DE60024559T2

DE60024559T2 - Verfahren und Gerät zum Polieren eines Werkstückes

Info

Publication number: DE60024559T2
Application number: DE60024559T
Authority: DE
Inventors: Seiji Atsugi-shi Katsuoka; Hozumi Fujisawa-shi Yasuda; Tadakazu Fujisawa-shi Sone; Shunichiro Yokohama-shi Kojima; Manabu Yokohama-shi Tsujimura
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: EP1092504B1; EP1092504A1; SG90746A1; US6435949B1; KR100694904B1; KR20010039858A; DE60024559D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens ist durch die US 5 938 884 A offenbart.
Beschreibung des relevanten Stands der Technik:
Neuester, schneller Fortschritt in der Integration von Halbleiter-Bauelementen verlangt immer kleinere Verdrahtungsmuster oder Zwischen- bzw. Querverbindungen und auch kleinere Zwischenräume zwischen Querverbindungen, welche aktive Bereiche verbinden. Eines der Verfahren, welches zur Ausbildung von derartigen Querverbindungen zur Verfügung steht, ist Photolithographie. Das photolithographische Verfahren setzt voraus, dass Oberflächen, auf welche Strukturbilder durch einen Stepper fokussiert werden sollen, so flach wie möglich sind, weil die Tiefenschärfe des optischen Systems relativ klein ist. Für die Photolithographie ist es deshalb nötig, die Oberfläche des Halbleiterwafers flach zu machen. Ein üblicher Weg der Verflachung der Oberflächen von Halbleiterwafern ist, sie mit einer Poliervorrichtung zu polieren.
Konventionell weist eine Poliervorrichtung einen Drehtisch auf, welcher ein Poliertuch aufweist, welches darauf befestigt ist, und einen oberen Ring bzw. Topring zum Ausüben eines konstanten Drucks auf den Drehtisch. Ein Halbleiterwafer, welcher poliert werden soll, wird auf dem Poliertuch platziert, und zwischen dem Topring und dem Drehtisch eingespannt, und die Oberfläche des Halbleiterwafers, auf welchem Schaltkreise ausgebildet werden, wird chemisch und mechanisch poliert, während eine Polierflüssigkeit zu dem Po liertuch zugeführt wird. Dieser Prozess wird Chemisch-Mechanisches Polieren (CMP) genannt.
Die Poliervorrichtung muss eine solche Leistungsfähigkeit haben, dass die Oberflächen von Halbleiterwafern eine hochgenaue Flachheit haben. Dafür ist es erforderlich, dass die Halteoberfläche, das heißt die untere Endoberfläche des Toprings, welche den Halbleiterwafer hält, und die obere Oberfläche des Poliertuchs, welche in Kontakt mit dem Halbleiterwafer gehalten wird, und somit die Oberfläche des Drehtischs, an welchem das Poliertuch befestigt ist, vorzugsweise eine hochgenaue Flachheit aufweisen, und die Halteoberfläche und die Oberfläche des Drehtischs, welche hochgenau flach sind, wurden verwendet. Es ist auch erforderlich, dass die untere Oberfläche des Toprings und die obere Oberfläche des Drehtischs bevorzugterweise parallel zu einander sind, und derartige parallele Oberflächen wurden verwendet.
Es ist bekannt, dass die Polierwirkung der Poliervorrichtung nicht nur durch die Konfigurationen der Halteoberfläche des Toprings und der Kontaktoberfläche des Poliertuchs beeinflusst wird, sondern auch durch die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Poliertuch und dem Halbleiterwafer, die Verteilung des Drucks, welcher auf die Oberfläche des Halbleiterwafers, welcher poliert werden soll ausgeübt wird, die Menge der Polierflüssigkeit auf dem Poliertuch, und die Zeitperiode, in welcher das Poliertuch benutzt wurde. Die Oberfläche des Halbleiterwafers kann hochgenau flach sein, wenn die oben genannten Faktoren, welche die Polierwirkung der Poliervorrichtung beeinflussen, über die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers, welcher poliert werden soll, ausgeglichen werden.
Jedoch können einige der oben genannten Faktoren leicht über die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers ausgeglichen werden, aber die anderen Faktoren können nicht ausgeglichen werden. Beispielsweise kann die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Poliertuch und dem Halbleiterwafer leicht durch Drehung des Drehtischs und des Toprings mit der gleichen Rotationsdrehzahl und in der gleichen Richtung ausgeglichen werden. Jedoch ist es aufgrund von Zentrifugalkräften, welche auf die Polierflüssigkeit wirken schwierig, die Menge der Polierflüssigkeit auf dem Poliertuch auszugleichen.
Der oben genannte Ansatz, welcher versucht, all die Faktoren, welche die Polierwirkung beeinflussen, einschließlich der Flachheit der unteren Endoberfläche, das heißt die Halteoberfläche des Toprings und die obere Oberfläche des Poliertuchs auf dem Drehtisch, über die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers auszugleichen, legt Einschränkungen auf für Bemühungen, die polierte Oberfläche des zu polierenden Halbleiterwafers flach zu machen, was oft zu einem Scheitern im Erreichen eines gewünschten Grads an Flachheit der Polieroberfläche führt. Gemäß der Untersuchung der Erfinder wurde herausgefunden, dass die untere Oberfläche (Halteoberfläche) des Toprings und die Polieroberfläche des Drehtischs bevorzugterweise nicht parallel und flach sind.
Ferner wird die Aufmerksamkeit auf US 5 938 884 A gerichtet, welche ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren der Fläche eines Halbleiterwafers zeigt. Der Wafer wird in einer Position durch einen Werkzeugkopf gehalten, und wird von einem abschleifenden bzw. abrasiv wirkenden Kissen kontaktiert. Der Werkzeugkopf umfasst eine zirkulare flexible Platte zum Halten des Wafers an seiner Unterseite und einen Rückhaltering, welcher peripheral um die äußere Kante der Platte herum angeordnet ist. Ferner wird ein elastisches Kissen zwischen der flexiblen Platte und dem Wafer vorgesehen.
Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks vorzusehen, welche leicht Irregularitäten einer Polierwirkung auf ein Werkstück wie eines Halbleiterwafers korrigieren können, und ein Werkstück mit einer intensiven Polierwirkung oder einer schwachen Polierwirkung auf einer gewünschten lokalisierten Fläche darauf polieren.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß eines ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 7 beansprucht.
Gemäß eines weiteren Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Wie in 1 gezeigt ist weist der Topring 1 einen Topring-Körper 2 und eine Halteplatte 3 zum Halten eines Werkstücks, welches poliert werden soll, wie zum Beispiel ein Halbleiterwafer 4, auf. Eine Kammer C wird zwischen dem Topring-Körper 2 und der Halteplatte 3 definiert, und ist mit einer Fluid- bzw. Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₁ verbunden. Ein elastisches Kissen 6 aus Polyurethan oder ähnlichem ist an der unteren Oberfläche der Halteplatte 3 angebracht. Ein Haltering (Führungsring) 7 zum Halten des Halbleiterwafers 4 an der unteren Oberfläche, das heißt, die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3, ist um den peripheren Teil des Toprings 1 herum angebracht. Eine Fluiddrucktasche 8, welche einen ringförmigen Schlauch bzw. eine ringförmige Röhre aufweist, ist zwischen dem Haltering 7 und dem Topring 1 angeordnet. Die Fluiddrucktasche 8 ist mit der Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₂ verbunden. Ein Drehtisch 22, welcher ein Poliertuch 21 aufweist, welches darauf befestigt ist, ist unterhalb des Toprings angeordnet. Das Poliertuch 21 bildet eine Polieroberfläche, welche in gleitenden Kontakt mit dem Halbleiterwafer 4 gebracht wird, um dabei den Halbleiterwafer 4 zu polieren.
Der Topring 1 ist mit einer Topring-Welle 12 durch eine Kugel 11 verbunden. Die Topring-Welle 12 ist mit einem Fluiddruckzylinder 14 verbunden, welcher fest an einem Topringkopf 13 befestigt ist. Der Fluiddruckzylinder 14 dient als ein Betätiger zum vertikalen Bewegen des Toprings 1, und ist mit der Fluidquelle durch einen Regulator R₃ verbunden.
In der oben genannten Struktur presst der Topring 1 den Halbleiterwafer 4, welcher poliert werden soll, gegen das Poliertuch 21 auf den Drehtisch 22 mit einer bestimmten Druckkraft F₁, um dabei den Halbleiterwafer 4 zu polieren, durch Zuführung eines unter Druck stehenden Fluids wie einer komprimierten Luft zu dem Fluiddruckzylinder 14 von der Fluidquelle 5. Die Druckkraft F₁ ist durch Regulierung des Regulators R₃ variabel.
2 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration der Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 zeigt. In 2 repräsentiert die horizontale Achse einen Abstand (mm) von der Mitte (O) der Halteplatte 3 und die vertikale Achse repräsentiert eine Höhe der Wafer-Halteoberfläche. In 2 zeigt die alternierend lang und kurz gestrichelte Linie „d" den Zustand, dass die Wafer-Halteoberfläche 3a flach ist. In diesem Zustand wird kein unter Druck stehendes Fluid zu der Kammer C zugeführt und der Polierdruck wird nicht auf die Wafer-Halteoberfläche 3a ausgeübt, während das Polieren nicht ausgeführt wird. Während des Polierens wird, wenn ein unter Druck stehendes Fluid wie eine komprimierte Luft zu der Kammer C von der Fluidquelle 5 zugeführt wird, die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 durch eine Druckkraft des unter Druck stehenden Fluid in eine konvexe Form in einer abwärts zeigenden Richtung gebogen, wie durch die Kurve „a" in 2 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass die Wafer-Halteoberfläche 3a eine konvexe sphärische Oberfläche definiert. In diesem Zustand wird der Mittelteil des Halbleiterwafers 4 durch die nach unten konvexe Halteplatte 3 gegen das Poliertuch 21 mit einem Druck gedrückt, welcher höher als derjenige ist, welcher auf den äußeren Umfangsteil davon ausgeübt wird. Somit kann, wenn die Menge eines Materials, welches von dem äußeren Umfangteils des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, größer ist als die Menge eines Materials, welches von den Mittelteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, unzureichende Polierwirkung an dem Mittelteil des Halbleiterwafers durch Ausnutzung von Deformation der Halteplatte 3, welche durch das unter Druck stehende Fluid ausgelöst wird, korrigiert werden.
