KR20010043270A - 직접 공기 웨이퍼 연마 압력 장치를 구비한 헤드를 이용한화학적 기계적 연마용 장치 및 방법 - Google Patents

직접 공기 웨이퍼 연마 압력 장치를 구비한 헤드를 이용한화학적 기계적 연마용 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)는 제1 공기 구역(556)을 형성하도록 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼(113)를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리(557)에 지지하기 위해 유지링(166) 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 정지판(554)의 제1면(562)에 부착된다. 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)는 웨이퍼(173)가 연마 작업 중에 연마 헤드(557)에 부착될 때 제1 공기 구역(557)의 방사상 내부에 제2 공기 구역(558)을 형성하고 웨이퍼 정지판(554)의 제1면(562)과 웨이퍼(113) 사이에서 연장하고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합된다. 웨이퍼 부착 정지판(554)은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼(113)가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동된다.

Description

직접 공기 웨이퍼 연마 압력 장치를 구비한 헤드를 이용한 화학적 기계적 연마용 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING (CMP) USING A HEAD HAVING DIRECT PNEUMATIC WAFER POLISHING PRESSURE SYSTEM}
현재의 집적 회로는 반도체 기판 내에 또는 그 위에 형성된 트랜지스터 및 캐패시터와 같은 다수의 능동 소자를 구비하고 능동 소자를 기능상의 회로로 접속하기 위해 대개 다중 레벨의 금속화 상호 접속을 포함하는 정교한 금속화 장치에 의존한다. 실리콘 2산화물과 같은 층간 유전체는 실리콘 기판 위에 형성되고, 기판 내에 형성된 능동 소자로부터 대개 알루미늄인 제1 레벨의 금속화에 전기 절연된다. 금속 접점은 기판 내에 형성된 능동 소자를 제1 레벨의 금속화의 상호 접속부에 전기 결합시킨다. 유사한 방식으로 금속 바이어스는 제2 레벨의 금속화의 상호 접속부를 제1 레벨의 금속화의 상호 접속부에 전기 결합시킨다. 접점과 바이어스는 대개 티타늄-질화물과 같은 방해 금속에 의해 둘러싸인 텅스텐과 같은 금속을 포함한다. 추가의 층들이 소정의 (다중층) 상호 접속 구조물을 얻기 위해 적층될 수 있다.
고밀도 다중 레벨의 상호 접속부는 상호 접속 구조물의 각각의 층들의 평탄화 및 매우 적은 표면 지형학적 변동을 필요로 한다. 비평면 표면들은 후 처리 단계에서 추가의 층들을 그 위에 놓는 데 이용되는 사진 석판술 과정의 불량한 광해상력을 야기한다. 불량한 광해상력은 고밀도 및 상호 접속 구조물에 요구되는 고밀도 라인의 인쇄를 방해한다. 표면 지형학적 변동과 관련된 또 다른 문제점은 단차부 높이를 가리거나 연결하기 위해 다음의 금속층의 능력에 관계된다. 단차부 높이가 너무 크게 되면, 개방 회로는 개방 회로가 그 위에 발생하는 칩의 손상을 야기하게 되는 잠재적 위험이 존재한다. 평면 상호 접속 표면층들은 현재의 고밀도 다중 레벨의 집적 회로의 제조에 꼭 필요한 것이다.
평면 기판 지형학적 형태는 화학적-기계적 연마(CMP) 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 종래의 CMP 장치 및 방법에서 실리콘 웨이퍼는 코팅 또는 활성 슬러리의 층이 그 위에 도포되는 편평 연마 패드로 덮여진 회전 가능 표면 또는 플래튼 상의 하향 배치된다. 강성 금속 또는 세라믹판으로부터 형성된 기판 캐리어는 웨이퍼의 후방측에 장착되고 전방측이 연마 패드에 대해 압축되도록 하향력을 웨이퍼의 후방측에 인가한다. 몇몇 장치에서, 하향력은 기계적 추를 통해서와 같이 기계적으로 발생되나, 종종 하향력은 공기 또는 다른 유체 압력과 같은 공기 공급원을 통해 기판 캐리어에 연통된다. 중합 재료, 왁스 또는 다른 완충 재료에 의해 제공될 수 있는 것과 같은 종종 삽입체라 불리는 탄성층은 종종 캐리어 상의 웨이퍼 장착면과 웨이퍼의 후방측 사이에 사용될 수 있다. 하향 연마력은 삽입체를 통해 연통된다.
웨이퍼 캐리어의 주연과 웨이퍼를 둘러싸는 유지링은 웨이퍼를 캐리어 상의 중앙에 놓이게 하고 웨이퍼가 캐리어와의 정렬로부터 미끄러지는 것을 억제한다. 웨이퍼를 장착하는 캐리어는 커플링을 통해 모터로 회전되는 스핀들축에 결합된다. CMP 슬러리와 함께 패드의 회전 운동과 결합된 하향 연마력은 웨이퍼의 전방측면으로부터 박막 또는 층의 상부면의 연마 및 평면 제거를 용이하게 한다.
이들 종래의 장치 및 방법은 적어도 2 개의 문제점이나 제한이 있게 된다. 첫 번째 문제점은 캐리어 또는 연마 헤드 조립체 내의 기계적 오정렬의 결과로서 연마될 때 동등하지 않은 연마 압력 분포가 표면 간에 연마 패드 및 슬러리와 웨이퍼 전방 측면의 상호 작용, 삽입체의 비균일성, 연마 부스러기와 같이 삽입체와 웨이퍼 후방측면 사이에 도입되는 오염 물질, 또는 웨이퍼 기판의 평탄화에 영향을 주는 연마력 비균일성의 다양한 다른 공급원을 발전시킬 수 있다는 점이다.
삽입체의 특성은 특히 문제가 있다. CMP 장치 제조자가 고정밀도와 프로세스 신뢰성을 갖는 장치를 설계 및 제조할 수 있지만, 몇몇 소정 개수의 웨이퍼가 처리된 후에 교환되어야 하는 중합 삽입체의 물리적 특성이 일괄적으로 가변됨을 종종 발견하게 되었다. 또한, 단일 군 내에서도 특성들은 삽입체에 의해 흡수된 물의 양으로 가변된다. 더 번거로운 동일 삽입체의 상이한 부분들은 다른 구역 보다 더 건조되거나 더 축축해질 수 있어 각각의 웨이퍼의 표면 간에 연마 변동을 유도한다.
종래의 CMP 장치 및 방법과 관련된 제2 문제점은 균일하거나 실제 균일한 연마 압력이 달성될 수 있다는 점에서, 일예로 본 명세서에 참고로 기재되어 있고 그 각각이 동일 양수인인 미츠비시 마테리알 가부시끼가이샤에게 양도된 1999년 3월 3일에 출원된 발명의 명칭이 "부상 웨이퍼 캐리어 및 유지링을 구비한 화학적 기계적 연마 헤드 조립체"인 공동 계류중인 미국 특허 출원 제09/261,112호와, 1999년 4월 19일에 출원된 발명의 명칭이 "다중 구역 연마 압력 제어를 갖는 부상 웨이퍼 유지링 및 웨이퍼 캐리어를 구비한 화학적 기계적 연마 헤드"인 미국 특허 출원 제09/294,547호에 나타나 있다. 균일 연마 압력은 웨이퍼의 평탄화를 위해 항상 최적의 연마 압력으로 될 수는 없다. 균일 연마 압력의 가정하는 바람직함과 비균일 연마 압력의 필요성 간의 이러한 패러독스는 전착 프로세스 중에 비균일층 전착 효과로부터 생긴다. 전착층 두께가 공지된 방식으로 가변된다는 점에서, 종종 만나게 되는 방사상 가변 두께와 같이, 연마 압력은 전착 불균일성을 보정하도록 바람직하게 가변될 수 있다.
웨이퍼의 전방 측면 상의 임의의 점에서의 압력은 국지적 압축율(경도)와 연마 패드, 삽입체 및 연마 패드와 대개 강성 연마 테이블 또는 플래튼 간의 층들을 포함하는 웨이퍼와 연마 패드 간의 접점과 압력 공급원 사이에 개재된 (바람직하거나 바람직하지 않는) 임의의 다른 재료의 국지적 압축에 의해 대개 제어된다.
대개, 모든 다른 인자들(일예로, 동일 슬러리 조성, 패드 간의 웨이퍼의 동일 유효 선속도등)은 동일하며 화학적 기계적 연마 장치에서의 연마 제거율은 연마 운동에 수직 방향으로 웨이퍼와 연마 패드 간에 인가된 압력에 비례하다. 압력이 더 커지게 되면 연마 제거율도 더 커지게 된다. 따라서, 웨이퍼의 표면 간의 비균일 압력 분포는 웨이퍼의 표면 간에 비균일 연마율을 형성하게 된다. 비균일 연마는 웨이퍼의 일부 부분으로부터 과도한 재료가 제거되도록 하고 다른 부분으로부터는 충분한 재료가 제거되지 않으며, 또한 매우 얇은 층들의 형성을 야기하며 불충분한 평탄화를 가져와, 그 모두가 반도체 웨이퍼 프로세스의 수율 및 신뢰성을 저하시킨다.
비균일 연마는 예리한 전이 모서리 효과가 발생하는 웨이퍼의 주연 모서리에서 특히 일반적으로 발생할 수 있다. 전통적인 접근 방법에 있어서, 예리한 전이는 연마 패드(존재하는 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어 및 유지링)과 접촉하는 연마 패드의 부분과 접촉하지 않는 부분 사이에 존재하게 된다. 종래의 연마 패드가 적어도 어느 정도 압축되고 연마 중에 표면 위로 이동할 때 연마 헤드의 가동 모서리 근방에서 국지적으로 압축되고, 신장되고 변형될 수 있다고 생각해 보자. 이러한 국지적 압축, 신장 및 다른 변형은 웨이퍼 기판의 모서리에 인접한 압력 프로파일에서의 국지적 변화를 야기시킨다. 이러한 변화는 웨이퍼의 모서리로부터 1cm의 방사상 내향 특히 모서리로부터 약 3 내지 5mm의 내향인 곳에서 일반적으로 일어난다.
이러한 모서리 변화를 줄이는 하나의 해결책은 본 명세서에 참고로 기재되어 있고 1999년 4월 19일에 출원된 발명의 명칭이 "다중 구역 연마 압력 제어를 갖는 부상 웨이퍼 유지링 및 웨이퍼 캐리어를 구비한 화학적 기계적 연마 헤드"인 공동 계류중인 미국 특허 출원 제09/294,547호에 제시되어 있다. 이러한 특허 출원은 특별한 형태의 프로파일을 갖는 둘러싸는 유지링을 이용함으로써 웨이퍼 상의 압력 변동량을 최소화하는 새로운 유지링 구조를 개시한다.
현재 및 미래에 증가하는 초미세 집적 회로(ICs)는 장치 표면이 그 금속간 접속 단계에서 평탄화될 것을 요구하며, 화학적 기계적 연마(CMP)는 바람직한 웨이퍼 평탄화 프로세스이다. 정밀 평탄화는 트랜지스터의 수와 칩당 요구되는 상호 접속부의 수가 증가하기 때문에 더욱 중요해진다.
접적회로는 통상적으로 그 층들이 전도성 또는 절연성 또는 반전도성일 수 있는 하나 또는 그이상의 층의 연속적인 전착에 의해 기판위에 특히 실리콘 웨이퍼 상에 형성된다. 이러한 구조는 종종 다층 금속 구조(MIM's)로 언급되며, 언제나 감소하는 설계 규칙과 함께 칩상의 회로 소자의 밀집 패킹을 달성하는데 있어 중요하다.
노트북 컴퓨터, 퍼스날 데이터 어시스턴트(PDAs), 휴대폰 및 그 외 전자장치에 사용되는 것과 같은 편평 패널 디스플레이는 전형적으로 능동 또는 수동 LCD 회로와 같은 디스플레이 소자를 형성하기 위하여 유리나 다른 투명한 기판 위에 하나 또는 그이상의 층을 전착할 수 있다. 각층이 전착된후 그 층은 회로의 형상부를 생성하기 위해 선택된 범위로부터 재료를 제거하도록 에칭된다. 일련의 층들이 전착되고 에칭됨에 따라, 외부 표면과 하방 기판사이의 거리가 가장 작은 에칭이 발생한 기판의 구역에서 가장 커지고 외부 표면과 하방 기판 사이의 거리가 가장 큰 에칭이 발생한 구역에서 가장 작아지기 때문에, 기판의 외부 또는 최상부면은 연속적으로 덜 평탄화되게 된다. 단일층이라 할지라도 비평탄화 표면은 정점과 바닥의 균일 프로파일을 취하게 된다. 다수의 패턴층들로 인하여 정점과 바닥사이의 높이의 차이는 점점 더 심해지고 전형적으로 수 마이크론까지 달라지게 된다.
비평탄화 상부 표면은 표면을 만드는데 사용되는 표면 사진 석판술의 문제가 되며, 과도한 높이 변화를 가진 표면상에 전착되는 경우, 각각의 층들은 깨어질수도 있다. 그러므로, 평탄한 층 표면을 제공하기 위하여 기판 표면을 주기적으로 평탄화 하는 것이 필요하다. 평탄화는 비교적 평평하고 매끄러운 표면을 형성하기 위하여 비평탄한 외부 표면을 제거하고 전도성, 반전도성 또는 절연 재료의 연마를 수반한다. 평탄화에 이어, 구조물간의 내부 접속 라인을 포함하는 추가의 구조물을 형성하기 위하여 추가의 층들이 노출된 외부 표면에 전착될 수 있고 또는 상부 층이 노출된 표면 하방 구조물에 대해 바이어스를 형성하도록 에칭될 수 있다. 일반적으로 연마, 좀더 구체적으로 화학적 기계적 연마(CMP)는 표면 평탄화를 위한 공지된 방법이다.
연마 프로세스는 특히 표면 마무리(거침 또는 매끄러움) 및 평탄함(대규모의 지형학적 형태로부터의 자유)을 달성하기 위하여 설계된다. 최소한의 마무리 및 평탄화를 제공하지 못함으로써, 결함이 있는 기판을 야기시킬수 있고 차례로 결함이 있는 집적 회로를 야기시킬수 있다.
