DE60029490T2

DE60029490T2 - Eine Trägervorrichtung, mit einem direkten pneumatischen Drucksystem um ein Wafer zu polieren, verwendet in einer Vorrichtung und einem Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren

Info

Publication number: DE60029490T2
Application number: DE60029490T
Authority: DE
Inventors: S. Gerard Milpitas Maloney; Jason Eugene Price; Scott Palo Alto Chin; Jiro Cupertino Kajiwara; Malek San Jose Charif
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: WO2000051782B1; TW534850B; US20060128277A1; DE60005270D1; EP1371449A3; WO2000054933B1; US7311586B2; JP3595266B2; JP4212776B2; EP1075351A1; DE60011193T2; WO2000054933A2; WO2000051782A1; EP1075351B1; ATE268247T1; ATE249909T1; US20020077045A1; US7029382B2; DE60005270T2; EP1437197B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Polieren und die Planarisierung von Substraten einschließlich Halbleiter-Materialien, und insbesondere einen Polierkopf, in dem der Polier- oder Planarisierungsdruck durch eine pneumatische Kraft direkt gegen die Rückseite des Substrats angewandt wird.
Hintergrund der Erfindung
Moderne integrierte Schaltungen haben buchstäblich Millionen von aktiven Geräten, wie beispielsweise Transistoren oder Kondensatoren, in oder auf einem Halbleiter-Substrat gebildet und vertrauen auf ein sorgfältig ausgearbeitetes System der Metallisierung, üblicherweise Metallisierungsverbindungen mit mehreren Ebenen aufweisend, um die aktiven Geräte in funktionelle Schaltungen zu verbinden. Ein Lagen-Dielektrikum, wie beispielsweise Silikon-Dioxyd, wird über einem Silikon-Substrat gebildet, und isoliert elektrisch eine erste Metallisierungsebene, die üblicherweise Aluminium von den in dem Substrat geformten aktiven Geräten ist. Metallisierte Kontakte verbinden aktive Geräte, die in dem Substrat geformt sind, elektrisch mit den Verbindungen der ersten Metallisierungsebene. In ähnlicher Weise verbinden Metall-Durchkontaktierungen (metal vials) Verbindungen einer zweiten Metallisierungsebene elektrisch mit Verbindungen der ersten Metallisierungsebene. Kontakte und Durchkontaktierungen weisen üblicherweise ein Metall, beispielsweise Wolfram, umgeben von einem Sperrmetall, beispielsweise Titan-Nitrid, auf. Zusätzliche Schichten können aufgeschichtet werden, um die gewünschte (Multi-Layer) Verbindungsstruktur zu erzielen.
Verbindungen mit mehreren Ebenen mit hoher Packungsdichte erfordern die Planarisierung der einzelnen Schichten der Verbindungsstruktur und eine sehr geringe Änderung der Oberflächentopographie. Nicht planare Oberflächen erzeugen eine schlechte optische Auflösung für die photolithographischen Verfahren, die verwendet werden, um zusätzliche Schichten in späteren Prozess-Schritten nieder zu legen. Eine schlechte optische Auflösung verhindert das Drucken von Linien mit hoher Packungsdichte, die für Stromkreise mit hoher Packungsdichte und Verbindungsstrukturen erforderlich sind. Ein anderes Problem im Zusammenhang mit der Änderung der Oberflächentopologie betrifft die Fähigkeit nachfolgender Metallisierungsschichten die Stufenhöhe zu bedecken oder zu überspannen. Wenn eine Stufenhöhe zu groß ist besteht eine potentielle Gefahr, dass offene Stromkreise erzeugt werden, die einen Defekt des Chips, auf dem der offene Stromkreis auftritt, verursachen. Planare Verbindungsoberflächenschichten sind ein Muß in der Herstellung von modernen integrierten Stromkreisen mit mehreren Ebenen mit hoher Packungsdichte.
Eine planare Substrat-Topographie kann unter Verwendung von chemisch-mechanischen Polier-(CMP)Techniken erreicht werden. Bei herkömmlichen CMP-Systemen und Verfahren wird ein Silikon-Wafer mit der Stirnseite nach unten auf eine drehbare Oberfläche oder Platte plaziert, die mit einem flachen Polierkissen, auf welches ein Überzug oder eine Schicht einer aktiven Schmirgelpulver-Emulsion aufgetragen wurde, bedeckt ist. Ein aus einem starren Metall oder einer Keramikplatte gebildeter Substrat-Träger hält die Rückseite des Wafers und wendet eine nach unten gerichtete Kraft gegen die Rückseite des Wafers an, so dass die Stirnseite gegen das Polierkissen gedrückt wird. In einigen Systemen wird die nach unten gerichtete Kraft mechanisch erzeugt, beispielsweise über ein mechanisches Gewicht, häufig jedoch, wird die nach unten gerichtete Kraft auf den Substrat-Träger über eine pneumatische Quelle, beispielsweise Luft oder ein anderer Fluiddruck, übertragen. Eine elastische Schicht, oft als ein Einsatz bezeichnet, wie beispielsweise durch ein polymerisches Material, Wachs, oder einem anderen dämpfenden Material vorgesehen werden kann, kann häufig zwischen der Wafer-Anbringungsoberfläche auf dem Träger und der Rückseite des Wafers genutzt werden. Die nach unten gerichtete Polierkraft wird durch den Einsatz übertragen.
Ein Haltering, der den Umfang des Wafer-Trägers und des Wafers begrenzt, zentriert den Wafer auf dem Träger und bewahrt den Wafer davor, aus der Ausrichtung mit dem Träger zu gleiten. Der Träger, der den Wafer hält, ist mit einem Wellenschaft verbunden, der über eine Verbindung zu einem Motor gedreht wird. Die nach unten gerichtete Polierkraft in Verbindung mit der drehenden Bewegung des Kissens, zusammen mit der CMP-Schmirgelpulver-Emulsion, erleichtern das abreibende Polieren und planare Entfernen der oberen Oberfläche eines dünnen Films oder Schicht von der Stirnseiten-Oberfläche des Wafers.
Diese herkömmlichen Systeme und Verfahren stellen zumindest zwei Probleme oder Einschränkungen dar. Ein erstes Problem ist, dass sich eine ungleichmäßige Polierdruck-Verteilung über der Oberfläche des Wafers entwickeln kann, wenn er poliert wird, entweder als Folge von mechanischen Fehlausrichtungen in der Träger- oder Polierkopfeinheit, einer Wechselwirkung der Wafer-Stirnseitenoberfläche mit dem Polierkissen und der Schmirgelpulver-Emulsion, einer Ungleichmäßigkeit des Einsatzes, einer zwischen dem Einsatz und der Wafer-Rückseitenoberfläche eingeführte Verunreinigung, beispielsweise Polierablagerungen, oder einer Vielzahl an anderen Quellen der Polierkraft-Ungleichmäßigkeit, welche die Planarisation eines Wafer-Substrats beeinflussen.
Die Eigenschaften des Einsatzes sind besonders problematisch. Während die CMP-Ausstattungshersteller ein Gerät mit großer Präzision und Prozesswiederholbarkeit entwerfen und herstellen können, tritt es häufig auf, dass die physikalischen Charakteristika der Polymereinsätze, die, nachdem einige vorbestimmte Anzahlen von Wafern verarbeitet wurden, ausgewechselt werden müssen, sich von Batch zu Batch ändern. Des Weiteren, sogar innerhalb eines einzelnen Batches, werden sich die Charakteristika mit dem Betrag des durch den Einsatz absorbierten Wassers ändern. Sogar noch unangenehmer ist, dass unterschiedliche Abschnitte des gleichen Einsatzes trockener oder feuchter als andere Bereiche sein können, wodurch Änderungen beim Polieren über der Oberfläche jedes Wafers einführt werden.
Ein zweites Problem, das mit herkömmlichen CMP-Systemen und -Verfahren in Verbindung gebracht wird, ist dass, sogar in dem Umfang, dass ein gleichmäßiger oder im Wesentlichen gleichmäßiger Polierdruck erzielt werden kann, siehe zum Beispiel anhängige U.S. Patent Anmeldung Nr. 09/261,112, angemeldet am 3. März 1999, für eine „Chemical Mechanical Polishing Head Assembly Having Floating Wafer Carrier and Retaining Ring", und U.S. Patent Anmeldung Nr. 09/294,547, angemeldet am 19. April 1999 für einen „Chemical Mechanical Polishing Head Having Floating Wafer Retaining Ring and Wafer Carrier With Multi-Zone Polishing Pressure Control", von denen jedes der Mitsubishi Materials Corporation übertragen ist, der gleiche Anmelder, wie bei der augenblicklichen Anmeldung, ein einheitlicher Polierdruck nicht immer das optimale Polierdruckprofil für die Planarisierung des Wafers sein kann. Dieses offensichtliche Paradoxon zwischen angenommener Erwünschtheit eines gleichmäßigen Polierdrucks und der Notwendigkeit eines ungleichmäßigen Polierdrucks, entsteht aus ungleichmäßigen Schichtablagerungeffekten während des Ablagerungsprozesses. In dem Umfang, dass die abgelagerte Schichtdicke sich in einer bekannten Art und Weise ändert, beispielsweise die radial variierende Dicke, die häufig auftritt, kann der Polierdruck wünschenswert verändert werden, um für die Ablagerungsunregelmäßigkeiten zu kompensieren.
Der Druck an einem beliebigen Punkt auf der Stirnseite des Wafers wird in hohem Maße durch den lokalen Druckmodul (Härte) und lokales Zusammendrücken des Polierkissens, Einsatzes, oder jeglicher anderer Materialien (gewünscht oder nicht) kontrolliert, die zwischen der Druckquelle und dem Kontaktpunkt zwischen dem Wafer und dem Polierkissen, einschließlich der Schichten zwischen dem Polierkissen und dem im Allgemeinen harten, starren Poliertisch oder -platte, liegen. Jede Änderung in dem Betrag des Zusammendrückens dieser Elemente, hat lokale Druckänderungen an der Polieroberfläche zur Folge. Im Allgemeinen sind alle anderen Faktoren gleich (z.B. die gleiche Zusammensetzung der Schmirgelpulver-Emulsion, die gleiche effektive Geschwindigkeit des Wafers über das Kissen, usw.), wobei die Polierabtragungsrate bei chemisch-mechanischen Poliersystemen proportional zu dem zwischen dem Wafer und dem Polierkissen, in der Richtung senkrecht zu der Polierbewegung, angewandten Druck ist. Je größer der Druck, umso größer ist die Polierabtragungsrate. Somit neigt eine ungleichmäßige Druckverteilung über der Oberfläche des Wafers dazu, eine ungleichmäßige Polierrate über der Oberfläche des Wafers erzeugen. Ungleichmäßiges Polieren kann zur Folge haben, dass von einigen Teilen des Wafers zuviel Material abgetragen wird, und von anderen Teilen nicht genug Material abgetragen wird, und kann auch die Bildung von übermäßig dünnen Schichten verursachen und/oder eine unzureichende Planarisierung zur Folge haben, von denen beide die Halbleiter-Wafer-Prozessausbeute und Zuverlässigkeit verschlechtern.
Das ungleichmäßige Polieren kann besonders vorherrschend an dem Umfangsrand des Wafers sein, wo die „scharfer Übergangsrand"-Effekte auftreten. Nach herkömmlicher Auffassung, besteht ein scharfer Übergang zwischen dem Abschnitt des Polierkissens, der sich mit dem Polierkopf (Wafer, Wafer-Träger und Haltering wo vorhanden) in Kontakt befindet, und dem Abschnitt, der sich nicht in Kontakt befindet. Erinnern Sie sich, dass herkömmliche Polierkissen zumindest etwas komprimierbar sind, und in der Umgebung der sich bewegenden Kante des Polierkopfes lokal zusammengedrückt, gedehnt und verformt werden können, während er sich während des Polierens über die Oberfläche bewegt. Dieses lokalisierte Zusammendrücken, Dehnen und andere Verformung, verursacht eine lokalisierte Änderung in dem Druckprofil nahe dem Rand des Wafer-Substrats. Diese Änderung herrscht besonders von dem Rand des Wafers radial nach innen für etwa einen Zentimeter vor, ist aber von dem Rand nach innen für etwa ungefähr 3 mm bis ungefähr 5 mm besonders problematisch.
Ein Lösung, um die Kantenänderung zu vermindern, wurde in der anhängigen U.S. Gebrauchsmuster-Anmeldung 09/294,547, angemeldet am 19. April 1999, und betitelt „Chemical Mechanical Polishing Head Having Floating Wafer Retaining Ring and Wafer Carrier With Multi-Zone Polishing Pressure Control", vorgeschlagen. Diese Gebrauchsmuster-Anmeldung beschreibt eine neue Haltering-Struktur, die den Betrag der Druckänderung auf dem Wafer durch Verwendung eines begrenzenden Halterings mit einem besonderen Formprofil minimiert.
Jetzt und zunehmend in der Zukunft, erfordern „sub-micron" integrierte Schaltungen (integrated circuits, ICs), dass die Geräteoberflächen an ihren Metallverbindungsstufen planarisiert werden, und chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist das bevorzugte Wafer-Planarisierungsverfahren. Präzise und genaue Planarisierung wird zunehmend wichtiger werden, da die Anzahl von Transistoren und die erforderliche Anzahl von Verbindungen pro Chip zunimmt.
Integrierte Schaltungen werden herkömmlich auf Substraten, insbesondere Silikon-Wafern, durch die aufeinander folgende Ablagerung einer oder mehrerer Schichten, welche leitend, isolierend oder halbleitend sein können, geformt. Diese Strukturen werden manchmal als die Multi-Layer Metall-Strukturen (MIM's) bezeichnet und sind in Bezug auf das Erzielen dichter Packungen von Schaltungselementen auf dem Chip, mit den ständig abnehmenden Designregeln, wichtig.
Flachbildschirme, beispielsweise solche die in Notebooks, Minicomputern (PDAs), Mobiltelefonen, und anderen elektronischen Geräte verwendet werden, können üblicherweise eine oder mehr Schichten auf einem Glas oder anderem transparenten Substrat ablegen, um die Anzeigeelemente, beispielsweise aktive oder passive LCD-Schaltkreise, zu bilden. Nachdem jede Schicht abgelegt ist, wird die Schicht geätzt, um Material von ausgewählten Bereichen zu entfernen, um die Schaltkreis-Eigenschaften zu schaffen. Wenn eine Reihe von Schichten abgelegt und geätzt ist, wird die äußere oder oberste Oberfläche des Substrats nacheinander immer weniger planar, da der Abstand zwischen der äußeren Oberfläche und dem darunterliegenden Substrat, in Bereichen des Substrats, wo am wenigsten Ätzen aufgetreten ist, am größten ist, und der Abstand zwischen der äußeren Oberfläche und dem darunterliegenden Substrat ist am geringsten, in Bereichen, wo am meisten Ätzen aufgetreten ist. Sogar für eine einzelne Schicht nimmt die nicht planare Oberfläche ein unebenes Profil von Spitzen und Tälern an. Mit einer Mehrzahl an gemusterten Schichten, wird der Unterschied in der Höhe zwischen den Spitzen und Tälern deutlich ernster, und kann typischerweise um einige Mikrometer variieren.
Eine nicht planare obere Oberfläche ist problematisch hinsichtlich der Oberflächen-Photolithographie, die verwendet wird, um die Oberfläche zu mustern, und hinsichtlich der Schichten, die, wenn sie auf eine Oberfläche mit übermäßiger Höhenvariation abgelegt werden, brechen können. Aus diesem Grund besteht eine Notwendigkeit, die Substratoberfläche periodisch zu planarisieren, um eine planare Schichtenoberfläche zu schaffen. Die Planarisierung entfernt die nicht planare äußere Oberfläche, um eine relativ flache, glatte Oberfläche zu bilden, und beeinhaltet das Wegpolieren des leitenden, halbleitenden oder isolierenden Materials. Im Anschluß an die Planarisierung können zusätzliche Schichten auf der offenliegenden, äußeren Oberfläche abgelegt werden, um zusätzliche Strukturen, einschließlich Verbindungslinien zwischen den Strukturen, zu bilden, oder die obere Schicht kann geätzt werden, um Durchkontaktierungen zu Strukturen unterhalb der offenliegenden Oberfläche zu bilden. Polieren im Allgemeinen, und insbesondere chemisch-mechanisches Polieren (CMP), sind bekannte Verfahren für die Oberflächenplanarisierung.
Der Poliervorgang ist darauf zugeschnitten, ein bestimmtes Oberflächenfinish (Rauheit oder Glätte) und eine Flachheit (Freiheit von Typographie im großen Umfang) zu erreichen. Das Unterlassen, ein/e minimale/s Finish und Flachheit zu schaffen, kann defekte integrierte Schaltungen zur Folge haben.
