DE10202701A1 - Polierkopf eines chemisch/mechanischen Poliergerätes und Polierverfahren unter Verwendung desselben - Google Patents

Abstract

Eine chemisch/mechanische Poliervorrichtung (CMP) enthält einen Polierkopf, der aus einem Träger und einer Membran zusammengesetzt ist und der an einem Polierkissen eines Halterungsteiles positioniert ist. Der Polierkopf besitzt einen Halter, der an einem inneren Zentrum des Träger installiert ist, einen Einspannring, der zwischen dem Träger und dem Halter positioniert ist, und eine Einrichtung, um den Einspannring aufwärts und abwärts zu bewegen. Der Halter bildet einen abgedichteten Raum und zwar im Zusammenwirken mit der Membran, und der Einspannring spannt den Wafer mit Hilfe eines Vakuums bzw. Unterdruckes ein.

Description

Bezugsanmeldung

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2001-30365, eingereicht am 31. Mai 2001, deren Inhalte hier unter Bezugnahme vollständig mit einbezogen werden.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Gerät zur Herstellung eines Halbleiterwafers und spezieller eine chemisch/mechanische Poliermaschine (CMP).

Hintergrund der Erfindung

Da die Integrationsdichten von Halbleitervorrichtungen höher wird, ergibt sich ein Trend in Verbindung mit Verbindungsstrukturen in Richtung auf eine vielschichtige Struktur. Es wurden daher vielfältige Verfahren zum Polieren einer Waferoberfläche vorgeschlagen, um Oberflächenstufenunterschiede zwischen Einheitszellen zu reduzieren. Eine chemisch/mechanische Poliertechnik (CMP) wurde weit verbreitet dazu verwendet, um eine polierte Oberfläche (Verarbeitungsoberfläche) eines Wafers zu planieren.

Bei einem herkömmlichen CMP-Prozeß wird ein Wafer an einem Polierkopf montiert, so daß eine Polieroberfläche (Verarbeitungsoberfläche) des Wafers einem Drehtisch gegenüberliegend angeordnet werden kann. Die Polieroberfläche wird auf den Drehtisch plaziert, an dem ein Polierkissen installiert ist. Der Polierkopf liefert eine kontrollierbare Andrückkraft (Last) auf den Wafer, so daß eine rückwärtige Seite des Wafers gegen das Polierkissen des Drehtisches gedrückt wird. Auch kann der Polierkopf in Drehung versetzt werden, um eine zusätzliche Bewegung zwischen dem Wafer und dem Drehtisch vorzusehen.

Ein effizienter CMP-Prozeß besteht darin, einen Wafer mit einer konstanten Ebenheit mit einer hohen Poliergeschwindigkeit zu bearbeiten. Eigenschaften wie die Gleichförmigkeit, Ebenheit und die Poliergeschwindigkeit einer Waferpolieroberfläche werden stark durch eine Druckkraft beeinflußt, mit der der Wafer gegen das Polierkissen gedrückt wird. Speziell wird mit zunehmender Waferandrückkraft die Poliergeschwindigkeit höher. Wenn daher ein nicht einheitlicher Druck von dem Polierkopf auf den Wafer ausgeübt wird, so wird ein wafer-spezifischer Flächenbereich, der einen relativ hohen Druck empfängt, schneller poliert als andere Flächenbereiche, die einen relativ niedrigen Druck erfahren.

Eine Poliereinheitlichkeit in dem CMP-Prozeß hängt von der Ausrüstung, das heißt der Kopfkonstruktion, ab. Daher haben CMP-Gesellschaften eifrig Membranköpfe mit einer hohen Poliereinheitlichkeit entwickelt und angewendet. Wenn ferner die Wafergröße größer wird, ergibt sich ein Bedarf nach einer Ausrüstung, welches die CMP-Eigenschaft eines Waferrandbereiches steuern kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Poliergerät für eine hohe Poliereinheitlichkeit zu schaffen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Poliergerät zu schaffen, welches in vielfältiger Weise einen Druck steuern kann, der auf jeden Waferflächenbereich während des Polierprozesses aufgebracht wird.

Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Poliergerät zu schaffen, welches in vielfältiger Weise die Poliergeschwindigkeit eines jeden Waferbereiches während eines Polierprozesses steuern kann.

Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Poliergerät zu schaffen, welches einen Kopf aufweist, der in stabiler Weise einen Wafer fixieren kann.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gerät zum Polieren eines Wafers einen Halterungsteil, an dem ein Polierkissen auf einer oberen Seite desselben montiert ist, und einen Polierkopf, der aus einem Träger und aus einer Membran zusammengesetzt ist. Der Polierkopf ist an dem Polierkissen der Halterungsvorrichtung positioniert. Das Polierkissen enthält einen Halter, der an einem inneren Zentrum des Trägers installiert ist, um einen abgedichteten Raum zusammen mit der Membran zu bilden, enthält einen Einspannring, der zwischen dem Träger positioniert ist, um den Wafer in einem Vakuum einzuspannen, und eine Einrichtung, um den Einspannring nach oben und nach unten zu bewegen. Die Bewegungseinrichtung ist zwischen dem Träger und dem Einspannring installiert und enthält ein elastisches Teil, welches durch einen extern aufgebrachten Druck erweitert oder ausgezogen wird, um den Einspannring nach oben und nach unten zu bewegen.

