DE112007000523T5

DE112007000523T5 - Polierkopf zum Polieren von Halbleiter-Wafern

Info

Publication number: DE112007000523T5
Application number: DE112007000523T
Authority: DE
Inventors: David E. Los Gatos Berkstresser; Jerry J. San Jose Berkstresser; Jino San Jose Park; In-kwon Cupertino Jeong
Original assignee: Inopla Inc San Jose; Inopla Inc
Current assignee: Komico Technology Inc
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2009-01-15
Also published as: US7364496B2; KR101042559B1; WO2007103703A2; KR20080100841A; US20070207709A1; WO2007103703A3; JP2009529246A

Abstract

Polierkopf, umfassend:
eine Basisstruktur mit einer unteren Oberfläche, wobei die Basisstruktur konfiguriert ist, um wenigstens eine Aussparungsregion auf der unteren Oberfläche einzuschließen;
eine äußere flexible Membran, die unter der Basisstruktur positioniert ist, wobei die äußere flexible Membran und die Basisstruktur eine Kammer unter der Basisstruktur definieren;
einen ersten Fluidkanal, der funktionsfähig mit der Kammer verbunden ist, um Sog an wenigstens einen Bereich der Kammer anzulegen, wobei der Sog verursacht, dass sich die äußere flexible Membran an die mindestens eine Aussparungsregion der Basisstruktur anpasst, so dass mindestens eine Vertiefung auf einer Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran geformt wird; und
einen zweiten Fluidkanal, der konfiguriert ist, um sich durch die äußere flexible Membran zu erstrecken, so dass eine Öffnung des zweiten Fluidkanals in der mindestens einen Vertiefung positioniert ist, wenn der Sog an die Kammer angelegt wird, wobei der zweite Fluidkanal verwendet wird, um einen weiteren Sog an...

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung hat den Anspruch auf den Vorteil der provisorischen U. S.-Patentanmeldungs-Seriennummern 60/778 675, eingereicht am 3. März 2006, 60/800 468, eingereicht am 15. Mai 2006, 60/834 890, eingereicht am 1. August 2006, 60/837 109, eingereicht am 11. August 2006, und 60/844 737, eingereicht am 15. September 2006, welche alle hierin als Bezugsstellen einbezogen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiter-Verarbeitungseinrichtungen und genauer gesagt einen Polierkopf und ein Verfahren zur Handhabung und zum Polieren von Halbleiter-Wafern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die örtliche und globale Planarisierung, bzw. Glättung von Halbleiter-Wafern wird zunehmend wichtig, wenn mehrere Metallschichten und Zwischenschicht-Dielektrikum-Lagen auf die Wafer aufgeschichtet werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Planarisieren von Halbleiter-Wafern ist das chemisch-mechanische Polier-Verfahren (CMP), worin eine Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung einer Aufschlämmungslösung poliert wird, welche zwischen dem Wafer und einer Polierauflage eingespeist wird. Das CMP-Verfahren wird außerdem in weitem Umfang für das Damaszener-Verfahren verwendet, um Kupferstrukturen auf den Halbleiter-Wafern zu bilden.
Im Allgemeinen beinhaltet eine CMP-Ausrüstung einen Poliertisch, auf dem eine Polierauflage platziert ist, und einen Wafer-Träger, der einen Halbleiter-Wafer trägt und den Wafer gegen die Polierauflage presst. Die CMP-Ausstattung kann auch einen Wafer-Reiniger einschließen, um die polierten Wafer zu säubern und zu trocknen.
Eine wichtige Komponente einer CMP-Ausstattung ist der Polierkopf, der einen auf einer Polieroberfläche zu polierenden Halbleiter-Wafer hält. Der Polierkopf ist entworfen, um den Wafer festzuhalten (zu laden) und loszulassen (entladen), und Druck auf den Wafer auf der Polieroberfläche auszuüben. Nachdem ein Wafer poliert ist, kann eine starke Haftung zwischen dem Wafer und der Polieroberfläche existieren, was das Festhalten des Wafers auf dem Polierkopf problematisch macht. Der Polierkopf muss entworfen sein, um diese Haftung zwischen dem Wafer und der Polieroberfläche zu überwinden, damit der Wafer auf dem Polierkopf festgehalten wird. Während des Wafer-Polierens muss der Polierkopf einen richtigen Druck auf den Wafer ausüben, um ein ungleichmäßiges Polieren zu minimieren.
In Hinsicht auf die oben genannten Punkte besteht ein Bedarf nach einem Polierkopf und einem Verfahren zur Handhabung und zum Polieren von Halbleiter-Wafern, welches diese Punkte überwindet, um die Wafer in geeigneter Weise handzuhaben und zu polieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Polierkopf und ein Verfahren zur Handhabung und zum Polieren von Halbleiter-Wafern verwendet eine Basisstruktur mit mindestens einer Aussparungsregion und einer äußeren flexiblen Membran, welche sich der mindestens einen Aussparungsregion anpassen kann, um mindestens eine Vertiefung zu bilden, um einen Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran zu halten, wenn ein Sog an die mindestens eine Vertiefung angelegt wird. Die mindestens eine Vertiefung ermöglicht, dass eine breite Fläche des Wafers dem angelegten Sog unterzogen wird, um den Wafer auf die äußere flexible Membran anzuheften.
Ein Polierkopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Basisstruktur, eine äußere flexible Membran, einen ersten Fluidkanal und einen zweiten Fluidkanal. Die Basisstruktur besitzt eine untere Oberfläche. Die Basisstruktur ist konfiguriert, um mindestens eine Aussparungsregion auf der unteren Oberfläche einzuschließen. Die äußere flexible Membran ist unterhalb der Basisstruktur positioniert. Die äußere flexible Membran und die Basisstruktur definieren eine Kammer unter der Basisstruktur. Der erste Fluidkanal ist funktionsfähig mit der Kammer verbunden, um einen Sog an wenigstens einem Bereich der Kammer anzulegen. Der Sog verursacht, dass sich die äußere flexible Membran an die mindestens eine Aussparungsregion der Basisstruktur anpasst, sodass mindestens eine Vertiefung auf einer Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran geformt wird. Der zweite Fluidkanal ist konfiguriert, um sich durch die äußere flexible Membran zu erstrecken, so dass eine Öffnung des zweiten Fluidkanals in der mindestens einen Vertiefung positioniert ist, wenn der Sog an die Kammer angelegt wird. Der zweite Fluidkanal wird verwendet, um einen weiteren Sog an die wenigstens eine Vertiefung anzulegen, um einen Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran zu halten.
Ein Verfahren zur Handhabung und zum Polieren eines Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bewegen des Polierkopfs, sodass eine äußere flexible Membran des Polierkopfs zumindest in naher Nachbarschaft zu einer Oberfläche des Halbleiter-Wafers ist, das Anlegen eines Sogs an wenigstens einen Bereich einer Kammer des Polierkopfs, die durch die äußere flexible Membran und eine Basisstruktur des Polierkopfs definiert ist, wobei die Basisstruktur konfiguriert ist, um mindestens eine Aussparungsregion auf einer unteren Oberfläche der Basisstruktur einzuschließen, wobei das Anlegen des Sogs an wenigstens einen Bereich der Kammer verursacht, dass sich die äußere flexible Membran an die mindestens eine Aussparungsregion der Basisstruktur anpasst, sodass wenigstens eine Vertiefung auf einer Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran geformt wird, und das Anlegen eines weiteren Sogs an die wenigstens eine Vertiefung auf der Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran, um den Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran des Polierkopfs zu halten.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung offensichtlich, wobei diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen herangezogen wird, welche beispielartig die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Polierkopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Unterseitenansicht des Polierkopfs von 1, wobei eine äußere flexible Membran teilweise weggeschnitten ist, um erste, zweite und dritte innere ringförmige flexible Membranen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu zeigen.
3A ist eine Unterseitenansicht einer ersten ringförmigen Scheibe des Polierkopfs von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3B ist eine Querschnittsansicht der ersten ringförmigen Scheibe von 3A.
4A ist eine perspektivische Ansicht einer inneren ringförmigen flexiblen Membran des Polierkopfs von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4B ist eine Querschnittsansicht der inneren ringförmigen flexiblen Membran von 4A.