Während CMP, wird ein Substrat, beispielsweise ein Halbleiter-Wafer, üblicherweise mit der zu polierenden Oberfläche freiliegend, auf einem Wafer-Träger angebracht, der ein Teil ist von oder befestigt ist an einem Polierkopf. Das angebrachte Substrat wird dann gegen ein drehendes Polierkissen plaziert, das auf einem Basisabschnitt der Poliermaschine angeordnet ist. Das Polierkissen ist üblicherweise derart ausgerichtet, dass seine flache Polieroberfläche waagerecht ist, um eine ebene Verteilung der Polier-Emulsion und eine Wechselwirkung mit der Substratfläche dem Kissen parallel gegenüberliegend zu schaffen. Eine waagerechte Ausrichtung der Kissenoberfläche (die Normale der Kissenoberfläche ist senkrecht) ist auch wünschenswert, da sie es zulässt, dass der Wafer das Kissen zumindest teilweise unter dem Einfluß von Schwerkraft berührt, und allermindestens derart aufeinander wirken, dass die Gravitationskraft nicht ungleichmäßig zwischen dem Wafer und dem Polierkissen angewandt wird. Zusätzlich zu der Drehung des Kissens kann sich der Trägerkopf drehen, um eine zusätzliche Bewegung zwischen dem Substrat und der Polierkissenoberfläche zu schaffen. Die Polier-Emulsion, üblicherweise mit einem Poliermittel, das in einer Flüssigkeit suspendiert ist, und für CMP zumindest ein chemisch aktiver Wirkstoff, kann auf das Polierkissen aufgetragen werden, um eine abreibende Poliermischung, und für CMP eine abreibende und chemisch reaktive Mischung an der Kissen-Substrat-Grenzfläche, zu schaffen. Verschiedene Polierkissen, Polier-Emulsionen, und reaktive Mischungen sind im Stand der Technik bekannt, und welche es in Kombination erlauben, dass spezielle Finish- und Flachheit-Characteristika erreicht werden. Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Polierkissen und dem Substrat, die Poliergesamtzeit, und der während des Polierens angewandte Druck, zusätzlich zu anderen Faktoren, beeinflussen die Substratflachheit und das Finish, wie auch die Gleichmäßigkeit. Es ist auch wünschenswert, dass bei dem Polieren von aufeinander folgenden Substraten, oder wo ein Mehrkopf-Polierer verwendet wird, alle während irgendeinem bestimmten Polierbetrieb polierten Substrate in dem gleichen Maß planarisiert sind, einschließlich der Entfernung von der im Wesentlichen gleichen Materialmenge und dem Schaffen der gleichen Flachheit und des gleichen Finishes. CMP und Wafer-Polieren sind allgemein im Stand der Technik sehr bekannt, und hier nicht weiter im Detail beschrieben.
Der Zustand des Polierkissens kann auch die Polierergebnisse beeinflussen, insbesondere die Gleichmäßigkeit und Stabilität des Polierbetriebs über den Verlauf einer einzelnen Polierdauer, und ganz besonders die Gleichmäßigkeit des Polierens während aufeinander folgender Polierbetriebe. Typischerweise kann das Polierkissen während einem oder mehrerer Polierbetriebe, als Folge von Hitze, Druck, und dem Verklumpen von Emulsion oder Substrat, blank werden. Der Effekt vermindert die Abrieb-Charakteristik des Kissens mit der Zeit, da Spitzen des Kissens zusammengedrückt oder abgetragen werden, und Vertiefungen oder Lücken sich mit Polierablagerungen füllen. Um diesen Effekten entgegenzuwirken, muss die Polierkissenoberfläche konditioniert werden, um den gewünschten Abreibungszustand des Kissens wieder herzustellen. Ein derartiges Konditionieren kann üblicherweise durch einen getrennten Vorgang ausgeführt werden, der periodisch auf dem Kissen durchgeführt wird, um seinen Abreibungszustand zu erhalten. Dieses hilft auch dabei, einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten, während dem eine vorbestimmte Polierdauer eine vorbestimmte Materialmenge von dem Substrat entfernen, eine vorbestimmte Flachheit und Finish erreichen, und sonst Substrate herstellen wird, die ausreichend identische Charakteristika aufweisen, so dass die aus den Substraten hergestellten integrierten Schaltungen im Wesentlichen identisch sind. Für LCD-Bildschirme kann die Notwendigkeit für gleichbleibende Charakteristika sogar noch ausgeprägter sein, da ungleich den Wafern, die in einzelne Plättchen geschnitten werden, ein Bildschirm, der einige Inches breit sein kann, völlig unnutzbar sein wird, sogar wenn nur eine kleine Fläche wegen den Defekten unnutzbar ist.
Ein Einsatz, wie er herkömmlich verwendet wurde, ist ein preiswertes Kissen, dass an den Wafer-Unterträger geklebt ist und sich zwischen der Rückseite des Wafers und der Trägeroberfläche, die eine Metall- oder Keramikoberfläche sein kann, befindet. Änderungen in den mechanischen Charakteristika des Einsatzes verursachen üblicherweise Änderungen der Polierergebnisse des CMP.
In dem U.S. Patent Nr. 5,205,082 ist eine biegsame Membrananbringung des Unterträgers mit zahlreichen Vorteilen gegenüber vorherigen Strukturen und Verfahren beschrieben, und das U.S. Patent Nr. 5,584,751 sieht eine gewisse Kontrolle der nach unten gerichteten Kraft auf den Haltering, durch die Verwendung einer biegsamen Blase, vor, jedoch beschreibt keines dieser Patente Strukturen für eine direkte, unabhängige Steuerung des Drucks, der an der Grenzfläche des Wafers und des Halterings ausgeübt wird, oder jegliche Art von Differentialdruck, um die Kantenpolier- oder Planarisierungseffekte zu modifizieren.
Die US-A-5,635,083 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum gleichmäßigen Polieren dünner Filme, die auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen sind. Ein Substrat wird mit der Oberseite nach unten auf ein sich bewegendes Polierkissen aufgesetzt, so dass der zu polierende, dünne Film in direkter Berührung mit dem sich bewegenden Polierkissen angeordnet ist. Um ein gleichmäßiges Polieren zu fördern, wird ein Druckzonen-Rückwärtsdruck-Waferträger dazu eingesetzt, einen Druck auf die Rückseite des Substrats aufzubringen, und zwangsweise das Substrat gegen das Polierkissen zu drücken, mit einem Pneumatik- oder Hydraulikdruck beim Polieren.
Im Hinblick auf das Vorhergehende besteht eine Notwendigkeit für eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung, die den Polierdurchsatz, Flachheit und Finish optimiert, während die Gefahr der Verunreinigung oder Zerstörung von irgendeinem Substrat minimiert wird.
Die erfindungsgemäße Struktur und das Verfahren beinhalten zahlreiche Gestaltungsdetails und erfinderische Elemente, von denen einige unten zusammengefasst werden. Die erfindungsgemäßen Strukturen, Verfahren und Elemente werden in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung beschrieben.
Zusammenfassung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wafer-Polierkopf gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentansprüchen 1 und 5 zur Verfügung gestellt, sowie ein Verfahren zum Polieren eines Halbleiter-Wafers gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 3. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden leichter ersichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zusammen mit den Zeichnungen. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Polier/Planarisierungseinrichtung mit mehreren Köpfen.
2 eine schematische Darstellung einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polierkopfes mit zwei Kammern.
3 eine schematische Darstellung einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polierkopfes mit zwei Kammern von 3, wobei weiterhin in vergrößertem Maßstab die Art und Weise dargestellt ist, auf welche Verbindungselemente (Membranen) eine Bewegung des Wafer-Unterträgers und des Wafer-Halterings ermöglichen.
4 eine schematische Darstellung einer Schnittmontagezeichnung von Ausführungsformen von Abschnitten des Karussells, der Kopfbefestigungseinheit, der Drehverbindungen, und der Wafer-Trägereinheit.
5 eine schematische Darstellung mit einer detaillierteren Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wafer-Trägereinheit.
6 eine schematische Darstellung einer ersten, primären Ausführungsform der Erfindung.
7 eine schematische Darstellung einer zweiten, primären Ausführungsform der Erfindung.
8 eine schematische Darstellung einer dritten, primären Ausführungsform der Erfindung.
9 eine schematische Darstellung einer vierten, primären Ausführungsform der Erfindung.
10 eine schematische Darstellung einer fünften, primären Ausführungsform der Erfindung.
11 eine schematische Darstellung einer sechsten, primären Ausführungsform der Erfindung.
12 eine schematische Darstellung einer siebten, primären Ausführungsform der Erfindung.
13 eine schematische Darstellung einer achten, primären Ausführungsform der Erfindung.
14 eine schematische Darstellung einer Montagezeichnung in Expositionsdarstellung einer Ausführungsform des Kopfes ohne Einsätze, die speziell für Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm ausgebildet ist.
15 eine Zeichnung mit Merkmalen eines oberen Gehäuses für die Ausführungsform des Kopfes ohne Einsatz.
16 eine Zeichnung, die Merkmale eines Rollmembranblocks zeigt.
17 eine Zeichnung, die Merkmale einer offenen Membran eines Adapterhalterings zeigt.
18 eine Zeichnung, die Merkmale einer Ringhaltung zeigt.
19 eine Zeichnung, die Merkmale einer offenen Membran eines Halterings zeigt.
20 eine Zeichnung, die Merkmale eines Schnelllöseadapters zeigt.
21 eine Zeichnung, die Merkmale eines inneren Gehäuses zeigt.
22 eine Zeichnung, die Merkmale einer Vakuumplatte zeigt.
23 eine Zeichnung, die Merkmale eines Beispiels für eine Außendurchmesser-Dichtungseinheit zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Es werden eine Poliermaschine und eine Polierkopfanordnung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welche die Gleichförmigkeit des Polierens eines Substrats über die gesamte Oberfläche des Substrats verbessern, insbesondere in der Nähe des Randes des Substrats, was besonders nützlich zur Verbesserung der Gleichförmigkeit von Halbleiter-Wafern während des chemisch-mechanischen Polierens (CMP) ist. Bei einem Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern des Polierdrucks über kreisringförmige Bereiche des Substrats, beispielsweise eines Wafers, in einer Halbleiter-Wafer-Poliermaschine zur Verfügung gestellt.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen zur Verfügung gestellt, wobei der Polierkopf ein Gehäuse aufweist, das mit einem oberen Gehäuseabschnitt versehen ist; einen Haltering, der eine innere, zylindrische Oberfläche aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass sie den Wafer trägt, und eine Bewegung des Wafers in Seitenrichtung einschränkt, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird; einen Wafer-Unterträger, der an dem Haltering durch eine primäre Membran und an dem Gehäuse durch eine sekundäre Membran angebracht ist; eine elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase, die zur Fluidverbindung an ein erstes, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist, um eine erste Pneumatikzone festzulegen, und an einer ersten Oberfläche der Wafer- Anschlagplatte in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angebracht ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer am Umfangsrand zu haltern; wobei die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase eine zweite Pneumatikzone festlegt, radial innerhalb der ersten Pneumatikzone, und die sich zwischen der ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte und dem Wafer erstreckt, wenn der Wafer an dem Polierkopf während eines Poliervorgangs angebracht ist, und die in Fluidverbindung an ein zweites, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist, wobei die erste Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte nicht in Kontakt mit einer rückseitigen Oberfläche des Wafers beim Polieren des Wafers steht; wobei die Wafer-Befestigungsanschlagplatte während Zeiträumen, in denen nicht poliert wird, dazu dient, zu verhindern, dass sich der Wafer zu stark verbiegt, infolge einer angelegten Vakuumkraft, die zum Haltern des Wafers am Polierkopf während Wafer-Lade- und Entladevorgängen verwendet wird; wobei das erste und zweite, unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, dass vorbestimmte Polierdrucke über einer vorderen Seitenoberfläche des Wafers erzielt werden.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Anlegen von Luftdruck an einen Haltering, an einen Unter-Träger, eine pneumatische Blase, und die Rückseite des Wafers getrennt zur Verfügung gestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Einsatz einer Membran zur Verfügung, die durch einen schwebenden Haltering gehaltert wird. Bei einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Einsatz einer Halterung einer offenen Membran durch den schwebenden Haltering zur Verfügung.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen zur Verfügung gestellt, wobei der Polierkopf einen Haltering aufweist, der eine innere, zylindrische Oberfläche aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass der Wafer getragen wird, und zur Einschränkung einer Bewegung in Seitenrichtung des Wafers dient, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird; eine Waferbefestigungsanschlagplatte, die an dem Haltering angebracht ist; eine elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase, die in Fluidverbindung an ein erstes, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist, um eine erste Pneumatikzone festzulegen, und an einer ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angebracht ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer am Umfangsrand zu haltern; wobei die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase eine zweite Pneumatikzone radial innerhalb der ersten Pneumatikzone festlegt, die sich zwischen der ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte und dem Wafer erstreckt, wenn der Wafer an dem Polierkopf während eines Poliervorgangs angebracht ist, und die in Fluidverbindung an ein zweites, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist, wobei die erste Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte nicht in Kontakt mit einer rückseitigen Oberfläche des Wafers während des Polierens des Wafers steht; die Wafer-Befestigungsanschlagplatte während Zeiträumen, in denen nicht poliert wird, dazu fähig ist, ein zu starkes Verbiegen des Wafers infolge einer angelegten Vakuumkraft zu verhindern, die zum Haltern des Wafers an dem Polierkopf während Wafer-Lade- und Entladevorgängen verwendet wird; wobei das erste und das zweite, unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, das vorbestimmte Polierdrucke über eine vorderseitige Oberfläche des Wafers erzielt werden.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen zur Verfügung gestellt, wobei der Polierkopf aufweist: einen Haltering, der eine innere, zylindrische Oberfläche aufweist, und ein innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass sie den Wafer trägt, und eine Bewegung in Seitenrichtung des Wafers einschränkt, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird; eine Wafer-Befestigungsanschlagplatte, die an dem Haltering angebracht ist; eine elastische Dichtung, die in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrand zu haltern, und die eine erste Pneumatikzone festlegt, wenn der Wafer angebracht wurde, die in Fluidverbindung an ein erstes, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; wobei die Wafer-Befestigungsanschlagplatte während Zeiträumen, in denen nicht poliert wird, dazu fähig ist, ein zu starkes Verbiegen des Wafers infolge einer angelegten Vakuumkraft zu verhindern, die zum Haltern des Wafers an den Polierkopf während Wafer-Lade- und Entladevorgängen verwendet wird; wobei das erste und das zweite, unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, dass vorbestimmte Polierdrucke über eine vorderseitige Oberfläche des Wafers erzielt werden.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen zur Verfügung gestellt, wobei der Polierkopf aufweist: Einen Haltering, der eine innere, zylindrische Oberfläche aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass sie den Wafer trägt, und eine Bewegung in Seitenrichtung des Wafers einschränkt, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird; eine Wafer-Befestigungsanschlagplatte, die an dem Haltering angebracht ist; mehrere, elastische Pneumatikblasen, die an einer ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte angebracht sind, wobei jede der Blasen in Fluidverbindung an eine Quelle für ein unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; wobei eine erste der mehreren elastischen Pneumatikblasen Ringform aufweist, und in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrand zu haltern, und die erste Blase in Fluidverbindung an ein erstes, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; eine zweite der mehreren, elastischen Pneumatikblasen innerhalb der ringförmigen, ersten Blase angeordnet ist, und in Fluidverbindung an ein zweites, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; wobei das erste und das zweite, unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, dass vorbestimmte Polierdrucke über einer vorderseitigen Oberfläche des Wafers erzielt werden.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Waferpolierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen zur Verfügung gestellt, wobei der Polierkopf aufweist: einen Haltering, der eine innere, zylindrische Oberfläche aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass sie den Wafer trägt, und eine Bewegung in Seitenrichtung des Wafers einschränkt, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird; eine Wafer-Befestigungsanschlagplatte, die an dem Haltering angebracht ist; wobei die Wafer-Befestigungsanschlagplatte mehrere elastische, konzentrische, ringförmige Abdichtungsrippen aufweist, die von einer Oberfläche der Anschlagplatte ausgehen, und unabhängige Pneumatikzonen festlegen, wenn sie gegen eine rückseitige Oberfläche des Wafers gedrückt werden, wobei jede der Pneumatikzonen in Fluidverbindung an eine Quelle für ein unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; eine erste der mehreren elastischen, konzentrischen, ringförmigen Abdichtungsrippen in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrand zu haltern, und eine erste Pneumatikzone festlegt, wobei die erste Pneumatikzone in Fluidverbindung an ein erstes, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; wobei eine zweite der mehreren elastischen, konzentrischen, ringförmigen Abdichtungsrippen im Inneren der ersten, ringförmigen Abdichtungsrippen angeordnet ist, und in Fluidverbindung an ein zweites, unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen ist; wobei das erste und das zweite unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, dass vorbestimmte Polierdrucke über einer vorderseitigen Oberfläche des Wafers erzielt werden.
Bei einem weiteren Aspekt werden Verfahren zum Polieren und Planarisieren von Substraten einschließlich Halbleiter-Wafer, Flüssigkristallanzeigebildschirmen, und dergleichen zur Verfügung gestellt, sowie von Gegenständen, die unter Verwendung der geschilderten Konstruktion und des geschilderten Verfahrens hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Konstruktion und das erfindungsgemäße Verfahren werden nun im Zusammenhang spezieller, beispielhafter Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren dargestellt sind.
In 1 ist ein chemisch-mechanisches Polier- oder Planarisierungs-(CMP)Werkzeug 101 gezeigt, das ein Karussell 102 aufweist, welches eine Mehrzahl an Polierkopfeinheiten 103 trägt, die eine Kopfbefestigungseinheit 104 und die Substrat(Wafer)-Trägereinheit 106 (siehe 4) umfassen. Wir verwenden den Begriff „Polieren" hier entweder in der Bedeutung des Polierens eines Substrats 113, das allgemein Halbleiter-Wafer- 113 Substrate umfasst, und auch in der Bedeutung von Planarisierung, wenn das Substrat ein Halbleiter-Wafer ist, auf den elektronische Schaltungselemente abgelegt wurden. Halbleiter-Wafer sind üblicherweise dünne und ein wenig zerbrechliche Scheiben mit nominellen Durchmessern zwischen 100 mm und 300 mm. Gegenwärtig werden 200 mm Halbleiter-Wafer verbreitet verwendet, aber die Verwendung von 300 mm Wafern ist in der Entwicklung. Die Bauart ist für Halbleiter-Wafer und andere Substrate bis zu mindestens 300 mm Durchmesser anwendbar und auch für Substrate mit größerem Durchmesser, und begrenzt vorteilhafterweise jegliche bedeutsame Unregelmäßigkeiten der Wafer-Oberflächenpolierung auf nicht mehr als ungefähr die sogenannte 2 mm Abschlusszone an dem radialen Rand der Halbleiter-Scheibe, und häufig auf einen ringförmigen Bereich von weniger als ungefähr 2 mm von dem Rand des Wafers.