Dem gegenüber wird, wenn die Menge eines Materials, welches von dem Mittelteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird größer ist als die Menge eines Materials, welches von dem äußeren Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, ist, der Regulator R₁ derart gesteuert, dass der Druck des unter Druck stehenden Fluids, welches von der Fluidquelle 5 zu der Kammer C zugeführt wird, reduziert wird, oder dass die Zuführung des unter Druck stehenden Fluids zu der Kammer C gestoppt wird, wobei die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 in die Form der Kurve „b" oder „c", wie in 2 gezeigt ist, gebracht wird. Dafür wird der Polierdruck, welcher auf den Mittelteil des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, verringert, und der Polierdruck, welcher auf das äußere Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, wird erhöht, verglichen mit dem Zustand, gemäß der Kurve „a". Somit kann unzureichende Polierwirkung an dem äußeren Umfangsteil des Halbleiterwafers korrigiert werden, und die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 4 kann gleichmäßig poliert werden.
Wenn die Zuführung des unter Druck stehenden Fluids zu der Kammer D gestoppt wird, wird die Wafer-Halteoberfläche 3a aufgrund eines Polierdrucks in eine leicht konvexe Form in einer aufwärts zeigenden Richtung gebogen, wie durch die Kurve „c" gezeigt ist. Dies bedeutet, dass die Wafer-Halteoberfläche 3a eine konkave sphärische Oberfläche definiert. Wenn es wünschenswert ist, dafür zu sorgen, dass sich die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 nach oben in einen höheren Grad als der Zustand welcher durch die Kurve „c" gezeigt ist, biegt, kann die Kammer C durch die Fluidquelle 5, welche eine Vakuumpumpe enthält, evakuiert werden. Die Form oder die Konfiguration der Wafer-Halteoberfläche 3a können nach unten konvex gemacht werden (konvexe sphärische Oberfläche) oder nach oben konvex (konkave sphärische Oberfläche) oder flach durch Entwicklung von positivem Druck (Druck höher als atmosphärischer Druck) oder negativem Druck (Druck geringer als atmosphärischer Druck) in der Kammer C. Die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 kann durch Auswahl von Material und Dicke der Halteplatte 3 in eine gewünschte Form deformiert werden. Bevorzugte Materialien, welche für die Halteplatte ausgewählt werden, sind, in Betrachtung der Umgebungen, in welchen die Poliervorrichtung verwendet wird, korrosionsresistente und elastische Materialien, beispielsweise austenitischer rostfreier Stahl (SUS 304, SUS 316, etc.), Aluminium-Titan oder Harzmaterial wie ein Polyphenyl-Sulfid (PPS) oder Polyetyletylketon (PEEK). Die bevor zugte Dicke der Halteplatte ist, in Betrachtung der Sicherheit gegen den inneren Druck der Kammer (vorzugsweise nicht mehr als 0,1 MPa), in dem Bereich von 3 bis 8 mm und vorzugsweise ungefähr 5 mm im Fall von austenitischem rostfreiem Stahl. Im Fall von anderen Materialien soll die Dicke auf der Basis des Elastizitätsmoduls ausgewählt werden, unter Berücksichtigung der Sicherheit.
Parallel zur Korrektur der Form der Wafer-Halteoberfläche 3a des Toprings 1 drückt der Haltering 7 das Poliertuch 21 mit einer Druckkraft F₂ durch Zuführung eines unter Druck stehenden Fluids wie komprimierter Luft zu der Fluiddrucktasche 8 von der Fluidquelle 5.
Die Druckkraft F₁, welche durch den Haltering 1 zum Drücken des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 21 auf den Drehtisch 22 ausgeübt wird, ist variierbar, und die Druckkraft F₂ zum Drücken des Halterings 7 gegen das Poliertuch 21 ist auch variierbar. Diese Druckkräfte F₁, F₂ sind unabhängig von einander variierbar. Dafür kann die Druckkraft F₂, welche auf das Poliertuch 21 durch den Haltering 7 ausgeübt wird, verändert werden, und zwar abhängig von der Druckkraft F₁, welche durch den Topring 1 ausgeübt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 zu drücken.
Theoretisch ist, wenn die Druckkraft F₁, welche durch den Topring 1 ausgeübt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 zu drücken, gleich ist zu der Druckkraft F₂, welche auf das Poliertuch 21 durch den Haltering 7 ausgeübt wird, die Verteilung von ausgeübten Polierdrücken, welche von einer Kombination der Druckkräfte F₁, F₂ resultiert, kontinuierlich und gleichmäßig von der Mitte des Halbleiterwafers 4 zu seiner peripheren Kante und ferner zu einer äußeren Umfangskante des Halterings 7, der um Halbleiterwafer 4 angeordnet ist. Dementsprechend wird verhindert, dass der periphere Teil des Halbleiterwafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird.
Die 3A bis 3C zeigen schematisch, wie sich das Poliertuch 21 verhält, wenn die Beziehung zwischen der Druckkraft F₁ und der Druckkraft F₂ variiert wird. In der 3A ist die Druckkraft F₁ größer als die Druckkraft F₂ (F₁ > F₂). In 3B ist die Druckkraft F₁ ungefähr gleich der Druckkraft F₂ (F₁ = F₂). In 3C ist die Druckkraft F₁ kleiner als die Druckkraft F₂ (F₁ < F₂).
Wie in den 3A bis 3C gezeigt ist wird, wenn die Druckkraft F₂, welche auf das Poliertuch 21 durch den Haltering 7 ausgeübt wird, fortschreitend erhöht wird, das Poliertuch 21, welches von dem Halterring 7 gedrückt wird, fortschreitend komprimiert, wodurch es stufenweise seinen Status des Kontaktes mit dem peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 ändert, das heißt stufenweise seine Kontaktfläche mit den peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 reduziert. Daher wird, wenn die Beziehung zwischen der Druckkraft F₁ und der Druckkraft F₂ in verschiedenen Mustern verändert wird, die Verteilung von Polierdrücken auf den Halbleiterwafer 4 über seinen peripheren Teil und inneren Bereich auch in verschiedenen Mustern variiert.
Wie in 3A gezeigt ist, ist, wenn die Druckkraft F₁ größer als die Druckkraft F₂ ist (F₁ > F₂), der Polierdruck, welcher auf den peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, größer als der Polierdruck, welcher auf den inneren Bereich des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, so dass die Menge eines Materials, welches von dem peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, größer ist als die Menge eines Materials, welches von dem inneren Bereich des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, während der Halbleiterwafer 4 poliert wird.
Wie in 3B gezeigt ist, ist, wenn die Druckkraft F₁ im wesentlichen gleich zu der Druckkraft F₂ ist (F₁ = F₂), die Verteilung von Polierdrücken kontinuierlich und gleichmäßig von der Mitte des Halbleiterwafers 4 bis zu seiner peripheren Kante, und ferner zu der äußeren Umfangskante des Halterings 7, so dass die Menge eines Materials, welches von dem Halbleiterwafer 4 entfernt wird, gleichmäßig von der peripheren Kante zu dem inneren Bereich des Halbleiterwafers 4 ist, während der Halbleiterwafer 4 poliert wird.
Wie in 3C gezeigt ist, ist, wenn die Druckkraft F₁ kleiner als die Druckkraft F₂ ist (F₁ < F₂), der Polierdruck, welcher auf den peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, kleiner als der Polierdruck, welcher auf den inneren Bereich des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, so dass die Menge eines Materials, welches von der peripheren Kante des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, kleiner ist als die Menge eines Materials, welches von dem inneren Bereich des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, während der Halbleiterwafer 4 poliert wird.
Wie vorstehend beschrieben wird Fluid zu der oberen Oberfläche entgegengesetzt zu der Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 des Toprings 1 zugeführt, und gleichzeitig wird der Druck des Fluids in dem Bereich von positivem Druck bis negativem Druck geeignet gewählt, um dabei die Form der Wafer-Halteoberfläche 3a nach unten konvex oder nach oben konvex zu machen. In dieser Verbindung kann der Halbleiterwafer 4 verschieden poliert werden durch Veränderung der Andruckkraft zum Pressen des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 21 an dem äußeren Umfangsteil und dessen Mittelteil. In einigen Fällen wird der Halbleiterwafer 4 unter dem Zustand poliert, dass die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 flach gemacht wird.
Parallel zu dem oben stehenden Prozess ist die Druckkraft F₂ des Halterings 7, welcher um den Topring 1 angeordnet ist, auf der Basis der Druckkraft F₁ des Toprings 1 bestimmt, und das Polieren wird durchgeführt, während der Haltering 7 das Poliertuch 21 mit der bestimmten Druckkraft F₂ drückt. Das bedeutet, dass der Polierbetrieb des Halbleiterwafers 4 sowohl unter dem Form-korrigierenden Effekt der Wafer-Halteoberfläche 3a, durch Fluid, welches positiven Druck oder negativen Druck aufweisen kann, wie auch unter dem Form-korrigierenden Effekt des Poliertuchs 21 durch den Haltering 7, ausgeführt wird. Somit können direkt Irregularitäten der Polierwirkung ausreichend korrigiert werden und es wird verhindert, dass der lokalisierte Bereich (beispielsweise der Mittelteil, der äußere Umfangsteil) des Halbleiterwafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird.
Gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks vorgesehen, welche folgendes aufweist: ein Drehtisch, welcher eine Polieroberfläche hat; einen Topring zum Halten eines Werkstücks und Drücken des Werkstücks gegen die Polieroberfläche; eine Druckoberfläche des Toprings zum Drücken des Werkstücks, wobei die Druckoberfläche durch Fluid, welches einen variablen Druck hat, deformierbar ist; eine Fluiddrucktasche, welche zwischen der Druckoberfläche und dem Werkstück vorgesehen ist; und einen Haltering zum Halten des Werkstücks innerhalb des Toprings, wobei der Haltering die Polieroberfläche mit einer variablen Druckkraft drückt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks vorgesehen, welches folgendes aufweist: Halten eines Werkstücks zwischen einer Polieroberfläche eines Drehtischs und einer Druckoberfläche eines Toprings; Drücken des Werkstücks gegen die Polieroberfläche durch eine Fluiddrucktasche, welche zwischen der Druckoberfläche und dem Werkstück derart vorgesehen ist, dass die Druckoberfläche zum Drücken des Werkstücks in eine gewünschte Form durch Fluid, welches variablen Druck hat, deformiert wird; und Drücken eines Halterings zum Halten des Werkstücks an dem Toprings gegen die Polieroberfläche unter einer variierbaren Druckkraft.