5 ist eine Querschnittsansicht einer ringförmigen Scheibe und einer inneren ringförmigen flexiblen Membran gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6A ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels von zweiten und dritten ringförmigen Scheiben mit den zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6B ist eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels der zweiten und dritten ringförmigen Scheiben mit den zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7A ist ein Blockdiagramm einer Ventil-und-Regulator-Baugruppe des Polierkopfs von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7B ist ein Blockdiagramm der Ventil-und-Regulator-Baugruppe des Polierkopfs von 1 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine weitere vertikale Querschnittsansicht des Polierkopfs von 1, wobei ein Halbleiter-Wafer auf dem Polierkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgehalten wird.
9 ist eine Unterseitenansicht der ersten, zweiten und dritten ringförmigen Scheiben mit miteinander verbundenen Aussparungsregionen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10 ist eine Unterseitenansicht der äußeren flexiblen Membran, welche sich den miteinander verbundenen Aussparungsregionen der ringförmigen Scheiben gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angepasst hat.
11A ist eine Querschnittsansicht, welche einen Bereich der äußeren flexiblen Membran mit einer ringförmigen Krempe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11B ist eine Querschnittsansicht, welche einen Bereich der äußeren flexiblen Membran mit einer ringförmigen Krempe gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist ein Ablauf-Flussdiagramm eines Verfahrens zur Handhabung und zum Polieren eines Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf die 1 wird ein Polierkopf 10 zum Polieren eines Halbleiter-Wafers W gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Polierkopfs 10, nachdem er zusammengebaut ist. Der Polierkopf 10 wird verwendet, um Material von dem Wafer, welcher poliert wird, zu entfernen. Der Polierkopf 10 ist konfiguriert, um den Wafer zu halten und ihn zu polieren, indem der Wafer rotiert und auf eine Polieroberfläche 11 gepresst wird. Abschleif-Schlämmung und/oder -Chemikalien können während des Polierens des Wafers verwendet werden.
Der Polierkopf 10 schließt ein Gehäuse 12, eine Basis 14 und einen Haltering 16 ein. Das Gehäuse 12 ist mit einer Antriebswelle 18 verbunden, welche verwendet wird, um den Polierkopf 10 zu bewegen und zu rotieren. Die Antriebswelle 18 ist mit einem Motor (nicht gezeigt) verbunden, welcher die Antriebswelle dreht. Die Antriebswelle 18 ist auch mit einem vertikalen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt), wie einem pneumatischen Betätigungsglied, verbunden, um den Polierkopf 10 vertikal zur Polieroberfläche 11 hin zu verschieben. Die Basis 14 ist über ein Verformungselement 20 mit dem Gehäuse 12 verbunden.
Das Verformungselement 20 ist eine dünne kreisförmige Scheibe, die aus einem flexiblen Material hergestellt ist. Als ein Beispiel kann das Verformungselement 20 eine dünne kreisförmige Metallscheibe sein. Allerdings kann das Verformungselement 20 aus anderen flexiblen Materialien hergestellt sein. Die innengelegene Region des Verformungselements 20 ist an dem Gehäuse 12 und der Basis 14 befestigt, wofür Verbindungsschrauben, Klebstoffmaterial oder jedwede andere Mittel zum physikalischen Befestigen des Verformungselements an dem Gehäuse und der Basis verwendet werden. Der Außenrand des Verformungselements 20 ist am Haltering 16 befestigt, wofür Verbindungsschrauben, Klebstoffmaterial oder jedwede andere Mittel zum physikalischen Befestigen des Verformungselements an dem Haltering verwendet werden. Das Verformungselement 20 ist konfiguriert, um reversibel in vertikaler Weise flexibel zu sein. Das Verformungselement 20 ist ferner konfiguriert, um einer Scherbelastung standzuhalten, die an dem Verformungselement in einer zur Basis 14 parallelen Weise angelegt wird.
Der Polierkopf 10 schließt außerdem einen ringförmigen Schlauch 22 ein, welcher über dem Haltering 16 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Verformungselement 20 positioniert ist. Der ringförmige Schlauch 22 ist an dem Gehäuse 12 und durch das Verformungselement 20 an dem Haltering 16 befestigt. Der ringförmige Schlauch 22 ist ein geschlossener Schlauch, sodass die innere Region des Schlauchs ein Fluid 24, wie Luft, Wasser, Öl, Silizium, Gelatine oder andere(s) Gas oder Flüssigkeit, bei einem vordefinierten Druck enthält. Das Fluid 24 kann ein viskoses Material sein.
Der ringförmige Schlauch 22 wird mit Druck beaufschlagt, wenn eine abwärts gerichtete Kraft durch das Gehäuse 12 auf den ringförmigen Schlauch ausgeübt wird, und zwar zu einer Zeit, an welcher der Haltering 16 in Kontakt mit der Polieroberfläche 11 steht. Der druckbeaufschlagte ringförmige Schlauch 22 überträgt die Abwärtskraft an den Haltering 16. In einer Ausführungsform ist der ringförmige Schlauch 22 aus elastischem Material hergestellt, sodass der Schlauch keiner dauerhaften Verformung während wiederholter Pressvorgänge des Halterings 16 gegen die Polieroberfläche 11 unterliegt.
Wenn der Haltering 16 die Polieroberfläche 11 presst, wirkt der ringförmige Schlauch 22 als ein Vibrationsabsorber. Die während eines Poliervorgangs des Wafers W aufgrund der Reibung zwischen der Polieroberfläche 11 und der Bodenfläche des Halterings 16 erzeugten Vibrationen werden vom ringförmigen Schlauch 22 absorbiert. Daher können die Vibrationen, welche an das Gehäuse 12 des Polierkopfs 10 übertragen werden, minimiert werden.
Da der Druck des Fluids 24 im ringförmigen Schlauch 22 nicht gesteuert werden muss, um den Druck einzustellen, der durch den Haltering 16 auf die Polieroberfläche 11 ausgeübt wird, muss der ringförmige Schlauch 22 nicht an irgendeine Fluidquelle im Polierkopf 10 angeschlossen sein. In anderen Ausführungsformen kann der ringförmige Schlauch 22 allerdings an eine Fluidquelle im Polierkopf 10 angeschlossen sein, sodass das Fluid 24 in den Schlauch eingespeist oder aus dem Schlauch entnommen werden kann, um das Volumen des Fluids im Schlauch zu regulieren.
Der Polierkopf 10 schließt ferner einen Controller 26 und eine Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 ein. In der veranschaulichten Ausführungsform liegen der Controller 26 und die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 innerhalb des Gehäuses 12 über der Basis 14. Der Controller 26 ist konfiguriert, um die Komponenten der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 zu steuern, wie es nachstehend beschrieben ist. Der Controller 26 ist über Leitungen 30 für die Energie- und Datenübermittlung an einen externen Controller (nicht gezeigt), bei welchem es sich um ein Computersystem handeln kann, angeschlossen. Der Controller 26 ist außerdem über Leitungen 32 für die Energie- und Datenübermittlung an die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 angeschlossen. Die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 ist an die Fluidkanäle 36A–36D angeschlossen. Der Fluidkanal 36A wird verwendet, um druckbeaufschlagtes Gas, wie Luft, zu empfangen. Der Fluidkanal 36B wird als ein Auslass verwendet, um überschüssiges Gas abzugeben. Der Fluidkanal 36C wird verwendet, um Vakuum oder Sog bereitzustellen. Der Fluidkanal 36D wird verwendet, um entionisiertes (D. I.) Wasser aufzunehmen. Die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 ist außerdem an eine Reihe von Fluidkanälen 34A–34E angeschlossen, welche nachstehend beschrieben sind.
Der Polierkopf 10 schließt außerdem eine erste ringförmige Scheibe 40A, eine zweite ringförmige Scheibe 40B, eine dritte ringförmige Scheibe 40C, eine erste innere ringförmige flexible Membran 42A, eine zweite innere ringförmige flexible Membran 42B, eine dritte innere ringförmige flexible Membran 42C und eine äußere flexible Membran 44 ein. Die ersten, zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C sind an der Basis 14 befestigt, und zwar unter Verwendung von Verbindungsschrauben, Klebstoffmaterial oder irgendeinem anderen Mittel, um die ringförmigen Scheiben physikalisch an der Basis zu befestigen. Die ersten, zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C sind innerhalb der Grenzen des Halterings 16 positioniert. Die Basis 14 und die ringförmigen Scheiben 40A–40C bilden eine Basisstruktur des Polierkopfs 10.
