JPH09201763A - ウェーハ研摩ヘッド - Google Patents

ウェーハ研摩ヘッド

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JPH09201763A
JPH09201763A JP1036997A JP1036997A JPH09201763A JP H09201763 A JPH09201763 A JP H09201763A JP 1036997 A JP1036997 A JP 1036997A JP 1036997 A JP1036997 A JP 1036997A JP H09201763 A JPH09201763 A JP H09201763A
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JP
Japan
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wafer
retainer
fluid
housing
polishing
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Pending
Application number
JP1036997A
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English (en)
Inventor
Konstantin Volodarsky
ヴォロダースキー コンスタンチン
David E Weldon
エドウィン ウェルドン ディヴィッド
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Ontrak Systems Inc
Original Assignee
Ontrak Systems Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハの中央部の研摩速度に対してウェー
ハの周縁部の研摩速度を調節できるように構成されたウ
ェーハ研摩機を提供することにある。 【解決手段】 ハウジングと、該ハウジングに移動可能
に取り付けられたウェーハキャリヤと、ハウジングに移
動可能に取り付けられたウェーハリテーナとを有する半
導体ウェーハを研摩するための研摩ヘッド。第１流体ア
クチュエータがウェーハキャリヤに連結され、ウェーハ
キャリヤをハウジングに対して選択方向に付勢し、第２
流体アクチュエータがウェーハリテーナに連結され、ウ
ェーハリテーナをハウジングに対して第２選択方向に付
勢する。第１および第２流体アクチュエータにはそれぞ
れ第１および第２流体導管が連結され、第１および第２
アクチュエータの流体圧力を互いに独立的に調節でき、
これにより、研摩作業中に、キャリヤに作用する付勢力
に対してリテーナに作用する付勢力を動力学的に調節で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ研
摩機に使用する研摩ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハ研摩機は従来技術におい
て良く知られており、半導体ウェーハ（１つ以上のフォ
トリソグラフ層を有するものもある）を平面化するのに
慣用的に使用されている。一般に、これらの研摩機は１
つ以上の研摩ヘッドを有しており、各研摩ヘッドはそれ
ぞれの半導体ウェーハを支持しかつウェーハを研摩ヘッ
ドに隣接して位置決めする。研摩ヘッドは研摩パッドに
対して移動され、適当な研摩スラリがウェーハとパッド
との間に導入される。本件出願人に譲渡された１９９４
年８月９日付の米国特許出願第08/287,658号には、ベル
ト形研摩パッドを使用する１つの研摩機が開示されてい
る。他の研摩機は回転研摩パッドを使用するものであ
り、例えば米国特許第5,329,732 号および第5,329,734
号に開示されている。
【０００３】一般に、研摩ヘッドは、ウェーハリテーナ
により包囲される中央のウェーハキャリヤを有してい
る。ウェーハキャリヤおよびリテーナは、協働して、研
摩作業中にウェーハが研摩ヘッドに対して横方向に移動