Der Einspannring ist mit der Membran bedeckt. Die Membran ist in einen ersten und einen zweiten Raum aufgeteilt, so daß abgedichtete Räume zusammen mit dem Träger sichergestellt werden und wobei ein Vakuum und ein Druck unabhängig in bezug auf den abgedichteten ersten und zweiten Raum gesteuert werden können. Der erste Raum ist am Zentrum der Membran positioniert und der zweite Raum ist so positioniert, daß er den ersten Raum umschließt. Der erste Raum ist in der Breite kleiner als der zweite Raum.

Die Membran besitzt ein Vakuumloch, um einen Wafer einzuspannen/freizugeben und eine Trennwand. Das Vakuumloch ist an dem ersten oder zweiten Raum der Membran ausgebildet.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gerät zum Polieren eines Wafers einen Abstützteil, bei dem ein Polierkissen an einer oberen Seite desselben montiert ist; und ein Polierkissen, welches aus einem Träger und aus dem ersten und dem zweiten Raum gebildet ist. Das Polierkissen enthält einen Polierkopf, der an dem Polierkissen des Halterungsteiles positioniert ist. Der Polierkopf enthält einen Halter, der an einem inneren Zentrum des Trägers installiert ist, um eine erste Kammer zu bilden, und enthält einen Einspannring, der in dem Träger installiert ist, so daß er co-linear mit dem Halter verläuft, um eine zweite Kammer zu bilden. Die Membran bedeckt den Halter und auch den Einspannring, so daß diese davon getrennt sind.

Eine getrennte Gaseinström-/-ausströmleitung ist mit der ersten und der zweiten Kammer verbunden. Der Halter besitzt erste Löcher, um die erste Kammer mit dem ersten Raum zu verbinden, und der Einspannring besitzt zweite Löcher, um die zweite Kammer mit dem zweiten Raum zu verbinden. Die Membran besitzt Vakuumlöcher zum Einspannen/Freigeben eines Wafers. Die Vakuumlöcher entsprechen den zweiten Löchern des Einspannringes. Die Membran, die in den ersten und den zweiten Raum aufgeteilt ist, ist ringförmig ausgeführt.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Polieren eines Wafers geschaffen, welches die Schritte aufweist:
Vakuumabsorbieren des Wafers durch ein Vakuumloch einer Membran hindurch, die unter einem Polierkopf positioniert ist; Anordnen des vakuumabsorbierten Wafers an der Membran an einem Polierkissen; Injizieren eines Gases in erste und zweite Gasgates eines Trägers, um den ersten und den zweiten Raum der Membran zu erweitern, die unter dem Polierkopf positioniert sind, wodurch ein erster und ein zweiter Druck auf den Wafer aufgebracht wird; und Drehen des Polierkopfes, um den Wafer zu polieren.

Das Gas wird unabhängig in das erste und das zweite Gasgate (Schieber, Tor) injiziert, um den Druck unabhängig in bezug auf den ersten und den zweiten Raum der Membran aufzubringen.

Der Polierkopf ist zusammengesetzt aus einem Druckluftverteiler (manifold), einem Träger, einem Halter und einer Membran. Der Träger ist konkav gestaltet und der Halter ist an dem konkaven Inneren des Trägers gelegen und besitzt erste und zweite Kammern und eine Vielzahl an Löchern, um unabhängig Gas zu dem ersten und zu dem zweiten Raum in einheitlicher Form hinzuführen, um dadurch einen einheitlichen Druck auf die Membran auszuüben.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Polieren eines Wafers geschaffen, welches die Schritte umfaßt:
herstellen eines Vakuums über einen Einspannring, der unter einem Polierkopf positioniert ist, welcher mit einem ersten Gasgate in den Polierkopf kommuniziert, um den Wafer an einem Polierkissen zu positionieren; Injizieren eines Gases in ein erstes und ein zweites Gasgate (Tor), um den ersten und den zweiten Raum einer Membran auszuweiten oder zu dehnen, welche Membran unter dem Polierkopf positioniert ist, um dadurch einen ersten und einen zweiten Druck auf den Wafer aufzubringen; und in Drehung setzen des Polierkopfes, um den Wafer zu polieren.

Bei dem Schritt gemäß dem Aufbringen des Druckes auf den Wafer wird der Einspannring nach unten bewegt, um auf einen Rand des Wafers eine Last aufzubringen. Der Einspannring wird durch einen Druck nach oben und nach unten bewegt, der auf ein elastisches Teil aufgebracht wird, welches zwischen dem Träger und dem Einspannring positioniert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Graphen, der einen nicht einheitlichen Polierzustand eines Wafers veranschaulicht;

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines CMP- Gerätes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Polierkopfes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine Außenansicht eines Polierkopfes, der in Fig. 3 gezeigt ist;

Fig. 5A ist eine Bodenansicht eines Polierkopfes, der in Fig. 3 gezeigt ist;

Fig. 5B zeigt eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes entlang einer Linie I-I', die in Fig. 5 A gezeigt ist;

Fig. 6A bis Fig. 6C zeigen Querschnittsansichten zur Erläuterung der Polierschritte in einem CMPO-Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes gemäß einer abgewandelten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist eine Bodenansicht, die einen Polierkopf darstellt, der in Fig. 7 gezeigt ist;

Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht, welche die Polierschritte veranschaulicht, die unter Verwendung eines Polierkopfes durchgeführt werden, der in Fig. 7 dargestellt ist;

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, welche die Polierschritte veranschaulicht, die unter Verwendung eines Polierkopfes durchgeführt werden, der in Fig. 10 gezeigt ist;

Fig. 12 und Fig. 13 zeigen Querschnittsansichten eines Polierkopfes gemäß einer abgewandelten zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung wird nun im folgenden vollständiger unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt sind. Es werden durchgehend für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

[Erste Ausführungsform]

Um nun auf Fig. 2 einzugehen, so besitzt ein CMP-Gerät 100 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Polierstation 110, an der ein drehbarer Drehtisch 114 montiert ist, und eine Polierkopfanordnung 120. Ein Polierkissen 112 ist an dem Drehtisch 114 angebracht.