Die erste ringförmige Scheibe 40A ist in größerer Ausführlichkeit in 3A und 3B gezeigt. 3A ist eine Unterseitenansicht der ersten ringförmigen Scheibe 40A, während 3B eine Querschnittsansicht der ersten ringförmigen Scheibe ist. Wie in 3A und 3B gezeigt, schließt die erste ringförmige Scheibe 40A ein kreisförmiges Loch 302 in ihrer Mitte und eine kreisförmige Aussparungsregion 304 auf ihrer Bodenfläche ein. Die kreisförmige Aussparungsregion 304 ist um das kreisförmige Loch 302 herum angeordnet, sodass das kreisförmige Loch in der Mitte der kreisförmigen Aussparungsregion 304 positioniert ist. Einige der Vorteile der Konfiguration der ersten ringförmigen Scheibe 40A sind nachstehend beschrieben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 sind die Innen- und Außendurchmesser der ersten, zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C an ihren Bodenflächen so festgelegt, dass die dritte ringförmige Scheibe 40C die zweite ringförmige Scheibe 40B umgibt, und die zweite ringförmige Scheibe 40B die erste ringförmige Scheibe 40A umgibt. In einer Ausführungsform ist die Außenkante der zweiten ringförmigen Scheibe 40B konfiguriert, um eine Stufe aufzuweisen, und die Innenkante der dritten ringförmigen Scheibe 40C ist konfiguriert, um eine umgekehrte Stufe aufzuweisen. Somit können die Außenkante der zweiten ringförmigen Scheibe 40B und die Innenkante der dritten ringförmigen Scheibe 40C zusammengefügt werden, um die zweiten und dritten ringförmigen Scheiben zu verzahnen. Einige der Vorteile der Konfiguration der zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40B und 40C sind nachstehend beschrieben.
Die erste innere ringförmige flexible Membran 42A ist mit der ersten ringförmigen Scheibe 40A so verbunden, dass eine erste ringförmige Kammer 46A von der ersten ringförmigen Scheibe 40A und der ersten inneren ringförmigen flexiblen Membran 42A definiert wird. Die zweite innere ringförmige flexible Membran 42B ist so mit der zweiten ringförmigen Scheibe 40B verbunden, dass eine zweite ringförmige Kammer 46B von der zweiten ringförmigen Scheibe 40B und der zweiten inneren ringförmigen flexiblen Membran 42B definiert wird. Die dritte innere ringförmige flexible Membran 42C ist so mit der dritten ringförmigen Scheibe 40C verbunden, dass eine dritte ringförmige Kammer 46C von der dritten ringförmigen Scheibe 40C und der dritten inneren ringförmigen flexiblen Membran 42C definiert wird. Die erste, zweite und dritte innere ringförmige flexible Membran 42A–42C können unter Verwendung von Klebstoffmaterial an ihre jeweiligen ringförmigen Scheiben 40A–40C angeklebt sein. Wenn eine oder mehrere der inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C ausgewechselt werden müssen, können die jeweiligen ringförmigen Scheiben 40A, 40B und/oder 40C, welche die jeweiligen angeklebten inneren ringförmigen flexiblen Membranen aufweisen, ausgewechselt werden.
Ein Beispiel einer inneren ringförmigen flexiblen Membran 400 ist in 4A und 4B veranschaulicht. Wie in 4A und 4B gezeigt, schließt die innere ringförmige flexible Membran 400 eine innere kreisförmige Seitenwand 402 mit einer kreisförmigen Oberseitenkrempe 404 ein, welche sich vom Zentrum der Membran aus nach außen erstreckt. Die innere ringförmige flexible Membran 400 schließt außerdem eine äußere kreisförmige Seitenwand 408 mit einer kreisförmigen Oberseitenkrempe 410 ein, welche sich nach innen zur Mitte der Membran hin erstreckt. Die kreisförmigen Oberseitenkrempen 404 und 410 werden verwendet, um die innere ringförmige flexible Membran 400 an der jeweiligen ringförmigen Scheibe 40A, 40B oder 40C zu befestigten. Die innere kreisförmige Seitenwand 402 definiert eine kreisförmige Öffnung 406 in der Mitte der inneren ringförmigen flexiblen Membran 400. Die Größe der Öffnung 406 entspricht dem Innendurchmesser D1 der inneren ringförmigen flexiblen Membran 400. Die äußere kreisförmige Seitenwand 408 definiert den Außendurchmesser D2 der inneren ringförmigen flexiblen Membran 400. Die Innen- und Außendurchmesser D1 und D2 der inneren ringförmigen flexiblen Membran 400 hängen davon ab, ob die innere ringförmige flexible Membran als die erste flexible Membran 42A, die zweite flexible Membran 42B oder die dritte flexible Membran 42C des Polierkopfs 10 verwendet werden soll.
Selbst obwohl es veranschaulicht und beschrieben ist, dass der Polierkopf 10 die drei ringförmigen Kammern 46A–46C, welche mit ihren jeweiligen ringförmigen Scheiben 40A–40C assoziiert sind, umfasst, kann der Polierkopf 10 konfiguriert sein, um in anderen Ausführungsformen eine andere Anzahl an ringförmigen Kammern, welche mit ihren jeweiligen ringförmigen Scheiben assoziiert sind, zu umfassen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist die äußere flexible Membran 44 an der Basis 14 und dem Haltering 16 angebracht, so dass die äußere flexible Membran die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A, 42B und 42C bedeckt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die äußere flexible Membran 44 konfiguriert, um eine kreisförmige Aussparungsregion 48 in ihrer Mitte einzuschließen, welche dem mittigen kreisförmigen Loch der ersten ringförmigen Scheibe 40A entspricht. Die kreisförmige Aussparungsregion 48 der äußeren flexiblen Membran 44 bildet eine kreisförmige Zentralhöhlung 50. Die Mitte der äußeren flexiblen Membran 44 ist unter Verwendung eines Klebstoffmaterials, einer oder mehrerer Verbindungsschrauben oder jedweden anderen Mitteln zum physikalischen Befestigen der äußeren flexiblen Membran an der Basis, an der Basis 14 angebracht. Die Außenkante der äußeren flexiblen Membran 44 ist an dem Haltering 16 angebracht unter Verwendung von einem oder mehreren Außen-Membran-Haltern 52, welche Verbindungsschrauben sein können. In anderen Ausführungsformen kann die Außenkante der äußerem flexiblen Membran 44 an den Haltering 16 angebracht werden unter Verwendung eines Klebstoffmaterials oder eines beliebigen anderen Mittels zum physikalischen Befestigen der äußeren flexiblen Membran an dem Haltering. Die äußere flexible Membran 44 und die ringförmigen Scheiben 40A–40C definieren eine große ringförmige Kammer, welche die ringförmigen Kammern 46A–46C enthält, die durch die inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C erzeugt werden.
Die äußere flexible Membran 44 ist konfiguriert, um einen ringförmigen Randbereich 54 und einen ringförmigen Zentralbereich 56 aufzuweisen. Der ringförmige Randbereich 54 ist geformt, um eine ringförmige, umgekehrte U-Form aufzuweisen, sodass der ringförmige Randbereich zwischen der Basis 14 und dem Haltering 16 angeordnet ist. Der ringförmige Zentralbereich 56 der äußeren flexiblen Membran 44 ist ebenfalls geformt, um eine ringförmige, umgekehrte U-Form aufzuweisen, sodass die Oberseite des umgekehrt U-förmigen Bereichs 56 einer ringförmigen Aussparung 58 gegenüber liegt, welche nahe der Mitte der Basis 14 ausgebildet ist. Die umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 sind hergestellt, um ihre Form nach wiederholten Änderungen ihrer Form reversibel beizubehalten. Die umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 der äußeren flexiblen Membran 44 gestatten, dass sich die äußere flexible Membran 44 nach unten zum Wafer W hin expandiert und nach oben vom Wafer weg kontrahiert, ohne dass sie sich dehnen muss oder ohne dass sie sich signifikant dehnen muss. Somit kann die äußere flexible Membran 44 aus nicht elastischem Material hergestellt sein und dennoch korrekt funktionieren, d. h. sich expandieren und kontrahieren. Allerdings kann, in einigen Ausführungsformen, die äußere flexible Membran 44 dennoch aus elastischem Material hergestellt sein.