Der Topring hat Charakteristika des Toprings vom Diaphragma-Typ, hat eine Struktur, in welchem eine Halteoberfläche zum Halten des Werkstücks durch Fluiddruck deformierbar ist, das heißt eine Kontrollmöglichkeit der Verteilung des Drucks auf der Oberfläche, welche poliert werden soll, wie auch Charakteristika des Toprings des Membran-Typs, offenbart beispielsweise in der japanischen Patentoffenbarung Nummer 5-69310, wobei eine Struktur gezeigt wird, in welcher eine Membran vorgesehen ist, das heißt Anwendbarkeit von gleichmäßigem Druck auf die Rückseite des Werkstücks. Speziell kann dieser Topring kontrollierten Druck teilweise auf den äußeren Umfangsteil oder den Mittelteil des Werkstücks ausüben, und gleichmäßigen Druck auf die gesamte Oberfläche des anderen Teils ausüben. Ferner kann dieser Topring den Bereich (Breite) des äußeren Umfangsteils oder des Mittelteils des Werkstücks, auf welches Druck ausgeübt wird, steuern.
Auch wenn der Haltering abgetragen ist, kann der Druckmechanismus zum Drücken des Halterings den Haltering gegen die Polieroberfläche unter einer gewünschten Druckkraft drücken.
Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, wenn sie zusammengenommen wird mit den Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Beispiele illustrieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die grundlegenden Prinzipien des Stands der Technik zeigt;
2 ist ein Graph, welcher die Konfiguration der Wafer-Halteoberfläche der Halteplatte des Toprings zeigt;
3A, 3B und 3C sind vergrößerte, fragmentarische, vertikale Querschnittsansichten, welche das Verhalten eines Poliertuchs zeigen, wenn die Beziehung zwischen einer Druckkraft, welche durch einen Topring ausgeübt wird, und einer Druckkraft, welche durch einen Haltering ausgeübt wird, variiert wird;
4 ist eine schematische Ansicht, welche die gesamte Struktur einer Poliervorrichtung zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht, welche die Struktur des wesentlichen Teils der Poliervorrichtung zeigt;
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den Haltering zeigt;
7 ist eine Querschnittsansicht, welche den wesentlichen Teil der Poliervorrichtung zeigt;
8A ist eine Querschnittsansicht, welche die Poliervorrichtung zeigt;
8B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des wesentlichen Teils der Poliervorrichtung, welche in 8A gezeigt ist;
9A ist eine Querschnittsansicht, welche die Poliervorrichtung zeigt;
9B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des wesentlichen Teils der Poliervorrichtung, welche in 9A gezeigt ist;
10A ist eine Querschnittsansicht, welche die Poliervorrichtung zeigt;
10B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des wesentlichen Teils der Poliervorrichtung, welche in 10A gezeigt ist;
11 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Ausführungsbeispiel zeigt, in welchem ein Druckmechanismus zum Drücken eines Halterings, wie in 8 gezeigt ist, in einem konventionellen Topring vorgesehen ist.
12 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Ausführungsbeispiel zeigt, in welchem ein Druckmechanismus zum Drücken eines Halterings, wie in 9 gezeigt ist, in einem konventionellen Topring vorgesehen ist.
13 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Ausführungsbeispiel zeigt, in welchem ein Druckmechanismus zum Drücken eines Halterings wie in 10 gezeigt ist, in einem konventionellen Topring vorgesehen ist.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht, welche den Zustand der Membran zeigt, welches eine Druckplatte aufweist, auf welche positiver Druck ausgeübt wird;
16 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht, welche den Zustand der Membran zeigt, welches eine Druckplatte aufweist, auf welche negativer Druck ausgeübt wird;
17A ist ein Graph, welcher die Verteilung des Drucks über die Oberfläche des Wafers zeigt, wenn das Diaphragma, welches die Druckplatte aufweist, in dem in 15 gezeigten Zustand ist;
17B ist ein Graph, welcher die Verteilung des Drucks über die Oberfläche des Wafers zeigt, wenn das Diaphragma, welches die Druckplatte aufweist, in dem in 16 gezeigten Zustand ist;
18 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche den Fall zeigt, in welchem eine poröse Platte an der unteren Oberfläche der Druckplatte vorgesehen ist;
19A und 19B sind eine schematische Querschnittsansicht, welche den Betrieb des Toprings zum Halten des Halbleiterwafers unter Vakuum zeigt, und 19A ist der Zustand des Toprings bevor der Halbleiterwafer durch den Topring gehalten wird, und 19B ist der Zustand des Toprings während der Halbleiterwafer durch den Topring gehalten wird.
20 ist eine detaillierte Querschnittsansicht, welche eine detaillierte Struktur zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Als nächstes werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks nachfolgend mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht, welche die gesamte Struktur der Poliervorrichtung zeigt, und 5 ist eine Querschnittsansicht, welche den wesentlichen Teil der Poliervorrichtung zeigt.
Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, weist ein Topring 1 einen Topring-Körper 2, und eine Halteplatte 3 auf, zum Halten einer oberen Oberfläche des Werkstücks, welches poliert werden soll, wie ein Halbleiterwafer 4. Eine Kammer C ist zwischen dem Topring-Körper 2 und der Halteplatte 3 definiert und ist mit einer Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₁ verbunden. Die Halteplatte 3 hat einen dünnen Wandteil 3t an einem dazwischen liegenden Teil des äußeren peripheren Teils. Der dünne Wandteil 3t erlaubt, dass die gesamte Oberfläche der Wafer-Halteoberfläche 3a gleichmäßig deformiert wird, wenn positiver Druck oder negativer Druck auf die Halteplatte 3 ausgeübt wird. Ein Schlauch 9 ist vorgesehen, um die Kammer C und den Regulator R₁ zu verbinden. Ein elastisches Kissen 6 ist an der unteren Oberfläche der Halteplatte 3 angebracht.
Ein Haltering (Führungsring) 7 zum Halten des Halbleiterwafers 4 an der unteren Oberfläche, das heißt die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3, ist um den äußeren peripheren Teil des Toprings 1 herum angeordnet. Wie in 5 gezeigt ist, weist der Haltering 7 ein erstes Haltering-Glied 7a aus Harzmaterial auf, welches an der unterst möglichen Position vorgesehen ist, und kontaktiert das Poliertuch 21, und ein zweites Haltring-Glied 7b, welches einen L-förmigen Querschnitt hat, welches auf dem ersten Haltering-Glied 7a vorgesehen ist, und das erste Haltering-Glied 7a prägt. Das zweite Haltering-Glied 7b ist an seinem oberen Ende mit dem Topring-Körper 2 durch einen Stift 29 in einer Drehrichtung derart verbunden, dass der Haltering 7 zusammen mit dem Topring 1 drehbar ist. Eine Fluiddrucktasche 8, welche einen ringförmigen Schlauch aufweist, ist zwischen dem Haltering 7 und dem Topring 1 vorgesehen. Die Fluiddrucktasche 8 ist an der Halteplatte 3 fixiert. Die Fluiddrucktasche ist zwischen der Fluidquelle 5 durch den Regulator R₂ verbunden. Ein Schlauch 23 ist vorgesehen, um die Fluiddrucktasche 8 und den Regulator R₂ zu verbinden. Ein Drehtisch 22, auf welchem ein Poliertuch 21 befestigt ist, ist unter dem Topring 1 angeordnet. Das Poliertuch 21 bildet eine Polieroberfläche, welche in gleitendem Kontakt mit dem Halbleiterwafer 4 gebracht wird, um dadurch den Halbleiterwafer 4 zu polieren. Der Topring 1 ist durch eine Kugel 11 mit einer Topring-Welle 12 verbunden, welche einen Antriebsflansch 12a aufweist. Die Topring-Welle 12 ist mit einem Fluiddruck-Zylinder 14 verbunden, welcher fest an dem Topring-Kopf 13 befestigt ist. Der Fluiddruck-Zylinder 14 dient als ein Betätiger zum vertikalen Bewegen des Toprings 1, und ist mit der Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₃ verbunden. Die Kugel 11 bildet einen Kardanmechanismus, welcher dem Topring 1 erlaubt, der Kippbewegung des Drehtischs 22 zu folgen.
Ferner hat die Topring-Welle 12 einen Zwischenteil, welcher co-drehbar mit einem drehbaren Zylinder 15 im Weg einer Keilnutverbindung (nicht gezeigt) gekuppelt ist, und der drehbare Zylinder 15 hat eine Zeitsteuerscheibe 16, welche an seinem äußeren peripheren Teil davon befestigt ist. Die Zeitsteuerscheibe 16 ist operativ mit einem Riemen 17 zu einer Zeitsteuerscheibe 19 gekuppelt, welche auf einer rotierenden Welle eines Topring-Motors 18 befestigt ist. Der Topring-Motor 18 ist fest an dem Topring-Kopf 13 befestigt. Daher werden, wenn der Topring-Motor 18 mit Energie versorgt wird, der drehbare Zylinder 15 und die Topring-Welle 12 integral durch die Zeitsteuerscheibe 19, den Riemen 17 und die Zeitsteuerscheibe 16 gedreht, und somit wird der Topring 1 gedreht. Die Drehung der Topring-Welle 12 wird auf den Topring 1 durch einen Übertragungsmechanismus 28, welcher eine Vielzahl von Stiften aufweist, übertragen. Der Topring-Kopf 13 wird durch eine Topring-Kopf-Welle 20, welche fest an einem Rahmen (nicht gezeigt) befestigt ist, getragen.
Andererseits ist der Haltering 7 an den Topring 1 durch den Stift 29 und die Fluiddrucktasche 8 befestigt, wodurch die Drehung des Toprings 1 zu dem Haltering 7 durch den Stift 29 übertragen wird, und der Haltering 7 wird vertikal durch die Fluiddrucktasche 8 bewegt. Dies bedeutet, dass der Haltering 7 in Bezug auf den Topring 1 vertikal beweglich ist, und drehbar ist zusammen mit dem Topring 1.
