrichtung angebracht ist. Die freiliegende Oberfläche von dem Substrat ist gegen ein rotierendes Polierscheiben-Pad oder Riemenpad platziert, das zumindest zu einem Teil von einem Poliermittel bedeckt ist. Eine Poliermittel-Suspension, die mindestens einen chemischreaktiven Agenten und abrasive Partikel aufweist, wenn ein Standard-Pad genutzt wird, wird der Oberfläche des Polierpads zugeführt. Sowohl die kontinuierliche Bewegung des Poliermittels als auch die kontinuierliche Abrasion mittels des Scheibenpads der Vorrichtung führen zu einer polierten Oberfläche eines Wafers. Der Trägerkopf stellt eine nominell gleichmäßige kontrollierbare Belastung auf den Wafer bzw. das Substrat bereit, um es gegen das Polierpad zu drücken. Der Trägerkopf hat einen Haltering, der das Substrat während des Polierens in Position hält. Die Druckschrift
DE 10 2006 062 017 A1 beschreibt einen Haltering mit einer polierkissenseitigen Oberfläche, wobei die polierkissenseitige Oberfläche neben ihrem äußeren Umfang einen Randbereich aufweist, wobei eine Oberflächennormale des Randbereichs und eine Oberflächennormale der polierkissenseitigen Oberfläche einen spitzen Winkel einschließen. Die Druckschrift
WO 2005 049 274 A2 beschreibt einen Haltering, welcher durch Bearbeiten oder Läppen der Unterseite des Rings zu einem geformten Profil in der Unterseite geformt werden kann, wobei die Unterseite des Halterings einen flachen, geneigten oder gekrümmten Abschnitt aufweisen kann. Die Druckschrift
US 2012/0 028 548 A1 beschreibt Halteringe mit gekrümmten Oberflächen auf der Unterseite der Ringe, um eine Beschädigung eines festen Schleifkissens zu vermeiden, wenn die Halteringe in einem Polierprozess verwendet werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Mehraufwand aufgrund von Abnutzung in einem chemisch-mechanischen Polierverfahren zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 13 und 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
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Ein Haltering ist bereitgestellt zur Verwendung in Verbindung mit einer chemisch-mechanischen Poliervorrichtung, wobei das Polieren zum Polieren eines Substrats eingesetzt wird. Insbesondere weist der Haltering eine innere Oberfläche auf, die einen Haltebereich definiert, eine äußere Oberfläche, eine vordere Oberfläche, die sich zwischen der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche erstreckt, wobei die vordere Oberfläche während des Polierens in Kontakt mit dem Polierpad ist und einen Übergangsbereich zwischen der äußeren Oberfläche, und der vorderen Oberfläche. Eine CMP-Vorrichtung, die mindestens einen Ring aufweist, der die vorangehenden Eigenschaften hat, ist ebenso bereitgestellt.
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In einem weiteren Aspekt der Offenbarung hat der Übergangsbereich ein konisches Profil. Dieses konische Profil kann das Abnutzen des Rings über seine Lebensdauer reduzieren. In einem weiteren Aspekt der Offenbarung hat der Übergangsbereich eine Neigung von 45 Grad. Ferner kann der Übergangsbereich verschiedene Formen haben, zum Beispiel konkav oder konvex. In weiteren Aspekten der Offenbarung kann der Bereich maximiert sein, um eine Abnutzung an einem zum Polieren des Substrats genutzten Polierpad zu reduzieren.
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Weiterhin kann der Ring Kanäle aufweisen, die sich mindestens zu einem Teil von der inneren Oberfläche zu der äußeren Oberfläche erstrecken. In einem Aspekt der Offenbarung weist mindestens eine Wand des Kanals einen zweiten Übergangsbereich mindestens zu einem Teil entlang ihrer Längserstreckungen auf. Der Übergangsbereich und der zweite Übergangsbereich können zusammenkommen, so dass eine gegehrte (abgeschrägte) Kante gebildet wird. Weiterhin kann sich der Übergangsbereich bis zu einer Tiefe erstrecken, die die erwartete Abnutzungstiefe während der Betriebsdauer des Halterings übertrifft. Alternativ darf der Übergangsbereich die Abnutzungstiefe während der Betriebsdauer des Halterings nicht überschreiten. Der Übergangsbereich ist nicht darauf eingeschränkt, dass er entlang des gesamten Umfangs des Halterings verläuft. Er kann zum Beispiel beschränkt sein auf den führenden Rand des Rings.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen allgemein auf die gleichen Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, der Schwerpunkt ist vielmehr auf die Veranschaulichung der Prinzipien des hierin offenbarten Gegenstands gelegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte dieser Offenbarung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Planarisieren / Polieren (CMP) zeigt,
- die 2A und 2B eine Vorderansicht bzw. eine Rückansicht des Halterings 1 zeigen,
- die 3A und 3B eine Querschnittansicht des Halterings 1 bzw. einen Ausschnitt von diesem Querschnitt zeigen,
- 4 eine orthographische Ansicht des Halterings 1 zeigt,
- 5 das Abnutzungsbild zugehörig zu einen Haltering 1 zeigt,
- die 6A und 6B eine Querschnittansicht von einem Aspekt des Halterings 1 bzw. einen Ausschnitt von diesem Querschnitt zeigen,
- die 7A und 7B eine seitliche orthogonale Ansicht eines Aspekts des Halterings 1 bzw. einen Ausschnitt von diesem Querschnitt zeigen,
- die 8A und 8B eine orthogonale Ansicht von einem Aspekt des Halterings 1 bzw. einen Ausschnitt von diesem Querschnitt zeigen,
- 9 eine orthogonale Ansicht eines Aspekts des Halterings 1 zeigt,
- 10 eine orthogonale Ansicht eines Aspekts des Halterings 1 zeigt.