Der Drehtisch 114 ist mit einer drehbaren Rotationseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, die den Drehtisch 114 mit 50 bis 80 Umdrehungen pro Minute dreht.

Unzweifelhaft können auch höhere Drehzahlen verwendet werden. Das Polierkissen 112 kann aus einem Kombinationselement mit einer rauhen Seite bestehen. Die Polierstation 110 enthält eine herkömmliche Kissenkonditionierungseinrichtung 116 und eine einen Schlamm liefernde Einrichtung 118, um einen Schlamm auf eine Oberfläche eines Polierkissens aufzubringen. Der Schlamm enthält ein Reaktionsreagens (z. B. deionisiertes Wasser für einen Oxidationspoliervorgang), Reibungsteilchen (z. B. Siliziumdioxid für einen Oxidationspoliervorgang) und einen chemischen Reaktionskatalysator (z. B. Kaliumhydroxid für einen Oxidationspoliervorgang). Die Kissenkonditioniereinrichtung 116 und die den Schlamm liefernde Einrichtung 118 sind nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung und sind gut bekannt, so daß eine detaillierte Beschreibung derselben hier übersprungen wird.

Die Polierkopfanordnung 120 enthält einen Polierkopf 130, eine Antriebswelle 122 und einen Motor 124. Der Polierkopf 130 hält einen Wafer 10 gegen das Polierkissen 112 und verteilt einheitlich einen von oben nach unten gerichteten Druck auf einer rückwärtigen Seite des Wafers 10. Auch der Polierkopf 130 kann mit 40 bis 70 Umdrehungen pro Minute gedreht werden, und zwar durch die Antriebswelle 122, die mit dem Motor 124 verbunden ist. Unzweifelhaft kann auch eine höhere Drehzahl verwendet werden. Wenigstens zwei, ein Strömungsmittel liefernde oder zuführende Kanäle, um einen Druck oder eine Absorption eines Wafers in einem Vakuum zu erzeugen, sind mit dem Polierkopf 130 verbunden. Natürlich sind auch Pumpen jeweils an die ein Strömungsmittel liefernden Kanäle angeschlossen.

Gemäß Fig. 3 und Fig. 5B wird nun ein Polierkopf 130 mehr in Einzelheiten im folgenden beschrieben. Der Polierkopf 130 enthält einen Druckverteiler (manifold) 132, einen behälterförmig gestalteten Träger 134, einen Festhaltering 140, einen Halter 150, einen Einspannring 160 und eine flexible Membran 170.

Der Druckverteiler 132 bildet einen Teil zum Verteilen von zwei ein Strömungsmittel liefernden Kanälen zu einem ersten und einem zweiten Gasgate 134a und 134b.

Der Halter 150 ist in dem Träger 134 installiert und besitzt eine obere Seite 152, eine Bodenseite 154, eine Vielzahl von ersten Löchern 156 und eine erste Kammer 158.

Die erste Kammer 158 kommuniziert mit dem ersten Gasgate 134a, und die ersten Löcher 156 kommunizieren mit einem ersten Raum X1 der Membran 170.

Der Einspannring 160 schafft eine zweite Kammer 136, die mit dem zweiten Gasgate 134b kommuniziert, zusammen mit einer Innenseite des Trägers 134 und der oberen Seite 152 des Halters 150. Die zweite Kammer 136 kommuniziert mit einem zweiten Raum X2 der Membran 170 über eine Vielzahl von zweiten Löchern 162.

Die Membran 170 bringt eine Last auf einen dünnen Gummifilm auf, dessen Seite direkt mit einer rückwärtigen Seite 10a des Wafers 10 in Kontakt steht. Wenn die Membran 170 durch Aufbringen eines Druckes expandiert, bringt sie eine Last auf die rückwärtige Seite 10a des Wafers 10 auf. Die Membran 170 ist in einen ersten und einen zweiten Raum X1 und X2 aufgeteilt, die abgedichtete Räume zusammen mit dem Halter 150 bzw. dem Einspannring 160 sicherstellen. Ein Vakuum und ein Druck für den abgedichteten ersten und zweiten Raum X1 und X2 werden voneinander unabhängig gesteuert. Der erste Raum X1 ist an einem Zentrum der Membran 170 positioniert und der zweite Raum X2 ist so positioniert, um den ersten Raum X1 abzudecken. Eine Breite oder Weite des zweiten Raumes X2 ist größer als diejenige des ersten Raumes X1.

Da der Einspannring 160 mit der Membran 170 bedeckt ist, wird ein Druck, der für den zweiten Raum X2 geliefert wird, nicht nach außen hin abgebaut bzw. entlüftet. Es ist daher möglich, eine Last auf einen Wafer entsprechend dem vorgesehenen Druck aufzubringen. Als ein Ergebnis kann die Wafereinheitlichkeit erhöht werden.