Wie oben beschrieben ist die Kammer C mit der Fluidquelle 5 durch den Regulator R₁ verbunden. Durch Regulieren des Fluiddrucks des Fluids, welches zu der Kammer C zugeführt wird, mit dem Regulator R₁, kann die Form der Krümmung (konvex in einer nach aufwärts weisenden Richtung, oder konvex in einer abwärts weisenden Richtung) der Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 eingestellt werden, und das Ausmaß der Krümmung kann auch eingestellt werden. Der Fluiddruck-Zylinder 14 und die Fluiddrucktasche 8 sind jeweils mit der Fluidquelle 5 durch Regulatoren R₃ bzw. R₂ verbunden. Die Kammer C ist mit dem Regulator R₁ durch einen Schlauch 9, welcher sich in die Topring-Welle 12 erstreckt, und eine Drehverbindung 30 verbunden, und die Fluiddrucktasche 8 ist mit dem Regulator R₂ durch einen Schlauch 23, welcher sich in die Topring-Welle 12 erstreckt, und die Drehverbindung 30 verbunden. Der Regulator R₃ reguliert Fluiddruck, welcher von der Fluidquelle 5 zu dem Fluiddruck-Zylinder 14 geliefert wird, um die Druckkraft, welche von dem Topring 1 zum Andrücken des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 21 ausgeübt wird, einzustellen. Der Regulator R₂ reguliert auch Fluiddruck, welcher von der Fluidquelle 5 zu der Fluiddrucktasche 8 geliefert wird, um die Druckkraft, welche durch den Haltering 7 auf das Poliertuch 21 ausgeübt wird, einzustellen.
Die Regulatoren R₁, R₂ und R₃ sind mit einer Steuerung 24 verbunden, und werden gemäß den Eingangswerten der Steuerung 24 gesteuert. In diesem Fall wird der Regulator R₁ unabhängig durch die Steuerung 24 gesteuert, und die Regulatoren R₂ und R₃ werden in Kooperation miteinander gesteuert. Speziell wird, wenn der Haltering 7 gegen das Poliertuch 21 gedrückt wird, der Haltering 7 reaktiven Kräften ausgesetzt, welche die Druckkraft, welche durch den Topring 1 ausgeübt wird, beeinflussen. Um ein solches Problem zu vermeiden, werden Setzpunkte für die Druckkräfte, welche von dem Topring 1 und dem Haltering 7 ausgeübt werden sollen, in die Steuerung 24 eingegeben, welche Fluiddrücke, welche zu dem Fluiddruck-Zylinder 14 und der Fluiddrucktasche 8 zugeführt werden sollen, berechnet. Die Steuerung 24 steuert dann die Regulatoren R₂, R₃ um die berechneten Fluiddrücke jeweils zu dem Fluiddruck-Zylinder 14 und der Fluiddrucktasche 8 zu liefern. Daher können der Topring 1 und der Haltering 7 jeweils gewünschte Druckkräfte auf den Halbleiterwafer 4 und das Poliertuch 21 ausüben. Die Druckkräfte, welche durch den Topring 1 und den Haltering 7 ausgeübt werden, können somit unabhängig voneinander verändert werden, während der Halbleiterwafer 4 poliert wird.
Wie in 5 gezeigt ist, ist an der Halteplatte 3 eine Vielzahl von Verbindungs- bzw. Kommunikationslöchern 3h vorgesehen, welche sich an der Unterseite davon öffnen. Diese Kommunikationslöcher 3h kommunizieren mit einer Vakuumquelle (nicht gezeigt) wie einer Vakuumpumpe, durch Anschlüsse 26, Kommunikationslöcher 2h, welche in dem Topring-Körper ausgebildet sind, und Schläuche 27. Somit hält die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 den Halbleiterwafer 4 unter Vakuum. Jeder der Anschlüsse 26 weist ein Paar von O-Ringen 38 an oberen und unteren Enden davon auf, um die Kommunikationslöcher 2h und 3h daran zu hindern, mit der Kammer C zu kommunizieren. Der Anschluss 26 wird in die Halteplatte 3 mit einer Spielpassung derart eingefügt, dass er nicht verhindert, dass die Halteplatte 3 deformiert wird. Die Kommunikationslöcher 3h werden mit einem Schaltventil (nicht gezeigt) durch einen Schlauch 27, welche sich in der Topring-Welle 12 erstreckt, und eine Drehverbindung 30 verbunden. Durch Schalten des Schaltventils wird den Kommunikationslöchern 3h erlaubt, mit der Vakuumquelle, einer Quelle von unter Druck stehender Luft, oder einer Flüssigkeitsquelle zu kommunizieren. Der Halbleiterwafer 4 kann durch die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 gehalten werden, durch Ausbildung von negativem Druck in den Kommunikationslöchern 3h durch die Vakuumquelle.
Ferner kann der Rückseitendruck auf den Halbleiterwafer 4 durch Ausstoßen einer unter Druck stehenden Luft durch die Kommunikationslöcher 3h durch die Quelle von unter Druck stehender Luft ausgeübt werden. Spuren, welche sich während des Transports des Halbleiterwafers durch den Effekt der Vakuumanziehung ausbilden, können durch leichte Ausübung des Rückseitendrucks auf den Halbleiterwafer 4 während des Polierbetriebs eliminiert werden. Der Halbleiterwafer 4 kann von der Wafer-Halteoberfläche 3a durch Ausstoßen von Flüssigkeit durch die Kommunikationslöcher 3h durch die Flüssigkeitsquelle entfernt werden.
Eine Polierflüssigkeits-Zuführdüse 25 ist über dem Drehtisch 22 zum Zuführen der Polierflüssigkeit Q auf das Poliertuch 21 auf dem Drehtisch 22 vorgesehen.
In der Poliervorrichtung, welche die obige Struktur aufweist, wird der Halbleiterwafer 4 durch die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 gehalten, und der Topring 1 wird gegen den Drehtisch 23 gedrückt. Somit wird der Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 auf den Drehtisch 22 gedrückt, welcher sich dreht. Durch Liefern der Polierflüssigkeit Q durch die Polierflüssgkeits-Zuführdüse 25 wird die Polierflüssigkeit Q auf dem Poliertuch 21 gehalten. Daher wird die untere Oberfläche des Halbleiterwafers 4 mit der Polierflüssigkeit Q poliert, welche zwischen der unteren Oberfläche des Halbleiterwafers 4 und dem Poliertuch 21 vorhanden ist. Während des Polierens wird, wenn ein unter Druck stehendes Fluid wie komprimierte Luft zu der Kammer C von der Fluidquelle 5 geliefert wird, die Wafer-Halteoberfläche 3a durch eine Druckkraft des unter Druck stehenden Fluids in eine konvexe Form in eine abwärts weisende Richtung gebogen, wie durch die Kurve „a" in 2 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass die Wafer-Halteoberfläche 3a eine konvexe sphärische Oberfläche definiert. In diesem Zustand wird der Mittelteil des Halbleiterwafers 4 durch die nach unten gerichtete konvexe Halteoberfläche 3a gegen das Poliertuch 21 mit einem Druck gedrückt, welcher höher ist als derjenige, welcher auf dessen äußeren Umfangsteil ausgeübt wird. Somit kann, wenn die Menge eines Materials, welches von dem äuße ren Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, größer ist, als die Menge eines Materials, welches von dem Mittelteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, unzureichende Polierwirkung an dem Mittelteil des Halbleiterwafers durch Anwendung von Deformation der Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3, verursacht durch das unter Druck stehende Fluid, korrigiert werden. Wenn andererseits die Menge eines Materials, welches von dem Mittelteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, größer ist als die Menge eines Materials, welches von dem äußeren Umfangteil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, wird der Regulator R₁ gesteuert, um den Druck des unter Druck stehenden Fluids, welches von der Fluidquelle 5 zu der Kammer C zugeführt wird, zu reduzieren oder um die Zuführung des unter Druck stehenden Fluids zu der Kammer C zu stoppen, um dadurch die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 in die Form der Kurve „b" oder „c", wie in 2 gezeigt ist, zu bringen. Somit wird der Polierdruck, welcher auf den Mittelteil des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, verringert, und der Polierdruck, welcher auf den äußeren Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 ausgeübt wird, wird erhöht. Somit kann unzureichende Polierwirkung an dem äußeren Umfangsteil des Halbleiterwafers korrigiert werden, und die gesamte Oberfläche des Halbleiters 4 kann gleichmäßig poliert werden.
Die Druckkraft F₁, welche durch den Topring 1 zum Drücken des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 21 auf dem Drehtisch 22 ausgeübt wird, ist variierbar, und die Druckkraft F₂ zum Drücken des Halterings 7 gegen das Poliertuch 21 ist auch variierbar. Die Druckkräfte F₁, F₂ sind unabhängig von einander variierbar. Somit kann die Druckkraft F₂, welche auf das Poliertuch 21 durch den Halterring 7 ausgeübt wird, abhängig von der Druckkraft F₁, welche durch den Topring 1 ausgeübt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 zu drücken, verändert werden.
Speziell kann die Druckkraft F₁, welche durch den Topring 1 zum Drücken des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 21 auf dem Drehtisch 22 ausgeübt wird, durch den Regulator R₃ verändert werden, und die Druckkraft F₂ zum Drücken des Halterrings 7 gegen das Poliertuch 21 auf dem Drehtisch 22 kann durch den Regulator R₂ verändert werden (siehe 1). Daher kann die Druckkraft F₂, welche von dem Haltering 7 ausgeübt wird, um das Poliertuch 21 zu drücken während des Poliervorgangs verändert werden, abhängig von der Druckkraft F₁, welche von dem Topring 1 ausgeübt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 zu drücken. Durch Einstellung der Druckkraft F₂ in Beziehung zu der Druckkraft F₁ wird die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichmäßig von der Mitte des Halbleiterwafers 4 zu seiner peripheren Kante gemacht, und weiter zu der äußeren Umfangskante des Halterrings 7, der um den Halbleiterwafer 4 herum angeordnet ist. In Folge dessen wird verhindert, dass der Mittelteil oder der periphere Teil des Halbleiterwafers übermäßig oder unzureichend poliert wird.
Wenn eine größere oder kleinere Dicke an Material von dem peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 als von dem Innenbereich des Halbleiterwafers 4 entfernt werden soll, dann wird die Druckkraft F₂, welche von dem Haltering 7 ausgeübt wird, ausgewählt um von einem geeigneten Wert zu sein, basierend auf der Druckkraft F₁, welche durch den Haltering 1 ausgeübt wird, um absichtlich die Menge eines Materials, welches von dem peripheren Teil des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, zu erhöhen oder zu reduzieren.