することを防止するウェーハ受入れポケットを形成す
る。ウェーハキャリヤおよびウェーハリテーナを、これ
らが研摩ヘッドの残部に対して移動できるように取り付
けること、およびキャリヤおよびリテーナを、研摩パッ
ドの方向に付勢することが提案されている。これがなさ
れると、リテーナおよびキャリヤは、研摩作業中に研摩
ヘッドに対して一定範囲内で浮動できる。非常に重要な
ことは、ウェーハ研摩機がウェーハのほぼ全領域を平面
化できることである。ウェーハの中央部とは異なる速度
でしばしば研摩されるウェーハの周縁部には困難が生じ
る。ウェーハの周縁部の研摩速度がウェーハの中央部の
研摩速度より大きいと、ウェーハの周縁部は、標準フォ
トリソグラフ法に使用するには適しないものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、ウェーハの
高い平面度を達成するには、ウェーハの中央部の研摩速
度に対してウェーハの周縁部の研摩速度を調節できるな
らば非常に有効であろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、半導体ウェーハ用の研摩ヘッドが提供される。この
研摩ヘッドは、ハウジングと、該ハウジングに取り付け
られかつウェーハ支持面を備えたウェーハキャリヤと、
ハウジングに取り付けられかつウェーハをウェーハ支持
面上の所定位置に保持する形状を備えたウェーハリテー
ナとを有する。ハウジングには、ウェーハキャリヤおよ
びウェーハリテーナのうちの少なくとも一方が移動可能
に取り付けられ、研摩作業中に、ウェーハキャリヤとウ
ェーハリテーナとの間に動力学的に調節可能な差動付勢
力を発生させる手段が設けられている。
【０００６】
【発明の実施の形態】後述する好ましい実施例では、ウ
ェーハキャリヤおよびウェーハリテーナの両方がハウジ
ングに対して移動可能に取り付けられており、これらの
各々が、それぞれの流体アクチュエータにより、研摩パ
ッドに向かって独立的に付勢される。アクチュエータに
導入される加圧流体を別々に制御することにより、リテ
ーナに作用する付勢力を、ウェーハ自体に作用する付勢
力とは実質的に独立して選択できる。リテーナはウェー
ハから半径方向外方に配置されているので、リテーナ
は、ウェーハ自体より前に、研摩パッドと接触する。キ
ャリヤに作用する付勢力に対してリテーナに作用する付
勢力を適当に調節することにより、研摩パッドがウェー
ハの周縁領域の最適研摩を行なうように、コンディショ
ニングすべくリテーナを調節できる。例えば、リテーナ
に作用する付勢力を増大させることにより、ウェーハと
研摩パッドとの間のウェーハの周縁部に導入される研摩
スラリの量を減少できる。リテーナに作用する付勢力を
減少させることにより、ウェーハの周縁部に到達できる
研摩スラリの量を増大させることができる。同様に、コ
ンテナに作用する付勢力に対して保持リングに作用する
付勢力を適正に調節することにより、ウェーハの周縁部
にすぐ近くに隣接する研摩パッドに所望の圧縮度合いを
付与できる。
【０００７】
【実施例】ここで図面を参照すると、図１は、本発明の
好ましい実施例を導入した研摩ヘッド１０を示す断面図
である。この研摩ヘッド１０は、前述の研摩機並びに当
業者が現在知っておりまたは将来知りうる研摩機を含
む、任意の適当な半導体ウェーハ研摩機に取り付けるこ
とができる。研摩ヘッド１０は、ハウジング１４に堅固
に固定されたスピンドル１２を有している。ハウジング
１４は、内側ハウジング１６および外側ハウジング１８
で構成されている。内側ハウジング１６は、例えばボル
ト（図示せず）により、スピンドル１２に堅固に固定さ
れており、外側ハウジング１８は、例えばボルト（図示
せず）により、内側ハウジング１６に堅固に固定されて
いる。ハウジング１４、１８はアルミニウムまたはステ
ンレス鋼で形成できる。
【０００８】また、研摩ヘッド１０は、ウェーハキャリ
ヤ２０およびウェーハリテーナ２２を有している。ウェ
ーハキャリヤ２０は円形であり、かつ第１環状ダイアフ
ラム２４によりハウジング１４に対して移動可能に取り
付けられている。キャリヤ２０はアルミナ９９５のよう