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Beschreibung
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Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die angehängten Zeichnungen, die mittels Darstellungen spezifische Details und Aspekte von dieser Offenbarung zeigen, in denen der hierin offenbarte Gegenstand betrieben werden kann.
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Das Wort „beispielhaft“ wird hierin genutzt, um „als ein Beispiel, eine Instanz oder einer Darstellung dienend“ auszudrücken. Jeglicher Aspekt von dieser Offenbarung oder hierin als „beispielhaft“ beschriebener Entwurf ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen gegenüber anderen Aspekten von dieser Offenbarung oder anderen Entwürfen.
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Die chemisch-mechanische Planarisier-/Poliervorrichtung 100, die einen Haltering 1 gemäß dem vorliegenden Gegenstand hat, ist in 1 in schematischer Form gezeigt. Die Poliermittel-Applikations-Baugruppe 110 weist eine Abgabeöffnung 111 auf zum Abgeben von Poliermittel 112 aus der Poliermittelquelle 113. Die Polierbaugruppe 120 weist ein Polierpad 121 auf, befestigt an einem Polierteller bzw. Poliertisch 122, zum Beispiel mittels eines Haftmittels. Der Polierteller 122 ist auf einem Schaft 123 befestigt, der um eine Achse 125 drehbar ist.
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Die Waferbaugruppe 130 weist einen Waferträger bzw. eine Waferspannvorrichtung 132 auf, die den Wafer 131 umgibt. Ebenso ist in der Waferbaugruppe 130 der Haltering 1 enthalten, der an einem Waferträger 132 befestigt ist mittels Metallgewindeschrauben 119, welche durch die Polierteller-Bohrlöcher 118 verlaufen und in mit Gewinde versehene Ringbohrungen 117 eingreifen. Ein Schaft 133, angebracht an der Waferbaugruppe 130 dargestellt, ist typischerweise axial drehbar und/oder radial bewegbar relativ zu dem Polierteller 122. Der Wafer 131 ist von dem Haltering 1 umgeben dargestellt, der Ring fungiert zum Bereitstellen mindestens einer lateralen Unterstützung für den Wafer, dabei wird der Wafer zentriert unter der Waferbaugruppe 130 gehalten.
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Die Poliermittel-Applikations-Baugruppe 110 wird bereitgestellt, die eine Abgabeöffnung 111 zum Abgeben von einem Poliermittel auf das Pad 121 hat. Alternativ kann ein Poliermittel von Öffnungen innerhalb der Waferbaugruppe 130 bereitgestellt werden. Eine vergrößerte Ansicht von Pad 121 zeigt die Oberfläche des Pads. Die Oberflächenunebenheiten 124 in der Oberfläche kennzeichnen das „Vlies“ („nap“) 126 von dem Pad, welche seine Rauheit wie auch seine Eignung definieren, das Poliermittel 112, welches typischerweise Nanopartikel und/oder chemisch reaktive Agenten enthält, innerhalb der Ausnehmungen oder Poren 125 innerhalb des Vlies 126 zu binden. Die Beschaffenheit des Pads 121 in Bezug auf seine Rauheit kann von Faktoren abhängen, die das Material mit einschließen, das zum Ausbilden des Vlies 126 genutzt wird, und kann gemäß den angewandten Herstellungsverfahren bei der Herstellung des Pads 121 weit variieren. Jedoch sind Porengrößen von 20 bis 50 Mikrometer typisch.
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Während des Betriebs wird der Polierteller 122 gedreht, zum Beispiel in Uhrzeigerrichtung, um dem Poliermittel 112 zu ermöglichen, über die Oberfläche des Pads 121 verteilt zu werden, woraufhin eine Kraft F auf die Waferbaugruppe 130 ausgeübt wird, um diese in Kontakt mit dem Pad 121 und dem Poliermittel 112 zu bringen. Die Rotation der Waferbaugruppe 130 mittels des Schafts 133 und/oder eine radiale Hin- und Herbewegung bzw. eine Pendelbewegung davon stellt ein kreisförmiges Muster des Kontakts von Wafer 131 auf dem Pad 121 bereit, während ein Druck Pr auf den Haltering 1 ein Herausrutschen des Wafers 131 verhindert.