Speziell wird der Halbleiter 4 unter der kooperativen Wirkung sowohl des Form-korrigierenden Effekts der Wafer-Halteoberfläche 3a poliert, durch Steuerung von Fluiddruck, welcher zu der Kammer C geliefert wird, wie auch des Form-korrigierenden Effekts des Poliertuchs 21 durch den Halterring 7. Somit können Irregularitäten der Polierwirkung ausreichend korrigiert werden, und es wird verhindert, dass der lokalisierte Bereich (beispielsweise der Mittelteil, der äußere Umfangsteil) des Halbleiterwafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird. Ferner wird das Polieren derart ausgeführt, dass die Menge von Material, welches von dem lokalisierten Bereich (beispielsweise dem Mittelteil oder dem äußeren Umfangsteil) des Halbleiterwafers 4 entfernt wird, absichtlich erhöht oder verringert werden kann.
Während des Polierens kann, zum Detektieren des Profils (Konfiguration) der Oberfläche, welche poliert wird, ein Messinstrument wie ein Dickenmessgerät zum Messen der Dicke eines Films (oder einer Schicht), welcher auf dem Halbleiterwafer 4 abgelagert ist, in dem Drehtisch 22 vorgesehen sei. Durch Eingabe der Messwerte des Messinstruments in die Steuerung 24 kann die Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 in ihrer Konfiguration basierend auf den Messwerten verändert werden.
6 ist eine Querschnittsansicht, welche ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des Halterings zeigt. Der Haltering 7 weist ein erstes Haltering-Glied 7a und ein zweites Haltering-Glied 7b auf. Das erste Haltering-Glied 7a weist einen ringförmigen Körper 7a₁ aus keramischem Material, und einen ringförmigen Kontaktteil 7a₂ aus Harzmaterial auf, welcher. an der inneren peripheren Oberfläche des ringförmigen Körpers 7a₁ durch Klebstoff oder ähnliches fixiert ist. Da der Haltering 7 durch eine Kombination aus keramischem Material und Harzmaterial ausgebildet ist, verlängert das keramische Material die Nutzungsdauer des Halterings 7, und das Harzmaterial, welches als ein Kontaktteil mit dem Halbleiterwafer dient, verhindert die Verkippung des Halbleiterwafers.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche die Poliervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Topring, welcher in 7 gezeigt ist, ist in der Struktur zum Befestigen des Halterings auf dem Topring verschieden von demjenigen von 5. Der Topring 1 umfasst einen Topring-Körper 2, und eine Halteplatte 3 zum Halten der oberen Oberfläche des Halbleiterwafers 4 (siehe 4) wie mit dem Topring, welcher in 5 gezeigt ist.
Ein Haltering (Führungsring) 7 zum Halten des Halbleiterwafers 4 an der unteren Oberfläche, das heißt der Wafer-Halteoberfläche 3a der Halteplatte 3 ist um den äußeren peripheren Teil des Halterings 1 herum angeordnet. Der Haltering 7 weist ein erstes Haltering-Glied 7a aus Harzmaterial, welches an der unterst möglichen Position vorgesehen ist auf und kontaktiert das Polier tuch 21 (siehe 4), und ein zweites Haltering-Glied 7b, welches einen L-förmigen Querschnitt aufweist, welches an dem ersten Haltering-Glied 7a vorgesehen ist, und trägt das erste Haltering-Glied 7a wie in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Das zweite Haltering-Glied 7b ist mit seinem oberen Ende mit einem Befestigungsflansch-Teil 2a des Topring-Körpers 2 derart verbunden, dass der Halterring 7 zusammen mit dem Topring 1 drehbar ist, aber vertikal in Bezug auf den Topring 1 bewegbar ist. Eine Fluiddrucktasche 8, welche einen ringförmigen Schlauch aufweist, ist in einer Nut, welche zwischen dem Befestigungsflansch-Teil 2a, welcher an dem äußeren peripheren Teil des Topring-Körpers 2 vorgesehen ist, und dem äußeren peripheren Teil 3b der Halteplatte 3 definiert ist, vorgesehen. Die Fluiddrucktasche 8 ist an dem Topring-Körper 2 fixiert. Andere strukturelle und funktionale Details der Poliervorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel sind identisch mit demjenigen der Poliervorrichtung des Ausführungsbeispiels, welches in 5 gezeigt ist.
8 bis 10 sind Illustrationen zum Zeigen anderer Ausführungsbeispiele der Poliervorrichtung. Die 8A, 9A und 10A sind Querschnittsansichten, welche die Struktur von dem wesentlichen Teil der Poliervorrichtung zeigen. Die 8B, 9B und 10B sind jeweils vergrößerte Querschnittsansichten von 8A, 9A und 10A.
In den Ausführungsbeispielen, welche in den 4 bis 7 gezeigt sind, wird die Fluiddrucktasche 8, welche einen ringförmigen Schlauch ähnlich zu einem inneren Schlauch eines Reifens aufweist, zum Drücken des Halterings 7 verwendet. Jedoch wird, in dem Fall, wenn der Haltering 7 abgenutzt ist, wenn er über eine lange Zeitdauer benutzt wurde, die Fluiddrucktasche 8 um einen Abstand entsprechend der Menge an Abnutzung des Halterings 7 ausgelenkt bzw. verlängert, und somit wird der Haltering 7 gegen das Poliertuch 21 durch die Fluiddrucktasche 8 gedrückt. Im Fall der Fluiddrucktasche 8, wie in den 5 und 7 gezeigt ist, wird der Fluiddruck nur zum Verlängern der Fluiddrucktasche 8 selbst benutzt. Sogar wenn der Fluiddruck mit äquivalenter Größe verwendet wird, kann im Wesentlichen die gleiche Druckkraft wie in der Druckkraft, welche durch den Halterring 7 vor der Abnutzung ausgeübt wurde, nicht länger erhalten werden. Somit verändern sich die Poliercharakteristika des peripheren Teils des Halbleiterwafers mit dem Vergehen von Zeit während kontinuierlicher Prozessierung des Halbleiterwafers und somit ist es schwierig, stabile Polierleistung zu erhalten.
Um das oben genannte Problem zu lösen, verwendet ein Druckmechanismus zum Drücken des Halterings 7 in den in den 8 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispielen eine solche Struktur, dass eine gewünschte Druckkraft auf den Haltering ausgeübt werden kann, ohne von einer Verlängerung bzw. Auslenkung von elastischem Material wie Gummi abzuhängen.
In dem in den 8A und 8B gezeigtem Ausführungsbeispiel wird ein Paar von Dichtungsringen 40A und 40B in einer Nut, welche zwischen dem Befestigungsflansch-Teil 2a des Toprings 2 und dem äußeren peripheren Teil 3b der Halteplatte 3 definiert ist, vorgesehen. Der untere Dichtungsring 40A umfasst einen Ring 41a zum Drücken des Halterings 7, und eine Lippendichtung 42a zum Dichten eines Zwischenraums zwischen dem Ring 41a und der Halteplatte 3 und einem Zwischenraum zwischen dem Ring 41a und dem Topring-Körper 2. Der obere Dichtungsring 40B umfasst einen Ring 41b, welcher fest an dem Befestigungsflansch-Teil 2a des Topring-Köpers 2 befestigt ist, und eine Lippendichtung 42b zum Dichten eines Zwischenraums zwischen dem Ring 41b und der Halteplatte 3 und eines Zwischenraums zwischen dem Ring 41b und dem Topring-Körper 2. Ein Raum 43 wird zwischen dem oberen Dichtungsring 40A und dem unteren Dichtungsring 40B definiert. Der Raum 43 ist mit der Fluidquelle 5 (siehe 4) durch einen Verbinder 44, einen Schlauch 23 und einen Regulator R₂ derart verbunden, dass ein unter Druck stehendes Fluid, wie unter Druck stehende Luft, zu dem Raum 43 zugeführt werden kann. Somit kann die Druckkraft, welche durch den Ring 41a auf den Haltering 7 vorgesehen wird, das heißt, die Druckkraft, welche durch den Haltering 7 auf das Poliertuch 21 vorgesehen ist, durch Einstellung des Fluiddrucks des unter Druck stehenden Fluids durch den Regulator R₂ eingestellt werden, um in den Raum 43 zugeführt zu werden.
In dem in den 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Kommunikationsloch 2k in dem Befestigungsflansch-Teil 2a des Topring-Körpers 2 vorgesehen, um eine Reinigungsflüssigkeit wie deionisiertes Wasser (reines Wasser) zu dem Haltering 7 und Komponenten um den Haltering 7 herum zu liefern. Der Haltering 7 und die Komponenten um den Haltering 7 herum, wie die oberen und unteren Dichtungsringe 40A und 40B, werden durch die Reinigungsflüssigkeit, welche durch einen Schlauch 46, einen Verbinder 47 und das Kommunikationsloch 2k geliefert wird, gereinigt.
Gemäß dem in den 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiel ist die vertikale Bewegung des Dichtungsrings 40A nicht eingeschränkt, im Unterschied zu derjenigen der in den 5 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiele. Der Dichtungsring 40A kann den Haltering 7 unter einer gewünschten Druckkraft auch dann halten, wenn der Haltering 7 abgenutzt ist.
In dem in 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Luftzylinder 50 des Ringtyps in einer Nut, welche zwischen einem Befestigungsflansch-Teil 2a des oberen Körpers 2 und dem äußeren peripheren Teil 3b der Halteplatte 3 ausgebildet ist, vorgesehen. Der Luftzylinder 50 des Ringtyps weist einen Zylinder 51 des Ringtyps und einen Kolben 52 des Ringtyps auf, welcher vertikal beweglich in dem Zylinder 51 vorgesehen ist. Ein Gummiring 53 zum Dichten ist an dem oberen Ende des Kolbens 52 des Ringtyps fixiert. Ein Raum 54 ist zwischen dem Kolben 52 des Ringtyps und dem Gummiring 53 definiert.
Der Raum 54 ist mit der Fluidquelle 5 (siehe 4) durch einen Verbinder 44, einen Schlauch 23 und den Regulator R₂ verbunden. Ein unter Druck stehendes Fluid, wie unter Druck stehende Luft, wird zu dem Raum 54 geliefert. Die Druckkraft, welche durch den Kolben 52 des Ringtyps auf den Haltering 7 vorgesehen wird, das heißt die Druckkraft, die durch den Haltering 7 auf das Poliertuch 21 vorgesehen wird, kann durch Anpassung des Fluiddrucks des unter Druck stehenden Fluids, welches in den Raum 54 geliefert werden soll, durch den Regulator R₂ eingestellt werden. 9B zeigt einen Reinigungsmechanismus, welcher die gleiche Struktur wie derjenige, welcher in 8B gezeigt ist, aufweist, zum Reinigen des Halterings 7 und des Luftzylinders 50 des Ringtyps.
