KR100387385B1 - Chemical mechanical polishing head having floating wafer retaining ring and wafer carrier with multi-zone polishing pressure control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼의 중심과 웨이퍼의 모서리 사이에 실질적으로 균일한 연마를 달성하는 것을 포함하여 반도체 웨이퍼와 같은 균일하게 연마되거나 평탄화된 기판을 달성하기 위한 구조 및 방법을 제시한다. 일태양에서, 본 발명은 하우징과, 연마되는 기판을 장착하는 캐리어와, 기판을 유지하기 위한 캐리어를 둘러싸는 유지 링과, 유지 링이 캐리어에 대해 가동되도록 유지 링을 캐리어에 부착시키는 제1 커플링과, 캐리어가 하우징에 대해 가동되도록 캐리어를 하우징에 부착시키는 제2 커플링을 포함하는 연마 장치를 제공하며, 하우징 및 제1 커플링은 유지 링에 대해 압축력을 가하도록 제1 압력 챔버를 형성하고, 하우징 및 제2 커플링은 서브캐리어에 대해 압축력을 가하도록 제2 압력 챔버를 형성한다. 일실시예에서, 커플링은 격판이다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 웨이퍼 또는 다른 기판의 표면을 가로 질러 상이한 연마 압력을 수정할 수 있는 단일 또는 다중 챔버식 웨이퍼 캐리어 또는 서브캐리어를 포함한다. 챔버식 서브캐리어는 더 큰 재료의 제거 균일성을 달성하기 위해 웨이퍼 표면 간의 연마 압력의 선택을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 연마 균일성을 증가시키기 위해 연마 패드의 매끄러움 및 예비 압축을 지원하는 특별한 모서리 형태를 갖는 유지링을 제공한다. 연마 방법 및 반도체 제조는 또한 본 발명의 실시예에 의해 제공된다.The present invention provides a structure and method for achieving a uniformly polished or planarized substrate, such as a semiconductor wafer, including achieving substantially uniform polishing between the center of the semiconductor wafer and the edge of the wafer. In one aspect, the invention provides a housing, a carrier for mounting a substrate to be polished, a retaining ring surrounding the carrier for holding the substrate, and a first couple for attaching the retaining ring to the carrier such that the retaining ring is movable relative to the carrier. And a second coupling for attaching the carrier to the housing such that the carrier is movable relative to the housing, the housing and the first coupling forming a first pressure chamber to exert a compressive force against the retaining ring. The housing and the second coupling form a second pressure chamber to apply a compressive force against the subcarrier. In one embodiment, the coupling is diaphragm. In yet another embodiment, the present invention includes a single or multi-chambered wafer carrier or subcarrier capable of modifying different polishing pressures across the surface of a wafer or other substrate. Chambered subcarriers allow the selection of polishing pressure between wafer surfaces to achieve greater removal uniformity of material. The present invention also provides a retaining ring having a special edge shape that supports smoothing and pre-compression of the polishing pad to increase polishing uniformity. Polishing methods and semiconductor fabrication are also provided by embodiments of the present invention.
Description
초미세 집적 회로(ICs)는 그 금속간 연결 단계에서 장치 표면들이 평탄화할 것을 필요로 한다. 화학적 기계적 연마법(CMP)은 반도체 웨이퍼 표면의 평탄화를 위해 채택된 기술이다. 집적회로(IC) 트랜지스터 패킹 밀도는 수년간 18개월마다 두배가 되어왔으며, 이러한 추세를 유지하기 위하여 지속적인 노력이 있어왔다.Ultrafine integrated circuits (ICs) require device surfaces to be planarized in the intermetallic connection step. Chemical mechanical polishing (CMP) is a technique adopted for planarization of semiconductor wafer surfaces. Integrated circuit (IC) transistor packing densities have doubled every 18 months for many years, and ongoing efforts have been made to maintain this trend.
적어도 칩상에서 트랜지스터의 패킹 밀도를 증가시키는 방법은 두가지가 있다. 첫 번째 방법은 장치나 다이 크기를 증가시키는 것이다. 그러나, 이 방법은다이 크기가 증가함에 따라, 웨이퍼당 다이 수율이 대개 감소하기 때문에 항상 최선의 방법은 아니다. 유니트 면적당 결함 밀도는 구속인자이기 때문에, 면적당 결함이 없는 다이의 양은 다이 크기가 증가함에 따라 감소한다. 수율이 낮아질 뿐만 아니라, 웨이퍼상에 스테핑될 수 있는 다이의 수도 또한 감소한다. 두 번째 방법은 트랜지스터 형상부의 크기를 줄이는 것이다. 트랜지스터가 작을수록 전환속도는 더 빨라지며, 이는 부가되는 이익이다. 트랜지스터 크기를 감소시킴으로써, 다이크기의 증가 없이 더 많은 트랜지스터와 더 많은 논리 기능 또는 메모리 비트가 동일한 장치 면적내에 패킹될 수 있다.There are at least two ways to increase the packing density of transistors on a chip. The first is to increase the device or die size. However, this method is not always the best method as die size increases, die yield per wafer typically decreases. Since the defect density per unit area is a constraining factor, the amount of die without defects per area decreases as the die size increases. Not only is the yield lower, the number of dies that can be stepped on the wafer is also reduced. The second method is to reduce the size of the transistor features. The smaller the transistor, the faster the conversion speed, which is an added benefit. By reducing the transistor size, more transistors and more logic functions or memory bits can be packed in the same device area without increasing the die size.