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Insbesondere die Kraft F setzt axial ausgeübt zu dem Schaft 133 die Waferbaugruppe 130 gegen den Polierteller 122 unter Vorspannung, und definiert einen Druck P auf den Bereich des Pads 121, der zu jeder Zeit unterhalb der Waferbaugruppe 130 positioniert ist, und der Druck P ist eine Kraft, die auf eine Flächeneinheit ausgeübt wird. Wie in der erweiterten Ansicht von der Waferbaugruppe 130 gezeigt, ist die Kraft F geteilt zwischen mindestens einer vorderen Oberfläche 140 des Rings 1 und einer Oberfläche 135 des Wafers 131. Der Teil der Kraft F, der auf den Ring 1 ausgeübt wird, resultiert in einen Druck Pr , und der Teil der Kraft F, der auf den Wafer 131 ausgeübt wird, resultiert in einen Druck Pw .
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Während der Druck Pw , der auf die Oberfläche des Polierpads 121 mittels des Wafers 131 während des Betriebs ausgeübt wird, das gewünschte Polieren des Wafers begünstigt, ist das Beaufschlagen des Drucks Pr zwischen dem Ring 1 und dem Polierpad 121 an sich nicht gewünscht, außer insoweit als es zum Verbleib des Wafers 131 während des Betriebs notwendig ist, wie nachfolgend in weiterem Detail beschrieben wird.
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Der Abrieb zwischen den Oberflächenunebenheiten 124 in der Oberfläche des Polierpads 121 und den korrespondierenden Kontaktpunkten auf dem Wafer 131 in Gegenwart des mitgeführten Poliermittels 112 resultiert in zunehmender Abtragung der Oberfläche des Wafers, einem Glätten des Wafers und/oder einem Entfernen von Materialschichten von dem Wafer. Die Rotation und die Pendelbewegung (Oszillation) des Polierpads 121 fungieren zum Transportieren frischen Poliermittels zu dem Wafer und zum Abtragen von Abfällen, einschließlich von Wafermaterial, welches wegpoliert wurde.
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Durch das Bereitstellen einer geeigneten Zufuhr von Poliermittel und einem sorgfältigen Kontrollieren des Drucks auf den Wafer und der Bewegungen des Wafers relativ zum Pad kann das CMP-Verfahren ausgeführt werden, bis die gewünschten Ergebnisse auf dem Wafer erreicht sind, zu diesem Zeitpunkt kann der Wafer aus der Waferbaugruppe entfernt werden und das Verfahren wird mit einem weiteren darin montierten Wafer fortgesetzt.
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Dieses Verfahren kann jedoch nicht unendlich lange durchgeführt werden. Die Wechselwirkungen zwischen der Waferbaugruppe 130 und dem Pad 121 verursachen Abnutzungen an dem Pad über die Zeit, mit dem Ergebnis, dass die Eigenschaften des Vlies 126 permanenten Änderungen unterlegen sind durch wiederholtes zeitweiliges Beaufschlagen von Druck P auf das Vlies 126. Das Pad 121 kann dann weniger effektiv polieren, oder kann zunehmend anfällig werden, einen Wafer während des Polierens zu beschädigen. Während ein Kalibrieren der Kraft F zum Reduzieren des Drucks P die Betriebsdauer des Polierpads 121 erhöhen kann, führt ein unangepasster Pw zu suboptimalen Ergebnissen des Polierens und eine Reduzierung von Pr riskiert ein Herausrutschen des Wafers während des Betriebs. Im Gegensatz dazu, und obwohl eine Erhöhung von Pr relativ zu Pw die Wahrscheinlichkeit eines Herausrutschen des Wafers reduzieren kann, verursacht ein Erhöhen von Pr auch eine erhöhte Abnutzung der Oberflächen des Pads und des Rings ohne jeglichen zugehörigen Nutzen in Bezug auf das Polieren des Wafers. Im Wesentlichen ist Pr mit dem überflüssigen Vorgehen von Pad 121 gegen den Ring 1 verbunden. Somit sind, da die Abnutzung, die an dem Ring 1 verursacht wird, verbunden ist mit, aber nicht direkt in einem CMP des Wafers 131 resultiert, Verluste am Ring 1 und dem Pad 121 eine Art von „Mehraufwand bei der Produktion“, die zu einer kürzeren Betriebsdauer des Rings 1 und des Pads 121 führen. Dementsprechend muss eine Kalibrierung in der Art, dass Pr relativ zu Pw verringert wird in dem Bestreben, den Mehraufwand bei der Produktion aufgrund von Pr zu reduzieren, gegen die Risiken ausbalanciert werden, die mittels eines Herausrutschen des Wafers dargestellt sind, zum Beispiel in Bezug auf die entsprechenden Kosten von jedem Ergebnis.