Gemäß dem in 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispiel ist die vertikale Bewegung des Kolbens 52 des Ringtyps nicht eingeschränkt, im Unterschied zu derjenigen der Ausführungsbeispiele, welche in den 5 und 7 gezeigt sind. Der Kolben 52 des Ringtyps kann den Haltering 7 auch dann mit einer gewünschten Druckkraft drücken, wenn der Haltering 7 abgenutzt ist. Andere strukturelle und funktionale Details der Poliervorrichtung gemäß dieses Ausführungsbeispiels sind identisch mit denjenigen der Poliervorrichtung gemäß dem in 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiel.
In dem Ausführungsbeispiel, welches in den 10A und 10B gezeigt ist, wird eine ringförmige Fluiddrucktasche 60 an dem Befestigungsflansch-Teil 2a des Topring-Körpers 2 vorgesehen. Ein Kolben 61 des Ringtyps kontaktiert die Fluiddrucktasche 60, und ein Teil des Kolbens 61 des Ringtyps ist in die Fluiddrucktasche 60 eingebettet. Die Anordnung, welche in 10 gezeigt ist, ist eine Art eines Luftzylinders des Ringtyps, in welchem eine Druckkraft durch die Fluiddrucktasche 60 auf den Kolben 61 des Ringtyps durch Ausübung des Fluiddrucks auf die Fluiddrucktasche 60, welche innerhalb des Zylinders angeordnet ist, vorgesehen wird. Die Fluiddrucktasche 60 hat einen Raum, in welchen unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird. Die Fluiddrucktasche 60 drückt den Kolben 61 des Ringtyps nicht durch seine eigene Expansion, sondern durch seine eigene Deformation, welche durch den Fluiddruck verursacht wird, so dass es keine Veränderung der Druckkraft aufgrund der Erweiterung oder Expansion der Tasche gibt. Diese Anordnung kann auf Dichtungsmittel wie eine Lippendichtung verzichten, und die Hysterese der Druckkraft, welche durch die Dichtung verursacht wird, reduzieren. Ein Stift 65 ist vorgesehen, um die vertikale Bewegung des Kolbens 61 des Ringtyps zu erlauben, aber um die Drehung des Kolbens 61 des Ringtyps zu verhindern. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kommunikationsloch 2k zum Reinigen der Haltevorrichtung 7, der Fluiddrucktasche 60 und des Kolbens 61 des Ringtyps radial nach innen ausgehend von der Fluiddrucktasche 60 und dem Kolben 61 des Ringtyps ausgebildet.
Die 11 bis 13 zeigen Ausführungsbeispiele, in welchen ein Druckmechanismus zum Drücken eines Halterings, welcher in den 8 bis 10 gezeigt ist, in einem konventionellen Topring, welcher eine Wafer-Halteoberrfläche aufweist, welche durch ein hochfestes Material wie Keramik gebildet ist, und nicht deformierbar ist, vorgesehen ist.
In den Ausführungsbeispielen, welche in den 11 bis 13 gezeigt sind, weist jeder der Topringe 1 einen Topring-Körper 2 und eine Halteplatte 3A zum Halten einer oberen Oberfläche des Werkstücks, welches poliert werden soll, wie ein Halbleiterwafer 4 (siehe 4), auf. Die Halteplatte 3A ist durch hochsteifes Material wie Keramik ausgebildet, und eine Wafer-Halteoberfläche 3a' ist nicht deformierbar. Ein elastisches Kissen 6 ist an der unteren Oberfläche der Halteplatte 3A befestigt. Ein Haltering (Führungsring) 7 zum Halten des Halbleiterwafers 4 an der unteren Oberfläche, das heißt der Wafer-Halteoberfläche 3a' der Halteplatte 3A ist um den Topring-Körper 2 herum angeordnet.
Eine Kammer C' ist zwischen der Halteplatte 3A und dem Topring-Körper 2 definiert, und die Kammer C' ist derart vorgesehen, dass sie nicht dafür sorgt, dass die Halteplatte 3A deformiert wird, sondern zum Zuführen von Fluid zu der unteren Oberfläche der Halteplatte 3A durch Kommunikationslöcher 3m, welche in der Halterplatte 3A ausgebildet sind. Speziell wird das unter Druck stehende Fluid von der Wafer-Halteoberfläche 3a' der Halteplatte 3A ausgestoßen, durch Liefern eines unter Druck stehenden Fluids wie einer komprimierten Luft zu der Kammer C', um einen rückseitigen Druck auf den Halbleiterwafer 4 auszuüben. Durch Evakuieren des Inneren der Kammer C' wird der Halbleiterwafer 4 durch die Halteoberfläche 3a' der Halteplatte 3A unter Vakuum gehalten. Ferner wird, wenn der Halbleiterwafer 4 von der Halteoberfläche 3a' entfernt wird, Flüssigkeit wie reines Wasser zu der Kammer C' geliefert und dann von der Halteoberfläche 3a' der Halteplatte 3A ausgestoßen.
Die Topringe, welche in den 11 bis 13 gezeigt sind, haben jeweils einen Druckmechanismus zum Drücken des Halterings, welcher in den 8 bis 10 gezeigt ist, an dem Befestigungsflansch-Teil 2a des Topring-Körpers 2. Dies bedeutet, dass in dem Topring, welcher in 11 gezeigt ist, die Dichtungsringe 40A und 40B, welche in 8 gezeigt sind, vorgesehen sind, um den Haltering 7 gegen das Poliertuch 21 (siehe 4) zu drücken. In dem Topring, welcher in 12 gezeigt ist, wird der Luftzylinder 50 des Ringtyps, welcher in 9 gezeigt ist, vorgesehen, um den Haltering 7 gegen das Poliertuch 21 zu drücken. Ferner wird, in dem Haltering, welcher in 13 gezeigt ist, die Fluiddrucktasche 60, welche in 10 gezeigt ist, vorgesehen, um den Haltering 7 gegen das Poliertuch 21 zu drücken. Daher kann, in den Ausführungsbeispielen, welche in den 11 bis 13 gezeigt sind, der Druckmechanismus zum Drücken des Halterings 7 den Haltering 7 auch dann gegen das Poliertuch 21 mit einer gewünschten Druckkraft drücken, wenn der Halterring 7 abgenutzt ist.
Als nächstes wird eine Poliervorrichtung gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung beschrieben mit Bezugnahme auf die 14 bis 19. Die benötigte Funktion des Toprings ist, verschiedene Filme (Schichten), welche auf dem Halbleiterwafer gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers abgelagert sind, zu polieren. In diesem Fall kann die Oberfläche des Halbleiterwafers nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche davon poliert werden, abhängig von der Leistung der Poliervorrichtung oder des Toprings. Es ist daher nötig, die Druckkraft, welche auf den Halbleiterwafer ausgeübt wird, lokal zu steuern.
Kürzlich hat die Anforderung der Nutzer gewechselt vom Angleichen der Menge an Material, welches durch Polieren über die gesamte Oberfläche entfernt werden soll, zum Planarisieren der Oberfläche des Halbleiterwafers nach dem Polieren. Der Grund hierfür ist, dass der Halbleiterwafer, welcher poliert werden soll, einen abgeschiedenen bzw. abgelagerten Film (Schicht), welcher nicht flach über dessen gesamte Oberfläche ist, aufweist. Der Film (Schicht) hat lokale Bereiche, in welchen die Dicke des Films dicker ist, als diejenige von anderen Bereichen, abhängig von der Art des Films oder der Bedingung der Ablagerung. Beispielsweise ist in manchen Fällen die Dicke des Films auf dem äußeren Umfangsteils des Halbleiterwafers größer als diejenige auf dem Mittelteil des Halbleiterwafers. In einem solchen Fall ist es nötig, die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers durch Ausübung eines Polierdrucks auf das dicke Gebiet, welcher größer ist als derjenige, welcher auf andere Gebiete ausgeübt wird, um dabei mehr Material von dem dicken Gebiet zu entfernen, flach zu machen.
In dem Topring des Platten- bzw. Membran-Typs, in welchem die Wafer-Halteoberfläche durch den Fluiddruck deformierbar ist, wie in den 1 bis 10 gezeigt ist, ist ein elastisches Kissen (Stützfilm) an der metallischen Halteplatte, welche eine Membran bildet, befestigt, und der Halbleiterwafer wird durch Anwendung eines Polierdrucks auf die rückwärtige Oberfläche des Halbleiterwafers durch das elastische Kissen poliert. Der Halbleiterwafer wird gleichmäßig über die gesamte Oberfläche davon poliert, während die Form der Wafer-Druckoberfläche (die Wafer-Halteoberfläche) derart gesteuert wird, dass sie konvex nach unten gerichtet oder nach oben gerichtet wird durch unter Druck Setzen der metallischen Membran mit dem unter Druck stehenden Fluid. Das Profil des polierten Wafers kann auch durch teilweise intensives Drücken des Halbleiterwafers mit der deformierten Membran gesteuert werden. Jedoch gibt es einige Instabilitätsfaktoren, wie eine ungleiche Qualität der Stützfilm, eine Veränderung des Elastizitätsmoduls mit dem Vergehen von Zeit aufgrund des kontinuierlichen Betriebs, ungleicher Elastizitätsmodul innerhalb der Oberfläche aufgrund von Unterschieden in der Wasserabsorption.
In dem Topring des Membran-Typs, in welchem der Halbleiterwafer durch eine elastische Membran aus Gummi durch das unter Druck stehende Fluid gedrückt wird, ist es möglich, gleichmäßigen Druck auf die rückwärtige Oberfläche des Halbleiterwafers durch die elastische Membran auszuüben. Jedoch kann der Topring gleichmäßigen Druck auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers ausüben, aber er kann keinen kontrollierten Druck in lokalisierten Bereichen ausüben. Es ist daher schwierig, das Profil des polierten Wafers teilweise zu steuern.
Es wird ein Topring vorgesehen, welcher sowohl Charakteristika des Toprings des Platten- bzw. Membran-Typs, welcher in den 1 bis 10 gezeigt ist, aufweist, das heißt Steuerbarkeit der Verteilung des Drucks auf der Oberfläche, welche poliert werden soll, wie auch Charakteristika des Toprings des Membran-Typs, das heißt Ausübbarkeit von gleichmäßigem Druck auf die Rückseite des Halbleiterwafers. Speziell kann dieser Topring kontrollierten Druck teilweise auf den äußeren Umfangsteil oder den Mittelteil des Halbleiterwafers ausüben und gleichmäßigen Druck auf die gesamte Oberfläche eines anderen Teils ausüben. Ferner kann dieser Topring den Bereich (Breite) des äußeren Umfangsteils des Mittelteils des Halbleiterwafers, auf welchen Druck ausgeübt wird, steuern.
