JPH11333714A - 化学的機械的平坦化機械のためのウェ―ハホルダ― - Google Patents

化学的機械的平坦化機械のためのウェ―ハホルダ―

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JPH11333714A
JPH11333714A JP12643699A JP12643699A JPH11333714A JP H11333714 A JPH11333714 A JP H11333714A JP 12643699 A JP12643699 A JP 12643699A JP 12643699 A JP12643699 A JP 12643699A JP H11333714 A JPH11333714 A JP H11333714A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホ
ルダーを提供する。 【解決手段】 研磨されるウェーハ12の面の反対面で
ウェーハ12をホルディングするためのホルディング面
が形成されたプレート24と、リングタイプとして形成
され、プレートのホルディング面を間に置き、相互分離
された少なくとも二つの部分で形成されるリテーナ10
と、リングタイプとして形成され、プレートのホルディ
ング面を間に置き、相互分離された少なくとも二つの部
分で形成されるリテーナ10と、リテーナ10に結合さ
れてリテーナ10が作動されるようにするアクチュエー
タとを含み、リテーナ10はウェーハ12の側面からウ
ェーハをホルディングすることができることを特徴とす
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、電子デバイス(ele
ctronic devices)を製造するための装置に関するもので
あり、より具体的にはCMP工程が進行される間ウェー
ハをホルデイングするための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化学的機械的平坦化(chemical-mechani
cal planarization; 以下CMPという)工程は、集積
回路(integrated circuits)の生産でウェーハ(wafer)の
表面からマテリアル(material)を除去する。このCMP
工程は、化学的機械的研磨(chemicaland mechanical po
lishing)とも言う。このCMP工程を遂行するためのC
MP機械は、Brunelli等による米国特許第570229
2号明細書で詳細に説明されている。CMP機械はウェ
ーハをポリシングパッド(polishing pad)に接触される
ように位置させる。ポリシングパッドはウェーハと相対
的に回転される。
【0003】一般的なCMP機械で、ウェーハはウェー
ハホルダー(wafer holder)に受容される。このウェー
ハホルダーは、パッド上に研磨されるウェーハ表面に位
置する。このウェーハホルダーは、ウェーハの表面とポ
リシングパッドとの間にバイアスフォース(bias force)
を加える。このウェーハホルダーは一般に研磨のための
ウェーハが位置されるリセス(recess)を有する。そし
て、CMP機械作業者により、ウェーハホルダーからウ
ェーハの移動のための適当な所で、ウェーハホルダーが
ポリシングパッドから上げられた時、ウェーハはウェー
ハホルダーに継続受容されなければならない。
【0004】ウェーハホルダーでウェーハをホルディン
グするための多様な技術が使用されている。Giflに
よる米国特許第5095661号明細書は、真空を用い
てウェーハホルダーでウェーハをホルディングする方法
を使用している。ウェーハホルダーは、解除できるチャ
ッキング手段(releasable chucking means)を提供する
ために、一つ又は多数のポートを通じてポンプのような
真空ソース(vacuum source)に連結される。又、このウ
ェーハホルダーにはCMP機械の軸が結合され、ウェー
ハをポリシングパッド上で回転又は移送できるようにす
る。
【0005】Hempel,Jr.による米国特許第5
597346号明細書は、ウェーハホルダーのリテーナ
に対して取り扱っている。リテーナは、ウェーハホルダ
ーでウェーハを受容する。リテーナは、ウェーハホルダ
ーで真空吸着され、ウェーハが研磨工程遂行時外部へ離
脱されることを防止する。
【0006】図1及び図2は、従来のウェーハホルダー
のリテーナにウェーハが位置される状態を示すための図
面である。図1及び図2を参照すると、従来のウェーハ
ホルダーのリテーナ300は、クローズ形態で構成され
ている。リテーナ300にはオープニング302が形成
されているが、このオープニング302にはウェーハ3
04が受容される。ウェーハ304が受容される反対面