CMP중에 반도체 웨이퍼와 같은 기판은 전형적으로 연마된 노출 표면과 함께 연마 헤드의 일부분인 또는 이에 부착된 웨이퍼 캐리어 상에 장착된다. 그후 장착된 기판은 연마 기계의 기부상에 배치된 회전 연마 패드에 대하여 위치하게 된다. 연마 패드는 연마 슬러리의 균일 분포와 패드와 평행으로 마주보고 있는 위치의 기판 표면의 상호 작용을 제공하기 위해 연마 패드의 평평한 연마 표면이 수평이 되도록 지향된다. (정상적인 패드 표면이 수직인) 패드 표면의 수평 지향은 웨이퍼가 중력의 영향하에서 패드와 적어도 부분적으로 접촉하도록 하고, 중력이 웨이퍼와 연마 패드의 사이에 비균일하게 적용되지 않도록 하는 방법으로 가장 적은 상호작용을 하게 하므로 또한 바람직하다. 패드의 회전에 더하여 캐리어 헤드는 기판과 연마 패드 표면 사이에 부가적인 움직임을 제공하기 위하여 회전할 수 있다. 일반적으로 액체내에 부유된 연마재와 CMP동안 적어도 하나의 화학반응제를 포함하는 연마 슬러리는 연마 혼합물 및 CMP동안 패드 기판 경계면에서 연마재와 화학반응 혼합물을 제공하기 위하여 연마 패드에 도포될 수 있다. 다양한 연마 패드, 연마 슬러리 및 반응 혼합물은 그 분야에 알려져 있으며, 그 조합으로 특별한 마무리 및 평평화 특성이 달성될 수 있게 된다. 다른 요소에 더하여 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 총 연마 시간 및 연마시 적용되는 압력은 균일성과 더불어 표면의 평탄화 및 마무리에 영향을 미친다. 또한, 연속 기판의 연마, 또는 다중 헤드 폴리셔(polisher)가 이용되는 곳에서, 임의의 특정 연마 작업중에 연마되는 모든 기판은 실제 동일 재료양의 제거를 포함하고 동일 평탄화 및 마무리를 제공하는 동일한 정도로 연마 되는 것이 바람직하다. CMP 및 웨이퍼 연마는 일반적으로 그 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 여기서는 더 이상 자세히 설명하지 않겠다.
연마 패드의 상태는 또한 연마 결과에 영향을 주고, 특히 단일 연마 가동 중에 걸쳐 연마 작업의 균일성 및 안정성에, 더 구체적으로는 연속 연마 작업 중에 연마의 균일성에 영향을 준다. 대개, 연마 패드는 열, 압력 및 슬러리 또는 기판 막힘의 결과로 하나 이상의 연마 작업 중에 광을 낼 수 있다. 그 효과는 패드의 정점이 압축되거나 연마될 때 패드 오버 타임의 연마 특성과 연마 부스러기를 갖춘 패드 충진재 내의 구멍이나 공극을 줄이는 것이다. 이러한 효과를 계산하기 위해, 연마 패드면은 패드의 소정의 연마 상태를 복원하기 위해 조절되어야 한다. 그러한 조절은 대개 그 연마 상태를 유지하기 위해 패드 상에서 주기적으로 수행되는 별도의 작업에 의해 수행될 수 있다. 이는 또한 소정의 연마 기간 중에 기판으로부터 소정의 재료양을 제거하고, 소정의 평탄화 및 마무리를 달성하는 안정된 작업의 유지를 지원하게 되고, 기판으로부터 제조된 집적 회로가 실제 동일하도록 충분히 동일한 특성을 갖는 기판을 생성한다. LCD 디스플레이 스크린의 경우에, 매우 작은 구역이 결함으로 인해 사용되지 않는다면 각각의 다이로 절단되는 웨이퍼와는 달리 몇인치 가로질러 있는 디스플레이 스크린은 전체적으로 이용할 수 없기 때문에 균일 특성에 대한 필요성이 한층 더 커질 수 있다.
통상적으로 이용될 때 삽입체는 웨이퍼 서브캐리어에 접착되고 웨이퍼의 후방측과 금속 또는 세라믹 표면일 수 있는 캐리어 표면 사이에 있는 저렴한 패드이다. 삽입체의 기계적 특성의 변화는 대개 CMP의 연마 결과의 변동을 야기할 수 있다.
미국 특허 제5,205,082호에서는 이전의 구조 및 방법을 통하여 수많은 이점을 가지는 서브캐리어(sub-carrier)의 가요성 격판 장착을 개시하고 있으며, 미국 특허 제5,584,751호는 가요성 블래더의 사용을 통해서 유지 링상의 하향력의 제어를 제공하나 이들 특허들은 웨이퍼 및 유지 링의 경계면에서 가해지는 압력의 제어 또는 모서리 연마 또는 평탄화 효과를 수정하는 어떤 종류의 상이한 압력에 대해 설명하고 있지 않다.
선행 설명에 비추어 보아, 임의의 기판의 오염 또는 파괴의 위험을 최소화하면서 연마 처리량, 평탄 균일성 및 마무리를 최적화하는 화학적 기계적 연마 장치를 필요로 하게 된다.
본 발명의 구조 및 방법은 수많은 설계 세부 내용 및 혁신적인 요소들을 채용하며, 그중 일부는 아래에 요약되어 있다. 본 발명의 구조 및 방법은 상세한 설명에 설명되어 있다.
본 발명은 반도체 재료를 포함하는 기판의 연마 및 평탄화에 관한 것이고, 구체적으로는 연마 또는 평탄화 압력이 기판의 후방측에 대해 공기력에 의해 직접 인가되는 연마 헤드에 관한 것이다.
도1은 다중 헤드 연마/평탄화 장치의 일실시예를 도시한 개략도.
도2는 본 발명의 2 개의 챔버를 갖는 연마 헤드의 간단한 실시예를 도시한 개략도.
도3은 연결 요소(격판)이 웨이퍼 서브캐리어 및 웨이퍼 유지 링의 운동을 가능하게 하는 방식을 확대 도시한 도3의 본 발명의 2 개의 챔버를 갖는 연마 헤드의 간단한 실시예를 도시한 개략도.
도4는 캐러셀, 헤드 장착 조립체, 회전 결합체 및 웨이퍼 캐리어 조립체 부분의 실시예의 단면 조립체 도면을 도시한 개략도.
도5는 본 발명의 웨이퍼 캐리어 조립체의 일실시예의 더 상세한 단면도를 도시한 개략도.
도6은 본 발명의 제1 실시예를 도시한 개략도.
도7은 본 발명의 제2 실시예를 도시한 개략도.
도8은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 개략도.
도9는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 개략도.
도10은 본 발명의 제5 실시예를 도시한 개략도.
도11은 본 발명의 제6 실시예를 도시한 개략도.
도12는 본 발명의 제7 실시예를 도시한 개략도.
도13은 본 발명의 제8 실시예를 도시한 개략도.
도14는 특히 200mm 직경의 웨이퍼용으로 개조된 인서트리스 헤드의 일실시예의 분해 조립체 도면을 도시한 개략도.
도15는 인서트리스 헤드의 실시예의 상부 하우징의 형상부를 도시한 도면.
도16은 롤링 격판 블록의 형상부를 도시한 도면.
도17은 어댑터 유지링 개방 격판의 형상부를 도시한 도면.
도18은 유지링의 형상부를 도시한 도면.
도19는 유지링 개방 격판의 형상부를 도시한 도면.
도20은 신속 해제 어댑터의 형상부를 도시한 도면.
도21은 내부 하우징의 형상부를 도시한 도면.
도22는 진공판의 형상부를 도시한 도면.
도23은 전형적인 외경 시일 조립체의 형상부를 도시한 도면.
본 발명은 특히 화학적 기계적 연마(CMP) 중에 반도체 웨이퍼의 균일성을 향상시키는 데 특히 유익한 기판의 모서리 근방에서 기판의 전체 면에 걸쳐 기판의 연마 균일성을 향상시킨 연마 기계, 연마 헤드 구조 및 방법을 제공한다. 일 태양에서, 본 발명은 반도체 웨이퍼 연마 기계에서 웨이퍼와 같은 기판의 환상 구역에 걸쳐 연마 압력의 조절 방법을 제공한다.
일실시예에서, 본 발명은 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 상부 하우징부를 포함하는 하우징과; 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 주 격판에 의해 유지링에 그리고 제2 격판에 의해 하우징에 부착된 웨이퍼 서브캐리어와; 제1 공기 구역을 형성하도록 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착된 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 포함하고; 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 웨이퍼가 연마 작업 중에 연마 헤드에 부착될 때 제1 공기 구역의 방사상 내부에 제2 공기 구역을 형성하고 웨이퍼 정지판의 제1면과 웨이퍼 사이에서 연장하고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼 정지판의 제1면은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 후방측면과 접촉하지 않고; 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동되고; 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 공기압을 유지링, 서브캐리어, 공기 블래더 및 웨이퍼의 후방측에 별도로 인가하는 방법을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 부상 유지링으로부터 지지된 격판의 이용 방법을 제공한다. 계속해서 또 다른 실시예에서, 본 발명은 부상 유지링으로부터 지지된 개방 격판의 이용 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과; 제1 공기 구역을 형성하도록 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착된 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 포함하고; 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 웨이퍼가 연마 작업 중에 연마 헤드에 부착될 때 제1 공기 구역의 방사상 내부에 제2 공기 구역을 형성하고 웨이퍼 정지판의 제1면과 웨이퍼 사이에서 연장하고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼 정지판의 제1면은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 후방측면과 접촉하지 않고; 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동되고; 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
계속해서 또 다른 실시예에서, 본 발명은 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과; 웨이퍼가 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합 장착될 때 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 제1 공기 구역을 형성하는 형성하는 탄성 시일을 포함하고; 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동되고; 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과; 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착되고 그 각각이 유체 연통을 위해 압축 공기 유체의 공급원에 결합되는 다수의 탄성 공기 블래더를 포함하고; 다수의 탄성 공기 블래더 중 제1 블래더는 환형 형태를 갖고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체의 공급원에 결합되고; 다수의 탄성 공기 블래더 중 제2 블래더는 환형 형태의 제1 블래더의 내부에 배치되고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체의 공급원에 결합되고; 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과, 정지판의 표면으로부터 연장하는 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부를 구비하고, 웨이퍼의 후방측면에 대해 압축될 때 유체 연통을 위해 압축 공기 유체의 공급원에 각각 결합되는 독립적인 공기 구역을 형성하는 웨이퍼 부착 정지판를 포함하고; 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부 중 제1 융기부는 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체의 공급원에 결합되고; 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부 중 제2 융기부는 환형의 제1 밀봉 융기부의 내부에 배치되고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고; 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
본 발명은 또한 본 발명의 구조 및 방법을 이용하여 제조된 제품 뿐만 아니라 반도체 웨이퍼, 액정 디스플레이 스크린등을 포함하는 평탄 기판의 연마 방법을 제공한다.
이제 본 발명의 구조 및 방법은 도면에 도시된 전형적인 실시예에서 설명된다.
도1은 화학적 기계적 연마 또는 평탄화(CMP) 도구(101)를 보여주는데, 헤드 장착 조립체(104) 와 기판(웨이퍼) 캐리어 조립체(106)(도3에 도시)로 구성된 다수의 연마 헤드 조립체(103)를 운반하는 캐러셀(carousel)(102)를 포함한다. 우리는 여기서 "연마"라는 단어가 일반적으로 반도체 웨이퍼(113) 기판을 포함하는 기판(113)의 연마 내지는 기판이 전자회로 요소가 전착되어 있는 반도체 웨이퍼일때의 평탄화도 의미하는 것으로 사용한다. 반도체 웨이퍼는 일반적으로 얇고 100mm에서 300mm사이의 근소한 직경을 가지는 다소 깨지기 쉬운 디스크이다. 일반적으로 200mm 반도체 웨이퍼가 폭넓게 사용되지만, 300mm 웨이퍼의 사용이 개발중이다. 본 발명의 설계는 적어도 직경 300mm 까지의 반도체 웨이퍼 및 다른 기판에 적용가능하며, 임의의 중요한 웨이퍼 표면 연마 비균일성을 반도체 디스크의 방사 주연에서 소위 약 2mm 이하의 전용 구역으로 제한하고, 종종 웨이퍼의 모서리로부터 약 2mm 이하의 환상 구역으로 제한한다.
기부(105)는 부착 헤드 조립체와 함께 캐러셀을 지지하고 캐러셀의 상승 및 하강을 가능하게 하는 브릿지(107)를 포함하는 다른 구성 요소를 지지한다. 각각의 헤드 장착 조립체(104)는 캐러셀(102) 상에 설치되고, 각각의 연마 헤드 조립체(103)는 회전을 위해 헤드 장착 조립체(104)에 장착되고, 캐러셀은 중앙 캐러셀 축(108) 주위로의 회전을 위해 장착되고 각각의 연마 헤드 조립체(103)의 회전축(111)은 실제 평행하나 캐러셀 회전축(108)으로부터 분리되어 있다. CMP 공구(101)는 또한 플래튼 구동축(110) 주위로 회전 장착된 모터 구동 플래튼(109)을 포함한다. 플래튼(109)은 연마 패드(135)를 보유하고 (도시되지 않은) 플래튼 모터에 의해 회전하도록 구동된다. 이러한 CMP 공구의 특정 실시예는 다중 헤드 설계이며, 각각의 캐러셀에 대해 다수의 연마 헤드가 존재함을 의미하며, 그러나 단일 헤드의 CMP 공구는 공지되어 있고, 본 발명의 헤드 조립체(103), 유지 링(166) 및 연마 방법은 다중 헤드 또는 단일 헤드형 연마 장치에 이용될 수 있다.
또한, 이러한 특정 CMP 설계에서, 각각의 다수의 헤드는 (도시되지 않은) 체인을 구동시키는 단일 헤드 모터에 의해 구동되고, 차례로 체인과 스프로켓 기구를 통해 각각의 연마 헤드(103)를 구동시키고, 그러나 본 발명은 각각의 헤드(103)가 별도의 모터로 회전되는 실시예에 이용될 수 있다. 본 발명의 CMP 공구는 또한 헤드 외부의 고정 공급원들 간의 공기, 물, 진공등과 같은 가압 유체와 연통하는 5 개의 상이한 기액 채널을 제공하는 회전 결합체(116)를 채용하고 웨이퍼 캐리어 조립체(106) 상에 또는 그 내부에 위치한다. 챔버형 서브캐리어가 채용된 본 발명의 실시예에서, 필요한 가압 유체를 또 다른 챔버에 제공하도록 추가의 회전 결합체 포트가 포함된다.
