KR20030029119A - Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates - Google Patents

Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates Download PDF

Info

Publication number
KR20030029119A
KR20030029119A KR10-2003-7001400A KR20037001400A KR20030029119A KR 20030029119 A KR20030029119 A KR 20030029119A KR 20037001400 A KR20037001400 A KR 20037001400A KR 20030029119 A KR20030029119 A KR 20030029119A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer carrier
wafer
retaining ring
bellows
pressure
Prior art date
Application number
KR10-2003-7001400A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
제이슨 멜빈
남 피. 수
힐라리오 엘. 오
Original Assignee
에이에스엠엘 유에스, 인코포레이티드
메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/628,563 external-priority patent/US6984168B1/en
Application filed by 에이에스엠엘 유에스, 인코포레이티드, 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 filed Critical 에이에스엠엘 유에스, 인코포레이티드
Publication of KR20030029119A publication Critical patent/KR20030029119A/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27Work carriers
    • B24B37/30Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32Retaining rings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/02Frames; Beds; Carriages

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 웨이퍼 캐리어 조립체를 구비하는 화학적 기계 폴리싱 시스템을 개시한다. 웨이퍼 캐리어 조립체는 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52)과, 이 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52) 상에 회전가능하게 장착되는 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징(56)을 포함하며, 웨이퍼 캐리어 기부는 웨이퍼 캐리어 기부를 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 작동가능하게 연결시키는 블래더 벨로우즈(98)를 포함한다. 유지 링(96)이 또한 제공되는데, 이 유지 링(96)은, 유지 링(96)과 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징 사이의 상대적인 방사상 운동을 억제하는 동안 상대적인 축방향 운동을 허용하는 유지 링 베어링(142)과 유지 링 벨로우즈(144)에 연결되어, 폴리싱 부재에 대항해서 유지 링(96)을 압박한다. 블래더 벨로우즈(98)에 의해 형성된 챔버와, 웨이퍼 캐리어 기부와, 그리고 웨이퍼 캐리어 하우징은 유지 링 상의 어떠한 마찰 부하에 관계없이, 폴리싱 부재에 대항해서 웨이퍼 캐리어 기부와 웨이퍼를 로드하도록 가압될 수도 있다.The present invention discloses a chemical mechanical polishing system having a wafer carrier assembly. The wafer carrier assembly includes a wafer carrier support frame 52 and a wafer carrier head housing 56 rotatably mounted on the wafer carrier support frame 52, the wafer carrier base extending the wafer carrier base to the wafer carrier head. A bladder bellows 98 is operatively connected to the housing. Retaining ring 96 is also provided, which retaining ring bearing 142 allows for relative axial movement while suppressing relative radial movement between retaining ring 96 and wafer carrier head housing. And retaining ring bellows 144 to urge retaining ring 96 against the polishing member. The chamber formed by bladder bellows 98, the wafer carrier base, and the wafer carrier housing may be pressurized to load the wafer carrier base and wafer against the polishing member, regardless of any frictional load on the retaining ring.

Description

기판의 화학적 기계 폴리싱 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OF SUBSTRATES}Apparatus and method for chemical mechanical polishing of a substrate {APPARATUS AND METHOD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OF SUBSTRATES}

반도체 제조는 반도체 장치 밀도가 고밀도화됨에 따라 더욱 더 복잡해 지고 있다. 이러한 고밀도 회로는 전형적으로 밀접한 간격의 금속 상호 연결 라인과, 이 상호 연결 라인 사이와 그 상부에 형성된 산화물과 같은 복수 층의 절연 물질을 필요로 한다. 반도체 웨이퍼 또는 기판의 표면 평면성(surface planarity)은 층들이 증착(deposition)됨에 따라 저하된다. 대개, 층의 표면은 하부층과 일치하는 세부 형상도(topography)를 가지며, 층들의 수가 증가함에 따라 표면의 비평면성도 보다 두드러지게 된다.Semiconductor manufacturing is becoming more complex as the density of semiconductor devices increases. Such high density circuits typically require tightly spaced metal interconnect lines and multiple layers of insulating material such as oxides formed between and on the interconnect lines. Surface planarity of the semiconductor wafer or substrate is degraded as the layers are deposited. Usually, the surface of the layer has a topography consistent with the underlying layer, and as the number of layers increases, the nonplanarity of the surface becomes more pronounced.

이들 문제를 제기하기 위해, 화학적 기계 폴리싱(chemical mechanical polishing) 프로세스를 사용한다. 화학적 기계 폴리싱 프로세스는 거의 평면을 제공하도록 웨이퍼의 표면으로부터 물질을 제거한다. 보다 구체적으로, 화학적 기계 폴리싱 프로세스는 상호연결 라인을 제조하는 데에도 사용된다. 예컨대, 구리 리드 또는 상호연결 라인을 증착하는 경우, 산화물 층 내에 형성된 홈을 구비하는 웨이퍼의 표면 상에 전체 금속의 층이 증착된다. 금속층은 스퍼터링(sputtering) 또는 기상 증착(vapor deposition)에 의해, 또는 임의의 다른 적합한 종래의 기술에 의해 증착된다. 도핑된 또는 도핑되지 않은 이산화규소와 같은 산화물 층 대개 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD)에 의해 형성된다. 이 금속층은 웨이퍼의 전체 표면을 덮고 홈 안으로 연장된다. 이후, 산화물의 표면으로부터 금속층을 제거함으로써 개별의 리드(16)가 형성된다. CMP 프로세스는 홈 내의 리드를 떠나는 표면 금속을 제거하는데 사용된다. 이 리드는 개재된 산화물 층에 의해 서로로부터 절연된다.To address these issues, a chemical mechanical polishing process is used. The chemical mechanical polishing process removes material from the surface of the wafer to provide a near plane. More specifically, chemical mechanical polishing processes are also used to fabricate interconnect lines. For example, when depositing copper leads or interconnect lines, a layer of entire metal is deposited on the surface of the wafer with grooves formed in the oxide layer. The metal layer is deposited by sputtering or vapor deposition, or by any other suitable conventional technique. Oxide layers, such as doped or undoped silicon dioxide, are usually formed by chemical vapor deposition (CVD). This metal layer covers the entire surface of the wafer and extends into the grooves. Thereafter, individual leads 16 are formed by removing the metal layer from the surface of the oxide. The CMP process is used to remove surface metal that leaves the leads in the grooves. These leads are insulated from each other by intervening oxide layers.

일반적으로, CMP 프로세스를 실행하기 위해, 화학적 기계 폴리싱(CMP) 머신이 사용된다. 반도체 산업에는 여러 유형의 CMP 머신이 사용된다. CMP 머신은 전형적으로 위에 배치되는 폴리싱 패드를 구비하는 회전 폴리싱 플래튼과, 표면이 평면화되고 폴리싱되는 웨이퍼를 운반하는 보다 작은 직경의 회전 웨이퍼 캐리어를 사용한다. 회전 웨이퍼의 표면은 회전 폴리싱 패드에 대해 고정되거나 압박된다. 웨이퍼를 폴리싱하는 동안 폴리싱의 표면으로 슬러리(slurry)가 공급된다.Generally, a chemical mechanical polishing (CMP) machine is used to execute the CMP process. Several types of CMP machines are used in the semiconductor industry. CMP machines typically use a rotating polishing platen with a polishing pad disposed thereon and a smaller diameter rotating wafer carrier that carries the wafer whose surface is planarized and polished. The surface of the rotating wafer is fixed or pressed against the rotating polishing pad. Slurry is supplied to the surface of the polishing while polishing the wafer.

이러한 종래의 시스템의 일례가 USP 제 5,964,653호에 개시되어 있다. USP 제 5,964,653호에 개시된 캐리어 헤드는 기부(base)와, 제 1, 제 2, 제 3 챔버를 형성하도록 기부에 연결된 가요성 부재를 포함한다. 챔버 내부의 압력은, 웨이퍼에 대한 가요성 부재의 대응하는 부분들의 바이어스 힘(biasing force)이 독립적으로 제어가능하도록, 독립적으로 제어될 수 있다. USP 제 5,964,653호의 캐리어 헤드는 구동 샤프트에 부착가능한 플랜지와, 플랜지를 기부에 피봇가능하게 연결시키는 짐벌(gimbal)을 더 포함한다. 이 짐벌은 기부에 연결된 내부 레이스(inner race), 그 사이에 간극(gap)을 형성하도록 플랜지에 연결된 외부 레이스, 및 간극에 위치하는 복수의 베어링을 포함한다.One example of such a conventional system is disclosed in US Pat. No. 5,964,653. The carrier head disclosed in USP 5,964,653 includes a base and a flexible member connected to the base to form first, second, and third chambers. The pressure inside the chamber can be independently controlled such that the biasing forces of the corresponding portions of the flexible member against the wafer are independently controllable. The carrier head of USP 5,964,653 further comprises a flange attachable to the drive shaft and a gimbal to pivotally connect the flange to the base. The gimbal includes an inner race connected to the base, an outer race connected to the flange to form a gap therebetween, and a plurality of bearings located in the gap.

공지된 CMP 시스템에서 짐벌은 웨이퍼 캐리어를 폴리싱 패드와 정렬시키는데 사용되기 때문에, 폴리싱하는 동안 웨이퍼 상의 마찰 부하(frictional loads)는 웨이퍼에 대한 압력 분배로부터 격리될 수 없다. 특히, 짐벌에 의해 제공된 복수 자유도(multiple degrees of freedom)는 대개 웨이퍼의 표면에 평행하게 연장되는 마찰 부하를 불리하게도, 웨이퍼의 표면에 대해 수직하게 연장되는 공칭력(normal forces)으로 전환시킬 수도 있어서, 폴리싱 패드에 대한 웨이퍼의 압력을 직접 영향을 미친다. 웨이퍼에 대한 이들 마찰력의 커플링은 웨이퍼를 가로질러 압력 분배에 영향을 미치고, 이어서 웨이퍼의 표면으로부터의 물질 제거의 균일도에 역효과를 준다. 따라서, 개선된 CMP 장치 및 방법이 요구된다.Since gimbals are used to align the wafer carrier with the polishing pad in known CMP systems, frictional loads on the wafer during polishing cannot be isolated from pressure distribution to the wafer. In particular, multiple degrees of freedom provided by the gimbal may convert the frictional load, which usually extends parallel to the surface of the wafer, into a normal force that extends perpendicularly to the surface of the wafer, unfavorably. In this case, the pressure of the wafer against the polishing pad is directly affected. The coupling of these frictional forces to the wafer affects the pressure distribution across the wafer, which in turn adversely affects the uniformity of material removal from the surface of the wafer. Therefore, there is a need for an improved CMP apparatus and method.

본 발명은 얇은 디스크의 화학적 기계 폴리싱을 위한 새로운 개선된 장치 및 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 화학적 기계 폴리싱 머신용 기판 또는 웨이퍼 캐리어에 관한 것이다.The present invention relates to a novel improved apparatus and method for chemical mechanical polishing of thin disks and, more particularly, to a substrate or wafer carrier for a chemical mechanical polishing machine.

본 특허출원은 그 전체 내용이 참조로 모두 병합된, 공동계류 중인 USP 제 09/628,471호 및 USP 제 09/628,962호와 관련된 출원이다.This patent application is related to co-pending USP 09 / 628,471 and USP 09 / 628,962, the entire contents of which are incorporated by reference.

도 1은 본 발명에 따른 화학적 기계 폴리싱 장치의 사시도이다.1 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 캐리어 조립체의 확대 사시도이다.FIG. 2 is an enlarged perspective view of the wafer carrier assembly shown in FIG. 1.

도 3은 선 3-3을 따라 취한, 유체 연결 시스템을 나타내는, 도 2에 도시된 웨이퍼 캐리어 조립체의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the wafer carrier assembly shown in FIG. 2 showing a fluid connection system, taken along line 3-3.

도 4는 전기 연결 시스템을 나타내는, 도 2에 도시된 웨이퍼 캐리어 조립체의 다른 단면도이다.4 is another cross-sectional view of the wafer carrier assembly shown in FIG. 2 showing an electrical connection system.

도 5는 본 발명의 웨이퍼 캐리어 헤드의 평면도이다.5 is a plan view of the wafer carrier head of the present invention.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 선 A-A, 선 B-B 및 선 C-C을 따라 각각 취한 도 5에 도시된 웨이퍼 캐리어 헤드의 단면도이다.6A, 6B and 6C are cross-sectional views of the wafer carrier head shown in FIG. 5 taken along lines A-A, B-B and C-C, respectively.

도 7은 본 발명에 따른 화학적 기계 폴리싱 과정 동안 웨이퍼에 대항해서 도 6a 내지 도 6c의 웨이퍼 캐리어 헤드에 의해 발생된 압력의 개략도이다.7 is a schematic representation of the pressure generated by the wafer carrier head of FIGS. 6A-6C against a wafer during a chemical mechanical polishing process in accordance with the present invention.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 박막의 평면도이다.8 is a plan view of a flexible thin film according to an embodiment of the present invention.

도 9a 및 도 9b는 선 A-A, 선 B-B을 따라 각각 취한 도 8의 가요성 박막의 단면도이다.9A and 9B are cross-sectional views of the flexible thin film of FIG. 8 taken along lines A-A and B-B, respectively.

도 10a 및 도 10b는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 웨이퍼 캐리어 헤드의 분해 사시도이다.10A and 10B are exploded perspective views of the wafer carrier head shown in FIGS. 6A-6C.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 제어 시스템의 개략적인 블록도이다.11 is a schematic block diagram of a control system according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중심을 따라 취한, 도 5에 도시된 웨이퍼 캐리어 헤드의 단면도이다.12 is a cross-sectional view of the wafer carrier head shown in FIG. 5 taken along the center according to another embodiment of the present invention.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 선 A-A, 선 B-B을 따라각각 취한 도 8의 가요성 박막의 단면도이다.13A and 13B are cross-sectional views of the flexible thin film of FIG. 8 taken along lines A-A and B-B, respectively, in accordance with another embodiment of the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 개선된 화학적 기계 폴리싱 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an improved chemical mechanical polishing apparatus and method.

