KR100869135B1

KR100869135B1 - 화학적 기계적인 연마를 위해서 능동유지링의 표면과웨이퍼의 표면을 정렬시키는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100869135B1
Application number: KR1020037012417A
Authority: KR
Inventors: 미구엘에이. 살다나; 다몬 빈센트 윌리엄스
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2008-11-18
Also published as: DE60216427D1; EP1372907B1; EP1372907A2; DE60216427T2; TW559924B; EP1710047A3; CN100406199C; CN1500029A; AU2002254492A1; KR20030085571A; WO2002078900A3; US20020151254A1; US6709322B2; US6843707B2; JP2005510855A; WO2002078900A2; US20040102138A1; EP1710047A2

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 화학적 기계적으로 연마된 가장자리의 가장자리형상과 상기 가장자리 내에 웨이퍼의 화학적 기계적으로 연마된 중앙부의 중앙형상 사이에서의 차이의 발생을 감소시키기 위한 것으로, 상기 웨이퍼는 웨이퍼운반기의 운반기 표면에 장착되어서 웨이퍼회전축이 웨이퍼스핀들의 스핀들회전축에 대한 일반적인 이동을 위해서 짐벌링 되고, 유지링은 웨이퍼축에 수직한 운반기 표면에서 웨이퍼이동을 제한하여, 선형베어링은 하우징과 축을 갖추어 상기 웨이퍼운반기와 유지링의 사이에서 허용된 이동의 방향이 단지 웨이퍼축에 평행한 이동이어서 웨이퍼평면과 유지링평면은 동일평면이 될 수 있다.

Description

화학적 기계적인 연마를 위해서 능동유지링의 표면과 웨이퍼의 표면을 정렬시키는 장치 및 방법{Apparatus and methods for aligning a surface of an active retainer ring with a wafer surface for chemical mechanical polishing}

본 발명은 일반적으로 화학적 기계적인 연마(이하 CMP:Chemical Mechanical Polishing)작업의 성능과 효율성을 개선하기 위한 CMP시스템과 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 웨이퍼를 운반하기 위해서 짐벌(gimbal)이 장착된 판에 관한 것이며, 본 발명에서는 웨이퍼 운반용 판의 웨이퍼 접촉표면과 능동유지링의 웨이퍼 연마기와 접촉하는 표면을 정렬시켜서 가장자리효과(edge effect)를 감소시킨다.

반도체 장치의 제조에서는 실리콘으로 제조되고 200mm나 300mm의 직경을 가지는 디스크형태와 같은 반도체 웨이퍼에 화학적 기계적인 연마작업을 할 필요가 있다. 설명의 용이함을 위해서, 용어 "웨이퍼"는 아래에서 설명을 위해 사용되어지고, 반도체 웨이퍼 및 전기 또는 전자 회로를 지지하기 위해서 사용되는 다른 평면구조물 또는 기판과 같은 것을 포함한다.

집적회로장치는 상기와 같은 웨이퍼에 만들어지는 다층구조물의 형태가 될 수 있다. 한 트랜지스터 장치가 한 층에 형성될 수 있고, 다음 층에 내부연결 금속선이 패턴화될 수 있으며, 요구되는 기능의 장치를 형성하기 위해서 트랜지스터 장치와 전기적으로 연결된다. 패턴화된 전도층은 유전물질에 의해 다른 전도층으로부터 절연된다. 더 많은 금속층과 이와 관련된 유전층이 형성될수록, CMP작업과 같은 작업을 통해서 유전물질을 평탄화할 필요가 증가한다. 이러한 평탄화 없이, 부가적인 금속층의 제조는 표면형상의 변화 때문에 실제로 더 어려워진다.

CMP시스템은 통상적으로 웨이퍼의 선택된 표면을 연마하기 위해서 벨트 연마기와 같은 연마부(polishing station)를 포함한다. 통상적인 CMP시스템에서, 웨이퍼는 운반기의 웨이퍼 접촉면 (운반기 표면) 에 장착된다. 장착된 웨이퍼는 예컨대 연마벨트의 연마표면과 접촉하기 위해서 노출된 표면(웨이퍼표면)을 가진다. 운반기와 웨이퍼는 회전방향으로 회전된다. 예컨대, 노출되어 회전하는 웨이퍼표면과 노출되어 이동하는 연마표면에 서로를 향하여 힘이 가해졌을 때, 그리고 노출된 웨이퍼표면과 노출된 연마표면이 서로에 대하여 움직일 때, CMP작업은 달성될 수 있다. 운반기 표면은 운반기평면을 규정하는 데에 사용되고, 노출된 웨이퍼표면은 웨이퍼평면을 규정하는 데에 사용되며, 웨이퍼평면과 접촉하는 노출된 연마표면은 연마평면을 규정하는 데에 사용된다.

종래에는, 웨이퍼운반기는 운반기를 위한 회전력과 연마력을 제공하는 스핀들에 장착되었다. 노출된 연마표면과의 원하는 접촉을 위해 웨이퍼운반기가 노출된 웨이퍼표면을 적절하게 위치할 수 있도록 하기 위해서, 예컨대 짐벌이 스핀들과 웨이퍼운반기 사이에 설치되었다. 이 짐벌은 상기 운반기평면이 웨이퍼운반기를 회전시키는 스핀들축에 대하여 경사지게 한다. 이러한 경사는 운반기평면을 벨트의 연마평면에 평행하게 한다. 그러나, 일반적으로 짐벌의 설치는 운반기 표면과 스핀들에 장착되는 힘 센서 사이에 더 많은 기계적인 구조물을 필요로 한다. 결과적으로, 기계적 구조물에서 마찰에 대한 기회가 더 많아지게 되어 센서에 의해서 감지된 힘을 감소시킨다.

수평력에 대해서 웨이퍼를 지지하는 소위 능동유지링이라 칭하는 것이 웨이퍼를 운반기판에 유지시키기 위해서 구비된다. 그러나, 이러한 능동유지링의 설계는 이 능동유지링의 역기능을 인식하지 못해 왔다. 그러므로, 이러한 설계는 이러한 능동유지링의 짐벌과 같은 작용을 고려하지 않았다. 운반기에 장착된 이러한 유지링의 작용은 노출된 유지링의 표면(링표면)에 의해 형성된 유지링평면의 관점에서 인식될 수 있다. 이러한 구조는 이러한 능동유지링의 약한 유도로 인해 링표면에 작용하는 벨트의 수평력과 같은 힘에 응하여 축방향으로 웨이퍼평면으로부터 떨어져서 유지링평면을 위치되게 한다는 것을 인식하지 못했다. 이 벗어나는 간격은 노출(reveal)로 칭할 수 있고, 만약 이 노출이 양(positive)의 값이라면, 웨이퍼평면은 링평면보다 벨트의 연마평면에 더 가깝다. 일반적으로, 음(negative)의 값인 노출은 웨이퍼를 연마전에 운반기 표면에 위치시키는 데에 적절하게 사용된다.

상기와 같은 종래의 능동유지링의 약한 유도의 부족의 예로서, 웨이퍼에 대하여 능동유지링과 같은 것을 구동하는 블래더(bladder)와 같은 모터는 유연하고, 유지링평면이 운반기평면에 대하여 그리고 웨이퍼평면에 대하여 제어되지 않은 방법으로 이동하도록 하였다. 이 제어되지 않은 상대적인 유지링-웨이퍼 운반기의 이동은 유지링평면을 경사지게 하고, 운반기평면과 웨이퍼평면에 대하여 평행하지 않게 했다. 불행하게도, 경사진 방향에서 상기 유지링은 웨이퍼평면과 동일평면이 아니다. 결과적으로, 이러한 경사는 웨이퍼와 유지링의 주위를 따라서 즉 운반기의 회전축 주위로 다른 각도에서 노출값을 다르게 한다. 예컨대 유지링이 제어되지 않아서 CMP작업에서 문제를 발생시켰기 때문에, 노출값의 이러한 차이는 바람직하지 못하다. 이 문제는 웨이퍼의 가장자리(edge)의 관점에서 이해될 수 있고, 이 가장자리는 일반적으로 웨이퍼의 바깥외주로부터 안쪽으로 예컨대 약 5mm 내지 8mm로 연장하는 웨이퍼표면의 환상부를 포함함다. CMP연마에서의 상기 문제는 노출값의 변화가 각각의 다른 노출값에 대해서 다른 값을 가지는 연마된 웨이퍼의 가장자리의 수직형상을 나타내기 때문이다.