Die Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran 44 wird als die Oberfläche verwendet, welche den Wafer W kontaktiert. Die äußere flexible Membran 44 und die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C können aus beliebigen flexiblen Materialien hergestellt werden, einschließlich Gummis, bzw. Kautschuks und Kunststoffmaterialien. In einigen Ausführungsformen wird Kunststoffmaterial, wie PVC, Polystyrol, Nylon und Polyethylen, für die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C verwendet. In einigen Ausführungsformen wird elastisches Material, wie Kautschuk, Elastomer, Silikonkautschuk und Polyurethankautschuk für die äußere flexible Membran 44 verwendet. In anderen Ausführungsformen wird nicht-elastisches Material für die äußere flexible Membran 44 verwendet.
In einigen Ausführungsformen sind die Dicken der ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C wesentlich dünner als die Dicke der äußeren flexiblen Membran 44. Durch Verwendung dünner flexibler Membranen für die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C wird jeglicher Druckunterschied an den Grenzen der inneren flexiblen Membranen 42A–42C auf der äußeren flexiblen Membran 44 und dem Wafer W durch die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C minimiert. Als ein Beispiel können die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C Filme mit Dicken von weniger als 0,2 mm sein. In diesem Beispiel kann die äußere flexible Membran 44 ein Film mit einer größeren Dicke als 0,5 mm sein. Als ein anderes Beispiel kann es sich bei den ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C um Filme mit Dicken zwischen 0,06 mm und 0,09 mm handeln. In diesem Beispiel kann die äußere flexible Membran 44 ein Film mit einer Dicke zwischen 0,6 und 0,9 mm sein.
Die äußere flexible Membran 44 und die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C sind in 2 gezeigt, welche eine Unterseitenansicht des Polierkopfs 10 ist, wobei die äußere flexible Membran teilweise weggeschnitten wurde, um die ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen zu zeigen. Wie in 1 veranschaulicht, sind D1, D2, bzw. D3 die Breiten der ersten, zweiten bzw. dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C und daher die jeweiligen Breiten der ringförmigen Kammern 46A–46C, welche von den ersten, zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C definiert werden. Diese Breiten D1, D2 bzw. D3 entsprechen außerdem den Breiten der ersten, zweiten, bzw. dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C. Durch Einstellen der Breiten D1, D2 und D3 der Scheiben 40A–40C können somit die Breiten der mit den jeweiligen Scheiben assoziierten ringförmigen Kammern 46A–46C eingestellt werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfassen die erste ringförmige Scheibe 40A und die Basis 14 wenigstens einen Fluidkanal 34A, sodass die erste ringförmige Kammer 46A über den Fluidkanal 34A mit der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 verbunden ist, um druckbeaufschlagtes Gas zu empfangen. Die zweite ringförmige Scheibe 40B und die Basis 14 umfassen wenigstens einen Fluidkanal 34B, sodass die zweite ringförmige Kammer 46B über den Fluidkanal 34B mit der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 verbunden ist, um druckbeaufschlagtes Gas zu empfangen. Die dritte ringförmige Scheibe 40C und die Basis 14 umfassen wenigstens einen Fluidkanal 34C, sodass die dritte ringförmige Kammer 46C über den Fluidkanal 34C mit der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 verbunden ist, um druckbeaufschlagtes Gas zu empfangen. Das druckbeaufschlagte Gas kann Luft, Stickstoff oder eine Kombination verschiedener Gase einschließen. Die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 reguliert den Druck des Gases, sodass Gas mit unterschiedlichen Drücken durch die jeweiligen Fluidkanäle 34A–34C an die ersten, zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46A–46C zugeführt werden kann.
Die Basis 14 umfasst ebenfalls einen zentralen Fluidkanal 34D, welcher die Zentralhöhlung 50 durch die äußere flexible Membran 44 mit der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 verbindet, um ein Vakuum/einen Sog anzulegen und der Zentralhöhlung 50 DI-Wasser zuzuführen. Der Fluidkanal 34D schließt eine Öffnung 35 ein, welche in der Mitte der äußeren flexiblen Membran 44 angeordnet ist, und verläuft durch die äußere flexible Membran. Die Basis 14 umfasst ferner mindestens einen Fluidkanal 34E, welcher einen Raum 60 zwischen der äußeren flexiblen Membran 44 und den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C mit der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 verbindet, um Vakuum/Sog an den Raum 60 anzulegen. Der Fluidkanal 34E erlaubt, dass ein Vakuum/Sog an den Raum 60 angelegt wird, sodass die ringförmigen Kammern 46A–46C effizient entleert werden können, falls notwendig.
In einer Ausführungsform sind wenigstens einige der inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C konfiguriert, um ringförmige gefaltete Bereiche einzuschließen, um den Membranen zu gestatten, sich zu expandieren und zu kontrahieren, ohne dass sie sich dehnen müssen, oder ohne dass sie sich signifikant dehnen müssen. 5 zeigt einen Querschnitt einer inneren ringförmigen flexiblen Membran 500, welche an einer ringförmigen Scheibe 502 angebracht ist. Die Membran 500 ist konfiguriert, um einen ringförmigen gefalteten Bereich 504 auf einer inneren Seitenwand 506 der Membran und einen ringförmigen gefalteten Bereich 508 auf einer äußeren Seitenwand 510 der Membran einzuschließen. Der gefaltete Bereich 504 auf der inneren Seitenwand 506 ist konfiguriert, um nach außen zu der äußeren Seitenwand 510 oder zu der ringförmigen Scheibe 502 hervorzuragen. Der gefaltete Bereich 508 auf der äußeren Seitenwand 510 ist konfiguriert, um nach innen zur inneren Seitenwand 506 hin oder zur ringförmigen Scheibe 502 hin hervorzuragen. Somit ragen die gefalteten Bereiche 504 und 508 beide zur ringförmigen Scheibe 502 hervor. In dieser Ausführungsform liegt der gefaltete Bereich 504 der Membran 500 gegenüber einer ringförmigen Aussparung 512, welche an einer inneren Seite der ringförmigen Scheibe 502 ausgeformt ist. Der gefaltete Bereich 508 der Membran 500 liegt gegenüber einer ringförmigen Aussparung 514, welche an einer äußeren Seite der ringförmigen Scheibe 502 ausgeformt ist. Die gefalteten Bereiche 504 und 508 der inneren ringförmigen Membran 500 dienen einer ähnlichen Funktion wie die umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 der äußeren flexiblen Membran 44. Die gefalteten Bereiche 504 und 508 der inneren ringförmigen Membran 500 gestatten es, dass sich die Membran 500 zum Wafer W (in 5 nicht gezeigt) hin nach unten expandiert und vom Wafer weg nach oben kontrahiert, ohne dass sie sich dehnen muss oder ohne dass sie sich signifikant dehnen muss. Daher kann die innere ringförmige flexible Membran 500 aus nicht-elastischem Material hergestellt sein und dennoch korrekt funktionieren, d. h. sich expandieren und kontrahieren. Allerdings kann die innere ringförmige flexible Membran 500 in einigen Ausführungsformen dennoch aus elastischem Material hergestellt sein.