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Insbesondere die Wechselwirkung zwischen dem Haltering 1 und dem Pad 121 resultiert in Verzerrungen der Oberflächenunebenheiten 124 des Pads aufgrund von Druckbelastung und/oder Abrieb, die Abnutzungen gegen die Oberfläche des Halterings 1 verursachen. Insbesondere der Bereich des Halterings 1, der seinen äußeren Umfang definiert, kennzeichnet denjenigen Bereich, über welchen der Übergang von dem Vlies 126 des Pads 121 von einem normalen in einen zusammengedrückten, d.h. komprimierten, oder belasteten Zustand während des Betriebs stattfindet. Der äußere Umfang definiert daher einen Übergangsbereich, dessen Eigenschaften relevant für die Abnutzung des Pads 121 sind.
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Die Eignung des Halterings 1 zum Verhindern eines Herausrutschens des Wafers 131 wird aufgrund der Abnutzung des Rings an sich durch Abrieb mit dem Pad über die Zeit ebenso beeinträchtigt. Obwohl ein Austauschen des Pads und des Rings möglich ist, können eingebüßte wirtschaftliche Gewinne aufgrund von Stillstandzeit, Ersatzteilkosten und Personalkosten einschließlich derer in Zusammenhang mit dem erneuten Freigeben der Polierpads (zum Beispiel das Testen auf Fremdpartikel) minimiert werden durch Verlängern der Betriebsdauer des Polierpads und/oder des Halterings von einer CMP-Vorrichtung.
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Entsprechende senkrechte Ansichten von oben und unten auf den Haltering 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung werden jeweils in den 2A und 2B gezeigt. Der Haltering 1 wird definiert mittels zweier konzentrischer zylindrischer Oberflächen, die jeweils eine innere Oberfläche 220 und eine äußere Oberfläche 230 definieren, und eine senkrechte ringförmige vordere Oberfläche 140, die sich von der inneren Oberfläche 220 zu der äußeren Oberfläche 230 erstreckt. Eine Rückseite 240 wird ebenso gezeigt. Da Halteringe für den Gebrauch zum CMP, wie zum Beispiel der in den 2A und 2B gezeigte Haltering, in der Regel für den Gebrauch mit Wafern einer bestimmten Größe konfiguriert werden, ist der Durchmesser der inneren Oberfläche 220 typischerweise zu dem des zu polierenden Wafers übereinstimmend. Zum Beispiel wird ein Durchmesser von etwa 201 mm konfiguriert, um einen 200 mm Wafer aufzunehmen. Der Durchmesser der äußeren Oberfläche 230 definiert partiell die Weite von der ringförmigen vorderen Oberfläche 140, und kann typischerweise den inneren Durchmesser um etwa 30 mm übertreffen. Die Gewindebohrungen 117, gelegen in der Rückseite 240, erstrecken sich teilweise in die Rückseite 240 hinein in Richtung der vorderen Oberfläche 140.
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Die innere Oberfläche 220 und die vordere Oberfläche 140 des Halterings 1 werden an einem inneren Rand 213 zusammenlaufend gezeigt, der typischerweise in einem relativ spitzen Winkel ausgebildet ist, zum Beispiel in einem rechten Winkel. Im Gegensatz dazu wird ein äußerer Rand 214 des Halterings 1 gezeigt, der ein konisches Profil hat, wobei die Konizität sich radial entlang eines Übergangsbereichs 250 zwischen dem äußeren Rand von der vorderen Oberfläche 140 und der äußeren Oberfläche 230 erstreckt. Der Übergangsbereich 250, der gezeigt wird, erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs von der vorderen Oberfläche 140.
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Die innere Oberfläche definiert in diesem Fall einen Haltebereich, dessen Funktion ist, den Wafer während des chemisch-mechanischen Polierens an der Stelle zu halten. Wie in den 2A und 2B gezeigt, wird die innere Oberfläche mittels einer zylindrischen Oberfläche definiert, die den inneren Durchmesser von dem Ring definiert, der innere Durchmesser stimmt dabei mit der Größe des zu haltenden Siliziumwafers überein. In diesem Fall wird ein kreisförmiger Siliziumwafer gezeigt. Jedoch können Wafer anderer Formen mittels Halteringen aufgenommen werden, die eine unterschiedliche innere Oberflächenform zur Aufnahme von Wafern haben, die eine nicht-kreisförmige Form haben. Zum Beispiel könnte eine innere Oberfläche, die einen quadratischen Haltebereich definiert, zum Beispiel für einen nicht-kreisförmigen Wafer geeignet sein, insbesondere einen quadratischen Wafer.
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Die 3A und 3B zeigen einen Querschnitt des Halterings 1. In dieser Ansicht wird der konische Übergangsbereich 250 deutlich gezeigt ebenso wie der innere Rand 213 und der äußere Rand 214. Die Konizität kann, wie in 3A (und gleichermaßen in dem Ausschnitt der 3B) dargestellt, sich linear in einem 45° Winkel von der äußeren Oberfläche 230 zu der vorderen Oberfläche 140 erstrecken. Die radiale Abmessung des Übergangsbereichs in dieser Anordnung wird damit mittels der Tiefe 318 von der Konizität definiert, gemessen an der äußeren Oberfläche 230. Zum Beispiel erstreckt sich bei einer Konizitätstiefe 318 von 2 mm der Übergangsbereich über eine Konizitätslänge 319 von 2 mm radial nach innen von der äußeren Oberfläche 230.