그러므로, 상기와 같은 경사를 피하기 위해서 유지링의 이동을 제한하면서 웨이퍼평면에 대하여 유지링을 이동하게 하는 방법이 필요하다. 또한, 유지링평면과 웨이퍼평면이 정렬될 수 있도록, 즉 동일평면이 될 수 있도록, 유지링이 운반기평면과 웨이퍼평면에 대하여 평행에서 이탈되는 것을 방지할 필요가 있다. 또한, 운반기의 회전축에서 웨이퍼와 유지링의 다른 회전각에서 노출값을 다르게 하는 상대적인 이동을 방지하면서 능동유지링을 웨이퍼평면에 대하여 이동하게 하는 구조와 방법이 필요하다. 특히, 웨이퍼평면에 대하여 능동적으로 움직이는 유지링의 장점을 유지하면서 CMP작업 동안 웨이퍼의 균일한 가장자리형상을 제공하는 구조와 방법이 필요하게 되었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하는 CMP시스템과 방법을 제공함으로써 요구를 만족시키기 위한 것으로, 유지링평면이 잘못 정렬되게 하는(즉, 운반기평면과 웨이퍼평면에 대하여 평행이 아닌, 또는 웨이퍼평면과 동일평면이 아닌) 이러한 경사를 방지하기 위해서 유지링의 이동을 제한하면서 웨이퍼평면에 대해서 유지링이 이동하게 하는 구조와 방법이 제공된다. 이러한 시스템과 방법에서, 유지링은 웨이퍼평면에 대하여 이동될 수 있으나, 이 상대이동은 웨이퍼를 연마하기 위해서 유지링평면과 웨이퍼평면이 동일평면이 될 수 있도록 제한된다. 특히, 상대이동의 방향은 웨이퍼평면과 운반기평면에 수직한 방향으로 제한되어서, 원하는 노출값이 웨이퍼와 유지링의 외주 주위로 즉, 운반기 회전축 주위로 다른 각도에서 같은 값으로 유지된다. 그러므로, 상기 웨이퍼평면에 대하여 능동적으로 이동하는 유지링의 장점은 균일하지 않은 노출의 문제를 갖지 않고서 유지된다는 것이다.

본 발명에 따른 시스템과 방법의 한 실시예에서, 웨이퍼를 지지하기 위해서 운반기판에 운반기 표면이 구비된다. 유지링이 운반기판에 대한 이동을 위해서 장착된다. 선형 베어링 정렬부가 운반기판과 유지링 사이에 장착된다. 이 정렬부는 운반기에 대하여 유지링의 이동을 제한하도록 구성되고, 여기에서 허용된 이동은 유지링평면과 웨이퍼평면을 평행하게 유지시키거나, 연마를 위해서 웨이퍼평면과 동일평면을 유지하게 한다.

본 발명의 시스템과 방법의 다른 실시예에서, 스핀들하우징에 대하여 이동가능하게 운반기판을 장착하기 위해서 운반기판을 포함하는 조립체에 짐벌이 구비된다. 스핀들하우징은 구동스핀들에 장착된다. CMP작업 동안에, 짐벌은 운반기판이 이동하여 웨이퍼평면이 이동가능하게 하고, 연마 평면과 동일평면을 이루게 한다. 유지링이 운반기판에 대한 이동을 위하여 장착되어 웨이퍼에 대하여도 이동가능하다. 그러나, 선형 베어링 정렬부는 운반기판의 중앙축에 평행한 경로를 따르는 운반기판에 대한 유지링의 이동만을 허용하여서 상기와 같은 상대이동을 제한한다.

본 발명의 시스템과 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 선형 베어링 정렬부는 웨이퍼운반기 주위로 이격된 개별적인 선형 베어링 조립체의 배열로 제공된다.

본 발명에 따른 시스템과 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 선형 베어링 정렬부는 유지링과 연결된 개별적인 선형 베어링 조립체의 배열로서 제공되고, 연마벨트에 의해서 유지링에 작용된 힘은 유지링의 보정을 위해서 운반기판의 축과 평행하게 전달된다.

본 발명의 시스템과 방법에 관련된 실시예에서, 운반기에 장착된 웨이퍼에 대하여 유지링을 이동시키기 위해서 상기 선형 베어링 정렬부는 모터와 연결되어 유지링과 함께 조립되어서, 웨이퍼의 노출된 표면과 연마패드와 맞물리게 될 유지링의 표면은 연마작업동안에 동일평면이 된다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 첨부도면과 함께 본 발명의 원리를 예로서 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 첨부도면과 함께 다음의 상세한 설명으로 쉽게 이해될 것이고, 아래에서 같은 참조번호는 같은 구조부재를 나타낸다.

도 1은 화학적 기계적인 연마표면과 접촉하기 위해서 웨이퍼 운반기판이 웨이퍼와 유지링을 지지하는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 개략적인 정면도이고,

도 2는 웨이퍼 운반기판에 의해서 운반되는 웨이퍼와 이 웨이퍼를 둘러싸는 유지링과의 접촉을 위해, 벨트로 도시된 연마표면을 개략적으로 도시하는 도 1의 2-2선에 따른 평면도,

도 3은 웨이퍼 운반기판과 유지링 사이에서 선형 베어링 조립체를 나타내는, 웨이퍼 운반기판을 스핀들의 회전축에 대하여 이동시키는 짐벌조립을 개략적으로 도시하는 도 2의 3-3선에 따른 단면도,

도 4a는 운반기판에 웨이퍼를 위치시키기 위해서 유지링 노출이 최대값을 가지는 위치로 유지링을 편항시키는 스프링과 운반기판에 조립된 유지링을 유지하는 연결축을 도시하는 도 2의 4a-4a선에 따른 단면도,

도 4b는 유지링을 스프링력에 대해 반대로 이동시키는 선형모터를 나타내는 , 유지링의 노출이 웨이퍼 연마를 위해서 제로값을 갖는 위치에서 상기 유지링을 도시한 도 4a와 유사한 단면도,

도 4c는 노출의 제로값과 유지링평면과 웨이퍼평면의 동일평면을 도시하는 도 4b의 부분확대도,

도 4d는 운반기판에 웨이퍼를 용이하게 위치시키는 웨이퍼운반기로부터 웨이퍼를 최대값으로 떨어진 위치로 이동시키는 선형모터를 도시하는 도 4a 및 도 4b와 유사한 단면도,

도 5는 운반기판과 유지링 사이에서의 상대운동이 웨이퍼평면과 운반기평면에 수직한 방향으로 제한되도록 운반기판과 유지링 사이에 선형 베어링 조립체를 장착하기 위한 다양한 조임구를 도시하는 도 2의 5-5선에 따른 단면도,

도 6은 웨이퍼 운반기판에 연결되고 스핀들에 제공된 진공 및 가스공급라인을 도시하는 도 2의 6-6선에 따른 단면도,

도 7은 로드셀과 연결되고, 웨이퍼 운반기판의 테이퍼진 공동에 수용된 구동핀을 포함하는 짐벌조립을 도시하는 도 2의 7-7선에 따른 단면도,

도 8은 유지링베이스에 고정되는 유지링을 도시하는 도 2의 8-8선에 따른 단면도,

도 9는 4개의 선형 베어링 조립체를 위한 웨이퍼 운반기판으로부터 연장하는 플렌지 (flange) 를 도시하는 웨이퍼 운반기판의 사시도,

도 10은 유지링에 의해서 둘러싸여진 웨이퍼 접촉면을 도시하는 웨이퍼 운반기판의 사시도,

도 11은 노출된 유지링의 표면과 웨이퍼를 정렬하기 위한 본 발명에 따른 방법을 나타내는 순서도,

도 12는 웨이퍼 접촉면과 유지링표면에서 웨이퍼 운반기까지 각각의 힘을 전달하기 위한 본 발명에 따른 방법을 나타내는 순서도,

도 13은 유지링을 교정하기 위한 본 발명에 따른 방법의 동작을 나타내는 순서도,

도 14는 유지링을 교정한 결과를 나타내는 그래프,

도 15는 교정그래프를 사용하기 위한 본 발명에 따른 방법의 동작을 나타내는 순서도,

도 16은 웨이퍼의 화학적 기계적으로 연마된 가장자리부의 가장자리형상과 가장자리부에서 웨이퍼의 화학적 기계적으로 연마된 중앙부의 중앙형상 사이의 차이의 발생을 감소시키기 위한 본 발명에 따른 방법을 도시하는 순서도,

도 17a는 본 발명의 선형 베어링 조립체가 구비되지 않은 유지링을 사용하여 연마된 웨이퍼의 외부가장자리를 나타내는 단면도,

도 17b는 웨이퍼의 중앙부의 형상을 도시하는 도 17a에 도시된 웨이퍼의 단면도이다.