なセラミックで形成できる。第１ダイアフラム２４はＢ
ＵＮＡ材のような弾性材料で形成でき、かつ取付けリン
グ２６により、その半径方向内縁部がウェーハキャリヤ
２０に、半径方向外縁部が外側ハウジング１８に機械的
に取り付けられている。ハウジング１４、ウェーハキャ
リヤ２０および第１ダイアフラム２４は、協働して第１
流体チャンバ２８を形成し、該チャンバ２８は、第１流
体導管３０を介して、調節可能な第１圧力調整器３２に
連結されている。第１圧力調整器３２は加圧流体源３４
に連結されている。
【０００９】ウェーハリテーナ２２は環状でありかつ第
２ダイアフラム３６（該ダイアフラム３６も環状であ
る）によりハウジング１４に対して移動可能に取り付け
られている。リテーナ２２は、例えばＤＥＬＲＩＮ Ａ
Ｆ（登録商標）で作ることができる。第２ダイアフラム
３６の内周縁部および外周縁部は、取付けリング３８に
より外側ハウジング１８に固定され、第２ダイアフラム
３６の中央部は、取付けリング４０によりウェーハリテ
ーナ２２に固定されている。第２ダイアフラム３６およ
びハウジング１４は、協働して第２流体チャンバ４２を
形成し、該チャンバ４２の一部は、第２ダイアフラム３
６に境界を接している。第２流体チャンバ４２は、第２
流体導管４４を介して、調節可能な第２圧力調整器４６
に連結されている。第２圧力調整器４６は、加圧流体源
３４および真空源４８の両方に連結されている。
【００１０】ウェーハキャリヤ２０はウェーハ支持面５
０を形成しており、該ウェーハ支持面５０は、慣用的な
態様でインサート５２を支持している。真空源４８とウ
ェーハキャリヤ２０との間には、真空導管５４が連結さ
れている。真空源４８は、ウェーハＷをインサート５２
上の所定位置に保持するための低圧吸引力を発生させる
のに使用される。ウェーハＷがインサート５２上に位置
決めされると、ウェーハリテーナ２２がウェーハＷをほ
ぼ包囲して、ウェーハＷと研摩ヘッド１０との間の好ま
しくない横方向移動を防止する。第１流体チャンバ２
８、第１流体導管３０および第１ダイアフラム２４は、
ウェーハキャリヤ２０と協働して、第１流体アクチュエ
ータを形成している。調節可能な第１圧力調整器３２
は、第１流体チャンバ２８内の空気のような流体の圧力
を調整し、研摩機の研摩パッドＰに対してウェーハＷを
押しつけるための、動力学的に調節可能な付勢力を付与
するのに使用される。この第１流体アクチュエータは、
ウェーハキャリヤ２０の上面のほぼ全体に亘って均一に
分散された力を付与し、これにより、ウェーハキャリヤ
２０を歪ませる原因ともなる不均一な力を最小にする。
第１ダイアフラム２４は、キャリヤ２０とハウジング１
４との間の差動（differential movement)を可能にする
点での取付け機能と、第１流体チャンバ２８内の加圧流
体をシールする点でのシール機能との両機能を遂行す
る。
【００１１】第２ダイアフラム３６、第２流体チャンバ
４２および第２流体導管４４は、協働して第２流体アク
チュエータを形成し、該アクチュエータは、ウェーハリ
テーナ２２を研摩パッドＰに向かって外方に付勢する付
勢力を調節するのに使用される。第２流体アクチュエー
タは環状であり、それにより、均一に分散された付勢力
をウェーハリテーナ２２に付与する。第２ダイアフラム
３６は次の２つの機能、すなわち、ハウジング１４に対
してウェーハリテーナ２２を移動可能に取り付ける機
能、および第２流体チャンバ４２をシールする機能を遂
行する。第１流体チャンバ２８、第１流体導管３０およ
び調節可能な第１圧力調整器３２が、第２流体チャンバ
４２、第２流体導管４４および調節可能な第２圧力調整
器４６から隔絶されかつ独立しているので、ウェーハの
研摩作業中に、ウェーハリテーナ２２に作用する付勢力
に対し、ウェーハキャリヤ２０に作用する付勢力を動力
学的態様で調節できる。これにより、ウェーハリテーナ
２２により研摩パッドＰに加えられるコンディショニン
グ力およびウェーハＷの周縁部上への研摩スラリの流れ
を、研摩作業中にリアルタイムに調節できる。
【００１２】調節可能な第１圧力調整器３２および第２
圧力調整器４６は、独立制御可能な弁として作動する。