Eine Basis 105 schafft eine Stütze für die anderen Komponenten einschließlich einer Brücke 107, welche das Heben und Senken des Karussells mit den angebrachten Kopfeinheiten unterstützt und zulässt. Jede Kopfbefestigungseinheit 104 (siehe 4) ist auf dem Karussell 102 montiert, und jede der Polierkopfeinheiten 103 ist zur Drehung an der Kopfbefestigungseinheit 104 angebracht, das Karussell ist zur Drehung um eine zentrale Karussell-Achse 108 angebracht, und eine Drehachse 111 jeder Polierkopfeinheit 103 ist im Wesentlichen parallel zu, aber getrennt von der Karussell-Drehachse 108. Das CMP-Werkzeug 101 weist auch die motorgetriebene Platte 109 auf, die zur Drehung um eine Plattenantriebsachse 110 angebracht ist. Die Platte 109 hält ein Polierkissen 135 und wird von einem Plattenmotor (nicht gezeigt) angetrieben, um zu drehen. Dieses spezielle CMP-Werkzeug ist eine mehrköpfige Bauart, was bedeutet, dass es eine Mehrzahl an Polierköpfen für jedes Karussell gibt; jedoch sind CMP-Werkzeuge mit einem Kopf bekannt, und Kopfeinheit 103, Haltering 166, und das Verfahren zum Polieren können mit einer Poliervorrichtung entweder nach mehrköpfiger oder einköpfiger Art verwendet werden. Des Weiteren wird bei dieser besonderen CMP-Bauart jede der Mehrzahl der Köpfe durch einen einzelnen Kopfmotor angetrieben, der eine Kette (nicht gezeigt) antreibt, welche ihrerseits jeden der Polierköpfe 103 über eine Kette und einen Zahnmechanismus antreibt; jedoch kann jeder Kopf 103 mit einem getrennten Motor und/oder durch andere als ketten- und zahnartige Antriebe gedreht werden. Das CMP-Werkzeug enthält auch eine Drehverbindung 116, welche eine Mehrzahl an unterschiedlichen Gas-/Fluidkanälen vorsieht, um unter Druck stehende Fluide wie beispielsweise Luft, Wasser, Vakuum oder dergleichen, zwischen stationären Quellen außerhalb des Kopfes und Stellen auf oder innerhalb der Wafer-Trägereinheit 106 zu verbinden. Fünf unterschiedliche Gas-/Fluidkanäle können durch die Drehverbindung vorgesehen sein. Wenn der Kammern aufweisende Unterträger enthalten ist, sind zusätzliche Verbindungsöffnungen, zur Versorgung der erforderlichen unter Druck stehenden Fluide an die zusätzlichen Kammern, enthalten.
Während des Betriebs drehen die Polierplatte 109 mit festgehaltenem Polierkissen 135, das Karussell 102, und jeder der Köpfe 103 um ihre eigene Achse. Die Karussell-Drehachse 108 kann von der Plattendrehachse 110 um ungefähr einen Inch (25.4 mm) versetzt sein. Die Geschwindigkeit, mit der sich jede Komponente dreht, wird derartig gewählt, dass jeder Abschnitt auf dem Wafer im Wesentlichen die gleiche Entfernung mit der gleichen Durchschnittsgeschwindigkeit zurücklegt, wie jeder andere Punkt auf einem Wafer, um ein gleichmäßiges Polieren oder Planarisieren des Substrats zu schaffen. Da das Polierkissen üblicherweise etwas kompressibel ist, ist die Geschwindigkeit und die Art der Wechselwirkung zwischen dem Kissen und dem Wafer, wo der Wafer das Kissen zuerst berührt, ein entscheidender Faktor für die von dem Rand des Wafers abgetragenen Materialmenge, und für die Gleichmäßigkeit der polierten Wafer-Oberfläche.
Ein Polierwerkzeug mit einer Mehrzahl über ein Karussell angebrachter Kopfeinheiten ist in dem U.S. Patent Nr. 4,918,870 mit dem Titel „Floating Subcarriers for Wafer Polishing Apparatus" beschrieben; ein Polierwerkzeug mit einem schwimmenden Kopf und schwimmendem Haltering ist in dem U.S. Patent Nr. 5,205,082, „Wafer Polisher Head Having Floating Retainer Ring", beschrieben; und eine Drehverbindung zur Verwendung in einem Polierkopf ist in dem U.S. Patent Nr. 5,443,416 beschrieben und „Rotary Union for Coupling Fluids in a Wafer Polishing Apparatus" betitelt.
Bei einer Ausführungsform schaffen die erfindungsgemäße Konstruktion und das erfindungsgemäße Verfahren, einen zwei Kammern aufweisenden Kopf mit einem scheibenförmigen Unterträger mit einer oberen Oberfläche 163 im Inneren der Poliervorrichtung und einer unteren Oberfläche 164, zum Anbringen eines Substrats (z.B. Halbleiter-Wafer) 113, und einen ringförmigen Haltering 166, der koaxial angeordnet ist mit und um beide, den unteren Abschnitt des Unterträgers 160 und um den Rand des Wafer-Substrats 113, anliegt, um das Substrat direkt unterhalb und in Kontakt mit dem Unterträger 160 und einer Polierkissenoberfläche 135 zu halten, die ihrerseits an der Platte 109 festgehalten ist. Das Halten des Wafers direkt unterhalb des Unterträgers ist wichtig für die Gleichmäßigkeit, da der Unterträger eine abwärts gerichtete Polierkraft auf die Rückseite des Wafers auferlegt, um die Stirnseite des Wafers gegen das Kissen zu zwingen. Eine der Kammern (P2) 132 steht in Fluidverbindung mit dem Träger 160, und übt während des Polierens einen nach unten gerichteten Polierdruck (oder Kraft) auf den Unterträger 160 aus, und indirekt des Substrats 113 gegen das Polierkissen 135 (bezeichnet als „Unterträgerkraft" oder „Wafer-Kraft"). Die zweite Kammer (P1) 131 steht über einen Haltering-Adapter 168 in Fluidverbindung mit dem Haltering 166, und übt während des Polierens einen nach unten gerichteten Druck des Halterings 166 gegen das Polierkissen 135 aus (bezeichnet als „Ringkraft"). Die beiden Kammern 131, 132 und die mit ihnen verbundenen Druck-/Vakuumquellen 114, 115 erlauben die Steuerung des Drucks (oder Kraft), der durch den Wafer 113 und getrennt durch den Haltering 166 gegen die Polierkissenoberfläche 135 ausgeübt wird.
Während bei einer Ausführungsform der Erfindung die Unterträgerkraft und die Ringkraft unabhängig gewählt werden können, kann die Bauart angepasst werden, um mehr und weniger Verbindungsgrade zwischen der Ringkraft und der Unterträgerkraft zu schaffen. Durch geeignetes Wählen bezüglich der Verbindungseigenschaften zwischen einer Kopfgehäuse-Stützkonstruktion 120 und dem Unterträger 160, und zwischen dem Unterträger 160 und dem Ring 166, können Grade der Unabhängigkeit in dem Bereich von unabhängiger Bewegung des Unterträgers und Rings, bis zu starker Verbindung zwischen dem Unterträger und Ring erreicht werden. Das Material und geometrische Charakteristika von Verbindungselementen, die in der Art von Membranen 145, 162 gebildet sind, schaffen eine optimale Verbindung, um ein gleichmäßiges Polieren (oder Planarisation) über die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers, sogar an den Rändern des Substrats, zu erreichen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung mit Kammern aufweisenden Unterträgern werden auch beschrieben. Diese Kammern aufweisenden Unterträger fügen zusätzliche Druckkammern hinzu, die eine sogar größere Kontrolle der Polierkraft als eine Funktion der Position erlauben.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Größe und Form des Halterings 166 im Vergleich zu herkömmlichen Haltering-Bauarten modifiziert, um das Polierkissen 135 in einem Bereich nahe des äußeren Umfangsrands des Substrats 113 im voraus zusammenzupressen und/oder zu konditionieren, so dass nachteilige Effekte, die mit der Bewegung des Substrats 113 über das Kissen 135 von einem Bereich des Kissens zu einem anderen in Verbindung gebracht werden, sich nicht als Nichtlinearitäten auf der polierten Substratoberfläche offenbaren. Der Haltering 166 dient dazu, das Kissen 135 an den Vorder- und Abrichtungskanten (training edges) der Bewegung zu ebnen, so dass, bevor das vorrückende Substrat einen neuen Bereich des Kissens berührt, das Kissen im Wesentlichen flach und in einer Ebene mit der Substratoberfläche ist; und kurz vor dem Ende des Kontakts zwischen dem Substrat und dem Kissen, wird das Kissen flach und in einer Ebene mit der polierten Oberfläche des Substrats gehalten. Auf diese Art stößt das Substrat immer auf eine flache, im voraus zusammengepresste, und im Wesentlichen gleichmäßige Polierkissenoberfläche.
Der Haltering presst das Polierkissen im voraus zusammen, bevor es sich über die Wafer-Oberfläche bewegt. Dies hat zur Folge, dass die ganze Wafer-Oberfläche ein Polierkissen mit dem gleichen Betrag an vorherigem Zusammenpressen erlebt, was auf einen gleichmäßigen Materialabtrag über die Wafer-Oberfläche hinausläuft. Durch unabhängige Steuerung des Healtering-Drucks ist es möglich, den Betrag der vorherigen Zusammenpressung des Polierkissens zu regulieren, und somit den Betrag an Material, der von dem Wafer-Rand entfernt wird, zu beeinflussen. Computer-Steuerung, mit oder ohne Feedback, beispielsweise die Verwendung von Endpunkt-Detektierungseinrichtungen, kann helfen, die gewünschte Gleichmäßigkeit zu erreichen.
Zuerst richten wir unsere Aufmerksamkeit auf einen zwei Kammern aufweisenden Polierkopf 100, der in 2 gezeigt wird, um die Art, in der ausgewählte Aspekte der Vorrichtung arbeiten, darzustellen. Insbesondere zeigen und beschreiben wir die Art, in der Druck auf die Halteringeinheit (einschließlich Haltering-Adapter 168 und Haltering 166) und den Träger 160 ausgeführt und gesteuert werden. Dann werden wir andere Aspekte beschrieben.
Revolverkopf-Anbringungsadapter 121 und Stifte 122, 123 oder andere Befestigungseinrichtungen erleichtern die Ausrichtung und Befestigung oder Anbringung des Gehäuses 120 an einer Welle 219, die zur Drehung relativ zu dem Karussell 102 angebracht ist, oder bei Versionen mit einem einzelnen Kopf, an anderen Stützstrukturen, wie beispielsweise einem Arm, der den Kopf über die Oberfläche des Kissens bewegt, während sich der Kopf und das Kissen drehen. Das Gehäuse 120 schafft eine Stützstruktur für andere Kopfkomponenten. Eine Nebenmembran 145 ist an das Gehäuse 120 durch einen Distanzring 131 angebracht, um die Nebenmembran von dem Gehäuse 120 zu trennen, um einen Bereich von senkrechter und winkliger Bewegung der Membran und daran angebrachter Strukturen (einschließlich Träger 160) relativ zu einer nominellen Nebenmembranebene 125 zuzulassen. (Die Haupt- und die Nebenmembran lassen auch eine kleine waagerechte Bewegung zu, als Folge der winkligen Neigung allein oder in Verbindung mit der senkrechten Translation, die vorgesehen ist, um winklige Änderungen an der Grenzfläche zwischen den Träger-Kissen und Haltering-Kissen Grenzflächen unterzubringen, aber diese waagerechte Bewegung ist normalerweise klein verglichen mit der senkrechten Bewegung.)
Der Distanzring 131 kann integral mit dem Gehäuse 120 gebildet sein und die gleiche Funktion schaffen; wie jedoch bei einer alternativen Version der Vorrichtung (siehe zum Beispiel 5) beschrieben wird, ist der Distanzring 131 vorteilhafterweise aus einem getrennten Stück gebildet und an das Gehäuse mit Befestigungen (beispielsweise Schrauben) und konzentrischen O-Ringdichtungen angebracht, um sicherzustellen, dass die Anbringung luft- und druckdicht ist.
Träger 160 und Halteringeinheit 167 (einschließlich Haltering-Adapter 168 und Haltering 166) sind ähnlich an die Hauptmembran 162 angebracht, die ihrerseits an einem unteren Abschnitt des Gehäuses 124 angebracht ist. Der Träger 160 und der Haltering 166 sind somit in der Lage, sich senkrecht geradlinig zu bewegen und sich zu neigen, um Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Kissens unterzubringen, und um zu helfen, das Polierkissen flach zu machen, wo das Kissen zuerst den Haltering 166 nahe dem Rand des Wafers 113 trifft. Allgemein wurde diese Art von durch Membranen erleichterter Bewegung als „Schwimmen" bezeichnet, der Träger und Haltering als „schwimmender Träger" und „schwimmender Haltering", und ein Kopf, der diese Elemente enthält, wurde als eine „schwimmender Kopf"-Bauart bezeichnet. Während die zu beschreibende Vorrichtung „schwimmende" Elemente verwendet, sind die Bauart und das Verfahren des Betriebs anders, als die vordem im Stand der Technik bekannten.
Flanschring 146 verbindet die Nebenmembran 145 mit einer oberen Oberfläche 163 des Unterträgers 160, die selbst an der Hauptmembran 162 angebracht ist. Der Flanschring 146 und der Unterträger 160 sind wirksam zusammengeklemmt und bewegen sich als eine Einheit, aber die Halteringeinheit 167 ist nur an der Hauptmembran angebracht und kann sich frei bewegen, abhängig lediglich von durch die Haupt- und Nebenmembran auferlegten Zwängen auf die Bewegung. Der Flanschring 146 verbindet die Hauptmembran 162 und die Nebenmembran 145. Reibungskräfte zwischen der Membran und dem Flanschring und Unterträger helfen die Membran am Platz zu halten und beim Aufrechterhalten einer Spannung über der Membran. Die Art, in der die Haupt- und die Nebenmembran die geradlinige und winklige Bewegung des Trägers und Halterings zulassen, wird ferner durch die schematische Darstellung in 3 gezeigt, die ein deutlich übertriebenes Verhältnis zeigt, in dem die nominelle planare Anordnung von jeder Membran 145, 162 geändert ist, um die geradlinigen und winkligen Freiheitsgrade zuzulassen. Dieser übertriebene Grad der in der Figur dargestellten Membranbiegung, besonders in winkliger Ausrichtung, ist nicht während des Polierens zu erwarten, und die senkrechte Translation würde normalerweise nur während Wafer-Beschickungs- und Entladevorgängen auftreten. Insbesondere tritt bei der Nebenmembran 145 etwas Biegen oder Verdrehung in ersten und zweiten Biegungsbereichen 172, 173 in der Spanne zwischen Anbringung am Dichtungsring 131 und Flanschring 146 auf; und bei der Hauptmembran tritt unterschiedliches Biegen oder Verdrehung bei dritten, vierten, fünften und sechsten Biegungsbereichen 174, 175, 178, 179 auf, wo sie ihre Anbringungen an Gehäuse 120 und Träger 160 spannt.
In dieser Beschreibung beziehen sich die Begriffe „obere" und „untere" zweckdienlich auf relative Ausrichtungen von Strukturen, wenn die beschriebene Struktur sich in ihrem normalen Betriebszustand befindet, typischerweise wie in den Zeichnungen gezeigt. Auf die gleiche Art, beziehen sich auch die Begriffe „senkrecht" und „waagerecht" auf Ausrichtungen oder Bewegungen, wenn Elemente in ihrer beabsichtigten Ausrichtung verwendet werden. Dies ist angemessen für eine Poliermaschine, da Wafer-Poliermaschinen der den Erfindern bekannten Art für eine waagerechte Polierkissenoberfläche sorgen, welche die Ausrichtungen von anderen Polierkomponenten fixiert.
Als nächstes richten wir unsere Aufmerksamkeit auf die alternative und etwas mehr hoch-entwickelte Polierkopfeinheit 103, die in 4 dargestellt ist. Insbesondere wird Betonung auf die Wafer-Trägereinheit 106 gerichtet; die Drehverbindungs- 116 und Kopfbefestigungseinheits- 104 Komponenten der Polierkopfeinheit 103 werden jedoch auch beschrieben. Wir merken an, dass, obwohl einige oben beschriebene Strukturen (siehe 2) etwas unterschiedliche Strukturen als die darzustellenden (siehe 4) haben, gleiche Bezugszeichen beibehalten wurden, so dass ähnliche, von den Elementen geschaffene Funktionen, in den verschiedenen Ausführungsformen verdeutlicht werden.
Polierkopfeinheit 103 weist im Allgemeinen eine Welle 219 auf, die eine Wellendrehachse 111 definiert, eine Drehverbindung 116, und eine Wellenstützeinrichtung 209 mit Lagern, die Einrichtungen zur Anbringung der Welle 219 in einer Wellenstütze schaffen, wobei die Wellenstütze an der Brücke 107 in einer Art angebracht ist, die eine Drehung der Welle zulässt. Diese Wellenstützstrukturen sind in dem mechanischen Stand der Technik bekannt, und werden hier nicht detailliert beschrieben. Eine Struktur innerhalb der Welle wird dargestellt und beschrieben, da diese Struktur die Struktur und den Betrieb der Drehverbindung 116 betrifft.