보다 구체적으로, 본 발명의 하나의 양상에 있어서, 폴리싱 하는 동안 폴리싱 패드에 대한 웨이퍼의 압력 분배가 웨이퍼 상에 가해지는 마찰 부하와 상관없도록 웨이퍼를 유지할 수 있는 웨이퍼 캐리어를 포함하는 CMP 장치 및 방법이 제공된다.More specifically, in one aspect of the present invention, a CMP apparatus and method comprising a wafer carrier capable of holding a wafer so that pressure distribution of the wafer to the polishing pad during polishing is independent of the frictional load applied on the wafer. Is provided.

본 발명의 다른 양상에 있어서, 폴리싱 패드에 대해 웨이퍼를 편향시키기 위한 웨이퍼 압력 시스템과, 웨이퍼 보유를 위한 유지 링을 구비하는 웨이퍼 캐리어를 포함하며, 폴리싱 패드에 대한 유지 링의 압력이 웨이퍼를 편향시키는 웨이퍼 압력 시스템에 상관없이 제어되는 화학적 기계 폴리싱 장치가 제공된다.In another aspect of the invention, a wafer pressure system for deflecting a wafer with respect to a polishing pad, and a wafer carrier having a retaining ring for wafer retention, wherein the pressure of the retaining ring against the polishing pad causes the wafer to deflect. A chemical mechanical polishing apparatus is provided that is controlled regardless of the wafer pressure system.

본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 웨이퍼 캐리어는, 웨이퍼 상의 대응하는 국부적인 구역 또는 영역에서 웨이퍼 대해 각각 압박하며 내부에 형성된 복수의 챔버를 구비하는 가요성 박막을 포함하여, 챔버에 인가되는 압력의 양을 선택적으로 제어하며, 따라서 CMP 프로세스 동안 웨이퍼 상의 대응하는 국부적인 구역에서의 물질 제거율의 정도를 제어한다.In another aspect of the invention, a wafer carrier comprises a flexible thin film having a plurality of chambers formed therein, each pressing against a wafer in a corresponding local region or region on the wafer, thereby providing a The amount is selectively controlled, thus controlling the degree of material removal rate in the corresponding local area on the wafer during the CMP process.

본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적들은, 웨이퍼 캐리어 지지 프레임과, 상기 웨이퍼 캐리어 지지 프레임 상에 회전가능하게 장착된 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징과, 웨이퍼 캐리어 기부를 구비하는 웨이퍼 캐리어 조립체를 사용하는 화학적 기계 폴리싱 시스템에 의해 달성되며, 상기 웨이퍼 캐리어 기부는, 화학적 기계 폴리싱 작동 동안 상기 웨이퍼 캐리어 기부로부터 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징으로 전달되는 마찰 부하에 무관하게, 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징으로부터 웨이퍼 캐리어 기부로 회전 토크가 전달되도록 웨이퍼 캐리어 하우징에 기부를 작동가능하게 연결시키는 벨로우즈를 포함한다.The above and other objects of the present invention provide a chemical mechanical polishing using a wafer carrier support frame, a wafer carrier head housing rotatably mounted on the wafer carrier support frame, and a wafer carrier assembly having a wafer carrier base. Achieved by the system, wherein the wafer carrier base transfers rotational torque from the wafer carrier head housing to the wafer carrier base regardless of the frictional load transferred from the wafer carrier base to the wafer carrier head housing during chemical mechanical polishing operation. A bellows for operatively connecting the base to the wafer carrier housing, if possible.

보다 구체적으로, 웨이퍼 캐리어 조립체는 웨이퍼 캐리어 지지 프레임과, 이웨이퍼 캐리어 지지 프레임 상에 회전가능하게 장착된 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징과, 웨이퍼 캐리어 기부를 포함하며, 상기 웨이퍼 캐리어 기부는, 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징으로부터 웨이퍼 캐리어 기부로 회전 토크가 전달되도록 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 웨이퍼 캐리어 기부를 작동가능하게 연결시키는 블래더 벨로우즈를 포함한다. 웨이퍼 캐리어 조립체는, 유지 링과 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징 사이의 상대적인 방사상 운동을 구속하는 한편 상대적인 축방향 운동을 허용하는 유지 링 베어링에 작동가능하게 연결된 유지링과, 그리고 폴리싱 부재에 대해 유지 링을 압박시키도록 유지 링 베어링에 작동가능하게 연결되는 유지 링 벨로우즈를 더 포함한다. 블래더 벨로우즈, 웨이퍼 캐리어 기부 및 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 의해 형성된 챔버는 유지 링 상의 어떠한 마찰 부하에 상관없이 폴리싱 부재에 대해 웨이퍼 캐리어 기부를 로딩하도록 가압될 수도 있다.More specifically, the wafer carrier assembly includes a wafer carrier support frame, a wafer carrier head housing rotatably mounted on an e-wafer carrier support frame, and a wafer carrier base, the wafer carrier base from the wafer carrier head housing. And a bladder bellows for operatively connecting the wafer carrier base to the wafer carrier head housing such that rotational torque is transmitted to the wafer carrier base. The wafer carrier assembly includes a retaining ring operably connected to a retaining ring bearing that permits relative axial movement while constraining relative radial motion between the retaining ring and the wafer carrier head housing, and pressing the retaining ring against the polishing member. And a retaining ring bellows operatively connected to the retaining ring bearing. The chamber formed by the bladder bellows, wafer carrier base and wafer carrier head housing may be pressurized to load the wafer carrier base against the polishing member regardless of any frictional load on the retaining ring.

다른 실시예에서, 웨이퍼 캐리어는, 기부에 연결되며 내부에 복수의 챔버가 형성되는 가요성 부재를 더 포함하는데, 이 가요성 부재의 하부면은 상기 복수의 챔버와 각각 연관되는 복수의 내부 부분을 웨이퍼 수용면에 제공하여, 웨이퍼의 표면 상에 국부적인 영역 또는 구역을 형성하며, 상기 챔버 각각의 내부의 압력은 독립적으로 제어가능하다.In another embodiment, the wafer carrier further comprises a flexible member connected to the base and having a plurality of chambers formed therein, the lower surface of the flexible member defining a plurality of inner portions each associated with the plurality of chambers. Provided on the wafer receiving surface to form a local region or area on the surface of the wafer, the pressure inside each of the chambers being independently controllable.

첨부된 도면은 본 명세서 내에 병합되어 그 일부를 형성하고 본 발명의 실시예들을 도해하고 있으며, 이러한 도면과 상세한 설명은 본 발명은 원리들을 설명하는 역할을 한다.The accompanying drawings are incorporated in and form a part of this specification, and illustrate embodiments of the invention, which are a description of the invention and the description serve to explain the principles thereof.

개선된 화학적 기계 폴리싱(CMP) 시스템이 제공된다. 보다 구체적으로는, 본 발명자는, 폴리싱 패드에 대한 웨이퍼의 압력 분배가 폴리싱 과정 동안 웨이퍼 상에 가해지는 마찰 부하와 무관하도록 웨이퍼를 유지할 수 있는 웨이퍼 캐리어를 포함하는 화학적 기계 폴리싱 장치 및 방법을 상당히 유리하게 발전시켰다. 또한, 다른 실시예에서, 화학적 기계 장치 및 방법은 폴리싱 패드에 대해 웨이퍼를 바이어스시키기 위한 웨이퍼 압력 시스템과, 웨이퍼를 보유하기 위한 유지 링을 구비하는 웨이퍼 캐리어를 포함하며, 폴리싱 패드에 대한 유지 링의 압력은 웨이퍼를 편향시키는 웨이퍼 압력 시스템과 무관하게 제어된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 웨이퍼 캐리어는 내부에 복수의 챔버가 형성된 가요성 박막을 포함하며, 이러한 챔버 각각은 웨이퍼에 대해 독립적으로 압박하여 웨이퍼 표면 상에 대응하는 국부적인 구역(zone) 또는 영역(region)을 형성한다. 이들 챔버는 독립적으로 가압되어, 챔버에 적용되는 압력의 양을 선택적으로 제어하고, 따라서 화학적 기계 과정 동안 웨이퍼 표면 상의 대응하는 국부적인 구역에 물질 제거률의 정도(extent)를 제어한다.An improved chemical mechanical polishing (CMP) system is provided. More specifically, the inventors considerably favor a chemical mechanical polishing apparatus and method comprising a wafer carrier capable of holding the wafer such that the pressure distribution of the wafer to the polishing pad is independent of the frictional load applied on the wafer during the polishing process. Developed. Further, in another embodiment, the chemical mechanical apparatus and method includes a wafer carrier having a wafer pressure system for biasing the wafer relative to the polishing pad, and a retaining ring for retaining the wafer, the method comprising: The pressure is controlled independent of the wafer pressure system which deflects the wafer. Further, in another embodiment of the present invention, the wafer carrier comprises a flexible thin film having a plurality of chambers formed therein, each of these chambers being pressed against the wafer independently and corresponding corresponding zones on the wafer surface. Or form a region. These chambers are pressurized independently to selectively control the amount of pressure applied to the chamber, thus controlling the extent of material removal rate in the corresponding local zone on the wafer surface during chemical mechanical processing.

따라서, 상당히 유리하게, 본 발명은 웨이퍼 보유 및 압력 적용에 대해 원하는 설계 매개변수를 구현하는 웨이퍼 캐리어를 제공한다. 웨이퍼 보유를 위한 필요한 기능 중 하나는 폴리싱에 대한 마찰 부하를 지지하는 것이다. 종래 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 이들 부하는 짐벌 구조물(gimbalstructure)을 사용하지 않고 스핀들 베어링으로 전달된다. 종래의 시스템에 있어서, 짐벌은 전형적으로 웨이퍼 캐리어를 패드와 정렬시키는데 사용된다. 상술한 바와 같이, 짐벌 장치를 구비하면, 웨이퍼 상의 마찰 부하가 폴리싱 동안 웨이퍼에 분배되는 압력으로부터 격리되지 않아서, 균일성 문제가 발생한다. 이와 반대로, 본 발명은 웨이퍼에 분배되는 압력으로부터 마찰력을 격리시키고, 유지 링 및 패드를 정렬시키도록 머신 정밀도를 사용하며, 웨이퍼를 폴리싱 패드 면과 정렬시키는 가요성 박막을 사용함으로써 웨이퍼 뒤에 컴플라이언스(compliance)를 허용한다. 웨이퍼 상의 마찰 부하로부터의 압력 분배의 독립성에 추가로, 본 발명은 공칭 폴리싱 압력으로부터 원하는 바대로 유지 링 압력 또는 위치의 독립적인 제어가 가능한 웨이퍼 압력 시스템으로부터 유지 링의 독립성을 또한 제공한다. 이러한 특징은 패드에 의해 야기되는 엣지 효과(edge effects)를 제어함으로써 화학적 기계 폴리싱 과정의 균일성을 개선시킬 수 있다.Thus, quite advantageously, the present invention provides a wafer carrier that implements the desired design parameters for wafer retention and pressure application. One of the necessary functions for wafer holding is to support the frictional load on polishing. As can be seen in the prior art, according to the invention these loads are transferred to the spindle bearings without the use of gimbalstructures. In conventional systems, gimbals are typically used to align a wafer carrier with a pad. As mentioned above, with the gimbal device, the frictional load on the wafer is not isolated from the pressure distributed to the wafer during polishing, resulting in uniformity problems. In contrast, the present invention uses machine precision to isolate friction from pressure dispensed on the wafer, uses machine precision to align retaining rings and pads, and conforms behind the wafer by using a flexible thin film that aligns the wafer with the polishing pad surface. Is allowed. In addition to the independence of the pressure distribution from the frictional load on the wafer, the present invention also provides the independence of the retaining ring from the wafer pressure system, allowing independent control of the retaining ring pressure or position as desired from the nominal polishing pressure. This feature can improve the uniformity of the chemical mechanical polishing process by controlling the edge effects caused by the pads.

이제, 그 실예가 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 구체적이고 바람직한 실시예와 관련되어 본 발명을 설명하지만, 본 발명을 이들 실시예에 한정하고자 함이 아님을 당업자는 이해할 것이다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 요지 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 변경예 및 균등물을 포함한다고 할 것이다.It will now be described in detail with respect to specific embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. While the invention has been described in connection with specific and preferred embodiments, those skilled in the art will understand that the invention is not intended to be limited to these embodiments. On the contrary, it is intended that the present invention cover alternatives, modifications and equivalents as may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

이제 도면을 살펴보면, 여러 도면을 통해 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 지시되는데, 도 1에서, 본 발명에 따른 화학적 기계 폴리싱 장치(30)는 연마 폴리싱 패드(34)를 지지하는 복수의 폴리싱 스테이션(32), 로딩 및 클리닝 조합 스테이션(36), 및 웨이퍼 캐리어 조립체(38)를 포함한다.Referring now to the drawings, the same components are designated by the same reference numerals throughout the several views, in which the chemical mechanical polishing apparatus 30 according to the invention comprises a plurality of polishing stations for supporting an abrasive polishing pad 34. 32), loading and cleaning combination station 36, and wafer carrier assembly 38.

화학적 기계 폴리싱(CMP) 장치(30)는 하나 이상의 기판을 프로세스 하도록 제공되며, 바람직하지 않은 과잉 물질을 제거하도록 실리콘 웨이퍼 "W"의 표면을 폴리싱하는데 특히 적합하다. 웨이퍼 프로세싱 처리량 즉, 화학적 기계 폴리싱 처리량을 최대화하도록 여러 프로세싱 매개변수들이 정확하게 제어되고 모니터링 되어야 한다. 예컨대, 플래튼(platens)에 대한 슬러리 유동 분배, 플래튼에 대항하는 웨이퍼의 압력 분배, 웨이퍼와 폴리싱 패드의 상대 속도, 및 폴리싱 패드의 상태는 화학적 기계 장치의 처리량을 결정하는데 중요한 요인들이다.The chemical mechanical polishing (CMP) apparatus 30 is provided to process one or more substrates and is particularly suitable for polishing the surface of the silicon wafer "W" to remove undesirable excess material. Several processing parameters must be accurately controlled and monitored to maximize wafer processing throughput, ie chemical mechanical polishing throughput. For example, slurry flow distribution to the platens, pressure distribution of the wafer against the platens, relative speeds of the wafer and polishing pad, and state of the polishing pad are important factors in determining the throughput of the chemical mechanical device.