もちろん、調整器３２、４６については、手動制御形調
整器およびコンピュータ制御形調整器を含む最大限のア
プローチが可能である。流体圧力を調節する他の適当な
手段を用いることができる。図１は使用位置にある研摩
ヘッド１０を示し、使用位置では、ウェーハＷおよびウ
ェーハリテーナ２２の両者が、ハウジング１４から離れ
て、研摩パッドＰと接触するように付勢される。研摩位
置では、ウェーハキャリヤ２０およびウェーハリテーナ
２２は、それぞれのダイアフラム２４、３６により懸架
され、一定の移動範囲内で自由に浮動できる。図２は、
研摩ヘッド１０がウェーハ装填位置にあるところを示
す。この位置では、研摩ヘッド１０が研摩パッドＰから
遠ざけられ、第１流体チャンバ２８および第２流体チャ
ンバ４２内の加圧流体が、ウェーハキャリヤ２０および
ウェーハリテーナ２２を最外位置に付勢する。これらの
位置において、ウェーハキャリヤ２０およびウェーハリ
テーナ２２は、ウェーハ受入れポケット５６を形成して
いる。
【００１３】図３は、研摩ヘッド１０がインサート交換
位置にあるところを示す。この位置では、ウェーハキャ
リヤ２０は、図２と同じ位置にある。しかしながら、第
２圧力調整器４６（図１）を使用して、第２流体チャン
バ４２に真空を供給し、ウェーハリテーナ２２をハウジ
ング１４の方向に移動させている。これにより、ウェー
ハリテーナ２２がウェーハキャリヤ２０の内方に移動さ
れ、従って、インサート５２が露出され、取出しおよび
交換の準備が整えられる。研摩ヘッド１０は、最初に、
ウェーハＷを図１に示すようにしてウェーハキャリヤ２
０に取り付けることにより、ウェーハ研摩作業に使用さ
れる。ウェーハは、（フォトリソグラフ層を備えていな
い）裸基板（bare substrate) でもよいし、１つ以上の
フォトリソグラフ層を備えた基板でもよい。次に、研摩
ヘッド１０が研摩パッドＰに隣接する位置に移動され、
研摩ヘッド１０と研摩パッドＰとの間に相対運動が与え
られる。この相対運動は、直線運動と回転運動とを任意
に組み合わせることができる。次に、調節可能な圧力調
整器３２、４６を使用して、ウェーハキャリヤ２０（従
ってウェーハＷ）を研摩パッドＰに付勢しかつリテーナ
２２を研摩パッドＰに付勢する。圧力調整器３２、４６
を独立的に調節することにより、ウェーハキャリヤ２０
に作用する付勢力に対して、ウェーハリテーナ２２に作
用する相対付勢力を変える（増大または減少させる）こ
とができる。このようにして、研摩スラリがウェーハＷ
の周縁部に供給される速度の調節に応じて、研摩パッド
ＰがウェーハＷに接触する前に、研摩パッドＰが圧縮さ
れる度合いを調節できる。
【００１４】上記第１流体アクチュエータおよび第２流
体アクチュエータは、キャリヤ２０とリテーナ２２との
間の動力学的に調節可能な差動付勢力（differential b
iasing）を発生させるための手段として作動する。これ
らの両要素間の差動付勢力を動力学的に調節するのに他
の手段を使用できることに留意すべきである。例えば、
研摩ヘッド１０の全体を研摩パッドＰに向かって付勢
し、次に、キャリヤ２０またはリテーナ２２のいずれか
一方を研摩ヘッド１０に対して移動可能に取り付け、パ
ッドＰに向かって独立的に付勢することができる。この
アプローチを用いるとき、キャリヤ２０またはリテーナ
２２のいずれか一方をハウジング１４に対して堅固に取
り付けることができる。また、ダイアフラム２４、３６
に代わる他のシールアプローチを使用できる。例えば、
キャリヤ２０およびリテーナ２２の両方を支持する単一
ダイアフラムを設けることができる。また、上記ダイア
フラムに代えて、摺動シールを備えたベローズまたはピ
ストンを使用できる。図示のダイアフラムは、可動要素
とハウジングとの間の摩擦を最小にすると同時に優れた
シールを形成するため、好ましいものである。
【００１５】また、本発明は他の形式のアクチュエータ
にも実施できる。上記流体アクチュエータに代えて加圧
流体（空気のような加圧ガスが好ましい）を使用する流
体アクチュエータを使用できる。また、或る実施形態で
は、流体アクチュエータに代えて機械ばねのようなアク