본 발명은 CMP시스템과 방법에 관한 것으로, 웨이퍼의 노출된 표면의 정밀제어연마를 가능하게 하는 것이다. 본 발명은 전술된 문제에 대한 해법을 실시하는 CMP시스템과 방법을 제공하여 전술된 요구를 만족시키고, 유지링이 운반기평면과 웨이퍼평면에 관하여 평행되지 않게 되는 경사를 방지하기 위해서 유지링의 이동을 제한하면서 유지링이 웨이퍼평면에 대하여 이동하게 하는 구조와 방법이 제공된다. 이러한 시스템과 방법에서 유지링평면은 웨이퍼평면에 대하여 운동할 수 있으나, 상대운동은 제한된다. 상대운동의 방향은 웨이퍼평면과 운반기평면에 수직한 방향으로 제한된다. 결과적으로, 웨이퍼를 연마하기 위해서 웨이퍼평면과 유지링평면은 동일평면이 될 수 있다. 또한, 웨이퍼와 유지링의 외주 주위로, 즉 운반기의 회전축 주위로 다른 각도에서의 원하는 노출의 값은 같다. 그러므로, 웨이퍼평면에 대하여 능동적으로 이동되는 유지링의 장점은 균일하지 않은 노출이나 이러한 동일평면의 결여로부터 발생하는 문제없이 유지된다는 것이다.

다음의 설명에서, 구체적이고 상세한 설명이 본 발명의 완전한 이해를 위해서 기술된다. 그러나, 당해업자에게는 본 발명이 이러한 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 한편, 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해서 잘 알려진 공정작업은 상세히 설명되지 않았다.

도 1과 도 2는 CMP시스템(200)을 포함하는 본 발명의 한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1과 도 2의 실시예는 웨이퍼운반기(212)의 웨이퍼운반기 표면(210)로 구성된 웨이퍼(208)의 노출된 표면(206)을 연마하기 위해서 무한벨트(204)에 형성된 연마헤드(202)를 구비한다. 웨이퍼(208)는, 예컨대 전술된 웨이퍼 중 임의의 것도 될 수가 있다. 연마헤드(202)는 벨트(204)를 사용하여 웨이퍼(208)의 표면(206)을 연마하도록 설계한다. 벨트(204)는 CMP 재료 또는 고정된 연마패드 재료 등으로 만들어질 수 있다. 일반적으로, 원하는 연마수준과 정밀도를 가능하게 하는 어떠한 패드 재료도 벨트(204)에 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 벨트(204)는 예컨대 IC 1000 연마패드와 함께 스테인레스강 코어를 가질 수 있다.

연마벨트(204)는 웨이퍼(208)의 CMP를 수행하고, 이러한 목적을 위해서 이격된 캡스턴(216;capstan)에 의해서 선형적으로(화살표 214로 도시됨) 이동된다. 캡스턴(216)은 스핀들(220)의 회전축(218)에 대하여 벨트(204)를 이동시킨다. 스핀들(220)은 축(218) 주위로 회전되고, 축(218)과 평행한 벨트(204)를 향하여 밀려나간다. 또한, 도 3에서 스핀들(220)은 짐벌조립체(222)에 의해서 웨이퍼운반기(212)에 장착되어, 웨이퍼운반기(212)를 이동하게 하여 스핀들축(218)에 대하여 소정의 각도로 또는 경사지게 운반기의 회전축(224; 도 3참조)을 위치시킨다. 웨이퍼운반기(212)는 스핀들(220)에 의해서 벨트(204)를 향하여 밀려나간다 차례로, 웨이퍼운반기 표면(210)에 장착된 웨이퍼(208)의 노출된 표면(206)은 CMP작업을 수행하기 위해서 벨트(204)에 대하여 연마력(도 1의 화살표 225로 도시됨)에 의해서 밀려나간다. 벨트(204)는 연마력(225)에 저항하기 위해서 벨트판(204p)에 의해서 지지된다. 유지링(226)은 웨이퍼운반기(212)에 이동가능하게 장착된다. 유지링(226)은 웨이퍼(208)의 외주가장자리부(208E; 도 4a참조)를 노출시키도록 이동될 수 있다. 노출된 가장자리부(208E)는 이하 노출부(227)로 칭하며, 도 4a는 노출부의 최대값을 도시한다. 유지링(226)은 운반기(212)로부터 노출이 없는 연마위치(도 4b와 도 4c참조)까지 이동가능하다. 노출값이 제로인 위치에서, 웨이퍼(208)의 가장자리부(208E)의 노출된 부분은 없다(즉, 노출부(227)가 없음). 도 4b와 도 4c에서, 내부가장자리(226I)는 웨이퍼(208)의 표면(206)에 벨트(204)에 의해서 작용된 마찰연마력(도 1의 화살표 228로 도시됨)에 대하여 축(224)에 중심을 둔 웨이퍼(208)를 유지시키기 위해서 웨이퍼(208)의 가장자리부(208E)를 둘러싼다. 유지링(226)은 도 4d에 도시된 것과 같이 운반기(212)로부터 더 멀리 이동할 수 있어서 링(226)의 표면(233)에 의해 한정된 평면(232)은 운반기(212)에 웨이퍼(208)를 용이하게 장착하도록 웨이퍼(208)의 노출된 표면(206)에 의해서 한정된 평면(234) 너머에 위치된다. 이 위치는 유지링(226)의 웨이퍼 장착위치로 칭한다.

상기 운반기 축(224) 및 웨이퍼(208)의 대칭(또는 회전)축(231)과 평행하게 이동하도록 운반기(212)에 대한 유지링(226)의 이동을 제한하기 위하여 유지링(226)과 웨이퍼운반기(212)의 사이에 선형 베어링 조립체(230; 도 1에서 점선으로 도시됨)가 설치된다. 유지링(226)의 표면(233)에 의해서 한정된 평면(232)과 웨이퍼운반기 표면(210)에 장착된 웨이퍼(208)의 노출된 표면(206)에 의해서 한정되는 평면(234) 및 웨이퍼(208)가 장착되는 표면(210)에 의해서 한정되는 평면(236) 사이에서 이러한 제한은 평행을 보장한다. 연마동안에, 이러한 제한은 평면(232)과 평면(234)의 동일평면을 보장한다. 짐벌조립체(222)가 웨이퍼운반기(212)가 이동되게 하고 스핀들축(218)에 대하여 경사진 운반기 회전축(224; 도 3참조)을 위치시키기 때문에, 유지링평면(232)과 웨이퍼평면(234) 및 웨이퍼운반기평면(236)은 서로에 대해서 뿐만 아니라 웨이퍼표면(206)과 링표면(233)에 의해서 접촉된 상기 벨트부(204)에 의해서 한정된 평면(238)에 평행하게 이동할 수 있다. 그러므로 선형 베어링 조립체(230)에 의해서 부가된 이동의 제한은 짐벌조립체(222)에 의해서 가능한 이동을 제한한다.

전술한 바와 같이, 상기 스핀들(220)은 축(218)에 평행하게 벨트(204) 쪽으로 밀려나간다. 지지판(204p)의 지지에 의해, 벨트(204)는 이러한 밀림에 저항하고 힘(F1; 도 3참조)을 노출된 웨이퍼표면(206)에 작용시키고, 힘(F2)을 노출된 링표면(233)에 인가한다. 웨이퍼운반기(212)에 장착된 유지링(226)과 운반기(212)의 회전축(224)에 평행하게 이동하도록 유지링(226)의 이동을 제한하는 선형 베어링 조립체(230)에 의해, 힘(F1)과 힘(F2)은 평행하고, 또한 축(224)에 평행하다. 이러한 힘(F1)과 힘(F2)은 합해지고, 스핀들축(218)에 평행한 힘(F1)과 힘(F2)의 분력(FC)은 로드셀(240;도 1에서 점선으로 도시됨)에 의해서 감지된다. 감지된 분력(FC)에 응하여 로드셀(240)로부터의 신호(도시되지 않음)는 스핀들(220)이 운반기(212) 쪽으로 밀리는 것에 의한 힘을 제어하는 데에 사용될 수 있다.

도 3과 도 6에는, 상기 스핀들(220)의 축(218)이 도시된다. 스핀들(220)은 종래의 캠동작 커넥터나 베이스(242)를 포함할 수 있다. 베이스(242)는 잘 알려진 방법으로 스핀들(220)의 또 다른 커넥터(도시되지 않음)에 고착되어서, 베이스(242)는 CMP작업을 위한 회전과 밀림을 수용한다. 베이스(242)는 쇼울더(244)와 플렌지(246)를 구비한다. 플렌지(246)는 절단되어 로드셀(240)을 수용하는 단차진 공동(248)을 형성한다. 로드셀(40)은 캐나다, 테메큘라의 트랜스듀서 테크닉에 의해서 판매되는 모델번호 LPU-500-LRC와 같은 표준 스트레인 게이지가 될 수 있다. 로드셀(240)은 약 0파운드의 힘내지 500파운드의 힘까지의 범위를 감지하는 부하를 가질 수 있다. 더 바람직하게는 예컨대 약 0파운드의 힘에서 400파운드의 힘과 같은 더 정확한 부하감지 범위가 사용될 수 있다. 로드셀(240)은 볼트(250; 도 6참조)에 의해서 베이스(242)에 고착된다. 로드셀(240)은 짐벌조립체(222)의 제 1짐벌부재 또는 구형상짐벌소켓(254)에 부착을 위해서 형성된 입력 또는 감지팁(252)을 가진다. 소켓(254)은 제 2짐벌부재 또는 짐벌볼(256)을 수용한다. 볼(256)은 웨이퍼운반기(212)의 공동(258)내에 장착된다. 공동(248)과 공동(258)은 마주보고, 웨이퍼운반기 표면(210)이 입력팁(252)에 매우 근접하도록 구성된다(도 3의 치수(260)로 도시됨). 또한, 아래에서 설명되듯이 짐벌조립체(222)는 공동(248)과 공동(258) 사이에서 최소의 기계조립체를 제공한다. 이러한 방법으로, 웨이퍼운반기(212)와 로드셀(240) 사이에서의 마찰손실이 감소되고, 힘(FC)의 더 정확한 측정을 도모한다. 이와 같은 방법으로, 로드셀(240)에 의해서 감지된 힘은 힘(FC)을 더 정확하게 표현한다. 아래에 설명되듯이, 보정동작은 선형모터(300)에 작용된 다양한 작동압력(PB; 도 14참조)에 따라서 유지링(226)의 힘(FR; 도 3과 도 14참조)의 값을 결정한다.