화학적 기계 폴리싱 장치(30)는 테이블 탑(table top; 42)이 위에 장착된 머신 기부(machine base; 40)를 포함한다. 이 테이블 탑(42)은 폴리싱 스테이션(32)과 로딩 및 클리닝 조합 스테이션(36)의 연속물을 지지한다. 폴리싱 스테이션(32) 및 로딩/클리닝 스테이션(36)은 선형으로 정렬된다. 로딩/클리닝 스테이션(36)은 로딩 장치(도시 안됨)로부터 개개의 웨이퍼들을 수용하는 기능, 웨이퍼들을 세척하는 기능, 웨이퍼 캐리어 조립체(38) 안으로 웨이퍼들을 로딩하는 기능, 웨이퍼 캐리어 조립체(38)로부터 웨이퍼들을 수용하는 기능, 웨이퍼들을 다시 세척하는 기능, 및 최종적으로 웨이퍼들을 로딩/클리닝 스테이션(36)으로 이송하는 기능을 포함하는 복수의 기능에 이바지한다.The chemical mechanical polishing apparatus 30 includes a machine base 40 on which a table top 42 is mounted. This table top 42 supports a series of polishing stations 32 and loading and cleaning combination stations 36. The polishing station 32 and the loading / cleaning station 36 are linearly aligned. The loading / cleaning station 36 is capable of receiving individual wafers from a loading device (not shown), cleaning the wafers, loading the wafers into the wafer carrier assembly 38, wafers from the wafer carrier assembly 38. A plurality of functions, including the ability to receive them, to clean the wafers again, and finally to transfer the wafers to the loading / cleaning station 36.

각각의 폴리싱 스테이션(32)은 회전식 플래튼(44), 및 이 플래튼(44) 상에 해제가능하게 고정된 연마 폴리싱 패드(34)를 포함한다. 플래튼(44)은 폴리싱되는웨이퍼의 직경보다 대략 1.5배 내지 3배 큰 직경을 가질 정도의 치수로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 플래튼(44)은 적합한 수단(도시 안됨)에 의해 구동되는 회전식 알루미늄 또는 스테인레스 강 플레이트(plate)일 수 있다. 바람직하게 플래튼 구동 수단과, 오염 입자를 발생하기 쉬운 다른 구성요소가 플래튼(44) 아래에, 따라서 폴리싱 패드(34) 아래에 위치한다. 대부분의 폴리싱 프로세스에 대해, 플래튼(44)은 대략 50 내지 500 rpm(revolutions per minute)으로 회전하지만, 다른 속도를 이용할 수도 있다.Each polishing station 32 includes a rotatable platen 44 and an abrasive polishing pad 34 releasably fixed on the platen 44. The platen 44 is preferably dimensioned to have a diameter that is approximately 1.5 to 3 times larger than the diameter of the wafer being polished. This platen 44 may be a rotating aluminum or stainless steel plate driven by suitable means (not shown). Preferably the platen drive means and other components susceptible to generation of contaminating particles are located below the platen 44 and thus below the polishing pad 34. For most polishing processes, platen 44 rotates at approximately 50-500 revolutions per minute (rpm), although other speeds may be used.

폴리싱 패드(34)는 유연한 폴리싱 면을 갖춘 유연하고 종종 다공성의 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 폴리싱 패드는 압력-민감 접착층(pressure-sensitive adhesive layer)에 의해 플래튼에 고저되어 있다. 폴리싱 패드(34)는 경질의 상부층 및 보다 연질의 하부층을 가질 수도 있다. 이 상부층은 충전재(filler)와 혼합된 폴리우레탄일 수도 있다. 하부층은 우레탄에 의해 리칭(leaching)된 압축된 감각의 섬유로 이루어질 수도 있다.The polishing pad 34 is preferably formed of a flexible and often porous material with a flexible polishing surface. The polishing pad is fixed to the platen by a pressure-sensitive adhesive layer. The polishing pad 34 may have a hard top layer and a softer bottom layer. This top layer may be polyurethane mixed with a filler. The bottom layer may consist of a compressed sensation fiber leached by urethane.

각각의 패드 면은 아암부(48) 상에 배치된 컨디셔너 헤드(50)를 갖춘 패드 컨디셔너(pad conditioner; 46)에 의해 문질러 벗겨질 수 있는데, 이러한 아암부(48)는 패드 상의 어느 특정 반경에 위치하며, 상대 운동이 생성되는 동안 패드에 대항해 로딩될 수 있다. 패드 컨디셔녀(46)는 패드 및 웨이퍼의 폴리싱 경계면에 슬러리를 효과적으로 이송하도록 폴리싱 패드(34)의 상태를 유지시킨다. 패드 컨디셔너는 슬러리 및 마모 물질을 제거하도록 세척 스테이션을 포함한다.Each pad face may be stripped off by a pad conditioner 46 with a conditioner head 50 disposed on the arm portion 48, which arm portion 48 may be peeled off at any particular radius on the pad. Position and may be loaded against the pad while the relative motion is being generated. The pad conditioner 46 maintains the state of the polishing pad 34 to effectively transfer the slurry to the polishing interface of the pad and the wafer. The pad conditioner includes a wash station to remove slurry and wear material.

패드(도시 안됨) 위의 분배기 튜브 또는 플래튼(44)의 중심의 슬러리 공급포트에 의해 폴리싱 패드(34)의 표면에, 이송 유체 내의 이산화규소(silicon dioxide)와 같은 슬러리 함유 연마 입자와, 그리고 가능하다면 수산화칼륨(potassium hydroxide)과 같은 화학 반응 촉매제가 공급된다. 대안으로, 슬러리는 웨이퍼 캐리어를 통해 패드의 표면으로 잔달될 수 있다. 폴리싱 동안 웨이퍼의 표면으로부터 물질의 최대 제거량을 유지하도록 충분히 많은 양의 슬러리가 제공된다.Slurry containing abrasive particles, such as silicon dioxide, in the transfer fluid, to the surface of the polishing pad 34 by means of a slurry supply port in the center of the platen 44 or a distributor tube on a pad (not shown), and If possible, chemical reaction catalysts such as potassium hydroxide are supplied. Alternatively, the slurry can be suspended through the wafer carrier to the surface of the pad. A sufficient amount of slurry is provided to maintain the maximum amount of removal of material from the surface of the wafer during polishing.

머신 기부 위에는 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52)이 위치된다. 이 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52)은 적합한 트랙을 따라 x축을 따라 테이블 탑(42)을 따라 선형 이동에 대해 지지된다. 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52)은 xz-평면 내에서의 이동을 위해 웨이퍼 캐리어(38)를 지지한다. 웨이퍼 캐리어(38)는 웨이퍼들을 수용하고 유지하며, 웨이퍼들을 폴리싱하기 위한 각각의 폴리싱 스테이션(32)의 플래튼(44) 상에서 폴리싱 패드(34)에 대해 웨이퍼들을 가압한다. 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52) 및 웨이퍼 캐리어(38)는 밀봉된 커버 플레이트 및 외장(enclosure)을 바람직하게 포함하여, 이들의 구성 요소에 의해 발생된 입자들에 의한 웨이퍼들의 오염을 최소화시킨다.Above the machine base is a wafer carrier support frame 52. This wafer carrier support frame 52 is supported for linear movement along the table top 42 along the x axis along a suitable track. Wafer carrier support frame 52 supports wafer carrier 38 for movement within the xz-plane. The wafer carrier 38 receives and holds the wafers and presses the wafers against the polishing pad 34 on the platen 44 of each polishing station 32 for polishing the wafers. Wafer carrier support frame 52 and wafer carrier 38 preferably include a sealed cover plate and enclosure to minimize contamination of wafers by particles generated by their components.

실제의 폴리싱 동안, 웨이퍼 캐리어(38)는 폴리싱 스테이션(32)의 플래튼(44)에 또는 그 위에 위치된다. 지지 프레임(52) 내부에 보유되는 액츄에이터는 웨이퍼 캐리어(38)와, 웨이퍼 캐리어(38)에 부착된 웨이퍼를, 폴리싱 패드(34)와 접촉한 상태로 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52)에 대해 하강시킨다. 웨이퍼 캐리어(38)는 폴리싱 패드(34)에 대해 웨이퍼가 압박되게 한다.During actual polishing, the wafer carrier 38 is located on or above the platen 44 of the polishing station 32. An actuator held inside the support frame 52 lowers the wafer carrier 38 and the wafer attached to the wafer carrier 38 with respect to the wafer carrier support frame 52 in contact with the polishing pad 34. . The wafer carrier 38 causes the wafer to be pressed against the polishing pad 34.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 웨이퍼 캐리어(38)는 대개, 웨이퍼 캐리어 헤드(56), xz-평면 내에서 웨이퍼 캐리어(38)를 이동시키기 위한 액츄에이터(도시 안됨)를 구비하는 지지 프레임(52), 및 구동 조립체(58)를 포함한다. 구동 조립체(58)는 지지 프레임(52)(도 3 또는 도 4에는 도시 안됨) 상에 강성으로 장착된 장착 브라켓(60)을 포함한다. 이 장착 브라켓(60)은 테이블 탑(42) 위로 대략 수직으로 연장되는 축선을 가지는 관통 보어(62)를 구비한다. 구동 조립체(58)는 또한 적합한 베어링 조립체(66)에 의해 동심으로 회전가능하게 장착 플랜지(60)에 연결된 원통형 헤드 샤프트(64)를 포함한다. 이 헤드 샤프트(64)는 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)를 강성으르 지지한다. 전기 모터(70)는 웨이퍼 캐리어 프레임(52)에 관해 웨이퍼 캐리어 헤드(56)를 회전시킨다. 바람직하게, 유체를 포함하는 관통 보어(62) 및 전기 도관에 대한 간극(clearance)을 제공하는 데에 큰 직경의 캐리어 모터(76)가 이용된다. 캐리어 모터(70)는 장착 플랜지(60) 상에 장착된 전기 모터 고정자(72)와, 헤드 샤프트(64) 상에 장착된 전기 모터 회전자(72)를 포함한다. 바람직하게, 모터(70)는 오염 입자들의 발생을 최소화하기 위해 무브러시 직류 모터(brushless DC motor)이다. 모터의 구성 요소는 하우징에 의해 둘러싸이거나, 또는 커버에 의해 보호될 수 있어서, 화학적 기계 폴리싱 장치/프로세스의 작동 동안 부주의한 슬러리 스플래시(splash) 또는 다른 오염 물질로부터 보호된다.Referring to FIGS. 2, 3 and 4, wafer carrier 38 typically includes a wafer carrier head 56, a support having an actuator (not shown) for moving the wafer carrier 38 within the xz-plane. Frame 52, and drive assembly 58. The drive assembly 58 includes a mounting bracket 60 rigidly mounted on a support frame 52 (not shown in FIG. 3 or 4). This mounting bracket 60 has a through bore 62 having an axis extending approximately vertically above the table top 42. The drive assembly 58 also includes a cylindrical head shaft 64 connected to the mounting flange 60 rotatably concentrically by a suitable bearing assembly 66. This head shaft 64 rigidly supports the wafer carrier head body 68. The electric motor 70 rotates the wafer carrier head 56 about the wafer carrier frame 52. Preferably, a large diameter carrier motor 76 is used to provide clearance for the electrical conduits and through bores 62 containing fluid. The carrier motor 70 includes an electric motor stator 72 mounted on the mounting flange 60 and an electric motor rotor 72 mounted on the head shaft 64. Preferably, the motor 70 is a brushless DC motor to minimize the generation of contaminant particles. The components of the motor may be surrounded by a housing or protected by a cover to protect against inadvertent slurry splashes or other contaminants during operation of the chemical mechanical polishing apparatus / process.

폴리싱 패드(34)의 표면에 대해 웨이퍼를 로드하기 위해, 웨이퍼가 폴리싱 패드(34)에 대해 가압될 때까지 웨이퍼 캐리어(38) 및 웨이퍼 캐리어 헤드(56)가 z 방향으로 이동된다. 웨이퍼 캐리어(38)는, 폴리싱 스테이션(32)과 로딩/클리닝 스테이션(36) 사이에서 웨이퍼를 이송하는 동안 웨이퍼 캐리어 헤드(56) 및 웨이퍼가 폴리싱 패드로부터 떨어져 상승되도록, 들어 올려진다.To load the wafer against the surface of the polishing pad 34, the wafer carrier 38 and the wafer carrier head 56 are moved in the z direction until the wafer is pressed against the polishing pad 34. The wafer carrier 38 is lifted so that the wafer carrier head 56 and wafer are lifted away from the polishing pad while transferring the wafer between the polishing station 32 and the loading / cleaning station 36.

바람직하게, 화학적 기계 폴리싱 장치는 대략 2 내지 10 psi(pound per square inch)의 힘을 웨이퍼에 인가하며, 폴리싱 동안 압력이 변화할 수도 있다. 전기 모터(70)는 웨이퍼 캐리어 헤드(56)를 대략 300 내지 500 rpm으로 회전시키며, 다른 속도도 적당하게 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이, 플래튼(44)은 약 300 내지 500 rpm으로 회전된다. 웨이퍼 캐리어 헤드 및 플래튼의 회전 속도는 거의 동일한 것이 바람직하지만, 패드 비균일성을 평균내도록 완전히 일치되지 않는다. 응용 분야에 따라 다른 속도도 사용될 수 있다.Preferably, the chemical mechanical polishing apparatus applies a force of approximately 2 to 10 pounds per square inch (psi) to the wafer, and the pressure may vary during polishing. The electric motor 70 rotates the wafer carrier head 56 at approximately 300 to 500 rpm and other speeds may be appropriately selected. As mentioned above, the platen 44 is rotated at about 300 to 500 rpm. The rotational speeds of the wafer carrier head and platen are preferably about the same, but are not completely consistent to average pad non-uniformity. Other speeds may be used depending on the application.