チュエータであって、ばね力を調節するための手段を備
えたアクチュエータを使用できる。最後に、上記のよう
に、本発明の研摩ヘッドは、直線運動および回転運動の
両運動を行なう研摩パッドを備えた機械を含む広範囲の
半導体ウェーハ研摩機に使用できる。従って、上記詳細
な説明は限定的なものではなく、例示と考えるべきであ
る。本発明の範囲は、あらゆる均等物を含む特許請求の
範囲の記載により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を導入した研摩ヘッ
ドの断面図であり、研摩ヘッドが研摩位置にあって、半
導体ウェーハおよびウェーハリテーナが研摩パッドと接
触している状態を示すものである。
【図２】図１の研摩ヘッドの断面図であり、ウェーハキ
ャリヤおよびウェーハリテーナが、ウェーハ装填の準備
が整った装填位置にある状態を示すものである。
【図３】図１の研摩ヘッドの断面図であり、ウェーハキ
ャリヤおよびウェーハリテーナが、インサート交換位置
にある状態を示すものである。
【符号の説明】
１０ 研摩ヘッド １４ ハウジング ２０ ウェーハキャリヤ ２２ ウェーハリテーナ ２４ 第１ダイアフラム ２８ 第１流体チャンバ ３０ 第１流体導管 ３２ 第１圧力調整器 ３４ 加圧流体源 ３６ 第２ダイアフラム ４２ 第２流体チャンバ ４４ 第２流体導管 ４６ 第２圧力調整器 ４８ 真空源 ５２ インサート ５６ ウェーハ受入れポケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド エドウィン ウェルドン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95030 ロス ガトス スカイヴィュー テラス 23613

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジングと、 該ハウジングに取り付けられたウェーハキャリヤとを有
    し、該ウェーハキャリヤがウェーハ支持面を備え、 ハウジングに取り付けられたウェーハリテーナを有し、
    該ウェーハリテーナは、ウェーハを前記ウェーハ支持面
    上の所定位置に保持する形状を備え、 ウェーハキャリヤおよびウェーハリテーナのうちの少な
    くとも一方が、ハウジングに移動可能に取り付けられ、 ウェーハキャリヤとウェーハリテーナとの間に、動力学
    的に調節可能な差動付勢力を発生させるための手段を更
    に有する、ことを特徴とする半導体ウェーハを研摩する
    ための研摩ヘッド。
  2. 【請求項２】 ハウジングと、 該ハウジングに取り付けられたウェーハキャリヤとを有
    し、該ウェーハキャリヤがウェーハ支持面を備え、 ハウジングに取り付けられたウェーハリテーナを有し、
    該ウェーハリテーナは、ウェーハを前記ウェーハ支持面
    上の所定位置に保持する形状を備え、 ウェーハキャリヤおよびウェーハリテーナのうちの少な
    くとも一方が、ハウジングに移動可能に取り付けられ、 ウェーハキャリヤおよびウェーハリテーナのうちの少な
    くとも一方のみに付勢力を選択的に加えるべく、前記少
    なくとも一方に連結された流体アクチュエータを更に有
    し、該流体アクチュエータにより、ウェーハキャリヤお
    よびウェーハリテーナに作用する相対付勢力を動力学的
    に調節する、ことを特徴とする半導体ウェーハを研摩す
    るための研摩ヘッド。
  3. 【請求項３】 ハウジングと、 該ハウジングに移動可能に取り付けられたウェーハキャ
    リヤとを有し、該ウェーハキャリヤがウェーハ支持面を
    備え、 ハウジングに移動可能に取り付けられたウェーハリテー
    ナを有し、該ウェーハリテーナは、ウェーハを前記ウェ
    ーハ支持面上の所定位置に保持する形状を備え、 ウェーハキャリヤをハウジングに対して第１選択方向に
    付勢するために、ウェーハキャリヤに連結された第１流
    体アクチュエータと、 ウェーハリテーナをハウジングに対して第２選択方向に
    付勢するために、ウェーハリテーナに連結された第２流