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Im Gebrauch ist der Haltering 1 an den Gewindebohrungen 117 an der Waferbaugruppe 130 angebracht mittels der Metallgewindeschrauben 119, wobei die Oberfläche 140 zum Pad 121, wie in 1 gezeigt, freiliegt. Während des CMP wird eine Kraft F eingebracht, die die Waferbaugruppe 130 gegen das Pad 121 drückt, mit dem Ergebnis, dass ein Druck Pr zwischen der vorderen Oberfläche 140 und dem Pad 121 entwickelt wird. Der Wafer 131, welcher gleichzeitig gegen das Pad 121 gedrückt kann sein, ist innerhalb des zylindrischen Umfangs enthalten, der mittels der inneren Oberfläche 220 des Halterings 1 definiert wird.
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Bei simultaner Rotation der Waferbaugruppe 130 und des Poliertellers 122 läuft das Vlies 126 des Polierpads 121 über die vordere Oberfläche 140 des Halterings 1, und danach über den Wafer 131, wodurch der Wafer 131 poliert wird. Während dieses Vorgangs definiert der Übergangsbereich 250 des Halterings 1 den Bereich, über welchen, aufgrund des Applizierens des Drucks Pr auf das Vlies 126, die nachgiebigen Oberflächenunebenheiten 126 tendieren, verformt zu werden, mit dem Ergebnis, dass die Bereiche des Vlies 126 unterhalb der vorderen Oberfläche 140 komprimiert werden, mindestens bis zum Durchlauf von unterhalb der Waferbaugruppe 130. Die 45°-Konizität, die sich radial entlang des Übergangsbereichs 250 und entlang des gesamten Umfangs des Halterings 1 erstreckt, wie in 3 gezeigt, resultiert in einem allmählichen Applizieren von Druck P während eines Zeitraums, der durch die Konizitätslänge 319 und die Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche bzw. der Oberflächenunebenheiten 126 des Pads 121 relativ zu der Waferbaugruppe 130 definiert ist.
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Somit hat der Übergangsbereich 250 die Funktion, die Abnutzung, die durch den Haltering 1 verursacht wird, zu reduzieren, indem ein weniger abruptes Applizieren des Drucks Pr auf das Vlies 126 ermöglicht wird, wenn dieses unterhalb der Waferbaugruppe 130 passiert.
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Der konische Übergangsbereich 250 wurde vorangehend so beschrieben, als habe er eine Abschrägung von 45°, die zu einer Konizitätslänge von 2 mm führt. Jedoch kann der Übergangsbereich, wie in 4 gezeigt, durch Konizitäten von verschiedenen Winkeln größer oder kleiner als 45° gekennzeichnet sein, die zu unterschiedlichen Konizitätslängen führen. Außerdem kann die Konizitätslänge durch andere Mittel variiert werden, wie zum Beispiel mittels einer Variation der Konizitätstiefe.
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In Abhängigkeit von der erwarteten Wechselwirkung zwischen dem Polierpad, dem Poliermittel und dem Wafer ebenso wie weiterer messtechnischer Überlegungen können Halteringe mit einer aus einer Auswahl von Konizitätslängen verwendet werden, um den Haltering einer großen Auswahl von Polierspezifikationen, die über das CMP-Verfahren informieren, ausgewählt zuzuordnen. Die 4 ist ein allgemeines Seitenprofil des Halterings 1, die ausgewählte Variationen geradliniger Konizitätsprofile im Einklang mit der Offenbarung darstellt. Das genaue Profil ist in Bezug auf Länge, Winkel und Form als unabhängig veränderbar aufzufassen und in keinem Fall auf die gezeigten Beispiele 451, 452 und 453 beschränkt. Die Beispiele sind Darstellungen der Veränderlichkeit von mindestens der Konizitätslänge des Übergangsbereichs, die von den gewählten Profileigenschaften abhängig ist. Wie vorangehend bemerkt hat der Haltering 1 eine Betriebsdauer, die typischerweise durch eine maximale Abnutzungstiefe 460 definiert ist, jenseits derer der Ring den Wafer, der poliert wird, nicht länger zuverlässig halten kann oder einen Austausch aus anderen Gründen erfordern kann. Da der Ring sich abnutzt, kann die tatsächliche Konizitätslänge 319 (3) reduziert werden mit dem Ergebnis, dass der Übergangsbereich schmaler wird, während die Abnutzung fortschreitet. Insofern als die Abnutzungstiefe 460 ein bestimmtes Ende der Lebensdauer des Halterings 1 und damit einen Punkt der maximalen Abnutzung definieren kann, kann die Konizitätstiefe 318 (3) vorteilhaft an einen Punkt jenseits der erwarteten maximalen Abnutzungstiefe gesetzt sein, um sicherzustellen, dass mindestens ein Minimum eines tatsächlichen Übergangsbereichs nahe dem Ende der Lebensdauer des Halterings 1 vorhanden ist. Ebenso, insofern als die Ringabnutzung zunehmend fungieren kann, die tatsächliche Konizitätstiefe des Halterings 1 zu reduzieren, kann erwartet werden, dass der Oberflächenbereich der vorderen Seite 140 zunehmend ansteigt. Jede hieraus resultierende Änderung des Drucks Pr , wie in 1 gezeigt, kann somit, wenn notwendig, kompensiert werden, zum Beispiel durch Anpassen der Kraft F. Alternativ kann der Ring ein Drucksystem unabhängig von dem Druck auf den Wafer haben, in diesem Fall würde das Drucksystem selbstständig angepasst werden. Der Ring 1 ist dargestellt, wobei er die Niveaus A, B und C hat, die beliebig ausgewählte Ringtiefen über die Lebensdauer des Rings darstellen. Die Abnutzungsrichtung des Rings 1 ist gezeigt mittels des Pfeils 470. Die vordere Oberfläche 140 liegt, wenn der Ring neu ist, auf dem Niveau C. Nach einem gewissen Zeitraum des Gebrauchs würde die vordere Oberfläche 140 dann abgenutzt werden hin zu Niveau B und im weiteren Verlauf hin zu Niveau A. Die 4 zeigt zudem weitere mögliche konische Übergangsbereiche 451, 452 und 453, die auf dem Ring 1 bereitgestellt werden könnten, wobei jeder ein Profil bietet, das Eigenschaften hat, die in Abhängigkeit von der Polier-Anwendung mehr oder weniger geeignet sein können.