도 3 및 도 4는 유체 시스템 및 전기 시스템을 각각 도해하는 상이한 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 관형 도관(76)이 헤드 샤프트(64) 내부에서 동심으로 연장된다. 관형 도관(76)은 거의 헤드 샤프트(64)의 길이로 연장된다. 이러한 관형 도관(76)은 전기 및 유체 라인을 위한 복수의 통로(78,80)를 포함한다. 이 관형 도관(76)의 정상부에는 전기 회전 커플링(electrical rotary coupling) 또는 회전 전기 통과부(rotary electrical-pass-through; 82), 및 유체 회전 커플링 또는 회전 유체 통과부(84) 모두가 작동가능하게 장착된다. 따라서, 전기 회로 및 유체 회로는 비회전(non-rotating) 웨이퍼 캐리어 지지 프레임(52)으로부터 회전 커플링(82,84) 각각을 통해, 그리고 회전식 헤드 샤프트(64)를 통해, 회전식 웨이퍼 캐리어 헤드(56)에 작동가능하게 연장된다. 구체적으로, 복수의 유체 통로 뿐만 아니라 전기 회로 통로가 관형 도관(76)을 통해 연장되고, 전기 공급원 및 복수의 펌프 및/또는 밸브가 웨이퍼 캐리어 헤드(56)에 작동가능하게 연결될 수 있게 한다.3 and 4 are different cross-sectional views illustrating the fluid system and the electrical system, respectively. 3 and 4, the tubular conduit 76 extends concentrically inside the head shaft 64. The tubular conduit 76 extends almost the length of the head shaft 64. This tubular conduit 76 includes a plurality of passageways 78, 80 for electrical and fluid lines. On top of this tubular conduit 76 both electrical rotary coupling or rotary electrical-pass-through 82 and fluid rotary coupling or rotary fluid passage 84 are actuated. Possibly mounted. Thus, the electrical and fluid circuits are driven from the non-rotating wafer carrier support frame 52 through the rotary couplings 82 and 84, respectively, and through the rotary head shaft 64. Operatively extended to 56). In particular, the plurality of fluid passages as well as the electrical circuit passages extend through the tubular conduits 76, allowing the electrical source and the plurality of pumps and / or valves to be operably connected to the wafer carrier head 56.

도시된 도 4의 실시예에 있어서, 웨이퍼 캐리어 헤드(56) 상에 제공될 수 있는 전기 센서에 대한, 그리고 전기 모터의 전기 커플링에 대한 전기 통로(78)가 제공된다. 상술한 바와 같이 웨이퍼 캐리어 헤드(56), 블래더 및 유지 링 벨로우즈 내에 형성된 각각의 유체 챔버에, 독립적으로 제어되는 6개의 유체 공급원을 유체소통가능하게 연결하기 위해 6개의 유체 통로(이들 중 2개가 도면부호 61, 63으로서 도 3에 도시되어 있음)가 또한 제공된다. 이러한 구성에 의해, 아래에 보다 상세히 설명하듯이, 웨이퍼 캐리어 헤드(56)가 폴리싱 패드(34)에 대한 웨이퍼 면의 국부적인 영역 또는 구역에서 압력을 변화하는 작용이 가능하다. 이 유체 통로는 웨이퍼 캐리어 헤드(56)의 바닥에 웨이퍼를 진공 척(vacuum chuck)하는 방식으로, 웨이퍼 캐리어 헤드(56)를 공압으로 파워를 공급하는데 또한 사용된다.In the embodiment of FIG. 4 shown, an electrical passage 78 is provided for an electrical sensor that can be provided on the wafer carrier head 56 and for an electrical coupling of the electric motor. Each fluid chamber formed within the wafer carrier head 56, bladder, and retaining ring bellows, as described above, has six fluid passages (two of which are adapted to fluidly connect six independently controlled fluid sources). Also shown in FIG. 3 as 61, 63. This configuration allows the wafer carrier head 56 to act as a pressure change in a local area or region of the wafer surface relative to the polishing pad 34, as described in more detail below. This fluid passage is also used to pneumatically power the wafer carrier head 56 in such a way as to vacuum chuck the wafer to the bottom of the wafer carrier head 56.

도 3 및 도 4를 참조하면, 헤드 샤프트(64)는 헤드 샤프트(64)의 바닥으로부터 방사상으로 연장되는 헤드 샤프트 플랜지(86)를 포함한다. 헤드 샤프트 플랜지(86)는 대체로 디스크형 바디이며, 통로(88,90)을 포함하는데, 이러한 통로(88,90)는 도관(76) 내의 전기 및 유체 통로(78,80)에 대응한다.3 and 4, the head shaft 64 includes a head shaft flange 86 extending radially from the bottom of the head shaft 64. Head shaft flange 86 is generally a disc-shaped body and includes passages 88 and 90, which correspond to electrical and fluid passages 78 and 80 in conduit 76.

특별한 장점으로, 웨이퍼 캐리어 헤드(56)는 머신 내에서의 마찰 부하에 의한 영향없이 웨이퍼에 압력 분배를 제공한다. 구체적으로 도 5를 참조하면, 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 대응하는 섹션 A-A, B-B 및 C-C를 각각 나타내는, 웨이퍼 캐리어(56)의 평면도이다. 도 6a, 도 6b 및 도 6c 및 도 10을 참조하면, 웨이퍼 캐리어 헤드(56)는 대체로, 캐리어 헤드 하우징(68), 캐리어 헤드 기부(92), 가요성 박막(94)(구획된 박막이라고도 한다), 및 유지 링(96)을 포함하는데, 가요성 박막(94)은 내부에 챔버가 형성된 밀폐된 블래더(closed bladder; 95)를 형성하도록 캐리어 헤드 기부(92) 상의 후방 플레이트(backing plate) 상에 장착된다. 본 발명의 웨이퍼 캐리어(38)는, 캐리어 헤드 기부(92)가 웨이퍼와 폴리싱 패드(34) 사이의 오정렬(misalignment)을 수용할 수 있는 방식으로, 캐리어 헤드 바디(68)에 블래더(95)를 연결시키기 위해 블래더 벨로우즈(98)를 이용한다.In particular advantage, wafer carrier head 56 provides pressure distribution to the wafer without being affected by frictional loads within the machine. Specifically, referring to FIG. 5, a plan view of the wafer carrier 56, showing sections A-A, B-B, and C-C, respectively, corresponding to FIGS. 6A, 6B, and 6C. 6A, 6B and 6C and 10, wafer carrier head 56 is generally referred to as carrier head housing 68, carrier head base 92, flexible thin film 94 (also referred to as partitioned thin film). And a retaining ring 96, wherein the flexible membrane 94 has a backing plate on the carrier head base 92 to form a closed bladder 95 with a chamber formed therein. Is mounted on. The wafer carrier 38 of the present invention has a bladder 95 in the carrier head body 68 in such a way that the carrier head base 92 can accommodate misalignment between the wafer and the polishing pad 34. Use bladder bellows 98 to connect.

웨이퍼 캐리어 바디(68)는 웨이퍼 캐리어 상부 플레이트(100)에 의해 헤드 샤프트 플랜지(86)에 연결된다. 캐리어 헤드 기부(92)는 블래더 벨로우즈(98)에 의해 캐리어 바디에 작동가능하게 연결된다. 블래더 벨로우즈(98)는 캐리어 기부(92) 및 캐리어 헤드 바디(68)에 작동가능하게 연결되고 토크를 전달하여, 폴리싱 패드(34)의 표면과 거의 수직한 회전 축선을 중심으로 헤드를 회전시킨다. 블래더 벨로우즈(98)는 가압되는 공동(cavity)을 구비하는데, 그 압력은 바이어스 압력(bias pressure)으로서 형성되며, 웨이퍼 상에 가요성 박막의 힘을 균형있게 작용하게 한다. 이러한 바이어스 압력은 박막 상에 작용되는 힘을 제어하도록 변경될 수도 있다. 블래더 벨로우즈(98)는 토크의 전달을 허용하는 임의의 적합한 물질로 형성되며, z 방향으로 컴플라이언스를 제공하고, 그리고 약 0 내지 40 psia의 범위의 압력 용량을 가진다. 블래더 벨로우즈(98)는 바람직하게 금속으로 형성되지만, 실리콘 또는 엘라스토머와 같은 유연한 물질로 형성될 수도 있다.The wafer carrier body 68 is connected to the head shaft flange 86 by a wafer carrier top plate 100. The carrier head base 92 is operably connected to the carrier body by bladder bellows 98. Bladder bellows 98 is operably connected to and transfers torque to carrier base 92 and carrier head body 68 to rotate the head about an axis of rotation substantially perpendicular to the surface of polishing pad 34. . Bladder bellows 98 has a cavity that is pressurized, which is formed as a bias pressure, which balances the force of the flexible thin film on the wafer. This bias pressure may be changed to control the force applied on the thin film. Bladder bellows 98 is formed of any suitable material that allows transmission of torque, provides compliance in the z direction, and has a pressure capacity in the range of about 0 to 40 psia. Bladder bellows 98 is preferably formed of metal, but may also be formed of a flexible material, such as silicone or elastomer.

웨이퍼 캐리어 바디(68) 및 웨이퍼 캐리어 상부 플레이트(100) 모두는도관(76)의 전기 및 유체 통로(78,80)에 대응하는 복수의 관통 통로를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 웨이퍼 캐리어 상부 플레이트(100) 내에는 6개의 유체 시스템 통로가 형성되어 있는데, 아래에 기술하는 바와 같이, 이들 중 2개는 블래더 및 유지 링 벨로우즈를 가압하기 위해 유체를 제공하는 유체 시스템 통로이고, 나머지 4개는 가요성 박막의 선택적인 영역을 가압하는 유체 시스템 통로이다. 웨이퍼 캐리어 바디(68)의 유체 통로는 블래더 벨로우즈(98) 내부에서 연장되는 적합한 압력 라인(도시 안됨)에 의해 웨이퍼 캐리어 기부(92) 내의 각각의 유체 통로에 유체소통가능하게 연결된다. 도 6a에는 하나의 유체 시스템 통로의 실례가 도시되어 있는데, 유체 통로(101)는 웨이퍼 캐리어 상부 플레이트(100)를 통해 연장되고, 유체 통로(102)는 캐리어 헤드 기부(92)를 통해 연장되며, 이들 유체 통로(101,102)는 가요성 압력 라인(105)에 의해 연결되어 있다. 도 6c는 다른 유체 시스템을 도시하는데, 통로(103,104)는 웨이퍼 캐리어 상부 플레이트(100) 및 캐리어 헤드 기부(92)를 통해 연장되며, 가요성 압력 라인(107)에 의해 연결되어 있다. 다른 복수의 유사한 유체 시스템이 사용될 수도 있지만, 특별히 단면도로 도시하지 않는다.Both wafer carrier body 68 and wafer carrier top plate 100 include a plurality of through passages corresponding to electrical and fluid passages 78, 80 of conduit 76. In a preferred embodiment, six fluid system passages are formed in the wafer carrier top plate 100, two of which provide fluid to pressurize the bladder and retaining ring bellows, as described below. The fluid system passageway, with the remaining four being a fluid system passageway that pressurizes an optional region of the flexible membrane. The fluid passageway of the wafer carrier body 68 is fluidly connected to each fluid passageway in the wafer carrier base 92 by suitable pressure lines (not shown) that extend within the bladder bellows 98. An example of one fluid system passageway is shown in FIG. 6A, where the fluid passageway 101 extends through the wafer carrier top plate 100, and the fluid passageway 102 extends through the carrier head base 92, These fluid passages 101, 102 are connected by a flexible pressure line 105. 6C illustrates another fluid system, with passages 103 and 104 extending through wafer carrier top plate 100 and carrier head base 92 and connected by flexible pressure lines 107. Other similar fluid systems may be used, but are not particularly shown in cross section.

특별한 장점으로서, 캐리어 헤드 기부(92)는 블래더 벨로우즈(98)에 의해 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)에 연결되어 있다. 블래더 벨로우즈(98)는 캐리어 기부(92)가 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)에 대해 피봇(pivot)할 수 있게 해서, 웨이퍼 캐리어 기부(92)가 폴리싱 패드(34)의 표면과 거의 평행하게 유지될 수 있다. 구체적으로, 블래더 벨로우즈(98)는 웨이퍼 캐리어 기부(92)와, 그 내부에 장착된웨이퍼가 폴리싱 패드(34)에 대해 회전하게 하고, 테이퍼(taper)와 같이 웨이퍼 내의 불규칙성 폴리싱 패드(34)의 오정렬 모두를 수용하도록 피봇시킨다. 블래더 벨로우즈(98)는 또한 헤드 샤프트(64)로부터 캐리어 헤드 기부(92)로 하방 압력을 측방향 부하와 무관하게 전달한다. 따라서, 블래더 벨로우즈(98)는 웨이퍼와 폴리싱 패드(34) 사이의 마찰에 의해 생성된 전단력(shear force)과 같은 임의의 측방향 부하를, 웨이퍼로부터 형성하도록 격리된다. 따라서, 폴리싱 패드(34)에 대항해서 웨이퍼 상에 가요성 박막(94)에 의해 작용되는 압력은 폴리싱 프로세스 동안 생성된 임의의 측방향 부하와 관계없다. 또한, 마찰 부하는 웨이퍼에 대한 압력의 분배로부터 격리된다.As a particular advantage, the carrier head base 92 is connected to the wafer carrier head body 68 by bladder bellows 98. Bladder bellows 98 allows carrier base 92 to pivot about wafer carrier head body 68 such that wafer carrier base 92 remains substantially parallel to the surface of polishing pad 34. Can be. Specifically, bladder bellows 98 causes wafer carrier base 92 and a wafer mounted therein to rotate relative to polishing pad 34 and irregular polishing pad 34 in the wafer as a taper. Pivot to accommodate both misalignment of. Bladder bellows 98 also transmits downward pressure from the head shaft 64 to the carrier head base 92 regardless of the lateral load. Thus, bladder bellows 98 is isolated to form any lateral load from the wafer, such as a shear force generated by friction between the wafer and polishing pad 34. Thus, the pressure exerted by the flexible thin film 94 on the wafer against the polishing pad 34 is independent of any lateral load generated during the polishing process. In addition, the frictional load is isolated from the distribution of pressure on the wafer.

유지 링(96)의 내부면(122)은 가요성 박막(94)의 바닥면과 관련하여, 웨이퍼 수용 오목부를 형성한다. 아래에 상세히 기술하는 바와 같이, 유지 링(96)은 웨이퍼가 웨이퍼 수용 오목부를 이탈하는 것을 방지하고, 웨이퍼로부터 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)로 측방향 부하를 전달한다.The inner surface 122 of the retaining ring 96, in relation to the bottom surface of the flexible thin film 94, forms a wafer receiving recess. As described in detail below, the retaining ring 96 prevents the wafer from leaving the wafer receiving recess and transfers lateral load from the wafer to the wafer carrier head body 68.

