DE19715460C2 - Haltevorrichtung und Halteringvorrichtung zum Polieren eines Werkstücks - Google Patents
Haltevorrichtung und Halteringvorrichtung zum Polieren eines WerkstücksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung und eine
Halteringvorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bzw. 8, die beim
Polieren und Einebnen dünner Werkstücke, wie z. B.
Siliziumwafer, die in Halbleitern verwendet werden,
eingesetzt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine
Haltevorrichtung und eine Halteringvorrichtung mit einer
verbesserten Führung eines flüssigen Poliermediums.
Bei Bearbeitungsvorgängen, bei denen das Polieren oder
Einebnen dünner Werkstücke, wie z. B. von Siliziumsubstraten
oder -wafern, die in integrierten Schaltkreisen verwendet
werden, auftritt, wird ein Wafer zwischen einer Träger- oder
einer Druckplatte und einem drehbaren Poliertisch angeordnet,
der an seiner Oberfläche ein Polierpolster trägt. Die
Druckplatte bringt Druck derart auf, daß eine Entfernung von
rauhen Stellen von dem Wafer bewirkt wird, und eine
Oberfläche mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke an dem
Wafer erzeugt wird.
Im allgemeinen weist die Poliervorrichtung eine steife
Druckplatte oder einen Träger auf, an den nicht polierte
Wafer geheftet werden, wobei die zu polierenden
Waferoberflächen einem Polierpolster ausgesetzt sind, das mit
diesem durch einen Polierdruck in Eingriff steht. Das
Polierpolster und der Träger werden dann typischerweise beide
bei verschiedenen Geschwindigkeiten rotiert, um eine relative
seitliche Bewegung zwischen dem Polierpolster und den
Oberflächen der Vorderseite des Wafers zu bewirken. Ein
Schmirgelbrei, wie z. B. ein kolloider Silikabrei, wird im
allgemeinen während des Poliervorgangs an der Schnittstelle
zwischen Polierpolster und Waferoberfläche vorgesehen, um die
Polierung zu unterstützen.
Die bevorzugte Art einer Maschine, mit der die vorliegende
Erfindung verwendet wird, weist ein sich drehendes Polierrad
auf, das drehbar um eine vertikale Achse angetrieben wird.
Typischerweise weist das Polierrad eine horizontale Platte
aus Keramik oder Metall auf, die aus verschiedenen
Materialien ausgebildet sein kann, wie im Stand der Technik
bekannt ist, und die auf dem Markt erhältlich sind.
Typischerweise ist das Polierpolster ein geblasenes
Polyurethan, wie z. B. Polierpolster der Serie IC und GS, die
von der Firma Rodel Products Corporation in Scottsdale,
Arizona erhältlich sind. Die Härte und Dichte des
Polierpolsters wird gewöhnlich anhand der Art des Materials,
das zu polieren oder einzuebnen ist, gewählt. Das
Polierpolster wird um eine vertikale Achse gedreht und weist
eine ringförmige Polierfläche auf, an der die Werkstücke an
eingeschlossenen Stellen angeordnet werden, und auf die eine
Schmirgelbrühe, wie z. B. ein wäßriger Brei von
Silikateilchen, gepumpt wird. Die kombinierte Wirkung des
Polsters, des Breis und der Relativbewegungen der Komponenten
erzeugt einen kombinierten mechanischen und chemischen Prozeß
an der Waferoberfläche, der eine äußerst ebene Oberfläche an
dem Wafer erzeugt. Während des Poliervorgangs werden die
Wafer in kreisförmigen Halteringen gehalten, um zu
verhindern, daß sie von dem Waferträger entfernt werden.
Herkömmliche Halteringe sind aus einem steifen Material, wie
z. B. einem Metall gefertigt, und weisen derartige Abmessungen
auf, daß sie über die zu polierenden Wafer und die Druck- oder
Trägerplatte passen. Die Halteringe wirken derart, daß
verhindert wird, daß die Wafer von der Druckplatte versetzt
werden.
Herkömmliche fortlaufende Halteringe neigen dazu, den
Durchgang der Schmirgelbrühe in die Mitte des zu polierenden
Wafers oder Substrats zu hemmen. Vielmehr neigen diese
herkömmlichen Halteringe dazu, die Schmirgelbrühe während des
Polierens von dem Wafer wegzuschieben, was oft dazu führt, daß
die Polierrate des mittleren Abschnitts des Wafers verlangsamt
wird. Ferner sind für den Poliervorgang größere Mengen von
Schmirgelbrei erforderlich.