작동시에, 연마 패드(135)가 부착된 연마 플래튼(109)은 회전하고, 캐러셀(102)이 회전하고 각각의 헤드(103)는 그 자신의 축 주위로 회전한다. 본 발명의 CMP 공구의 일실시예에서, 캐러셀 회전축은 플래튼 회전축으로부터 약 1인치만큼 편의되어 있다. 각각의 구성 요소가 회전하는 속도는 웨이퍼 상의 각각의 부분이 기판의 균일한 연마 또는 평탄화를 제공하도록 웨이퍼 상의 모든 다른 개소로서 동일 평균 속도로 실제 동일 거리 만큼 이동하도록 선택된다. 연마 패드가 대개 어느 정도 압축될 때, 웨이퍼가 우선 패드와 접촉하는 패드와 웨이퍼 간의 상호 작용 속도 및 방식은 웨이퍼의 모서리로부터 제거된 재료양, 및 연마된 웨이퍼 표면의 균일성의 중요한 결정자이다.
다수의 캐러셀이 장착된 헤드 조립체를 구비한 연마 공구는 발명의 명칭이 "웨이퍼 연마 장치의 부상 서브캐리어"인 미국 특허 제4,918,870호에 개시되어 있고, 부상 헤드 및 부상 유지 링을 구비한 연마 공구는 발명의 명칭이 "부상 유지 링을 구비한 웨이퍼 폴리셔 헤드"인 미국 특허 제5,205,082호에 개시되어 있고, 폴리셔 헤드에 사용되는 회전 결합체는 발명의 명칭이 "웨이퍼 연마 장치에서의 결합 유체용 회전 결합체"인 미국 특허 제5,443,416호에 개시되어 있고, 그 각각은 본 명세서에 참고로 기재되어 있다.
일실시예에서, 본 발명의 구조 및 방법은 연마 장치 내부의 상부면(163)과 기판(반도체 웨이퍼) 장착을 위한 하부면(164)과 그와 동축으로 배치되고 그들 주위에서 바로 하방의 기판을 서브캐리어(160)에 접촉 유지하도록 웨이퍼 기판(113)의 모서리 주위에서 서브캐리어(160)의 하부에 끼워맞춰지는 환형 유지 링(166)과 그 자체가 플래튼(109)에 부착되는 연마 패드면(135)을 구비한 디스크형 서브캐리어를 구비한 2 개의 챔버를 갖는 헤드가 제공된다. 웨이퍼를 서브캐리어 바로 하방에 유지시키는 것은 웨이퍼의 전방측을 패드에 대해 압박하도록 서브캐리어가 웨이퍼의 후방측 상으로 하향 연마력을 가할 때 균일성을 위해 중요하다. 하나의 챔버(P2)(132)는 캐리어(160)와 유체 연통하고 연마 중에 하향 연마 압력(또는 힘)을 서브캐리어(160) 상에 그리고 연마 패드(135)에 대해 기판(113)에 간접적으로 가하게 된다("서브캐리어 힘" 또는 "웨이퍼 힘"으로 불림). 제2 챔버(P1)(131)는 유지 링 어댑터(168)를 통해 유지 링(166)과 유체 연통하고 유지 링(166)의 연마 중에 하향 압력을 연마 패드(135)에 대해 기판(113)에 가하게 된다("링 힘"으로 불림). 2 개의 챔버(131, 132)와 그 관련 압력/진공 공급원(114, 115)은 웨이퍼(113)에 의해 그리고 별도로 연마 패드면(135)에 대항하는 유지 링(166)에 의해 가해진 압력(또는 힘)의 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 일실시예에서 서브캐리어 힘과 링 힘이 별개로 선택되었지만, 그 구조는 링 힘과 서브캐리어 힘 간의 더 크거나 더 적은 결합을 제공하도록 될 수 있다. 헤드 하우징 지지 구조물(120)과 서브캐리어(160) 간에, 그리고 서브캐리어(160)와 링(166) 간의 결합 특성으로서 적절한 선택을 함으로써, 서브캐리어와 링의 독립적 운동으로부터 서브캐리어와 링 간의 강한 결합으로의 범위에서의 독립성이 달성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 격판(145, 62)의 방식으로 형성된 연결 요소의 재료 및 기하학적 특성은 기판의 모서리에서도 반도체 웨이퍼의 표면에 걸쳐 균일한 연마(또는 평탄화)를 달성하기 위해 최적의 결합을 제공한다.
챔버형 서브캐리어를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 또한 설명하기로 한다. 이러한 챔버형 서브캐리어는 위치의 함수로서 한층 더 연마력의 제어를 가능하게 하는 추가의 압력을 추가한다.
또 다른 실시예에서, 유지 링(166)의 크기 및 형태는 패드의 일 구역으로부터 또 다른 구역으로의 패드(135)를 가로지르는 기판(113)의 운동과 관련된 악영향이 연마된 기판 표면 상에 비선형으로서 나타나지 않도록 기판(113)의 외주부 모서리 근방의 구역에서 연마 패드(135)를 예비 압축하고 조절하기 위해 종래의 유지 링 구조와 비교하여 수정된다. 본 발명의 유지 링(166)은 전진 기판이 패드의 새로운 구역과 접촉하기 전에, 패드가 본래 편평하고 기판 표면과 동일 높이에 있도록 운동의 선단 및 말단 모서리에서 패드(135)를 평평하게 하는 작용을 하고, 기판과 패드 간의 접촉이 마지막에 이를 때, 패드는 편평하게 유지되고 기판의 연마면과 동일 높이에 있게 된다. 이렇게, 기판은 항상 편평하고 예비 압축되고 실제 균일한 연마 패드면을 갖게 된다.
유지 링은 웨이퍼 표면을 가로질러 이동하기 전에 연마 패드를 예비 압축한다. 이로 인해 연마 패드와 마주하는 전체 웨이퍼 표면이 동일 양만큼 예비 압축되어 웨이퍼 표면을 가로질러 재료를 균일 제거하게 된다. 유지 링 압력의 독립적 제어로서 연마 패드 예비 압축의 양을 조절하는 것이 가능하여, 웨이퍼 모서리로부터 제거된 재료의 양에 영향을 주게 된다. 마지막 지점의 검출 수단의 이용과 같은 피드백이 있거나 또는 피드백이 없는 컴퓨터 제어는 소정의 균일성의 달성을 지원할 수 있다.
먼저 본 발명의 선택된 태양이 작동되는 방식을 도시한 도2에 도시된 본 발명의 2 개의 챔버를 갖는 연마 패드(100)의 간단한 제1 실시예를 주목할 필요가 있다. 특히, (유지 링 어댑터(168)와 유지 링(166)을 포함하는) 유지 링 조립체와 캐리어(160)로의 가압이 이루어지고 제어되는 방식이 도시되고 설명되어 있다. 그후 추가의 선택을 포함하나 유익한 특징을 갖는 약간 더 복잡한 또 다른 실시예에 대한 본 발명의 다른 태양에 대해 설명하기로 한다.
터릿 장착 어댑터(121)와 핀(122, 123) 또는 다른 부착 수단은 캐러셀(102)에 대해 회전 장착된 스핀들(119), 또는 단일 헤드 실시예에서 헤드와 패드가 회전하는 동안 패드의 표면을 가로질러 헤드를 이동시키는 아암과 같은 다른 지지 구조물로의 하우징(120)의 정렬 및 부착 또는 장착을 용이하게 한다. 하우징(120)은 다른 헤드 구성 요소에 대해 지지 구조물을 제공한다. 제2 격판(145)은 공칭 제2 격판 평면(125)에 대해 (캐리어(160)를 포함하는) 이에 부착된 격판 및 구조물의 수직 운동 및 각 운동이 가능하도록 제2 격판을 하우징(120)으로부터 분리시키기 위해 스페이서 링(131)에 의해 하우징(120)에 장착된다. (제1 및 제2 격판은 또한 캐리어-패드 및 유지 링-패드 경계면 간의 경계면에서 각 변동을 수용하기 위해 제공된 수직 병진 운동과 결합된 각 경사 또는 각 경사 단독으로 어느 정도 적은 수평 운동을 허용하나, 이러한 수평 운동은 대개 수직 운동에 비해 작다.)
스페이서 링(131)은 이러한 실시예에서 하우징(120)에 일체로 형성될 수 있고 동일 기능을 제공하나, (일예로 도5에 도시된) 또 다른 실시예에 기재된 바와 같이, 스페이서 링(131)은 별개의 단편으로부터 유익하게 형성되고 (나사와 같은) 패스너로서 하우징에 부착되고 그 부착을 보증하는 동심 O-링 가스켓은 공기 및 압력 밀착식이다.
(유지 링 어댑터(168)와 유지 링(166)을 포함하는) 캐리어(160)와 유지 링 조립체(165)는 그 자체로 하우징(120)의 하부에 부착되는 제1 격판(162)에 마찬가지로 부착된다. 따라서 캐리어(160)와 유지 링(166)은 패드 표면에서의 불균일성을 수용하기 위해 수직 및 경사져 병진 운동할 수 있고 연마 패드의 평탄화를 지원할 수 있고 패드는 우선 웨이퍼(113)의 모서리 근방에서 유지 링(166)과 만나게 된다. 일반적으로, 운동을 용이하게 하는 이러한 형태의 격판을 "부상(floating)"이라 부르고, 캐리어 및 유지 링을 "부상 캐리어" 및 "부상 유지 링"이라 부르고, 이러한 요소들을 채용한 헤드를 "부상 헤드"라 부른다. 본 발명의 헤드는 "부상" 요소들을 이용하지만, 구조 및 작동 방법은 지금까지 그 기술 분야에서 공지된 것과는 상이하다.
플랜지 링(146)은 제2 격판(145)을 그 자체로 제1 격판(162)에 부착된 서브캐리어(160)의 상부면(163)에 연결한다. 플랜지 링(146)과 서브캐리어(160)는 서로 효과적으로 클램핑되고 유닛으로서 이동되나, 유지 링 조립체(167)는 단지 제1 격판에 장착되고 자유로이 이동하여 제1 및 제2 격판에 의해 가해진 운동에 구속되기 쉽다. 플랜지 링(146)은 제1 격판(162)과 제2 격판(145)을 연결한다. 격판과 플랜지 링과 서브캐리어 간의 마찰력은 격판을 제 위치에 유지시키고 격판 간의 인장력을 유지하는 것을 지원한다. 제1 및 제2 격판이 캐리어 및 유지 링의 병진 운동 및 각 운동을 허용하는 방식은 또한 각각의 격판(145, 162)의 공칭 평면 형태가 병진 운동 및 각 운동의 자유도를 허용하도록 변경되는 상태를 크게 확대 도시한 도3의 개략도에 의해 도시되어 있다. 특히 각 운동 방향에서 도면에 도시된 이러한 확대된 격판 절곡은 연마 중에 발생되지 않게 되며, 수직 병진 운동은 대개 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에만 발생되게 된다. 특히, 제2 격판(145)은 시일 링(131)과 플랜지 링(146)의 부착부 간의 길이에서의 제1 및 제2 절곡 구역(172, 173)에서 약간의 절곡 또는 변형되게 되고, 제1 격판은 그 부착부를 하우징(120) 및 캐리어(160)에 연결하는 제3, 제4, 제5 및 제6 절곡 구역(174, 175, 178, 179) 구역에서 상이한 절곡 또는 변형되게 된다.
이러한 설명에 있어서, "상부" 및 "하부"라는 용어는 기재된 구조물이 대개 도면에 도시된 그 정상 작동 상태에서 사용될 때의 구조물의 상대적 방향을 말한다. 동일 방식으로, "수직" 및 "수평"이라는 용어는 또한 본 발명 또는 실시예 또는 실시예의 요소가 그 의도된 방향으로 사용될 때 방향 또는 운동을 말한다. 이는 발명자에 의해 공지된 타입의 웨이퍼 연마 기계가 다른 폴리셔 요소들의 방향을 고정시키는 수평 연마 패드면에 제공될 때의 연마 기계에 적절하다.
다음으로 도4에 도시된 본 발명의 연마 헤드 조립체(103)의 약간 더 복잡한 또 다른 실시예를 주목하기로 한다. 웨이퍼 캐리어 조립체(106)가 특히 강조되나, 회전 결합체(116)와 연마 헤드 조립체(103)의 헤드 장착 조립체(104) 요소들이 또한 설명되어 있다. (도2에 도시된) 본 발명의 제1 실시예에서의 몇몇 구조물이 (도4에 도시된) 또 다른 실시예에 도시된 것과는 약간 상이한 구조물을 구비하고 있지만, 몇몇 실시예에서의 요소들에 의해 제공된 유사 기능들이 명확해지도록 동일한 도면부호가 부기되어 있음을 알 수 있다.
연마 헤드 조립체(103)는 대개 스핀들 회전축(111)을 형성하는 스핀들(119)과, 회전 결합체(116) 및 스핀들의 회전을 가능하게 하는 방식으로 브릿지(107)에 부착된 스핀들 지지부 내로 스핀들(119)을 부착시키는 수단을 제공하는 베어링을 포함하는 스핀들 지지 수단(209)을 포함한다. 이들 스핀들 지지 구조물은 기계 기술 분야에서 공지되어 있고 본 명세서에서는 상세히 기재되어 있지 않다. 스핀들 내의 구조물은 그 구조물이 회전 결합체(116)의 구조물 및 작동에 부속되는 것으로서 도시 및 설명되어 있다.
회전 결합체(116)는 고정식과 비회전식 및 회전 가능한 연마 헤드 웨이퍼 캐리어 조립체(106)인, 진공 공급원과 같은 유체 공급원 사이에 압축성 및 비압축성 유체(가스, 액체, 진공등)를 결합하기 위한 수단을 제공한다. 회전 결합체는 연마 헤드의 비회전부에 장착하도록 되고 비회전식 유체 공급원과 회전식 스핀들 축(119)의 외부면에 인접한 공간 구역 간의 압축성 또는 비압축성 유체를 한정하고 지속적으로 결합시키기 위한 수단을 제공한다. 회전 결합체는 도4의 실시예에 구체적으로 도시되어 있지만, 회전 결합체는 본 발명의 다른 실시예에 적용될 수 있음을 알 수 있다.