가요성 박막(94)은 캐리어 기부(92)에 연결되어 그 아래로 연장된다. 가요성 박막(94)의 바닥면은 웨이퍼 수용면을 제공한다. 가요성 박막(94)은, 기부(92)에 밀봉될 때, 제 1 중앙 챔버(106), 제 2 환형 챔버(108), 제 3 환형 챔버(110) 및 제 4 환형 챔버(112)를 갖춘 밀폐된 블래더를 형성한다. 4개의 챔버를 도시하고 설명하지만, 상이한 수의 복수의 챔버가 사용될 수도 있으며, 본 발명은 4개의 챔버에 한정되지 않는다. 가요성 박막(94)은 고 강도 실리콘 고무와 같은 가요성 및 탄성 물질로 형성된 대개 원형 시트이다. 바람직하게, 가요성 박막(94)은 40내지 80의 쇼어-A 경도계 굳기(Shore-A durometer hardness)를 가지는 물질로 형성된다. 가요성 박막 물질은 스테인레스 강 또는 다른 후방 플레이트와 양호한 본딩(bonding) 특성을 가져야 하며, 산(acids)과 염기(bases)에 대해 내화학성을 나타낸다.Flexible thin film 94 is connected to and extends below carrier base 92. The bottom surface of flexible thin film 94 provides a wafer receiving surface. The flexible thin film 94, when sealed to the base 92, has a first central chamber 106, a second annular chamber 108, a third annular chamber 110, and a fourth annular chamber 112. Form a closed bladder. While four chambers are shown and described, a plurality of different numbers of chambers may be used, and the invention is not limited to four chambers. The flexible thin film 94 is usually a circular sheet formed of a flexible and elastic material such as high strength silicone rubber. Preferably, the flexible thin film 94 is formed of a material having a Shore-A durometer hardness of 40 to 80. Flexible thin film materials should have good bonding properties with stainless steel or other backing plates and exhibit chemical resistance to acids and bases.

특별한 장점으로서, 유지 링(96) 및 유지 링 벨로우즈(144)가 제공된다. 본 발명의 이러한 양상은 폴리싱 동안 전개되는 측방향 부하가, 웨이퍼로 전달되지 않고, 웨이퍼 캐리어 바디(68)로 전달되게 하거나, 또는 바람직하게, 유지 링(96)에 의해 샤프트(64)에 전달되게 한다. 이것은 종래 기술의 웨이퍼 캐리어에 대해 상당한 장점을 제공한다.As a particular advantage, retaining ring 96 and retaining ring bellows 144 are provided. This aspect of the invention allows the lateral loads developed during polishing not to be transferred to the wafer, but to the wafer carrier body 68, or, preferably, to the shaft 64 by the retaining ring 96. do. This offers significant advantages over prior art wafer carriers.

유지 링(96)은 유지 링 베어링(142)의 환형 홈 내에 수용되는 환형 유지 링 장착 부재(140) 상에 장착된다. 이러한 유지 링(96)은 스크류 나사에 의해, 또는 모든 방향에서 유지 링(96)을 구속하기 위한 임의의 다른 적합한 수단에 의해 유지될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유지 링 베어링은 휨 부재(flexure member; 142)로 이루어진다. 대안으로, 유지 링 베어링이 수압 베어링(hydrostatic bearing)(도시 안됨)으로 이루어질 수도 있다. 휨 부재(142)는 유지 링 벨로우즈(144)에 의해 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)와 상호 연결되어 있다. 유지 링 벨로우즈(144)는 폴리싱 패드에 대해 유지 링(96)을 편향시키도록 가압된다. 유지 링 벨로우즈(144)는, z 방향으로 컴플라이언스를 제공하며 약 0 내지 40 psia의 범위의 압력 용량을 가지는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 유지 링 벨로우즈는 플라스틱 또는 금속으로 제조될 수 있지만, 유지 링 벨로우즈가 블래더벨로우즈와 달리 유지 링에 토크를 연결시키지 않으므로 플라스틱이 바람직하다.The retaining ring 96 is mounted on an annular retaining ring mounting member 140 that is received in the annular groove of the retaining ring bearing 142. This retaining ring 96 may be retained by screw screws or by any other suitable means for constraining the retaining ring 96 in all directions. In an exemplary embodiment, the retaining ring bearing consists of a flexure member 142. Alternatively, the retaining ring bearing may be made of a hydrostatic bearing (not shown). Bending member 142 is interconnected with wafer carrier head body 68 by retaining ring bellows 144. Retaining ring bellows 144 is pressurized to bias retaining ring 96 relative to the polishing pad. Retaining ring bellows 144 may be formed of any suitable material that provides compliance in the z direction and has a pressure capacity in the range of about 0 to 40 psia. The retaining ring bellows can be made of plastic or metal, but plastic is preferred because the retaining ring bellows does not connect torque to the retaining ring, unlike bladder bellows.

상술한 바와 같이, 유지 링(96)의 내부면은, 가요성 박막(94)의 바닥면과 관련하여, 웨이퍼(97)를 수용하기 위한 웨이퍼 수용 오목부를 형성한다. 유지 링(96)은 웨이퍼가 웨이퍼 수용 오목부로부터 이탈하는 것을 방지하며, 웨이퍼로부터 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)로 측방향 부하를 전달한다.As described above, the inner surface of the retaining ring 96 forms a wafer accommodating recess for accommodating the wafer 97 with respect to the bottom surface of the flexible thin film 94. Retaining ring 96 prevents the wafer from leaving the wafer receiving recess and transfers lateral load from the wafer to wafer carrier head body 68.

휨 부재(142)는 얇은 환형부(146)에 의해 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)와 추가로 상호연결된다. 다른 실시예에 있어서, 휨 부재(142)는 상대 운동이 가능하도록 베어링으로 대체될 수도 있다. 얇은 환형부(146)는 유지 링(96) 상의 부하에 영향을 주지 않고 유지 링(96)의 수직 모션이 가능하게 한다. 중요한 장점으로서, 이로 인해, 폴리싱 패드(34)에 대한 유지 링(96)의 압력에 상관없이, 그리고 폴리싱 패드(34)에 대한 웨이퍼의 압력에 상관없이, 유지 링(96) 상의 측방향 부하의 전달을 가능하게 한다. 폴리싱 패드(34) 상에 유지 링(96)에 의해 작용되는 압력을 독립적이고 정밀하게 제어할 수 있어서, 본 발명은 엣지 고속 폴리싱과 같은 엣지 효과의 제어가 가능하다. 휨 부재(142)에 의한 부하 기여도(load contribution)는 얇은 환형부(146) 상의 위치된 스트레인 게이지(151)에 의해 측정될 수도 있으며, 액츄에이터에 의한 웨이퍼 캐리어의 수직 운동에 의해 최소화될 수 있다.The flexure member 142 is further interconnected with the wafer carrier head body 68 by a thin annulus 146. In other embodiments, the flexure member 142 may be replaced with a bearing to allow relative movement. The thin annulus 146 allows vertical motion of the retaining ring 96 without affecting the load on the retaining ring 96. As an important advantage, this results in a lateral load on the retaining ring 96, regardless of the pressure of the retaining ring 96 against the polishing pad 34, and regardless of the pressure of the wafer against the polishing pad 34. Enable delivery. Since the pressure exerted by the retaining ring 96 on the polishing pad 34 can be controlled independently and precisely, the present invention enables control of edge effects such as edge high speed polishing. The load contribution by flexure member 142 may be measured by strain gauge 151 located on thin annulus 146 and may be minimized by the vertical movement of the wafer carrier by the actuator.

상술한 바와 같이, 그리고 도 8, 도 9a 및 도 9b에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 가요성 박막(94)은 후방 플레이트 또는 캐리어 기부(92)에 연결되어 있어서, 복수의 챔버(106,108,110,112)를 포함하는 밀폐된 블래더를 형성한다. 예컨대, 도3에 도시된 가요성 박막은 수직으로 연장되는 4개의 동심 플랜지(114,116,118,120)를 포함하는데, 이들 동심 플랜지는, 캐리어 기부(92)에 연결될 때, 제 1 중앙 원형 챔버(106), 이 제 1 중앙 원형 챔버(106)를 둘러싸는 제 2 환형 내부 챔버(108), 제 2 환형 내부 챔버(108)를 둘러싸는 제 3 환형 중간 챔버(110), 및 제 3 환형 중간 챔버(110)를 둘러싸는 제 4 환형 외부 챔버(112)를 형성한다. 챔버의 여압(pressurization)은 폴리싱 패드(34)에 대한 웨이퍼의 하방 압력을 제어한다.As described above, and as shown in more detail in FIGS. 8, 9A, and 9B, the flexible membrane 94 is connected to the back plate or carrier base 92, including a plurality of chambers 106, 108, 110, 112. To form a closed bladder. For example, the flexible membrane shown in FIG. 3 includes four concentric flanges 114, 116, 118 and 120 extending vertically, which, when connected to the carrier base 92, have a first central circular chamber 106, which is A second annular inner chamber 108 surrounding the first central circular chamber 106, a third annular intermediate chamber 110 surrounding the second annular inner chamber 108, and a third annular intermediate chamber 110. A surrounding fourth annular outer chamber 112 is formed. Pressurization of the chamber controls the downward pressure of the wafer against the polishing pad 34.

가요성 박막은 가요성 엘라스토머와 같은 임의의 적합한 물질로 구성될 수도 있다. 바람직하게, 가요성 박막은 약 40 내지 80의 범위의 쇼어-A 경도계 굳기를 가지는 실리콘 고무 물질이다. 이 가요성 박막은 스테인레스 강과 양호한 본딩 특성들을 가져야 하며, 산과 염기에 대해 내화학성을 나타내야 한다.The flexible thin film may be composed of any suitable material, such as a flexible elastomer. Preferably, the flexible thin film is a silicone rubber material having Shore-A durometer hardness in the range of about 40-80. This flexible thin film should have good bonding properties with stainless steel and exhibit chemical resistance to acids and bases.

제 1 환형 플랜지(114)는 캐리어 기부의 바닥면 상의 제 1 환형 침하부(depression) 또는 홈(groove) 내에 고정될 수 있고, 제 1 환형 침하부 내부에 해제가능하게 수용되는 제 1 삽입 링(124)과 적절히 로킹(locking)된다. 유사하게, 제 2, 제 3 및 제 4 삽입 링(126,128,130)은 제 2, 제 3 및 제 4 환형 침하부 또는 홈 안으로, 제 2, 제 3 및 제 4 환형 플랜지를 각각 로킹시킨다.The first annular flange 114 may be secured in a first annular depression or groove on the bottom surface of the carrier base and is releasably received within the first annular recess. 124 and appropriately locked (locking). Similarly, the second, third and fourth insertion rings 126, 128 and 130 lock the second, third and fourth annular flanges, respectively, into the second, third and fourth annular recesses or grooves.

펌프 또는 다른 적합한 조절식 유체 압력 공급원(도시 안됨)은 회전 유체 커플링, 도관, 헤드 샤프트 플랜지(86), 웨이퍼 캐리어 헤드 바디(68)를 통해, 블래더 벨로우즈(98)를 통해 연장되는 적합한 유체 라인을 통해, 그리고 웨이퍼 캐리어 헤드 기부(92)를 통해 연장되는 적합한 제 1 유체 회로에 의해 제 1 챔버(106)에작동가능하게 연결된다. 유사하게, 제 2, 제 3 및 제 4 펌프 또는 다른 조절식 유체 압력 공급원은 제 2, 제 3 및 제 4 챔버에 작동가능하게 연결된다.The pump or other suitable adjustable fluid pressure source (not shown) is a suitable fluid that extends through bladder bellows 98 through a rotating fluid coupling, conduit, head shaft flange 86, wafer carrier head body 68. And is operatively connected to the first chamber 106 by a suitable first fluid circuit extending through the line and through the wafer carrier head base 92. Similarly, second, third and fourth pumps or other adjustable fluid pressure sources are operably connected to the second, third and fourth chambers.

펌프가 챔버들 중 하나의 안으로, 유체, 바람직하게 공기와 같은 가스를 강제하면, 그 챔버 내의 압력이 증가하게 될 것이며, 가요성 박막의 전방이 웨이퍼에 대해 하방 또는 외부로 강제될 것이다. 이것은 차례로, 폴리싱 패드에 대해 웨이퍼를 강제한다 챔버 각각이 독립적으로 가압될 수 있으므로, 이것은 웨이퍼의 선택된 국부적인 영역이 다른 영역보다 빠른 속도로 폴리싱되게 한다.If the pump forces a gas, such as a fluid, preferably air, into one of the chambers, the pressure in that chamber will increase, and the front of the flexible thin film will be forced downward or outward relative to the wafer. This in turn forces the wafer against the polishing pad, since each of the chambers can be pressed independently, this allows selected local areas of the wafer to be polished at a faster rate than other areas.

보다 구체적으로, 바람직한 실시예에서, 가요성 박막(94)은, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 챔버의 아래에 각각 위치하는, 제 1 환형 내부 부분(132), 제 2 환형 내부 부분(134), 제 3 환형 중간 부분(136) 및 제 4 환형 내부 부분(138)을 포함한다. 이와 같이, 챔버들 내의 압력은, 각각의 가요성 박막 부분에 의해 폴리싱 패드에 대한 웨이퍼의 대응하는 부분에 적용된 하방 압력을 제어할 수 있다. 4개의 챔버를 설명하였지만, 2개 이상의 임의의 다른 수의 챔버가 사용될 수도 있으며, 본 발명은 도시된 이러한 일 실시예에 한정되지 않는다.More specifically, in a preferred embodiment, the flexible membrane 94 has a first annular inner portion 132, a second annular inner portion, respectively positioned below the first, second, third and fourth chambers. 134, a third annular intermediate portion 136 and a fourth annular inner portion 138. As such, the pressure in the chambers can control the downward pressure applied to the corresponding portion of the wafer relative to the polishing pad by each flexible thin film portion. Although four chambers have been described, two or more of any other number of chambers may be used, and the invention is not limited to this one illustrated embodiment.