상기 스핀들축(218)은 소켓(254)의 중앙축(262; 도 6참조)과 정렬된다. 소켓(254)에 대하여 볼(256)의 가능한 이동('짐벌이동' 으로 칭함)은 웨이퍼운반기의 중앙축(224)과 볼(256)의 축(즉, 운반기의 축(224)과 동일축 임)이 소켓축(262)과 스핀들축(218)에 대하여 이동할 수 있도록 한다. 공간(266; 예컨대 에어갭)은 베이스(242)와 웨이퍼운반기(212) 사이에서 짐벌이동이 가능하도록 제공된다. 공간(266)은 약 0.100인치(0.254cm)내지 약 0.050인치(0.127cm)까지 될 수 있다. 힘(F1)과 힘(F2)으로부터의 힘의 분력(FC)은 웨이퍼운반기(212)로부터 볼(256)과 소켓(254) 및 입력팁(252)까지 로드셀(240)을 작동하도록 이동된다.

도 3과 도 6 및 도 7에서, 상기 웨이퍼운반기(212)는 웨이퍼의 직경(예컨대 약 200mm 또는 300mm)과 같은 직경(268)을 가지는 웨이퍼운반기 표면(210)을 가진다. 이와 같은 표면(210)은 공동(258)과 마주보게 된다. 운반기(212)의 외부가장자리(270)에 인접하고 약 90도로 서로로부터 떨어진 위치에서, 탭(tab) 또는 장착부(272)는 운반기(212)로부터 바깥쪽으로 그리고 도면에서 위쪽으로 연장한다. 탭(272)은 유지링베이스(274)와 유지링(226) 위에서 연장한다.

도 7은 각각의 탭(272)에 구비된 각각의 나사구멍(278)과 함께 정렬된 스핀들베이스(242)에 구비된 3개의 구멍(276) 중 하나를 도시한다. 각각의 구멍(276)은 각각의 나사구멍(278)으로 나사결합되는 각각의 나사(280)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 구성된다. 각각의 나사헤드(282)가 웨이퍼운반기(212)를 스핀들베이스(242)에 부착되게 유지하는 동안, 더 큰 직경이 짐벌이동을 가능하게 하는 공간을 제공한다. 또한, 도 7은 반대편 구멍(284)의 3개의 세트 중의 하나를 도시한다. 베이스(242)의 각 구멍(284S)은 구멍(266)을 가로지르고, 구멍(284C)중의 하나에 수용된 각각의 테이퍼진 베어링(288)으로 연장하는 각각의 구동핀(286)을 수용한다. 운반기(212)가 짐벌이동동안 이동할 수 있기 때문에, 베어링(288)과 핀(286)의 형상은 짐벌이동과 충돌하는 것을 방지한다.

도 4a는 상기 탭(272)에 정렬되고(290T로 도시됨) 유지링베이스(274)에 정렬된(290B로 도시됨) 구멍(290)의 4개의 세트 중 하나를 도시한다. 탭(272)의 각 구멍(290T)은 볼트(292;와셔(294)를 가진다)와 스프링(296)을 수용하도록 구성된다. 유지링베이스(274)의 각 구멍(290B)은 볼트(292)의 나사산이 형성된 단부를 수용하도록 구성된다. 쇼울더(298)는 구멍(290T)에 제공되어 스프링(296)이 쇼울더(298)와 와셔(294)의 사이에서 압축된다. 볼트(292)가 유지링베이스(274)의 나사구멍(290B)으로 나사결합됨으로써, 베이스(274)와 유지링(226)을 위쪽으로 당기도록 하는 압축된 스프링(296)은 도 4a에서 위쪽으로 볼트(292)를 밀어서 베이스(274)가 탭(272)과 일반적으로 접촉하게 된다. 도 8은 베이스(274)와 유지링(226)의 한 부분을 도시하고, 베이스(274)와 유지링(226)은 함께 볼트(315)로 조여지고, 하나의 유니트로서 함께 이동한다.

도 4a는 탭(272)과 접촉하는 베이스(274)와 함께, 유지링(226)의 평면(232)이 웨이퍼평면(234; 점선으로 도시됨)보다 더 탭(272)에 근접한 것을 도시한다. 이 위치에서, 노출부(227)의 값은 최대양(+)의 값을 가지는 치수(311)로 표시되는 최대값 또는 최고값이라 할 수 있다. 치수(311)의 최대값은 예컨대 웨이퍼(208) 두께의 약 1.5배가 될 수 있다. 반대로, 도 4b와 도 4c는 웨이퍼평면(234)이 유지링평면(232)과 동일평면인 최소 또는 제로값을 가지는 노출부(227)를 도시한다.

유지링(226)을 이동시키기 위해서(예컨데, 노출부(227)의 값을 변경시키기 위함), 선형모터(300)는 탭(272)의 환형부(302)와 유지링베이스(274)의 사이에 장착된다. 선형모터(300)는 바람직하게는 밀봉된 공동의 형태로 제공될 수 있거나, 더 바람직하게는 공압모터나 전기-기계적인 유니트의 형태로 제공될 수 있다. 입구(308)를 통해서 공압유체가 공급된(도 3에서 화살표 306으로 도시됨) 공압블래더(304)를 포함하는 가장 바람직한 선형모터(300)가 도시된다. 도 3과 도 4a 및 도 4b에 도시되듯이, 유지링베이스(274)는 블래더(304)를 수용하기 위한 환형홈(310)을 구비한다. 선형모터(300)는 블래더(304)의 원하는 스트로크의 양에 따른 다른 압력량(PB; 도 14참조)으로 블래더(300)에 유체(306)를 공급함으로써 선택적으로 작동된다. 이와 같은 스트로크는 노출부(227; 도 4a참조)의 특별한 양이나 값을 차례로 제공할 수 있다. 도 4d는 상기 블래더(304)의 최대 스트로크를 도시하며, 이것은 상기 축(224)에 평행하게 측정되어 예컨대 0.050인치(0.127cm)가 될 수 있다. 이와 같은 최대 스트로크는 도 4a (최대 노출부 (227) 를 가짐) 에 도시된 위치로부터이고, 웨이퍼(208)의 수직한 치수(또는 두께)와 비교되며, 0.030인치(0.0762cm)가 될 수 있다.

설명을 위해서, 상기 운반기(212)는 수직방향으로 고정된다고 할 수 있어서, 유체(306)가 블래더(304)에 들어갈 수 있을 때, 블래더(304)는 도 4a에 도시된 최대 노출위치로부터 아래쪽으로 유지링베이스(274)를 밀어 낼 것이다. 하향이동의 량은 블래더(304)로 유입된 유체(306; 도 14참조)의 압력(PB)값에 따르게 된다. 그러므로, 블래더(304)는 유지링베이스(274)를 이동시킬 것이고, 그 결과, 유지링(226)은 웨이퍼운반기 표면(210)에 위치된 웨이퍼(208)에 대하여 아래쪽으로(이 실시예에서) 이동한다. 블래더(304)에 유입된 유체(306)의 압력(PB)은 예컨대, 많은 압력 중 하나가 될 수 있다. 일반적이고 예비적인 의미에서, 압력(PB)은 노출부(227)가 양의 값을 가지는 많은 노출위치 중의 하나를 통해서 최대 노출위치(도 4a에 도시됨)로부터 도 4b와 도 4c에 도시된 제로 노출위치까지 유지링(226)을 이동시키는 데에 선택될 수 있다. 압력(PB)의 더 높은 값이 도 4d에 도시된 웨이퍼 장착위치쪽 아래로 유지링(226)을 이동시키기 위해 선택될 수 있다. 압력(PB)은 예컨대 도 4d에 도시된 웨이퍼 장착위치에서 제로(도 4a에서 도시된 최대 노출위치의)내지 약 15psi까지의 범위가 될 수 있고, 7psi 내지 10psi까지가 될 수 있다.