하나 이상의 유체 공급원은 (도시되지 않은) 배관 및 제어 밸브를 통해 회전 결합체(116)에 결합된다. 회전 결합체(116)는 회전 결합체(116)의 내부면(216)과 스핀들 축(119)의 외부면(217) 사이에 대개 원통형 저장소(212, 213, 214)를 형성하는 내부 표면부 상에 리세스 구역을 구비한다. 시일(218)은 저장소와 저장소 외부 구역 간의 누설을 방지하도록 회전축(119)과 회전 결합체의 비회전부 사이에 마련된다. 기계 기술 분야에서 공지된 종래의 시일이 이용될 수 있다. 보어 또는 포트(201)는 또한 회전 커플링을 통해 유체와 연통하도록 스핀들축의 중심 하방에 마련된다.
스핀들축(119)은 외부 축 표면 및 축의 상부로부터 스핀들축 내의 공동 보어로 연장하는 다중 통로, 일실시예에서는 5 개의 통로를 구비한다. 도4의 특정 단면도로 인해, 도면에서는 5 개의 통로 중 단 3 개만을 볼 수 있다. 진공 또는 다른 압축성 또는 비압축성 유체는 각각의 보어로부터 웨이퍼 캐리어 조립체(106) 내의 커플링 또는 배관을 통해 유체를 필요로 하는 위치로 연통된다. 커플링의 정확한 위치 또는 존재는 실행 항목이고 이후에 설명된 것을 제외한 본 발명의 사상에 중요한 것은 아니다. 이들 열거된 구조물은 회전축의 외부면에 인저한 구역과 에워싼 챔버 간의 하나 이상의 압축성 유체를 한정하고 연속적으로 결합시키기 위한 수단을 제공하나, 다른 수단들이 이용될 수 있다. 본 발명의 이러한 특정 실시예에서의 것 보다 더 적은 채널을 제공하는 회전 결합체는 본 명세서에 참고로 기재되어 있고 발명의 명칭이 "웨이퍼 연마 장치 내의 유체를 결합하기 위한 회전 결합체"인 미국 특허 제5,443,416호에 기재되어 있다.
웨이퍼 연마 헤드 및 웨이퍼 캐리어 조립체(106)의 전형적인 실시예는 본 명세서에 참고로 기재되어 있고 1999년 4월 19일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제09/294,547호에 또한 나타나 있는 도5에 도시되어 있다. 웨이퍼 연마 헤드의 또 다른 예는 발명의 명칭이 "웨이퍼의 용이하게 제거하도록 된 웨이퍼 연마 헤드"인 미국 특허 제5,527,209호에 도시 및 기재되어 있다. 이러한 연마 헤드 구조물은 일반적인 용어로 그리고 예에 의해 한정에 의하지 않고 본 발명의 구조물이 이용될 수 있는 연마 헤드의 형태를 설명하는 데 참조된다. 대개, 아래에 설명된 전형적인 실시예의 각각은 웨이퍼 유지 방법 및 구조의 수정예, 및 소정의 연마 효과를 달성하기 위해 연마 압력이 웨이퍼에 인가되는 방식에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 임의의 특정 연마 헤드 설계 또는 구조, 유지링 구조, 하우징 형태, 또는 요건으로서 확인되지 않은 임의의 다른 한정에 제한되지 않는다. 이러한 이유로 인해, 설명은 주로 웨이퍼와 구조 및 웨이퍼를 유지시키기 위한 방법 간의 관계에 집중된다.
그 기술 분야에 숙련된 자라면 본 명세서에서 제공된 설명과 관련하여 본 발명의 구조 및 방법이 연마 헤드 설계, 평탄화 헤드 및 방법의 광대한 범위에 이르기 까지 그 기술 분야에 숙련된 자의 범위 내에 있는 적절한 수정예에 적용될 수 있고, 본 명세서에서 도시되거나 설명된 특정 부상 헤드, 부상 캐리어, 부상 유지링등의 구조물에 한정되지 않음을 알 수 있을 것이다.
제어된 공기압이 유지링, 서브-캐리어 및 표면 시일을 이용한 웨이퍼의 후방측에 인가되는 제1 실시예
본 발명의 제1 실시예(300)는 도6에 도시되어 있다. 이는 유지링(RR)과 서브캐리어(SC) 압력 챔버를 구비한 2 개의 챔버를 갖는 설계이다. 이러한 실시예에서, 웨이퍼 서브캐리어(160)가 제공되나 웨이퍼 서브캐리어는 종래의 연마 헤드 설계 및 실행에서와 같이 (반도체 웨이퍼와 같은) 기판(113)을 실제 운반, 보유 또는 장착하지 않는다. 오히려, 연마 헤드와 대향하는 서브캐리어의 하부면(164)은 연마될 기판(113)과 접촉하고 기판과 서브캐리어 사이에서 시일을 형성하는 부착된 환형 표면 시일(302)을 구비한다. 환형 표면 시일(302)은 서브캐리어의 외주부 모서리(304) 근방에 장착되나, 웨이퍼의 후방 측면(308)과 서브캐리어(164)의 하향면 사이에 개재되도록 의도할 때 반드시 외주부 모서리(306)에 장착될 필요는 없다. (서브캐리어(164)의 하향면은 연마 작업 중에 연마 헤드(135)와 대향하는 표면임을 알 수 있다.)
연마 작업의 개시 바로 직전에, 반도체 웨이퍼(113)와 같은 기판의 후방 측면(308)은 환형 표면 시일(302)에 대해 배치된다. 표면 시일(302)은 다양한 방식으로 서브캐리어(160)에 부착될 수 있다. 일예로, 일실시예에서 표면 시일은 서브캐리어에 접착된다. 또 다른 실시예에서, 홈형 채널(310)은 표면 시일(302)을 수용하도록 서브캐리어(160)의 하향면(164) 내에 마련되고, 접착, 압력 끼워맞춤, 상호 로킹 홈 또는 다른 종래의 방식에 의해 고정될 수 있고, 탄성 표면 시일(302)과 같은 약간의 탄성 부재는 금속 또는 세라믹 서브캐리어와 같은 강성 기계 가공된 구조물 내로 삽입 및 유지될 수 있다.
표면 시일(302)이 서브캐리어(160)에 부착되는 방법과는 별개로, 표면 시일은 반도체(113)가 장착될 때 후방측 포켓 또는 후방측 공기 챔버(314)가 웨이퍼(308)의 후방측과 서브캐리어(164)의 하향면 사이에 형성되도록 표면 시일의 하부면부(312)(기판(113)의 후방 측면(308)을 포함하는 부분)이 서브캐리어 표면(164) 위로 연장하는 방식으로 크기가 정해지고 부착되어야 한다. 연장부 또는 포켓 깊이의 양은 반도체 웨이퍼가 표면 시일을 통해 서브캐리어에 장착될 때 웨이퍼가 (i) 연마 직전 및 직후에 웨이퍼(113)를 표면 시일(302)에 유지하도록 진공이 인가될 때나, (ii) 연마 압력이 후방측 공기 챔버(314) 내에 인가되고 웨이퍼(113)가 연마 헤드(135)에 대해 압축될 때, 서브캐리어 표면(164)과 접촉하지 않도록 되어야 한다. 실제 포켓 깊이는 다른 인자들 중에서도 (압축성이 큰 재료가 압축성이 적은 재료 보다는 대개 더 큰 깊이를 필요로 한다는 점에서) 표면 시일(302)이 그로부터 제조되는 재료, 진공이 인가되고 (특히 표면 시일 자체에 의해 더 적은 지지가 제공되는 웨이퍼의 중앙에서) 내향 압박될 때 더 큰 기판이 더 작은 기판 보다 내향(서브캐리어를 향해)으로 굽어지는 것을 기대할 수 있다는 점에서 유지되는 기판 또는 웨이퍼(113)의 직경, 및 후방측 압력 챔버(314)에 인가된 진공 및 연마 압력의 범위를 포함하는 몇몇 인자들에 좌우된다. 약 0.5 내지 5mm 사이의 포켓 깊이가 이용될 수 있으나, 약 1 내지 2mm 사이의 포켓 깊이가 200mm 웨이퍼 연마 헤드의 경우에 일반적이다. 본 발명의 일실시예에서, 절곡 가능한 가장자리를 갖는 표면 시일은 웨이퍼에 대해 절곡 가능한 환형 가장자리를 변형함으로써 밀봉이 제공되도록 이용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 약간의 연성 압축성 고무 또는 중합 재료가 시일을 형성하는 "O-링"의 방식으로 표면 시일(302)에 이용된다.
진공(부압) 유지력 및 양의 연마 압력이 중앙 공기 압력 또는 압축 유체(320)의 공급원과 유체 연통하는 서브캐리어(160)의 하향면(164)에서 적어도 하나의 구멍 또는 오리피스(318)로부터 제공된다. 압축 공기의 공급원으로부터 압축 가스 대개 공기는 유익하게 이용될 수 있다. 다수의 그러한 구멍 또는 오리피스(318)는 서브캐리어 표면(164)에 임의로 제공될 수 있고, 웨이퍼 후방측 상의 압력을 신속하고 균일하게 변경하기에 유익할 수 있다. 유사 방식으로, 진공 공급원(320)은 동일 구멍(318) 또는 상이한 구멍을 통해 연통될 수 있다. 대개, 압축 가스는 서브캐리어의 상부측에 고정구를 부착하고, 서브캐리어(324) 내에 채널 또는 채널의 매니폴드를 제공하고, 채널 또는 채널(326)의 매니폴드를 서브캐리어(160)의 하부면(164) 상으로 개방하는 오리피스(318)에 연결함으로써 구멍 또는 오리피스에 연통된다. 오리피스가 공간에 의해 웨이퍼의 후방측으로부터 분리될 때, 오리피스가 웨이퍼와 직접 접촉하거나 중합 삽입체를 통해 접촉하는 종래의 연마 헤드와 비교하여 연마가 오리피스(318)의 위치나 크기에 민감하지 않음을 알 수 있다.
작동시에, 웨이퍼(113)는 웨이퍼 로딩 작업 중에 서브캐리어(160)와 표면 시일(302) 위로 약간 연장하는 유지링(166)에 의해 형성된 포켓 내에 배치되고, 진공에 의해 표면 시일에 대해 적소에 유지된다. 유지링(166), 서브캐리어(160), 표면 시일(302) 및 부착 웨이퍼(113)를 포함하는 연마 헤드(103)는 그후 연마 헤드(135)에 대해 반대 방향으로 배치된다. 대개, 연마 헤드 및 연마 패드 모두는 서로에 대해 절대 감각적으로 이동되어 기판의 균일 연마 및 평탄화가 달성된다.
본 발명의 구조물은 (표면 시일이 배치된 곳을 제외하고) 웨이퍼의 후방측에 대해 압력을 직접 인가하여 종래의 연마 삽입체의 특성의 변동으로부터 발생하는 국지적 압력 변동, 웨이퍼 후방측(308)과 삽입체 또는 서브캐리어 표면(164) 간의 오염 발생, 삽입체 또는 서브캐리어 표면(164)의 비평탄화등이 발생하지 않는다. 일부 압력 변동이 표면 시일이 존재함으로써 발생할 수 있기 때문에, 표면 시일은 소위 모서리 배제 구역에서 웨이퍼의 주연 모서리(306)에 근접 배치되는 것이 바람직하고 신뢰성있는 시일을 제공하도록 (환상 내경과 환상 외경 사이의 차이)를 단지 너무 넓게 할 필요는 없다. 대개, 약 1 내지 3mm의 폭이 이용될 수 있으나, 더 작거나 더 큰 폭이 이용될 수 있다. 순수한 공기 압력이 후방측 연마 챔버(314)에 인가될 때 하향 연마 압력은 웨이퍼 후방측 상에 존재할 수 있는 어떠한 오염 물질에 상관 없이 균일함을 알 수 있다. 따라서, 더 균일한 연마가 제공된다.
종래의 서브캐리어 구조물(160)을 본 실시예에 대해 도시하고 설명하였지만, 서브캐리어(160)의 특정 특징은 서브캐리어가 실제 웨이퍼(113)를 장착하지 않고 웨이퍼가 직접 또는 삽입체를 통해 장착되는 평탄면을 제공할 책임이 없기 때문에 중요하지 않음을 알 수 있다. 일예로, 서브캐리어(164)의 표면은 공기가 든 시일이 유지되도록 그 접촉면이 충분히 평면인 방식으로 표면 시일이 장착되는 한 비평면으로 될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 다수의 표면 시일(302)은 비연마 작업 중에 더 큰 직경의 웨이퍼(113)에 대해 추가의 지지부를 제공하기 위해서나 별도의 압력 구역을 형성하기 위해 서브캐리어(164)의 표면 위에 제공된다. 별도의 압력 구역이 제공될 때, 별도의 공기 공급원, 유체 또는 공기 압력(320)이 기술된 방식으로 각각의 구역에 공급된다.
제어된 공기압이 유지링, 서브캐리어, 내부관 및 웨이퍼의 후방측에 별도로 인가되는 제2 실시예
본 발명의 제2 실시예(400)가 도7에 도시되어 있다. 이러한 또 다른 실시예에서, 표면 시일(402)은 압축 공기의 동일하거나 상이한 공급원으로부터 동일하거나 상이한 압력을 수용하는 팽창식 내부관의 형태로 추가의 표면 시일 압력 챔버(403)을 제공하도록 도6의 실시예와 비교하여 수정된다. 표면 시일 압력 챔버는 외계에 개방되지 않는 폐쇄 챔버일 때, 액체 또는 가스는 압력 공급원으로서 이용될 수 있다. 대개, 표면 시일 압력 챔버(403)는 아래에 기재된 이유로 인해 각각의 압력 챔버(403, 414) 내의 압력을 별도로 제어하는 것이 바람직하기 때문에 후방측 압력 챔버(414) 보다 압축 유체의 상이한 공급원에 결합된다.