대체로, 최외각의 환형 박막 부분(136,138)은, 웨이퍼의 중앙 및 중간 부분에 인가된 압력과 무관하게 웨이퍼의 엣지 근처의 협소한 엣지 영역의 정확한 압력 제어를 제공하기 위해, 제 1 및 제 2 박막 부분(132,134)에 비교해서 반경 방향으로 보다 협소하다. 일실시예에 있어서, 제 1 박막 부분(132), 제 2 박막 부분(134), 제 3 박막 부분(136) 및 제 4 박막 부분(138)은 대략 30mm, 30mm, 25mm 및 15mm의 방사상 폭을 각각 가진다.In general, the outermost annular thin film portions 136 and 138 may be used to provide accurate pressure control of narrow edge regions near the edge of the wafer regardless of the pressure applied to the center and middle portions of the wafer. It is narrower in the radial direction compared to the portions 132, 134. In one embodiment, the first thin film portion 132, the second thin film portion 134, the third thin film portion 136 and the fourth thin film portion 138 have radial widths of approximately 30 mm, 30 mm, 25 mm and 15 mm. Have each.

챔버 내의 압력은 독립적으로 제어될 수 있어서, 웨이퍼의 폴리싱의 균일성을 최대화한다. 임의의 챔버 내의 평균 압력은 불균일한 폴리싱에 대해 보충하도록 폴리싱 동안 그 이외의 다른 챔버와 관계없이 제어될 수 있다.The pressure in the chamber can be controlled independently, maximizing the uniformity of polishing of the wafer. The average pressure in any chamber can be controlled independently of the other chambers during polishing to compensate for non-uniform polishing.

가요성 박막(94)은 웨이퍼의 후측과 일치하도록 형상화된다. 예컨대, 웨이퍼가 래핑(rapping) 또는 굴곡되어 있다면, 가요성 박막은 래핑 또는 굴곡된 웨이퍼의 외형에 사실상 맞게될 것이다. 또한, 가요성 박막은 웨이퍼이 표면 상의 두께 변화에 합치할 것이다. 따라서, 특히 유리하게, 웨이퍼의 후측 상에 표면 불균일성이 존재하더라도 웨이퍼 상이 부하가 거이 균일하게 유지될 것이다.The flexible thin film 94 is shaped to coincide with the backside of the wafer. For example, if the wafer is wrapped or bent, the flexible thin film will substantially fit the contour of the wrapped or bent wafer. In addition, flexible thin films will allow the wafer to conform to variations in thickness on the surface. Thus, particularly advantageously, the load on the wafer will remain almost uniform even if there is surface irregularity on the back side of the wafer.

작동에 있어서, 웨이퍼의 후측이 가요성 박막과 접촉하면서, 웨이퍼 수용 오목부 내의 웨이퍼 상에 웨이퍼가 로딩된다. 이 웨이퍼는 가요성 박막(94)의 밑면으로부터의 진공 척력(vacuum-chuck force)에 의해 유지될 수 있다. 예컨대, 가요성 박막의 챔버들 중 하나의 챔버 내부에, 바람직하게 두개의 챔버 내부가 진공이 될 수 있어서, 웨이퍼를 유지시킨다.In operation, the wafer is loaded onto the wafer in the wafer receiving recess while the backside of the wafer is in contact with the flexible thin film. This wafer may be held by vacuum-chuck force from the bottom of the flexible thin film 94. For example, inside one of the chambers of flexible thin film, preferably two chambers can be vacuumed to hold the wafer.

웨이퍼의 표면 및 폴리싱 패드는 서로에 대해 압박된다. 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이의 경계면에 슬러리가 공급된다. 웨이퍼 및 폴리싱 패드는 전형적으로 모두 회전되지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다. 웨이퍼 및 폴리싱 패드 중 어느 하나 또는 이들 모두는 선형으로 이동될 수도 있다. 폴리싱 패드 및 웨이퍼가 서로에 대해 압박되면서, 웨이퍼의 표면 상의 물질이 제거된다. 본 발명의 장치와 함께 실시되는 화학적 기계 폴리싱 프로세스의 일례는, 그 전체가 참조로서 병합되어 있는, 공동계류 중인 USP 제 09/628,962호에 상세히 개시되어 있다.The surface of the wafer and the polishing pad are pressed against each other. The slurry is supplied to the interface between the wafer and the polishing pad. The wafer and polishing pad are typically both rotated, but this is not necessary. Either or both of the wafer and polishing pad may be moved linearly. As the polishing pad and wafer are pressed against each other, the material on the surface of the wafer is removed. An example of a chemical mechanical polishing process carried out with the apparatus of the present invention is disclosed in detail in co-pending USP 09 / 628,962, which is incorporated by reference in its entirety.

상당히 유리하게, 본 발명은, 웨이퍼 표면 상의 대응하는 국부적인 영역 또는 구역에서 웨이퍼에 대해 대응 부분(132,134,136)을 압박하도록 개별의 유체 통로 시스템을 통해 가요성 박막 내의 챔버 내부의 압력을 독립적으로 변화시키는 것을 제공한다. 이것은 본 발명의 장치가 웨이퍼 표면 상의 국부적인 구역의 각각에서 물질 제거량을 제어하고 변화시킬 수 있게 한다. 특히, 웨이퍼 표면 상에는 복수의 구역이 형성되며, 이들 구역은 웨이퍼와 결합되는 박막 내에 형성된 챔버에 대응한다. 바람직하게, 이들 구역은 환형이지만, 임의의 적합한 형상으로 형성될 수도 있다. 도 7을 참조하면, 이들 구역의 일례가 개략적으로 도시되어 있으며, 공동계류 중인 USP 제 09/628,471호에 상세히 개시되어 있다. 챔버 내의 압력을 변화시킴으로써, 인접하는 챔버 및 부분의 각각에 대응하는 웨이퍼 상의 국부적인 구역에서 웨이퍼 상의 폴리싱 속도가 제어된다.Quite advantageously, the present invention independently changes the pressure inside the chamber in the flexible membrane through separate fluid passage systems to urge the corresponding portions 132, 134, 136 against the wafer in corresponding local regions or regions on the wafer surface. To provide that. This allows the apparatus of the present invention to control and vary the amount of material removal in each of the local zones on the wafer surface. In particular, a plurality of zones are formed on the wafer surface, which correspond to chambers formed in the thin film that are associated with the wafer. Preferably, these zones are annular, but may be formed in any suitable shape. Referring to FIG. 7, one example of these zones is schematically illustrated and described in detail in co-pending USP 09 / 628,471. By varying the pressure in the chamber, the polishing rate on the wafer is controlled in local regions on the wafer corresponding to each of the adjacent chambers and portions.

구체적으로, 웨이퍼에 인가되는 압력은 도 7에서 화살표(P1-P2)로 나타낸 바와 같이 각각의 챔버 내의 압력에 의해 개별적으로 제어된다. 이 결과, 웨이퍼 표면 상의 동심 구역 또는 영역은 대응하는 챔버(46) 내의 압력을 제어함으로써 상이한 속도로 폴리싱될 수 있다. 도면에는 4개의 구역이 도시되어 있지만, 2개 이상의 임의의 적합한 수의 구역이 형성될 수도 있다. 또한, 외부 구역에 대해서는 환형 형상이 바람직하지만, 이들 구역은 상이한 형상일 수도 있고, 환형 형상에 제한되지 않는다. 바람직한 실시예에서, 박막은 4개의 구역을 형성하는 4개의 챔버를 포함하며, 4개의 구역은 하나의 원형 중심 구역과 3개의 환형 동심 구역으로 이루어진다.Specifically, the pressure applied to the wafer is individually controlled by the pressure in each chamber as indicated by arrows P 1 -P 2 in FIG. 7. As a result, concentric zones or regions on the wafer surface can be polished at different speeds by controlling the pressure in the corresponding chamber 46. Although four zones are shown in the figure, two or more of any suitable number of zones may be formed. Further, although an annular shape is preferred for the outer zones, these zones may be of different shapes and are not limited to the annular shape. In a preferred embodiment, the membrane comprises four chambers forming four zones, which consist of one circular center zone and three annular concentric zones.

바람직하게, 본 발명의 화학적 기계 폴리싱 장치는 웨이퍼의 폴리싱의 진행에 관련한 정보를 제공하는 하나 이상의 인-시츄 센서(in-situ sensors)를 포함할 것이다. 폴리싱 동안의 키이 파라미터(key parameter)는 웨이퍼의 표면으로부터의 물질 제거율이다 따라서, 바람직하게, 센서는 가요성 박막 내의 챔버에 의해 형성된 구역의 폭보다 대략 2배 내지 5배 세밀한 공간 해상도(spatial resolution)를 가지는 제거율에 대한 정보를 제공할 것이다. 이것은 센서의 유효 샘플 스페이싱(effective sample spacing)뿐만 아니라 유효 스팟 크기(effective spot size)를 포함한다. 샘플 스페이싱은 센서와 웨이퍼 사이의 상대 속도와, 사용되는 샘플율의 함수이다. 가장 적절한 유형의 센서는 제거되는 물질의 유형에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 산소층을 제거하는 경우, 공지된 간섭 센서(interferometric sensors)이 사용될 수도 있다. 대안으로, 금속층을 제거하는 경우, 웨이퍼의 표면 상의 금속층의 실재(presence) 또는 부재(absence)를 측정하는데 반사율 센서(reflectance sensor)가 바람직할 수도 있다. 또한, 금속의 부재는 엔드포인트(end point)를 시그널링(signaling)하는데 사용될 수도 있다. 본 발명의 장치와 함께 사용될 수도 있는 센서의 일례는 그 전체가 참조로서 병합되어 있는, 공동계류 중인 USP 제 09/628,471호에 완전하게 개시되어 있다.Preferably, the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention will include one or more in-situ sensors that provide information regarding the progress of polishing of the wafer. The key parameter during polishing is the rate of material removal from the surface of the wafer. Thus, the sensor preferably has a spatial resolution approximately two to five times finer than the width of the area defined by the chamber in the flexible thin film. It will provide information on the removal rate with. This includes the effective spot size as well as the effective sample spacing of the sensor. Sample spacing is a function of the relative velocity between the sensor and the wafer and the sample rate used. The most appropriate type of sensor can vary depending on the type of material being removed. For example, when removing the oxygen layer, known interferometric sensors may be used. Alternatively, when removing the metal layer, a reflectance sensor may be desirable to measure the presence or absence of the metal layer on the surface of the wafer. In addition, the absence of metal may be used to signal the endpoint. One example of a sensor that may be used with the apparatus of the present invention is fully disclosed in co-pending USP 09 / 628,471, which is incorporated by reference in its entirety.

또한, 웨이퍼 상의 초기 코팅 두께와 폴리싱 시간에 대한 정보를 이용함으로써, 제거율의 추정을 계산하는데 엔드포인트 정보를 사용할 수도 있고, 이러한 정보는 후속하는 웨이퍼의 폴리싱 특성을 예측하는데 사용될 수도 있다. 따라서, 정보는, 후속 웨이퍼를 폴리싱할 때의 압력 속도 등과 같은 화학적 기계 폴리싱 파라미터를 제어하기 위한 수단을 제공하는데, 이를 "런-투-런(run-to-run)" 제어라고 한다. 또한, 실시간 제어를 위해 웨이퍼 상의 각각의 국부적인 영역에서의 제거율을 감소시키기 위해, 반사율 센서에 의해 표시되는 동시적 엔드포인트 신호가 사용될 수도 있다.In addition, by using information about initial coating thickness and polishing time on the wafer, endpoint information may be used to calculate an estimate of removal rate, which may be used to predict polishing characteristics of subsequent wafers. Thus, the information provides a means for controlling chemical mechanical polishing parameters, such as pressure velocity when polishing subsequent wafers, etc., which is referred to as " run-to-run " control. In addition, a simultaneous endpoint signal indicated by the reflectance sensor may be used to reduce the removal rate in each local area on the wafer for real time control.

구획된 박막 및 피드백 기술(compartmentalized membrane and feedback techniques)에 대해 프로세스 제어를 제공하는데 여러 가지 방법이 사용될 수도 있다. 예컨대, 산소 제거 또는 폴리싱에 대해, 제거율을 측정하는데 두께 정보를 사용할 수도 있으며, 이에 따라, 구역들 중 어느 하나에서 독립적으로 제거율에 영향을 미치도록 압력이 제어된다. 제거율에 대한 주요 기술(primary description)은 프레스톤 방정식(Preston's equation)의 응용이며, 이 식은 식 MRR=kpPV에 의해 물질 제거율(MRR)을 구하는 것을 설명하고 있는데, 여기서, kp는 모든 프로세싱 파라미터에 의해 영향을 받는 상수(constant)이고, P는 인가된 압력, 그리고 V는 상대 속도이다. 따라서, 압력은 제거율에 선형으로 영향을 주도록 변경될 수도 있다. 이들 프로세스 조건에 대한 추가의 기술은 공동계류 중인 USP 제 09/628,962호에서 알 수 있다.Various methods may be used to provide process control for compartmentalized membrane and feedback techniques. For example, for oxygen removal or polishing, thickness information may be used to measure the removal rate, whereby the pressure is controlled to affect the removal rate independently in either of the zones. The primary description of the removal rate is the application of the Preston's equation, which describes the calculation of the material removal rate (MRR) by the equation MRR = kpPV, where kp is influenced by all processing parameters. Is constant, P is the applied pressure, and V is the relative velocity. Thus, the pressure may be changed to linearly affect the removal rate. Further description of these process conditions can be found in co-pending USP 09 / 628,962.

금속 폴리싱 동안, 이용가능한 정보는 특별한 구역 또는 영역에 대한 국부적인 엔드포인트를 나타낸다. 이러한 정보를 이용하면, 대응하는 구획에 인가된 압력을 감소시킴으로써 웨이퍼 표면의 추가의 오버폴리싱(overpolishing)이 구역 내에서 감소될 수도 있다. 또한, 이러한 정보는 후속 웨이퍼에 사용되어, 각각의 압력 구역에 대한 국부적인 엔드포인트가 동일한 시간에 가깝게 도달되도록 압력 분배를 조절할 수도 있다.During metal polishing, the available information represents a local endpoint for a particular zone or area. Using this information, further overpolishing of the wafer surface may be reduced within the zone by reducing the pressure applied to the corresponding compartments. This information may also be used on subsequent wafers to adjust the pressure distribution such that the local endpoint for each pressure zone is reached close to the same time.