Unter Bezugnahme auf 6A und 6B wird ein Beispiel der Einstellung der Breiten der zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46B und 46C, welche durch die ringförmigen Scheiben 40B bzw. 40C definiert sind, beschrieben. 6A zeigt einen ersten Satz der zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40B und 40C, welche durch eine Verbindungsschraube 600 gekoppelt sind. 6B zeigt einen zweiten Satz der zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40B und 40C, welche ebenfalls durch die Verbindungsschraube 600 gekoppelt werden. In der 6A beläuft sich die Breite D2 der zweiten ringförmigen Scheibe 40B auf 13 mm, und die Breite D3 der dritten ringförmigen Scheibe 40C beträgt 7 mm. In 6B ist die Breite D2 der zweiten ringförmigen Scheibe 40B auf 17 mm geändert worden, und die Breite D3 der dritten ringförmigen Scheibe 40C ist auf 3 mm geändert worden. Demgemäß sind die Breiten der zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46B und 46C eingestellt worden. Allerdings ist die Gesamtbreite der zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40B und 40C nicht verändert worden. Somit können die Breiten der zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46B und 46C eingestellt werden, indem lediglich die ringförmigen Scheiben 40B und 40C und die angefügten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42B und 42C ausgewechselt werden. D. h., die ringförmige Scheibe 40A und die innere ringförmige flexible Membran 42A müssen nicht ausgewechselt werden, um die Breiten der zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46B und 46C einzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 7A sind Komponenten der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 schließt Verteiler 702A, 702B und 702C, Druckregulatoren 704A, 704B und 704C, ein Dreiwegventil 706 und eine Wasserfalle 708 ein. Der Verteiler 702A ist an den Fluidkanal 36A angeschlossen, um druckbeaufschlagtes Gas zu empfangen. Der Verteiler 702A ist außerdem an die Druckregulatoren 704A, 704B und 704C angeschlossen, um das druckbeaufschlagte Gas aus dem Fluidkanal 36A zu den Druckregulatoren zu verteilen. Die Druckregulatoren 704A, 704B, bzw. 704C sind an die ersten, zweiten bzw. dritten ringförmigen Kammern 46A, 46B und 46C durch die Fluidkanäle 34A, 34B, bzw. 34C angeschlossen. Die Druckregulatoren 704A, 704B und 704C sind außerdem an den Verteiler 702B angeschlossen, der an den Fluidkanal 36B angeschlossen ist. Der Druckregulator 704A ist konfiguriert, um selektiv druckbeaufschlagtes Gas zur ersten ringförmigen Kammer 46A zu lenken. Der Druckregulator 704A ist auch konfiguriert, um selektiv druckbeaufschlagtes Gas durch den Fluidkanal 36B über den Verteiler 702B abzulassen. Somit kann der Druckregulator 704A den Druck innerhalb der ersten ringförmigen Kammer 46A regulieren. In ähnlicher Weise können die Druckregulatoren 704B und 704C den Druck innerhalb der ringförmigen Kammern 46B und 46C regulieren. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, sind die Druckregulatoren 704A–704C über die Leitungen 32 (gezeigt in 1) mit dem Controller 26 verbunden, um Energie und Steuer-Signale zu empfangen.
Der Verteiler 702C ist an den Fluidkanal 36C angeschlossen, der Vakuum/Sog bereitstellt. Der Verteiler 702C ist außerdem an den Raum 60 zwischen der äußeren flexiblen Membran 44 und den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C durch den Fluidkanal 34E angeschlossen, um ein Vakuum/einen Sog an den Raum 60 anzulegen. Der Raum 60 kann des Weiteren so an den Verteiler 702B angeschlossen sein, dass der Raum 60 an den Fluidkanal 36B angeschlossen werden kann. Der Verteiler 702C ist außerdem über den Fluidkanal 34D durch das Ventil 706 und die Wasserfalle 708 an die Zentralhöhlung 50 angeschlossen, um ein Vakuum/einen Sog an die Höhlung 50 anzulegen. Das Dreiwegventil 706 ist an den Verteiler 702C und die Zentralhöhlung 50 durch die Wasserfalle 708 angeschlossen. Das Dreiwegventil 706 ist auch an den Fluidkanal 36D angeschlossen, um D. I.-Wasser zu erhalten. Somit kann das Ventil 706 selektiv D. I.-Wasser an die Zentralhöhlung 50 zuführen oder ein Vakuum/einen Sog an die Zentralhöhlung 50 anlegen. Obwohl nicht veranschaulicht, ist das Dreiwegventil 706 durch die Leitungen 32 (gezeigt in 1) mit dem Controller 26 verbunden, um Energie und Steuersignale zu empfangen. Die Wasserfalle 708 ist an den Fluidkanal 34D angeschlossen, um verunreinigtes Wasser aus der Zentralhöhlung 50 zu fangen, wenn ein Vakuum/ein Sog an die Zentralhöhlung 50 angelegt wird. Das verunreinigte Wasser in der Wasserfalle 708 kann während einer angemessenen Dauer über die Zentralhöhlung 50 abgegeben werden, und zwar durch D. I.-Wasser, das durch den Fluidkanal 36D aufgenommen wird.
Unter Bezugnahme auf 7B sind die Komponenten der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser alternativen Ausführungsform schließt die Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 ferner die Dreiwegventile 710A, 710B und 710C ein. Das Dreiwegventil 710A ist an den Druckregulator 704A, den Verteiler 702C und die erste ringförmige Kammer 46A angeschlossen. Da der Verteiler 702C an den Fluidkanal 36C angeschlossen ist, der Vakuum/Sog bereitstellt, ist das Dreiwegventil 710A in der Lage, die ringförmige Kammer 46A selektiv mit dem Verteiler 702C zu verbinden, um einen Sog an die erste ringförmige Kammer 46A anzulegen, um die ringförmige Kammer 46A zu entleeren. Das Dreiwegventil 710B ist in ähnlicher Weise an den Druckregulator 7041B, den Verteiler 702C und die zweite ringförmige Kammer 46B angeschlossen, und das Dreiwegventil 710C ist in ähnlicher Weise an den Druckregulator 704C, den Verteiler 702C und die dritte ringförmige Kammer 46C angeschlossen. Daher ist das Dreiwegventil 710B in der Lage, die zweite ringförmige Kammer 46B selektiv an den Verteiler 702C anzuschließen, um einen Sog an die zweite ringförmige Kammer anzulegen, um die zweite ringförmige Kammer zu entleeren. In ähnlicher Weise ist das Dreiwegventil 710C in der Lage, die dritte ringförmige Kammer 46C selektiv an den Verteiler 702C anzuschließen, um einen Sog an die dritte ringförmige Kammer anzulegen, um die dritte ringförmige Kammer zu entleeren.
Unter Bezugnahme auf 1 und 8 werden Verfahren zum Festhalten (Laden) des Wafers W auf dem Polierkopf 10, zum Polieren des Wafers auf der Polieroberfläche 11 unter Verwendung des Polierkopfs und zum Auslassen (Entladen) des Wafers von dem Polierkopf beschrieben. 8 zeigt einen vertikalen Querschnitt des Polierkopfs 10, wobei der Wafer W darauf festgehalten wird. In 1 ist die äußere flexible Membran 44 des Wafer-Trägers 10 in Kontakt mit der Rückseitenoberfläche des Wafers W.
Um den Wafer W auf dem Polierkopf 10 festzuhalten, wird ein Sog durch den Fluidkanal 34D an die Zentralhöhlung 50 angelegt. Der Sog wird auch an den Raum 60 zwischen den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C und der äußeren flexiblen Membran 44 durch den Fluidkanal 34E angelegt. Als ein Ergebnis wird das Gas in den ringförmigen Kammern 46A–46C evakuiert, und die ringförmigen Kammern 46A–46C werden entleert, wie in 8 veranschaulicht. Alternativ dazu wird der Sog direkt jeweilig durch die Fluidkanäle 34A–34C an den ringförmigen Kammern 46A–46C angelegt, um das Gas in den ringförmigen Kammern zu evakuieren und die ringförmigen Kammern zu entleeren. Der Sog kann auch an den Raum 60 zwischen den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C und der äußeren flexiblen Membran 44 angelegt werden, um ferner bei der Entleerung der ringförmigen Kammern 46A–46C zu helfen.