종래의 연마 장치에서, 연마에 있어서의 약간의 변동이 웨이퍼의 주연 모서리 근방에서 자주 발생될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 도6의 실시예에 대해 기재된 것과 같이 후방측 압력 챔버를 제공하고 불활성 또는 비활성 표면 시일(302)을 구비하더라도, 약간의(최소의) 모서리 효과가 발생할 수 있다. 모서리 효과의 가능성은 비활성 표면 시일(302)의 존재나 웨이퍼(113)의 다른 특성으로부터 생기고, 웨이퍼 연마 헤드 또는 웨이퍼 연마 방법은 이러한 실시예에 의해 제공된 바와같이 표면 시일 압력 챔버(403)를 형성하는 활성 표면 시일 구조물인 수정된 표면 시일(402)을 제공함으로써 더 줄어들 수 있다.
활성 표면 시일(402)은 도6의 비활성 표면 시일(302)에 대해 이미 기재된 방식으로 웨이퍼(113)의 주연 모서리(306) 근방에 배치된 원형 또는 환상의 내부관 또는 블래더(402)의 형태로 압력 챔버(403)를 형성한다는 점에서 적어도 비활성 표면 시일(302)과는 상이하다.
활성 표면 시일(402)이 그 내부에 형성된 압력 챔버(403)의 존재로 인해 비활성 표면 시일(302) 보다는 더 두꺼운 구조이기 때문에, 활성 표면 시일은 (성형, 주조 또는 기계 가공에 의해) 서브캐리어(160) 내로 형성된 환상 홈 또는 리세스(410) 내에 부분 장착되는 것이 바람직하다. 활성 표면 시일(402)의 일실시예에서, 압축 유체(액체 또는 기체, 바람직하게는 기체)는 서브캐리어(160) 내로부터 관형 표면 시일(402) 내로 삽입된 적절한 고정구(423)에 의해 관형 구조 내로 도입되는 관형 구조가 제공된다. 후방측 압력 챔버(314)와 함께, 활성 표면 시일로의 압력은 서브캐리어(325)의 상부면에 장착된 고정구로부터 연통될 수 있고 서브캐리어 내의 채널 또는 채널(426)의 매니폴드에 의해 관형 활성 표면 시일에 연통된다.
또 다른 실시예에서, 활성 표면 시일(402)은 관형 구조가 아니고, 서브캐리어에 단지 부착될 때 표면 시일 압력 챔버를 형성하는 탄성 재료 시트, 성형 채널등을 포함한다. 그러한 시트 또는 채널 구조물의 부착이 시일이 서브캐리어와 만나는 곳의 완전한 압력 시일을 달성할 필요와, 시일/웨이퍼 또는 시일/기판 경계면에서의 압력의 실제 균일함에 대한 필요로 인해 어느 정도 더 복잡할 수 있지만, 그것은 형태 및 재료에 대한 더 큰 범위의 선택을 제공한다. 정확히 폐쇄된 관형 구조로 달성하기가 어려운 복합 재료가 이용될 수 있다.
활성 표면 시일(402)과 표면 시일 압력 챔버(403)를 갖춘 연마 헤드의 작동은 표면 시일 압력 챔버(403)에서의 압력이 연마 작업 중에 후방측 압력 챔버(414)에 대해 별개 독립적으로 제어된다는 점을 제외하고는 도6의 실시예의 비활성 시일의 작동을 위해 이미 기재된 것과 유사하다. 연마될 웨이퍼의 특성과 연마 또는 평탄화 과정의 특성에 따라, 동일하거나 상이한 압력이 표면 시일 압력 챔버(403)와 후방측 압력 챔버(414)에 인가될 수 있다. 대개 상이한 압력이 인가되고, 표면 시일 챔버 압력은 후방측 챔버 압력 보다 더 크거나 더 적을 수 있다. 일예로, 후방측 연마 챔버에서의 8psi의 공칭 연마 압력의 경우에, 표면 시일 연마 챔버는 7 내지 9psi의 압력을 이용할 수 있다. 물론, 각각의 표면 시일 챔버와 후방측 챔버에서의 압력은 연마 작업 중에 독립적으로 변경될 수 있다.
격판이 부상 유지링으로부터 웨이퍼를 지지하는 제3 실시예
격판이 부상 유지링으로부터 기판(웨이퍼)를 지지하는 본 발명의 제3 실시예가 도8에 도시되어 있다. 이러한 제3 실시예에서, (도6의 실시예에서의 서브캐리어(160)와 같은) 종래의 서브캐리어가 전체적으로 제거되어 있고, 후방측 격판 또는 후방측 막(505)은 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판(113)을 장착 및 지지하기 위해 그러한 서브캐리어 대신에 제공된다. 이러한 실시예는 바람직한 실시예에서와 같이 가동 또는 부상 유지링(166)과 결합하여 유익하게 실행되고, 웨이퍼 후방측 격판(505)은 유지링(166)의 내부 원통형면(510)에 직접 장착된다. 일실시예에서, 후방측 격판(505)은 원형 형태를 갖고 유지링을 연결하고 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판(113)을 수용하기 위한 포켓(512)을 형성하도록 유지링(166)의 내부 원통형면으로부터 연장한다. 연마 중에 연마 패드(135)와 반도체 웨이퍼(113)의 전방 측면과 접촉하는 유지링(166)의 표면이 연마 중에 동일 높이에 있거나 실제 동일 높이에 있는 것이 바람직하기 때문에, 유지링에 의해 형성된 포켓(512)의 깊이와, 후방측 격판 및 웨이퍼는 실제 편평성이 달성되도록 조절된다. 대개, 웨이퍼 또는 다른 기판의 약간의 두께 변동이 예상되는 경우에, 또는 유지링의 접촉면의 장시간의 마모를 고려하여, 후방측 웨이퍼 격판(505)의 탄성도와 후방측 격판의 내부면(515)에 대해 인가되고 후방측 격판 재료를 통해 웨이퍼의 후방측에 연통된 후방측 격판 압력은 웨이퍼 두께 범위를 수용하기에 충분하기 때문에, 포켓(512)은 웨이퍼(113)의 공칭 두께 보다 어느 정도 더 깊어야 한다.
도8의 도면에서 유지링(166)은 일체형 강성 구조로서 형성되는 것으로 보이며 후방측 웨이퍼 격판은 유지링의 내부 원통형면 내로 기계 가공된 홈 또는 리세스 내로 격판을 삽입함으로써 유지링에 부착됨을 알 수 있다. 이러한 구조를 갖는 유지링(166)이 이용될 수 있지만, 유지링은 유지링이 연마 패드와 접촉하는 제거 가능하고 교환 가능한 마모면(518)을 구비하는 것이 바람직하다. 이로 인해 소정의 포켓 깊이가 유지될 수 있도록 소정량의 마모 후에 유지링 마모면(518)은 교환될 수 있게 된다. 유지링 마모면의 사용 수명 중에 볼 수 있고 사용 수명 후에는 사라지는 함몰부, 구멍, 노치등 기계적 형상부의 제한된 수와 같은 선택적 마모 표시기(520)는 소멸되게 된다. 이러한 기계적 마모 표시기는 연마 헤드의 상이한 구역에서의 검출 가능한 압력이나 연마 차이를 생성하지 않기에 충분하도록 작아야 한다.
교환 가능한 마모면과 다른 형상부를 구비한 유지링의 하나의 전형적인 구조는 본 명세서에 참고로 기재되어 있고 발명의 명칭이 "부상 웨이퍼 캐리어와 유지링을 구비한 화학적 기계적 연마 헤드 조립체"인 1999년 3월 3일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제09/261,112호에 개시되어 있다.
연마 압력은 후방측 격판(505)의 내부면(575)에 대해 직접 서브캐리어 챔버(SC 챔버)(522)로부터 제공되고 후방측 격판(505) 재료를 거쳐 웨이퍼의 후방측으로 연통된다. 더 정확히 후방측 격판 압력으로서 특징을 이루는 이러한 서브캐리어 챔버 압력은 후방측 격판(505)에 의해 폐쇄되는 연마 헤드 하우징 내부의 공동(서브캐리어 챔버)(522)에 유체 연통하는 상부 하우징(524) 내의 고정구(523)에 의해 후방측 격판에 연통된다.
후방측 격판은 구조적 및 수명 요건에 맞게 가능한 얇아야 한다. 특히, 얇은 후방측 격판 두께는 더 얇은 후방측 격판이 웨이퍼의 변형을 야기함이 없이 웨이퍼의 후방측 표면 상의 임의의 불순물의 존재를 보다 용이하게 수용하고 직공기압에 더 유사한 압력을 제공하기 때문에 바람직하다. 한편, 더 두꺼운 후방측 격판은 대개 더 긴 수명을 갖게 되고, 사용 중에 덜 손상되며, 유지링(166)에 더 견고히 부착될 수 있다. 대개 고무나 다른 중합 재료로부터 제조된 후방측 격판은 유익하게 이용된다. 강화 섬유를 채용한 재료와 같은 복합 재료가 후방측 격판에 이용될 수 있으나, 충분한 탄성도를 유지하는 것이 유익하도록 후방측 격판 부분이 다른 부분과는 별개로 다소간 작용하는 것이 바람직하다. 더 얇거나 더 두꺼운 격판이 이용될 수도 있지만, 대개 약 0.1 내지 4mm 사이의 두께를 갖는 후방측 격판이 이용될 수 있다. 더 통상적으로, 약 0.5 내지 2mm 사이의 두께를 갖는 후방측 격판이 이용될 수 있다. 대개, 후방측 격판은 일정한 두께를 갖는다.
또 다른 일실시예에서, 비교적 얇은 후방측 격판은 훈련 드럼 방식으로 유지링을 가로질러 신장된다. 또 다른 실시예에서, 후방측 격판의 두께 프로파일은 방사상 위치의 함수로서 가변되고, 유지링 쪽의 부착 구역에서 더 두꺼워지고 중앙을 향해 더 얇아진다. 그러한 두께 변화가 제공될 때, 후방측 웨이퍼 표면에 제공되고 그와 접촉하는 표면은 편평하거나 거의 편평하여 연마 압력 변화가 일어나지 않는 것은 중요하다.
작동시에, 웨이퍼 또는 다른 기판(113)은 후방측 격판의 외부면과 후방측 격판으로부터 연장하는 유지링 원통형면의 일부에 의해 형성된 포켓(512) 내에 배치된다. 그후, 웨이퍼와 유지링은 연마 패드와 접촉하게 된다. 후방측 격판 연마 압력은 후방측 챔버(서브캐리어 챔버)(522) 내로 도입되고 후방측 격판(505)의 내부면(515)을 압축한다. 공기압은 후방측 격판의 재료를 통해 전달되고 웨이퍼의 후방측을 압축하고 차례로 연마 패드(135)에 대해 웨이퍼의 전방측을 압박한다.
유익하게, 후방측 격판 또는 막은 웨이퍼를 압축하고 연마 압력은 그 표면에 걸쳐 균일 분포된다. 얇은 후방측 격판의 경우에, 격판은 물, 연마 슬러리 또는 연마 부스러기가 헤드 하우징의 내부와 유사 구조적 요소 내로 들어가는 것을 방지하도록 오염 방어 방식으로 작용한다. 몇몇 실시예에서, 후방측 격판은 매우 얇고 얇은 블래더 또는 기구 방식으로 후방측 격판 챔버 압력의 균일한 힘 이외의 어떠한 힘도 가하지 않고 웨이퍼의 평탄면에 맞도록 작용한다.
부분 개방 환상 격판이 부상 유지링으로부터 웨이퍼를 지지하는 제4 실시예
본 발명의 제4 실시예가 도9에 도시되어 있다. 본 발명의 이러한 제4 실시예에서, 후방측 격판의 구조 및 본 발명의 사상은 후방측 격판의 물리적 구조물이 임의의 비균일 연마 효과나 압력 프로파일 편차를 생성하는 가능성을 제거하기 위해 수정된다. 이러한 실시예에서, 유지링(166)으로부터 단지 단거리 만큼 방사상 내향 연장하는 개방 격판(540)이 이용된다. 이전 실시예의 완전 원형의 후방측 격판(505)은 웨이퍼 후방측의 외주연 방사부에 대해 압축될 때 후방측 압력 챔버(522)를 밀봉하는 환상 후방측 모서리 격판(540)에 의해 대치된다.
환상 후방측 모서리 격판(540)과 후방측 웨이퍼면 간의 시일이 후방측 압력 챔버(522)를 생성할 책임이 있기 때문에, 환상 모서리 격판은 전술된 완전 원형의 후방측 격판(505)의 재료 보다 어느 정도 더 두껍고 단단한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
일실시예에서, 환상 후방측 모서리 격판(540)은 약 3 내지 25mm 사이, 더 일반적으로는 5 내지 10mm 사이의 유지링(166)으로부터 실제 수평 방사상 내향으로 연장한다. 환상 후방측 격판은 적절한 압력 시일을 보증하기 위해 충분한 거리 만큼 내향 연장해야 하고, 압력 프로파일 변동이 그에 의해 도입될 때 까지 연장하지 않는다. 특히, 환상 모서리 후방측 격판은 격판이 웨이퍼와 접촉하여 연결되는 내부 모서리에서 압력 프로파일 또는 연마 불연속성을 발생시키지 않는 것이 바람직하다.
또 다른 실시예에서, 환상 후방측 모서리 격판(540)은 격판이 수용하는 유지링(166) 상의 부착부로부터 웨이퍼(113)를 향해 약간 하향으로 연장하는 것이 바람직하다. 이렇게, 환상 모서리 후방측 격판은 접촉 압력이 증가하고 시일이 더 밀착되고 챔버(522) 내의 압력과 접촉양이 증가하는 곳에서 탄성 스프링과 같이 작용한다. 그러나, 강한 유효 스프링 상수가 이용되는 경우에 도입될 수 있는 압력 변동으로 인해, 이러한 형태의 원뿔형 탄성 격판은 일예로 공칭 모서리 배제 구역에서와 같이 (약 3 내지 5mm)의 제한 거리 만큼 방사상 내향 연장해야 한다.
부상 유지링으로부터 지지된 공기관 또는 압력 블래더가 웨이퍼를 장착하는 제5 실시예
본 발명의 제5 실시예가 도10에 도시되어 있다. 일실시예에서, 웨이퍼(113)는 유지링으로부터 지지된 탄성 공기식 환상 밀봉 블래더(550), 효과적으로는 관형 블래더 또는 내부관에 의해 운반된다. 웨이퍼 연마 헤드는 내부 원통형면을 구비하고, 웨이퍼가 연마 헤드에 대해 이동할 때 웨이퍼의 측방향 운동을 억제하고 연마될 웨이퍼를 운반하도록 하는 크기를 갖는 내부 원통형 포켓(552)을 형성하는 유지링(166)을 포함한다. 상대 운동은 웨이퍼가 부착된 헤드의 회전 운동으로 되거나 연마 헤드의 별도의 회전 운동으로 될 수 있다. 회전 패드를 가로질러 회전 헤드의 선형 모터가 또한 이용될 수 있다.