Eine Haltevorrichtung und eine Halteringvorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8 ist in der JP 7-237120 A
offenbart. Die Haltevorrichtung weist zum einen eine
Druckplatte zum Aufbringen von nach unten gerichtetem Druck
auf den Wafer auf. Zum anderen ist ein Halter vorgesehen, der
mit der Druckplatte zur Ausbildung eines inneren Hohlraums
zusammenwirkt. Die untere Fläche des Halters weist mehrere
Ausnehmungen auf, die sich von der Innenfläche zu der
Außenfläche derart erstrecken, daß die Ausnehmungen von
radialen Referenzlinien abweichen, die von einem Punkt in dem
inneren Hohlraum ausströmen.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine
neuartige Vorrichtung für die Verwendung bei Poliervorgängen
und zum Halten eines Werkstücks an Ort und Stelle während
dessen Polierung zur Verfügung zu stellen, durch die eine
verbesserte Führung eines flüssigen Poliermediums
gewährleistet werden kann, und durch welche die Menge von
Schmirgelbrei, die normalerweise für einen Poliervorgang
erforderlich ist, verringert werden kann, und durch die
schließlich die Wirksamkeit des Polierens, insbesondere des
mittleren Abschnitts eines Werkstücks verbessert, und während
des Polierens die Stabilität erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung jeweils durch den
Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst, der
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausnehmungen eine im
wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung mit
einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche und eine äußere
Öffnung an der Außenfläche mit einer größeren Breite als
derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
Bei Poliervorgängen von dünnen Werkstücken sorgt die
Erfindung für eine Vorrichtung zum Umgeben und Halten eines
Werkstücks während des Polierens an Ort und Stelle. Die
Haltevorrichtung paßt über die Druckplatte und das Werkstück
und ist an ihrem unteren Abschnitt mit einer vergrößerten
ringförmigen Verlängerung versehen, in der sich mehrere nicht
radiale Kanäle befinden, die sich von dem Außenrand zum
Innenrand erstrecken. Die Haltevorrichtung gemäß der
Erfindung wirkt somit derart, daß Schmirgelbrei während des
Polierens in die Mitte des Werkstücks geleitet wird.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der typischen
Grundvorrichtung zum Polieren eines Substrates, wie
z. B. eines Siliziumwafers;
Fig. 2 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der
Haltevorrichtung der Erfindung;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Haltevorrichtung der
Erfindung entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Unteransicht einer Ausführungsform der
Haltevorrichtung der Erfindung;
Fig. 5 ist eine Unteransicht ähnlich der Fig. 4, die eine
weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Unteransicht einer noch weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7
von Fig. 6;
Fig. 8 ist eine obere Draufsicht derselben;
Fig. 9 ist eine obere Draufsicht einer noch weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist eine untere Draufsicht derselben;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
11-11 von Fig. 10; und
Fig. 12 ist eine schematische Querschnittsansicht einer
Anordnung ähnlich zu der in Fig. 11 gezeigten.
Fig. 1 zeigt schematisch die Grundelemente einer typischen
Vorrichtung zum Polieren dünner Werkstücke. Die dargestellte
Poliervorrichtung 10 weist einen feststehenden Rahmen 12 und
ein drehbares Polierrad 14 auf, das durch einen Motor M
derart angetrieben wird, daß es sich in Richtung des Pfeils
15 (gemäß Fig. 2) um eine mittlere Welle 16 (vgl. Fig. 1)
dreht, die eine Drehachse C aufweist (vgl. Fig. 2). Ein
Polierpolster 18 wird durch die obere Fläche des Rades 14
getragen. Ein Kraftzylinder 20 ist an einen darüberliegenden
Abschnitt 22 des Rahmens 12 angebracht und stellt eine Stange
oder eine Welle 24 dar, an der drehbar und kippbar an ihrem
unteren Ende 25 eine Druckplatte 28 gelagert ist. Ein
Betätigen des Kraftzylinders hebt deshalb die Druckplatte mit
einem Freiraum ein Stück über das Polierrad 14 an und senkt
die Druckplatte mit einer anpaßbaren Kraft ab. Die
Druckplatte ist derart gestaltet, daß sie für das Halten
wenigstens eine Werkstücks geeignet ist, wie z. B. für einen
Siliziumwafer 30, der seinerseits gegen das Polierpolster 18
abgestützt ist. Wie Fig. 1 zeigt, paßt ein herkömmlicher
fortlaufender Haltering 32 (der teilweise weggebrochen ist)
und der ein wenig größer ist als sowohl die Druckplatte 28
und der äußere Umfang des Wafers 30, frei über diese, um die
Wafer unter der Druckplatte 28 zu halten. Wie zu erkennen
ist, ist die untere Fläche des Halterings 32 nicht
unterbrochen und ruht auf dem Polierpolster 18 auf dem
Polierrad 14.
Die Fig. 2-4 stellen einen Haltering 38 gemäß dieser
Erfindung dar, der gemäß einer Ausführungsform in zwei
verbindbare Teile ausgebildet ist. Ein aufstehender
Ringabschnitt 40 (der ein wenig größer ist als sowohl die
Druckplatte 28 und der oder die Wafer 30) paßt frei über ein
jedes dieser Elemente, um sie in einer Polierstellung zu
halten. Der aufstehende ringförmige Abschnitt 40 des
Halterings 32 weist eine Höhe auf, die hinreichend ist, um
die Druckplatte 28 zu umschließen, wenn der Ring auf dem
Polierrad ruht. Wie in Fig. 2-4 dargestellt ist, ist mittels
Schrauben 39 an die untere Fläche 48 der Druckplatte 28 ein
vergleichsweise breiter Haltering oder ein ringförmiges
Flanschelement 45 angebracht, das sich nach außerhalb von der
Druckplatte 28 erstreckt. Das Flanschelement 45 weist mehrere
nicht radiale Kanäle 46 auf, die entlang seiner unteren
Oberfläche zueinander beabstandet angeordnet sind und sich
von dem inneren Rand 47 zu dessen äußerem Rand 49 erstrecken.
Es ist zu erkennen, daß die Kanäle 46 nicht radial angeordnet
sind, d. h. sie fallen nicht mit radialen Referenzlinien
zusammen, die von einer Stelle innerhalb des Hohlraums des
Halterings ausströmen. Somit bezieht sich die nicht radiale
Gestaltung der vorliegenden Erfindung auf Halteringe, die
nicht genau kreisförmig sind, obwohl für die
Wirtschaftlichkeit der Anwendung und für eine leichtere
Erreichung eines gleichmäßigen Polierens über die Oberfläche
des Werkstücks die Halteringe vorzugsweise kreisförmig sind.