14 zeigt die grundlegenden Prinzipien eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung. In einem Topring gemäß des zweiten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird eine elastische Membran zu dem Topring des Diaphragma-Typs, welcher in 1 gezeigt ist, hinzugefügt. Wie in 14 gezeigt ist weist der Topring 1 einen Topring-Körper 2, eine Druckplatte 3' zum Drücken eines Werkstücks, welches poliert werden soll, wie beispielsweise ein Halbleiterwafer 4, und eine elastische Membran 10 auswärts von der Druckplatte 3' auf. Die elastische Membran 10 ist aus Gummi hergestellt, welche eine hohe Festigkeit und Beständigkeit aufweist, wie Ethylenpropylen-Gummi (EPDM), fluorhaltiger Gummi oder Silikon-Gummi. Ein Raum zwischen der Druckplatte 3' und der elastischen Membran 10 ist mit der Fluidquelle 5 durch einen Fluiddurchlass, welcher einen Schlauch und einen Verbinder aufweist, und einem Regulator R₄ verbunden. Eine Kammer C ist zwischen dem Topring-Körper 2 und der Druckplatte 3' definiert, und ist mit ei ner Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₁ verbunden. Ein Haltering (Führungsring) 7 zum Halten des Halbleiterwafers 4 an der unteren Oberfläche, das heißt der Wafer-Halteoberfläche 10a der elastischen Membran 10 ist um den äußeren Peripheralteil des Topring 1 herum angeordnet. Eine Fluiddrucktasche 8, welche eine ringförmige Röhre aufweist, ist zwischen dem Haltering 7 und dem Topring 1 vorgesehen. Die Fluiddrucktasche 8 ist mit der Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₂ verbunden. Ein Drehtisch 22, welcher ein Poliertuch 21, welches darauf befestigt ist, aufweist, ist unter dem Topring 1 angeordnet. Das Poliertuch 21 bildet eine Polieroberfläche aus, welche in gleitenden Kontakt mit dem Halbleiterwafer gebracht wird, um dadurch den Halbleiterwafer zu polieren.
Der Topring 1 ist mit einer Topring-Welle 12 durch eine Kugel 11 verbunden. Die Topring-Welle 12 ist mit einem Fluiddruckzylinder 14, welcher fest an einem Topring-Kopf 13 montiert ist, verbunden. Der Fluiddruckzylinder 14 dient als ein Betätiger zum vertikalen Bewegen des Toprings 1, und ist mit der Fluidquelle 5 durch einen Regulator R₃ verbunden.
In der oberen Struktur drückt der Topring 1 den Halbleiterwafer 4, welcher poliert werden soll, gegen das Poliertuch 21 auf dem Drehtisch 22 mit einer bestimmten Druckkraft F₁, durch Lieferung eines unter Druck stehenden Fluids wie einer komprimierten Luft zu dem Fluiddruckzylinder 14 von der Fluidquelle 5, um dabei den Halbleiterwafer zu polieren. Die Druckkraft F₁ ist variierbar durch Regulierung des Regulators R₃.
In der oben genannten Struktur sieht der Topring die gleiche Leistung wie der Topring des Membran-Typs vor, wenn ein unter Druck stehendes Fluid wie eine komprimierte Luft nicht zu der Kammer C von der Fluidquelle 5 zugeführt wird, oder wenn die Kammer C nicht evakuiert wird, um negativen Druck darinnen durch die Fluidquelle 5 zu erzeugen, das heißt positiver Druck oder negativer Druck wird nicht auf die Membran, welches die Druckplatte 3' enthält, ausgeübt. Speziell wird ein unter Druck stehendes Fluid wie eine komprimierte Luft zu dem Raum zwischen der Druckplatte 3' und der elastischen Membran 10 zugeführt, wenn ein positiver Druck oder negativer Druck nicht auf die Membran ausgeübt wird, und somit drückt der Topring 1 den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 durch eine Fluiddrucktasche, welche durch die elastische Membran 10 definiert ist. Daher ist es möglich, gleichmäßigen Druck auf die Rückseite des Halbleiterwafers durch die Fluiddrucktasche, welche die elastische Membran 10 umfasst, anzulegen.
Andererseits wird die Druckplatte 3' durch Zuführung eines unter Druck stehenden Fluid wie einer komprimierten Luft zu der Kammer C von der Fluidquelle 5 zum Ausüben von positivem Druck auf die Membran, welches die Druckplatte 3' enthält, deformiert, wie in 15 gezeigt ist, um eine konvexe Druckoberfläche in einer abwärts weisenden Richtung aufzuweisen, während die maximale vorstehende Höhe ungefähr 0,1 mm ist. Daher wird die Druckplatte (Membran) 3' teilweise in Kontakt mit der elastischen Membran 10 gebracht. Wenn die Last oder der Druck des Toprings erhöht wird, drückt der Mittelteil der Membran (Druckplatte) 3' den Halbleiterwafer 4 nur durch die elastische Membran 10 ohne dazwischenliegenden Fluiddruck, welcher durch eine Fluiddrucktasche gebildet wird. In einem anderen Teil, wo die Druckplatte 3' die elastische Membran 10 nicht kontaktiert, wird die elastische Membran 10 gleichmäßig durch Fluidruck unter Druck gesetzt, und somit wird der Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 unter gleichmäßigen Druck, welcher durch die Fluiddrucktasche entwickelt wird, gedrückt.
Ferner wird, durch Evakuieren der Kammer C durch die Fluidquelle 5, welche eine Vakuumpumpe aufweist, um negativen Druck auf die Membran, welche die Druckplatte 3' aufweist, auszuüben, wie in 16 gezeigt ist, die Druckplatte 3' derart deformiert, dass sie eine konkave Druckoberfläche hat, in einer abwärts weisenden Richtung, wobei deren maximale Einbeulungshöhe ungefähr 0,1 mm ist. Daher wird die Druckplatte (Membran) 3' teilweise in Kontakt mit der elastischen Membran 10 gebracht. Wenn die Last oder der Druck auf dem Topring erhöht wird, drückt der äußere Umfangsteil der Membran (Druckplatte) 3' den Halbleiterwafer 4 nur durch die elastische Membran 10 ohne Dazwischenfügen von Fluiddruck, welcher durch die Fluiddruckta sche ausgebildet wird. Im anderen Teil, wo die Druckplatte 3' nicht die elastische Membran 10 kontaktiert, wird die elastische Membran 10 gleichmäßig durch Fluiddruck unter Druck gesetzt, und somit wird der Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 21 unter gleichmäßigem Druck, welcher durch die Fluiddrucktasche entwickelt wird, gedrückt.
Die 17A und 17B sind Graphen, welche die Verteilung des Drucks zeigen, welcher auf Halbleiterwafer ausgeübt wird, erhalten durch Steuerung des Drucks, welcher auf die Membran ausgeübt wird. Die 17A zeigt die Verteilung des Drucks, welcher auf den Halbleiterwafer ausgeübt wird, wenn die Druckplatte (Membran) 3' in dem in 15 gezeigten Zustand ist, und 17B zeigt die Verteilung des auf den Halbleiterwafer ausgeübten Drucks, wenn die Druckplatte (Membran) 3' in dem in 16 gezeigten Zustand ist. In den 17A und 17B repräsentiert die Horizontalachse einen Abstand von der Mitte des Wafers zu seiner äußeren Peripherie, und die Vertikalachse repräsentiert den auf die Oberfläche des Wafers ausgeübten Druck. Wie in den 17A und 17B gezeigt ist, kann die Verteilung des auf die Oberfläche des Wafers an dem Mittelteil oder dem äußeren Umfangsteil ausgeübten Druck durch Steuerung des Drucks, welcher auf die Druckplatte (Membran) 3' ausgeübt wird, gesteuert werden. Ferner kann der Bereich (Breite) in dem Mittelteil oder dem äußeren Umfangsteil des Halbleiterwafers, auf welchen Druck ausgeübt wird, durch Veränderung des Betrags an positivem Druck oder negativem Druck, welcher auf die Druckplatte (die Membran) 3' ausgeübt wird, gesteuert werden, wie in den 17A und 17B gezeigt ist. Der teilweise unter Druck gesetzte Bereich (Breite) wird durch PA1 und durch PA2 in den 15 und 16 bezeichnet. Diese Bereiche PA1 und PA2 können breiter oder schmäler sein, durch Änderung des Betrags an positivem Druck oder negativem Druck, welcher auf die Druckplatte (die Membran) 3' ausgeübt wird.
Die 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem eine poröse Platte 80 an der unteren Oberfläche der Druckplatte, welche die Membran ausbildet, vorgesehen ist. Wie in 18 gezeigt ist, kann das unter Druck gesetzte Fluid in einem Zwischenraum, welcher zwischen die Druckplatte (Membran) 3' und der elastischen Membran 10 definiert ist, auch dann geliefert werden, wenn der Zwischenraum sehr klein ist, durch Vorsehen der Druckplatte 80 an der unteren Oberfläche der Druckplatte 3'. Daher kann das unter Druck gesetzte Fluid über die gesamte Oberfläche der elastischen Membran 10 ausgebreitet werden, um zu ermöglichen, dass der Halbleiterwafer gleichmäßig über seine gesamte Oberfläche gedrückt wird.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Art und Weise zeigt, in welcher der in den 14 bis 18 gezeigte Topring den Halbleiterwafer hält. Die 19A zeigt den Zustand, in welchem der Halbleiterwafer nicht gehalten wird, und die 19B zeigt den Zustand, in welchem der Halbleiterwafer gehalten wird.
Wie in den 19A und 19B gezeigt ist, wird der Halbleiterwafer in der folgenden Art und Weise gehalten: Wenn der Halbleiterwafer nicht durch den Topring 1 gehalten wird, wird die Druckplatte (Diaphragma) 3' in eine nach oben gerichtete konkave Konfiguration deformiert, durch Ausübung von negativen Druck darauf, und der Halbleiterwafer 4 wird in Kontakt mit der elastischen Membran 10 gebracht, und dann wird der zwischen der Druckplatte (Diaphragma) 3' und der elastischen Membran 10 definierte Raum evakuiert, um darin negativen Druck auszubilden. Wenn das Ausmaß der Deformation des Diaphragmas derart gesteuert wird, dass es sich innerhalb von 0,1 mm hält, dann wird verhindert, dass der Halbleiterwafer aufgrund seiner Deformation gebrochen wird, auch dann, wenn der Halbleiterwafer derart deformiert wird, dass er zu der Oberfläche des Diaphragmas (der unteren Oberfläche der Druckplatte 3') konform passt. Ferner ist es möglich die Kraft zum Anziehen des Halbleiterwafers zu steuern, durch Änderung des Betrags der Deformation des Diaphragmas.