웨이퍼 부착 정지판(554)은 유지링에 부착되나 바람직한 실시예에서 웨이퍼의 과도한 휨이나 절곡 없이 인가된 진공 유지 압력 하에서 웨이퍼 유지를 지원하는 기계적 정지부로서 제공된다. 매우 간단한 표현으로, 웨이퍼 부착 정지판(554)은 웨이퍼 부착 정지판이 단지 웨이퍼 로딩 및 언로딩 중에 작업을 지원하는 것을 제외하고는 서브캐리어와 유사하다. 정지판은 통상적으로 연마 또는 평탄화 작업 중에 웨이퍼를 운반하지 않는다.
대신에 웨이퍼(113)는 유체 연통을 위해 공기나 다른 가스와 같은 제1 압축 공기 유체에 결합되는 관형 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)에 의해 운반된다. 이러한 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 제1 공기 구역 또는 챔버(556)를 형성하고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 그 주연 모서리에서나 그 근방에서 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 부착 정지판의 제1면에 부착된다. 이러한 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 또한 주로 웨이퍼의 외주부 모서리부(557) 상에서 작용(일예로, 가장 바깥쪽 10mm 방사상 부분 밖의 0 내지 3mm의 가장 바깥쪽 부분 상에서 작용)하는 공기 압력을 지탱한다.
탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)는 또한 웨이퍼가 연마 작업 중에 연마 헤드에 부착될 때 웨이퍼 정지판의 제1(외부)면과 부착된 웨이퍼 사이로 연장하는 제1 공기 구역 또는 챔버(557)의 방사상 내부에 제2 공기 구역 또는 챔버(558)를 형성한다. 제2 공기 구역 또는 챔버는 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합된다. 일실시예에서, 제2 챔버는 웨이퍼(113)의 후방측면, 웨이퍼 부착 정지판(554)의 외부면 및 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)에 의해 형성된 시일 사이에서 연장하는 박판형 챔버이다. 제2 압축 공기 유체는 부착 정지판을 거쳐 하우징(559) 내의 프리넘(plenum) 챔버(560)로 연장하는 구멍을 통해 제2 구역 또는 챔버에 연통된다. 이러한 프리넘 챔버압은 대개 고정구(561)와 배관을 거쳐 압축 공기 유체의 외부 공급원에 연통된다. 그 기술 분야에 공지된 것과 같이 하나 이상의 회전 결합체가 이용될 수 있다. 하나의 예시적인 회전 결합체는 본 명세서에 참고로 기재되어 있고 미쓰비시 머티어리얼 코포레이션에 양도되고 볼로다스키(Volodarsky)등에게 특허 허여된 발명의 명칭이 "웨이퍼 연마 장치에서의 유체 결합용 회전 결합체"인 미국 특허 제5,443, 416호에 기재되어 있다.
웨이퍼 부착 정지판의 제1 또는 외부면(562)은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 후방측면과 접촉하지 않고 바람직하게 (접촉할 수도 있지만) 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼와 접촉하지 않게 됨을 알 수 있다. 웨이퍼 부착 정지판은 우선적으로 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼가 웨이퍼를 연마 헤드에 유지하는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 과도하게 휘어지는 것을 방지하기 위해 비연마 기간 중에 작동되게 된다. 제1 및 제2 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마압을 달성하도록 조절된다. 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)의 내부(556)에 인가된 제1 압축 유체는 고정구, 배관 및 회전 결합체 또는 다른 종래의 수단을 통해 외부 공급원으로부터 블래더에 결합된다. 제1 챔버는 그 힘을 우선적으로 웨이퍼의 주연 모서리에 또는 그 근방에 가하게 된다. 제2 챔버(560, 558)는 웨이퍼의 잔류 중앙 구역에 걸쳐 그 공기력을 작용시키고 두드러진 연마압을 제공하게 된다. 모서리 블래더는 모서리 연마 특성을 변경시키기 위해 차이가 나는 압력을 제공함으로써 나타낼 수 있다.
연마 작업의 개시 직전에, 반도체 웨이퍼(113)와 같은 기판의 후방측면은 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)에 대해 배치된다. 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 다양한 방식으로 유지링 또는 서브캐리어에 부착될 수 있다. 일예로, 일실시예에서 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 접착된다. 또 다른 실시예에서, 홈을 갖는 채널은 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 수용하도록 유지링의 하향면 내에 마련된다. 또 다른 실시예에서, 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 판형 재료 또는 성형 재료의 환형부를 루우프로 한정하고 패스너를 갖춘 루우프를 유지링에 결합된 내부면 상으로 한정함으로써 형성된다. 패스너는 밀봉 블래더의 단지 일부분만이 부착 정지판의 표면 위로 연장하도록 유지링 마모면 부재와 전술된 웨이퍼 부착 정지판에 의해 덮여진다. 연장되는 부분은 웨이퍼를 정지판으로부터 분리시킨다.
탄성 환상 공기 밀봉 블래더가 유지링(또는 서브캐리어)에 부착되는 방법에 상관 없이, 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 반도체 웨이퍼가 장착될 때 후방측 포켓 또는 후방측 공기 챔버(558)가 웨이퍼의 후방측과 웨이퍼 부착 정지판의 하향면 사이에 형성되도록 탄성 환상 공기 밀봉 블래더의 하부면부가 부착 정지판 표면 위로 연장하는 방식으로 크기가 정해져야 하고 부착되어야 한다. 연장하는 양 또는 포켓 깊이는 반도체 웨이퍼가 탄성 환상 공기 밀봉 블래더 상에 장착될 때, 웨이퍼는 바람직하게 (i) 연마 직전 및 직후에 웨이퍼를 탄성 환상 공기 밀봉 블래더에 유지하도록 진공이 인가될 때, 또는 (ii) 연마압이 후방측 공기 챔버에 인가되고 웨이퍼가 연마 패드에 대해 압축될 때에 부착 정지판에 접촉하지 않도록 되어야 한다. 특별한 경우의 접촉이 바람직하지는 않지만 수용 가능하며 부착 정지판을 제공하기 위한 주 이유는 웨이퍼 또는 다른 기판 내에서 발전하는 크랙킹, 파괴 또는 과도 응력을 야기할 수 있는 과도한 휨을 방지하기 위한 것이다. 실제 포켓 깊이는 다른 인자들 중에서도 탄성 환상 공기 밀봉 블래더가 그로부터 제조되는 재료, 블래더 내로 도입되는 압력, 유지 진공이 인가되고 (특히 탄성 환상 공기 밀봉 블래더 자체에 의해 더 적은 지지가 제공되는 웨이퍼의 중앙에서) 내향 압박될 때 더 큰 기판이 더 작은 기판 보다 내향(서브캐리어를 향해)으로 굽어지는 것을 기대할 수 있다는 점에서 유지되는 기판 또는 웨이퍼의 직경, 및 블래더에 인가된 진공 및 연마 압력의 범위를 포함하는 몇몇 인자들에 좌우된다. 약 0.5 내지 5mm 사이의 포켓 깊이가 이용될 수 있으나, 약 1 내지 2mm 사이의 포켓 깊이가 200mm 웨이퍼 연마 헤드의 경우에 일반적이다. 더 큰 포켓 깊이는 웨이퍼의 중앙에서 수용 가능한 굽힘 양이 200mm 직경의 웨이퍼 보다 더 커질 수 있는 일예로 300mm 웨이퍼와 같은 더 큰 웨이퍼에 이용될 수 있다.
진공(부압) 유지력 및 양의 연마 압력이 압축 유체의 공급원과 유체 연통하는 부착 정지판의 하향면에서 적어도 하나의 구멍(563)으로부터 제2 챔버 내로 제공된다. 압축 공기의 공급원으로부터 압축 가스 대개 공기는 유익하게 이용될 수 있다. 다수의 그러한 구멍 또는 오리피스는 부착 정지판 표면에 임의로 제공될 수 있고, 웨이퍼 후방측 상의 압력을 신속하고 균일하게 변경하기에 유익할 수 있다. 유사 방식으로, 진공 공급원은 동일 구멍 또는 상이한 구멍을 통해 연통될 수 있다. 대개, 압축 가스는 부착 정지판의 상부측에 고정구(561)를 부착하고, 하우징내의 프리넘 챔버(560) 내로 압력을 직접 제공하고, 제2 챔버 및 내부 하우징 프리넘 챔버 간의 구멍, 채널 또는 다른 개구를 제공함으로써 구멍 또는 오리피스에 연통된다. 부착 정지판을 관통한 오리피스 또는 구멍이 공간에 의해 웨이퍼의 후방측으로부터 분리될 때, 오리피스가 웨이퍼와 직접 접촉하거나 중합 삽입체를 통해 접촉하는 종래의 연마 헤드와 비교하여 연마가 오리피스의 위치나 크기에 민감하지 않음을 알 수 있다.
작동시에, 웨이퍼는 웨이퍼 로딩 작업 중에 탄성 환상 공기 밀봉 블래더의 하부면 위로 약간 연장하는 유지링에 의해 형성된 포켓(568) 내에 배치되고, 진공에 의해 블래더에 대해 적소에 유지된다. 유지링, 탄성 환상 공기 밀봉 블래더, 부착 정지판 및 부착 웨이퍼를 포함하는 연마 헤드는 그후 연마 패드에 대해 반대 방향으로 배치된다. 대개, 연마 헤드 및 연마 패드 모두는 서로에 대해 절대 감각적으로 이동되어 기판의 균일 연마 및 평탄화가 달성된다.
본 발명의 구조물은 (탄성 환상 공기 밀봉 블래더이 배치된 곳을 제외하고) 웨이퍼의 후방측에 대해 압력을 직접 인가하여 종래의 장치에서 존재하는 연마 삽입체의 특성의 변동으로부터 발생하는 국지적 압력 변동, 웨이퍼 후방측과 삽입체 또는 서브캐리어 표면 간의 오염 발생, 삽입체 또는 서브캐리어 표면의 비평탄화등이 발생하지 않는다. 일부 압력 변동이 탄성 환상 공기 밀봉 블래더이 존재함으로써 발생할 수 있기 때문에, 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 소위 모서리 배제 구역에서 웨이퍼의 외주연 모서리에 근접 배치되는 것이 바람직하고 신뢰성있는 시일을 제공하도록 (환상 내경과 환상 외경 사이의 차이)를 단지 너무 넓게 할 필요는 없다. 대개, 약 2 내지 10mm의 폭, 더 일반적으로는, 약 3 내지 6mm의 폭이 이용될 수 있으나, 더 작거나 더 큰 폭이 이용될 수 있다. 순수한 공기 압력이 후방측 연마 챔버에 인가될 때 하향 연마 압력은 웨이퍼 후방측 상에 존재할 수 있는 어떠한 오염 물질에 상관 없이 균일함을 알 수 있다. 따라서, 더 균일한 연마가 제공된다.
서브캐리어와 대개 유사한 부착 정지판(554)의 구조에 대해 도시하고 설명하였지만, 이는 실제 그 경우는 아니며, 부착 정지판(554)의 특정 특징은 실제 웨이퍼를 장착하지 않고 웨이퍼가 직접 또는 삽입체를 통해 장착되는 평탄면을 제공할 책임이 없기 때문에 중요하지 않음을 알 수 있다. 일예로, 부착 정지판의 표면은 공기가 든 시일이 유지되도록 그 접촉면이 충분히 평면인 방식으로 탄성 환상 공기 밀봉 블래더이 장착되는 한 비평면으로 될 수 있다. 일실시예에서 부착 정지판의 외부면은 중앙을 향해 어느 정도 내향으로 경사지게 되어 더 큰 굽힘이 웨이퍼 부착 정지판과의 접촉 없이 웨이퍼의 중앙에서 허용된다.
요약하면, 이러한 본 발명의 특정 실시예는 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 측방향 운동을 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과; 제1 공기 구역을 형성하도록 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착된 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 포함한다. 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 웨이퍼가 연마 작업 중에 연마 헤드에 부착될 때 제1 공기 구역의 방사상 내부에 제2 공기 구역을 형성하고 웨이퍼 정지판의 제1면과 웨이퍼 사이에서 연장하고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼 정지판의 제1면은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 후방측면과 접촉하지 않는다. 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동되고; 제1 및 제2 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
부상 유지링으로부터 지지된 가장자리 시일을 구비한 제6 실시예
본 발명의 제6 실시예가 도11에 도시되어 있다. 이제 도10의 실시예에 대해 기판의 주연 모서리에서 공기압(또는 유압)을 조절하기 위한 별도의 압력 챔버를 제공하는 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)를 구비한 실시예의 구조 및 작동에 대해 설명하면, 또 다른 실시예의 설명에 있어서 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 탄성 시일(570)에 의해 대치되어 있음을 주목하게 된다. 이러한 실시예에서, 웨이퍼의 모서리에 조절 가능한 압력을 제공하는 도10 실시예의 별도의 챔버(556)가 더 간단하고 더 경제적인 설계를 위하여 제거된다.
탄성 시일(570)은 웨이퍼(113)를 수용하고 웨이퍼를 후방측 주연 모서리면(572)에서 지지하기 위해 유지링(166) 내부 원통형면(571)에 인접 배치된다. 웨이퍼 또는 다른 기판이 그에 장착될 때 공기 구역(574)을 형성하게 된다. 공기 압력 구역(574)은 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(550)를 갖는 (도10의) 실시예에 설명된 압력 구역(558)에 비교되며, 챔버(560) 내로 연장하는 관통 구멍(577)과 유사한 방식으로 유체 연통을 위해 압축 공기 유체에 결합된다.
탄성 시일(570)은 웨이퍼 정지판(575)의 일부로서 또는 웨이퍼 정지판의 외부면과 장착 웨이퍼의 후방측 사이에 배치된 별도의 요소로서 유익하게 제공될 수 있다.