연마(제로 노출)위치는 웨이퍼(208)의 연마동안 바람직한 유지링(226)의 위치이다. 또한, 도 4b와 도 4c에서 도시된 연마위치에서, 선형 베어링 조립체(230)의 동작 때문에, 웨이퍼평면(234)과 링평면(232)은 동일평면이고, 노출부(227)는 웨이퍼(208)의 전체 주변 둘레로 제로 값을 가진다. 결과적으로, 벨트(204)가 화살표(214)방향으로 이동함에 따라서(도 1에 도시됨), 링평면(232)은 축(224)에 대하여 경사지게 될 것이다. 그러므로, 링(226)은 벨트(204)로 들어가지 않을 것이다. 또한, 벨트(204)의 한 부분은 먼저 유지링(226)에 접촉하여 통과할 것이다. 이러한 접촉과 통과는 예컨대, 벨트(204)가 물결과 같은 모양이 되는 것과 같이 벨트(204)의 한 부분의 동적인 상태를 발생시킬 것이다. 그러나, 유지링(226)에 벨트(204)의 일부의 연속적인 통과는 물결모양을 감소시키게 될 것이다. 그러므로, 벨트(204)의 한 부분이 웨이퍼(208)의 외부가장자리에 도달할 때까지, 벨트(204)는 물결모양이 아닌 비교적 평평한 모양을 가질 것이다. 또한, 웨이퍼평면(234)과 동일평면인 링(226)의 평면에 의해 (선형 베어링 조립체(230)의 동작으로 인함), 벨트(204)의 일부가 링(226)으로부터 웨이퍼(208)의 가장자리를 통과함에 따라, 벨트(204)의 일부의 최소 장애가 있을 것이다. 이와 같은 장애는 전술된 링평면(232)과 웨이퍼평면(234)의 비동일평면의 관계로부터 형성된 장애보다 훨씬 작다. 그러므로, 벨트(204)의 비교적 평평하거나 평탄한 부분은 더 용이하게 원하는 비교적 평평한(또는 평탄한)형상으로 웨이퍼표면을 연마하기 시작할 것이다.

전술했듯이, 4개의 선형 베어링 조립체(230)는 유지링(226)의 이동을 제한하여 링(226)의 평면(232)이 웨이퍼(208)의 평면(234)과 운반기 표면(210)의 평면(236)에 평행하게 유지된다. 도 3과 도 5는 선형 베어링 조립체(230) 중의 하나를 도시한다. 각 선형조립체(230)는 선형볼베어링 조립체(321)가 구비된 주베어링하우징(320)을 포함한다. 선형볼베어링 조립체(321)는 케이지(323)에 유지되는 베어링볼(322)의 한 세트를 수용하는 내부베어링하우징(321H)을 포함한다. 베어링볼(322)은 베어링볼(322)에 미리 하중을 가하도록 베어링볼(322)을 억지끼워맞춤(interference fit)하는 치수를 갖는 베어링축(326)을 수용한다. 선형 베어링 조립체(321)는,예컨대 뉴저지, 링우드의 알비엠(RBM)에 의해서 ROTOLIN이란 상표로 판매되는 모델번호 ML 500-875의 선형베어링으로 될 수 있다.

축(326)은 적어도 Rc60까지 경화되고, 예컨대 적어도 10 마이크로 인치까지 미세하게 연마된다. 적합한 베어링볼(322)은 1.5인치(3.81cm)의 내경을 가질 수 있고, 예컨대, 약 1인치(2.54cm)에서 1.5인치(3.81cm)의 길이를 가진다. 각 선형 베어링 조립체(321)는 바닥(324)이 개방되어서, 매칭 베이링축(326)을 수용한다. 적당한 축(326)은 베어링볼(322)내에 억지끼워맞춤하기 위해서 약 0.500인치(0.127cm)(+0.000 그리고, -0.0002인치(-0.000508cm))보다 약간 작은 외경을 가진다. 축(326)은 약 1인치(2.54cm)와 1.5인치(3.81cm)의 길이를 가진다. 축(218)에 평행한 방향으로 케이지(323)의 길이(323L)는 내부베어링하우징(321H)의 치수(321HD)보다 작고, 내부베어링하우징(321H)의 치수(321HD)에 대하여 3/7의 비율을 가질 수 있다. 치수(321HD)의 값은 선형 베어링 조립체(321) 내에서 축(326)의 원하는 이동량에 따라서 선택된다. 각 하우징(320)은 탭(272) 중의 하나로부터 위로 연장하고, 볼트(328)에 의해서 탭에 나사체결된다. 각 축(326)은 볼트(330)에 의해서 나사체결되는 유지링베이스(274)로부터 위쪽으로 연장한다.

상기 축(326)이 유지링(226)의 이동에 의해 이동함에 따라, 축(326)은 베어링볼(322)에 의해서 타이트하게 안내된다. 베어링볼(322)은 운반기(212)에 대하여 전술된 유지링(226)의 제한된 이동에 따라서 축(326)의 제한된 이동을 가능하게 하여, 운반기축(224)과 웨이퍼(208)의 대칭축(231)에 평행한 이동이 된다. 축(326)이 이동함에 따라서, 베어링볼(322)은 내부베어링하우징(321H)에 대하여 구르게 되며, 케이지(323)는 축(326)의 이동방향으로 이동한다. 전술된 내부베어링하우징(321H)과 케이지(323)의 상대적인 치수는 이러한 케이지(323)의 이동을 가능하게 한다. 이와 같은 제한된 이동은 평면(232)과 평면(234) 및 평면(236) 사이에서의 평행을 보장하고, 연마를 위해서 평면(232)과 평면(234)의 동일평면을 제공한다. 전술했듯이, 선형 베어링 조립체(321)에 의한 이동의 제한은 짐벌조립체(222)에 의해서 가능한 이동을 제한한다. 이 방법으로 선형 베어링 조립체(321)의 연속된 작용은 내부베어링하우징(321H)의 반대쪽 단부에 위치된 밀봉재(325)에 의해서 도모되고, 밀봉재는 하우징(321H)으로 들어가는 외부 물질을 막기 위해서 구성되어 있다.

도 9는 선형 베어링 조립체(230)의 배열부(332)를 포함하는 선형 베어링 조립체(230)를 도시한다. 배열(332)부는 각 개별적인 선형볼베어링 조립체(321)의 작용이 축(231)의 방향으로 짧은 길이와, 웨이퍼(208)의 직경(예컨대 200mm 또는 300mm)에 대하여 작은 직경을 가지는 부분으로 나뉘도록 형성되어 있다. 또한, 이러한 분리가 선형 베어링 조립체(230)를 원형경로(점선(334)으로 도시됨) 둘레로 일정하게 떨어진 간격으로 위치되게 한다. 이 방법으로, 웨이퍼운반기(212)가 회전함에 따라서, 예컨대 상기 벨트(204)에 위치된 개별적인 선형 베어링 조립체(230)가 급속히 연속되게 한다. 또한, 도 9는 유지링(226)과 조립된 베이스(274)를 유지하기 위해서 유지링베이스(274) 둘레로 일정한 간격으로 위치된 8개의 볼트(315) 중 6개를 도시한다. 도 4a에 추가하여, 도 9는 탭(272)에 대하여 편향된 베이스(274)를 유지하기 위해서, 그리고 선형모터(300)의 블래더(304)가 가압되었을 때, 베이스(274)와 유지링(226)을 탄성적으로 떼어놓기 위해서 각 4개의 탭(272) 내에 스프링(296)이 구비된 4개의 볼트(292) 중 하나를 도시한다.

도 9는 선형모터(300)의 입구(308)에 부착되는 공압호스(340)를 도시한다. 이 호스(340)는 예컨데 공기와 같은 가압된 유체(306)의 공급원(도시되지 않음)에 연결하기 위해서 스핀들(220)까지 연장한다.

도 10은 웨이퍼운반기 표면(210)을 포함하는 웨이퍼운반기(212)의 저면을 도시한다. 표면(210)은 질소(N₂)가 공급되거나 진공(도시되지 않음)에 연결되는 구멍(344)이 균등한 간격으로 구비된다. 도 6은 스핀들(220)로부터 구멍(344)까지 질소나 진공을 배분하는 다기관으로 작용하는 다수의 티(tee;348) 중의 하나에 연결되는 공압커넥터(347)를 가지는 포트(346)를 도시한다.

도 7은 증폭된 출력을 전기적인 커넥터(354)에 제공하기 위해서 로드셀(240)에 연결되는 증폭기(352)를 도시한다. 커넥터(354)는 회로(도시되지 않음)를 제어하기 위해서 스핀들베이스(242)를 통해서 연장하는 컨덕터에 연결된다.