도 11에는 제어의 일례가 개략적으로 도시되어 있다. 도 11은 본 발명에 사용될 수도 있는 제어 시스템의 일례의 블록도를 도시한다. 이 제어 시스템은 대체로, 프로세스 제어기(200), 압력 분배 제어기(202), 센서(205) 및 웨이퍼 데이타베이스(204)로 이루어진다. 프로세스 제어기(200)는 프로세스 파라미터 또는 레서피(recipe)를 생성시키는 데이타를 수신하고, 화학적 기계 폴리싱 머신(206)으로 커맨드(commands)를 보내서 화학적 기계 폴리싱 프로세스를 제어한다. 또한, 프로세스 제어기(200) 및 화학적 기계 폴리싱 머신(206)에는, 가요성 박막의 챔버 내부의 압력을 제어하는 압력 분배 제어기(200)가 연결된다.11 schematically shows an example of control. 11 shows a block diagram of an example of a control system that may be used in the present invention. This control system generally consists of a process controller 200, a pressure distribution controller 202, a sensor 205 and a wafer database 204. Process controller 200 receives data generating process parameters or recipes, and sends commands to chemical mechanical polishing machine 206 to control the chemical mechanical polishing process. Also connected to the process controller 200 and the chemical mechanical polishing machine 206 is a pressure distribution controller 200 that controls the pressure inside the chamber of the flexible membrane.

압력 분배 제어기(202)는 2개의 루트를 통해 데이타를 수신한다. 첫째로, 압력 분배 제어기(202)는 센서(205)로부터, 바로 웨이퍼 상의 각각의 구역 내의 반사율 측정의 대표적인 데이타를 수신한다. 압력 분배 제어기(202)는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는데, 이 하드웨어 및 소프트웨어는 반사율 측정을 수신하고, 각각의 구역 내부에 (조절할 필요가 있다면) 필요한 적절한 압력 조절을 결정하며, 그리고, 문제의 구역 내부의 압력을 선택적으로 적절하게 조절하기 위해 화학적 기계 폴리싱에 신호를 송신하도록 구성된다.Pressure distribution controller 202 receives data via two routes. First, the pressure distribution controller 202 receives from the sensor 205 representative data of the reflectance measurements in each zone directly on the wafer. Pressure distribution controller 202 includes hardware and software that receives reflectance measurements, determines the appropriate pressure adjustments needed (if necessary to adjust) within each zone, and, within the zone in question And selectively transmits a signal to chemical mechanical polishing to appropriately adjust the pressure.

다른 실시예에서, 각각의 구역에 대해 미리-결정된 압력 프로파일 값(pre-determined pressure profile values) 및/또는 임계값이 웨이퍼 데이타베이스(204) 내에 저장된다. 이후, 이들 값은 프로세스 제어기(200) 또는 압력 분배제어기(202)로 전송된다. 압력 분배 제어기는 이들 값을 센서(205)로부터의 실제, 실시간 반사율 값과 비교하고, 화학적 기계 폴리싱 머신(206)으로 신호를 송신하여, 각각의 구역들 내의 압력을 적절하게 조절한다. 웨이퍼(208)의 프레-폴리싱 두께(pre-polishing thickness) 및/또는 웨이퍼(210)의 포스트(post)-폴리싱 두께와 같은 추가의 데이타가 웨이퍼 데이타베이스에 송신되어, 적절한 압력 조절을 결정하는 것을 도울 수도 있다.In another embodiment, pre-determined pressure profile values and / or thresholds for each zone are stored in the wafer database 204. These values are then sent to process controller 200 or pressure distribution controller 202. The pressure distribution controller compares these values with the actual, real-time reflectance values from the sensor 205 and sends a signal to the chemical mechanical polishing machine 206 to appropriately adjust the pressure in the respective zones. Additional data, such as the pre-polishing thickness of the wafer 208 and / or the post-polishing thickness of the wafer 210, may be sent to the wafer database to determine appropriate pressure regulation. Might help.

본 발명의 다른 실시예에서, 화학적 기계 프로세스를 모니터링 하고 제어하기 위해 모델 본위 검지(model based detection)가 사용될 수도 있다. 구체적으로, 화학적 기계 폴리싱 프로세스 파라미터의 실시간 조절을 위해 모델 본위 제어가 제공되어, 가장 효과적이고 효율적인 프로세스에 화학적 기계 폴리싱 프로세스를 보다 양호하게 맞춘다. 상술한 검지 시스템은 주로 구역 내의 압력을 선택적으로 조절하는데 초점을 맞추어, 웨이퍼의 국부적인 영역의 거의 균일한 폴리싱을 위해 제공된다. 이것은 일부 영역에서의 오버폴리싱과 이외의 영역에서의 언더폴리싱(under-polishing)의 발생을 최소화한다. 모델 본위 검지 시스템은, 웨이퍼의 거의 균일한 폴리싱을 제공하는 것에 추가로, 수 개의 다른 화학적 기계 폴리싱 시스템의 실시간 제어를 또한 제공하여, 총괄적인 화학적 기계 폴리싱 공정을 향상시킨다.In other embodiments of the invention, model based detection may be used to monitor and control chemical mechanical processes. Specifically, model-based control is provided for real-time adjustment of chemical mechanical polishing process parameters to better tailor the chemical mechanical polishing process to the most effective and efficient process. The above-described detection system is mainly provided for the selective adjustment of the pressure in the zone, providing for almost uniform polishing of local areas of the wafer. This minimizes the occurrence of overpolishing in some areas and under-polishing in other areas. The model-based detection system, in addition to providing near uniform polishing of the wafer, also provides real-time control of several other chemical mechanical polishing systems, thereby improving the overall chemical mechanical polishing process.

따라서, 폴리싱하기 전의 웨이퍼로부터의 정보는 프로세스 제어를 위해 상당히 유용할 수 있다. 이것을 "피드-포워드(feed-forward)" 제어라고 한다. 미리 폴리싱된 웨이퍼에 대한 정보도 유용하다. 이것을 "런-투-런" 제어라고 한다. 폴리싱 동안 웨이퍼 표면 상태의 인-시츄 측정은 "실시간" 제어를 제공한다.Thus, information from the wafer prior to polishing can be quite useful for process control. This is called "feed-forward" control. Information about pre-polished wafers is also useful. This is called "run-to-run" control. In-situ measurements of the wafer surface state during polishing provide "real time" control.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 중앙을 따라 취해진, 도 5에 도시된 웨이퍼 캐리어 헤드의 단면도이다. 상술한 바와 같이, 박막은 4개의 동심 챔버(251,252,253,254)로 이루어진다. 이들 챔버를 형성하는 벽(walls)은 강성 지지부(259,260,262,262)에 차례로 각각 연결된다. 이들 링은 가요성 부재(263)의 밑면에 장착된다. 가요성 부재(263)는 바이어스 플레이트(264)의 밑면에 장착된다. 바이어스 플레이트(264)는 다수의 동심 챔버(255,256,257,258)를 포함하는데, 이들 챔버는 강성 링(259,260,261,262) 상에 작용되는 압력을 각각 제어한다. 따라서, 바이어스 플레이트(264)를 정확한 수직 위치로 이동시킴으로써 폴리싱을 위해 일단 조립체가 위치되면, 폴리싱 패드(도시 안됨)에 대해 웨이퍼(도시 안됨)가 압박되도록 챔버(251,252,253,254) 내의 압력이 조절된다. 동시에, 웨이퍼 상에 챔버의 측벽에 의해 작용되는 압력을 제어하기 위해, 챔버(255,256,257,258) 내의 압력이 변경될 수도 있다. 챔버(255,256,257,258) 내의 압력은 인접하는 박막 구획 사이에서 가장 부드러운 변이(transition)를 유지하도록 조절될 것이다.12 is a cross-sectional view of the wafer carrier head shown in FIG. 5 taken along the center in accordance with another embodiment of the present invention. As described above, the thin film consists of four concentric chambers 251, 252, 253, 254. Walls forming these chambers are in turn connected to rigid supports 259, 260, 262 and 262, respectively. These rings are mounted to the bottom of the flexible member 263. The flexible member 263 is mounted to the underside of the bias plate 264. The bias plate 264 includes a plurality of concentric chambers 255, 256, 257, 258, which control the pressures acting on the rigid rings 259, 260, 261, 262, respectively. Thus, once the assembly is positioned for polishing by moving the bias plate 264 to the correct vertical position, the pressure in the chambers 251, 252, 253, 254 is adjusted so that a wafer (not shown) is pressed against the polishing pad (not shown). At the same time, the pressure in the chambers 255, 256, 257, 258 may be changed to control the pressure exerted by the sidewalls of the chamber on the wafer. The pressure in the chambers 255, 256, 257, 258 will be adjusted to maintain the smoothest transition between adjacent thin film sections.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 선 A-A 및 선 B-B를 따라 취한, 도 8 내의 가요성 부재의 단면도이다. 박막(270)은 가요성 관(flexible tubing; 272)의 링에 의해 환형 구획으로 분할되며, 챔버 분할 관이라고도 한다. 관의 단부(ends)는 서로 밀봉되어 연속하는 링을 이룬다. 챔버 분할 관(272)의 둘레를 따라 일부 위치에는 보다 작은 내부-챔버 제한기 또는 관(274)가 있는데, 이 내부-챔버 제한기 또는 관(274)은 챔버 분할 관(272)의 안으로 그리고 외부로의 유체 유동을 위한 유동 제한부로서 기능한다. 이것은 인접하는 압력 구획의 소통을 허용한다. 각각의 구획 내의 압력이 능동 제어 시스템을 통해 유지되므로, 소형 제한기 또는 관(274)은 챔버 분할 관(272) 내부의 압력이 인접하는 2개의 챔버의 평균이 되게 한다. 이것은 하나의 챔버로부터 다른 챔버로의 변이에서 가장 적절한 압력을 보장한다. 내부-챔버 제한기(274)가 압력 조절기로부터 압력 챔버 안으로의 통로 보다 높은 유동 저항을 제공한다는 것이 중요하다. 내부-챔버 제한기(274)에 의해 제시되는 유동 저항은 각각의 제한부에 대해 동일하다는 것도 중요하다.13A and 13B are cross-sectional views of the flexible member in FIG. 8, taken along lines A-A and B-B, in accordance with another embodiment of the present invention. Membrane 270 is divided into annular compartments by a ring of flexible tubing 272, also referred to as chamber dividing tube. The ends of the tubes are sealed together to form a continuous ring. In some locations along the circumference of the chamber dividing tube 272 there is a smaller inner-chamber restrictor or tube 274, which is inside and outside the chamber dividing tube 272. It serves as a flow restriction for fluid flow into the furnace. This allows communication of adjacent pressure compartments. Since the pressure in each compartment is maintained through the active control system, the small limiter or tube 274 causes the pressure inside the chamber dividing tube 272 to be the average of two adjacent chambers. This ensures the most appropriate pressure in the transition from one chamber to another. It is important that the inner-chamber limiter 274 provides a higher flow resistance than the passage from the pressure regulator into the pressure chamber. It is also important that the flow resistance presented by the inner-chamber limiter 274 is the same for each restriction.

지금까지, 반도체 웨이퍼의 화학적 기계 폴리싱을 위한 개선된 장치 및 방법을 개시하였다. 전술한 본 발명의 구체적인 실시예들은 도해 및 설명을 위해 제시된 것이었다. 이들 실시예는 본 발명을 완전하게 하거나, 또는 본 발명을 개시된 구체적인 형태로 제한하려는 것이 아니며, 상술한 상세한 설명의 견지에서 여러 변경 및 변화가 가능함이 분명하다. 예컨대, 본 발명의 장치는 후면 연마 분야에 사용될 수도 있다. 이들 실시예는 본 발명의 원리와 실제 응용 분야를 가장 잘 설명하기 위해 선택되어 기술된 것이며, 이에 의해, 당업자는 고려되는 특별한 사용에 적합하게 하면서, 본 발명과 다양하게 변경되는 여러 실시예를 용이하게 실시할 수 있다.To date, improved apparatus and methods for chemical mechanical polishing of semiconductor wafers have been disclosed. The specific embodiments of the invention described above have been presented for the purposes of illustration and description. These examples are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, and obviously, many modifications and variations are possible in light of the above detailed description. For example, the apparatus of the present invention may be used in the field of back polishing. These embodiments have been chosen and described in order to best explain the principles and practical application of the invention, thereby facilitating various embodiments that vary from the invention, to those skilled in the art, to suit the particular use contemplated. Can be done.