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Wie in 4 gezeigt ist der Betrag des Oberflächenbereichs zunehmend, der das Polierpad 121 über die vordere Oberfläche 140 kontaktiert, wenn der Ring 1 beginnt, sich abzunutzen, während der Übergangsbereich schmaler wird. Ein konischer Übergangsbereich, der eine Konizität wie mit 451 gezeigt hat, die sich bis jenseits der erwarteten Abnutzungstiefe 460 des Rings erstreckt (sprich die Konizität beginnt weiter innen im Ring als die Betriebsdauerlinie 460), reduziert den verfügbaren Oberflächenbereich des Rings 1 über die Lebensdauer des Rings, speziell am Ende der Lebensdauer des Rings. Demzufolge kann der Ring 1 vorteilhaft entworfen werden, um das Ende seiner Betriebsdauer mit einem zumindest etwas messbaren verbleibenden Übergangsbereich zu erreichen. Alternativ dazu muss in Abhängigkeit zum Beispiel von der Abnutzungsempfindlichkeit des Polierpads 121 oder von anderen bestimmten Parametern aus dem Polierzyklus das Vorhandensein einer Konizität, die einen ausreichenden Übergangsbereich bereitstellt, nicht erforderlich sein, zum Beispiel wenn ein Austausch des Pads vorgenommen wird, wann immer ein neuer Ring eingebaut wird.
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Der Winkel der Konizität kann ausgewählt werden, um das Verhältnis zwischen Oberflächenbereich und Übergangsbereich für ausgewählte Bedingungen gemäß bestimmter Abnutzungseigenschaften zu maximieren. Ein weicheres Polierpad, das anfälliger für Abnutzung ist, kann vorteilhaft kombiniert sein mit einem Ring, der einen unterschiedlichen Konizitätswinkel hat, als für ein härteres Pad geeignet wäre. Da sich der Ring jedoch von einem Punkt B zu einem Punkt A abnutzt, gehen die Konizitätslänge und damit die Entfernung, über welche der Übergang stattfindet, ebenfalls von B' zu A' zurück. Ebenso hat der Ring 1 zunehmend einen größeren Oberflächenbereich in Kontakt mit dem Pad 121. Demzufolge wird eine große Vielfalt von Polieranforderungen und Bedingungen vorteilhaft erwogen bei der Auswahl eines Konizitätsprofils, welches den Mehraufwand bei der Produktion während des CMP minimiert. Optional kann es vorteilhaft sein, Halteringe, die bestimmte Konizitätsprofile haben, mit Polierpads, zu denen sie am besten passen, zu kombinieren.
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Die 5 offenbart einen weiteren Aspekt dieser Offenbarung. Der Haltering 1 ist nicht auf eine Konizität in der Gesamtheit der Umfangslänge des Rings 1 eingeschränkt. Die Konizität kann bezüglich des Polierverfahrens optimiert sein, in welchem der Haltering genutzt wird. Wenn zum Beispiel das CMP-Verfahren mit einem Haltering 1 stattfindet, der dazu ausgelegt ist, relativ zu der Richtung der Rotation des Poliertellers 122 befestigt zu werden, kann der Ring in eine führende Hälfte 513 und eine nachfolgende Hälfte 514 geteilt sein. Die führende Hälfte 513 ist mit einer Konizität auf ihrem Übergangsbereich 550 bereitgestellt, die an der Grenze zu der nachfolgenden Hälfte endet. Während des Betriebs verbleibt der Ring 1 gewissermaßen feststehend in Bezug auf die Bewegung des Poliertellers 122, mit dem Ergebnis, dass der Übergang zu dem komprimierten Zustand des Polierpads 121 lediglich an der führenden Hälfte auftritt.