Die Drehverbindung 116 schafft Einrichtungen für die Verbindung unter Druck stehender und nicht unter Druck stehender Fluide (Gase, Flüssigkeiten, Vakuum, und dergleichen) zwischen einer Fluidquelle, beispielsweise einer Vakuumquelle, die stationär und nicht-drehend ist, und der drehbaren Polierkopf-Wafer-Trägereinheit 106. Die Drehverbindung ist angepasst, um an den nicht drehbaren Abschnitt des Polierkopfes angebracht zu werden, und schafft Einrichtungen für das Begrenzen und fortwährende Verbinden eines unter Druck stehenden oder nicht unter Druck stehenden Fluids, zwischen einer nicht drehbaren Fluidquelle und einem an eine äußere Oberfläche des drehbaren Wellenschafts 219 angrenzenden Raumbereich. Während eine Drehverbindung insbesondere in 4 dargestellt ist, wird verstanden werden, dass Drehverbindungen bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung anwendbar sind.
Ein oder mehr Fluidquellen sind mit der Drehverbindung 116 über eine Rohrleitung und ein Steuerungsventil (nicht gezeigt) verbunden. Die Drehverbindung 116 weist einen ausgesparten Bereich auf einem inneren Oberflächenabschnitt auf, der ein typisch zylindrisches Reservoir 212, 213, 214 zwischen dem inneren Oberflächenabschnitt 216 des Drehanschlußstücks 116 und der äußeren Oberfläche 217 des Wellenschafts 219 begrenzt. Dichtungen sind zwischen der drehbaren Welle 219 und dem nicht drehbaren Abschnitt der Drehverbindung vorgesehen, um ein Lecken zwischen den Reservoiren und den Bereichen außerhalb der Reservoire zu verhindern. Herkömmliche Dichtungen, wie im mechanischen Stand der Technik bekannt, können verwendet werden. Eine Bohrung oder Öffnung 201, die Mitte des Wellenschafts runter, ist auch vorgesehen, um ein Fluid über eine drehbare Verbindung zu verbinden.
Der Wellenschaft 219 weist mehrere Durchgänge, zum Beispiel fünf Durchgänge, auf, die sich von der äußeren Schaftoberfläche und dem oberen Ende des Schafts zu hohlen Bohrungen innerhalb des Wellenschafts erstrecken. Aufgrund der speziellen Schnittansicht in 4, sind nur drei der fünf Durchgänge in der Zeichnung sichtbar. Von jeder Bohrung werden das Vakuum oder andere unter Druck stehende oder nicht unter Druck stehende Fluide über Verbindungen und/oder Rohrleitungen innerhalb der Wafer-Trägereinheit 106 mit der Stelle, an der das Fluid benötigt wird, verbunden. Die exakte Stelle oder das Vorhandensein der Verbindungen sind ein Ausführungsdetail und nicht wichtig, außer wie nachstehend beschrieben. Diese angeführten Strukturen schaffen Einrichtungen für das Begrenzen und fortwährende Verbinden eines oder mehrerer unter Druck stehender Fluide, zwischen dem an die äußere Oberfläche des drehbaren Schafts angrenzenden Bereich und der eingeschlossenen Kammer, aber andere Einrichtungen können verwendet werden. Eine Drehverbindung, die weniger Kanäle als in dieser speziellen Vorrichtung vorsieht, ist in dem U.S. Patent Nr. 5,443,416 beschrieben und „Rotary Union for Coupling Fluids in a Wafer Polishing Apparatus" betitelt.
Ein Beispiel eines Wafer-Polierkopfes und einer Wafer-Trägereinheit 106 ist in 5 dargestellt, die auch in der anhängigen U.S. Patent Anmeldung Nr. 09/294,547, angemeldet am 19. April 1999, erscheint. Ein weiteres Beispiel eines Wafer-Polierkopfes ist in dem U.S. Patent Nr. 5,527,209 gezeigt und beschrieben, und betitelt „Wafer Polishing Head Adapted for Easy Removal of Wafers". Auf diese Polierkopfstrukturen wird Bezug genommen, um allgemein und rein exemplarisch, nicht beschränkend, die Polierkopf-Art, mit der die erfindungsgemäßen Strukturen verwendet werden können, darzustellen. Im Allgemeinen ist jede der unten beschriebenen, exemplarischen Ausführungsformen auf eine Modifikation des Wafer-Halteverfahrens und -struktur, und die Art, in der Polierdruck auf den Wafer angewandt wird, um die gewünschte Polierwirkung zu erzielen, gerichtet. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind nicht begrenzt auf irgendeine spezielle Polierkopfbauart oder -struktur, Halteringstruktur, Gehäusegestalt oder irgendwelche anderen Beschränkungen, die nicht als Erfordernis festgestellt werden. Aus diesem Grund konzentriert sich die Beschreibung hauptsächlich auf die Beziehung zwischen dem Wafer und der Struktur und dem Verfahren zum Halten des Wafers.
Die Arbeiter mit gewöhnlichen Fachkenntnissen werden zu schätzen wissen, in Verbindung mit der hier geschaffenen Offenbarung, dass die Strukturen und Verfahren mit geeigneten Modifikationen, die innerhalb der Fachkenntnis eines Arbeiters auf dem Gebiet liegen, auf einen weiten Bereich von Polierkopfbauarten, Planarisierungsköpfen und Verfahren angewandt werden können, und nicht auf die speziellen schwimmender Kopf, schwimmender Träger, schwimmender Haltering, oder dergleichen Strukturen, die hier gezeigt oder beschrieben werden, beschränkt ist. Vielmehr kann jede Ausführungsform bei zahlreichen unterschiedlichen Arten von Poliermaschinen angewandt werden.
Erste Ausführungsform, bei welcher ein kontrollierter Luftdruck an einen Haltering angelegt wird, ein Unterträger vorgesehen ist, und die Rückseite des Wafers eine Oberflächendichtung einsetzt.
In 6 ist eine erste primäre Ausführungsform 300 der Erfindung gezeigt. Diese ist eine Zwei-Kammer-Bauart mit einer Haltering-(HR) und einer Unterträger-(UT)Druckkammer. Ferner ist ein Wafer-Unterträger 160 vorgesehen, aber der Wafer-Unterträger trägt, hält, oder bringt das Substrat 113 (beispielsweise einen Halbleiter-Wafer) nicht tatsächlich an, wie bei herkömmlichen Polierkopfbauarten und -ausführungen. Vielmehr hat die untere Fläche 164 des Unterträgers, die sich gegenüber dem Polierkissen befindet, eine ringförmige Flächendichtung 302 angebracht, die Kontakt mit dem zu polierenden Substrat 113 herstellt und eine Dichtung zwischen dem Substrat und dem Unterträger bildet. Die ringförmige Flächendichtung 302 ist nahe dem äußeren Umkreis des Rands 304 des Unterträgers angebracht, aber nicht notwendigerweise an dem äußeren Umfangsrand 306, da es beabsichtigt ist, dass sie zwischen der rückseitigen Fläche des Wafers 308 und der nach unten gerichteten Oberfläche des Unterträgers 164 liegt. (Beachten Sie, dass die nach unten gerichtete Oberfläche des Unterträgers 164 die Oberfläche ist, die dem Polierkissen 135 während eines Polierbetriebs gegenüberliegt).
Kurz vor Beginn eines Polierbetriebs, wird die rückseitige Oberfläche 308 eines Substrats, beispielsweise eines Halbleiter-Wafers 113, gegen die ringförmige Flächendichtung 302 plaziert. Die Flächendichtung 302 kann an dem Unterträger 160 auf viele Arten angebracht werden. Zum Beispiel kann die Flächendichtung an den Unterträger angeklebt werden. Alternativ ist ein Kanal 310 mit einer Nut in der nach unten gerichteten Fläche 164 des Unterträgers 160 vorgesehen, um die Flächendichtung 302 aufzunehmen, welche entweder durch Kleben, eine Pressreibungspassung eine ineinandergreifende Nut, oder andere herkömmliche Wege befestigt werden kann, in denen ein etwas elastisches Element, wie beispielsweise die elastische Flächendichtung 302, eingesetzt und in einer starren, maschinell bearbeitbaren Struktur, wie beispielsweise einem Metall- oder Keramik-Unterträger, gehalten werden kann.
Unabhängig davon, wie die Flächendichtung 302 an den Unterträger 160 angebracht wird, sollte die Flächendichtung eine derartige Größe haben und derart angebracht werden, dass ein unterer Oberflächenabschnitt 312 der Flächendichtung (der Abschnitt, der die Rückseite 308 des Substrats 113 enthält) sich über die Unterträgeroberfläche 164 erstreckt, so dass, wenn ein Halbleiter 113 montiert wird, eine rückseitige Tasche oder rückseitige pneumatische Kammer 314 zwischen der Rückseite des Wafers 308 und der nach unten gerichteten Oberfläche des Unterträgers 164 geschaffen wird. Der Betrag der Erstreckung oder Taschentiefe sollte derart sein, dass, wenn der Halbleiter-Wafer durch die Oberflächendichtung an den Unterträger montiert wird, der Wafer nicht die Unterträgeroberfläche 164 berührt, entweder, (i) wenn Vakuum angewandt wird, um den Wafer 113 unmittelbar bevor und unmittelbar nach dem Polieren an der Oberflächendichtung 302 zu halten, oder (ii) wenn ein Polierdruck in der rückseitigen pneumatischen Kammer 314 angewandt wird und der Wafer 113 gegen das Polierkissen 135 gedrückt wird. Die tatsächliche Taschentiefe hängt von zahlreichen Faktoren ab, einschließlich dem Material aus dem die Oberflächendichtung 302 hergestellt ist (dadurch, dass ein mehr komprimierbares Material gewöhnlich eine größere Tiefe als ein weniger komprimierbares Material erfordert), dem Durchmesser des gehaltenen Substrats oder Wafers 113, insofern als von einem größeren Substrat erwartet werden kann, dass es sich nach innen beugt (auf den Unterträger zu), wenn ein Halte-Vakuum angewandt wird und mehr nach innen gedrückt wird (insbesondere in der Mitte des Wafers, wo durch die Oberflächendichtung selber eine geringere Stütze geschaffen wird) als ein kleineres Substrat, und dem auf die rückseitige Druckkammer 314 angewandten Bereich von Vakuum und positiven Polierdrücken, neben anderen Faktoren. Taschentiefen zwischen ungefähr 0.5 mm und ungefähr 5 mm können verwendet werden, aber eine Taschentiefe von ungefähr 1 mm bis ungefähr 2 mm sind für einen 200 mm Wafer-Polierkopf üblich. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Flächendichtung mit einer biegsamen Lippe verwendet, derart, dass das Dichten durch Verformen einer biegsamen ringförmigen Lippe gegen den Wafer geschaffen wird. Alternativ wird ein etwas weiches, komprimierbares Gummi oder polymerisches Material für die Flächendichtung 302 in der Art eines „O-Rings" verwendet, um die Dichtung zu bilden.
Die Vakuum-(negativer Druck)Haltekraft und der positive Polierdruck sind aus zumindest einem Loch oder einer Öffnung 318 an der nach unten gerichteten Oberfläche 164 des Unterträgers 160 vorgesehen, das/die in Fluidverbindung mit einer Quelle von zentralisiertem Luftdruck oder unter Druck stehendem Fluid 320 steht. Unter Druck stehendes Gas, für gewöhnliche Luft, aus einer Quelle von unter Druck stehender Luft, kann vorteilhaft verwendet werden. Eine Mehrzahl derartiger Löcher oder Öffnungen 318 kann an der Unterträgeroberfläche 164 wahlweise vorgesehen werden, und kann für schnelles und gleichmäßiges Wechseln des Drucks auf der Wafer Rückseite vorteilhaft sein. Auf ähnliche Art kann die Vakuumquelle 320 über die gleichen Löcher 318 oder über verschiedene Löcher in Verbindung gebracht werden. Üblicherweise wird das unter Druck stehende Gas mit den Löchern oder Öffnungen durch Anbringen einer Armatur an der oberen Seite des Unterträgers, Schaffen von Kanälen oder einer Sammelleitung von Kanälen innerhalb des Unterträgers 324, und Verbinden der Kanäle oder Sammelleitung von Kanälen 326 mit den Öffnungen 318, die sich auf die untere Oberfläche 164 des Unterträgers 160 öffnen, in Verbindung gebracht. Es wird angemerkt, dass, da die Öffnungen von der Rückseite des Wafers durch eine Zwischenraum getrennt sind, das Polieren nicht empfindlich bezüglich der Stelle oder Größe der Öffnungen 318 ist, im Vergleich zu herkömmlichen Polierköpfen, bei denen die Öffnungen den Wafer direkt oder durch einen polymerischen Einsatz berühren.
Im Betrieb wird ein Wafer 113 in der Tasche positioniert, die durch den Haltering 166 gebildet wird, der sich während einem Wafer-Beschickungsvorgang etwas hinter den Unterträger 160 und die Flächendichtung 320 erstreckt, und wird durch ein Vakuum am Platz gehalten gegen die Flächendichtung. Der Polierkopf 103, einschließlich des Halterings 166, Unterträger 160, Flächendichtung 302 und angebrachter Wafer 113 werden dann gegenüberliegend gegen das Polierkissen 135 positioniert. Üblicherweise werden beide, der Polierkopf und das Polierkissen, in einem absoluten Sinn bewegt, aber sicherlich relativ zu einander, so dass ein gleichmäßiges Polieren und Planarisieren des Substrats erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Struktur wendet Druck direkt gegen die Rückseite des Wafers an (außer wo sich die Flächendichtung befindet), so dass lokalisierte Druckänderungen, wie sich durch eine Änderung in den Eigenschaften eines herkömmlichen Poliereinsatzes, Auftreten von Verunreinigungen zwischen der Wafer-Rückseite 308 und dem Einsatz oder der Unterträgerfläche 164, Nicht-Flachheit des Einsatzes oder der Unterträgeroberfläche 164, oder dergleichen ergeben könnten, nicht auftreten. Da etwas Druckänderung möglicherweise als Folge des Vorhandenseins der Flächendichtung auftreten kann, ist es wünschenswert, dass sich die Flächendichtung nahe dem Umfangsrand 306 des Wafers, in dem sogenannten Randabschlussbereich, befindet, und nur so breit ist (der Unterschied zwischen dem ringförmigen inneren Radius und dem ringförmigen äußeren Radius), dass sie eine verlässliche Dichtung schafft. Gewöhnlich kann eine Breite von ungefähr 1 mm bis ungefähr 3 mm verwendet werden, aber geringere oder größere Breiten können benutzt werden. Bemerken Sie, dass, wenn ein rein pneumatischer Druck auf die rückseitige Polierkammer 314 angewandt wird, der nach unten gerichtete Polierdruck, unabhängig von jeglichen Verunreinigungen, die auf der Wafer-Rückseite vorhanden sein können, gleichmäßig ist. Somit wird ein gleichmäßigeres Polieren geschaffen.
Obwohl wir gezeigt und beschrieben haben, was eine herkömmliche Unterträger-Struktur 160 zu sein scheint, wird angemerkt, dass die besonderen Characteristika des Unterträgers 160 nicht wichtig sind, da der Unterträger den Wafer 113 nicht tatsächlich anbringt und nicht verantwortlich ist, eine flache oder planare Oberfläche gegen die der Wafer, direkt oder durch einen Einsatz, angebracht ist, darzubieten. Zum Beispiel kann die Oberfläche des Unterträgers 164 nicht planar sein, so lange wie die Flächendichtung derart angebracht ist, dass ihre berührende Oberfläche ausreichend planar ist, so dass die pneumatische Dichtung beibehalten wird.
Alternativ ist eine Mehrzahl an Flächendichtungen 302 über der Oberfläche des Unterträgers 164 vorgesehen, entweder, um eine zusätzliche Stütze für Wafer 113 mit größerem Durchmesser, während der Zeiten in denen nicht poliert wird, zu schaffen, oder, um getrennte Druckzonen zu begrenzen. Wenn getrennte Druckzonen vorgesehen sind, wird eine getrennte Quelle von Luft, Fluid oder pneumatischem Druck 320 an jede Zone, in der beschriebenen Art, zugeführt.
Zweite Ausführungsform, in der ein gesteuerter Luftdruck getrennt an den Haltering, das innere Rohr und die Rückseite des Wafers angewandt wird.
In Bezug auf 7, ist eine zweite, primäre Ausführungsform 400 der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform ist die Flächendichtung 402, im Vergleich zu der in 6 gezeigten, modifiziert, um eine zusätzliche Flächendichtungsdruckkammer 403 in der Form eines aufblasbaren inneren Rohrs, das den gleichen oder einen unterschiedlichen Druck von der gleichen oder einer unterschiedlichen Quelle von unter Druck stehendem Fluid erhält, zu schaffen. Da die Flächendichtungsdruckkammer eine geschlossene Kammer ist, die nicht zu der Umwelt offen ist, können Flüssigkeiten oder Gase als Druckquelle verwendet werden. Normalerweise wird die Flächendichtungsdruckkammer 403 mit einer anderen Quelle von unter Druck stehendem Fluid als die rückseitige Druckkammer 414 verbunden sein, da es wünschenswert ist, den Druck in jeder Druckkammer 403, 414 getrennt zu steuern, wegen der untenstehend beschriebenen Gründe.
Bei herkömmlichen Poliersystemen tritt etwas Änderung im Polieren häufig nahe dem Umfangsrand eines Wafers auf. Sogar bei Geräten, die eine rückseitige Druckkammer vorsehen, aber eine inerte oder passive Flächendichtung 302, wie in Bezug auf 6 beschrieben, aufweisen, können einige (minimale) Randeffekte auftreten. Das Potential für Randeffekte, die entweder aus dem Vorhandensein der passiven Flächendichtung 302 oder von anderen Eigenschaften des Wafers 113, Wafer-Polierkopfes oder Wafer-Polierverfahrens resultieren, können durch das Schaffen einer modifizierten Flächendichtung 402, welche eine aktive Dichtungsstruktur ist, die eine Flächendichtungsdruckkammer 403 begrenzt, wie durch diese Ausführungsform geschaffen, weiter vermindert werden.