지난 몇 년 동안에 초미세 기술은 급속도로 극초미세기술로 발전하였다. 각각의 칩상에 제조되는 트랜지스터의 수는 삼년전 칩당 수십만의 트랜지스터에서 오늘날 칩당 수백만으로 엄청나게 증가하여 왔다. 이러한 밀도는 가까운 장래에 더욱 더 증가할 것으로 기대된다. 이러한 도전에 대한 현재의 해결책은 사이에 절연 (유전체의) 박막을 가진 내부 접속 배선 층들 상에 층들을 형성하는 것이다. 그 배선은 집적 회로 기능에 의해서 요구되어 지는 모든 전기적 통로를 얻기 위하여 또한 바이어스를 통해 수직으로 접속 가능하다.In the last few years, ultrafine technology has rapidly developed into ultrafine technology. The number of transistors manufactured on each chip has grown tremendously from millions of transistors per chip three years ago to millions of chips per chip today. This density is expected to increase even further in the near future. The current solution to this challenge is to form layers on internal interconnection wiring layers with an insulating (dielectric) thin film in between. The wiring can also be connected vertically via bias to obtain all the electrical paths required by the integrated circuit function.
절연 유전체 층 내에 매설된 인레이드(inlaid) 금속 라인을 이용한 인레이드 금속라인 구조는 금속 배선 접속이 플라즈마 에칭 트렌치를 통해 상하 방향에서 뿐만 아니라 동일 평면상에서 이루어 지도록 하고 유전체층내에서 경쟁하게 된다. 이론적으로, 이러한 접속 평면은 각각의 층이 CMP 프로세스로 양호하게 평탄화되는 한 원하는 만큼 서로의 상부 상에 많은 층들이 형성될 수 있다. 상호 접속의 궁극적인 한계는 접속 저항(R) 및 근접 정전용량(C)에 의해서 형성된다. 소위 RC 상수는 신호 대 잡음비를 제한하고 동력소모를 증가시켜 칩을 비기능적이 되게 한다. 산업 예측에 의하면, 칩상에 접적되는 트랜지스터의 수는 10억까지 많아질 것이고 상호 접속 층들의 수는 아홉 개의 층들 이상으로 증가할 것이다.An inlaid metal line structure using inlaid metal lines embedded in an insulating dielectric layer allows metal interconnect connections to be made on the same plane as well as in the up and down directions through a plasma etch trench and compete in the dielectric layer. In theory, this connection plane can be formed with as many layers on top of each other as desired, as long as each layer is well planarized with a CMP process. The ultimate limit of the interconnection is formed by the connection resistance (R) and the near capacitance (C). The so-called RC constants limit the signal-to-noise ratio and increase power consumption, making the chip nonfunctional. According to industry forecasts, the number of transistors deposited on a chip will be as high as 1 billion and the number of interconnect layers will increase to more than nine layers.
예견된 상호 접속 요구사항을 만족시키기 위해서는 CMP 프로세스 및 CMP 도구 성능이 유익하게 연마중에 웨이퍼의 전체면 간에 균일하고 적절한 힘을 인가할 수 있는 연마 헤드를 제공함으로써, 큰 다이 면적이 그로부터 형성될 수 있도록 6mm로 부터 3mm이하의 과도 및 불충분한 연마로 인해 웨이퍼 모서리 배제 구역을 줄이고 연마 비균일성을 줄이도록 개선된다. 웨이퍼 모서리 (모서리로 부터 2내지 15mm)에서 CMP후 막 균일성에 있어서의 현재의 변동으로 인하여 웨이퍼 외부 모서리의 다이 수율이 낮아지게 된다. 이러한 모서리의 비균일성은 웨이퍼 모서리 근방의 과도한 연마나 불충분한 연마에 기인한 것이다. 과도한 연마나 불충분한 연마를 보정하기 위하여 모서리 연마의 양을 조정하는 기능을 가진 CMP 연마 헤드를 제공함으로써, 상당한 수율 향상을 달성할 수 있다.In order to meet the anticipated interconnection requirements, the CMP process and CMP tool performance are advantageously 6 mm so that a large die area can be formed therefrom by providing a polishing head capable of applying a uniform and appropriate force across the entire surface of the wafer during polishing. Excessive and inadequate polishing of less than 3 mm from V is improved to reduce wafer edge exclusion zones and reduce polishing non-uniformity. Current variations in film uniformity after CMP at the wafer edges (2 to 15 mm from the edges) result in lower die yields at the wafer outer edges. The nonuniformity of these edges is due to excessive or insufficient polishing near the wafer edge. By providing a CMP polishing head with the function of adjusting the amount of edge polishing to compensate for excessive polishing or insufficient polishing, a significant yield improvement can be achieved.
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.An integrated circuit is typically formed on a substrate, especially on a silicon wafer, by successive electrodeposition of one or more layers, the layers of which may be conductive or insulating or semiconducting. Such structures are often referred to as multi-layer metal structures (MIM's) and are important in achieving dense packing of circuit elements on a chip with ever-decreasing design rules.
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.Flat panel displays, such as those used in notebook computers, personal data assistants (PDAs), mobile phones, and other electronic devices, typically have one or more layers on glass or other transparent substrates to form display elements, such as active or passive LCD circuits. Can be electrodeposited. After each layer is electrodeposited, the layer is etched to remove material from the selected range to create the shape of the circuit. As a series of layers are electrodeposited and etched, the distance between the outer surface and the lower substrate is greatest in the region of the substrate where the least etching occurs and the distance between the outer surface and the lower substrate is smallest in the region where the largest etching occurred. The outer or top surface of the substrate is subsequently less planarized. Even in a single layer, the unplanarized surface will have a uniform profile of vertices and bottoms. Due to the many pattern layers, the difference in height between the vertex and the floor becomes more and more varied, typically up to several microns.
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.The unplanarized top surface is a problem of the surface photolithography used to make the surface, and each layer may break when electrodeposited onto a surface with excessive height changes. Therefore, it is necessary to periodically planarize the substrate surface to provide a flat layer surface. Planarization involves the removal of uneven outer surfaces and polishing of conductive, semiconductive or insulating materials to form a relatively flat and smooth surface. Following planarization, additional layers can be electrodeposited on the exposed outer surface or etched to form a bias against the exposed subsurface structure to form additional structures including internal connection lines between the structures. have. Generally polishing, more specifically chemical mechanical polishing (CMP) is a known method for surface planarization.