Gemäß der Erfindung sind die Kanäle bezüglich des Kreises,
der durch einen ringförmigen Ringabschnitt 40 gebildet wird,
nicht radial angeordnet, sondern sind vielmehr geneigt oder
schräg angeordnet, so daß sie bezüglich des genannten Kreises
eine Sekante darstellen. Die Anzahl der Kanäle kann verändert
werden, aber bei der bevorzugten Ausführungsform sind acht
Kanäle, die voneinander um etwa 45° beabstandet sind, in dem
Haltering vorgesehen, der für Wafersubstrate mit einem
Durchmesser von 6 Inches (15,24 cm), 8 Inches (20,32 cm) oder
mehr verwendet wird.
Während die Kanäle 46 in Fig. 2 als im allgemeinen geradlinig
gezeigt sind, können die Kanäle eine gekrümmte Gestalt
aufweisen (vgl. Fig. 5 und 9-12). Derartige gekrümmte Kanäle
bieten eine größere, gleichmäßigere Strömung des
Schmirgelbreis 50, der beispielsweise durch die Pfeile in den
Fig. 2 und 6 angedeutet ist.
Die zweistückige Gestaltung des Halterings gemäß dieser
Erfindung weist den Vorteil auf, daß die herkömmlichen
fortlaufenden Halteringe in ökonomischer Weise verwendet
werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß einfach ein
vergrößerter, mit Kanälen versehener Flansch an die untere
Fläche der herkömmlichen Halteringe angebracht wird. Jedoch
kann der neuartige Haltering gemäß der Erfindung in einem
Stück ausgebildet sein, und die Zahl der fluidführenden
Kanäle 46 kann ebenso wie seine Größe verändert werden. Zum
Polieren eines Wafers mit einem Durchmesser von 6 Inch ist
ein bevorzugter Haltering derart gestaltet, daß er einen
aufstehenden ringförmigen Abschnitt 40 mit einem Durchmesser
von 5,972 Inch (15,17 cm), einen unteren Flansch 45 von
8,618 Inch (21,89 cm) in der Breite und mit 8 Kanälen 46 mit
einer Breite von 0,5 Inch (1,27 cm) und einer Tiefe von
0,078 Inch (0,198 cm) aufweist, die um 45° voneinander
beabstandet sind.
Der neuartige Haltering der Erfindung sorgt für eine
deutliche Verbesserung beim Polieren oder Einebnen dünner
Werkstücke, wie z. B. eines Siliziumwafers und ähnlichem. Der
neuartige Haltering leitet den Polierschmirgelbrei 50 in
Richtung der Pfeile A in die Mitte des Substrats 30, das
poliert wird, wenn das Polierrad gegen den Uhrzeigersinn
gedreht wird. Wenn sich das Polierrad mit dem Uhrzeigersinn
dreht, werden die Winkel der Strömungskanäle 46 entsprechend
verändert. Ferner wird für eine Verringerung der
erforderlichen Menge von Brei für eine bestimmte
Polieroperation gesorgt, weil eine effizientere Verteilung
des Breis gewährleistet wird. Die Verringerung bei der
Verwendung des Schmirgelbreis oder der Schmirgelbrühe stellt
einen wirtschaftlichen Vorteil dar. Ferner werden wegen der
gleichförmigeren Verteilung des Schmirgelbreis die
Entfernungsraten beim Polieren mit einer größeren
Gleichmäßigkeit beim Polieren erhöht.
Die vorangehend beschriebene Ausführungsform weist Kanäle
auf, die im allgemeinen entlang ihrer Pfadlängen
gleichbleibende Abmessungen aufweisen. Beispielsweise sind
die in Fig. 4 gezeigten Kanäle durch Seitenwände ausgebildet,
die im allgemeinen zueinander parallel sind, und
erfindungsgemäß sind die Kanäle mit einer im wesentlichen
konstanten Tiefe ausgebildet, die in das Stangenmaterial
geschnitten sind, aus dem der Haltering ausgebildet ist. Wenn
gewünscht, können die oben beschriebenen Kanäle mit einer
entlang ihrer Pfadlängen variierenden Tiefe ausgebildet
werden. Wie ersichtlich ist, wird erfindungsgemäß bevorzugt,
daß die Kanäle in einem Bereich an den Innendurchmesser des
Halterings anliegend einen kleineren Querschnitt aufweisen,
und in einem Bereich an den Außenrand des Halterings
anliegend einen größeren Querschnitt aufweisen.
In den Fig. 6-12 sind Halteanordnungen gezeigt, welche die
strömungsverbessernden Kanäle mit veränderlichem Querschnitt
entlang ihren Pfadlängen aufweisen. Beispielsweise ist in den
Fig. 6-8 ein Haltering gezeigt, der strömungsverbessernde
Kanäle aufweist, die sich entlang geradliniger Bahnen
erstrecken. D. h., die jeweiligen Mittelpunkte von
Querschnitten, die entlang des Kanals genommen sind, liegen
im allgemeinen entlang einer gemeinsamen Linie. Obwohl dies
nicht in allen Fällen wesentlich ist, weisen die Kanäle
erfindungsgemäß von dem Innendurchmesser des Halterings zu
dem Außendurchmesser des Halterings eine im wesentlichen
konstante Tiefe auf, und die Seitenwände der Kanäle bilden
vorzugsweise an der Unterfläche des Halterings parallele
Linien, wie z. B. in Fig. 6 gezeigt ist.
Wie kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 12 ausgeführt wird,
ist in dieser Zeichnung eine Halteanordnung 250 gezeigt, die
eine Druckplatte 28 und einen Haltering 200 aufweist. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Druckplatte und
der Haltering getrennt ausgebildet und sind miteinander über
mit Gewinden versehene Befestigungselemente 39 auf die in
Fig. 3 gezeigte Art und Weise befestigt. Jedoch könnten, wenn
dies gewünscht ist, der Haltering und die Druckplatte,
zusammen aus einem monolithischen oder einstückigen Stück
eines geeigneten Stangenmaterials, wie z. B. einem Kunststoff
oder einem anderen nicht metallischen Material, ebenso wie
aus einem metallischen Material, wie z. B. Edelstahl,
ausgebildet sein.