Die aktive Flächendichtung 402 unterscheidet sich von der passiven Flächendichtung 302 zumindest dadurch, dass die erstgenannte 402 eine Druckkammer 403 in der Form eines runden oder kreisförmigen inneren Rohrs oder Blase 402 begrenzt, das/die nahe dem Umfangsrand 306 des Wafers 113, in der bereits in Bezug auf die passive Flächendichtung 302 in 6 beschrieben Art, angeordnet ist.
Da die aktive Flächendichtung 402 notwendigerweise, wegen dem Vorhandensein der in ihr begrenzten Druckkammer 403, eine dickere Struktur als die passive Flächendichtung 302 ist, ist es wünschenswert, dass die aktive Flächendichtung teilweise in einer ringförmigen Nut oder Aussparung, die in dem Unterträger 160 gebildet ist (beispielsweise durch Formen, Gießen, oder maschinelles Bearbeiten), angebracht ist. Bei einer Version der aktiven Flächendichtung 402, ist eine etwas rohrförmige Struktur vorgesehen, in der unter Druck stehendes Fluid (Flüssigkeit oder Gas, aber vorzugsweise Gas) in die rohrförmige Struktur durch eine geeignete Armatur 423, die in die rohrförmige Flächendichtung 402 von innerhalb des Unterträgers 160 eingefügt ist, eingeführt wird. Wie bei der rückseitigen Druckkammer 314, kann der Druck zu der aktiven Flächendichtung von einer Armatur 425, die an der oberen Oberfläche des Unterträgers angebracht ist, in Verbindung gebracht werden, und zu der rohrförmigen aktiven Flächendichtung, durch einen Kanal oder eine Sammelleitung von Kanälen 426 innerhalb des Unterträgers, in Verbindung gebracht werden.
Alternativ ist die aktive Flächendichtung 402 keine rohrförmige Struktur, sondern weist vielmehr eine elastische Materialplatte, einen geformten Kanal, oder dergleichen auf, welche/r die Flächendichtungsdruckkammer nur bildet, wenn sie an dem Unterträger befestigt ist. Während die Befestigung einer derartigen Platten- oder Kanalstruktur, wegen der Notwendigkeit, eine positive Druckdichtung zu erreichen, wo die Dichtung den Unterträger trifft, und der Notwendigkeit, für eine wesentliche Druckgleichmäßigkeit an der Grenzfläche von Dichtung/Wafer oder Dichtung/Substrat, etwas komplexer sein kann, schafft sie einen größeren Raum von Optionen für Form und Material. Mischmaterialien können verwendet werden, die mit einer wahren geschlossenen, rohrförmigen Struktur schwer zu erreichen wären.
Der Betrieb des Polierkopfes mit der aktiven Flächendichtung 402 und der Flächendichtungsdruckkammer 403 ist ähnlich dem bereits für den Betrieb der passiven Dichtung in 6 beschriebenem, außer, dass der Druck in der Flächendichtungsdruckkammer 403 während eines Polierbetriebs getrennt und unabhängig, relativ zu der rückseitigen Druckkammer 414, gesteuert wird. Abhängig von den Charakteristika des zu polierenden Wafers, und den Charakteristika des Polier- oder Planarisierungsverfahrens, können die gleichen oder unterschiedliche Drücke auf die Flächendichtungsdruckkammer 403 und die rückseitige Druckkammer 414 angewandt werden. Gewöhnlich werden unterschiedliche Drücke angewandt werden, und der Flächendichtungskammerdruck kann größer oder geringer als der Druck der rückseitigen Kammer sein. Zum Beispiel, für einen nominellen Polierdruck von 8 psi (55160 Pa) in der rückseitigen Kammer, kann die Flächendichtungspolierkammer einen Druck von 7 psi bis 9 psi (48265 bis 62055 Pa) verwenden. Natürlich kann der Druck in jeder, der Flächendichtungskammer und der rückseitigen Kammer, während des Polierbetriebs unabhängig geändert werden.
Dritte Ausführungsform, in der ein pneumatisches Rohr oder Druckblase, vom schwimmenden Haltering gestützt, den Wafer anbringt.
In 8 ist eine dritte, primäre Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher eine Membran das Substrat (den Wafer) gegenüber einem Haltering haltert. Bei dieser dritten, primären Ausführungsform ist der herkömmliche Unter-Träger (beispielsweise der Unter-Träger 160 bei der Ausführungsform von 6) vollständig weggelassen, und ist eine rückseitige Membran 505 anstelle eines derartigen Unter-Trägers vorgesehen, um den Halberleiterwafer oder ein anderes Substrat 113 anzubringen oder zu haltern. Diese Ausführungsform wird in vorteilhafter Weise zusammen mit einem bewegbaren oder schwebenden Haltering 166 wie bei der bevorzugten Ausführungsform verwirktlicht, wobei die Waferrückseiten-Membran 505 direkt an einer inneren, zylindrischen Oberfläche 510 des Halterings 166 angebracht ist. Bei einer Ausführungsform weist die rückseitige Membran 505 Kreisform auf, und erstreckt sich von der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings 166 so, dass sie den Haltering überspannt, und eine Tasche 512 zur Aufnahme des Halbleiter-Wafers oder eines anderen Substrats 113 bildet. Da es während des Polierens wünschenswert ist, dass die Oberfläche des Halterings 166, welche das Polierkissen 135 berührt, und die vorderseitige Oberfläche des Halterleiterwafers 113 koplanar oder im Wesentlichen koplanar beim beim Polieren sind, werden die Tiefe der Tasche 512, die durch den Haltering gebildet wird, der rückseitigen Membran und des Wafers so eingestellt, dass in Wesentlichen eine koplanare Anordnung erzielt wird. Normalerweise sollte, wenn eine gewisse Variation der Dicke des Wafers oder eines anderen Substrats erwartet wird, oder um Langzeitverschleiß der Berührungsoberfläche des Halterings zu berücksichtigen, die Tasche 512 etwas tiefer sein als die nominelle Dicke der Wafer 113, da die Elastizität der rückseitigen Wafermembran 505 und der Druck der rückseitigen Membran, der gegen eine innere Oberfläche 515 der Rückseitigen Membran einwirkt, und auf die Rückseite des Wafers über das Material der rückseitigen Membran übertragen wird, dazu ausreichen, einen Bereich von Waferdicken auszugleichen.
Es wird darauf hingewiesen, dass in 8 der Haltering 166 so aussieht, dass er als vereinigte, feste Struktur ausgebildet ist, und die rückseitige Wafermembran an dem Haltering durch Einführen der Membran in eine Nut oder eine Ausnehmung angebracht ist, die in die innere zylindrische Oberfläche des Halterings eingearbeitet ist. Zwar kann ein Haltering 166 mit dieser Struktur verwendet werden, jedoch wird vorzugsweise ein Haltering eingesetzt, der eine abnehmbare und austauschbare Verschleißoberfläche 518 dort aufweist, wo der Haltering das Polierkissen berührt. Dies ermöglicht einen Austausch der Haltering-Verschleißoberfläche 518 nach einem vorbestimmten Ausmaß des Verschleißes, so dass der gewünschte Taschentiefenbereich aufrechterhalten werden kann. Wahlweise können Verschleißanzeigen 520 vorgesehen sein, beispielsweise eine begrenzte Anzahl von Vertiefungen, Eindrückungen, Einkerbungen, oder ähnliche mechanische Merkmale, die während der nutzbaren Lebensdauer der Haltering-Verschleißoberfläche sichtbar sind, und verschwinden, nachdem die nutzbare Lebensdauer abgelaufen ist. Diese mechanischen Verschleißanzeigen sollen ausreichend klein sein, so dass sie keinen erfassbaren Druck oder Polierunterschiede in unterschiedlichen Bereichen des Polierkopfes erzeugen.
Eine beispielhafte Struktur für einen Haltering, der eine austauschbare Verschleißoberfläche aufweist, sowie andere Merkmale, ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 09/261,112 beschrieben, eingereicht am 3. März 1999, und betitelt „Chemical Mechanical Polishing Head Assembly Having Floating Wafer Carrier and Retaining Ring".
Der Polierdruck wird von einer Unter-Trägerkammer (SC-Kammer) 522 direkt gegen die innere Oberfläche 575 der rückseitigen Membran 505 zur Verfügung gestellt, und auf die Rückseite des Wafers über das Material der rückseitigen Membran 505 übertragen. Dieser Unter-Träger-Kammerdruck, der korrekter als rückseitiger Membrandruck bezeichnet wird, wird auf die rückseitige Membran durch einen Beschlag 523 in dem oberen Gehäuse 524 übertragen, der in Fluidverbindung mit einem Hohlraum (der Unter-Trägerkammer) 522 innerhalb des Polierkopfgehäuses steht, das durch die rückseitige Membran 505 verschlossen wird.
Die rückseitige Membran sollte so dünn wie möglich sein, wie dies mit konstruktiven Anforderungen und Anforderungen an die Lebensdauer verträglich ist. Spezieller ist eine geringe Dicke der rückseitigen Membran wünschenswert, da eine dünnere rückseitige Membran einfacher das Vorhandensein irgendwelcher Verunreinigungen auf der rückseitigen Oberfläche des Wafers ausgleicht, ohne eine Verwerfung des Wafers hervorzurufen, und einen Druck zur Verfügung stellt, der eher einem direkten Pneumatikdruck gleicht. Andererseits kann eine dickere rückseitige Membran typischerweise eine längere Lebensdauer aufweisen, wenig empfindlich gegen Ausfälle im Gebrauch sein, und kann sicherer an dem Haltering 166 angebracht werden. Normalerweise werden vorzugsweise rückseitige Membranen verwendet, die aus Gummi oder anderen Polymermaterialen bestehen. Verbundmaterialien, beispielsweise Materialien, in denen Verstärkungsfasern vorgesehen sind, können für die rückseitige Membran eingesetzt werden; allerdings ist es wünschenswert, dass Abschnitte der rückseitigen Membran in gewisser Weise unabhängig von anderen Teilen arbeiten, so dass die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Elastizität vorteilhaft ist. Typischerweise können rückseitige Membranen mit einer Dicke zwischen etwa 0,1 mm und etwa 4 mm eingesetzt werden, obwohl dünnere und dickere Membrane verwendet werden können. Normalerweise werden rückseitige Membranen mit einer Dicke von etwa 0,5 mm und etwa 2 mm eingesetzt. Normalerweise weist die rückseitige Membran eine konstante Dicke auf.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine relativ dünne, rückseitige Membran über den Haltering wie bei einer eng gespannten Trommel gespannt. Bei einer anderen, alternativen Ausführungsform variiert das Profil der Dicke der rückseitigen Membran in Abhängigkeit von der Radialposition, und ist dicker im Bereich der Befestigung an dem Haltering, und dünner zum Zentrum hin. Wenn eine derartige Dickenvariation eingesetzt wird, ist es wesentlich, dass die Oberfläche, die der rückseitigen Wafer-Oberfläche dargeboten wird, und in Kontakt mit dieser steht, eben oder nahezu eben ist, so dass keine Änderungen des Polierdrucks hervorgerufen werden.
Im Betrieb wird ein Wafer oder ein anderes Substrat 113 in der Tasche 512 angeordnet, die durch den Abschnitt der zylindrischen Oberfläche des Halterings gebildet wird, die sich von der äußeren Oberfläche der rückseitigen Membran erstreckt, und durch die rückseitige Membran. Dann werden der Wafer und der Haltering in Kontakt mit dem Polierkissen versetzt. Ein Polierdruck der rückseitigen Membran wird in die rückseitige Kammer (die Unter-Trägerkammer) 522 eingegeben, und drückt gegen die innere Oberfläche 515 der rückseitigen Membran 505. Der Pneumatikdruck wird durch das Material der rückseitigen Membran übertragen, und drückt auf die Rückseite des Wafers, wodurch wiederum die Vorderseite des Wafers gegen das Polierkissen 135 gedrückt wird.
Vorzugsweise drückt die rückseitige Membran gegen den Wafer, und wird der Polierdruck gleichmäßig über dessen Oberfläche verteilt. Bei einer dünnen rückseitigen Membran wirkt die Membran eher nach Art einer Abschirmung gegen Verunreinigungen, um zu verhindern, dass Wasser, Poliermittel, eine Aufschlämmung, oder wegpolierte Reste ins Innere des Kopfgehäuses eintreten, und wirkt weniger als ein Strukturelement. Bei einigen Ausführungsformen ist die rückseitige Membran sehr dünn, und arbeitet nach Art einer dünnen Blase oder eines Ballons, zur Anpassung an die ebene Oberfläche des Wafers, ohne selbst irgendeine Kraft mit Ausnahme der gleichmäßigen Kraft des Kammerdrucks der rückseitigen Membran auszuüben.
Vierte Ausführungsform, bei welcher eine offene, teilweise ringförmige Membran den Wafer gegenüber einem schwebenden Haltering haltert.
In 9 ist eine vierte, primäre Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser vierten, primären Ausführungsform der Erfindung sind die Struktur und das erfindungsgemäße Konzept der rückseitigen Membran abgeändert, um selbst die Möglichkeit auszuschalten, dass die physikalische Struktur der rückseitigen Membran irgendwelche ungleichmäßigen Poliereffekte oder Druckprofilabweichungen erzeugt. Bei dieser Ausführungsform wird eine offene Membran 540 verwendet, die sich nur um eine kurze Entfernung radial nach innen von dem Haltering 166 erstreckt. Einfach ausgedrückt, ist die vollständig kreisförmige, rückseitige Membran 505 der vorherigen Ausführungsform ersetzt durch eine ringförmige, rückseitige Randmembran 540, welche die rückseitige Druckkammer 522 abdichtet, wenn sie gegen einen Außenumfangsradialabschnitt der Wafer-Rückseite angedrückt wird.
Da die Dichtung zwischen der ringförmigen, rückseitigen Randmembran 540 und der rückseitigen Wafer-Oberfläche dafür verantwortlich ist, die rückseitige Druckkammer 522 auszubilden, kann die ringförmige Randmembran vorzugsweise aus einem etwas dickeren und/oder steiferen Material ausgebildet werden als bei der voranstehend geschilderten, vollständig kreisförmigen rückseitigen Membran 505.
Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die ringförmige, rückseitige Randmembran 540 im Wesentlichen in Horizontalrichtung radial nach innen von dem Haltering 166, zwischen etwa 3 mm und etwa 25 mm, jedoch typischer zwischen etwa 5 mm und etwa 10 mm. Die ringförmige, rückseitige Membran sollte sich um eine ausreichende Entfernung nach innen erstrecken, um eine ordnungsgemäße Druckdichtung sicherzustellen, aber sich nicht soweit erstrecken, dass hierdurch Druckprofilvariationen hervorgerufen werden. Insbesondere ist es wünschenswert, sicherzustellen, dass die ringförmige, rückseitige Randmembran keine Druckprofilstufe oder Polierstufe an ihrem inneren Rand erzeugt, an welchem die Membran den Wafer berührt, und endet.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die ringförmige, rückseitige Randmembran 540 vorzugsweise geringfügig nach unten von ihrer Befestigung auf dem Haltering 166 zum Wafer 113 hin verlaufen, den sie aufnimmt. Auf diese Weise arbeitet die ringförmige, rückseitige Randmembran wie eine elastische Feder, bei welcher der Kontaktdruck zunimmt, die Dichtung fester wird, und der Druck in der Kammer 522 und das Ausmaß des Kontaktes zunehmen. Infolge der Druckvariation, die hervorgerufen werden kann, wenn eine hohe, effektive Fehlerkonstante verwendet wird, sollte sich diese Art einer kegelförmigen, elastischen Membran über eine begrenztere Entfernung radial nach innen erstrecken, so beispielsweise nur soweit wie bis zum nominellen Randausschlussbereich (etwa 3 mm bis etwa 5 mm).
Fünfte Ausführungsform, bei welcher ein Pneumatikrohr oder eine Druckblase gehaltert durch einen schwebenden Haltering, den Wafer anbringt.
In 10 ist eine fünfte, primäre Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei einer Ausführungsform wird der Wafer 113 durch eine elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase 550, tatsächlich eine rohrförmige Blase oder innere Blase, die von einem Haltering gestützt wird, getragen. Der Wafer-Polierkopf weist einen Haltering 166 mit einer inneren zylindrischen Oberfläche auf, der eine innere zylindrische Tasche 552, in der Größe, den zu polierenden Wafer zu tragen, und die Bewegung des Wafers seitlich einzuschränken, wenn der Wafer relativ zu dem Polierkissen bewegt wird, begrenzt. Die relative Bewegung kann eine Drehbewegung des Kopfes mit befestigtem Wafer, und eine getrennte Drehbewegung des Polierkissens sein. Ein Linearmotor des drehenden Kopfes über das drehende Kissen kann auch verwendet werden.
Eine Wafer-Befestigungsanschlagplatte 554 ist an dem Haltering befestigt, dient aber lediglich als ein mechanischer Anschlag, um beim Halten des Wafers unter einem angewandten Vakuumhaltedruck, ohne übermäßiges Beugen oder Biegen des Wafers, zu helfen. In übermäßig vereinfachten Worten, ist eine Wafer-Befestigungsanschlagplatte 554 ähnlich einem Unterträger, außer dass die Wafer-Befestigungsanschlagplatte lediglich dem Betrieb während einer Wafer-Beschickung und Entladung hilft. Sie trägt den Wafer nicht in einem herkömmlichen Sinne, während der Polier- oder Planarisierungsbetriebe.