도 11에서, 웨이퍼운반기 표면(210)과 유지링(226)의 노출된(또는 링) 표면(233)을 정렬시키기 위한 순서도(400)의 동작을 포함하는 본 발명에 따른 방법이 도시된다. 웨이퍼운반기 표면(210)은 웨이퍼접촉표면으로 칭할 수 있고, 이 정렬은 화학적 기계적인 연마작업동안에 수행될 수 있다. 순서도(400)의 동작은 웨이퍼접촉표면(210)을 회전축(231)에 장착하는 단계(402)를 포함할 수 있다. 이 단계(402)는 예컨대 스핀들베이스(242)에 웨이퍼운반기(212)를 장착하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 웨이퍼접촉표면(210)과 회전축(231)에 대한 이동을 위하여 유지링(226)을 장착하는 단계(404)로 이동한다. 이와 같은 장착은 유지링(226)에 의해 회전축(231)에 평행하지 않게, 그리고 평행하게 자유로이 이동하면서, 예컨대 볼트(250)에 의해서 제공될 수 있다. 이 방법은 회전축에 평행하지 않게 이동하는 장착된 유지링(226)의 자유도를 저지하는 단계(406)로 이동한다. 이 저지는 예컨대 4개의 선형 베어링 조립체(230)에 의해서 제공된다. 이러한 자유도의 저지에서, 선형 베어링 조립체(230)는 단지 유지링(226)을 이동하게 하여 유지링(226)의 표면(233)은 표면(210)과 평행하게 유지된다. 웨이퍼운반기(212)에 의해서 운반된 웨이퍼(208)와 서로에 대해서 평행한 면을 가지는 웨이퍼(208)에 의해, 유지링표면(233)도 웨이퍼(208)의 노출된 표면(206)과 평행하거나 동일평면이다.

본 발명에 따른 방법의 다른 양상은 도 12에 도시된 순서도(410)를 참조로 하여 설명된다. 이 방법은 운반기(212)의 웨이퍼접촉표면(210)과 링표면(233)이 벨트(204)쪽으로 밀려나가는 단계(412)에 의해서 시작될 수 있다. 웨이퍼(208)와 유지링(226)은 벨트(204)와 접촉한다. 밀림은 웨이퍼접촉표면(210)에 (웨이퍼(208)를 통해서) 힘(F1)을 제공하고, 유지링(226; 예컨대 표면(233)에)에 힘(F2)을 제공한다. 이 방법은 힘(F1)을 웨이퍼접촉표면(210)으로부터, 그리고 힘(F2)을 링표면(233)으로부터 운반기(212)로 전달하는 단계(414)로 이동한다. 이 전달단계(414)는 베이스(274)에 작용하는 유지링(226)에 의해 수행될 수 있고, 예컨대 운반기(212)의 탭(272)에 작용한다. 힘(F1)과 힘(F2)의 합력은 축(218)에 평행한 분력 (FC) 을 포함한다. 이후에, 방법은 운반기(212)로 전달된 각각의 힘(F1)과 힘(F2)을 측정하는 단계(416)로 이동한다. 이와 같은 측정은 로드셀(240)에 의해서 수행되고, 이 로드셀은 축(218)에 평행한 분력(FC)의 값을 측정한다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 양상은 도 13에 도시된 순서도(420)를 참조로 하여 설명된다. 방법은 유지링(226)의 보정에 사용될 수 있는데, 모터(300)의 작용으로 인해, 유지링은 '능동'유지링으로 된다. 유지링(226)도 링표면(233)을 가지고, 링(226)은 링표면(233)이 벨트(204)의 상부에 접촉하거나 벨트(204)의 표면을 연마하는(도 1에 도시된 평면(238)을 형성하는) 화학적 기계적인 연마작업동안에 웨이퍼접촉표면(210)에 대하여 이동가능하다. 방법은 회전축(224)에 웨이퍼접촉표면(210)을 장착하는 단계(422)로 시작된다. 방법은 유지링(226)이 회전축(224)에 평행하지 않고, 그리고 평행하게 자유로이 이동하면서, 웨이퍼접촉 표면(210)과 회전축(224)에 대한 이동을 위해 유지링(226)을 장착하는 단계(423)로 이동한다. 이 방법은 회전축(224)에 평행하지 않게 이동하도록 장착된 유지링(226)의 자유도를 저지하는 단계(424)로 이동한다. 앞에서와 같이, 저지는 4개의 선형 베어링 조립체(230)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 자유도를 저지함에 있어서, 선형 베어링 조립체(230)는 단지 유지링(226)을 이동하게 하여 유지링(226)의 표면(233)이 표면(210)에 평행하게 유지되게 한다. 방법은 축(218)을 따라서 스핀들(220)의 위치를 고정하는 단계(425)로 이동한다. 방법은 보정 또는 힘측정용 부품과 접촉하여 유지링을 위치시키는 단계(426)로 이동된다. 부품은 로드셀(240)과 유사한 표준 힘센서(도시되지 않음)가 될 수 있고, 웨이퍼(208)나 표면(210)과 접촉하지 않고서 유지링(226)과 접촉하도록 형성된 환형 힘센서판(427; 도 3참조)을 갖춘다. 방법은 보정용 부품의 힘센서판(427)에 대하여 축방향 아래쪽으로(축(224)의 방향으로) 블래더(304)가 유지링(226)을 밀어 내도록 선형모터(300)에 많은 입력 압력(PB)을 인가하는 단계(428)로 이동된다. 방법은 입력의 다수의 상이한 것들의 각각에 대하여(예컨대 블래더(304)에 공급된 공기의 많은 압력(PB)의 각각에 대하여), 힘측정용 부품이 유지링(226)에 의해 작용된 힘(FR; 도 3 참조)의 값을 측정하는 단계(429)로 이동된다. 유지링(226)의 면적을 알기 때문에, 힘(FR; 도 14참조)은 psi.로 유지링에 작용하는 유지링압력(PR;도 14참조)으로 전환될 수 있다. 순서도(420)의 방법에 의해서, 단계(428)는 한 축에 이러한 유지링힘(FR; 도 14참조)과 다른 축에 이에 따른 다른 입력( 블래더(304)에 대한 압력 PB)을 각각 유지링압력(PR)의 함수로 나타냄으로써 보정그래프(432;도 14참조)를 준비하여 종결할 수 있다. 도 14에서, 이러한 압력(PB)은 좌측 축에 그려지는 반면에, 압력(유지링(226)의 면적으로 나누어진 힘(FR)에 기초하여)으로 전환되기 전의 힘(FR)은 우측 축에 그려진다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 양태에서, 보정그래프(432)는 순서도(440)에서 다음의 실제 연마작업을 위해 도 15에 도시된 것처럼 사용될 수 있다. 단계(442)는 다음 연마작업을 위해서 연마공정사양에 따라 블래더(304)에 인가될 압력(PB)을 선택한다. 보정그래프(432)에 기초하여, 벨트(204)에 대응하는 유지링(226)의 힘(FR;도 3과 도 14참조)을 선택하기 위하여 선택된 압력(PB)이 사용되는 단계(443)로 이동된다. 힘(FR)은 대응하는 반대힘(F2)을 가진다. 방법은 단계(444)로 이동된다. 단계(444)는 고려된 공정사양에 의해서 수행된다. 이 공정사양에서, 연마력은 도해의 목적(도시되지 않음)을 위해서 웨이퍼하향력(FWD)으로 표시될 수 있고, 다음의 연마작업을 위해서 특정된다. 웨이퍼하향력(FWD)은 유지링(226)이 없이, 스핀들(220)이 예컨대 웨이퍼(208)를 연마하기 위해서 벨트(204)에 대하여 웨이퍼(208)를 밀기 위해서 도 2와 도 3에서 아래방향으로 밀려지는 힘이다. 그러나, 유지링(226)도 벨트(204)와 접촉하기 때문에, 힘(FR)을 인가하고, 반대힘(F2;도 3에 도시됨)을 수용하며, 스핀들(220)이 일반적으로 아래방향으로 밀려나가는 이러한 웨이퍼하향력(FWD)은 벨트(204)에 대하여 웨이퍼(208)에 의해서 작용된 힘이 아니다. 또한 전술된 힘(FC)은 2개의 성분(F1과 F2)을 가지고 단지 성분(F1)만이 웨이퍼(208)와 벨트(204)의 연마표면 사이에서 연마력(또는 웨이퍼하향력(FWD))에 대응한다. 단계(444)에서, 유지링(226)의 힘(FR)은 공정사양으로부터 얻어진 이 웨이퍼하향(수직)력(FWD)에 더해진다. 이러한 방법으로 단계(444)는 유지링(226) 없이 사용된 수직 웨이퍼하향력(FWD)보다 큰 스핀들(220)의 전체 하향력의 값을 제공한다. 그러므로, 스핀들(220)은 힘(F1)과 힘(F2)을 포함하는 힘(FC)과 반대되고 같은 힘에 의해서 아래방향으로 밀린다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 양태는 웨이퍼(208)의 화학적 기계적으로 연마된 가장자리 부분(452)의 가장자리형상(도 8에서 화살표(450)로 표시된다)과 화학적 기계적으로 연마된 중앙부(괄호(456)로 표시된다)의 중앙형상(도 8에서 화살표(454)로 표시된다) 사이에서의 차이로 발생하는 원인을 감소시키는 데에 사용될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가장자리형상(450)과 중앙형상(454)은 일반적으로 본 발명의 결과와 같은 형상을 가진다. 반면에, 도 17a와 도 17b는 약 0.009인치(0.02286cm)의 노출부(227)를 제공하도록 위치된 유지링을 사용하여 연마되는 전형적인 웨이퍼(208)의 부분을 도시한다. 이러한 유지링은 선형 베어링 조립체(230)를 구비하지 않는다. 도시된 상기 부분은 웨이퍼(208)의 화학적 기계적으로 연마된 가장자리부(452P)의 가장자리형상(도 17a에서 화살표(450P)로 표시된다)과 웨이퍼(208)의 화학적 기계적으로 연마된 중앙부(괄호(456P)로 표시된다)의 중앙형상(도 17b에서 화살표(454P)로 표시된다)을 포함한다. 도 17b는 형상(454P;일반적으로 허용가능한 형상임)의 높이에서 약 3내지 5퍼센트의 변화를 나타내는 다소의 물결모양을 가지는 형상(454P)을 도시한다. 비교시에, 도 17a는 실제적으로 가장자리형상(454P)의 높이에서 약 3내지 5퍼센트 이상의 변화를 나타내는 예리한 단(457)을 가지는 가장자리형상(450P)을 도시한다. 이러한 단(457)과 이에 대응하는 증가된 변화는 허용될 수 없는 가장자리형상이다. 가장자리형상(450P)은 벨트(204)와 웨이퍼 가장자리부(452P)의 초기 접촉으로부터 발생하는 벨트(204)의 역학으로부터 발생할 수 있다. 이러한 역학은 벨트(204)가 웨이퍼(208)의 가장자리부(450P)와 접촉하기 전에, 0.009인치(0.02286cm)의 노출을 제공하는 유지링이 벨트(204)와 접촉하게 되기 때문에 없어지지 않는다. 또한, 종래의 유지링(웨이퍼(208)의 주변둘레에 노출값의 차이를 보이는)의 전술된 경사는 이것이 제어되지 않고 CMP작업에서 문제를 발생키기기 때문에 바람직하지 않았다. 한 가지 유형의 문제는 허용되지 않은 가장자리형상(450P)이다.