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.The polishing process is especially designed to achieve surface finish (roughness or smoothness) and flatness (free from large geomorphic forms). Failure to provide minimal finishing and planarization can result in defective substrates, which in turn can lead to defective integrated circuits.
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 표면의평탄화 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.During CMP, a substrate, such as a semiconductor wafer, is typically mounted on a wafer carrier that is part of or attached to a polishing head with a polished exposed surface. The mounted substrate is then positioned relative to a rotating polishing pad disposed on the base of the polishing machine. The polishing pad is directed so that the flat polishing surface of the polishing pad is horizontal to provide a uniform distribution of the polishing slurry and the interaction of the substrate surface at a position facing parallel to the pad. The horizontal orientation of the pad surface (the normal pad surface is perpendicular) allows the wafer to be at least partially in contact with the pad under the influence of gravity and the least amount of mutual interaction in such a way that gravity does not apply non-uniformly between the wafer and the polishing pad. It is also preferred as it allows for action. In addition to the rotation of the pad, the carrier head may rotate to provide additional movement between the substrate and the polishing pad surface. In general, an abrasive slurry comprising abrasive suspended in a liquid and at least one chemical reagent during CMP may be applied to the polishing pad to provide the abrasive mixture and the chemical reaction mixture at the pad substrate interface during CMP. Various polishing pads, polishing slurries and reaction mixtures are known in the art, and combinations thereof can achieve particular finishing and flattening properties. In addition to other factors, the relative speed between the polishing pad and the substrate, the total polishing time, and the pressure applied during polishing affect the flatness and finish of the surface along with the uniformity. In addition, where continuous substrate polishing, or multiple head polishers, is used, all substrates polished during any particular polishing operation are of the same extent to include removal of the same amount of material and provide the same planarization and finish. It is desirable to be polished. CMP and wafer polishing are generally well known in the art and will not be described in further detail here.
미국 특허 제5,205,082호에서는 이전의 구조 및 방법을 통하여 수많은 이점을 가지는 서브캐리어(sub-carrier)의 가용성 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.U. S. Patent No. 5,205, 082 discloses soluble diaphragm mounting of sub-carriers having numerous advantages over the previous structure and method, and U. S. Patent No. 5,584, 751 describes the use of flexible bladders on retaining rings. Provides control of the downward force, but these patents do not describe any kind of different pressure that modifies the effect of the pressure applied at the interface of the wafer and retaining ring or the edge polishing or planarization effect.
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.In view of the prior description, there is a need for a chemical mechanical polishing apparatus that optimizes polishing throughput, flatness uniformity and finish while minimizing the risk of contamination or destruction of any substrate.
선행 설명에 비추어 보아, 연마되는 기판 표면간에 실질적으로 균일한 압력을 제공하고, 연마 작동중에 기판이 연마 패드에 실질적으로 평행을 이루도록 유지하게 하며 기판의 주연에서 바람직하지 못한 연마 이상을 야기함이 없이 연마 헤드의 캐리어 부분 내에 기판을 유지시키는 연마 헤드의 필요성이 있게 된다.In view of the preceding description, it provides a substantially uniform pressure between the substrate surfaces being polished, keeps the substrate substantially parallel to the polishing pad during the polishing operation and without causing undesirable polishing abnormalities at the periphery of the substrate. There is a need for a polishing head that holds a substrate in a carrier portion of the polishing head.
본 발명은 실리콘 표면, 금속막, 산화물막, 표면 상의 다른 형태의 막을 포함하는 기판의 화학적 기계적 평탄화 및 연마에 관한 것이고, 구체적으로 기판 유지 링을 갖춘 기판 캐리어 조립체를 포함하는 연마 헤드 및, 더 구체적으로는 다중압 챔버 연마 헤드와 실리콘 또는 유리 기판 연마 방법 및 기판 캐리어와 기판 유지 링이 별개로 제어 가능한 기판의 표면 상에 다양한 산화물, 금속 또는 다른 전착 재료의 화학적 기계적 평탄화에 관한 것이다.The present invention relates to chemical mechanical planarization and polishing of a substrate comprising a silicon surface, a metal film, an oxide film, another type of film on the surface, specifically a polishing head comprising a substrate carrier assembly with a substrate retaining ring, and more specifically The invention relates to a multi-pressure chamber polishing head and a method for polishing a silicon or glass substrate and to chemical mechanical planarization of various oxides, metals or other electrodeposited materials on the surface of the substrate where the substrate carrier and substrate retaining ring are individually controllable.
도1은 다중 헤드 연마/평탄화 장치의 일 실시예를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a multiple head polishing / flattening apparatus.
도2는 본 발명의 2 개의 챔버를 갖는 연마 헤드의 간단한 실시예를 도시한 개략도.Figure 2 is a schematic diagram illustrating a simple embodiment of a polishing head having two chambers of the present invention.
도3은 연결 요소(격판)이 웨이퍼 서브캐리어 및 웨이퍼 유지 링의 운동을 가능하게 하는 방식을 확대 도시한 본 발명의 2 개의 챔버를 갖는 연마 헤드의 간단한 실시예를 도시한 개략도.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a simple embodiment of a polishing head having two chambers of the present invention showing an enlarged manner in which the connecting element (plate) enables movement of the wafer subcarrier and wafer holding ring. FIG.
도4는 캐러셀, 헤드 장착 조립체, 회전 결합체 및 웨이퍼 캐리어 조립체 부분의 실시예의 단면 조립체 도면을 도시한 개략도.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional assembly view of an embodiment of a portion of a carousel, a head mounting assembly, a rotating assembly, and a wafer carrier assembly. FIG.