から、オープニング302の上にはウェーハ304をホ
ルディングするための構造が設けられる。
【0007】リテーナオープニング302の直径は、ウ
ェーハ304を受容するため、ウェーハ304の直径よ
り大きく形成されている。ウェーハ304がリテーナ3
00に受容されたとき、図2に示されたように、ウェー
ハ304の側面とリテーナ300と内面との間に間隙d
が発生される。
【0008】この間隙は、CMP工程でウェーハの研磨
程度が不均一になるという問題の原因の一つである。例
えば、CMP工程が進行される時、ウェーハホルダーは
高速にポリシングパッド上を移動しながら回転するよう
になる。ウェーハ304は真空吸着されてウェーハホル
ダーにホルディングされるが、ウェーハ304は、ウェ
ーハホルダーの側面へ離脱しようとする傾向を有する。
リテーナ300は、ウェーハ304がウェーハホルダー
の側面へ離脱することを防止する。しかし、ウェーハ3
04とリテーナ300との間には間隙dがあるため、ウ
ェーハ304は、リテーナオープニング302の上で動
く。
【0009】従来のウェーハホルダーの構造は、CMP
工程で反復的に発生される問題の中の一つであるウェー
ハの研磨(polish)程度が異なるという問題の原因の一つ
になり、また、ウェーハの側面の損傷(broke)の原因に
もなり得る。ウェーハの研磨程度が異なるということ
は、ウェーハの加工面上で過度に研磨された領域(over-
polished areas)と研磨不十分領域(under-polished are
as)が局部的に発生されるということである。
【0010】このウェーハの領域は、集積回路構造(int
egrated circuit structures)を生成するためのフォト
リソグラフィックエッチング(photolithographic etchi
ng)のような工程で、この研磨程度の差が付加的に進行
される。ウェーハ上で機能的にダイ(functional die)の
高い収率を提供するための平坦化された層での厚さ差
は、優れた解像度公差(fine resolution tolerances)を
維持することは非常に難しい。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、研磨
工程が遂行される時、ウェーハがウェーハホルダー内で
動くことを防止するための新たな形態の化学的機械的平
坦化機械のためのウェーハホルダーを提供することあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の特徴によると、化学的機械的平坦化機械
のためのウェーハホルダーは、プレート、リテーナ、そ
してアクチュエータ(actuator)を含むように構成され
る。プレートは、研磨されるウェーハの面の反対面でウ
ェーハをホルディングするためのホルディング面が形成
されている。リテーナは、リングタイプとして形成さ
れ、プレートのホルディング面を間に置き、相互分離さ
れた少なくとも二つの部分として形成される。アクチュ
エータは、リテーナに結合されてリテーナが作動される
ようにする。
【0013】このようなウェーハホルダーでリテーナの
少なくとも二つの部分は、ウェーハがホルディングされ
た時クローズ形態を成してウェーハの前側面からウェー
ハがホルディングできる。リテーナは、プレートに結合
され、ウェーハをホルディングした時プレートホルディ
ング面の側面に密着される。又、アクチュエータはモー
タでありうる。ウェーハホルダーは、プレートに連結さ
れる真空ソースを付加的に含め、アクチュエータは真空
ソースと連結され、真空ソースにより作動できる。
【0014】ウェーハホルダーは、リテーナの少なくと
も二つの部分と各々対応されるようにプレートに形成さ
れ、リテーナの各部分が動作される方向と同一に形成さ
れる少なくとも二つのスロットとリテーナの少なくとも
二つの部分に各々結合され、スロットに各々位置され、
アクチュエータと連結され、アクチュエータの作動によ
りリテーナが移動されるようにする少なくとも二つのピ
ンを含める。
【0015】ウェーハはフラットゾーンを有し、リテー
ナは少なくとも二つの部分の中で一つの部分にストッパ
ーを付加的に含み、ウェーハがウェーハホルダーにロー
ディングされる時、ストッパーがフラットゾーンに位置
されてウェーハの側面を支えるようにすることができ
る。リテーナは、ウェーハの側面に密着される内面に設
けられるそして弾力があるインサートを付加的に含め
る。
【0016】このような本発明の化学的機械的平坦化機
械のためのウェーハホルダーは、ウェーハとリテーナと
の間で間隙が発生しない。この構造はウェーハを安定的
にホルディングし、ウェーハの研磨工程が遂行される
時、ウェーハがウェーハのホルダー内部で動かないよう
にする。このウェーハホルダーは、ウェーハホルダー内