Wenn die ringförmigen Kammern 46A–46C entleert werden, werden die innere ringförmige flexible Membran 42A und die äußere flexible Membran 44 in die kreisförmige Aussparungsregion 304 der ersten ringförmigen Scheibe 40A gesaugt, wodurch eine große kreisförmige Vertiefung auf der Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran gebildet wird, welche der kreisförmigen Aussparungsregion 304 entspricht. Im Endeffekt erhöht die auf der Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran 44 gebildete kreisförmige Vertiefung die Größe oder den Durchmesser der Zentralhöhlung 50. Als ein Ergebnis des Sogs wird ein Vakuum in der Zentralhöhlung 50 zwischen der äußeren flexiblen Membran 44 und der Rückseitenoberfläche des Wafers W erzeugt, welches verursacht, dass der Wafer auf dem Polierkopf 10 festgehalten wird. Die kreisförmige Aussparungsregion 304 der ersten ringförmigen Scheibe 40A gestattet es, dass mehr Fläche des Wafers W dem Sog unterworfen wird, was die Haltekraft des Polierkopfs erhöht. Die kreisförmige Aussparungsregion 304 lässt es zu, dass der Polierkopf 10 eine kleinere Zentralhöhlung 50 aufweist. Als ein Beispiel kann der Durchmesser der zentralen Höhlung 50 weniger als 5 mm, z. B. 2,5 mm betragen. In einem herkömmlichen Polierkopf ist der Durchmesser einer ähnlichen Zentralhöhlung typischerweise viel größer als 5 mm, z. B. 10 mm, sodass der in der Zentralhöhlung erzeugte Sog ausreichend Saugkraft besitzt, um einen Halbleiter-Wafer festzuhalten. Da der Durchmesser der Zentralhöhlung relativ groß ist, muss der herkömmliche Polierkopf möglicherweise Druck in der Zentralhöhlung während eines Wafer-Polierverfahrens bereitstellen, um eine ausreichende Abwärtskraft auf die Zone eines Halbleiter-Wafers unterhalb der zentralen Höhlung auszuüben. Allerdings ist ein derartiger Druck in der Zentralhöhlung 50 des Polierkopfs 10 nicht notwendig, da die Zentralhöhlung 50 ausreichend klein ist.
Um den Wafer W auf der Polieroberfläche 11 zu polieren, wird der Polierkopf 10 mit dem festgehaltenen Wafer über die Polieroberfläche bewegt. Der Polierkopf 10 wird dann auf die Polieroberfläche 11 abgesenkt, so dass der Haltering 16 die Polieroberfläche kontaktiert. Als Nächstes werden die ersten, zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46A–46C durch Einspeisen von druckbeaufschlagtem Gas mit gleichen oder verschiedenen Drücken in die ringförmigen Kammern 46A–46C durch die jeweiligen Druckregulatoren 704A–704C der Ventil-und-Regulator-Baugruppe 28 aufgeblasen. Als Ergebnis werden die ringförmigen Kammern 46A–46C aufgeblasen, welche die Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran 44 zur Polieroberfläche 11 hin drücken und somit während des Polierverfahrens gleiche oder unterschiedliche Drücke auf den Wafer auf der Polieroberfläche 11 ausüben.
Auf diese Weise können die auf den Wafer W ausgeübten Drücke in Hinsicht auf Zonen des Wafers reguliert werden. Der auf eine zentrale Zone, welche unter der ersten ringförmigen Kammer 46A liegt, ausgeübte Druck wird durch den Druck in dieser Kammer gesteuert. Der auf eine die Zentralzone umgebende intermediäre ringförmige Zone, welche sich unter der zweiten ringförmigen Kammer 46B befindet, ausgeübte Druck wird durch diese Kammer gesteuert. Der Druck, der auf eine, die intermediäre ringförmige Zone umgebende, äußere ringförmige Zone, welche sich unter der dritten ringförmigen Kammer 46C befindet, ausgeübt wird, wird durch diese Kammer gesteuert. Durch Ausüben verschiedener Drücke auf die jeweiligen Zonen können die Polierraten an den jeweiligen Zonen individuell gesteuert werden.
Da die Bodenoberfläche der äußeren flexiblen Membran 44 nach unten gedrückt wird, werden die Gestalten der ringförmigen, umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 der äußeren flexiblen Membran 44 so verändert, dass die Höhen dieser umgekehrt U-förmigen Bereiche verringert werden. D. h., die ringförmigen, umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 der äußeren flexiblen Membran 44 werden wenigstens teilweise aufgerichtet, bzw. gerade gerichtet. Diese Veränderungen hinsichtlich der Gestalt der ringförmigen, umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 gestatten, dass sich die Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran 44 leichter nach unten bewegt. Ohne die umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 müssen die Seitenwände der äußeren flexiblen Membran 44 gedehnt oder gestreckt werden, was nicht erlauben würde, dass sich die Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran 44 leicht nach unten bewegt.
Während des Polierverfahrens kann der an die Zentralhöhlung 50 angelegte Sog entfernt werden. Alternativ dazu, anstatt des Entfernens des an die Zentralhöhlung 50 angelegten Sogs während des Polierverfahrens, kann der angelegte Sog verwendet werden, um eine Wafer-Verrutschung nachzuweisen. Wenn der Wafer W während des Polierverfahrens von dem Polierkopf 10 abgerutscht ist, wird der Druck des Sogs verändert. Durch Nachweisen dieser Druckänderung kann die Wafer-Verrutschung detektiert werden.
Nachdem das Polierverfahren beendet ist, wird erneut Sog an die Zentralhöhlung 50 angelegt, um den Wafer W zu halten. Nachdem der Wafer durch den Sog auf der äußeren flexiblen Membran 44 gehalten wird, wird das druckbeaufschlagte Gas nicht länger an die ersten, zweiten und dritten ringförmigen Kammern 46A–46C zugeführt. Darüber hinaus wird ein weiterer Sog an den Raum 60 zwischen den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C und der äußeren flexiblen Membran 44 angelegt, um die ringförmigen Kammern 46A–46C zu entleeren, was die Bodenfläche der äußeren Membran 44 zur Basis 14 hin anhebt. Da der an die Zentralhöhlung 50 angelegte Sog den Wafer zur Basis 14 hin anzieht, wird der Wafer von der Polieroberfläche 11 abgehoben und zur Basis 14 hin bewegt, während die ringförmigen Kammern 46A–46C entleert werden.
Wenn die Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran 44 nach oben bewegt wird, werden die Formen der ringförmigen, umgekehrt U-förmigen Bereiche 54 und 56 der äußeren flexiblen Membran zu ihren ursprünglichen umgekehrten U-Formen wiederhergestellt.
Als Nächstes wird der Polierkopf 10 zu einer Wafer-Entladestation (nicht gezeigt) überführt und der Wafer wird dann zur Wafer-Entladestation ausgeladen oder ausgelassen. Um den Wafer von dem Polierkopf 10 auszulassen, wird der Sog nicht länger an die Zentralhöhlung 50 und den Raum 60 zwischen den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C und der äußeren flexiblen Membran 44 angelegt. Darüber hinaus wird druckbeaufschlagtes Gas an wenigstens eine der inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C durch die jeweiligen Fluidkanäle 34A–34C zugeführt, um den Wafer auf die Wafer-Entladestation auszuladen. Alternativ dazu kann D. I.-Wasser durch die Zentralhöhlung 50 über den Fluidkanal 34D auf den Wafer angewandt werden, um den Wafer auf die Wafer-Entladestation auszuladen.
Unter Bezug auf die 9 werden die ersten, zweitem und dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform sind wenigstens manche der ringförmigen Scheiben 40A–40C konfiguriert, um miteinander verbundene Aussparungsregionen 900A–900D einzuschließen. Die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D der ersten, zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C sind ähnlich zu der Aussparungsregion 304 der ersten ringförmigen Scheibe 40A, welche in 3A und 3B veranschaulicht ist. Die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D der ersten, zweiten und dritten ringförmigen Scheiben 40A–40C gestatten der äußeren flexiblen Membran 44 sowie den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C, sich den miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D anzupassen, wenn die inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42A–42C entleert werden und ein Sog an eine oder mehrere der ringförmigen Kammern 46A–46C und/oder den Raum 60 zwischen den inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42–42C und der äußeren flexiblen Membran 44 angelegt wird.
Wie in der 10 veranschaulicht, bildet, wenn die äußere flexible Membran 44 sich wegen des angelegten Sogs an die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900 angepasst hat, die untere Oberfläche der äußeren flexiblen Membran 44 miteinander verbundene Vertiefungen 1002A–1002D aus, die gestatten, dass ein Vakuum in der miteinander verbundenen Vertiefung 1002A–1002D durch die Öffnung 35 des Fluidkanals 34D erzeugt wird, wenn ein Wafer in Kontakt mit der äußeren flexiblen Membran ist. Da die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D überall über die ringförmigen Scheiben 40A–40C verteilt sind, sind auch die entsprechenden miteinander verbundenen Vertiefungen überall auf der unteren Oberfläche der äußeren flexiblen Membran 44 verteilt. Wenn ein Wafer in Kontakt mit der unteren Oberfläche der äußeren flexiblen Membran 44 steht und Sog an die miteinander verbundenen Vertiefungen 1002A–1002D angelegt wird, kann daher ein Vakuum erzeugt und über den Großteil der Rückseitenoberfläche des Wafers angelegt werden. Im Endeffekt erzeugt das Vakuum in den miteinander verbundenen Vertiefungen 1002A–1002D eine Haftung zwischen dem Wafer und der äußeren flexiblen Membran 44 über eine große Fläche des Wafers hinweg, welche der Fläche der miteinander verbundenen Vertiefungen 1002A–1002D entspricht.