도5는 본 발명의 웨이퍼 캐리어 조립체의 일실시예의 더 상세한 단면도를 도시한 개략도.Figure 5 is a schematic diagram showing a more detailed cross-sectional view of one embodiment of the wafer carrier assembly of the present invention.
도6은 도5에 도시된 웨이퍼 캐리어 조립체의 실시예의 요소들을 도시한 분해 조립체 도면을 도시한 개략도.FIG. 6 is a schematic view showing an exploded assembly view showing elements of the embodiment of the wafer carrier assembly shown in FIG. 5;
도7은 도5의 웨이퍼 캐리어 조립체의 실시예 일부의 상세 단면도를 도시한 개략도.FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a portion of an embodiment of the wafer carrier assembly of FIG. 5; FIG.
도8은 도5의 웨이퍼 캐리어 조립체의 실시예의 다른 부분의 상세 단면도를 도시한 개략도.FIG. 8 is a schematic diagram showing a detailed cross sectional view of another portion of the embodiment of the wafer carrier assembly of FIG. 5; FIG.
도9는 본 발명의 유지 링의 일실시예의 평면도를 도시한 개략도.Figure 9 is a schematic diagram showing a plan view of one embodiment of a retaining ring of the present invention.
도10은 도9의 본 발명의 유지 링의 일실시예의 단면도를 도시한 개략도.Figure 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of one embodiment of the retaining ring of the present invention of Figure 9;
도11은 도9의 본 발명의 유지 링의 실시예의 세부를 도시한 개략도.Figure 11 is a schematic diagram showing details of an embodiment of the retaining ring of the present invention of Figure 9;
도12는 도9의 본 발명의 유지 링의 실시예의 사시도를 도시한 개략도.Figure 12 is a schematic diagram showing a perspective view of an embodiment of the retaining ring of the present invention of Figure 9;
도13은 특히 링의 외부 방사 주연에서 모따기 가공된 전이 구역을 도시한 도9의 유지 링 일부의 단면도를 도시한 개략도.FIG. 13 is a schematic representation of a cross-sectional view of a portion of the retaining ring of FIG. 9 showing a transition zone chamfered, especially at the outer radial periphery of the ring; FIG.
도14는 도5의 연마 헤드에 이용되는 유지 링 어댑터의 일실시예를 도시한 개략도.Fig. 14 is a schematic diagram showing one embodiment of a retaining ring adapter used in the polishing head of Fig. 5;
도15는 도14의 유지 링 어댑터의 또 다른 도면을 도시한 개략도.Fig. 15 is a schematic diagram showing another view of the retaining ring adapter of Fig. 14;
도16은 도14의 유지 링 어댑터의 단면도를 도시한 개략도.Fig. 16 is a schematic diagram showing a cross section of the retaining ring adapter of Fig. 14;
도17은 단면도에서 유지 링을 유지 링 어댑터에 부착하는 방식의 세부를 도시한 개략도.Figure 17 is a schematic diagram showing details of how the retaining ring is attached to the retaining ring adapter in cross section.
도18은 링 구역으로부터 연마 슬러리를 세척하기 위한 세척 채널 및 오리피스의 세부를 도시한 개략도.FIG. 18 is a schematic diagram showing details of cleaning channels and orifices for cleaning abrasive slurry from a ring zone. FIG.
도19는 링 패드 경계면에서의 사각 모서리를 구비한 유지 링의 가상 유지 링 연마 패드 상호 작용을 개략 도시한 도면.Figure 19 schematically illustrates the virtual retention ring polishing pad interaction of a retention ring with square edges at the ring pad interface.
도20은 링 패드 경계면에서의 본 발명의 다중 평탄 모따기 가공된 전이 구역을 구비한 유지 링의 가상 유지 링 연마 패드 상호 작용을 개략 도시한 도면.Figure 20 schematically illustrates the virtual retaining ring polishing pad interaction of a retaining ring with multiple flat chamfered transition zones of the present invention at the ring pad interface.
도21은 웨이퍼 로딩 과정의 일실시예의 개략 플로우차트.Figure 21 is a schematic flowchart of one embodiment of a wafer loading process.
도22는 웨이퍼 연마 과정의 일실시예의 개략 플로우차트.Figure 22 is a schematic flowchart of one embodiment of a wafer polishing process.
도23은 웨이퍼 언로딩 과정의 일실시예의 개략 플로우차트.Figure 23 is a schematic flowchart of one embodiment of a wafer unloading procedure.
도24는 본 발명의 웨이퍼 서브캐리어의 홈이 없는 일실시예의 웨이퍼 수용면을 도시한 개략도.Figure 24 is a schematic diagram showing a wafer receiving surface of one embodiment without grooves of the wafer subcarrier of the present invention.
도25는 본 발명의 웨이퍼 서브캐리어의 단일 홈을 갖는 단일 압력의 모따기 가공된 일실시예의 웨이퍼 수용면을 도시한 개략도.Figure 25 is a schematic diagram showing a wafer receiving surface of one embodiment of a single pressure chamfered machine with a single groove of the wafer subcarrier of the present invention.
도26은 도25의 단일 홈을 갖는 단일 압력의 모따기 가공된 웨이퍼 서브캐리어의 부분 단면도를 도시한 개략도.FIG. 26 is a schematic diagram showing a partial cross-sectional view of a single pressure chamfered wafer subcarrier with a single groove in FIG. 25; FIG.
도27은 본 발명의 웨이퍼 서브캐리어의 단일 홈을 갖는 3개의 압력으로 모따기 가공된 일실시예의 웨이퍼 수용면을 도시한 개략도.Figure 27 is a schematic diagram showing a wafer receiving surface of one embodiment chamfered at three pressures with a single groove in the wafer subcarrier of the present invention.
도28은 단일 홈을 갖는 단일 모따기 가공된 웨이퍼 서브캐리어를 포함하는 캐러셀, 헤드 장착 조립체, 회전 결합체 및 웨이퍼 캐리어 조립체 부분의 실시예의 단면 조립체 도면을 도시한 개략도.FIG. 28 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional assembly view of an embodiment of a carousel, head mounted assembly, rotational assembly, and wafer carrier assembly portion including a single chamfered wafer subcarrier with a single groove; FIG.