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Das konische Profil, das durch die lineare Konizität des Übergangsbereichs 250, wie in 2 gezeigt, ausgebildet ist, ist ebenso nicht einschränkend. In weiteren Aspekten dieser Offenbarung ist der konische Übergangsbereich 250 nicht konisch wie vorangehend beschrieben, sondern kann in konvexer oder konkaver Form ausgebildet sein. Ebenso kann der Übergangsbereich 250 einen strukturierten Übergang entlang des linearen, konvexen oder konkaven Profils aufweisen. Einige Beispiele von strukturierten Übergängen können kräuseln, abschuppen oder abschälen sein, für den gesamten oder für Teile von dem Übergangsbereich. Viele flache Oberflächenprofile können entlang des Umfangs des Halterings 1 hinzugefügt werden, mit dem Ergebnis, dass der Übergangsbereich ein Profil hat, das entlang seiner Abmaße variiert. Im speziellen kann der Übergangsbereich 250 zum Beispiel jeweils ein konkaves, konvexes, strukturiertes oder konisches Profil an verschiedenen Stellen entlang des Umfangs aufweisen. Insbesondere können Variationen in der Struktur jedes Profils oder dessen Variationen in einem einzelnen Haltering überlagert werden, ohne den Umfang von dieser Offenbarung zu verlassen. Die strukturierte Oberfläche kann sich außerdem jenseits des Übergangsbereichs 250 bis in die vordere Oberfläche 140 erstrecken, was zum Strukturieren von zumindest einem Teil von der vorderen Oberfläche 140 führt.
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Mit erneutem Bezug auf 2A ist die vordere Oberfläche 140 des Halterings 1 gezeigt, die weiterhin acht gerade radiale Kanäle 212 aufweist, die in die vordere Oberfläche 140 eingebracht sind, wobei jeder Kanal entlang einer radialen Projektion von einem Mittelpunkt des Halterings 1 angeordnet ist, und zum Beispiel um 45° von einem benachbarten Kanal beabstandet ist. Die 6 mit dem Ausschnitt 6B ist eine Querschnittsansicht von der Innenseite des Rings 1, die mehr Details von dem Kanal 212 darstellt. Die 7 mit dem Ausschnitt 7B ist eine senkrechte Seitenansicht von dem Ring 1, gesehen von außerhalb. Die Kanäle 212 erstrecken sich über die Breite der vorderen Oberseite 140 von der inneren Oberfläche 220 zu der äußeren Oberfläche 230. Die Kanäle 212 sind mit 45° Kanalkonizitäten 222 konfiguriert dargestellt, die sich zum Teil von der äußeren Oberfläche 230 entlang der Innenseite der Kanäle 212 zu einer Entfernung von zum Beispiel 4,5 mm von der inneren Oberfläche 220 erstrecken. An dieser Stelle verringert sich die Konizität allmählich, zum Beispiel bis 1 mm von der inneren Oberfläche 220. Die 7 zeigt einen konischen Übergangsbereich 250, der zwischen der Vorderseite 140 und den äußeren Oberflächen 230 errichtet ist, und die Kanalkonizitäten 222, die im Kanal 212 angeordnet sind, an einem gegehrten Rand 740 verbunden dargestellt. Die Kanalkonizität 222 kann ebenso unabhängig voneinander wie auch gleichzeitig konfiguriert werden, um der Konizität des Übergangsbereichs 250 zu entsprechen (sprich ein beliebiges konisches, konvexes, konkaves oder strukturiertes Profil oder jegliche Kombination davon kann an die Kanalkonizität 222 der Kanäle 212 angebracht werden). Wie dargestellt, stimmt das Profil der Kanalkonizität 222 mit dem des charakteristischen Übergangsbereichs 250 überein, insbesondere der 45° Winkel. Jedoch nehmen die Kanalkonizitäten vorteilhaft jeden Winkel auf und sind nicht abhängig vom Profil des Übergangsbereichs 250. Die bereitgestellten Kanäle 212 sind dargeboten, wobei jede der Kanalkonizitäten 222 von einem oder mehreren Kanälen 212 fehlend sein kann. Außerdem können die Kanalkonizitäten lediglich einen Teil von dem Kanal 212 einnehmen.