Wie in dem mittleren Abschnitt der Fig. 12 ersichtlich,
erstreckt sich die Druckplatte in die innere Bohrung des
Halterings 200, aber erstreckt sich nicht zu der unteren
Seite des Halterings. Demzufolge wird ein umschlossener
Hohlraum an der Unterseite der Halteanordnung 250
ausgebildet. Wie in Fig. 12 angedeutet ist, wird bevorzugt,
daß der innere Hohlraum derart bemessen ist, daß das zu
polierende Werkstück, das in Fig. 12 mit 256 bezeichnet ist,
sich um ein vorbestimmtes Ausmaß unterhalb der unteren Fläche
212 des Halterings derart erstreckt, daß es dem Polierrad 14
ausgesetzt ist. Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, wäre es,
wenn der Haltering durchlaufend oder massiv ausgebildet wäre,
schwierig, daß ein Poliermedium den Außenrand des Werkstücks
256 erreicht. Man müßte auf die Anwesenheit von Poliermedium
vertrauen, das eingeschlossen wird, wenn die Halteanordnung
250 und das Werkstück 256 an das Polierrad abgesenkt werden,
das vorher durch Überziehen mit einem Poliermedium
vorbereitet wurde. Es wird im allgemeinen bevorzugt, daß das
Polierpolster von herkömmlicher Bauart ist, und dieses könnte
beispielsweise eine Vakuumklemmenanordnung zum Halten des
Werkstücks 256 an Ort und Stelle innerhalb des Hohlraums
aufweisen, der an der Unterseite der Halteanordnung 250
ausgebildet ist. Wie ersichtlich ist, würde ein Poliermedium,
das zwischen dem Werkstück 256 und dem Polierrad
eingeschlossen wird, dazu neigen, sich während des
Poliervorgangs in Bewegung zu setzen, und es kann keine
gewünschte Menge von Poliermedium sichergestellt werden. Es
wird im allgemeinen bevorzugt, daß ein Überschuß an
Poliermedium derart vorgesehen ist, daß ein Austausch von
Poliermedium an der Stelle der Polierarbeit ermöglicht wird,
die an dem Werkstück durchgeführt wird. Beispielsweise ist es
üblicherweise wichtig, wenn das Poliermedium Schleifteilchen
mitführt, daß die Größe und die Schärfe der Teilchen
sorgfältig gesteuert wird. Es ist wohlbekannt, daß während
eines Poliervorgangs diese Polierteilchen dazu neigen,
zusammenzubrechen, und zwar oftmals bevor ein Poliervorgang
beendet ist. Ferner können sich Abschnitte der
Werkstückoberfläche, die sich von dem Werkstück gelöst haben,
mit dem Poliermedium vermischen, was dessen physikalische und
chemische Zusammensetzung verändert. Aus diesen und anderen
Gründen ist es erwünscht, daß das Poliermedium fortlaufend
während eines Poliervorgangs ausgetauscht wird. Bei
Halteringen gemäß dem Stand der Technik kann beobachtet
werden, daß sich Poliermedium an dem Außenrand des Halterings
aufbaut oder "verdichtet". Bei den Halteanordnungen gemäß dem
Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird jedoch kein
derartiger Aufbau oder eine Verdichtung an dem Außenrand des
Halterings beobachtet, was durch die In-Augenschein-Nahme für
eine Bestätigung sorgt, daß das Poliermedium während des
Poliervorgangs über die Oberfläche des Werkstücks fließt.
Durch die Haltevorrichtung gemäß dem Grundgedanken der
vorliegenden Erfindung wird das Werkstück in
zufriedenstellender Weise innerhalb einer druckaufbringenden
Vorrichtung gehalten, und ist in einfacher Weise für die
Verwendung mit bestehenden Vorrichtungen anpaßbar. Ferner
wird durch die Haltevorrichtung gemäß dem Grundgedanken der
vorliegenden Erfindung die Strömung zu und von dem Bereich
des aktiven Polierens sowohl hinsichtlich des Volumenstroms
als auch der Verläßlichkeit der Strömung während des gesamten
Poliervorgangs verbessert.
Wie oben erwähnt, können die Kanäle, die in der
Haltevorrichtung gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden
Erfindung ausgebildet sind, entweder geradlinig oder gekrümmt
sein. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen, die
beschrieben sind, weist die Haltevorrichtung im allgemeinen
eine kreisförmige Gestalt auf, bei der sich die Kanäle in
nicht radialen Richtungen erstrecken. Es wird bevorzugt, daß
geradlinige Kanäle von entweder kreisförmigen oder nicht
kreisförmigen Halteringen mit einem Winkel zu radialen
Referenzlinien ausgerichtet sind, die von einer Stelle in dem
inneren Hohlraum innerhalb des Halterings ausströmen.
In den Fig. 9-11 ist eine weitere alternative Ausführungsform
eines Halterings 200 mit gekrümmten Kanälen gezeigt, d. h.
Kanälen, die Öffnungen an dem Innendurchmesser und dem
Außenrand des Halterings aufweisen, und die hinsichtlich
ihres Winkels versetzt sind. Vorzugsweise sind die Kanäle
gemäß den Fig. 9-11 fortlaufend gekrümmt, obwohl lineare
Annäherungen der Kurven ebenso möglich sind. Die in den
Halteringen, die in den Fig. 6-11 gezeigt sind, ausgebildeten
Kanäle weisen eine kleinere Größe des Querschnitts in dem
Bereich auf, der an dem Innendurchmesser des Halterings
anliegt, und weisen an dem Außenrand des Halterings eine
größere Querschnittsgröße auf. Erfindungsgemäß weisen die
Kanäle entlang ihrer Pfadlängen eine im wesentlichen
konstante Tiefe auf (obwohl dies nicht in allen Fällen
erforderlich ist), und die Tiefe der Kanäle kann entlang der
Pfadlänge des Kanals variieren. Wenn gewünscht, können die
gekrümmten Kanäle jedoch eine gleichbleibende
Querschnittsgröße an ihren inneren und ihren äußeren
Öffnungen aufweisen.