    体アクチュエータと、 第１流体アクチュエータおよび第２流体アクチュエータ
    にそれぞれ連結された第１流体導管および第２流体導管
    とを更に有し、第２流体アクチュエータの流体圧力に対
    して、第１アクチュエータの流体圧力を調節できる、こ
    とを特徴とする半導体ウェーハを研摩するための研摩ヘ
    ッド。
  4. 【請求項４】 前記ハウジングに固定されたスピンドル
    を更に有し、該スピンドル内には第１流体導管および第
    ２流体導管が延入している、ことを特徴とする請求項３
    に記載の研摩ヘッド。
  5. 【請求項５】 前記第１流体導管および第２流体導管に
    それぞれ連結された第１弁および第２弁を更に有し、該
    第１弁および第２弁は独立的に制御できる、ことを特徴
    とする請求項４に記載の研摩ヘッド。
  6. 【請求項６】 前記ウェーハキャリヤは第１ダイアフラ
    ムによりハウジングに取り付けられ、前記ウェーハリテ
    ーナは第２ダイアフラムによりハウジングに取り付けら
    れている、ことを特徴とする請求項３に記載の研摩ヘッ
    ド。
  7. 【請求項７】 前記第１流体アクチュエータおよび第２
    流体アクチュエータはそれぞれ第１流体チャンバおよび
    第２流体チャンバを備え、該第１流体チャンバおよび第
    ２流体チャンバはそれぞれ第１流体導管および第２流体
    導管に連結され、第１流体チャンバの一部は第１ダイア
    フラムにより境界が定められ、第２流体チャンバの一部
    は第２ダイアフラムにより境界が定められている、こと
    を特徴とする請求項６に記載の研摩ヘッド。
  8. 【請求項８】 前記第１流体チャンバは円形であり、第
    ２流体チャンバは環状である、ことを特徴とする請求項
    ７に記載の研摩ヘッド。
  9. 【請求項９】 前記ウェーハリテーナは環状である、こ
    とを特徴とする請求項８に記載の研摩ヘッド。
  10. 【請求項１０】 前記第１方向および第２方向は互いに
    整合している、ことを特徴とする請求項３に記載の研摩
    ヘッド。
  11. 【請求項１１】 ａ）研摩ヘッドのウェーハキャリヤに
    半導体ウェーハを取り付けるステップを有し、ウェーハ
    の少なくとも一部が、ウェーハリテーナにより包囲さ
    れ、 ｂ）或るウェーハ付勢力でウェーハを研摩パッドに付勢
    するステップと、 ｃ）或るリテーナ付勢力でウェーハリテーナを研摩パッ
    ドに付勢するステップと、 ｄ）ウェーハ付勢力に対してリテーナ付勢力を調節する
    ステップとを更に有する、ことを特徴とする半導体ウェ
    ーハの研摩を制御する方法。
  12. 【請求項１２】 前記ステップ（ｂ）は研摩ヘッドに第
    １加圧流体を供給するステップからなり、ステップ
    （ｃ）は研摩ヘッドに第２加圧流体を供給するステップ
    からなり、ステップ（ｄ）は第１加圧流体の圧力に対し
    て第２加圧流体の圧力を調節するステップからなる、こ
    とを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ステップ（ｄ）はウェーハ研摩作
    業中に行なわれる、ことを特徴とする請求項１１に記載
    の方法。
JP1036997A 1996-01-24 1997-01-23 ウェーハ研摩ヘッド Pending JPH09201763A (ja)

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US59086196A 1996-01-24 1996-01-24
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EP (1) EP0786310B1 (ja)
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DE (1) DE69717510T2 (ja)

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