도29는 도28의 본 발명의 웨이퍼 캐리어 조립체의 일실시예의 더 상세한 단면도를 도시한 개략도.Figure 29 is a schematic diagram showing a more detailed cross-sectional view of one embodiment of the wafer carrier assembly of the present invention of Figure 28;
도30은 도29의 웨이퍼 캐리어 조립체의 실시예의 다른 부분의 상세 단면도를 도시한 개략도.30 is a schematic cross-sectional view of another portion of an embodiment of the wafer carrier assembly of FIG. 29;
도31은 도29의 웨이퍼 캐리어 조립체의 실시예의 다른 부분의 상세 단면도를 도시한 개략도.FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of a detail of another portion of the embodiment of the wafer carrier assembly of FIG. 29; FIG.
도32는 위치 함수로서 제거율 상의 서브캐리어 홈 압력의 효과를 도시한 개략도.32 is a schematic diagram showing the effect of subcarrier groove pressure on removal rate as a function of position.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 중심과 웨이퍼의 모서리사이에 실질적으로 균일한 연마를 달성하는 것을 포함하여 반도체 웨이퍼와 같은 균일하게 연마된 또는 평탄화된 기판을 이루는 구조 및 방법을 제시한다. 본 발명의 화학적 기계적 연마(CMP) 헤드는 다중 구역 연마 압력 제어부를 갖는 부상 웨이퍼 유지 링 및 웨이퍼 캐리어(또한 웨이퍼 서브캐리어라고도 언급됨)를 가진다. 일 태양에서, 본 발명은 하우징, 연마되는 기판을 장착하는 캐리어, 기판을 유지하기 위한 캐리어를 둘러싸는 유지 링, 유지 링이 캐리어에 대해 가동되도록 유지 링을 캐리어에 부착시키는 제1 커플링, 캐리어가 하우징에 대해 가동되도록 캐리어를 하우징에 부착시키는 제1 커플링을 포함하는 연마 장치를 제공하며, 하우징 및 제1 커플링은 유지 링에 대해 압축력을 가하도록 제1 압력 챔버를 형성하고, 하우징 및 제2 커플링은 하부캐리어에 대해 압축력을 가하도록 제1 압력 챔버를 형성한다. 일 실시예에서, 커플링은 격판이다.The present invention provides a structure and method for forming a uniformly polished or planarized substrate, such as a semiconductor wafer, including achieving substantially uniform polishing between the center of the semiconductor wafer and the edge of the wafer. The chemical mechanical polishing (CMP) head of the present invention has a floating wafer retaining ring with a multi-zone polishing pressure control and a wafer carrier (also referred to as a wafer subcarrier). In one aspect, the invention provides a carrier, a carrier for mounting a substrate to be polished, a retaining ring surrounding the carrier for holding the substrate, a first coupling for attaching the retaining ring to the carrier so that the retaining ring is movable relative to the carrier, the carrier And a first coupling attaching the carrier to the housing such that the carrier is movable relative to the housing, wherein the housing and the first coupling form a first pressure chamber to apply a compressive force to the retaining ring, the housing and The second coupling forms a first pressure chamber to apply a compressive force against the lower carrier. In one embodiment, the coupling is diaphragm.
또 다른 태양에서, 본 발명은 연마 또는 평탄화 기계용 기판(반도체 웨이퍼) 유지 링의 구조 및 방법을 제공하며, 유지 링은 연마 중에 외부 연마 패드와 접촉하는 하부면과, 캐리어의 외주연면과 캐리어의 기판 장착면의 주연에 인접 배치된 내부면과, 유지 링이 연마 중에 패드와 접촉하는 유지 링의 하부 외부 방사상 부분에 배치되고 연마 패드의 평면에 평행한 제1 평면과 연마 패드에 직각인 제2 평면 사이에서 변화하는 형태 프로파일을 형성하는 패드 조절 부재를 포함하고, 내부면과 캐리어 장착면 주연은 연마 중에 기판을 유지하기 위한 포켓을 형성한다. 본 발명의 일실시예에서, 기판 유지 링은 연마 패드의 공칭 평면에 대해 평행하지 않은 15°내지 25°사이의 각을 제공하는 것을 특징으로 한다. 상이한 실시예에서,기판 유지 링은 연마 패드의 공칭 평면에 대해 평행하지 않은 20°의 각을 제공하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention provides a structure and method of a substrate (semiconductor wafer) retaining ring for a polishing or planarizing machine, the retaining ring having a lower surface in contact with an external polishing pad during polishing, an outer peripheral surface of the carrier and a carrier An inner surface disposed adjacent the periphery of the substrate mounting surface, and a second plane disposed at the lower outer radial portion of the retaining ring in contact with the pad during polishing and parallel to the plane of the polishing pad and perpendicular to the polishing pad A pad adjusting member defining a shape profile that varies between planes, the inner surface and the carrier mounting surface circumference forming pockets for holding the substrate during polishing. In one embodiment of the invention, the substrate retaining ring is characterized by providing an angle between 15 ° and 25 ° that is not parallel to the nominal plane of the polishing pad. In a different embodiment, the substrate retaining ring is characterized by providing an angle of 20 ° that is not parallel to the nominal plane of the polishing pad.