Die Membran 170 besitzt Vakuumlöcher 172 und eine Trennwand 174, um die Membran in den ersten und den zweiten Raum aufzuteilen. Es sei darauf hingewiesen, daß das Vakuumloch 172 an dem ersten Raum X1 der Membran 170 ausgebildet sein kann oder an dem ersten und dem zweiten Raum ausgebildet sein kann. Das Vakuumloch 172 kann co-linear mit dem zweiten Loch 162 des Einspannringes 160 ausgebildet sein.

Bei dem CMP-Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird in bevorzugter Weise eine AMAT-(Applied Material = angewendetes Material)-Membran mit einer Härte von 40 bevorzugt verwendet. Eine elastische Kraft einer Membran hat einen Einfluß auf die Poliereinheitlichkeit. Wenn beispielsweise die elastische Kraft hoch ist, empfängt ein zentraler Abschnitt eines Wafers einen relativ höheren Druck als ein Randabschnitt des Wafers. Daher wird das Polierverhältnis an dem zentralen Abschnitt höher. Da ein hoher Druck dazu neigt, nicht nur an dem zentralen Abschnitt aufgebracht zu werden, sondern an den seitlichen Abschnitten oder Teilen, kann das Waferpolierverhältnis vollständig erhöht werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die elastische Kraft der Membran durch die Dicke und durch das Material derselben gesteuert wird und daß die Dicke und das Material örtlich gesteuert werden, um das Waferpolierverhältnis zu verbessern.

Ein Festhaltering 140 ist an dem unteren Rand des Trägers 134 installiert und verhindert, daß der Wafer 10 sich von dem Polierkopf 130 ablöst.

Eine Waferpolierprozedur in solch einem CMP-Gerät umfasst die Schritte gemäß Einladen eines Wafers 10, der durch Vakuum an dem Polierkissen 130 absorbiert wird, auf ein Polierkissen 112 eines Drehtisches 114, Aufbringen eines Druckes auf den ersten und den zweiten Raum X1 und X2 einer Membran 170, um eine Waferpolieroberfläche 10b (eine zweite Oberfläche) zu polieren, durch Vakuum Reabsorbieren des polierten Wafers 10 an dem Polierkopf 130 und Entladen des vakuum-reabsorbierten Wafers von dem Polierkissen 112 zu einer Aufbewahrungsstufe (nicht gezeigt).

Jeder der Polierschritte wird vollständiger anhand der vollständigen Tabelle beschrieben.

Tabelle 1

Bei dem Einladungsschritt wird der Polierkopf 130 so bewegt, um die Membran 170 auf die Waferrückseite 10a zu positionieren, wie dies in Fig. 6b gezeigt ist. Es wird in der ersten Kammer 158 über das erste Gasgate 134a ein Vakuum erzeugt und es wird auch in der zweiten Kammer 136 über das zweite Gasgate 134b ein Vakuum hergestellt. Als ein Ergebnis wird der Wafer 10 in stabiler Weise durch das Vakuum absorbiert, und zwar zu den Vakuumlöchern der Membran 170 hin. Der stabil absorbierte Wafer 10 wird dann auf das Polierkissen 112 des Drehtisches 114 geladen. Der Polierkopf 130 wird so weit abgesenkt, bis der Wafer 10 das Polierkissen 112 kontaktiert. Bei dem Polierschritt wird ein unabhängig gesteuerter Druck zu der ersten und zu der zweiten Kammer 158 und 134 geliefert. Der Druck bewirkt ein Ausdehnen der Membran 170 über die ersten und die zweiten Löcher 156 und 162, wobei ein erster Raum X1 (der durch einen Halter und eine Membran gebildet ist) und in einem zweiten Raum X2 (der durch einen Einspannring und die Membran gebildet ist) durch Druck beaufschlagt werden. Der aufgebrachte Druck wirkt als eine Last auf eine Polieroberfläche des Wafers 10 entsprechend den Räumen X1 und X2. Es wird dann Polierschlamm über die den Schlamm liefernde Einrichtung zugeführt und es werden der Polierkopf 130 und der Drehtisch 114 in entgegengesetzten Drehrichtungen oder in identischen Drehrichtungen in Drehung versetzt, um eine Waferpolieroberfläche zu polieren. Der an jedem der Gasgates 134a und 134b vorgesehene Druck wird so gesteuert, um in einfacher Weise eine Last einzustellen, die auf eine Polieroberfläche eines Wafers aufgebracht wird, entsprechend dem ersten und dem zweiten Raum X1 und X2 der Membran 170.

Bei dem Einspannschritt wird, nachdem der Poliervorgang vervollständig worden ist, Vakuum in der zweiten Kammer 136 über das zweite Gasgate 134b erzeugt, wie dies in Fig. 6C gezeigt ist. Anstelle des Vakuums kann auch ein Druck von Null (dieser Ausdruck "Null" wird gewöhnlich an einer Arbeitsstelle verwendet und bedeutet einen atmosphärischen Druck) vorgesehen werden. Es wird dann der Wafer 10 durch Vakuum zu den Vakuumlöchern 172 hin absorbiert, die an dem zweiten Raum X2 der Membran 170 ausgebildet sind. Der absorbierte Wafer 10 wird von dem Polierkissen 112 entladen und zu einer Aufbewahrungsstufe (nicht gezeigt) verbracht, und wird dann an der Aufbewahrungsstufe mit Hilfe von Druck plaziert, der in der ersten und der zweiten Kammer vorgesehen wird.