반면에, 전술했듯이 벨트(204)의 한 부분이 먼저 본 발명의 유지링(226)에 접촉하고 유지링(226)은 연마동안에 웨이퍼(208)의 노출된 표면과 동일평면이기 때문에, 초기에 유지링(226)과 접촉하는 벨트(204)의 일부로부터 발생하는 벨트(204)의 일부의 역학은 없어져서, 벨트(204)의 일부가 유지링(206)을 지나쳐 웨이퍼(208)의 가장자리로 이동함에 따라서 벨트(204)의 일부는 실제적으로 정상상태 조건에 있다. 이 정상상태조건에서는 예컨데 도 17a 에 도시된 허용할 수 없는 예리한 단(예컨대 457)이 없는 각각의 경우에서, 벨트(204)는 가장자리형상(452)과 중앙형상(454)의 단지 약 3내지 5퍼센트의 높이변화를 가지고 연마하는 경향이 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법의 또 다른 양태는 순서도(460)에 도시된다. 이 방법은 웨이퍼운반기(212)의 운반기 표면(210)에 웨이퍼(208)를 장착하는 단계(462)을 포함하여 웨이퍼 회전축(231)은 웨이퍼 스핀들(220)의 스핀들회전축(218)에 대하여 일반적으로 이동가능하다. 방법은 유지링(226)을 웨이퍼운반기(212)에 대하여 이동가능하게 장착하여 웨이퍼축(231)에 수직한 방향으로 운반기 표면(210)에 웨이퍼(208)의 이동을 제한하는 단계(464)로 이동된다. 제한하는 단계(464)는 노출부(227)를 제공하여 수행될 수 있다. 방법은 상기 개별적인 장착단계(462) 및 제한단계(464) 동안에 웨이퍼축(231)에 평행하지 않은 유지링(226)의 상대운동이 저지되는 단계(466)로 이동된다. 저지단계(466)는 선형 베어링 조립체(230)의 구성부를 형성하여 수행될 수 있어서 웨이퍼운반기(212)와 유지링(226) 사이에서 허용된 이동의 방향은 단지 웨이퍼축(231)과 평행하다. 저지단계(466)는 개별적인 웨이퍼운반기(212)와 유지링(226)에서 선형 베어링 조립체를 장착하는 것을 더 포함할 수 있다.

가장자리형상(450P)과 중앙형상(454P) 사이의 차이의 원인은 웨이퍼(208)의 노출된 연마될 표면(206)에 의해서 한정되는 웨이퍼평면(234)과 유지링(226)의 노출된 연마부재접촉표면(233)에 의해서 한정되는 링평면(232)이 동일평면이 아닌 데에 있을 수 있다. 운반기 표면(210)에 웨이퍼(208)를 장착하는 단계(462)는 웨이퍼평면(234)을 스핀들축(218)에 대하여 일반적으로 이동가능하게 하고, 이러한 동일평면이 아닌 것에 의한 문제를 발생시킨다. 웨이퍼축(231)에 평행하지 않은 유지링(226)의 상대운동을 저지하는 단계(466)는 예컨대 연마동안에 웨이퍼평면(234)과 링평면(232;도 4b 참조)의 원하는 동일평면을 달성하기 위하여 블래더(304)의 작업을 가능하게 하여 가장자리형상(450P)과 중앙형상(454P) 사이에서의 차이의 발생을 제거한다.

전술한 발명이 분명한 이해를 위해서 부분적으로 자세히 설명되었다 하더라도, 첨부되는 청구항의 범위 내에서 다른 변화와 변경이 실시될 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 실시예는 제한적이지 않고 설명적이며, 상기 발명은 여기에 주어진 상세한 설명에 한정되지 않으나, 첨부된 청구항의 범위와 이의 동등범위 내에 서 변경될 수 있다.

Claims

화학적 기계적인 연마표면과 접촉하기 위해서 웨이퍼를 장착하도록 구성된 운반기 표면을 가지는 웨이퍼운반기판;

상기 운반기 표면의 원하는 위치에 상기 웨이퍼를 유지시키도록 웨이퍼운반기판에 대한 이동을 위해 장착되고, 상기 연마표면과 접촉하도록 구성된 링표면을 가지는 유지링 조립체 및;

상기 운반기판에 대하여 상기 유지링 조립체의 이동을 제한하여 상기 링표면이 운반기판 표면에 평행하게 위치되도록 상기 웨이퍼운반기판과 유지링 조립체 사이에 장착된 베어링 조립체를 구비하고,

상기 베어링 조립체는 상기 웨이퍼운반기판 및 상기 유지링의 한 쪽에 장착되는 베어링 하우징으로 구성되고, 베어링축은 상기 웨이퍼운반기판과 상기 유지링 조립체의 다른 쪽에 장착되며 상기 베어링 하우징에 수용되는, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
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제 1 항에 있어서,

상기 운반기판 표면에 대하여 상기 링표면의 노출위치를 제어하기 위해 상기 웨이퍼운반기판과 상기 유지링 사이에 장착되는 드라이브를 더 구비하고,

상기 베어링 조립체는 상기 운반기판 표면에 평행하게 상기 링표면을 유지하기 위해 상기 운반기판 표면에 대하여 상기 링표면의 노출위치를 제어하는 동안 유효하게 작동되는, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
제 1 항에 있어서,

회전을 위해서 상기 웨이퍼운반기판에 장착되도록 구성되고, 상기 웨이퍼운반기판에 가깝게 인접한 제 1 짐벌부재를 수용하도록 구성된 베이스를 가지는 스핀들;

상기 제 1 짐벌부재와 상호작용하도록 구성되고 상기 운반기판 표면이 상기 연마표면과 평행한 연마위치의 범위 내의 임의의 위치에 상기 웨이퍼운반기판이 위치될 수 있도록 상기 웨이퍼운반기판에 고착되는 제 2 짐벌부재를 더 구비하고,

상기 연마표면에 평행한 상기 운반기판 표면에 의해, 상기 베어링 조립체는 상기 링표면이 상기 연마표면과 동일평면으로 위치되도록, 상기 운반기판에 대한 상기 유지링 조립체의 이동을 제한하는 데에 효과적인, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
스핀들;

웨이퍼운반기 표면을 가지는 웨이퍼운반기;