또 다른 태양에서, 본 발명은 모따기 가공된 웨이퍼 캐리어를 더 제공하며, 하나 이상의 챔버는 웨이퍼의 중앙으로부터 웨이퍼의 모서리로 방사상으로 연마 압력의 수정을 허용하여 웨이퍼로부터 제거되는 재료의 양이 중앙으로부터 모서리로의 거리의 함수로서 조절될 수 있다. 하나 이상의 챔버는 밀봉된 압력 챔버의 형성을 완료하기 위해 홈을 캐리어 표면 내에 형성하고 서브캐리어와 연마될 웨이퍼 사이에서 서브캐리어에 대해 가요성 막을 배치함으로써 웨이퍼 캐리어 내에 형성된다. 압축 유체를 챔버 내에 인가함으로써 막을 팽창시키고 막을 웨이퍼의 후방측에 대해 압축시키고 웨이퍼의 다른 부분 보다 더 큰 힘으로 웨이퍼를 연마 패드에 대해 압축시킨다. 모따기 가공된 웨이퍼 캐리어는 유지 링에 대해 압축력을 가하는 전술된 제1 압력 챔버와 캐리어에 대해 압축력을 가하는 제2 압력 챔버와 결합하여 이용될 수 있다.In another aspect, the present invention further provides a chamfered wafer carrier, wherein the one or more chambers allow modification of the polishing pressure radially from the center of the wafer to the edge of the wafer such that the amount of material removed from the wafer is from the center to the edge. It can be adjusted as a function of the distance to the furnace. One or more chambers are formed in the wafer carrier by forming grooves in the carrier surface to complete the formation of the sealed pressure chamber and placing a flexible film relative to the subcarrier between the subcarrier and the wafer to be polished. Applying a pressurized fluid into the chamber expands the film, compresses the film against the back side of the wafer, and compresses the wafer against the polishing pad with greater force than other portions of the wafer. The chamfered wafer carrier may be used in combination with the aforementioned first pressure chamber that exerts a compressive force on the retaining ring and a second pressure chamber that exerts a compressive force on the carrier.
모따기 가공된 캐리어의 일실시예에서, 캐리어의 외부 모서리 근방에 배치된 단일 홈은 모서리와 웨이퍼의 나머지 부분 간의 비균일성을 조절하도록 웨이퍼 모서리 근방의 연마력을 수정하도록 제공된다. 또 다른 실시예에서, 모따기 가공된 캐리어는 각각의 홈이 각각의 홈의 인접 구역에서 연마력을 수정하는 압력을 제공하는 다중 홈을 갖는 다중 챔버로 된다.In one embodiment of the chamfered carrier, a single groove disposed near the outer edge of the carrier is provided to modify the polishing force near the wafer edge to adjust the nonuniformity between the edge and the rest of the wafer. In yet another embodiment, the chamfered carrier is a multiple chamber with multiple grooves in which each groove provides pressure to modify the polishing force in the adjacent region of each groove.
모따기 가공된 캐리어는 다양한 연마 기계와 함께 이용될 수 있고, 부상 유지링 또는 부상 웨이퍼 캐리어를 구비한 연마 장치 또는 방법에 한정되지 않는다.Chamfered carriers can be used with a variety of polishing machines and are not limited to polishing apparatuses or methods having floating retaining rings or floating wafer carriers.
또 다른 태양에서, 본 발명은 웨이퍼의 후방측면을 웨이퍼 지지 서브캐리어로 지지하는 단계와, 웨이퍼의 전방면을 연마 패드에 대해 압축하도록 지지 서브캐리어에 연마력을 인가하는 단계와, 서브캐리어의 일부와 웨이퍼의 주위에 주연상으로 배치된 유지 링으로 연마 중에 지지 서브캐리어로부터 상기 웨이퍼의 운동을 억제하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 평탄화 방법을 제공한다. 본 발명의 방법의 일실시예에서, 패드 조절력은 연마력과는 관계 없이 인가되고, 상이한 실시예에서, 패드 조절력은 어느 정도 연마력에 결합된다. 또 다른 실시예에서, 패드 조절력은 모따기 가공된 모서리 프로파일을 구비한 유지 링을 이용하여 패드면에 의해 형성된 평면에 직각 방향의 패드의 제1 구역과, 평면에 직각인 제1 요소와 상기 평면에 평행한 제2 요소를 구비한 방향의 패드의 제2 구역에 인가된다. 본 발명의 방법의 일실시예에서, 연마력은 웨이퍼의 상이한 방사 구역에 상이한 연마 압력을 인가함으로써 웨이퍼의 중앙으로부터 웨이퍼의 모서리를 향해 방사상으로 조절된다.In another aspect, the present invention provides a method of supporting a backside of a wafer with a wafer support subcarrier, applying polishing force to the support subcarrier to compress the front face of the wafer against a polishing pad, and a portion of the subcarrier; A method of planarizing a semiconductor wafer, comprising the step of inhibiting movement of the wafer from a supporting subcarrier during polishing with a retaining ring disposed circumferentially around the wafer. In one embodiment of the method of the present invention, the pad adjustment force is applied irrespective of the polishing force, and in different embodiments, the pad adjustment force is coupled to the polishing force to some extent. In yet another embodiment, the pad adjustment force is applied to the first region of the pad orthogonal to the plane defined by the pad surface using a retaining ring having a chamfered edge profile, the first element perpendicular to the plane and the plane. It is applied to the second zone of the pad in the direction with the second element in parallel. In one embodiment of the method of the invention, the polishing force is adjusted radially from the center of the wafer toward the edge of the wafer by applying different polishing pressures to different spinning zones of the wafer.
또 다른 태양에서, 본 발명은 본 발명의 방법에 따라 연마되거나 평탄화된 반도체 웨이퍼를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a semiconductor wafer polished or planarized according to the method of the present invention.