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Im Betrieb sind die Kanäle 212 für den Transport von Kühlmittel bereitgestellt. Jedoch, insofern als die Ränder der Kanäle 212 für das bewegte Polierpad 121 freiliegend sind, besonders wenn die Waferbaugruppe 130 rotiert, können potentielle Abnutzungszuschläge minimiert werden mittels des verlängerten Übergangs, der durch die Kanalkonizitäten 222 bereitgestellt ist, in einer Weise ähnlich wie zu der Wirkung, die durch den Übergangsbereich 250 wie vorangehend beschrieben erzeugt wird. Insbesondere, insofern als die Rotation des Halterings 1 aufgrund der Rotation der Waferbaugruppe 130 in einer Richtung stattfindet, sind die Übergangseffekte an den Rändern 261/262 von dem Kanal 212 in mancher Beziehung asymmetrisch. Beispielsweise während einer Rotation im Uhrzeigersinn würde der Rand 261 ein fallender Rand sein (definiert als der Rand gegenüber dem führenden Rand), wobei die komprimierten Oberflächenunebenheiten des Polierpads 121 in einen unkomprimierten Zustand übergehen, um danach durch den führenden Rand 262 erneut komprimiert zu werden. Da die Abnutzungsdynamiken an dem fallenden Rand 261 von denen an dem führenden Rand 262 abweichen, kann die Berücksichtigung der Kanalkonizitäten 222 an jedem der betroffenen Ränder ebenso unterschiedlich sein. Der fallende Rand kann wie gezeigt im Grunde eine 90°-scharfe Kante sein, wohingegen der führende Rand mit einer 45° Konizität bereitgestellt ist, um die Zeit zu verlängern, während der die Pad-Oberflächenunebenheiten 124 von einen unkomprimierten in einen komprimierten Zustand übergehen, dabei die Abnutzung aufgrund des Übergangs reduzieren und somit zu einer Gesamtreduktion der Abnutzung während des CMP führen. Es kann allgemein angenommen werden, dass das Lösen von Oberflächenunebenheiten von einer Komprimierung ein selbstregulierender Vorgang ist, unbeeinflusst durch den Übergangsbereich an dem fallenden Rand. Jedoch, insofern als das Profil von einem fallenden Rand zu einem Mehraufwand in der Produktion beitragen kann, können geeignete Konizitäten ebenso an fallenden Rändern bereitgestellt werden.
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In 8 ist der führende Rand 816 eines Kanals 812 (definiert als der Rand, der sich in die Richtung der Rotation bewegt) wie vorangehend beschrieben konisch mit einem 45 Grad Winkel. Jedoch wurde eine Konizität nicht an dem fallenden Rand 817 angebracht (definiert als der Rand gegenüber dem führenden Rand). Insofern als ein Verjüngen das Tempo verringert, in welchem das Pad in Wechselwirkung mit dem Poliermittel komprimiert wird, würde ein Verjüngen lediglich des führenden Rands 816 des Kanals 812 eine größere Wirkung haben als ein Verjüngen des fallenden Rands 817. Als ein Ergebnis ist der Oberflächenbereich des Halterings 1, der das Polierpad 121 kontaktiert, erhöht, was anderen Bereichen des Rings 1 erlaubt, mit weniger Oberflächenbereich abgestimmt zu werden. Die Konizität auf den Kanälen 812 muss nicht zu dem konischen Übergangsbereich 250 passend sein. Tatsächlich kann ein Oberflächenbereich durch zulassen, die zwei Konizitäten unabhängig zu konfigurieren und/oder zu optimieren, maximiert werden.
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Ferner zeigen die 9 und 10 alternative Kanalausbildungsformen. Die 9 ist eine Draufsicht auf den Haltering 1, der einen exakt bearbeiteten Kanal 912 hat. Ähnlich wie der vorangehend beschriebene Kanal 812 in 8 wurde lediglich der führende Rand des Kanals 912 verjüngt. Die 10 stellt einen geneigten Kanal 1012 dar. In diesem Beispiel ist eine Konizität auf der Kanalwand unnötig, da die Nut derart geneigt wurde, dass der führende Rand schon an sich eine angewinkelte Annäherung bereitstellt, zum Beispiel einen 45° Winkel. Insofern als kein Übergangsbereich an einem fallenden Rand erforderlich ist, kann es ausreichend sein, den angewinkelten Kanal bereitzustellen ohne Ausbilden eines Übergangsbereichs auf beiden Seiten, die angewinkelte Annäherung, die einen ausreichenden Übergang zu einem Rand bereitstellt, ist vorteilhaft vorgesehen als der führende Rand, der abhängig von der Rotationsrichtung des Halterings 1 ist. Zusätzliche Abschrägungen bzw. Strukturierungen können jedoch zusätzliche Vorteile an einen von beiden, den führenden oder den fallenden, Rand bereitstellen. Keine von den vorangegangenen Formen ist einschränkend. Der Kanal 212 kann in einer Vielzahl von Formen ausgebildet werden, die bestimmte CMP-Anforderungen und/oder Poliermittelbewegungen begünstigen, alleine oder in Kombination mit den vorangehend offenbarten Ausführungsformen. Zum Beispiel kann der ausgebildete Kanal 812 einen konvexen, konkaven oder strukturierten Übergangsbereich aufweisen. Ebenso können viele Kanaltypen kombiniert werden, zum Beispiel gerade, geneigte oder ausformte Kanäle, zum Beispiel auf einen einzelnen Haltering. Es ist ebenso vorstellbar, dass die Kanäle 212 spiralförmig sein können oder ausgebildet sind in strahlenkranzförmigen Mustern. Die Kanäle 212 müssen sich auch nicht über die Länge der vorderen Oberfläche 140 erstrecken.