Wie oben beschrieben ist, besitzt der Polierkopf 130 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Membran, die in einen ersten und einen zweiten Raum aufgeteilt ist, wobei Vakuum und Druck unabhängig voneinander gesteuert werden. Eine unabhängig steuerbare Last wird auf die Waferortsteile oder -abschnitte aufgebracht, von denen jeder Abschnitt den Räumen entspricht, wodurch dann eine Poliereinheitlichkeit verbessert wird. Wenn speziell ein höherer Druck auf den zweiten Raum X2 der Membran aufgebracht wird, kann die Poliereinheitlichkeit eines Waferrandabschnitts verbessert werden. Die Membran besitzt Vakuumlöcher zum Einspannen und zum Freigeben eines Wafers, wodurch es möglich wird, den Nachteil zu überwinden, daß ein Wafer lose durch einen Vakuumleckvorgang zwischen der Membran und dem Wafer eingespannt wird.

Obwohl nur eine Membran in einen ersten und einen zweiten Raum aufgeteilt ist, um die zwei Räume X1 und X2 vorzusehen, kann diese auch in beispielsweise drei Räume aufgeteilt werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß ein Druck auch unabhängig in bezug auf die Räume gesteuert werden kann.

Abgewandelte erste Ausführungsform

Fig. 7 bis Fig. 9 veranschaulichen Querschnittsansichten eines Polierkopfes gemäß einer abgewandelten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Polierkopf 130a ist von einem Polierkopf 130 gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend verschieden, daß in eine Vielzahl von Räume X1 und X2 aufgeteilt ist, die durch eine Membran vorgesehen werden, und in einen Raum X3 aufgeteilt ist, den die Membran nicht vorsieht, und daß ein unabhängig steuerbarer Druck für jeden der Räume vorgesehen werden kann. Aus diesem Grund enthält der Polierkopf 130a einen Träger 134, einen Zentrumshalter 186, einen mittleren Halter 188, einen Einspannring 184 und eine Membran 170a.

Der Träger 134 besitzt erste bis dritte Gasgates 134a, 134b und 134c. Der Zentrumshalter 186 besitzt eine erste Kammer 186, die mit dem ersten Gasgate 134a in Strömungsverbindung steht, und besitzt eine Bodenseite, wo erste Löcher 186a vorgesehen sind, die mit einer ersten Kammer 187 in Strömungsverbindung stehen. Der mittlere Halter 188 ist in dem Träger 134 installiert, so daß er co-linear mit dem Zentrumshalter 186 angeordnet ist und ist an einer peripheren Seite des Zentrumshalters 186 positioniert. Auch der mittlere Halter 188 besitzt ein zweites Loch 188a, welches mit dem zweiten Gasgate 134b kommuniziert.

Der Einspannring 184 ist in dem Träger 134 so installiert, so daß er co-linear mit dem mittleren Halter 188 verläuft und ist an einer peripheren Seite des mittleren Halters 188 positioniert. Auch der Einspannring 184 liefert eine dritte Kammer 136, die mit dem dritten Gasgate 134c zusammen mit der Innenseite und dem Zentrum des Trägers 134 und den mittleren Haltern kommuniziert. Die dritte Kammer 136 kommuniziert mit einer Vielzahl an dritten Löchern 184a, die an dem Einspannring 184 ausgebildet sind.

Die Membran 170 ist ringförmig gestaltet und ist in einen ersten und einen zweiten Raum X1 und X2 aufgeteilt, wodurch abgedichtete Räume im Zusammenwirken mit dem mittleren Halter 188 bzw. dem Einspannring 184 sichergestellt werden. Ein Unterdruck und ein Druck werden unabhängig gesteuert, und zwar für den abgedichteten ersten und zweiten Raum X1 und X2. Der zweite Raum X2 ist so positioniert, daß er den ersten Raum X1 an der Außenseite des ersten Raumes X1 umschließt. Die Membran 170a besitzt Vakuumlöcher (Unterdrucklöcher) 172 zum Einspannen und zum Freilassen eines Wafers, und besitzt eine Zwischenwand 174, um die Membran 170a in den ersten und den zweiten Raum aufzuteilen. Die Vakuumlöcher 172 sind jeweils an dem ersten und dem zweiten Raum X1 und X2 ausgebildet. Beispielsweise kann das Vakuumloch 172 lediglich an dem ersten Raum X1 ausgebildet sein und kann nicht an beiden Räumen ausgebildet sein. Das Vakuum bzw. Unterdruck wird an einem zentralen Raum X3 zum Einspannen des Wafers erzeugt.

Der zentrale Raum X3 ist in dem ersten Raum X1 positioniert. Aus diesem Grund ist der erste Raum X1 ringförmig gestaltet. Der zentrale Raum X3 stellt einen abgedichteten Raum im Zusammenwirken mit dem Zentrumshalter 186, der Membran 170a und der Waferoberseite 10a sicher. Es können ein Vakuum und ein Druck für den abgedichteten zentralen Raum X3 gesteuert vorgesehen werden, und zwar über das erste Gasgate 134a, wobei dieses Vakuum und dieser Druck unabhängig von dem ersten und dem zweiten Raum X1 und X2 sind.