In den Fig. 6 und 8 ist der Haltering im allgemeinen mit 200
bezeichnet. Der Haltering ähnelt im wesentlichen dem
Haltering, der vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2-4
beschrieben wurde. Der Haltering weist eine Wand 202 am
inneren Durchmesser und eine Wand 204 am Außenrand auf. Wie
Fig. 7 zeigt, weist der Haltering 200 vorzugsweise eine obere
konische Fläche 206 und einen ringförmigen Randabschnitt oder
ein Anbringband 208 auf, das mit der konischen Fläche 206 zur
Ausbildung eines gestuften Profils, wie in Fig. 7
ersichtlich, zusammenwirkt.
Wie in den Fig. 6 und 7 zu sehen ist, sind mehrere
strömungsverbessernde Kanäle 210 in der Unterfläche 212 des
Halterings 200 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Haltering
aus einem geeigneten Stangenmaterial ausgebildet, wie z. B.
einem gefüllten (ausgegossenen) oder nicht gefüllten
Kunststoff oder einem anderen nicht metallischen Material.
Wie erwähnt, könnten der Haltering und die Druckplatte
getrennt oder als ein einziges einstückiges Teil ausgebildet
sein. Eine Kunststofformung oder -gießen oder andere
herkömmliche Techniken können in dieser Hinsicht verwendet
werden. Jedoch könnte, wenn dies erwünscht ist, der Haltering
ebenso aus einer Edelstahllegierung oder einem anderen
Material gefertigt sein, das sich mit den chemischen
Gegebenheiten und den verwendeten Kräften verträgt. Die
Kanäle 210 sind vorzugsweise durch Fräsen oder durch
sonstiges Schneiden von Nuten in die Unterfläche 212 des
Halterings 200 ausgebildet. Wenn der Haltering (oder die
integrierte Haltevorrichtung) unter Verwendung von
Formtechniken ausgebildet ist, ist es möglich, die
Kanalgestalt in den Formvorgang zu integrieren. Es wird
jedoch bevorzugt, daß die Kanäle derart ausgebildet werden,
daß sie vergleichsweise scharfe Innenränder 211 aufweisen,
was ein Konstruktionsmerkmal ist, das bei der Verwendung von
herkömmlichen, wirtschaftlichen Fräs- oder Schneidtechniken
in einfacher Weise erreicht wird.
Wie wiederum die Fig. 6 zeigt, weisen die Kanäle 210
Einlaßöffnungen 216 und Auslaßöffnungen 218 auf. Bei der in
den Fig. 6-8 gezeigten Ausführungsform sind die Kanäle durch
gegenüberliegende Wände 224, 226 gebildet. Vorzugsweise
liegen die Wände 224, 226 entlang von flachen Ebenen, die im
allgemeinen senkrecht zu der Unterfläche 212 des Halterings
sind. Obwohl es sich hierbei um die bevorzugte Gestalt
handelt, könnten die Wände gekrümmt sein (d. h. keinen flachen
Querschnitt aufweisen) und könnten nicht rechtwinklig zu der
Unterfläche 212 ausgebildet sein.
Als ein Ergebnis der bevorzugten ebenen Gestalt der Wände
224, 226 bilden die Wände an der Stelle, an der sie auf die
Unterfläche 212 treffen, gerade Linien. Fig. 6 zeigt
Konstruktionslinien 228, die sich im allgemeinen parallel zu
den Wänden 224 erstrecken, und die den Punkt schneiden, an
den die Wände 226 auf die Wand 202 am Innendurchmesser
treffen. Die Konstruktionslinien 228 sorgen für eine visuelle
Hilfe für das Ausmaß der "Verjüngung" oder der nach außen
gerichteten "Kegeligkeit" der Wände 224, 226. Es wird
bevorzugt, daß die Verjüngung der Kanalwände derart gestaltet
ist, daß die Einlaßöffnungen 216 kleiner sind als die
Auslaßöffnungen 218, wobei die Wände 226 einen spitzen Winkel
mit den Konstruktionslinien 228 bilden. In Fig. 6 ist die
bevorzugte Drehrichtung des Halterings in Richtung des
Uhrzeigersinns, wie durch den Pfeil 232 angedeutet ist.
In Fig. 6 ist eine Konstruktionslinie 245 für einen
Bolzenkreis gezeigt, um die mehrere bolzenaufnehmende
Öffnungen 247 angeordnet sind. Die Öffnungen 247 nehmen, wie
gezeigt in Fig. 3, Bolzen 39 auf. Somit schneidet, wie im
Oberteil der Fig. 6 zu erkennen ist, die Wand 226 die
kreisförmige Konstruktionslinie 245 und die vertikale Linie
249 im gleichen Punkt. Die Wand 224 bildet einen Winkel b1
bezüglich der Konstruktionslinie 249, und die Wand 226 bildet
einen Winkel b2 bezüglich der Konstruktionslinie 249. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel b1
zwischen 40 und 50 Grad, aber er ist bevorzugt auf 45 Grad
eingestellt, während der Winkel b2 zwischen 45 und 60 Grad
und vorzugsweise bei 53 Grad liegt.
Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, sind die Wände 224, 226 von
radialen Linien entlang der Richtung des Pfeils 232 geneigt.
Die radiale Linie r1 erstreckt sich zu einem Berührungspunkt
zwischen der Wand 224 und der Wand 202 am Innendurchmesser.