상기 스핀들에 장착되는 제 1 짐벌부재 및 상기 운반기에 장착되고, 상기 웨이퍼운반기 표면이 상기 연마표면과 평행한 연마위치로 상기 스핀들에 대한 상기 운반기의 짐벌링운동을 허용하기 위해 제 1 짐벌부재와 맞춰지는 제 2 짐벌부재를 구비하는 짐벌조립체;

상기 웨이퍼운반기에 대한 운동을 위해 장착되고, 상기 연마표면에 접촉하도록 구성된 링표면을 가지는 유지링 조립체 및;

상기 웨이퍼운반기와 상기 유지링 조립체 사이에 장착되고, 상기 운반기에 대하여 상기 유지링 조립체의 이동을 제한하여 상기 링표면이 상기 운반기 표면에 평행하게 위치되도록 구성된 베어링 조립체를 구비하고,

상기 베어링 조립체는 상기 웨이퍼운반기 및 상기 유지링 조립체의 한 쪽에 있는 베어링 하우징과 상기 웨이퍼운반기 및 상기 유지링 조립체의 다른 쪽에 있는 베어링축으로 구성되는, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 운반기 표면에 대하여 상기 링표면을 이동시키기 위해 상기 웨이퍼운반기와 유지링 조립체 사이에 위치되는 드라이브를 더 구비하는, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 스핀들은 회전력을 제공하도록 구성되고, 상기 짐벌조립체는 상기 회전력을 상기 운반기에 전달시키기는 적어도 하나의 커넥터로 구성된, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
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제 6 항에 있어서,

상기 스핀들에 장착되고, 연마력을 수용하기 위해 상기 제 1짐벌부재와 연결되는 힘입력부를 가지는 센서를 구비하는, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 스핀들은 상기 웨이퍼운반기에 가깝게 인접한 센서를 수용하고 위치시키는 공동으로 구성되고,

상기 웨이퍼운반기는 상기 제 1 짐벌부재 및 상기 제 2 짐벌부재를 수용하는 홈으로 구성되며, 상기 센서의 힘입력부가 상기 웨이퍼운반기 표면에 가깝게 인접할 수 있게 하는, 화학적 기계적인 연마시스템에서 위치관계를 제어하는 장치.
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상기 운반기판의 운반기회전축에 대하여 중앙에 위치되는 웨이퍼장착표면을 가지는 운반기판;

상기 웨이퍼장착표면을 둘러싸는 유지링;

상기 운반기축에 평행한 제 1 방향과 상기 운반기축에 평행하지 않은 다른 방향을 포함하는 다수의 방향으로 상기 운반기판에 대한 운동을 위해 상기 유지링을 장착하도록 형성된 커넥터정렬부 및;

상기 운반기판에 고착된 적어도 하나의 제 1 유니트 및 상기 유지링에 고착된 적어도 하나의 제 2 유니트를 가지는 선형 베어링 정렬부로서, 상기 적어도 하나의 제 2 유니트는 상기 적어도 하나의 제 1 유니트에 대하여 이동가능하고, 상기 적어도 하나의 제 1 유니트 및 적어도 하나의 제 2 유니트는 상기 운반기축에 평행한 제 1 방향으로의 운동을 제외한 다수의 방향으로 상기 운반기판에 대하여 상기 유지링의 모든 이동을 저지하도록 구성되는, 상기 선형 베어링 정렬부를 구비하는, 화학적 기계적인 연마에서 반도체 웨이퍼 운반기의 구조적인 이동을 제어하는 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 웨이퍼장착표면은 상기 운반기축과 동축이 되고, 상기 운반기축에 인접하게 중앙으로 위치되게 형성되며,

상기 선형 베어링 정렬부는 상기 중앙 웨이퍼장착표면 주위에 위치된 선형베어링의 배열을 포함하고, 상기 선형베어링 각각은 상기 웨이퍼장착표면의 방사상 바깥쪽으로 상기 운반기판에 고착된 적어도 하나의 제 1 유니트들 중 하나를 가지며, 상기 선형베어링 각각은 상기 웨이퍼장착표면의 방사상 바깥쪽으로 상기 유지링에 고착된 적어도 하나의 제 2 유니트들 중 하나를 가지는, 화학적 기계적인 연마에서 반도체웨이퍼운반기의 구조적인 이동을 제어하는 장치.
제 14 항에 있어서,

구동회전축을 가지고 상기 운반기판을 회전하도록 구성되며, 제 2 짐벌표면과 상호작용하도록 구성된 제 1 짐벌표면을 가지는 커플러를 더 구비하고,

상기 운반기판은, 상기 운반기판 및 상기 운반기판상의 유지링이 상기 커플러에 대하여 이동가능하게 상기 운반기축이 상기 구동축에 대하여 경사질 수 있도록 상기 제 1 짐벌표면과 상호작용하는 제 2 짐벌표면을 구비하고,

상기 커플러에 대한 운반기판의 이동동안, 상기 선형 베어링 정렬부는 운반기판에 대한 유지링의 이동을 상기 운반기축에 평행한 제 1 방향으로만 허용하는, 화학적 기계적인 연마에서 반도체 웨이퍼 운반기의 구조적인 이동을 제어하는 장치.
제 16 항에 있어서,

별도의 연마력은 상기 유지링 및 운반기판에 인가되고, 각각의 연마력은 상기 운반기축에 평행한 평행성분과 상기 운반기축에 평행하지 않은 성분을 가지며,

상기 반도체 웨이퍼 운반기의 구조적인 이동 제어 장치는,

상기 커플러에 장착되고 힘입력부를 가지며, 상기 힘입력부가 상기 제 1 짐벌표면과 접촉할 수 있도록 구성된 센서를 더 구비하고,

상기 운반기판에 대한 운동을 위해 상기 유지링을 장착하는 커넥터의 구조 및 상기 운반기판에 대한 유지링의 이동을 상기 운반기축에 평행한 제 1 방향으로만 허용하는 선형 베어링 정렬부는, 상기 유지링에 인가된 상기 별도의 연마력의 평행 성분이 상기 센서에 의해 감지되기 위해서 상기 운반기판에 인가될 수 있게 하는, 화학적 기계적인 연마에서 반도체 웨이퍼 운반기의 구조적인 이동을 제어하는 장치.
회전축에 웨이퍼접촉표면을 장착하는 단계;

유지링이 상기 회전축에 평행하지 않고 평행하게 자유로이 이동하면서 상기 웨이퍼접촉표면 및 회전축에 대한 이동을 위하여 상기 유지링을 장착하는 단계 및;

상기 회전축에 평행하지 않게 이동하기 위해 장착된 유지링의 자유도를 저지하는 단계를 포함하는, 화학적 기계적인 연마작업동안에 유지링의 링표면과 웨이퍼접촉표면을 정렬시키는 방법.
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웨이퍼의 화학적 기계적으로 연마된 가장자리의 가장자리형상과 상기 가장자리 내에 상기 웨이퍼의 화학적 기계적으로 연마된 중앙부의 중앙형상 사이에서의 차이의 발생을 감소시키는 방법으로서,

웨이퍼스핀들의 스핀들회전축에 대하여 웨이퍼회전축이 일반적으로 이동가능하도록, 웨이퍼운반기의 운반기 표면에 웨이퍼를 장착하는 단계;

노출을 제공하기 위해 상기 웨이퍼운반기에 대하여 유지링을 이동가능하게 장착함으로써, 상기 웨이퍼축에 수직한 운반기 표면에서 상기 웨이퍼의 이동을 제한하는 단계 및;

상기 장착하는 단계와 제한하는 단계 동안, 상기 웨이퍼축에 평행하지 않는 유지링의 상대이동을 저지하는 단계를 포함하는, 가장자리형상과 중앙형상 사이에서의 차이 발생 감소 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 저지하는 단계는,

상기 웨이퍼운반기와 유지링 사이에 허용된 이동의 방향이 상기 웨이퍼축과 평행하도록 선형 베어링 조립체를 구성하는 단계; 및

상기 웨이퍼운반기 및 유지링 각각에 상기 선형 베어링 조립체를 장착하는 단계에 의해서 수행되는, 가장자리형상과 중앙형상 사이에서의 차이 발생 감소 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 가장자리형상과 중앙형상 사이에서의 차이의 발생은 상기 웨이퍼의 노출된 연마될 표면에 의해서 형성된 웨이퍼평면과, 상기 유지링의 노출된 연마부재접촉면에 의해서 형성된 링평면 사이에 동일평면이 없기 때문이고,

상기 운반기 표면에 웨이퍼를 장착하는 단계는 상기 웨이퍼평면을 상기 스핀들축에 대하여 일반적으로 이동가능하게 하며,

상기 웨이퍼축에 평행하지 않은 유지링의 상대이동을 저지하는 단계는, 화학적 기계적인 연마동안에 상기 웨이퍼평면과 링평면을 동일평면으로 할 수 있게 하는, 가장자리형상과 중앙형상 사이에서의 차이 발생 감소 방법.