In 9 schließen die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D eine kreisförmige Aussparungsregion 900A und ringförmige Aussparungsregionen 900B und 900C, welche auf der Bodenfläche der ringförmigen Scheibe 40A lokalisiert sind, ein. Darüber hinaus schließen die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D eine ringförmige Aussparungsregion(en) 900D ein, welche auf der Bodenfläche der ringförmigen Scheibe 40B lokalisiert ist. In dieser veranschaulichten Ausführungsform gibt es keine Aussparungsregionen auf der Bodenfläche der ringförmigen Scheibe 40C. Allerdings kann die ringförmige Scheibe 40C in anderen Ausführungsformen eine oder mehrere miteinander verbundene Aussparungsregionen einschließen.
In weiteren Ausführungsformen können eine oder mehrere der ringförmigen Scheiben 40A–40C miteinander verbundene Aussparungsregionen aufweisen, welche andere Konfigurationen als die miteinander verbundenen Aussparungsregionen 900A–900D besitzen. Als ein Beispiel können eine oder mehrere der ringförmigen Scheiben 40A–40C miteinander verbundene Aussparungsregionen aufweisen, welche sich in einer radialen Richtung erstrecken. Als ein anderes Beispiel können eine oder mehrere der ringförmigen Scheiben 40A– 40C miteinander verbundene Aussparungsregionen aufweisen, welche eine geometrische Form aufweisen.
Der Betrieb eines Polierkopfs mit den ringförmigen Scheiben 40A–40C von 9 ist ähnlich zum Betrieb des Polierkopfs 10 von 1. Somit sind der Festhaltvorgang, der Poliervorgang und der Auslassvorgang unter Verwendung des Polierkopfs mit den ringförmigen Scheiben 40A–40C von 9 ähnlich zu den entsprechenden Verfahren unter Verwendung des Polierkopfs 10 von 1.
Ein Problem beim Polierkopf 10 unter Verwendung der ringförmigen Scheiben 40A–40C von 1 oder 9 besteht darin, dass die dritte ringförmige Kammer 46C, welche von der dritten inneren ringförmigen flexiblen Membran 42C definiert wird, übermäßig aufgeblasen werden kann, wenn der Druck in der dritten ringförmigen Kammer 46C wesentlich höher ist als der Druck in der zweiten ringförmigen Kammer 46B. Als ein Ergebnis kann die Dicke der dritten ringförmigen Kammer 46C größer sein als die gewünschte Dicke D3, welche in 2 veranschaulicht ist.
Unter Bezug auf die 11A ist ein Bereich der äußeren flexiblen Membran 44 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform schließt die äußere flexible Membran 44 eine ringförmige Krempe 45 ein, welche sich nach oben zur Basis 14 hin erstreckt. Die ringförmige Krempe 45 ist an der oberen Oberfläche 47 des unteren Bereichs 49 der äußeren flexiblen Membran 44 angebracht, so dass die ringförmige Krempe zwischen benachbarten Seitenwänden der zweiten und dritten inneren ringförmigen flexiblen Membranen 42B und 42C positioniert ist. Die ringförmige Krempe 45 stellt eine Barriere zwischen der zweiten ringförmigen Kammer 46B, welche von der zweiten inneren ringförmigen flexiblen Membran 42B erzeugt wird, und der dritten ringförmigen Kammer 46C, welche von der dritten inneren ringförmigen flexiblen Membran 42C erzeugt wird, bereit, so dass die dritte ringförmige Kammer sich nicht übermäßig in die Region unterhalb der unteren Oberfläche der zweiten ringförmigen Scheibe 40B für die zweite ringförmige Kammer hinein aufbläht. Somit dient die ringförmige Krempe 45 der äußeren flexiblen Membran 44 dazu, die Dicke D3 der dritten ringförmigen Kammer 46C aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Druck in der dritten ringförmigen Kammer wesentlich höher ist als der Druck in der zweiten ringförmigen Kammer 46B, was erlaubt, dass der Polierkopf 10 die Zone des Wafers reguliert, welche während des Polierens von der dritten ringförmigen Kammer beeinflusst wird. In der in 11A gezeigten Ausführungsform ist die ringförmige Krempe 45 ein integraler Teil der äußeren flexiblen Membran 44. D. h., die äußere flexible Membran 44 mit der ringförmigen Krempe 45 ist aus einem einzelnen Materialstück gefertigt. Daher ist die ringförmige Krempe 45, in dieser Ausführungsform, aus demselben Material wie der Rest der äußeren flexiblen Membran 44 hergestellt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die ringförmige Krempe 45 der äußeren flexiblen Membran 44 ein separates Stück sein, welches an den Bodenbereich 49 der äußeren flexiblen Membran angefügt ist, wie es in 11B veranschaulicht ist. In dieser Ausführungsform schließt der Bodenbereich 49 der äußeren flexiblen Membran 44 eine ringförmige Furche 51 auf seiner oberen Oberfläche 47 ein. Die ringförmige Krempe 45 ist in der ringförmigen Furche 51 des Bodenbereichs 49 der äußeren flexiblen Membran 44 angeordnet. Die ringförmige Krempe 45 kann an dem Bodenbereich 49 der äußeren flexiblen Membran 44 mit Hilfe eines Klebstoffmaterials befestigt sein. In dieser Ausführungsform kann die ringförmige Krempe 45 aus einem Material hergestellt sein, welches verschieden vom Rest der äußeren flexiblen Membran 44 ist. Als ein Beispiel kann die ringförmige Krempe 45 aus einem Material hergestellt sein, welches härter als das Material für den Rest der äußeren flexiblen Membran 44 ist, um eine stärkere Barriere zwischen der zweiten ringförmigen Kammer 46B und der dritten ringförmigen Kammer 46C bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf ein Ablauf-Flussdiagramm von 12 wird ein Verfahren zur Handhabung und zum Polieren eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkopfs beschrieben. Beim Block 1202 wird der Polierkopf so bewegt, dass eine äußere flexible Membran des Polierkopfs wenigstens in enger Nachbarschaft zu einer Oberfläche des Halbleiter-Wafers ist. Als Nächstes wird, beim Block 1204, Sog an eine Kammer des Polierkopfs angelegt, welche von der äußeren flexiblen Membran und einer Basisstruktur des Polierkopfs definiert wird. Die Basisstruktur ist konfiguriert, um mindestens eine Aussparungsregion auf einer unteren Oberfläche der Basisstruktur einzuschließen. Das Anlegen des Sogs an die Kammer verursacht, dass sich die äußere flexible Membran an die wenigstens eine Aussparungsregion der Basisstruktur anpasst, sodass wenigstens eine Vertiefung auf einer Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran gebildet wird. Als Nächstes wird, beim Block 1206, ein weiterer Sog an die mindestens eine Vertiefung auf der Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran angelegt, um den Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran des Polierkopfs zu halten.
Obwohl die vorstehende Beschreibung bevorzugte beispielartige Ausführungsformen und Verfahren zum Betrieb der Erfindung darstellt, ist der Umfang der Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen oder beschriebenen Betriebsverfahren eingeschränkt. Es sind viele Einzelheiten offenbart worden, welche nicht notwendig sind, um die Erfindung auszuführen, aber eingeschlossen worden sind, um die beste Art für den Betrieb und die Vorgehensweise und das Verfahren zur Herstellung und Anwendung der Erfindung ausreichend zu offenbaren. Eine Modifikation kann an der spezifischen Form und Auslegung der Erfindung vorgenommen werden, ohne von ihrem Sinngehalt und Umfang, wie in den nachfolgenden Patentansprüchen angegeben, abzuweichen.
Zusammenfassung:
Ein Polierkopf und ein Verfahren zur Handhabung und zum Polieren von Halbleiter-Wafern verwenden eine Basisstruktur mit mindestens einer Aussparungsregion und einer äußeren flexiblen Membran, welche sich der mindestens einen Aussparungsregion anpassen kann, um mindestens eine Vertiefung zu bilden, sodass ein Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran gehalten wird, wenn ein Sog an die mindestens eine Vertiefung angelegt wird.