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.Figure 1 shows a chemical mechanical polishing or planarization (CMP) tool 101, which comprises a plurality of polishing head assemblies 103 consisting of a head mounting assembly 104 and a substrate (wafer) carrier assembly 106 (shown in Figure 3). It includes a carousel (102) for carrying a carousel. We use the term " polishing " here generally to mean polishing of a substrate 113, including a semiconductor wafer 113 substrate, or planarization when the substrate is a semiconductor wafer on which electronic circuit elements are electrodeposited. Semiconductor wafers are generally thin and somewhat brittle disks with a slight diameter of between 100 mm and 300 mm. Generally 200mm semiconductor wafers are widely used, but the use of 300mm wafers is under development. The design of the present invention is applicable to semiconductor wafers and other substrates up to at least 300 mm in diameter, limiting any significant wafer surface abrasion non-uniformity to a dedicated area of so-called about 2 mm or less at the radial periphery of the semiconductor disk, often with It is limited to an annular zone of about 2 mm or less from the edge.
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.The base 105 supports the carousel along with the attachment head assembly and supports other components including a bridge 107 that allows the carousel to rise and fall. Each head mounting assembly 104 is installed on the carousel 102, each polishing head assembly 103 is mounted to the head mounting assembly 104 for rotation, and the carousel is mounted on the central carousel shaft 108. The rotational axis 111 of each polishing head assembly 103 is substantially parallel but separate from the carousel rotational axis 108. The CMP tool 101 also includes a motor drive platen 109 that is rotationally mounted about the platen drive shaft 110. The platen 109 holds the polishing pad 135 and is driven to rotate by a platen motor (not shown). A particular embodiment of such a CMP tool is a multiple head design, which means that there are multiple polishing heads for each carousel, but a single head CMP tool is known and the head assembly 103 of the present invention, Retaining ring 166 and polishing method may be used in a multi-head or single head type polishing apparatus.
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)가별도의 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.Also in this particular CMP design, each of the plurality of heads is driven by a single head motor that drives the chain (not shown), which in turn drives each polishing head 103 through the chain and sprocket mechanism, The present invention can be used in embodiments in which each head 103 is rotated by a separate motor. The CMP tool of the present invention also employs a rotary assembly 116 that provides five different gas-liquid channels in communication with pressurized fluids such as air, water, vacuum, etc., between fixed sources outside the head and onto the wafer carrier assembly 106. Located on or in it. In an embodiment of the invention where a chambered subcarrier is employed, an additional rotary union port is included to provide the required pressurized fluid to another chamber.
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.In operation, the polishing platen 109 to which the polishing pad 135 is attached rotates, the carousel 102 rotates and each head 103 rotates around its own axis. In one embodiment of the CMP tool of the present invention, the carousel axis of rotation is biased by about 1 inch from the platen axis of rotation. The speed at which each component rotates is chosen such that each portion on the wafer moves substantially the same distance at the same average speed as all other locations on the wafer to provide uniform polishing or planarization of the substrate. When the polishing pad is usually compressed to some extent, the speed and manner of interaction between the wafer and the pad where the wafer first contacts the pad is an important determinant of the amount of material removed from the edge of the wafer, and the uniformity of the polished wafer surface.
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(polisher) 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.An abrasive tool having a head assembly equipped with a plurality of carousels is disclosed in US Pat. No. 4,918,870, entitled "Floating Subcarrier of a Wafer Polishing Device," and has a polishing tool with a floating head and a floating retaining ring. Is disclosed in U.S. Patent No. 5,205,082, entitled "Wafer Polisher Head with an Injury Retention Ring," and a rotary joint used in the polisher head is called "Wafer Polishing Device." Rotational Conjugates for Binding Fluids, "US Pat. No. 5,443,416, each of which is described herein by reference.
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.In one embodiment, the structure and method of the present invention is arranged coaxially with an upper surface 163 inside a polishing apparatus and a lower surface 164 for mounting a substrate (semiconductor wafer) and directly below the substrate around them. An annular retaining ring 166 fitted to the bottom of the subcarrier 160 around the edge of the wafer substrate 113 to keep in contact with the subcarrier 160 and the polishing pad surface itself attached to the platen 109. A head having two chambers with a disc shaped subcarrier with 135 is provided. Holding the wafer directly below the subcarrier is important for uniformity when the subcarrier applies downward polishing onto the back side of the wafer to urge the front side of the wafer against the pad. One chamber (P2) 132 is in fluid communication with the carrier 160 and indirectly applies a downward polishing pressure (or force) on the subcarrier 160 and against the substrate 113 with respect to the polishing pad 135 during polishing. (Called "subcarrier force" or "wafer force"). The second chamber (P1) 131 is in fluid communication with the retaining ring 166 via a retaining ring adapter 168 and applies downward pressure to the substrate 113 against the polishing pad 135 during polishing of the retaining ring 166. (Called "ring force"). The two chambers 131, 132 and their associated pressure / vacuum sources 114, 115 are exerted by the wafer 113 and separately by the retaining ring 166 against the polishing pad surface 135. ) Control is possible.
본 발명의 일실시예에서 서브캐리어 힘과 링 힘이 별개로 선택되었지만, 그 구조는 링 힘과 서브캐리어 힘 간의 더 크거나 더 적은 결합을 제공하도록 될 수있다. 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.Although in one embodiment of the present invention the subcarrier force and the ring force are selected separately, the structure may be adapted to provide greater or less coupling between the ring force and the subcarrier force. Strong coupling between the subcarrier and the ring from the independent movement of the subcarrier and the ring by making appropriate selections between the head housing support structure 120 and the subcarrier 160 and between the subcarrier 160 and the ring 166. Independence in the range can be achieved. In one embodiment of the invention, the material and geometrical properties of the connecting elements formed in the manner of the diaphragms 145 and 62 are optimally coupled to achieve uniform polishing (or planarization) across the surface of the semiconductor wafer even at the edges of the substrate. To provide.
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.Another embodiment of the present invention having a chambered subcarrier will also be described. This chambered subcarrier adds additional pressure that allows for more control of the polishing force as a function of position.