Wie oben beschrieben ist, ist der Polierkopf 130a gemäß der Erfindung in den zweiten Raum X2, den ersten Raum X1 und den zentralen Raum X3 aufgeteilt, um dadurch eine Waferpoliereinheitlichkeit zu verbessern. Der erste und der zweite Raum X1 und X2 sind mit Hilfe der Membran gebildet, während der zentrale Raum X3 ohne eine Membran gebildet ist. Es kann daher ein Unterdruck bzw. Vakuum und Druck unabhängig für jeden der Räume X1, X2 und X3 über die Gasgates 134a, 134b und 134c gesteuert werden.

Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, in einfacher Weise eine Last zu steuern, die auf die örtlichen Abschnitte aufgebracht wird, von denen jeder Abschnitt dem ersten, dem zweiten und dem dritten Raum entspricht. Als ein Ergebnis kann die Poliergeschwindigkeit der örtlichen Waferabschnitte oder -teile sehr viel feiner gesteuert werden.

Der Polierkopf 130a gemäß der abgewandelten ersten Ausführungsform ist identisch mit einem Polierkopf 130 gemäß der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die charakteristische Konstruktion und Betriebsweise des Polierkopfes 130a anders ist.

Zweite Ausführungsform

Fig. 10 und Fig. 11 veranschaulichen Querschnittsansichten eines Polierkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ein Polierkopf 130b gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Polierkopf 130 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, daß ein Einspannring nach oben und nach unten bewegbar ist. Aus diesem Grund enthält der Polierkopf 130b einen Druckverteiler 132, einen behälterförmig gestalteten Träger 134, einen Festhaltering 140, einen Zentrumshalter 186, einen mittleren Halter 188, eine Membran 170b, einen Einspannring 190 und eine Bewegungseinrichtung.

Der Druckverteiler 132 bildet einen Teil, um vier, ein Strömungsmittel liefernde Kanäle zu den Gasgates 134a, 134b, 134c und 134d des Trägers 134 zu verteilen.

Der Träger 134 besitzt erste bis vierte Gasgates 134a, 134b, 134c und 134d. Der Zentrumshalter 186 ist in dem Träger 134 installiert und besitzt eine erste Kammer 187, die mit dem ersten Gasgate 134a kommuniziert, und besitzt eine Bodenseite, in der erste Löcher 186a ausgebildet sind.

Der mittlere Halter 188 ist in dem Träger 134 so installiert, daß er co-linear mit dem Zentrumshalter 186 ist und ist an einer peripheren Seite des Zentrumshalters 186 positioniert. Auch der mittlere Halter 188 besitzt ein zweites Loch 188a, welches mit dem zweiten Gasgate 134b in Strömungsverbindung steht.

Die Membran 170b besteht aus einem dünnen Gummifilm, dessen Seite direkt eine rückwärtige Seite 10a des Wafers 10 kontaktiert. Wenn ein Druck auf die Membran 170b aufgebracht wird, wird die Membran 170 ausgedehnt, um eine Last auf die Rückseite 10a aufzubringen. Die Membran 170a ist in einen ersten und zweiten Raum X1 und X2 aufgeteilt, wodurch abgedichtete Räume zusammen mit dem Zentrumshalter 186 und dem mittleren Halter 188 jeweils sichergestellt werden. Ein Vakuum und ein Druck werden in Verbindung mit den abgedichteten ersten und zweiten Räumen X1 und X2 unabhängig voneinander gesteuert. Der erste Raum X1 ist an einem Zentrum der Membran 170b gelegen und der zweite Raum X2 ist so positioniert, daß er den ersten Raum X1 umschließt. Eine Breite oder Weite des ersten Raumes X2 ist größer als diejenige des zweiten Raumes X1.

Der Einspannring 190 ist in dem Träger 134 so installiert, daß er mit dem mittleren Halter 188 co-linear verläuft, und ist an einer peripheren Seite des mittleren Halters 188 positioniert. Der Einspannring 190 liefert eine dritte Kammer 136, die mit dem dritten Gasgate 134c zusammen mit der Innenseite und dem Zentrum des Trägers 134 und den mittleren Haltern kommuniziert. Auch der Einspannring 190 besitzt ein Vakuumloch 192, um in direkter Weise den Wafer 10 durch Unterdruck zu absorbieren. Die Filme 194, die zu dem Zweck vorgesehen sind, zu verhindern, daß der Einspannring 190 den Wafer 10 verkratzt, sind um eine Bodenseite des Einspannringes 190 herum angebracht, wo ein Vakuumloch 192 ausgebildet ist. Die Filme 194 werden als ein Waferfixier-/-freigabemedium verwendet und sind dafür ausgelegt, um eine starke Last auf einen Waferrandabschnitt aufzubringen. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann eine Membran den Einspannring 190 bedecken, der nach oben und nach unten bewegbar ist.

Die Einrichtung, um den Einspannring zu bewegen, ist zwischen dem Träger 134 und dem Einspannring 190 installiert und besitzt ein elastisches Teil 196, welches durch einen Druck komprimiert und ausgedehnt wird, der von außen her (dem vierten Gasgate 134d) vorgesehen wird, um eine nach unten verlaufende Last auf den Einspannring während des Poliervorganges aufzubringen. Ferner wird das elastische Teil 196 zum Schrumpfen und zum Expandieren gebracht, was durch einen Druck erfolgt, der über das vierte Gasgate 134d geliefert wird, um dadurch während des Wafereinspannvorganges als vollständige Puffereinrichtung zu dienen.