Ein Winkel a1 ist zwischen der radialen Linie r2 und der
Referenzlinie 228 gebildet. In ähnlicher Weise erstreckt sich
eine radiale Linie r2 zu einem Berührpunkt zwischen der Wand
225 und der Wand 202 am Innendurchmesser. Ein Winkel a2 ist
zwischen der Wand 225 und der radialen Linie r2 gebildet.
Ferner ist ein Winkel a3 zwischen der Referenzlinie 228 und
der Wand 226 gebildet, und sorgt für eine Anzeige des
Ausmaßes der "Verjüngung" oder der "Kegeligkeit" der
vergrößerten Öffnung des Kanals.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform beträgt der
Winkel a1 beispielhaft etwa 45°, der Winkel a2 beträgt etwa
60° und der Winkel a3 beträgt etwa 15°. Fig. 6 zeigt ein
bevorzugtes Beispiel der Kanalausrichtungen. Es ist jedoch
beabsichtigt, daß ein großer Gestaltungsbereich für die
Kanäle möglich ist. Beispielsweise kann der Winkel a1
zwischen 40° und 50° liegen, der Winkel a2 kann zwischen 55°
und 65° liegen, und der Winkel a3 kann zwischen 10° und 20°
liegen. Während es bevorzugt wird, daß die acht Kanäle
gleichmäßig um den Haltering beabstandet sind, sind andere
Anzahlen von Kanälen möglich, und ihre Beabstandung muß nicht
gleichmäßig sein. Ferner können, obwohl es im allgemeinen
bevorzugt wird, daß die Kanäle eine ähnliche
Querschnittsgestalt aufweisen, Kanäle mit unterschiedlichen
Gestaltungen in den gleichen Halteringen ausgebildet sein.
Ferner können andere Gestaltungsüberlegungen einfach in die
vorliegende Erfindung eingebracht werden. Z. B. ist zu
erkennen, daß das Ausmaß eines Zuges oder der Förderung durch
die Kanäle maximiert wird, wenn die Ränder 240, 242 (wo die
Wände 224, 226 auf die Wand 202 am Innendurchmesser treffen
- vgl. Fig. 6) scharf sind, und nicht ausgebogen oder
abgerundet sind. Jedoch sind diese Ränder und insbesondere
der Rand 240 einem Werkstück ausgesetzt, das innerhalb des
Halterings angeordnet ist. Bei einer beabsichtigten
Ausführungsform des Halterings 200 weist die Wand 202 am
Innendurchmesser eine Größe auf, die ein wenig größer ist als
ein einziges kreisförmiges Werkstück, das innerhalb des
Halterings angeordnet ist. Beispielsweise sorgen Halteringe,
die derart bemessen sind, daß sie Werkstücke mit einem
Außendurchmesser von 6 Inch (15,24 cm) aufnehmen, für einen
maximalen Freiraum von etwa 1,5 mm zwischen dem Außenrand der
Werkstückscheibe und der Innenwand 202.
Poliervorgänge können entweder mit oder ohne einer
Relativdrehung des Halterings bezüglich des Poliertisches
durchgeführt werden. Jedoch kann das Werkstück sich frei
innerhalb der Wand 202 am Innendurchmesser des Halterings
drehen und bewegen, und dies wird üblicherweise bei einem
zweckmäßigen Poliervorgang gewährleistet. Manchmal konnte man
beobachten, daß kreisförmige Werkstücke vergleichsweise
regelmäßig von der Wand 202 am Innendurchmesser "wegprallen",
und es wurden sorgfältige Überlegungen hinsichtlich des
Effekts angestellt, daß das Werkstück an die Wand 202 am
Innendurchmesser des Halterings stößt. Wie aus einer
Untersuchung des Halterings, der in Fig. 6 gezeigt ist,
ersichtlich ist, ist es möglich, daß ein Werkstück mit 6 Inch
Durchmesser die Wand 202 am Innendurchmesser berühren kann
(die einen Durchmesser aufweist, der um 1,5 mm größer ist als
das Werkstück mit einem Durchmesser von 6 Inch) und kann
gelegentlich unmittelbar gegen die Ränder 242 und
insbesondere den Rand 240 oder die Kante stoßen. Dieser
Zustand wird bei Werkstücken erschwert, die verschiedene
Identifikations- oder Ausrichtungsebenen an ihrem Außenrand
ausgebildet aufweisen. In der halbleitererzeugenden Industrie
werden kreisförmige Werkstücke mit verschiedenen Gestaltungen
und Materialien üblicherweise durch verschiedene
Ausrichtungsebenen identifiziert, die in dem Außenrand des
Werkstücks ausgebildet sind. Infolge der hohen Kosten von
Werkstücken in dieser Industrie ist es wichtig, daß
nachteilige Wirkungen auf eine Ausrichtungsfläche eines
Werkstücks, das an eine Kante eines Kanals eines Halterings
stößt, minimiert oder ausgeschlossen werden. Demzufolge wird
für Werkstücke mit 6 Inch Durchmesser bevorzugt, daß die
Breite oder der Abstand zwischen den Kanten 240, 242 nicht
größer als 3/8 Inch (0,953 cm) und vorzugsweise nicht größer
als 1/4 Inch (0,635 cm) sind. Die bevorzugte Größe der
Auslaßöffnung 218 liegt zwischen einer Breite, die ein wenig
größer ist als 0,5 Inch (1,27 cm), und 1,5 Inch (3,81 cm).
Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 6 gezeigt
ist, ist die Tiefe der Kanäle im allgemeinen gleichbleibend,
und ist vorzugsweise tiefer als die Dicke des Werkstücks, und
bevorzugt zwischen zwei- und dreimal so dick wie die Dicke
des Werkstücks.