탄성 표면 시일은 웨이퍼의 약간의 수직 이동이나 운동을 가능하도록 하기 위해 신축성을 갖고, 웨이퍼의 후방측면과 유지링(166)의 내부 원통형면(571) 및 공기 압력 챔버 사이에 압력 시일을 형성한다. 일실시예에서, 표면 시일은 중합체 웨이퍼 정지판의 연장부로서 형성된다. 단면도에서, 연장부는 웨이퍼와 접촉하는 웨이퍼 정지판의 외부면(579)으로부터 외향 연장하는 핑거(578) 형태를 갖는다. 실제 이러한 연장부 "핑거"의 원형 (또는 환상) 융기부는 어느 정도 원뿔 형태를 갖고 표면 시일과 웨이퍼 간의 접촉 압력이 증가할 때 표면 시일에 대한 웨이퍼의 압축력 증가로 인해 또는 압력 챔버 내에 인가된 공기압의 증가로 인해 시일 강도가 증가되는 특성을 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 압력 챔버 내의 공기압은 압력 챔버(574)와 하우징(559) 내의 프리넘 챔버(560) 사이를 연장하는 하나 이상의 구멍(577) 또는 오리피스를 통해 챔버에 연통된다. 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 고정구는 배관이 부착되고 압축 기체의 외부 공급원에 접속되는 웨이퍼 정지판의 내부면에 부착된다. 압축 기체는 그후 구멍 또는 채널을 통해 웨이퍼 정지판을 거쳐 압력 챔버에 연통된다.
웨이퍼 정지판(575)은 도10의 전술된 실시예와 동일 기능을 갖는다. 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동된다. 따라서, 일체형 표면 시일이 이용될 때 웨이퍼 정지판과 일체형 표면 시일이 그로부터 형성된 재료가 적절한 시일을 형성하도록 소정의 가요성 및 탄성을 구비해야 한다는 점을 제외하고는 동일하거나 유사한 구조가 이용될 수 있다. 많은 중합체 재료는 그러한 특성을 갖고, 정지판 주본체부 및 시일부의 두께는 주본체부의 소정의 인성 및 시일부에서의 소정의 탄성을 제공하도록 조절될 수 있다. 진공력은 양의 압축력으로서 동일 구멍 또는 채널을 통해 인가될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과; 웨이퍼가 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합 장착될 때 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 제1 공기 구역을 형성하는 형성하는 탄성 시일을 포함한다. 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 비연마 기간 중에 작동되고; 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 독립적으로 조절될 수 있다.
웨이퍼상에서 다중 압력 구역을 조절하기 위한 다수의 압력관 또는 블래더를 구비한 제7 실시예
본 발명의 제7 실시예가 도12에 도시되어 있다. 제7 실시예에서, 도10의 단일 주연 모서리 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 구비한 실시예의 사상, 구조 및 방법은 웨이퍼(113)의 후방측 상에 다중 압력 챔버 구조를 제공하도록 연장된다. 이러한 실시예에서, 웨이퍼에는 연마 헤드의 하부로부터 지지된 다수의 환형 또는 원형 공기 블래더(580-1, 580-2, 580-3)가 부착되어 있다. 효과적으로, 블래더는 웨이퍼 캐리어 또는 서브캐리어 방식으로 유지링(166) 내의 개구를 가로질러 연장하는 원형 블래더 부착판(581)에 의해 유지링으로부터 지지되거나 매달려 있게 되며, 웨이퍼가 캐리어나 서브캐리어와 접촉하지 않고 원형 블래더 부착판(581)이 본 발명의 바람직한 실시예에서 유지링(166)과 함께 이동하기 때문에 웨이퍼 캐리어나 서브캐리어와 완전히 유사하지 않음을 알 수 있다.
도면에 도시된 실시예에서, 3 개의 별도의 블래더(580-1, 580-2, 580-3)가 마련된다. 제1 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(580-1), 사실상 관형 블래더는 유지링(166)으로부터 지지되고 유지링의 내부 원통형면(571)에 인접한 웨이퍼의 주연 모서리에 배치되고, 제2 공기 블래더(580-2)는 연마 압력을 웨이퍼의 중앙부에 인가하기 위한 둥근 형태 또는 디스크의 형태이고, 환형 블래더(580-3) 형태의 제3 블래더는 제1 환형 블래더(580-1)와 중앙 디스크 블래더(580-2) 사이의 중앙에 배치된다. 다른 배치의 환형 블래더가 제공될 수 있고, 중앙 디스크형 블래더가 존재하지 않을 수 있고 임의의 개수의 블래더가 외주연 블래더(580-1)와 중앙 블래더(580-2) 사이에 제공될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 블래더는 중앙에 있을 필요는 없으며 링이나 환형 형태로도 될 수 있다. 또한, 블래더는 압축력을 웨이퍼의 후방측 상에 직접 제공하기 위해 환형 배열의 근접 이격된 압력 챔버를 형성하도록 맞닿거나 거의 맞닿게 될 수 있다.
제1 주연 모서리 환형 블래더(580-1(PA)), 중앙 블래더(580-2(PC)) 및 중간 블래더(580-3(PB))로의 공기 압력은 웨이퍼 정지판의 내부면에 부착된 고정구(582-1, 582-2, 582-3)를 분리하도록 관(587-1, 587-2, 587-3) 또는 다른 도관에 제공되고 정지판 내의 고정구 및 구멍 또는 채널을 통해 각각의 블래더의 내부에 연통된다.
각각의 블래더는 또한 블래더들 사이에 배치된 추가의 환형 챔버를 형성하거나 형성을 돕게 된다. 일예로, 제4 압력 챔버(583(PD))는 중앙 블래더와 중간 블래더 사이에 형성되고, 제5 압력 챔버(584(PE))는 제1 주연 모서리 블래더와 중간 환상 블래더 사이에 형성된다. 각각의 이들 제4 및 제5 챔버는 또한 선택적으로 로딩 및 언로딩 작업용 진공 뿐만 아니라 구멍(589) 및 고정구(585, 586)를 통해 압축 기체 또는 다른 유체를 갖추고 있다.
이러한 실시예에서 각각의 압력(PA,PB,PC,PD,PE)은 독립적으로 조절될 수 있어 연마 압력 프로파일의 조절을 가능하게 함을 알 수 있다. 이들 압력들은 연마 작업 중에 하나 이상의 챔버 내의 압력을 가변시키도록 컴퓨터 제어 장치의 제어 하에서 임의로 가변될 수 있다. 프로세스 모니터로부터의 피이드백이 소정의 연마 결과를 달성하기 위해 각각의 챔버(각각의 블래더 또는 각각의 블래더간 챔버) 내의 압력을 조절하는 데 이용될 수 있다.
각각의 별도의 압력 공급원에 대해 설명하였지만, 일실시예에서, 단일 공급원은 압축 기체를 매니폴드에 공급하고, 매니폴드는 각각이 상이한 챔버를 지향하는 다수의 조절 가능한 출력을 구비한다. 이렇게, 회전 결합체를 이용함으로써 고정식 외부 공급원으로부터 회전 헤드로의 다중 압력의 연통 부담은 줄어들게 된다.
단 하나의 환형 공기 블래더를 갖는 전술된 실시예에서와 같이, 웨이퍼 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 이동될 때 연마될 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형 벽면을 구비한 유지링을 포함한다. 상대 운동은 웨이퍼가 부착된 헤드의 회전 운동 및 연마 패드의 별도의 회전 운동으로 될 수 있다. 회전 패드를 가로지르는 회전 헤드의 선형 모터가 또한 이용될 수 있다.
기재된 바와 같이, 웨이퍼 부착 정지판(581)은 유지링(166)에 부착되고 과도한 굽힘이나 절곡 없이 인가된 진공 유지 압력 하에서 웨이퍼 유지를 돕기 위해 기계적 멈춤부의 기능을 어느 정도 지속적으로 제공하며, 이러한 실시예에서 블래더 자체가 압축될 때 웨이퍼의 굽힘 양을 제어(또는 웨이퍼의 굽힘을 억제)하기 때문에 많은 블래더가 그 표면 위에 배치될 때 웨이퍼 부착 정지판의 기능은 어느 정도 축소된다.
환형 폭 또는 직경, 환형 링 또는 디스크의 수와 위치 및 인가 압력은 소정의 연마 결과를 얻도록 조절된다. 전술된 실시예에서와 같이, 웨이퍼의 주연 모서리에 또는 그 근방에 배치된 제1 공기 환상 밀봉 블래더는 주로 외주부 모서리부 상에서 작용(일예로, 가장 바깥쪽 10mm 방사상 부분 밖의 0 내지 3mm의 가장 바깥쪽 부분 상에서 작용)하는 공기 압력을 지탱한다. 다른 블래더의 폭과 블래더간 챔버는 자유로이 선택될 수 있고 일예로 얇거나(일예로 2 내지 5mm 폭의 환형 블래더) 더 넓은 환형 블래더(일예로 5 내지 25mm 폭의 블래더)를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 폐쇄식으로 패킹된 블래더가 제공되는 경우에, 블래더간 챔버(583, 584)는 (로딩 및 언로딩 중에 공통 진공 유지력을 제외하고는) 별도로 압축되지 않고 연마 압력은 블래더에 의해 제공되지 않는다. 다른 실시예에서, 블래더간 챔버의 일부 또는 모두는 압축된다. 비압축 구역 내의 임의의 압력 생성을 방지하기 위해 블래더간 구역으로부터 통기가 또한 제공된다.
각각의 탄성 공기 블래더(582)는 다양한 방식으로 유지링(또는 유지링과 정지판)에 부착될 수 있다. 일예로, 일실시예에서 블래더는 유지링/판 구조물에 접착된다. 또 다른 실시예에서, 홈을 갖는 채널이 블래더를 수용하기 위해 하향면 내에 마련된다. 또 다른 실시예에서, 공기 블래더는 판형 재료 또는 성형 재료의 환형부(또는 둥근 디스크)를 루우프 또는 환형 융기부로 한정하고 패스너를 갖춘 루우프를 유지링에 결합된 내부면 상으로 한정함으로써 형성된다. 패스너는 블래더의 단지 일부분만이 부착 정지판의 표면 위로 연장하도록 유지링 마모면 부재 또는 환형 또는 디스크 블래더 사이에 배치된 환형 스페이서 링에 의해 덮여진다. 이는 도면에 도시된 형태이다. 환형 스페이서 링 위로 연장되는 부분은 웨이퍼를 정지판으로부터 분리시키고 궁국적으로 정지판으로서 제공된다. 다수의 블래더는 단일 조각의 재료로부터 형성되고 일체로 형성되거나 또는 각각의 블래더는 별도로 형성될 수 있음을 알 수 있다.
탄성 환상 공기 밀봉 블래더가 유지링(또는 서브캐리어)에 부착되는 방법에 관계 없이, 블래더는 반도체 웨이퍼(113)가 장착될 때 후방측 포켓 또는 후방측 공기 챔버(584, 583)가 웨이퍼의 후방측과 웨이퍼 부착 정지판의 하향면(588) 사이에 형성되도록 블래더의 하부면부가 부착 정지판(501)의 외부면(588) 위로 연장하는 방식으로 크기가 정해져야 하고 부착되어야 한다. 연장하는 양 또는 포켓 깊이는 반도체 웨이퍼가 탄성 환상 공기 밀봉 블래더(580-1, 580-2, 580-3) 상에 장착될 때, 웨이퍼는 바람직하게 (i) 연마 직전 및 직후에 웨이퍼를 블래더에 유지하도록 진공이 인가될 때, 또는 (ii) 연마압이 인가되고 웨이퍼가 연마 패드에 대해 압축될 때에 부착 정지판(또는 환형 연장 블록)에 접촉하지 않도록 되어야 한다. 특별한 경우의 접촉이 바람직하지는 않지만 수용 가능하며 부착 정지판을 제공하기 위한 주 이유는 웨이퍼 또는 다른 기판 내에서 발전하는 크랙킹, 파괴 또는 과도 응력을 야기할 수 있는 과도한 휨을 방지하기 위한 것이다. 실제 포켓 깊이는 다른 인자들 중에서도 탄성 공기 블래더가 그로부터 제조되는 재료, 블래더 내로 도입되는 압력, 유지되는 기판 또는 웨이퍼의 직경, 및 블래더에 인가된 진공 및 양의 연마 압력의 범위를 포함하는 몇몇 인자들에 좌우된다. 약 0.5 내지 5mm 사이의 포켓 깊이가 이용될 수 있으나, 약 1 내지 2mm 사이의 포켓 깊이가 200mm 웨이퍼 연마 헤드의 경우에 일반적이다. 더 큰 포켓 깊이는 웨이퍼의 중앙에서 수용 가능한 굽힘 양이 200mm 직경의 웨이퍼 보다 더 커질 수 있는 일예로 300mm 웨이퍼와 같은 더 큰 웨이퍼에 이용될 수 있다.
진공(부압) 유지력 및 양의 연마 압력이 블래더간 챔버(583, 584) 내로 제공된다. 진공 공급원은 압축 기체와 같이 동일 구멍 또는 상이한 구멍을 통해 연통될 수 있다. 대개, 압축 기체는 부착 정지판(581)의 상부측에 고정구(585, 586)를 부착함으로써 구멍(589) 또는 오리피스에 연통된다. 부착 정지판을 관통한 오리피스 또는 구멍이 공간에 의해 웨이퍼의 후방측으로부터 분리될 때, 오리피스가 웨이퍼와 직접 접촉하거나 중합 삽입체를 통해 접촉하는 종래의 연마 헤드와 비교하여 연마가 오리피스의 위치나 크기에 민감하지 않음을 알 수 있다.
작동시에, 웨이퍼는 웨이퍼 로딩 작업 중에 탄성 환상 공기 밀봉 블래더의 하부면 위로 약간 연장하는 유지링에 의해 형성된 포켓 내에 배치되고, 진공에 의해 블래더에 대해 적소에 유지된다. 유지링, 탄성 환상 공기 밀봉 블래더, 부착 정지판 및 부착 웨이퍼를 포함하는 연마 헤드는 그후 연마 패드에 대해 반대 방향으로 배치된다. 대개, 연마 헤드 및 연마 패드 모두는 서로에 대해 절대 감각적으로 이동되어 균일 연마 및 평탄화가 달성된다.