でウェーハの動きにより発生される不均一の研磨面が発
生するのを最小限に抑制できる。従って、平坦化された
研磨面を有するウェーハを提供してチップ収率を高めら
れる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に添付さ
れた図3乃至図10に基づいて詳細に説明する。又、図
面で同一の機能を遂行する構成要素に対しては同一の参
照番号を併記する。図3乃至図5は、本発明の実施形態
によるウェーハホルダーのリテーナ(retainer)を示した
図面であり、図6及び図7は図3の変形例によるウェー
ハホルダーのリテーナである。
【0018】図3乃至図5を参照すると、本発明の実施
形態によるウェーハホルダーのリテーナ10は、三部分
10−1,10−2,10−3によって構成されてい
る。このリテーナの三部分10−1,10−2,10−
3は相互結合関係を有する。リテーナ10は、ウェーハ
12がホルディングできるように構成されるので、リテ
ーナの三部分10−1,10−2,10−3は相互結合
された時、ウェーハ12がホルディングできるように形
成される。
【0019】リテーナの三部分10−1,10−2,1
0−3の結合は中間にオープニング(opening)14を形
成する。このオープニング14にはウェーハ12が位置
されるので、リテーナの三部分10−1,10−2,1
0−3の内面はウェーハ12の側面形態と同じように形
成される。一般的に、ウェーハ12は円型の形態を有す
るので、オープニング14は円型の形態を有する。詳細
に後述するが、リテーナの三部分10−1、10−2、
10−3はウェーハホルダーに設けられるアクチュエー
タにより作動される。
【0020】CMP工程で本発明の実施形態によるウェ
ーハホルダーを使用する場合、ウェーハをホルディング
する段階で、リテーナの三部分10−1,10−2,1
0−3を作動させてウェーハ12を側面からホルディン
グする段階を付加的に進行する。例えば、一般的なCM
P機械でウェーハを真空吸着してホルディングする方法
が使用されるウェーハホルダーは既に知られている。本
実施形態のウェーハホルダーは三つの部分10−1,1
0−2,10−3として分割されたリテーナ10によ
り、ウェーハ12を側面からホルディングできる。
【0021】このウェーハホルダーのリテーナ10はウ
ェーハを受容するだけでなく、図4及び図5に示された
ように、ウェーハ12を側面からホルディングできるよ
うにする。即ち、研磨工程が遂行されるウェーハ12と
リテーナ10との間に間隙が発生されない。リテーナ1
0の内面には弾力があるインサート(図示せず)が設け
られる。このインサートは、リテーナ10からウェーハ
12に作用される力を分散させるので、ウェーハ12を
保護する役割を果たす。
【0022】図6及び図7は、前述した本発明の実施形
態で変形されたリテーナ10’を示している。図6及び
図7を参照すると、リテーナ10’の三部分10−
1’,10−2’,10−3’の中の一部10−2’に
はストッパー18が形成されている。このストッパー(s
topper)18はウェーハ12のフラットゾーン16に位
置されるように形成される。一般的に、ウェーハのフラ
ットゾーン16は、ウェーハ12上に半導体素子を形成
する時、ウェーハ12の基準を設定するために非常に有
効に使用される。本変形例はCMP工程を進行する時、
ウェーハのフラットゾーン16へ力が加えられる場合に
リテーナ10’で支えるようにするためである。
【0023】もちろん、フラットゾーンを使用しない場
合には、前述した本発明の実施形態によるリテーナが設
けられたウェーハホルダーを使用すればよい。このよう
なウェーハのフラットゾーンに結合されるストッパーを
使用する場合、ウェーハホルダーに使用される重さ中心
調節装置が必要としないので、ウェーハホルダーの構造
を単純に構成できる。
【0024】図8は、前述したリテーナが設けられたウ
ェーハホルダーを示している。図8を参照すると、ウェ
ーハホルダー40はリテーナ10,マウンティングプレ
ート(mounting plate)20,マニフォルドプレート(man
ifold plate)22,そしてトッププレート(top plate)
24等で構成される。トッププレート24にはCMP機
械にウェーハホルダーを連結するための各種部分が形成
される。一例として、トッププレート24にはCMP機
械の駆動軸26が結合される部分が形成される。
【0025】CMP機械でウェーハホルダー40の運動
方法は色々方法が知られているので、詳細な説明は省略
する。例えば、ウェーハホルダー40は、駆動軸26に
より、ポリシングパッドに上へ向く力が作用され、ポリ
シングパッド(厳密に言えば、ベース(base))の運動に
対して相対的な運動をする。一般的に、CMP機械は真