Wie den Fachleuten der Halbleiterherstellung bewußt ist, ist
ein nicht gleichmäßiges Polieren von Substratscheiben ein
wichtiges Problem bei den Herstellern von
Halbleiteranordnungen, insbesondere wenn Ausrichtungsebenen
oder andere Asymmetrien in dem Werkstück vorhanden sind.
Beispielsweise wurde oft beobachtet, daß das Poliermedium
dazu neigt, sich an der Stelle von Ausrichtungsflächen, die
in dem Außenrand eines Werkstücks ausgebildet sind,
aufzubauen. Mit den Kanälen, die gemäß dem Grundgedanken der
vorliegenden Erfindung gestaltet sind, wurden ungleichmäßige
Polierraten an den Stellen von Ausrichtungsflächen erheblich
verringert und konnten in vielen Anwendungsfällen im
wesentlichen ausgeschlossen werden. Ferner konnte bei mit
Kanälen versehenen Halteanordnungen, die gemäß dem
Grundgedanken der vorliegenden Erfindung gestaltet sind, im
allgemeinen eine Gleichmäßigkeit der Polierraten quer über
die Oberfläche des Werkstücks beobachtet werden. Dies führte
zu einer Verbesserung sowohl der Einebnung insgesamt als auch
lokal eines Werkstücks, das einem Polieren mit
Halteanordnungen gemäß den Gedanken der vorliegenden
Erfindung unterliegt, was ein Merkmal von wesentlicher
ökonomischer Wichtigkeit für die Hersteller von
Halbleiteranordnungen darstellt. Selbstverständlich können
die hierin beschriebenen Halteanordnungen in einfacher Weise
auf Poliervorgänge anderer Materialien, wie z. B.
Maschinenteile und sonstige Gegenstände, angewendet werden,
die heutzutage verbreitet verwendet werden.
In Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht ähnlich zu der in
Fig. 7 gezeigten schematisch dargestellt. Es ist zu erkennen,
daß die schematische Darstellung von Fig. 12 nicht
maßstabsgetreu gezeichnet ist. Fig. 12 zeigt eine
Halteanordnung, die allgemein mit 250 bezeichnet ist und den
Haltering 200, die Druckplatte 28 und eine optionale
Stützfolie 252 aus SF3 oder einem anderen Material aufweist.
Die Breite der Kanäle w variiert von der inneren Wand 202 zum
Außenrand 204, wie oben beschrieben wurde. Gemäß der
Erfindung wird die Tiefe d des Kanals 210 entlang der Länge
des Kanals im wesentlichen konstant gehalten, und ist für
mehrere in dem Haltering ausgebildete Kanäle die gleiche. Bei
der in Fig. 12 gezeigten Anordnung weist das Werkstück 256
einen Wafer aus Halbleitermaterial mit einer Dicke im Bereich
zwischen 630 und 690 Mikrometer auf. Die Folie 252 weist eine
Dicke im Bereich zwischen 400 und 450 Mikrometer auf. Der
Zwischenraum oder die Lücke c weist einen Maximalwert von
etwa 1,5 mm auf (und es wird angenommen, daß das Werkstück
die Innenwand 202 berührt). Bei der bevorzugten
Ausführungsform erstreckt sich die Unterfläche 258 um einen
Abstand im Bereich zwischen 150 und 175 Mikrometer unterhalb
die Unterfläche 212 des Halterings. Wie in Fig. 12
schematisch dargestellt ist, erstrecken sich die Kanäle 220
über die Höhe des Werkstücks und gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform beträgt die Tiefe etwa 2 mm.
In den Fig. 9-11 ist ein Haltering allgemein mit 300
bezeichnet. Eine Reihe von Kanälen 302 sind in der
Unterfläche 304 des Halterings ausgebildet und weisen eine
Öffnung 306 an der Innenwand 308 des Halterings und eine
Öffnung 310 in dem Außenrand 312 des Halterings auf. Wie bei
der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird im
allgemeinen bevorzugt, daß die Kanten 316, 318 scharf
ausgebildet sind, so daß das Ziehen oder die Förderung des
Mediums zu dem Kanal verbessert wird, und es wird ferner
bevorzugt, daß die Öffnung 306 an dem Innenrand kleiner ist
als die Öffnung 310 an dem Außenrand des Halterings. Für
Werkstücke mit 6 Inch Durchmesser und mit dem Freiraum und
der Dicke in den oben unter Bezugnahme auf die Fig. 12
beschriebenen Abmessungen ist die Öffnung 306 an dem
Innendurchmesser vorzugsweise nicht größer als 3/8 Inch, und
vorzugsweise nicht größer als 1/4 Inch, während die Öffnung
310 an dem Außenrand im Bereich zwischen 1/4 Inch und 2 Inch
liegt. Obwohl buchstäblich eine beliebige Zahl von Kanälen
verwendet werden kann, wird bevorzugt, daß acht Kanäle mit
gleichem Abstand zueinander an der Bodenfläche des Halterings
ausgebildet sind. Ferner wird im allgemeinen bevorzugt, daß
die Einlaß- und Auslaßöffnungen um nicht mehr als 90°,
gemessen durch die radialen Linien, die durch die
Mittelpunkte der Öffnungen treten, versetzt sind, und es wird
bevorzugt, daß der ringförmige Versatz zwischen Einlaß- und
Auslaßöffnung innerhalb eines Bereichs von 40 bis 50 Grad
liegt, und es wird insbesondere bevorzugt, daß der
ringförmige Versatz P etwa 45 Grad beträgt (vgl. Fig. 9).
