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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Polieren eines
Wafers nach den Ansprüchen 1,
5, 9 und 12.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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
platziert, 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.
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Eine
entsprechende Vorrichtung ist z.B. aus der
EP 1029633 A1 bekannt.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Poliergerät für eine hohe
Poliereinheitlichkeit zu schaffen, welches in vielfältiger Weise
den Druck, der auf jeden Waferflächenbereich
während
des Polierprozesses aufgebracht wird, und die Poliergeschwindigkeit
eines jeden Waferbereiches während
eines Polierprozesses steuern und in stabiler Weise einen Wafer
fixieren kann.
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Die
genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1,
5, 9 und 12 aufgeführten Merkmale
gelöst.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Polieren eines Wafers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung 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.
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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.
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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.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung
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.
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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.
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Der
Polierkopf ist zusammengesetzt aus einem Druckluftverteiler, einem
Träger,
einem Halter und einer Membran. Der Träger ist konkav, behälterförmig 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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Graphen, der einen nicht einheitlichen Polierzustand eines
Wafers veranschaulicht;
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2 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines CMP-Gerätes gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Polierkopfes
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Außenansicht
eines Polierkopfes, der in 3 gezeigt
ist;
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5A ist
eine Bodenansicht eines Polierkopfes, der in 3 gezeigt
ist;
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5B zeigt
eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes entlang einer Linie
I-I', die in 5A gezeigt ist;
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6A bis 6C zeigen
Querschnittsansichten zur Erläuterung
der Polierschritte in einem CMPO-Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes gemäß einer abgewandelten ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Bodenansicht, die einen Polierkopf darstellt, der in 7 gezeigt
ist;
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht, welche die Polierschritte veranschaulicht,
die unter Verwendung eines Polierkopfes durchgeführt werden, der in 7 dargestellt
ist;
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10 ist
eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Polierschritte veranschaulicht,
die unter Verwendung eines Polierkopfes durchgeführt werden, der in 10 gezeigt
ist;
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12 und 13 zeigen
Querschnittsansichten eines Polierkopfes gemäß einer abgewandelten zweiten
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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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.
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[Erste Ausführungsform]
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Um
nun auf 2 einzugehen, so besitzt ein
CMP-Gerät 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Polierstation 110, an der ein drehbarer
Drehtisch 114 als ein Halterungsteil montiert ist, und
eine Polierkopfanordnung 120. Ein Polierkissen 112 ist
an dem Drehtisch 114 angebracht.
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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.
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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.
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Gemäß 3 und 5B wird
nun ein Polierkopf 130 mehr in Einzelheiten im folgenden
beschrieben. Der Polierkopf 130 enthält einen Druckverteiler 132,
einen behälterförmig gestalteten
Träger 134,
einen Festhaltering 140, einen Halter 150, einen
Einspannring 160 und eine flexible Membran 170.
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Der
Druckverteiler 132 bildet einen Teil zum Verteilen von
zwei ein Strömungsmittel
lieferden Kanälen zu
einem ersten und einem zweiten Gasgate 134a und 134b.
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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.
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Die
erste Kammer 158 kommuniziert mit dem ersten Gasgate 134a,
und die ersten Löcher 156 kommunizieren
mit einem ersten Raum X1 der Membran 170.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
Festhaltering 140 ist an dem unteren Rand des Trägers 134 installiert
und verhindert, daß der
Wafer 10 sich von dem Polierkopf 130 ablöst.
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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).
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Jeder
der Polierschritte wird vollständiger
anhand der vollständigen
Tabelle beschrieben. Tabelle
1
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Bei
dem Einladungsschritt wird der Polierkopf 130 so bewegt,
um die Membran 170 auf die Waferrückseite 10a zu positionieren,
wie dies in 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.
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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 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.
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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.
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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.
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[Abgewandelte erste Ausführungsform]
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7 bis 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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[Zweite Ausführungsform]
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10 und 11 veranschaulichen
Querschnittsansichten eines Polierkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Z1 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.
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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.
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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.
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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.
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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.