Obwohl eine Membran an einem Zentrumshalter und einem mittleren Halter installiert ist, um gemäß dieser Ausführungsform zwei Räume vorzusehen, kann auch eine Membran für jeden Halter installiert sein, um eine Vielzahl an Räumen zu erzeugen. Andererseits können eine Vielzahl an Membranen an einem Halter installiert sein, um eine Vielzahl an Membranen zu erreichen. Unzweifelhaft können Gasgates (Ventilsteuereinrichtungen) für eine unabhängige Steuerung eines Druckes mit jedem der Räume in Strömungsverbindung stehen.

Wie oben beschrieben ist, umfaßt ein Polierkopf gemäß dieser Ausführungsform einen Spezialeinspannring, um einen Wafer direkt durch ein Vakuum oder Unterdruck zu absorbieren bzw. anzuziehen, wobei der Einspannring nach oben und nach unten bewegt werden kann, um direkt eine Last auf einen Waferrandbereich aufzubringen.

Wie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, umfaßt eine Waferpolierprozedur in dem CMP-Gerät gemäß der zweiten Ausführungsform die folgenden Schritte: Einladen eines Wafers 10, der durch ein Vakuum an einen Polierkopf 130b absorbiert bzw. angezogen wird, auf ein Polierkissen 112 eines Drehtisches, Aufbringen eines Druckes auf eine Membran 170b, um eine Polieroberfläche (zweite Oberfläche) eines Wafers 10 zu polieren, Vakuumdrehabsorbieren des polierten Wafers 10 an den Polierkopf 130b und Entladen des vakuum-reabsorbierten Wafers 10 von dem Polierkissen des Drehtisches.

Fig. 11 veranschaulicht die Polierschritte, gemäß denen ein unabhängig steuerbarer Druck in den ersten und zweiten Räumen X1 und X2 und einem elastischen Teil 196 über Gasgates 134a, 134b und 134d eines Trägers 134 aufgebracht bzw. eingebracht wird. Der Druck, der für den ersten Raum X1 einer Membran über das erste Gasgate 134a vorgesehen wird, liefert eine Last an einen zentralen Raum 21 eines Wafers. Der Druck, der auf das elastische Teil 196 über das vierte Gasgate 134d aufgebracht wird, expandiert das elastische Teil 196. Ein Einspannring 190, der durch das expandierte elastische Teil 196 nach unten bewegt wird, liefert eine große Last für einen Waferrandabschnitt Z3. Es wird Polierschlamm durch die einen Schlamm liefernde Einrichtung zugeführt und dann werden ein Polierkopf 130b und ein Drehtisch 114 einander gegenüberliegend umgekehrt, um eine Waferpolieroberfläche zu polieren. Der für jedes Gasgate vorgesehene Druck wird so gesteuert, um in einfacher Weise eine Last einzustellen, die auf jeden der Räume Z1, Z2 und Z3 aufgebracht wird.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Druck, der für die Gasgates 134a, 134b, 134c und 134d eines Trägers 134 geliefert wird, so gesteuert, um in einfacher Weise eine Last einzustellen, die auf örtliche Abschnitte (Zentralabschnitt, mittlerer Abschnitt und Randabschnitt) eines Wafers aufgebracht wird. Es ist daher möglich, in präziserer Weise die Poliergeschwindigkeit der örtlichen Abschnitte des Wafers zu steuern.

Beispielsweise kann ein Polierkopf eines CMP-Gerätes gemäß der zweiten Ausführungsform auf eine Membran hin geändert werden, um einen Halter und einen Raum und einen Polierkopf 130c mit einem Einspannring, der sich nach oben und nach unten bewegt, zu erreichen.

Der Polierkopf 130b ist identisch dem Polierkopf 130 mit der Ausnahme der vorangegangen erläuterten charakteristischen Konstruktion und Betriebsweise des Polierkopfes 130b, so daß eine detaillierte Beschreibung desselben hier übersprungen wird.

Während ein der Veranschaulichung dienendes Beispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, sind zahlreiche Abwandlungen und alternative Ausführungsformen für einen Fachmann offensichtlich, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist demzufolge beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf die spezifische beschriebene und veranschaulichte Ausführungsform beschränkt ist. Es sind vielfältige Abwandlungen möglich, ohne dabei den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims (25)

1. Vorrichtung zum Polieren eines Wafers, mit:
einem Halterungsteil, an dem ein Polierkissen an dessen oberer Seite montiert ist; und
einem Polierkopf, der aus einem Träger und einer Membran zusammengesetzt ist, wobei der Polierkopf an dem Polierkissen des Halters positioniert ist, wobei das Polierkissen folgendes enthält:
einen Halter, der einen abgedichteten Raum zusammen mit der Membran bildet, wobei der Halter an einem internen Zentrum des Trägers installiert ist;
einen Einspannring, um den Wafer durch ein Vakuum oder Unterdruck einzu­ spannen, wobei der Einspannring zwischen dem Träger und dem Halter positio­ niert ist; und
eine Einrichtung zum Aufwärts- und Abwärtsbewegen des Einspannringes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bewegungseinrichtung zwischen dem Träger und dem Einspannring installiert ist und ein elastisches Teil enthält, wel­ ches durch einen extern aufgebrachten Druck expandiert, um den Einspannring aufwärts und abwärts zu bewegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Einspannring mit der Membran be­ deckt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Membran in einen ersten und einen zweiten Raum aufgeteilt ist, von denen jeder abgedichtete Räume sichert, und zwar zusammen mit dem Träger, und bei der das Vakuum oder der Unterdruck und der Druck unabhängig voneinander in Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Raum gesteuert werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der erste Raum an einem Zentrum der Membran positioniert ist und bei der der zweite Raum so positioniert ist, daß er den ersten Raum umschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der erste Raum in der Weite oder Breite kleiner ist als der zweite Raum.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Membran ein Unterdruckloch auf­ weist, um einen Wafer einzuspannen/freizugeben, und eine Trennwand aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Unterdruckloch an dem ersten Raum der Membran ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Unterdruckloch an dem zweiten Raum der Membran ausgebildet ist.