Claims (12)
1. Haltevorrichtung zum Polieren eines Werkstücks (30),
mit:
einem Druckplattenabschnitt (28) oberhalb des Werkstücks (30) zum Aufbringen von nach unten gerichtetem Druck auf das Werkstück (30) zum Polieren des Werkstücks (30) gegen eine Polierfläche;
einem Halteabschnitt (38) mit oberen und unteren Flächen, einer Innenfläche (47, 202, 308), die mit der Druckplatte (28) derart zusammenwirkt, daß ein innerer Hohlraum festgelegt wird, und einer Außenfläche (49, 204, 312);
wobei die untere Fläche des Halteabschnitts (38) mehrere Ausnehmungen (46, 210, 302) aufweist, die sich von der Innenfläche (47, 202, 308) zu der Außenfläche (49, 204, 312) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (46, 210, 302) mit radialen Referenzlinien (r1, r2) nicht übereinstimmen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung (216, 306) mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche (47, 202, 308) und eine äußere Öffnung (218, 310) an der Außenfläche (49, 204, 312) mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
einem Druckplattenabschnitt (28) oberhalb des Werkstücks (30) zum Aufbringen von nach unten gerichtetem Druck auf das Werkstück (30) zum Polieren des Werkstücks (30) gegen eine Polierfläche;
einem Halteabschnitt (38) mit oberen und unteren Flächen, einer Innenfläche (47, 202, 308), die mit der Druckplatte (28) derart zusammenwirkt, daß ein innerer Hohlraum festgelegt wird, und einer Außenfläche (49, 204, 312);
wobei die untere Fläche des Halteabschnitts (38) mehrere Ausnehmungen (46, 210, 302) aufweist, die sich von der Innenfläche (47, 202, 308) zu der Außenfläche (49, 204, 312) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (46, 210, 302) mit radialen Referenzlinien (r1, r2) nicht übereinstimmen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung (216, 306) mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche (47, 202, 308) und eine äußere Öffnung (218, 310) an der Außenfläche (49, 204, 312) mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Ausnehmungen (46, 210, 302) entlang jeweiliger
gerader Linien (228) erstrecken, die um einen Winkel
(a1) von den radialen Referenzlinien (r2) versetzt sind.
3. Haltevorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die geraden Linien (228) um einen Winkel (a1) mit
ähnlichem Ausmaß von den radialen Referenzlinien (r2)
versetzt sind.
4. Haltevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen (302) sich entlang jeweiliger
gekrümmter Linien erstrecken, die in ähnlichen
Richtungen von den radialen Referenzlinien (r1, r2)
versetzt sind, und wobei die Ausnehmungen (302)
jeweilige im allgemeinen gleichbleibende Tiefen
aufweisen.
5. Haltevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen (46, 210, 302) im allgemeinen
rechteckige Querschnitte aufweisen, wobei an ihren
inneren Öffnungen (216, 306) scharfe Ecken vorhanden
sind.
6. Haltevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckplatte (28) und der Halteabschnitt (38)
getrennt ausgebildet sind, und daß sich die Druckplatte
(28) in den inneren Hohlraum des Halteabschnitts (38)
erstreckt.
7. Haltevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckplatte (28) und der Halteabschnitt (38)
einstückig derart ausgebildet sind, daß sie einen
monolithischen Körper aufweisen.
8. Halteringvorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, mit:
einem Haltering (200, 300) mit oberen und unteren Flächen, Anbringeinrichtungen zum Verbinden des Halterings (200, 300) mit einer Druckplatte (28) an der oberen Fläche des Halterings, einer Innenfläche (47, 202, 308), die innerhalb des Halterings einen inneren Hohlraum festlegt, und einer Außenfläche (49, 204, 312);
wobei die untere Fläche des Halteabschnitts (38) mehrere Ausnehmungen (46, 210, 302) aufweist, die sich von der Innenfläche (47, 202, 308) zu der Außenfläche (49, 204, 312) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (46, 210, 302) mit radialen Referenzlinien (r1, r2) nicht übereinstimmen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung (216, 306) mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche (47, 202, 308) und eine äußere Öffnung (218, 310) an der Außenfläche (49, 204, 312) mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
einem Haltering (200, 300) mit oberen und unteren Flächen, Anbringeinrichtungen zum Verbinden des Halterings (200, 300) mit einer Druckplatte (28) an der oberen Fläche des Halterings, einer Innenfläche (47, 202, 308), die innerhalb des Halterings einen inneren Hohlraum festlegt, und einer Außenfläche (49, 204, 312);
wobei die untere Fläche des Halteabschnitts (38) mehrere Ausnehmungen (46, 210, 302) aufweist, die sich von der Innenfläche (47, 202, 308) zu der Außenfläche (49, 204, 312) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (46, 210, 302) mit radialen Referenzlinien (r1, r2) nicht übereinstimmen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung (216, 306) mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche (47, 202, 308) und eine äußere Öffnung (218, 310) an der Außenfläche (49, 204, 312) mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
9. Halteringvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Ausnehmungen (46, 210, 302) entlang jeweiliger
gerader Linien (228) erstrecken, die um einen Winkel
(a1) von den radialen Referenzlinien (r2) versetzt sind.
10. Halteringvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die geraden Linien (228) um einen Winkel (a1) in
ähnlichen Ausmaßen von den radialen Referenzlinien (r2)
versetzt sind.
11. Halteringvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen (302) sich entlang jeweiliger
gekrümmter Linien erstrecken, die in ähnlicher Richtung
von den radialen Referenzlinien (r1, r2) versetzt sind,
und wobei die Ausnehmungen (302) jeweilige im
allgemeinen gleichbleibende Tiefen aufweisen.
12. Halteringvorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen (46, 210, 302) im allgemeinen
rechteckige Querschnitte aufweisen, wobei an ihren
inneren Öffnungen (216, 306) scharfe Ecken (240, 242,
316, 318) ausgebildet sind.
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Owner name: SPEEDFAM-IPEC CORP.(N.D.GES.D.STAATES DELAWARE), C |
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