Stattdessen wird der Wafer 113 durch ein Rohr, wie die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase 550, getragen, die zur Fluidkommunikation mit einem ersten unter Druck stehenden pneumatischen Fluid, beispielsweise Luft oder einem anderen Gas, verbunden ist. Die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase begrenzt eine erste pneumatische Zone oder Kammer 556, und ist an einer ersten Oberfläche der Wafer-Befestigungsanschlagplatte, an die innere zylindrische Oberfläche des Halterings angrenzend, befestigt, um den Wafer aufzunehmen und den Wafer an oder nahe seiner Umfangskante zu stützen. Diese elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase trägt auch einen pneumatischen Druck, der primär auf den äußeren Umfangsrandabschnitt 557 des Wafers wirkt (zum Beispiel, auf den äußersten 0 mm bis 3 mm Abschnitt bis zu dem äußersten 10 mm radialen Abschnitt wirkt).
Die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase 550 begrenzt auch eine zweite pneumatische Zone oder Kammer 558, radial innen zu der ersten pneumatischen Zone oder Kammer 557, und sich zwischen der ersten (äußeren) Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte und einem befestigten Wafer, wenn der Wafer während eines Polierbetriebs an dem Polierkopf befestigt ist, erstreckend. Die zweite pneumatische Zone oder Kammer ist zur Fluidkommunikation mit einem zweiten, unter Druck stehenden, pneumatischen Fluid verbunden. Die zweite Kammer kann eine dünne, plattenartige Kammer sein, die sich zwischen der Oberfläche der Rückseite des Wafers 113, der äußeren Oberfläche der Wafer-Befestigungsanschlagplatte 554, und der durch die elastische, pneumatische, ringförmige dichtende Blase 550 gebildete Dichtung, erstreckt. Das zweite unter Druck stehende, pneumatische Fluid wird mit der zweiten Zone oder Kammer über ein Loch (oder Löcher), das sich durch die Befestigungsanschlagplatte zu einer ausgefüllten Kammer 560 (plenum chamber) innerhalb des Gehäuses 559 erstreckt, in Verbindung gebracht. Diese ausgefüllte Kammer wird üblicherweise mit der Kammer 560, über Armaturen 561 und Rohrleitungen, mit einer äußeren Quelle von unter Druck stehendem, pneumatischem Fluid, in Verbindung gebracht. Eine oder mehrere Drehverbindungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, können verwendet werden. Eine exemplarische Drehverbindung ist in dem U.S. Patent Nr. 5,443,416, mit dem Titel „Rotary Union for Coupling Fluids in a Wafer Polishing Apparatus", von Volodarsky et al., der Mitsubishi Materials Corporation übertragen, beschrieben.
Es wird angemerkt, dass die erste oder äußere Oberfläche 562 der Wafer-Befestigungsanschlagplatte die Oberfläche der Wafer-Rückseite während des Polierens des Wafers nicht berührt, und vorzugsweise den Wafer während Wafer-Beschickungs- und Entladevorgängen nicht berührt (obwohl sie auch berühren kann). Die Wafer-Befestigungsanschlagplatte ist primär im Betrieb während der Zeiten, in denen nicht poliert wird, um zu verhindern, dass sich der Wafer durch eine angewandte Vakuumkraft, die verwendet wird, um den Wafer an dem Polierkopf während Wafer-Beschickungs- und Entladevorgängen zu halten, übermäßig biegt. Sie hilft auch bei der Minimierung des Einführens von Polier-Emulsion oder Polierablagerungen in das Gehäuse. Das erste und das zweite unter Druck stehende Fluid werden reguliert, um einen vorbestimmten Polierdruck über einer Stirnseitenoberfläche des Wafers zu erreichen. Das erste unter Druck stehende Fluid, welches auf das Innere 556 der elastischen, pneumatischen, ringförmigen, dichtenden Blase 550 angewandt wird, ist mit der Blase von einer äußeren Quelle über Armaturen, Rohrleitungen, und die Drehverbindung, oder auf andere herkömmliche Art, verbunden. Die erste Kammer übt ihre Kraft primär an oder nahe dem Umfangsrand des Wafers aus. Die zweite Kammer 560, 558 übt ihre pneumatische Kraft über den verbleibenden zentralen Bereich des Wafers aus, und schafft den vorherrschenden Polierdruck. Die Randblase kann derart angesehen werden, dass sie einen Differentialdruck, um die Kantenpolier-Charakteristik zu verändern, schafft.
Kurz bevor ein Polierbetrieb begonnen wird, wird die Rückseitenoberfläche eines Substrats, beispielsweise ein Halbleiter-Wafer 113, gegen die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase 550 plaziert. Die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase kann an dem Haltering oder Unterträger auf verschiedene Arten befestigt werden. Zum Beispiel, in einer Ausführungsform, kann die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase geklebt werden. Alternativ ist ein Kanal mit einer Nut in der nach unten gerichteten Fläche des Halterings vorgesehen, um die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase zu erhalten. In einer anderen Alternative, wird die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase durch das Begrenzen eines ringförmigen Abschnitts von plattenartigem oder geformtem Material in eine Schlaufe, und das Begrenzen der Schlaufe mit Befestigungen auf inneren Oberflächen, die mit dem Haltering in Verbindung gebracht werden, gebildet. Die Befestigungen werden durch ein Haltering-Verschleißelement und die zuvor beschriebene Wafer-Befestigungsanschlagplatte bedeckt, so dass sich lediglich ein Abschnitt der dichtenden Blase über die Oberfläche der Befestigungsanschlagplatte erstreckt. Der sich erstreckende Abschnitt trennt den Wafer von der Anschlagplatte.
Unabhängig davon, wie die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase an dem Haltering (oder dem Unterträger) angebracht ist, sollte die elastischen, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase solche Abmessungen und eine solche Anbringung aufweisen, dass ein unterer Oberflächenabschnitt der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase sich oberhalb der Oberfläche der Befestigungsanschlagplatte so erstreckt, dass dann, wenn ein Halbleiterwafer angebracht wird, eine rückseitige Tasche oder rückseitige Pneumatikkammer 558 zwischen der Rückseite des Wafers und der nach unten weisenden Oberfläche der Waferbefestigungsanschlagplatte ausgebildet wird. Das Ausmaß des Verlaufes oder die Taschentiefe sollten so sein, dass dann, wenn der Halbleiterwafer auf der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase angebracht ist, der Wafer vorzugsweise nicht die Befestigungsanschlagplatte berührt, entweder (i) wenn ein Vakuum angelegt wird, um den Wafer an der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Polieren zu haltern, oder (ii) wenn ein Polierdruck in der rückseitigen Pneumatikkammer einwirkt, und der Wafer gegen das Polierkissen gedrückt wird. Eine gelegentliche Berührung ist akzeptabel, wenn auch unerwünscht, und der Hauptgrund für die Bereitstellung der Befestigungsanschlagplatte besteht darin, eine zu starke Biegung zu verhindern, die zur Rissbildung, zum Bruch, oder zur Entwicklung übermäßiger mechanischer Spannungen in dem Wafer oder einem anderen Substrat führen kann. Die tatsächliche Taschentiefe hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich dem Material, aus welchem die elastische, pneumatische ringförmige Dichtungsblase hergestellt ist, und dem Ausmaß des Drucks, der in die Blase eingegeben wird, dem Durchmesser des Substrats oder Wafers, das bzw. der gehaltert wird, da sich bei einem größeren Substrat erwarten lässt, dass es sich nach innen (zum Unterträger) bewegt, wenn ein Haltevakuum angelegt wird, und nach innen gedrückt wird (insbesondere im Zentrum des Wafers), in welchem eine geringere Abstützung durch die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase selbst zur Verfügung gestellt wird, im Vergleich zu einem kleineren Substrat, und dem Bereich des Vakuums und den positiven Polierdrucken, die auf die Blase einwirken, unter anderen Faktoren. Taschentiefen zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm können verwendet werden, jedoch ist eine Taschentiefe zwischen etwa 1 mm und etwa 2 mm typischerweise für einen Polierkopf für Wafer mit 200 mm. Größere Taschentiefen können bei größeren Wafern eingesetzt werden, beispielsweise Wafern von 300 mm, bei welchen das Ausmaß einer akzeptablen Verbiegung im Zentrum des Wafers größer sein kann als bei einem Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm.
Die Vakuumhaltekraft (der Unterdruck) und der positive Polierdruck werden in die zweite Kammer von zumindest einem Loch 563 in der nach unten weisenden Oberfläche der Befestigungsanschlagplatte eingegeben, das in Fluidverbindung mit einer Quelle für Fluidunterdruck steht. Unter Druck stehendes Gas, normalerweise Luft, von einer Druckluftquelle kann vorzugsweise eingesetzt werden. Mehrere derartige Löcher oder Öffnungen können wahlweise in der Befestigungsanschlagplattenoberfläche vorgesehen sein, und können nützlich zum schnellen und gleichmäßigen Ändern des Drucks an der Rückseite des Wafers sein. Auf entsprechende Weise kann die Vakuumquelle über die gleichen Löcher oder über unterschiedliche Löcher angeschlossen sein. Typischerweise wird das Gas unter Druck den Löchern oder Öffnungen durch Anbringung eines Beschlages 561 an der Oberseite der Befestigungsanschlagplatte zugeführt, oder durch direktes Zuführen des Drucks in eine Plenumkammer 560 innerhalb des Gehäuses, und durch Bereitstellung von Löchern, Kanälen, oder anderen Öffnungen zwischen der zweiten Kammer und der Plenumkammer des inneren Gehäuses. Es wird darauf hingewiesen, dass infolge der Tatsache, dass die Öffnungen oder Löcher durch die Befestigungsanschlagsplattenoberfläche von der Rückseite des Wafers durch einen Raum getrennt sind, das Polieren nicht empfindlich auf die Anordnung oder Größe der Öffnungen reagiert, verglichen mit herkömmlichen Polierköpfen, bei welchen die Öffnungen den Wafer direkt oder über einen Polymereinsatz berühren.
Im Betrieb wird ein Wafer in der Tasche 568 angeordnet, die durch den Haltring gebildet wird, der sich etwas über die untere Oberfläche der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase 550 hinaus während eines Waferladevorgangs erstreckt, und wird an seinem Ort gegen die Blase durch Vakuum gehalten. Der Polierkopf, einschließlich des Halterings, der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase, der Befestigungsanschlagplatte, und des angebrachten Wafers wird dann gegenüberliegend dem Polierkissen angeordnet. Normalerweise werden sowohl der Polierkopf als auch das Polierkissen absolut bewegt, auf jeden Fall jedoch relativ zueinander, sodass ein gleichförmiges Polieren und eine gleichmäßige Planarisierung erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Struktur legt Druck direkt gegen die Rückseite des Wafers an (mit Ausnahme dort, wo sich die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase befindet), sodass lokale Druckvariationen nicht auftreten, wie sie infolge von Änderungen der Eigenschaften des Poliereinsatzes auftreten könnten, des Vorhandenseins von Verunreinigungen zwischen der Waferrückseite und der Oberfläche des Einsatzes oder des Unterträgers, infolge von Unebenheit der Oberfläche des Einsatzes oder des Unterträgers, oder dergleichen, wie dies beim herkömmlichen System der Fall ist. Da möglicherweise eine gewisse Druckvariation infolge des Vorhandenseins der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase auftreten kann, wird die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase vorzugsweise in der Nähe des Außenumfangsrandes des Wafers in dem sogenannten Randausschlussbereich angeordnet, und nur so breit ausgebildet (Differenz zwischen dem ringförmigen, inneren Radius und dem ringförmigen äußeren Radius), dass eine verlässliche Dichtung zur Verfügung gestellt wird. Normalerweise kann eine Breite von etwa 2 mm bis etwa 10 mm eingesetzt werden, typischerweise eine Breite zwischen etwa 3 mm und etwa 6 mm, jedoch können kleinere oder größere Breiten eingesetzt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn ein rein pneumatischer Druck auf die Rückseiten-Polierkammer aufgebracht wird, der nach unten gerichtete Polierdruck gleichmäßig ist, unabhängig von irgendwelchen Verunreinigungen, die auf der Waferrückseite vorhanden sein können. Daher wird ein gleichmäßigeres Polieren erreicht.
Obwohl wir gezeigt und beschrieben haben, was eine Struktur für die Befestigungsanschlagplatte 554 mit einiger allgemeiner Ähnlichkeit zu einem Unterträger zu sein scheint, ist dies nicht tatsächlich der Fall, und es wird angemerkt, dass die besonderen Charakteristika der Befestigungsanschlagplatte 554 nicht wichtig sind, da sie den Wafer nicht tatsächlich anbringt und nicht für das Darbieten einer flachen oder planaren Oberfläche, gegen die der Wafer, direkt oder über einen Einsatz, angebracht wird, verantwortlich ist. Zum Beispiel kann die Oberfläche der Befestigungsanschlagplatte nicht planar sein, so lange wie die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase derart angebracht ist, dass ihre berührende Oberfläche ausreichend planar ist, so dass die pneumatische Dichtung beibehalten wird. Die äußere Oberfläche der Befestigungsanschlagplatte kann etwas nach innen auf die Mitte zu gewinkelt sein, so dass ein etwas größeres Beugen in der Mitte des Wafers, ohne ein Berühren der Wafer-Befestigungsanschlagplatte, zugelassen wird.
Zusammenfassend schafft diese besondere Ausführungsform der Erfindung einen Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen, wo der Polierkopf folgendes aufweist: einen Haltering mit einer inneren zylindrischen Oberfläche, der eine innere zylindrische Tasche, in der Größe den Wafer zu tragen, begrenzt und um die Bewegung des Wafers seitlich einzuschränken, wenn der Wafer relativ zu dem Polierkissen bewegt wird, während er gegen das Polierkissen poliert wird; eine an dem Haltering befestigte Wafer-Befestigungsanschlagplatte; und eine elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase, die zur Fluidverbindung mit dem ersten unter Druck stehenden pneumatischen Fluid verbunden ist, um eine erste pneumatische Zone zu begrenzen, und die an einer ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte, angrenzend an die innere zylindrische Oberfläche des Halterings, befestigt ist, um den Wafer zu erhalten und um den Wafer an einem Umfangsrand zu stützen. Die elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase begrenzt eine zweite pneumatische Zone, radial innen zur ersten pneumatischen Zone, und die sich zwischen der ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte und dem Wafer erstreckt, wenn der Wafer während eines Polierbetriebes an dem Polierkopf befestigt ist, und die zur Fluidverbindung mit einem zweiten unter Druck stehenden pneumatischen Fluid verbunden ist, wobei die erste Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte eine Oberfläche der Rückseite des Wafers während des Polierens des Wafers nicht berührt. Die Wafer-Befestigungsanschlagplatte ist wirksam während der Zeiten in denen nicht poliert wird, um zu verhindern, dass sich der Wafer von einer angewandten Vakuumkraft, die verwendet wird, um den Wafer während Wafer-Beschickungs- und Entladevorgängen an den Polierkopf zu halten, übermäßig biegt; und das erste und das zweite unter Druck stehende Fluid werden reguliert, um einen vorbestimmten Polierdruck über einer Stirnseitenoberfläche des Wafers zu erreichen.
Sechste Ausführungsform, die eine Lippendichtung aufweist, die durch einen schwebenden Haltering gehaltert wird.
In 11 ist eine sechste, primäre Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Nachdem bislang die Struktur und der Betriebsablauf einer Ausführungsform geschildert wurden, die eine elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase 550 aufweist, die eine getrennte Druckkammer zum Steuern des Pneumatikdrucks (oder Hydraulikdrucks) am Umfangsrand eines Substrats zur Verfügung stellt, in Bezug auf die Ausführungsform in 10, richten wir nunmehr unsere Aufmerksamkeit auf die Beschreibung einer alternativen Ausführungsform, bei welcher die elastische, pneumatische, ringförmige Dichtungsblase durch eine elastische Lippendichtung 570 ersetzt ist. Bei dieser Ausführungsform kann die getrennte Kammer 556 der Ausführungsform von 10, die für einen steuerbaren und einstellbaren Druck auf den Rand des Wafers sorgte, entfallen, und durch eine einfachere und kostengünstigere Konstruktion ersetzt werden.
Eine elastische Dichtung 570 ist neben der inneren, zylindrischen Oberfläche 571 des Halterings 166 angeordnet, um den Wafer 113 aufzunehmen, und den Wafer an einer rückseitigen Umfangsrandoberfläche 572 zu haltern. Die elastische Oberfläche oder Lippendichtung 570 legt eine Pneumatikzone 574 fest, wenn ein Wafer oder ein anderes Substrat an ihr angebracht wurde. Die Pneumatikdruckzone 574 ist vergleichbar mit der Druckzone 558, die bei der Ausführungsform (vergleiche 10) beschrieben wurde, welche die elastische, pneumatische ringförmige Dichtungsblase 550 aufweist, und ist in Fluidverbindung an ein unter Druck stehendes Pneumatikfluid angeschlossen, auf entsprechende Weise, beispielsweise über Durchgangslöcher 577, die sich in eine Kammer 560 erstrecken.
Die elastische Dichtung 570 kann vorzugsweise als ein Abschnitt einer Waferanschlagplatte 575 vorgesehen sein, oder als ein getrenntes Element, das zwischen einer außenseitigen Oberfläche der Waferanschlagplatte und der Rückseite eines angebrachten Wafers angeordnet ist.