空を用いてウェーハをホルディングする方法が使用され
ている。真空を用いてウェーハをホルディングするウェ
ーハホルダーは既に知られているので、詳細な説明は省
略する。
【0026】もちろん、ウェーハをホルディングするた
めの他の方法が使用できることは、この分野の通常的な
知識を持っている者なら自明である。トッププレート2
4,マニフォルドプレート22,そしてマウンティング
プレート20にはウェーハを真空にホルディングするた
めに、真空ソースと連結された構造が形成される。マウ
ンティングプレート20は、図8に示したように、ウェ
ーハを真空吸着してホルディングするために、ウェーハ
が位置する面上へ多数のホールが形成されている。マニ
ホールドプレート22は真空ソースとマウンティングプ
レート20に形成された多数のホールを連結するための
構造が形成される。
【0027】マウンティングプレート20でウェーハが
真空吸着される部分(holding side;以下、ホルディン
グ面)はリテーナ10のオープニング14に位置され
る。即ち、リテーナ10はリングタイプに形成され、マ
ウンティングプレート20のホルディング面を間に置
き、位置される。結論的に、本発明の実施形態によるウ
ェーハホルダー40でウェーハはマウンティングプレー
ト20のホルディング面に真空吸着され、リテーナ10
により両側面からホルディングされる。
【0028】図9及び図10は、本発明の実施形態によ
るウェーハホルダーでリテーナを動作させるための方法
を示した図面である。図9及び図10を参照すると、リ
テーナ10はマウンティングプレート20上に配置され
るシリンダ36によりホルディング/分離動作をする。
シリンダ36は、リテーナ10を動作させるためのアク
チュエータである。例えば、アクチュエータは、電気及
び油圧モータ又はポンプ等と多様な形態として連結でき
ることは、この分野の従事者は理解されやすいことであ
る。又、アクチュエータの動力源は、多様な形態が使用
できる。
【0029】本実施形態でシリンダ36はウェーハホル
ダー40で使用される真空ソースと連結されて作動され
る。シリンダ36の制御は、ウェーハホルダー40を制
御するコントローラ(図示せず)を使用すると、簡単に
適用できることである。これはこの分野の通常的な知識
を持っている者なら自明である。シリンダ36は、リテ
ーナ10と連結されて設けられる三つのピン32と連結
されたロッカー34と連結されている。ロッカー34は
リテーナ10が安定して作動するように、シリンダ36
と三つのピン32を連結させる。リテーナ10は前述し
たように、二つの以上の部分によって構成できる。
【0030】従って、ピン32は、リテーナ10の部分
に各々構成される。ピン32は、マウンティングプレー
ト20に形成されたスロット30を通じてロッカー34
に結合される。スロット30の長さはリテーナ10部分
の各ストローク(stroke)に合わせて設定できる。ピン3
2とスロット30は、リテーナ10を安定的に動作させ
るように構成する。本実施形態でピン32はリテーナ1
0の各部分で三つずつ設けた。スロット30にピン32
が各々位置する。シリンダ36は、リテーナ10の部分
の数に従って設けられるものである。
【0031】
【発明の効果】このような本発明を適用すると、ウェー
ハホルダーとリテーナとの間で間隙が発生されないた
め、ウェーハを安定してホルディングし、ウェーハの研
磨工程が遂行される時、ウェーハがウェーハのホルダー
内部で動かないようにすることができる。ウェーハホル
ダーは、ウェーハホルダー内でウェーハの動きにより発
生される、不均一の研磨面が発生するのを最小限に抑制
できる。
【0032】従って、平坦化された研磨面を有するウェ
ーハを提供してチップの高い収率が提供できる。一方、
ウェーハのフラットゾーンに結合されるストッパーを使
用する場合、ウェーハホルダーに使用される重さ中心調
節装置が必要とされないので、ウェーハホルダーの構造
が単純に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の化学的機械的平坦化機械でウェーハホ
ルダーのリテーナにウェーハがローディングされた状態
を説明するための図面である。
【図2】 図1の断面1B−1Bを示した断面図であ
る。
【図3】 ウェーハがローディングされる前、本発明の
実施形態による化学的機械的平坦化機械でウェーハホル
ダーのリテーナの状態を説明するための図面である。
【図4】 図3のリテーナにウェーハがローディングさ
れた後の状態を説明するための図面である。
【図5】 図4の断面3B−3Bを示した断面図であ
る。
【図6】 図3の変形例によるウェーハホルダーのリテ
ーナを説明するための図面である。
【図7】 図3の変形例によるウェーハホルダーのリテ
ーナを説明するための図面である。
【図8】 図3のリテーナが適用されたウェーハホルダ