Die 20 ist eine Querschnittsansicht, welche eine detaillierte Struktur einer Poliervorrichtung zeigt. In einem Topring wird eine elastische Membran zu dem Topring des Platten- bzw. Membran-Typs, wie in 5 gezeigt, hin zugefügt. Wie in 20 gezeigt ist, weist der Topring 1 einen Topring-Körper 2, eine Druckplatte 3' zum Drücken eines Werkstücks, welches poliert werden soll wie eines Halbleiterwafers 4, und eine elastische Membran 10, außerhalb der Druckplatte 3' auf. Eine Öffnung 3g ist in der Druckplatte 3' ausgebildet, und einen Schlauch 72 ist mit der Öffnung 3g durch einen Verbinder 71 verbunden. Der Schlauch 72 ist mit einer Fluidquelle 5 durch einen Verbinder 74, welcher an der unteren Oberfläche des Topring-Körpers 2 fixiert ist, eine Öffnung 2g, welche in dem Topring-Körper 2 ausgebildet ist, einen Verbinder 75, welcher an der oberen Oberfläche des Topring-Körpers 2 fixiert ist, und eine Röhre 76 verbunden.
In der oben genannte Struktur wird das unter Druck stehende Fluid zwischen die Druckplatte 3' und die elastische Membran 10 durch die Öffnung 3g, die Verbinder 75, 74 und 71, und die Röhren 76 und 72 geliefert, um eine Fluiddrucktasche zu bilden, welche durch die elastische Membran 10 an der Unterseite der Druckplatte 3' ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Verbinder 75, 74 und 71 und die Röhren 76 und 72 einen Fluiddurchlass zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids von der Fluidquelle 5 zu dem inneren der Fluiddrucktasche, welche die elastische Membran 10 aufweist, bilden. Der Topring dieses Ausführungsbeispiels zeigt Charakteristika des Toprings des Membran-Typs, das heißt sowohl Steuerbarkeit der Verteilung des Drucks auf der Oberfläche, welche poliert werden soll, wie auch Charakteristika des Toprings des Membran-Typs, das heißt Ausübbarkeit von gleichmäßigem Druck auf die Rückseite des Halbleiterwafers. Speziell kann dieser Topring kontrollierten Druck teilweise auf den äußeren Umfangsteil oder den Mittelteil des Halbleiterwafers ausüben, und gleichmäßigen Druck auf die gesamte Oberfläche eines anderen Teils ausüben. Ferner kann dieser Topring im Bereich (Breite) des äußeren Umfangsteils oder des Mittelteils des Halbleiterwafers, auf welchen Druck ausgeübt wird, steuern. Die Polieroberfläche auf dem Drehtisch kann durch das Poliertuch (Polierkissen) oder ein fixiertes abrasiv wirkendes Material ausgebildet werden.
Beispiele von kommerziell erhältlichen Poliertüchern sind SUBA 800, IC-1000, IC-1000/SUBA 400 (doppellagiges Tuch), hergestellt durch Rodel Products Corp. und Surfin xxx-5, und Surfin 000, hergestellt durch Fojini Inc. Das Poliertuch, welches unter den Handelsnamen SUBA 800, Surfin xxx-5 und Surfin 000 verkauft wird, ist aus nicht gewebten Stoff, welcher aus durch Urethan-Harz zusammengebundenen Fasern besteht, hergestellt, und das Poliertuch, welches unter dem Handelsnamen IC-1000 verkauft wird, ist aus hartem Polyurethanschaum (einzelne Lage) hergestellt, welcher porös ist und winzige Vertiefungen oder Mikroporen in seiner Oberfläche hat.
Das fixierte abrasiv wirkende Material wird durch Fixierung von Polierteilchen in einem Bindemittel in eine Plattenform gebracht. Der Polierbetrieb wird durch Polierteilchen, welche sich selbst auf der Oberfläche des fixierten abrasiv wirkenden Materials ausbilden, durchgeführt. Das fixierte abrasiv wirkende Material ist aus Polierteilchen, Bindemittel und Mikroporen zusammengesetzt. Beispielsweise sind die Polierteilchen, welche in dem fixierten abrasiv wirkenden Material verwendet werden, Ceriumoxid (CeO₂), welches eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 0,5 μm aufweist, und Epoxyharz wird als das Bindemittel verwendet. Das fixierte abrasiv wirkende Material bildet eine harte Polieroberfläche. Das fixierte abrasiv wirkende Material umfasst nicht nur ein fixiertes abrasiv wirkendes Material des Plattentyps, sondern auch ein doppellagiges Kissen aus fixiertem abrasiv wirkendem Material, welches ein fixiertes abrasiv wirkendes Material umfasst, und ein Polierkissen, welches Elastizität aufweist, an welchem das Festpoliermittel gebunden ist. Eine weitere harte Polieroberfläche kann durch das oben genannte IC-1000 vorgesehen werden.
Der Drehtisch, welcher in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, ist nicht auf den Drehtisch eines Typs, welcher um seine Mittelachse rotiert, eingeschränkt, und umfasst einen Tisch des Rolltyps, in welchem jeder Punkt auf dem Tisch eine umlaufende Translationsbewegung ausführt. Wie oben beschrieben bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
Es wird verhindert, dass die Verteilung der Druckkraft auf das Werkstück an dem Mittelteil oder dem peripheren Teil des Werkstücks während des Poliervorgangs nicht gleichmäßig ist, und die Polierdrücke können über die gesamte Oberfläche des Werkstücks vergleichmäßigt werden. Daher wird verhindert, dass der Mittelteil oder der periphere Teil des Werkstücks übermäßig oder unzureichend poliert wird. Die gesamte Oberfläche des Werkstücks kann somit zu einer flachen Spiegelpolitur poliert werden. In dem Fall, in welchem die vorliegende Erfindung in einem Halbleiter-Herstellungsvorgang angewendet wird, können die Halbleiterbauteile mit einer hohen Qualität poliert werden. Da der periphere Teil des Halbleiterwafers für Produkte verwendet werden kann, können die Ausbeuten der Halbleiterbauteile erhöht werden.
In dem Fall, in welchem es Bedarf für das Entfernen einer größeren oder kleineren Dicke an Material von dem peripheren Teil des Werkstücks als von dem inneren Bereich des Werkstücks gibt, abhängig auch von dem Typ des Werkstücks wie eines Halbleiterwafers, kann die Menge an entferntem Material von dem peripheren Teil des Werkstücks absichtlich erhöht oder verringert werden. Ferner kann die Menge an Material, welches nicht nur von dem peripheren Teil des Werkstücks, sondern auch von dem lokalisierten Bereich (beispielsweise Mittelteil oder äußerer Umfangsteil) entfernt wird, absichtlich erhöht oder verringert werden.
Ferner hat der Topring Charakteristika des Toprings des Platten- bzw. Membran-Typs, das heißt Steuerbarkeit der Verteilung von Druck auf der Oberfläche, welche poliert werden soll, wie auch Charakteristika des Toprings des Membran-Typs, das heißt Ausübbarkeit von gleichmäßigem Druck auf die Rückseite des Werkstücks. Speziell kann dieser Topring kontrollierten Druck teilweise auf den äußeren Umfangsteil oder den Mittelteil des Werkstücks ausüben, und gleichmäßigen Druck auf die gesamte Oberfläche eines anderen Teils ausüben. Ferner kann dieser Topring den Bereich (Breite) des äußeren Umfangteils oder des Mittelteils des Werkstücks, auf welches Druck ausgeübt wird, steuern.
Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und detailliert beschrieben wurden, soll es verstanden werden, dass verschiedenen Veränderungen und Modifikationen darin gemacht werden können ohne von dem Umfang der angefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks (4), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Drehtisch (22) mit einer Polieroberfläche; einen Topring (1) zum Halten eines Werkstücks (4) und zum Pressen des Werkstücks (4) gegen die Polieroberfläche; eine Andrück- bzw. Pressoberfläche des Toprings zum Pressen des Werkstücks (4), wobei die Andrückoberfläche durch ein Fluid mit variablem Druck deformierbar ist; und ein Haltering (7) zum Halten des Werkstücks (4) innerhalb des Toprings (1), wobei der Haltering (7) die Polieroberfläche mit einer variablen Druckkraft andrückt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Andrückoberfläche und dem Werkstück (4) eine Fluiddrucktasche vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Topring (1) eine Pressplatte (3) aufweist und zwar mit der erwähnten Andrückoberfläche, die dadurch deformiert wird, dass das Fluid oder Strömungsmittel mit dem erwähnten variablen Druck in eine durch die Pressplatte definierte Kammer C geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fluid einen positiven oder negativen Druck besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die durch den Haltering (7) angelegte Druckkraft durch Liefern des Fluid- bzw. Strömungsmittels mit variablem Druck variabel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Inneres der Fluiddrucktasche mit einer Fluidquelle, durch eine in der Druckplatte (3) ausgebildete Öffnung und durch einen Fluiddurchlass, verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ferner an der Druckplatte (3) eine poröse Platte vorgesehen ist, die eine Anzahl von Poren besitzt, um zu gestatten, dass Fluid bzw. Strömungsmittel über eine Oberfläche der Fluiddrucktasche verteilt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Strömungsdrucktasche eine elastische Membran (10) aufweist.
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (4), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Halten eines Werkstücks (4) zwischen einer Polieroberfläche eines Drehtischs und einer Andrückoberfläche eines Toprings (1); und Andrücken eines Halterrings (7) zum Halten des Werkstücks innerhalb des Toprings (1) gegen die Polieroberfläche mit einer variablen Druckkraft, gekennzeichnet durch Andrücken des Werkstücks (4) gegen die Polieroberfläche durch eine Fluiddrucktasche, vorgesehen zwischen der Andrückoberfläche und dem Werkstück in einem derartigen Zustand, dass die Andrückoberfläche zum Drucken des Werkstücks (4) auf eine gewünschte Form durch das einen variablen Druck besitzende Fluid deformiert wird.