Die elastische Oberflächendichtung ist flexibel, um eine gewisse vertikale Verschiebung oder Bewegung des Wafers zu ermöglichen, und erzeugt eine Druckdichtung zwischen der rückseitigen Oberfläche des Wafers, der inneren, zylindrischen Oberfläche 571 des Halterings 166, und der Pneumatikdruckkammer. Bei einer Ausführungsform ist die Oberflächendichtung als eine Verlängerung einer Waferanschlagplatte aus Polymer ausgebildet. Im Querschnitt weist die Verlängerung die Form eines Fingers 578 auf, der sich nach außen von der äußeren Oberfläche 579 der Waferanschlagplatte so erstreckt, dass er in Kontakt mit dem Wafer gelangt. Dieser verlängerte „Finger" ist tatsächlich ein kreisförmiger (oder ringförmiger) Steg, der eine gewisse Kegelform aufweist, und die Eigenschaft hat, dass die Stärke der Dichtung zunimmt, wenn der Berührungsdruck zwischen der Oberflächendichtung und dem Wafer zunimmt, entweder infolge einer erhöhten Andrückkraft des Wafers gegen die Oberflächendichtung, oder infolge des erhöhten Pneumatikdrucks, der in der Druckkammer einwirkt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Pneumatikdruck in der Druckkammer an die Kammer über ein oder mehrere Löcher 577 oder Öffnungen übertragen, die sich zwischen der Druckkammer 574 und einer Plenumkammer 560 in dem Gehäuse 559 erstrecken. Bei einer alternativen Ausführungsform sind ein oder mehrere Beschläge an der inneren Oberfläche der Waferanschlagplatte angebracht, an welchen Rohre angebracht sind, und mit einer externen Quelle für Gas unter Druck verbunden sind. Das Gas unter Druck wird dann an die Druckkammer über Löcher oder Kanäle durch die Waferanschlagplatte weitergeleitet.
Die Waferanschlagplatte 575 hat die gleiche Funktion wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform von 10. Die Waferbefestigungsanschlagplatte ist betriebsfähig während Zeiträumen, in denen nicht poliert wird, um zu verhindern, dass sich der Wafer zu stark verbiegt, infolge einer angelegten Vakuumkraft, die dazu verwendet wird, den Wafer an dem Polierkopf während Waferlade- und Entladevorgängen zu haltern. Daher kann die gleiche oder eine ähnliche Konstruktion eingesetzt werden, mit Ausnahme der Tatsache, dass dann, wenn eine integrierte Oberflächendichtung verwendet wird, das Material, aus welchem die Waferanschlagplatte und die integrierte Oberflächendichtung bestehen, die gewünschte Flexibilität und Elastizität aufweisen muss, um eine ordnungsgemäße Dichtung auszubilden. Zahlreiche Polymermaterialien weisen derartige Eigenschaften auf, und die Dicke des Hauptkörperabschntitts der Anschlagplatte und des Dichtungsabschnitts kann so eingestellt werden, dass die gewünschten Steifigkeit des Hauptkörperabschnitts und die gewünschte Elastizität im Dichtungsabschnitt erzielt werden. Die Vakuumkraft kann durch die gleichen Löcher oder Kanäle angelegt werden, wie die positive Andruckkraft.
Zusammenfassend stellt die vorliegende Ausführungsform einen Waferpolierkopf zum Polieren eines Halbleiterwafers oder eines anderen Substrats auf einem Polierkissen zur Verfügung, bei welcher der Polierkopf einen Haltering aufweist, der eine innere, zylindrische Oberfläche aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass sie den Wafer trägt, und eine Bewegung in Seitenrichtung des Wafers einschränkt, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird, eine Waferbefestigungsanschlagplatte, die an dem Haltering angebracht ist; und eine elastische Dichtung, die in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrand zu haltern, und die eine erste Pneumatikzone festlegt, wenn der Wafer so angebracht wurde, dass ein Anschluss für eine Fluidverbindung zu einem ersten Pneumatikfluid unter Druck vorhanden ist. Die Waferbefestigungsanschlagplatte ist betriebsfähig während Zeiträumen, in denen nicht poliert wird, um ein zu starkes Verbiegen des Wafers infolge einer angelegten Vakuumkraft zu verhindern, die zum Haltern des Wafers an dem Polierkopf während Waferlade- und Entladvorgängen verwendet wird; und die Fluide unter Druck können unabhängig eingestellt werden, um vorbestimmte Polierdrucke über einer vorderseitigen Oberfläche des Wafers zu erzielen.
Siebte Ausführungsform, die mehrere Druckrohre oder Druckblasen zum Steuern mehrerer Druckzonen auf dem Wafer aufweist.
In 12 ist eine siebte, primäre Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser siebten, primären Ausführungsform ist das Konzept, die Struktur und das Verfahren der einzelnen Umfangsrand-elastisch-pneumatisch-ringförmig-dichtenden-Blase der 8 ausgeweitet, um eine Multi-Druck-Kammerstruktur auf der Rückseite des Wafers 113 zu schaffen. In dieser Ausführungsform wird der Wafer durch eine Mehrzahl an ringförmigen oder kreis(Mitte)förmigen pneumatischen Blasen 580-1, 580-2, 580-3 getragen, die von dem unteren Abschnitt des Polierkopfes gestützt werden. Tatsächlich werden sie von dem Haltering durch eine runde Blasen-Befestigungsplatte 581, die sich über die Öffnung in dem Haltering 166 in der Art eines Wafer-Trägers oder Unterträgers erstreckt, getragen oder aufgehängt; jedoch ist es zu schätzen, dass die Analogie mit einem Wafer-Träger oder Unterträger nicht ganz genau ist, da der Wafer den Träger oder Unterträger nicht berührt, und die kreisförmige Blasen-Befestigungsplatte 581 sich mit dem Haltering 166 bewegt.
Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform sind drei getrennte Blasen 580-1, 580-2, 580-3 vorgesehen. Eine erste elastische, pneumatische, ringförmige, dichtende Blase 580-1, tatsächlich eine rohrförmige Blase, wird von dem Haltering 166 gestützt und befindet sich an dem Umfangsrand des Wafers, angrenzend an die innere zylindrische Oberfläche 571 des Halterings; eine zweite pneumatische Blase 580-2 in der Form eines Rings oder einer Scheibe, zum Anwenden eines Polierdrucks auf einen mittigen Abschnitt des Wafers, und eine dritte Blase in der Form einer ringförmigen Blase 580-3, die sich zwischen der ersten ringförmigen Blase 580-1 und der mittigen Scheibenblase 580-2 liegend befindet. Es wird angemerkt, dass andere Anordnungen von ringförmigen Blasen vorgesehen werden können, dass die mittige, scheibenförmige Blase nicht vorhanden sein kann, und dass jede Anzahl von Blasen zwischen der äußeren Umfangsblase 580-1 und der mittigen Blase 580-2 vorgesehen werden kann. Des Weiteren muß die Blase nicht in der Mitte sein, und kann auch kreis- oder ringförmig sein. Außerdem können die Blasen aneinanderstoßen oder nahezu aneinanderstoßen, um so eine ringförmige Ordnung von dicht beabstandeten Druckkammern, zum Schaffen einer Druckkraft direkt auf der Rückseite des Wafers, zu bilden.
Pneumatischer Druck zu der ersten Umfangsrand-ringförmigen-Blase 580-1 (P_A), zu der mittigen Blase 580-2 (P_C), und zu der dazwischen liegenden Blase 580-3 (P_B), ist zu Rohren 587-1, 587-2, 587-3 oder anderen Leitungen vorgesehen, um Armaturen 582-1, 581-2, 582-3 zu trennen, die an der inneren Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte angebracht sind und in Verbindung durch die Armaturen und Löcher oder Kanäle in der Anschlagplatte mit einem Inneren einer jeden Blase stehen.
Jede der Blasen begrenzt auch, oder hilft zu begrenzen, zusätzliche ringförmige Kammern, die zwischen den Blasen angeordnet sind. Zum Beispiel ist eine vierte Druckkammer 583 (P_D) zwischen der mittigen Blase und der dazwischen liegenden Blase begrenzt, und eine fünfte Druckkammer 584 (P_E) ist zwischen der ersten Umfangsrandblase und der dazwischen liegenden ringförmigen Blase begrenzt. Jede dieser vierten und fünften Kammern ist auch mit unter Druck stehendem Gas oder einem anderen Fluid, über Löcher 589 und Armaturen 585, 586, sowie optional mit einem Vakuum für Beschickungs- und Entladevorgänge, versehen.
Es wird angemerkt, dass jeder der Drücke (P_A, P_B, P_C, P_D, P_E) unabhängig gesteuert werden kann, wodurch eine feine Steuerung des Polierdruckprofils erlaubt wird. Diese Drücke können unter der Kontrolle eines Computersteuerungssystems optional verändert werden, um den Druck in einer oder mehrerer Kammern während des Polierbetriebs zu ändern. Feedback von einem Prozesskontrollschirm kann verwendet werden, um die Drücke in jeder Kammer (jede Blase oder jede Zwischen-Blasen-Kammer) zu regulieren, um die gewünschte Polierwirkung zu erreichen.
Obwohl wir getrennte Quellen für jeden der Drücke beschrieben haben, ist es möglich, eine einzelne Quelle zu haben, die unter Druck stehendes Gas an eine Sammelleitung speist, worin die Sammelleitung eine Mehrzahl an regulierbaren Auslässen aufweist, wobei jeder Auslass auf eine unterschiedliche Kammer gerichtet ist. Auf diese Art kann die Last, dass mehrfache Drücke von einer stationären äußeren Quelle zu dem drehenden Kopf in Verbindung gebracht werden, beispielsweise durch Verwenden einer Drehverbindung, vermindert werden.
Wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform mit nur einer einzelnen ringförmigen, pneumatischen Blase, weist der Wafer-Polierkopf einen Haltering mit einer inneren zylindrischen Oberfläche auf, der eine innere zylindrische Tasche, in der Größe den Wafer zu tragen, begrenzt und um die Bewegung des Wafers seitlich einzuschränken, wenn der Wafer relativ zu dem Polierkissen bewegt wird. Die relative Bewegung kann eine Drehbewegung des Kopfes mit befestigtem Wafer, und eine getrennte Drehbewegung des Polierkissens sein. Ein Linearmotor des drehenden Kopfes über das drehende Kissen kann auch verwendet werden.
Wie beschrieben, ist die Wafer-Befestigungsanschlagplatte 581 an dem Haltering 166 befestigt und fährt prinzipiell fort, ein wenig der Funktion eines mechanischen Anschlags zu dienen, um beim Halten des Wafers unter einem angewandten Vakuumhaltedruck, ohne übermäßiges Beugen oder Biegen des Wafers, zu helfen; in dieser Ausführungsform ist die Funktion der Wafer-Befestigungsanschlagplatte jedoch etwas vermindert, wenn viele Blasen über ihrer Oberfläche angeordnet sind, da die Blasen selbst den Betrag des Beugens (oder des Zurückhaltens des Wafer vom Beugen) des Wafers, wenn sie unter Druck stehen, kontrollieren.
Die ringförmigen Breiten oder Durchmesser, die Anzahl und Lage des ringförmigen Rings/der ringförmigen Ringe oder Scheibe/n, und der angewandte Druck, werden reguliert, um das gewünschte Polierergebnis zu erreichen. Wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform, trägt die erste pneumatische, ringförmige, dichtende Blase, die an oder nahe dem Umfangsrand des Wafers angeordnet ist, einen pneumatischen Druck, der primär auf den äußeren Umfangsrandabschnitt wirkt (zum Beispiel, auf den äußersten 0 mm bis 3 mm Abschnitt bis zu dem äußersten 10 mm radialen Abschnitt wirkt). Die Breite der anderen Blasen und Zwischen-Blasen-Kammern kann frei gewählt werden, und kann zum Beispiel dünne (z.B. 2–5 mm breite ringförmige Blasen) oder breitere ringförmige Blasen (z.B. 5–25 mm breite Blasen) einschließen.
Bei einer Ausführungsform, bei der dicht gepackte Blasen vorgesehen sind, werden die Zwischen-Blasen-Kammern 583, 584 nicht getrennt unter Druck gesetzt (außer für eine gemeinsame Vakuumhaltekraft während Beschickung und Entladung), und der Polierdruck wird durch die Blasen geschaffen. Alternativ können einige oder alle Zwischen-Blasen-Kammern unter Druck gesetzt werden. Eine Entlüftung von den Zwischen-Blasen-Bereichen ist auch vorgesehen, um jeglichen Druckaufbau in den nicht unter Druck gesetzten Bereichen zu verhindern.
Jede der elastischen, pneumatischen Blasen 582 kann an dem Haltering (oder Haltering und Anschlagplatte) auf mehrere Arten angebracht werden. Zum Beispiel, in einer Ausführungsform, können die Blasen an die Haltering/Plattenstruktur geklebt werden. Alternativ können Kanäle mit Nuten in der nach unten gerichteten Fläche, um die Blasen zu erhalten, vorgesehen werden. In einer anderen Alternative werden die pneumatischen Blasen durch das Begrenzen eines ringförmigen Abschnitts (oder runde Scheibe) von plattenartigem oder geformtem Material in eine Schlaufe oder ringförmige Wulst, und das Begrenzen der Schlaufe mit Befestigungen auf inneren Oberflächen, die mit dem Haltering in Verbindung gebracht werden, gebildet. Die Befestigungen werden durch ein Haltering-Verschleißelement oder durch ringförmige Abstandsringe, die zwischen den ringförmigen oder scheibenförmigen Blasen angeordnet sind, bedeckt, so dass sich lediglich ein Abschnitt der Blasen über die Oberfläche der Befestigungsanschlagplatte erstreckt. Dies ist die in der Figur dargestellte Anordnung. Der Abschnitt, der sich über die ringförmigen Abstandsringe erstreckt, trennt den Wafer von der Anschlagplatte, und dient letztlich als die Anschlagplatte. Beachten Sie, dass eine Mehrzahl an Blasen aus einem einzelnen Materialstück gebildet und integral geformt werden kann, oder jede Blase kann getrennt geformt werden.
Unabhängig davon wie die elastische, pneumatische, ringförmige Blase an dem Haltering (oder dem Unterträger) angebracht ist, sollten die Blasen eine derartige Größe haben und derart angebracht werden, dass unterere Oberflächenabschnitte der Blasen sich über die Befestigungsanschlagplatte 501 äußere Oberfläche erstrecken, so dass, wenn ein Halbleiter 113 montiert wird, eine rückseitige Tasche oder rückseitige pneumatische Kammern 584, 583 zwischen der Rückseite des Wafers und der nach unten gerichteten Oberfläche 588 der Wafer-Befestigungsanschlagplatte geschaffen werden. Das Ausmaß der Erstreckung oder die Tiefe der Tasche sollte so sein, dass dann, wenn der Halbleiterwafer auf den elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblasen 580-1, 580-2, 580-3 angebracht ist, der Wafer vorzugsweise nicht die Befestigungsanschlagplatte (oder die ringförmigen Verlängerungsblöcke) berührt, entweder (i) wenn ein Vakuum angelegt wird, um den Wafer an der Blase unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Polieren zu halten, oder (ii) wenn ein Polierdruck einwirkt, und der Wafer gegen das Polierkissen gedrückt wird. Ein gelegentlicher Kontakt ist akzeptabel, jedoch unerwünscht, und der Hauptgrund für die Bereitstellung der Befestigungsanschlagplatte besteht darin, eine zu starke Biegung zu verhindern, die zur Spaltbildung, zum Bruch, oder zur Entwicklung zu starker mechanischer Spannungen in dem Wafer oder einem anderen Substrat führen kann. Die tatsächliche Taschentiefe hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich des Materials, aus welchem die Pneumatikblase hergestellt ist, und des Ausmaßes des Drucks, der in die Blase eingegeben wird, des Durchmessers des gehalterten Substrats oder Wafers, und des Vakuumbereichs und des positiven Polierdrucks, der auf die Blase einwirkt, unter anderen Faktoren. Taschentiefen zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm können eingesetzt werden, jedoch ist eine Taschentiefe zwischen etwa 1 mm und etwa 2 mm typisch für einen Polierkopf für Wafer von 200 mm. Größere Taschentiefen können bei größeren Wafern eingesetzt werden, beispielsweise bei Wafern von 300 mm, bei denen das zulässige Ausmaß der Verbiegung im Zentrum des Wafers größer sein kann als bei einem Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm.
Die Vakuumhaltekraft (Haltekraft infolge des Unterdrucks) und der positive Polierdruck werden in die Zwischen-Blasen-Kammern 583, 584 eingegeben. Die Vakuumquelle kann über die gleichen Löcher wie für das Gas unter Druck angeschlossen sein, oder über unterschiedliche Löcher. Typischerweise wird das Gas unter Druck den Löchern 589 oder Öffnungen durch Anbringen eines Beschlages 585, 586 an der Oberseite der Befestigungsanschlagplatte 581 zugeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass infolge der Tatsache, dass die Öffnungen oder Löcher durch die Befestigungsanschlagplatte von der Rückseite des Wafers durch einen Raum getrennt sind, das Polieren nicht so empfindlich auf den Ort oder die Größe der Öffnungen reagiert, wie bei herkömmlichen Polierköpfen, bei welchen die Öffnungen den Wafer direkt oder über einen Polymereinsatz berühren.
Im Betrieb wird ein Wafer in der Tasche angeordnet, die durch den Haltring gebildet wird, der sich etwas über die untere Oberfläche der elastischen, pneumatischen, ringförmigen Dichtungsblase hinaus erstreckt, während eines Waferladevorgangs, und wird an seinem Ort gegen die Blasen durch ein Vakuum gehaltert. Der Polierkopf, einschließlich des Halterings, der Blasen, der Befestigungsanschlagplatte, und des angebrachten Wafers wird dann gegenüberliegend dem Polierkissen angeordnet. Normalerweise werden sowohl der Polierkopf als auch das Polierkissen absolut bewegt, aber auf jeden Fall relativ zueinander, sodass ein gleichmäßiges Polieren und eine gleichmäßige Planarisierung erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Struktur wendet Druck direkt gegen die Rückseite des Wafers an (außer wo sich die Blasen befinden), so dass lokalisierte Druckänderungen, wie sich durch eine Änderung in den Eigenschaften des Poliereinsatzes, Auftreten von Verunreinigungen zwischen der Wafer-Rückseite und dem Einsatz oder der Unterträgerfläche, Nicht-Flachheit des Einsatzes oder der Unterträgeroberfläche, oder dergleichen in einem herkömmlichen System ergeben könnten, nicht auftreten. Während einige Herstellungsänderungen sich im Allgemeinen aus der Gegenwart der Blasen ergeben können, schaffen eine vernünftige Wahl der Anzahl von Blasen, ihrer Lage, und des angewandten Drucks üblicherweise genügend Kontrolle, so dass das Polierergebnis besser als bei herkömmlichen Systemen ist.