본 발명의 구조물은 (블래더가 배치된 곳을 제외하고) 웨이퍼의 후방측에 대해 압력을 직접 인가하여 종래의 장치에서 존재하는 연마 삽입체의 특성의 변동으로부터 발생하는 국지적 압력 변동, 웨이퍼 후방측과 삽입체 또는 서브캐리어 표면 간의 오염 발생, 삽입체 또는 서브캐리어 표면의 비평탄화등이 발생하지 않는다. 일부 프러세싱 변동이 대개 블래더의 존재로부터 발생할 수 있지만, 블래더의 수, 그 위치 및 인가 압력의 현명한 선택으로 인해 연마 결과가 종래의 장치 보다 더 양호한 충분한 제어를 제공하게 된다.
요약하면, 본 실시예에서, 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼, 다른 기판을 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드가 제공되며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과; 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착되고 그 각각이 유체 연통을 위해 압축 공기 유체의 공급원에 결합되는 다수의 탄성 공기 블래더를 포함한다. 다수의 탄성 공기 블래더 중 제1 블래더는 환형 형태를 갖고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체의 공급원에 결합된다. 다수의 탄성 공기 블래더 중 제2 블래더는 환형 형태의 제1 블래더의 내부에 배치되고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체의 공급원에 결합된다. 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
웨이퍼상에서 다중 압력 구역을 조절하기 위한 다수의 시일을 구비한 제8 실시예
본 발명의 제8 실시예가 도13에 도시되어 있다. 다수의 탄성 압력 블래더와 블래더간 챔버를 이용하여 웨이퍼의 후방측면 상에 다수의 독립적인 압력 챔버를 제공하는 본 발명의 사상은 전술된 탄성 표면 시일 또는 가장자리 타입의 시일을 이용하는 구조로 수정되고 연장될 수 있다.
단일 탄성 시일을 갖는 도11의 전술된 실시예에서, 단일 탄성 시일(570)은 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 후방측 주연 모서리 표면에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면(571)에 인접 배치된다. 탄성 표면 시일은 웨이퍼 또는 다른 기판이 그에 장착될 때 단일 공기 구역을 형성하게 된다. 단일 공기 압력 구역은 유체 연통을 위해 기체와 같은 압축 공기 유체에 결합된다. 도11에 대해 설명된 실시예에서, 탄성 시일은 웨이퍼 정지판의 일부로서 또는 웨이퍼 정지판의 외부면과 장착 웨이퍼의 후방측 사이에 배치된 별도의 요소로서 유익하게 제공된다.
도13에 도시된 본 실시예에서, 다수의 환형 탄성 표면 시일은 웨이퍼 정지판으로부터 연장되어 있다. 일예로, 도시된 실시예에서 4 개의 환형 시일(590-1, 590-2, 590-3, 590-4)이 제공되어 있고 웨이퍼의 후방측면 상에 4 개의 별도의 압력 챔버(PF,PG,PH,PI)가 형성되어 있다. 각각의 챔버는 정지판(592)의 내부면 상에 부착된 고정구(591)와 융기부형 표면 시일 사이의 정지판의 외부면 내의 오리피스 상의 구멍(593) 또는 채널 개구를 통해 그 안으로 도입되는 압력을 갖는다. 압력은 그 기술 분야에 공지된 것과 같은 외부 공급원으로부터 회전 결합체를 통해 도입될 수 있다. 각각의 챔버 내의 압력은 소정의 연마 성능을 달성하기 위해 독립적으로 제어될 수 있다. 이들 압력은 동일하거나 상이할 수 있고 연마 작업 중에 가변될 수 있다.
도11에 대해 전술된 단일 탄성 표면 시일의 경우에, 각각의 시일은 웨이퍼의 약간의 수직 이동이나 운동을 가능하도록 하기 위해 신축성을 갖는 것이 바람직하고, 웨이퍼의 후방측면에 누설 없는 압력 시일을 형성할 수 있게 된다. 일실시예에서, 표면 시일은 성형 또는 기계 가공과 같은 중합체 웨이퍼 정지판의 연장부로서 형성된다. 단면도에서, 연장부는 웨이퍼와 접촉하는 웨이퍼 정지판의 외부면으로부터 외향 연장하는 핑거 형태를 갖는다. 실제 이러한 연장부 "핑거"의 원형 (또는 환상) 융기부는 어느 정도 원뿔 형태를 갖고 표면 시일과 웨이퍼 간의 접촉 압력이 증가할 때 표면 시일에 대한 웨이퍼의 압축력 증가로 인해 또는 압력 챔버 내에 인가된 공기압의 증가로 인해 시일 강도가 증가되는 특성을 갖는다. 웨이퍼 정지판은 시일을 제공할 뿐만 아니라 전술된 실시예와 동일 기능을 갖는다. 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마되지 않는 기간 중에 작동되고, 정지판이 밀봉 융기부를 포함하는 것을 제외하고는, 융기부는 충분히 근접 이격되고 융기부와의 접촉이 대개 유지되고 웨이퍼는 정지판의 주본체와 접촉하지 않는다.
표면 시일이 정지판에 일체로 형성될 때, 웨이퍼 정지판과 일체형 표면 시일이 그로부터 형성된 재료가 적절한 시일을 형성하도록 소정의 가요성 및 탄성을 구비해야 한다. 많은 중합체 재료는 그러한 특성을 갖고, 정지판 주본체부 및 시일부의 두께는 주본체부의 소정의 인성 및 시일부에서의 소정의 탄성을 제공하도록 조절될 수 있다. 진공력은 양의 압축력으로서 동일 구멍 또는 채널을 통해 인가될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 다수의 표면 시일은 일예로 고무 또는 비정형 단면(둥근, 사각, 삼각형, 육각형등)을 갖는 중합체 관, O-링과 같은 정지판의 외부면에 체결된 구조물에 의해 제공될 수 있다. 외부면으로의 부착은 접착제와 같은 접착, 근접 끼워맞춤 홈 또는 다른 기계적 부착에 의해 이루어질 수 있다.
요약하면, 본 실시예는 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드를 제공하며, 연마 헤드는 웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과; 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판을 포함한다. 웨이퍼 부착 정지판은 정지판의 표면으로부터 연장하고 웨이퍼의 후방측면에 대해 압축될 때 유체 연통을 위해 압축 공기 유체의 공급원에 각각 결합되는 독립적인 공기 구역을 형성하는 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부를 구비한다. 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부 중 제1 융기부는 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체의 공급원에 결합되는 제1 압력구역을 형성한다. 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부 중 제2 융기부는 환형의 제1 밀봉 융기부의 내부에 배치되고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합된다. 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절된다.
하우징 및 유지링 부착 구조물의 제9 실시예
도10, 도11, 도12 및 도13에 도시된 본 발명의 실시예는 "인서트리스 헤드"로서 불리는 특정 연마 헤드 캐리어 조립체에 대해 설명되어 있다. 이러한 특정 캐리어 조립체는 이미 설명된 본 발명의 실시예의 실행에 요구되는 것은 아니지만, 전술된 실시예와 함께 사용하는 것이 바람직하고 따라서 여기에서 어느 정도 더 상세히 설명되어 있다. 특히, 도14는 특히 200mm 직경의 웨이퍼용으로 개조되고 300mm 직경의 웨이퍼를 포함하는 다른 크기에도 적용되도록 수정된 인서트리스 헤드의 일실시예의 분해 조립체 도면이다. 도15는 인서트리스 헤드의 실시예의 상부 하우징의 형상부를 도시한 도면이다. 도16은 롤링 격판 블록의 형상부를 도시한 도면이다. 도17은 어댑터 유지링 개방 격판의 형상부를 도시한 도면이다. 도18은 유지링의 형상부를 도시한 도면이다. 도19는 유지링 개방 격판의 형상부를 도시한 도면이다. 도20은 신속 해제 어댑터의 형상부를 도시한 도면이다. 도21은 내부 하우징의 형상부를 도시한 도면이다. 도22는 진공판의 형상부를 도시한 도면이다. 도23은 전형적인 206mm 외경 시일 조립체의 형상부를 도시한 도면이다. 이들 도면들은 그 기술 분야에서 숙련된 자라면 쉽게 알 수 있는 바와 같이 헤드 조립체에 대한 본 발명의 구조 및 방법을 도시하도록 제공된다.
본 명세서에 언급된 모든 공개, 특허 및 특허 출원은 각각의 개별 공개 또는 특허 출원이 참고로 기재되도록 구체적 및 개별적으로 나타낸 것처럼 본 명세서에 동일 정도로 참고로 기재되어 있다.
본 발명의 구체적인 실시예의 선행 설명은 설명을 위해 제공되었다. 본 발명은 기재된 형태에 한정되지 않고, 많은 수정 및 변형이 위의 사상에 비추어 가능하게 된다. 실시예들은 본 발명의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택 및 설명되었으며, 그 기술 분야에 숙련된 자라면 본 발명을 가장 잘 이용할 수 있으며 다양한 수정과 함께 다양한 실시예가 특정 사용에 적절하게 된다. 본 발명의 범주는 첨부된 특허 청구 범위 및 그 동등예에 의해 한정되지 않는다.

Claims (11)

  1. 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드에 있어서,
    상기 연마 헤드는,
    상부 하우징부를 포함하는 하우징과,
    웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과,
    주 격판에 의해 상기 유지링에 부착되고 제2 격판에 의해 상기 하우징에 부착된 웨이퍼 서브캐리어와,
    제1 공기 구역을 형성하도록 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합되고, 상기 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착된 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 포함하고,
    상기 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 웨이퍼가 연마 작업 중에 상기 연마 헤드에 부착될 때 제1 공기 구역의 방사상 내부에 제2 공기 구역을 형성하고 웨이퍼 정지판의 제1면과 웨이퍼 사이에서 연장하고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼 정지판의 제1면은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 후방측면과 접촉하지 않고,
    웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마를 하지 않는 기간 중에 작동되고,
    상기 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 헤드.
  2. 연마 기계에서, 공기압을 유지링, 서브캐리어, 공기 블래더 및 웨이퍼의 후방측에 별도로 인가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 연마 기계에서, 부상 유지링으로부터 지지된 격판을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 연마 기계에서, 부상 유지링으로부터 지지된 개방 격판을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드에 있어서,
    상기 연마 헤드는,
    웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과,
    상기 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과,
    제1 공기 구역을 형성하도록 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접한 웨이퍼 정지판의 제1면에 부착된 탄성 환상 공기 밀봉 블래더를 포함하고,
    상기 탄성 환상 공기 밀봉 블래더는 웨이퍼가 연마 작업 중에 연마 헤드에 부착될 때 제1 공기 구역의 방사상 내부에 제2 공기 구역을 형성하고 웨이퍼 정지판의 제1면과 웨이퍼 사이에서 연장하고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고, 웨이퍼 정지판의 제1면은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 후방측면과 접촉하지 않고,
    상기 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마를 하지 않는 기간 중에 작동되고,
    상기 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 헤드.
  6. 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드에 있어서,
    상기 연마 헤드는,
    웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과,
    상기 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과,
    웨이퍼가 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체에 결합 장착될 때 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 제1 공기 구역을 형성하는 탄성 시일을 포함하고,
    상기 웨이퍼 부착 정지판은 웨이퍼 로딩 및 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 연마 헤드에 유지시키는 데 이용되는 인가된 진공력으로부터 웨이퍼가 과도하게 굽어지는 것을 방지하도록 연마를 하지 않는 기간 중에 작동되고,
    상기 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 헤드.
  7. 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드에 있어서,
    상기 연마 헤드는,
    웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과,
    상기 유지링에 부착된 웨이퍼 부착 정지판과,
    웨이퍼 정지판의 제1면에 부착되고 그 각각이 유체 연통을 위해 압축 공기 유체의 공급원에 결합되는 다수의 탄성 공기 블래더를 포함하고,
    상기 다수의 탄성 공기 블래더 중 제1 블래더는 환형 형태를 갖고, 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고, 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체의 공급원에 결합되고,
    상기 다수의 탄성 공기 블래더 중 제2 블래더는 환형 형태의 제1 블래더의 내부에 배치되고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체의 공급원에 결합되고,
    상기 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 헤드.
  8. 연마 패드 상에서 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 헤드에 있어서,
    상기 연마 헤드는,
    웨이퍼가 연마 패드에 대해 연마되면서 연마 패드에 대해 이동될 때 웨이퍼를 운반하고 웨이퍼의 운동을 측방향으로 억제하도록 하는 크기의 내부 원통형 포켓을 형성하고 내부 원통형면을 구비한 유지링과,
    유지링에 부착되고, 정지판의 표면으로부터 연장하는 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부를 구비하고, 웨이퍼의 후방측면에 대해 압축될 때 유체 연통을 위해 압축 공기 유체의 공급원에 각각 결합되는 독립적인 공기 구역을 형성하는 웨이퍼 부착 정지판를 포함하고,
    상기 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부 중 제1 융기부는 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 주연 모서리에 지지하기 위해 유지링 내부 원통형면에 인접 배치되고 유체 연통을 위해 제1 압축 공기 유체의 공급원에 결합되는 제1 공기 구역을 형성하고,
    상기 다수의 탄성 동심상의 환형 밀봉 융기부 중 제2 융기부는 환형의 제1 밀봉 융기부의 내부에 배치되고 유체 연통을 위해 제2 압축 공기 유체에 결합되고,
    상기 제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 헤드.
  9. 제1 밀봉 블래더로 제1 환상 공기 압력 구역을 형성하는 단계와,
    제2 밀봉 블래더로 제1 공기 구역의 방사상 내부에 제2 공기 구역을 형성하는 단계와,
    제1 및 제2 압력을 제1 및 제2 블래더 내에서 각각 발전시키는 단계와,
    웨이퍼의 전방측면이 연마 패드에 대해 압축되도록 웨이퍼의 후방측면을 제1 및 제2 블래더로 압축하는 단계와,
    웨이퍼 간의 소정의 웨이퍼 재료 제거 특성을 달성하도록 상기 제1 및 제2 압력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 상에서의 반도체 웨이퍼의 연마 방법.
  10. 제9항에 있어서, 소정의 웨이퍼 재료 제거 특성은 웨이퍼의 전방면 간에 균일한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항의 방법에 의해 제조된 반도체 웨이퍼에 있어서,
    제1 압축 유체는 웨이퍼의 전방 측면에 걸쳐 소정의 연마 압력을 달성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
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