Claims

Polierkopf, umfassend: eine Basisstruktur mit einer unteren Oberfläche, wobei die Basisstruktur konfiguriert ist, um wenigstens eine Aussparungsregion auf der unteren Oberfläche einzuschließen; eine äußere flexible Membran, die unter der Basisstruktur positioniert ist, wobei die äußere flexible Membran und die Basisstruktur eine Kammer unter der Basisstruktur definieren; einen ersten Fluidkanal, der funktionsfähig mit der Kammer verbunden ist, um Sog an wenigstens einen Bereich der Kammer anzulegen, wobei der Sog verursacht, dass sich die äußere flexible Membran an die mindestens eine Aussparungsregion der Basisstruktur anpasst, so dass mindestens eine Vertiefung auf einer Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran geformt wird; und einen zweiten Fluidkanal, der konfiguriert ist, um sich durch die äußere flexible Membran zu erstrecken, so dass eine Öffnung des zweiten Fluidkanals in der mindestens einen Vertiefung positioniert ist, wenn der Sog an die Kammer angelegt wird, wobei der zweite Fluidkanal verwendet wird, um einen weiteren Sog an die mindestens eine Vertiefung anzulegen, um einen Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran zu halten.
Polierkopf nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Aussparungsregion eine kreisförmige Aussparungsregion nahe der Mitte der Basisstruktur einschließt, so dass die mindestens eine Vertiefung eine kreisförmige Vertiefung einschließt.
Polierkopf nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Aussparungsregion miteinander verbundene Aussparungsregionen einschließt, so dass die mindestens eine Vertiefung miteinander verbundene Vertiefungen einschließt.
Polierkopf nach Anspruch 3, wobei die miteinander verbundenen Aussparungsregionen eine oder mehrere ringförmige Aussparungsregionen einschließen.
Polierkopf nach Anspruch 1, wobei die Basisstruktur eine Basis und eine Vielzahl von an der Basis befestigten, ringförmigen Scheiben einschließt, wobei wenigstens manche der ringförmigen Scheiben die mindestens eine Aussparungsregion einschließen.
Polierkopf nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Gehäuse, das an der Basisstruktur befestigt ist, und eine Ventil-und-Regulator-Baugruppe, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Ventil-und-Regulator-Baugruppe mit den ersten und zweiten Fluidkanälen verbunden ist.
Polierkopf nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Haltering, der unterhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einen kreisförmigen Schlauch, der zwischen dem Gehäuse und dem Haltering positioniert ist.
Polierkopf nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Verformungselement, welches an dem Haltering und dem Gehäuse befestigt ist.
Polierkopf nach Anspruch 1, wobei die äußere flexible Membran konfiguriert ist, um einen ringförmigen umgekehrt U-förmigen Bereich einzuschließen.
Polierkopf nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von inneren ringförmigen flexiblen Membranen, die an der Basisstruktur befestigt sind, wobei die inneren ringförmigen flexiblen Membranen innerhalb der äußeren flexiblen Membran positioniert sind, wobei jede der inneren ringförmigen flexiblen Membranen eine ringförmige Kammer definiert, welche an einen Fluidkanal angeschlossen ist.
Polierkopf nach Anspruch 10, wobei die äußere flexible Membran eine ringförmige Krempe einschließt, die konfiguriert ist, um sich zur Basisstruktur hin zu erstrecken, wobei die ringförmige Krempe zwischen benachbarten Seitenwänden der inneren ringförmigen flexiblen Membranen positioniert ist.
Polierkopf nach Anspruch 10, wobei die Dicken der inneren ringförmigen flexiblen Membranen dünner sind als die Dicke der äußeren flexiblen Membran.
Polierkopf nach Anspruch 10, wobei mindestens eine der inneren ringförmigen flexiblen Membranen einen ringförmigen gefalteten Bereich auf einer Seitenwand einschließt.
Polierkopf nach Anspruch 1, wobei die Basisstruktur eine Basis und mindestens erste und zweite ringförmige Scheiben, welche an der Basis befestigt sind, einschließt, wobei eine Außenkante der ersten ringförmigen Scheibe konfiguriert ist, um eine Stufe einzuschließen, und eine Innenkante der zweiten ringförmigen Scheibe konfiguriert ist, um eine umgekehrte Stufe einzuschließen, so dass die Stufe der ersten ringförmigen Scheibe mit der umgekehrten Stufe der zweiten ringförmigen Scheibe zusammenpasst.
Verfahren zur Handhabung und zum Polieren eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkopfs, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Bewegen des Polierkopfs, so dass eine äußere flexible Membran des Polierkopfs wenigstens in enger Nachbarschaft zu einer Oberfläche des Halbleiter-Wafers ist; Anlegen von Sog an wenigstens einen Bereich einer Kammer des Polierkopfs, welche durch die äußere flexible Membran und eine Basisstruktur des Polierkopfs definiert ist, wobei die Basisstruktur konfiguriert ist, um mindestens eine Aussparungsregion auf einer unteren Oberfläche der Basisstruktur einzuschließen, wobei das Anlegen des Sogs an wenigstens den Bereich der Kammer verursacht, dass sich die äußere flexible Membran an die mindestens eine Aussparungsregion der Basisstruktur anpasst, so dass mindestens eine Vertiefung auf einer Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran gebildet wird; und Anlegen eines weiteren Sogs an die wenigstens eine Vertiefung auf der Bodenfläche der äußeren flexiblen Membran, um den Halbleiter-Wafer auf der äußeren flexiblen Membran des Polierkopfs zu halten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die mindestens eine Aussparungsregion eine kreisförmige Aussparungsregion nahe der Mitte der Basisstruktur einschließt, so dass die mindestens eine Vertiefung eine kreisförmige Vertiefung einschließt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die mindestens eine Aussparungsregion miteinander verbundene Aussparungsregionen einschließt, sodass die mindestens eine Vertiefung miteinander verbundene Vertiefungen einschließt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die miteinander verbundenen Aussparungsregionen der Basisstruktur eine oder mehrere ringförmige Aussparungsregionen einschließen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Basisstruktur eine Basis und eine Vielzahl von an der Basis befestigten, ringförmigen Scheiben einschließt, wobei wenigstens manche der ringförmigen Scheiben die mindestens eine Aussparungsregion einschließen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Absorbieren von Vibrationen eines Halterings des Polierkopfs an einem geschlossenen ringförmigen Schlauch, der über dem Haltering positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Expandieren der äußeren flexiblen Membran, einschließlich des Geraderichtens eines ringförmigen umgekehrt U-förmigen Bereichs der äußeren flexiblen Membran.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Zuführen, bzw. Anwenden von druckbeaufschlagtem Gas an ringförmige Kammern des Polierkopfs, wobei die ringförmigen Kammern durch eine Vielzahl von inneren ringförmigen flexiblen Membranen und der Basisstruktur definiert sind, wobei die inneren ringförmigen flexiblen Membranen innerhalb der äußeren flexiblen Membran positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Anwenden des druckbeaufschlagten Gases das Regulieren von Drücken in den ringförmigen Kammern unter Verwendung des druckbeaufschlagten Gases einschließt.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend das Expandieren einer jeweiligen ringförmigen Kammer der ringförmigen Kammern, einschließlich des Geraderichtens eines ringförmigen gefalteten Bereichs von einer der inneren ringförmigen flexiblen Membranen, die mit der jeweiligen ringförmigen Kammer zusammenhängen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anlegen des Sogs an wenigstens dem Bereich der Kammer das Anlegen des Sogs an einen Raum zwischen der äußeren flexiblen Membran und einer Vielzahl von inneren ringförmigen flexiblen Membranen einschließt, wobei die inneren ringförmigen flexiblen Membranen innerhalb der äußeren flexiblen Membran positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anlegen des Sogs an wenigstens dem Bereich der Kammer das Anlegen von Sog an mindestens eine der ringförmigen Kammern des Polierkopfs einschließt, wobei die ringförmigen Kammern von einer Vielzahl von inneren ringförmigen flexiblen Membranen und der Basisstruktur definiert werden, wobei die inneren ringförmigen flexiblen Membranen innerhalb der äußeren flexiblen Membran positioniert sind.