Zusammenfassend ist in der gegenwärtigen Ausführungsform ein Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers auf einem Polierkissen vorgesehen, wo der Polierkopf folgendes aufweist: einen Haltering mit einer inneren zylindrischen Oberfläche, der eine innere zylindrische Tasche, in der Größe den Wafer zu tragen, begrenzt und um die Bewegung des Wafers seitlich einzuschränken, wenn der Wafer relativ zu dem Polierkissen bewegt wird, während er gegen das Polierkissen poliert wird; eine an dem Haltering befestigte Wafer-Befestigungsanschlagplatte; und eine Mehrzahl an elastischen, pneumatischen Blasen, die an einer ersten Oberfläche der Wafer-Anschlagplatte angebracht sind, wobei jede Blase zur Fluidverbindung mit einer Quelle von unter Druck stehendem, pneumatischem Fluid verbunden ist. Eine erste der Mehrzahl der elastischen, pneumatischen Blasen ist ringförmig und an die innere zylindrische Oberfläche des Halterings angrenzend angeordnet, um den Wafer zu erhalten und um den Wafer an einem Umfangsrand zu stützen, wobei die erste Blase zur Fluidverbindung mit dem ersten unter Druck stehenden pneumatischen Fluid verbunden ist. Eine zweite der Mehrzahl der elastischen, pneumatischen Blasen ist innen zu der ringförmigen ersten Blase angeordnet, und zur Fluidverbindung mit einem zweiten unter Druck stehenden pneumatischen Fluid verbunden. Die ersten und zweiten unter Druck stehenden Fluide werden reguliert, um einen vorbestimmten Polierdruck über einer Stirnseite des Wafers zu erreichen.
Achte Ausführungsform, die mehrere Dichtungen zum Steuern mehrerer Druckzonen auf den Wafer aufweist.
In 13 ist eine achte, primäre Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das erfindungsgemäße Konzept, mehrere unabhängige Druckkammern auf der rückseitigen Oberfläche des Wafers zur Verfügung zu stellen, unter Verwendung mehrerer elastischer Druckblasen und Zwischen-Blasen-Kammern, kann abgeändert und auf eine Struktur erweitert werden, welche die voranstehend geschilderte elastische Oberfläche oder Dichtung des Lippentyps einsetzt.
Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform von 11, die eine einzige elastische Dichtung aufweist, war die einzige elastische Dichtung 570 in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche 571 des Halterings 166 angeordnet, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einer rückseitigen Umfangsrandoberfläche zu halten. Die elastische Oberflächendichtung legte eine einzelne Pneumatikzone fest, wenn ein Wafer oder ein anderes Substrat an ihr angebracht war. Die einzelne Pneumatikdruckzone war in Fluidverbindung an ein Pneumatikfluid unter Druck angeschlossen, beispielsweise ein Gas. Bei der in Bezug auf 11 beschriebenen Ausführungsform war die elastische Dichtung in vorteilhafter Weise als ein Abschnitt einer Waferanschlagplatte oder als ein getrenntes Element vorgesehen, angeordnet zwischen einer äußeren Oberfläche der Waferanschlagplatte und der Rückseite eines angebrachten Wafers.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, die in 13 dargestellt ist, sind mehrere ringförmige, elastische Oberflächendichtungen vorgesehen, die von der Waferanschlagplatte ausgehen. So sind beispielsweise bei der dargestellten Ausführungsform vier ringförmige Dichtungen vorgesehen (590-1, 590-2, 590-3, 590-4), und legen vier getrennte Druckkammern (P_F, P_G, P_H, P_I) auf der rückseitigen Oberfläche des Wafers fest. Jede Kammer weist einen Druck auf, der ihr über einen Beschlag 591 zugeführt wird, der an der inneren Oberfläche der Anschlagplatte 592 angebracht ist, und über ein Loch 593 oder einen Kanal, der sich dorthin zu einer Öffnung in der äußeren Oberfläche der Anschlagplatte zwischen stegartigen Oberflächendichtungen öffnet. Die Drucke können über eine Drehverbindung von externen Quellen zugeführt werden, wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist. Der Druck in jeder Kammer kann unabhängig gesteuert werden, um die gewünschte Poliereigenschaft zu erzielen. Diese Drucke können gleich oder verschieden sein, und können während des Poliervorgangs geändert werden.
Bei der einzelnen, elastischen Oberflächendichtung, die voranstehend unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wurde, ist jede Dichtung vorzugsweise flexibel, um eine gewisse Verstellung oder Bewegung des Wafers in Vertikalrichtung zu ermöglichen, und ermöglicht die Schaffung mehrerer leckfreier Druckdichtungen gegenüber der rückseitigen Oberfläche des Wafers. Bei einer Ausführungsform sind die Oberflächendichtungen als Verlängerungen der Polymer-Waferanschlagplatte ausgebildet, beispielsweise durch Ausformen oder Bearbeiten. Im Querschnitt weisen die Verlängerungen die Form eines Fingers auf, der sich von der äußeren Oberfläche der Waferanschlagplatte nach außen erstreckt, um in Kontakt mit dem Wafer zu gelangen. Diese verlängerten „Finger" sind tatsächlich kreisförmige (oder ringförmige) Stege, die in gewisser Weise kegelförmig sind, und die Eigenschaft aufweisen, dass die Stärke der Dichtungen erhöht wird, wenn der Berührungsdruck zwischen den Oberflächendichtungen und dem Wafer zunimmt, entweder in Folge einer erhöhten Andruckkraft des Wafers gegen die Oberflächendichtungen, oder in Folge des erhöhten Pneumatikdrucks, der in den Druckkammern einwirkt. Die Waferanschlagplatte hat die gleiche Funktion wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform, sowie die Funktion, die Dichtungen bereitzustellen. Die Waferbefestigungsanschlagplatte ist betriebsfähig während Zeiträumen, in denen nicht poliert wird, um eine zu starke Biegung des Wafers in Folge einer angelegten Vakuumkraft zu verhindern, die zum Halten des Wafers an dem Polierkopf während Waferlade- und Waferentladevorgängen verwendet wird, mit Ausnahme der Tatsache, dass deswegen, da die Anschlagplatte die Dichtungsstege aufweist, wobei die Stege in ausreichend kleinem Abstand voneinander angeordnet sind, Kontakt mit den Stegen typischerweise aufrecht erhalten wird, und der Wafer nicht in Kontakt mit dem Hauptkörper der Anschlagplatte gelangt.
Wenn eine Oberflächendichtung integriert mit der Anschlagplatte ausgebildet ist, muss das Material, aus welchem die Waferanschlagplatte und die integrierten Oberflächendichtungen hergestellt werden, die gewünschte Flexibilität und Elastizität aufweisen, um eine ordnungsgemäße Dichtung auszubilden. Zahlreiche Polymermaterialien weisen derartige Eigenschaften auf, und die Dicke des Anschlagplatten-Hauptkörperabschnitts und des Dichtungsabschnitts kann so eingestellt werden, dass die gewünschte Steifigkeit des Hauptkörperabschnitts und die gewünschte Elastizität im Dichtungsabschnitt zur Verfügung gestellt werden. Die Vakuumkraft kann durch die gleichen Löcher oder Kanäle angelegt werden wie die positive Andruckkraft.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die mehreren Oberflächendichtungen durch Konstruktionen zur Verfügung gestellt werden, die an der äußeren Oberfläche der Anschlagplatte angebracht sind, beispielsweise Gummi- oder Polymerrohre, die einen frei wählbaren Querschnitt aufweisen (rund, quadratisch, dreieckig, sechseckig, und dergleichen), oder O-Ringe. Die Anbringung an der äußeren Oberfläche kann durch eine Verbindung wie beispielsweise durch einen Kleber, eine engpassende Nut, oder irgendeine andere mechanische Befestigungsvorrichtung vorgenommen werden.
Zusammenfassend stellt die vorliegende Ausführungsform einen Waferpolierkopf zum Polieren eines Halbleiterwafers auf einem Polierkissen zur Verfügung, wobei der Polierkopf einen Haltering aufweist, der eine innere, zylindrische Oberfläche hat, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen hat, dass sie den Wafer trägt, und eine seitliche Bewegung des Wafers begrenzt, wenn der Wafer relativ zum Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird, sowie eine Waferbefestigungsanschlagplatte, die an dem Haltering angebracht ist. Die Waferbefestigungsanschlagplatte weist mehrere elastische, konzentrische, ringförmige Dichtungsstege auf, die von einer Oberfläche der Anschlagplatte ausgehen, und unabhängige Pneumatikzonen festlegen, wenn sie gegen eine rückseitige Oberfläche des Wafers angedrückt werden, wobei jede der Pneumatikzonen in Fluidverbindung an eine Quelle für ein Pneumatikfluid unter Druck angeschlossen ist. Eine erste der mehreren elastischen, konzentrischen, ringförmigen Dichtungsstege ist in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrang zu halten, und legt eine erste Pneumatikzone fest, wobei die erste Pneumatikzone in Fluidverbindung an ein erstes Pneumatikfluid unter Druck angeschlossen ist. Ein zweiter der mehreren elastischen, konzentrischen, ringförmigen Dichtungsstege ist im Inneren der ersten, ringförmigen Dichtungsstege angeordnet, und in Fluidverbindung an ein zweites Pneumatikfluid unter Druck angeschlossen. Das erste und das zweite Fluid unter Druck sind so eingestellt, dass ein vorbestimmter Polierdruck über einer vorderseitigen Oberfläche des Wafers erreicht wird.
Neunte Ausführungsform des Gehäuses und der Halteringsbefestigungskonstruktion.
Die Ausführungsformen der Erfindung, die in 10, 11, 12 und 13 dargestellt sind, wurden in Bezug auf eine bestimmte Polierkopfträgerbaugruppe beschrieben, die als „einsatzloser Kopf" bezeichnet wird. Während diese spezielle Trägerbaugruppe nicht dazu erforderlich ist, die erfindungsgemäßen Ausführungsformen in die Praxis umzusetzen, die bereits beschrieben wurden, kann sie vorzugsweise bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, und wird daher hier mit einigen weiteren Einzelheiten beschrieben. Spezieller ist in 14 eine Baugruppenzeichnung in Explosionsdarstellung gezeigt, eine Ausführungsform des einsatzlosen Kopfes, die speziell für Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm ausgebildet ist, jedoch mit Abänderungen auch bei anderen Größen eingesetzt werden kann, einschließlich Wafern mit einem Durchmesser von 300 mm. 15 ist eine Zeichnung, die Merkmale eines oberen Gehäuses für die Ausführungsform des einsatzlosen Kopfes zeigt. 16 ist eine Zeichnung, die Merkmale eines Rollmembranblocks zeigt. 17 ist eine Zeichnung, die Merkmale einer offenen Membran mit Adapterhaltering zeigt. 18 ist eine Zeichnung, die Merkmale eines Ringhalters zeigt. 19 ist eine Zeichnung, die Merkmale einer offenen Membran mit Ringhalter zeigt. 20 ist eine Zeichnung, die Merkmale eines Schnelllöseadapters zeigt. 21 ist eine Zeichnung, die Merkmale eines inneren Gehäuses zeigt. 22 ist eine Zeichnung, die Merkmale einer Vakuumplatte zeigt. 23 ist eine Zeichnung, die Merkmale eines Beispiels für eine Dichtungsbaugruppe mit einem Außendurchmesser von 206 mm zeigt. Diese Zeichnungen sind zu dem Zweck vorgesehen, den Kontext der erfindungsgemäßen Strukturen und Verfahren relativ zu einer Kopfbaugruppe zu zeigen, wie dies Fachleute auf diesem Gebiet leicht erkennen werden, und werden hier nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben.

Claims

Wafer-Polierkopf (400) zum Polieren eines Halbleiter-Wafers (113) auf einem Polierkissen (135), wobei der Polierkopf aufweist: einen Haltering (166), der eine innere, zylindrische Oberfläche (571) aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen aufweist, dass sie den Wafer (113) trägt, und in Seitenrichtung eine Bewegung des Wafers einschränkt, wenn der Wafer relativ zu dem Polierkissen (135) bewegt wird, während er von dem Polierkissen poliert wird; und eine Wafer-Befestigungs-Anschlagplatte (592), die zwischen entgegengesetzten Seiten der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wafer-Befestigungs-Anschlagplatte (592) mehrere elastische, konzentrische, ringförmige Abdichtungsrippen (590) aufweist, die von einer Oberfläche der Anschlagplatte (592) ausgehen, und unabhängige Pneumatikzonen festlegen, wenn sie gegen eine rückseitige Oberfläche des Wafers (113) angedrückt werden, wobei jede der Pneumatikzonen zur Fluidverbindung mit einer Quelle für ein unter Druck stehendes Pneumatikfluid verbunden ist, wobei eine erste (590-1) der mehreren elastischen, konzentrischen, ringförmigen Abdichtungsrippen in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche (571) des Halterings angeordnet ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrand (572) zu haltern, und eine erste Pneumatikzone festlegt, wobei die erste Pneumatikzone zur Fluidverbindung mit einem ersten, unter Druck stehenden Pneumatikfluid verbunden ist, eine zweite (590-2, 590-3, 590-4) der mehreren elastischen, konzentrischen, ringförmigen Abdichtungsrippen innerhalb der ersten, ringförmigen Abdichtungsrippen (590-1) angeordnet ist, und zur Fluidverbindung mit einem zweiten, unter Druck stehenden Pneumatikfluid verbunden ist, und das erste und das zweite, unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, dass vorbestimmte Polierdrucke über einer vorderseitigen Oberfläche des Wafers erzielt werden.
Wafer-Polierkopf nach Anspruch 1, bei welchem weiter vorgesehen sind: ein Gehäuse (120), das einen oberen Gehäuseabschnitt aufweist, wobei die Wafer-Befestigungs-Anschlagplatte ein Wafer-Hilfsträger (160) ist, der an dem Haltering durch eine primäre Membran (162) angebracht ist, und an dem Gehäuse durch eine sekundäre Membran (145).
Verfahren zum Polieren eines Halbleiter-Wafers (113) auf einem Polierkissen (135), unter Verwendung eines Wafer-Polierkopfes nach Anspruch 1, wobei das Verfahren aufweist: Festlegung einer ersten, ringförmigen Pneumatikdruckzone mit der ersten, elastischen, konzentrischen, ringförmigen Abdichtungsrippe (590-1); Festlegung einer zweiten Pneumatikzone radial innerhalb der ersten Pneumatikzone durch eine zweite, elastische, konzentrische, ringförmige Abdichtungsrippe (590-2); Entwickeln eines ersten und eines zweiten Drucks in der ersten bzw. zweiten Zone; Andrücken einer rückseitigen Oberfläche des Wafers (113) durch die erste und die zweite, ringförmige Abdichtungsrippe so, dass eine vorderseitige Oberfläche des Wafers gegen das Polierkissen angedrückt wird; und Einstellen des ersten und des zweiten Druckes unabhängig voneinander, um eine angestrebte Wafermaterial-Entfernungscharakteristik über den Wafer zu erreichen.
Verfahren zum Polieren eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 3, bei welchem der erste und der zweite Druck so eingestellt werden, dass vorbestimmte Polierdrucke über eine vorderseitige Oberfläche des Wafers (113) erzielt werden.
Wafer-Polierkopf zum Polieren eines Halbleiter-Wafers (113) auf einem Polierkissen, wobei der Polierkopf aufweist: einen Haltering (166), der eine innere, zylindrische Oberfläche (571) aufweist, und eine innere, zylindrische Tasche festlegt, die solche Abmessungen aufweist, dass sie den Wafer trägt, und eine Bewegung in Seitenrichtung des Wafers einschränkt, wenn der Wafer relativ zu dem Polierkissen bewegt wird, während er in Anlage gegen das Polierkissen poliert wird; und eine Wafer-Befestigungs-Anschlagplatte (581), die zwischen entgegengesetzten Seiten der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Polierkopf weiterhin mehrere elastische, pneumatische Blasen (580) aufweist, die an einer ersten Oberfläche der Wafer-Befestigungs-Anschlagplatte angebracht sind, wobei jede der Blasen zur Fluidverbindung mit einer Quelle für unter Druck stehendes Pneumatikfluid verbunden ist, eine erste der mehreren, elastischen, pneumatischen Blasen (580-1) eine Ringform aufweist, und in der Nähe der inneren, zylindrischen Oberfläche des Halterings angeordnet ist, um den Wafer aufzunehmen, und den Wafer an einem Umfangsrand zu haltern, die erste Blase zur Fluidverbindung mit einem ersten, unter Druck stehenden Pneumatikfluid verbunden ist, eine zweite der mehreren, elastischen, pneumatischen Blasen (580-2) innerhalb der ringförmigen, ersten Blase angeordnet ist, und zur Fluidverbindung mit einem zweiten, unter Druck stehenden Pneumatikfluid verbunden ist, und das erste und das zweite, unter Druck stehende Fluid so eingestellt sind, dass vorbestimmte Polierdrucke über eine vorderseitige Oberfläche des Wafers erzielt werden.