10. Vorrichtung zum Polieren eines Wafers, mit:
einem Halterungsteil, an dem ein Polierkissen an einer oberen Seite desselben montiert ist; und
bei der das Polierkissen aus einem Träger und dem ersten und dem zweiten Raum zusammengesetzt ist, wobei das Polierkissen einen Polierkopf enthält, der an dem Polierkissen des Halterungsteiles positioniert ist,
wobei der Polierkopf einen Halter aufweist, der an einem internen Zentrum des Trägers installiert ist, um eine erste Kammer vorzusehen, und wobei ein Ein­ spannring in dem Träger derart installiert ist, daß dieser co-linear mit dem Halter verläuft, um eine zweite Kammer zu bilden; und
bei der die Membran den Halter und den Einspannring zur Trennung derselben bedeckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der eine getrennte Gaseinström­ /-ausströmleitung an die erste und die zweite Kammer angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Halter erste Löcher aufweist, um die erste Kammer mit dem ersten Raum zu verbinden, und bei der der Einspannring zweite Löcher aufweist, um die zweite Kammer mit dem zweiten Raum zu ver­ binden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Membran Unterdrucklöcher aufweist, um einen Wafer einzuspannen/freizugeben, wobei die Unterdrucklöcher den zweiten Löchern des Einspannringes entsprechen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der erste Raum ringförmig an einem Zentrum der Membran positioniert ist und bei der der zweite Raum so positio­ niert ist, daß er den ersten Raum überdeckt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der ein zentraler Raum an einem mittleren Abschnitt des ringförmigen ersten Raumes gebildet ist und bei der ein Vakuum bzw. Unterdruck und ein Druck für den zentralen Raum gesteuert werden, und zwar unabhängig von dem ersten und von dem zweiten Raum.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Membran, die in den ersten und den zweiten Raum aufgeteilt ist, ringförmig ist.

17. Verfahren zum Polieren eines Wafers, mit den folgenden Schritten:
durch Unterdruck absorbieren eines Wafers über ein Unterdruckloch einer Mem­ bran, die unter einem Polierkopf positioniert ist;
in Lage bringen des durch Unterdruck absorbierten Wafers in bezug auf die Membran an einem Polierkissen;
Injizieren eines Gases in erste und zweite Gasgates eines Trägers, um den ersten und den zweiten Raum der Membran zu expandieren, die unter dem Polierkopf gelegen sind, wobei ein erster und ein zweiter Druck auf den Wafer aufgebracht werden; und
in Drehung versetzen des Polierkopfes, um den Wafer zu polieren.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Gas unabhängig in das erste und das zweite Gasgate injiziert wird, um Druck unabhängig dem ersten und dem zwei­ ten Raum der Membran zuzuführen.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Polierkopf aus einem Druckverteiler, einem Träger, einer Halterung und einer Membran zusammengesetzt ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Träger konkav ausgeführt ist und der Halter an einem konkaven Inneren des Trägers stationiert ist und erste und zweite Kammern aufweist und eine Vielzahl von Löchern, um ein Gas unabhän­ gig zu dem ersten und zu dem zweiten Raum in einheitlicher Form hin zu über­ tragen, wobei auf die Membran ein einheitlicher Druck ausgeübt wird.

21. Verfahren zum Polieren eines Wafers, mit den folgenden Schritten:
Bilden eines Vakuums bzw. Unterdruckes über einen Einspannring, der unter ei­ nem Polierkopf positioniert ist und mit einem ersten Gasgate in dem Polierkopf kommuniziert, um den Wafer an einem Polierkissen zu positionieren;
Injizieren eines Gases in das erste und das zweite Gasgate, um den ersten und den zweiten Raum einer Membran zu expandieren, die unter dem Polierkopf po­ sitioniert sind, so daß auf den Wafer ein erster und ein zweiter Druck aufge­ bracht wird; und
in Drehung versetzen des Polierkopfes, um den Wafer zu polieren.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Membran an einem zentralen Ab­ schnitt des Polierkopfes positioniert ist und bei dem der Einspannring an einem Außenbereich der Membran gelegen ist.

23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Einspannring nach unten bewegt wird, um auf einen Rand des Wafers eine Last aufzubringen, und zwar in dem Schritt gemäß dem Aufbringen von Druck auf den Wafer.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Einspannring nach oben und nach unten mit Hilfe eines Druckes bewegt wird, der auf ein elastisches Teil aufge­ bracht wird, welches zwischen dem Träger und dem Einspannring positioniert ist.

25. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Einspannring mit der Membran be­ deckt ist.