Claims (15)

화학적 기계 폴리싱 시스템에 사용하기 위한 웨이퍼 캐리어 조립체로서:As a wafer carrier assembly for use in a chemical mechanical polishing system: 웨이퍼 캐리어 지지 프레임과;A wafer carrier support frame; 상기 웨이퍼 캐리어 지지 프레임 상에 회전가능하게 장착된 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징과;A wafer carrier head housing rotatably mounted on the wafer carrier support frame; 웨이퍼 캐리어 기부와;A wafer carrier base; 유지 링으로서, 상기 유지 링과 상기 웨이퍼 캐리어 하우징 사이의 상대적인 반경방향 운동을 구속하는 한편 상대적인 축방향 운동을 허용하는 유지 링 베어링과 작동가능하게 연결된 유지 링과;A retaining ring, comprising: a retaining ring operatively associated with a retaining ring bearing that constrains relative radial motion between the retaining ring and the wafer carrier housing while permitting relative axial motion; 폴리싱 부재에 대해 상기 유지 링을 압박하도록 상기 유지 링 베어링을 작동가능하게 연결시키는 유지 링 벨로우즈와; 그리고A retaining ring bellows for operatively connecting said retaining ring bearing to press said retaining ring against a polishing member; And 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징으로부터 상기 웨이퍼 캐리어 기부에 회전 토크가 전달되도록 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 상기 웨이퍼 캐리어 기부를 작동가능하게 연결시키는 블래더 벨로우즈를 포함하며,A bladder bellows operatively connecting said wafer carrier base to said wafer carrier head housing such that rotational torque is transmitted from said wafer carrier head housing to said wafer carrier base; 상기 블래더 벨로우즈, 상기 웨이퍼 캐리어 기부 및 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 의해 형성되는 챔버는 상기 유지 링 상의 어떠한 마찰 부하에 상관없이, 상기 폴리싱 부재에 대해 상기 웨이퍼 캐리어 기부를 로딩하도록 가압될 수 있는 웨이퍼 캐리어 조립체.The chamber formed by the bladder bellows, the wafer carrier base and the wafer carrier head housing may be pressurized to load the wafer carrier base against the polishing member, regardless of any frictional load on the retaining ring. Assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 유지 링 베어링이 휨 부재인 웨이퍼 캐리어 조립체.The wafer carrier assembly of claim 1, wherein the retaining ring bearing is a flexure member. 제 1 항에 있어서, 상기 유지 링 베어링이 수압 베어링인 웨이퍼 캐리어 조립체.The wafer carrier assembly of claim 1, wherein the retaining ring bearing is a hydraulic bearing. 제 1 항에 있어서, 상기 유지 링 벨로우즈가 대략 0 내지 40 psia의 범위의 압력으로 가압되는 웨이퍼 캐리어 조립체.The wafer carrier assembly of claim 1, wherein the retaining ring bellows is pressurized to a pressure in the range of approximately 0-40 psia. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어 기부에 연결되고, 복수의 챔버를 형성하는 구획된 가요성 부재를 더 포함하며,10. The system of claim 1, further comprising partitioned flexible members connected to the wafer carrier base and forming a plurality of chambers, 상기 가요성 부재의 하부면이, 각각의 상기 챔버 내부의 압력이 독립적으로 제어가능하도록, 상기 복수의 챔버와 개별적으로 각각 연관된 복수의 내부 부분들을 갖춘 웨이퍼 수용면을 제공하는 웨이퍼 캐리어 조립체.And a lower surface of the flexible member provides a wafer receiving surface having a plurality of internal portions each associated with the plurality of chambers individually such that the pressure within each of the chambers is independently controllable. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어 지지 프레임에 연결되며, 거의 수직 관통 보어를 구비하는 장착 플랜지와;2. The system of claim 1, further comprising: a mounting flange connected to the wafer carrier support frame and having a substantially vertical through bore; 상기 장착 플랜지에 회전가능하게 연결되며, 상기 관통 보어 내에 동심으로 배치되는 원통형 헤드 샤프트와; 그리고A cylindrical head shaft rotatably connected to said mounting flange and disposed concentrically in said through bore; And 상기 장착 플랜지 상에 장착된 고정자 및 상기 원통형 헤드 샤프트 상에 장착된 회전자를 구비하는 전기 모터를 더 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.And an electric motor having a stator mounted on the mounting flange and a rotor mounted on the cylindrical head shaft. 제 5 항에 있어서, 상기 가요성 부재는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 플랜지를 포함하고, 각각의 상기 플랜지는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 챔버를 형성하도록 상기 웨이퍼 캐리어 기부의 하부면에 각각 고정되어 있는 웨이퍼 캐리어 조립체.6. The wafer carrier of claim 5, wherein the flexible member comprises first, second, third and fourth flanges, each of the flanges forming a first, second, third and fourth chamber. A wafer carrier assembly each secured to the bottom surface of the base. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 챔버는 원형이며 방사상 폭이 대략 30mm이고, 상기 제 2 챔버는 환형이며 방사상 폭이 대략 30mm이고, 상기 제 3 챔버는 환형이며 방사상 폭이 대략 25mm이고, 그리고 상기 제 4 챔버는 환형이며 방사상 폭이 대략 15mm인 웨이퍼 캐리어 조립체.The method of claim 1, wherein the first chamber is circular and has a radial width of approximately 30 mm, the second chamber is annular and has a radial width of approximately 30 mm, the third chamber is annular and has a radial width of approximately 25 mm, and the The fourth chamber is annular and has a radial width of approximately 15 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 블래더 벨로우즈는 대략 0 내지 40 psia의 범위의 압력으로 가압되는 웨이퍼 캐리어 조립체.The wafer carrier assembly of claim 1, wherein the bladder bellows is pressurized to a pressure in the range of approximately 0-40 psia. 화학적 기계 폴리싱 시스템에 사용하기 위한 웨이퍼 캐리어 조립체로서:As a wafer carrier assembly for use in a chemical mechanical polishing system: 웨이퍼 캐리어 지지 프레임과;A wafer carrier support frame; 상기 웨이퍼 캐리어 지지 프레임 상에 회전가능하게 장착된 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징과;A wafer carrier head housing rotatably mounted on the wafer carrier support frame; 웨이퍼 캐리어 기부와;A wafer carrier base; 유지 링으로서, 상기 유지 링과 상기 웨이퍼 캐리어 하우징 사이의 상대적인 반경방향 운동을 구속하는 한편 상대적인 축방향 운동을 허용하는 유지 링 베어링과 작동가능하게 연결된 유지 링과;A retaining ring, comprising: a retaining ring operatively associated with a retaining ring bearing that constrains relative radial motion between the retaining ring and the wafer carrier housing while permitting relative axial motion; 폴리싱 부재에 대해 상기 유지 링을 압박하도록 상기 유지 링 베어링을 작동가능하게 연결시키는 유지 링 벨로우즈와;A retaining ring bellows for operatively connecting said retaining ring bearing to press said retaining ring against a polishing member; 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징으로부터 상기 웨이퍼 캐리어 기부에 회전 토크가 전달되도록 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 상기 웨이퍼 캐리어 기부를 작동가능하게 연결시키는 블래더 벨로우즈와; 그리고A bladder bellows for operatively connecting said wafer carrier base to said wafer carrier head housing such that rotational torque is transmitted from said wafer carrier head housing to said wafer carrier base; And 상기 웨이퍼 캐리어 기부에 연결되고, 복수의 챔버를 형성하는 구획된 가요성 부재로서, 상기 가요성 부재의 하부면이 각각의 상기 챔버 내부의 압력이 독립적으로 제어가능하도록, 상기 복수의 챔버와 개별적으로 각각 연관된 복수의 내부 부분들을 웨이퍼 수용면에 제공하는 가요성 부재를 포함하며,A partitioned flexible member connected to the wafer carrier base and forming a plurality of chambers, the lower surface of the flexible member being individually controllable from the plurality of chambers such that the pressure within each chamber is independently controllable. A flexible member each providing a plurality of associated internal portions to the wafer receiving surface, 상기 블래더 벨로우즈, 상기 웨이퍼 캐리어 기부 및 상기 웨이퍼 캐리어 헤드 하우징에 의해 형성되는 챔버는 상기 유지 링 상의 어떠한 마찰 부하에 상관없이, 상기 폴리싱 부재에 대해 상기 웨이퍼 캐리어 기부를 로딩하도록 가압될 수 있는 웨이퍼 캐리어 조립체.The chamber formed by the bladder bellows, the wafer carrier base and the wafer carrier head housing may be pressurized to load the wafer carrier base against the polishing member, regardless of any frictional load on the retaining ring. Assembly. 제 10 항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어 지지 프레임에 연결되며, 거의 수직 관통 보어를 구비하는 장착 플랜지와;12. The apparatus of claim 10, further comprising: a mounting flange connected to the wafer carrier support frame and having a substantially vertical through bore; 상기 장착 플랜지에 회전가능하게 연결되며, 상기 관통 보어 내에 동심으로 배치되는 원통형 헤드 샤프트와; 그리고A cylindrical head shaft rotatably connected to said mounting flange and disposed concentrically in said through bore; And 상기 장착 플랜지 상에 장착된 고정자 및 상기 원통형 헤드 샤프트 상에 장착된 회전자를 구비하는 전기 모터를 더 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.And an electric motor having a stator mounted on the mounting flange and a rotor mounted on the cylindrical head shaft. 제 11 항에 있어서, 상기 헤드 샤프트 내부에서 동심으로 연장되는 관형 도관을 더 포함하며,12. The method of claim 11, further comprising a tubular conduit extending concentrically within the head shaft, 상기 관형 도관은 상기 벨로우즈 및 상기 복수의 챔버를 독립적으로 가압하도록 유체 라인을 연결시키기 위한 복수의 통로를 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.The tubular conduit includes a plurality of passages for connecting fluid lines to independently pressurize the bellows and the plurality of chambers. 제 10 항에 있어서, 상기 유지 링 베어링이 휨 부재인 웨이퍼 캐리어 조립체.The wafer carrier assembly of claim 10, wherein the retaining ring bearing is a flexure member. 제 10 항에 있어서, 상기 유지 링 베어링이 수압 베어링인 웨이퍼 캐리어 조립체.The wafer carrier assembly of claim 10, wherein the retaining ring bearing is a hydraulic bearing. 제 10 항에 있어서, 상기 유지 링 벨로우즈 및 상기 블래더 벨로우즈가 대략 0 내지 40 psia의 범위의 압력으로 각각 독립적으로 가압되는 웨이퍼 캐리어 조립체.11. The wafer carrier assembly of claim 10, wherein the retaining ring bellows and the bladder bellows are each independently pressurized to a pressure in the range of approximately 0-40 psia.
KR10-2003-7001400A 2000-07-31 2001-07-31 Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates KR20030029119A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/628,563 US6984168B1 (en) 1999-07-28 2000-07-31 Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates
US09/628,563 2000-07-31
US25901600P 2000-12-29 2000-12-29
US60/259,016 2000-12-29
PCT/US2001/041513 WO2002009906A1 (en) 2000-07-31 2001-07-31 Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030029119A true KR20030029119A (en) 2003-04-11

Family

ID=49356551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7001400A KR20030029119A (en) 2000-07-31 2001-07-31 Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP1307320B1 (en)
JP (1) JP2004505456A (en)
KR (1) KR20030029119A (en)
CN (1) CN1460042A (en)
AU (1) AU2001283529A1 (en)
DE (1) DE60127269D1 (en)
TW (1) TW577785B (en)
WO (1) WO2002009906A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007001100A1 (en) * 2005-06-28 2007-01-04 Doosan Mecatec Co., Ltd. Multiple fluid supplying apparatus for carrier of semiconductor wafer polishing system
KR20150013483A (en) * 2012-04-02 2015-02-05 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Particulate contamination measurement method and apparatus

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6758726B2 (en) * 2002-06-28 2004-07-06 Lam Research Corporation Partial-membrane carrier head
JP6938262B2 (en) * 2017-07-24 2021-09-22 株式会社ディスコ Wafer processing method
CN107703881B (en) * 2017-09-11 2023-08-04 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 Device for automatically calibrating thickness of magnetorheological polishing ribbon
TWI840511B (en) * 2019-02-28 2024-05-01 美商應用材料股份有限公司 Retainer for chemical mechanical polishing carrier head
KR102339948B1 (en) * 2019-07-02 2021-12-17 (주)미래컴퍼니 Polishing system and polishing method
CN115816298A (en) * 2022-12-29 2023-03-21 西安奕斯伟材料科技有限公司 Fixed disc, polishing equipment and polishing method

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5908530A (en) * 1995-05-18 1999-06-01 Obsidian, Inc. Apparatus for chemical mechanical polishing
US6024630A (en) * 1995-06-09 2000-02-15 Applied Materials, Inc. Fluid-pressure regulated wafer polishing head
US5716258A (en) * 1996-11-26 1998-02-10 Metcalf; Robert L. Semiconductor wafer polishing machine and method
DE19651761A1 (en) * 1996-12-12 1998-06-18 Wacker Siltronic Halbleitermat Method and device for polishing semiconductor wafers
US5851140A (en) * 1997-02-13 1998-12-22 Integrated Process Equipment Corp. Semiconductor wafer polishing apparatus with a flexible carrier plate
US5916015A (en) * 1997-07-25 1999-06-29 Speedfam Corporation Wafer carrier for semiconductor wafer polishing machine
US5993302A (en) * 1997-12-31 1999-11-30 Applied Materials, Inc. Carrier head with a removable retaining ring for a chemical mechanical polishing apparatus
US6068549A (en) * 1999-06-28 2000-05-30 Mitsubishi Materials Corporation Structure and method for three chamber CMP polishing head
US6206768B1 (en) * 1999-07-29 2001-03-27 Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. Adjustable and extended guide rings

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007001100A1 (en) * 2005-06-28 2007-01-04 Doosan Mecatec Co., Ltd. Multiple fluid supplying apparatus for carrier of semiconductor wafer polishing system
KR20150013483A (en) * 2012-04-02 2015-02-05 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Particulate contamination measurement method and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004505456A (en) 2004-02-19
WO2002009906A1 (en) 2002-02-07
DE60127269D1 (en) 2007-04-26
EP1307320B1 (en) 2007-03-14
EP1307320A4 (en) 2004-12-01
AU2001283529A1 (en) 2002-02-13
TW577785B (en) 2004-03-01
CN1460042A (en) 2003-12-03
EP1307320A1 (en) 2003-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3595266B2 (en) Chemical mechanical polishing (CMP) apparatus and method using a head having a direct pressure type wafer polishing pressure system
EP1412130B1 (en) Polishing apparatus and polishing method
US6984168B1 (en) Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates
US7052375B2 (en) Method of making carrier head backing plate having low-friction coating
JP5185958B2 (en) Polishing head
US6110025A (en) Containment ring for substrate carrier apparatus
US6290584B1 (en) Workpiece carrier with segmented and floating retaining elements
US7029381B2 (en) Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates
US6872130B1 (en) Carrier head with non-contact retainer
JP2003224095A (en) Chemical mechanical polishing equipment
KR20030029119A (en) Apparatus and method for chemical mechanical polishing of substrates
US6203408B1 (en) Variable pressure plate CMP carrier
EP1075896A2 (en) Apparatus and method of grinding a semiconductor wafer surface
JP2004518270A (en) Chemical mechanical polishing (CMP) head, apparatus and method, and planarized semiconductor wafer produced thereby
JP2022545263A (en) Chemical mechanical polishing correction tool
KR100419135B1 (en) Apparatus and method for chemical-mechanical polishing (cmp) using a head having direct pneumatic wafer polishing pressure system
TWI856390B (en) Carrier head with local inner ring downforce control and method of polishing substrate using such carrier head
TW202344345A (en) Polishing head with local inner ring downforce control

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application