ーの断面図である。
【図9】 図7のリテーナの動作を説明するための図面
である。
【図10】 図7のリテーナの動作を説明するための図
面である。
【符号の説明】
10,10’ リテーナ 10−1,10−1’ 第1リテーナ部分 10−2,10−2’ 第2リテーナ部分 10−3,10−3’ 第3リテーナ部分 12 ウェーハ 14,14’ オープニング 16 フラットゾーン 18 ストッパー 20 マウンティングプレート 22 マニホールドプレート 24 トッププレート 26 駆動軸 30 スロット 32 ピン 34 ロッカー 36 シリンダ 40 ウェーハホルダー

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学的機械的平坦化機械のためのウェ
    ーハホルダーにおいて、 研磨されるウェーハの面の反対面で前記ウェーハをホル
    ディングするためのホルディング面が形成されたプレー
    トと、 リングタイプとして形成され、前記プレートのホルディ
    ング面を間に置き、相互分離された少なくとも二つの部
    分で形成されるリテーナと、 前記リテーナに結合されて前記リテーナが作動されるよ
    うにするアクチュエ−タとを含み、前記リテーナは前記
    ウェーハの側面から前記ウェーハをホルディングするこ
    とを特徴とする化学的機械的平坦化機械のためのウェー
    ハホルダー。
  2. 【請求項2】 前記リテーナの前記少なくとも二つの
    部分は、前記ウェーハがホルディングされた時クローズ
    形態を成して前記ウェーハの前側面から前記ウェーハを
    ホルディングすることを特徴とする請求項1に記載の化
    学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
  3. 【請求項3】 前記リテーナは、前記プレートに結合
    され、前記ウェーハをホルディングした時、前記プレー
    トホルディング面の側面に密着されることを特徴とする
    請求項1又は請求項2に記載の化学的機械的平坦化機械
    のためのウェーハホルダー。
  4. 【請求項4】 前記アクチュエータは、モータである
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の化学的
    機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
  5. 【請求項5】 前記ウェーハホルダーは、前記プレー
    トに連結される真空ソースを付加的に含み、前記ウェー
    ハは、前記真空ソースにより前記ホルディング面に真空
    吸着されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダ
    ー。
  6. 【請求項6】 前記アクチュエータは、前記真空ソー
    スと連結され、前記真空ソースにより作動されることを
    特徴とする請求項5に記載の化学的機械的平坦化機械の
    ためのウェーハホルダー。
  7. 【請求項7】 前記ウェーハホルダーは、前記リテー
    ナの少なくとも二つの部分と各々対応されるように前記
    プレートに形成される少なくとも二つのスロットと、 前記リテーナの各部分に各々結合され、前記スロットに
    各々位置され、前記アクチュエータと連結されて前記ア
    クチュエータの作動により前記リテーナが移動されるよ
    うにする少なくとも二つのピンとを含むことを特徴とす
    る化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
  8. 【請求項8】 前記ウェーハは、フラットゾ−ンを有
    し、 前記リテーナは少なくとも二つの部分の中で一つの部分
    にストッパーを付加的に含み、前記ウェーハが前記ウェ
    ーハホルダーにローディングされる時、前記ストッパー
    がフラットゾーンに位置され、前記ウェーハの側面を支
    えるようにすることを特徴とする請求項1又は請求項2
    に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホル
    ダー。
  9. 【請求項9】 前記リテーナは、前記ウェーハの側面
    に密着される内面に設けられ、弾力のあるインサートを
    付加的に含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に
    記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダ
    ー。
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