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.In yet another embodiment, the size and shape of the retaining ring 166 is nonlinear on the polished substrate surface that is associated with the adverse effects associated with the movement of the substrate 113 across the pad 135 from one zone of the pad to another. It is modified compared to conventional retaining ring structures to precompress and adjust the polishing pad 135 in the region near the outer peripheral edge of the substrate 113 so that it does not appear as. The retaining ring 166 of the present invention acts to level the pad 135 at the leading and distal edges of the motion so that the pad is inherently flat and at the same height as the substrate surface before the advancing substrate contacts the new area of the pad. When the contact between the substrate and the pad reaches the end, the pad remains flat and at the same height as the polishing surface of the substrate. In this way, the substrate will always have a flat, precompressed and practically uniform polishing pad surface.
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.The retaining ring precompresses the polishing pad before moving across the wafer surface. This pre-compresses the entire wafer surface facing the polishing pad by the same amount to evenly remove material across the wafer surface. It is possible to adjust the amount of polishing pad precompression as an independent control of the retaining ring pressure, affecting the amount of material removed from the wafer edges. Computer control with or without feedback, such as the use of the last point of detection means, can assist in achieving some uniformity.
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.It is first noted that a first simple embodiment of a polishing pad 100 having two chambers of the present invention, shown in FIG. 2, showing how selected aspects of the present invention operate. In particular, the manner in which pressurization to the retaining ring assembly and carrier 160 (including retaining ring adapter 168 and retaining ring 166) is made and controlled is shown and described. Other aspects of the invention will now be described for another slightly more complicated embodiment, including additional choices but with beneficial features.
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 분리시키기위해 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.)The turret mounting adapter 121 and the pins 122, 123 or other attachment means may be mounted on a spindle 119 that is rotationally mounted relative to the carousel 102, or the surface of the pad during head and pad rotation in a single head embodiment. It facilitates alignment and attachment or mounting of the housing 120 to other support structures, such as arms that move the head across. Housing 120 provides a support structure for other head components. The second diaphragm 145 provides a second diaphragm from the housing 120 to allow vertical and angular movement of the diaphragm and structure attached thereto (including the carrier 160) with respect to the nominal second diaphragm plane 125. It is mounted to the housing 120 by a spacer ring 131 for separation. (The first and second diaphragms also allow some less horizontal movement with each inclination or each inclination in combination with the vertical translational movement provided to accommodate each variation at the interface between the carrier-pad and the retaining ring-pad interface, This horizontal movement is usually small compared to the vertical movement.)
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.Spacer ring 131 may be integrally formed in housing 120 in this embodiment and provide the same functionality, but as described in another embodiment (shown in FIG. 5 for example), spacer ring 131 The concentric O-ring gasket, which is advantageously formed from separate pieces and is attached to the housing as a fastener (such as a screw) and ensures its attachment, is air and pressure tight.
(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.The carrier 160 (including retaining ring adapter 168 and retaining ring 166) and retaining ring assembly 165 likewise attach to the first diaphragm 162, which itself attaches to the bottom of the housing 120. do. The carrier 160 and retaining ring 166 can thus be translated vertically and inclined to accommodate non-uniformity at the pad surface and can support planarization of the polishing pad and the pad first retains the ring near the edge of the wafer 113. (166). In general, this type of diaphragm that facilitates movement is called "floating", the carrier and retaining ring are called "injured carrier" and "injured retaining ring", and the head employing these elements is called "injured head". Called. The head of the present invention utilizes "injury" elements, but the structure and method of operation are different from what is known in the art to date.
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.The flange ring 146 connects the second diaphragm 145 to the top surface 163 of the subcarrier 160, which is itself attached to the first diaphragm 162. The flange ring 146 and the subcarrier 160 are effectively clamped to each other and moved as a unit, but the retaining ring assembly 167 is only mounted on the first diaphragm and freely moved to restrain the movement exerted by the first and second diaphragms. Easy to be The flange ring 146 connects the first diaphragm 162 and the second diaphragm 145. The friction force between the diaphragm and the flange ring and the subcarrier helps to maintain the diaphragm in place and to maintain the tension between the diaphragms. The manner in which the first and second diaphragms allow translational and angular movement of the carrier and retaining ring is also in a state in which the nominal planar shape of each diaphragm 145, 162 is changed to allow for translational and angular degrees of freedom. It is shown by the schematic diagram of FIG. In particular in this direction of movement such enlarged diaphragm bending, shown in the figures, does not occur during polishing, and vertical translational movements usually occur only during wafer loading and unloading operations. In particular, the second diaphragm 145 is to be slightly bent or deformed in the first and second bend zones 172, 173 in the length between the seal ring 131 and the attachment of the flange ring 146, and the first The diaphragm is to be bent or deformed differently in the third, fourth, fifth and sixth bend zones 174, 175, 178, 179 which connect its attachment to the housing 120 and the carrier 160.
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 방향을고정시키는 수평 연마 패드면에 제공될 때의 연마 기계에 적절하다.In this description, the terms " top " and " bottom " refer to the relative orientation of the structure when the described structure is usually used in its normal operating state as shown in the figures. In the same way, the terms "vertical" and "horizontal" also refer to a direction or motion when the present invention or an embodiment or an element of an embodiment is used in its intended direction. This is suitable for a polishing machine when a wafer polishing machine of the type known by the inventor is provided on a horizontal polishing pad surface for fixing the orientation of other polisher elements.
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.Next, another slightly more complicated embodiment of the polishing head assembly 103 of the present invention shown in FIG. 4 will be noted. Although the wafer carrier assembly 106 is particularly emphasized, the elements of the head mount assembly 104 of the rotating assembly 116 and the polishing head assembly 103 are also described. Although some structures in the first embodiment of the present invention (shown in FIG. 2) have slightly different structures than those shown in another embodiment (shown in FIG. 4), the elements in some embodiments It can be seen that like reference numerals are attached to clarify the similar functions provided by.
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.The polishing head assembly 103 usually comprises a spindle 119 forming a spindle axis of rotation 111 and a spindle 119 into a spindle support attached to the bridge 107 in such a way as to allow rotation of the rotary assembly 116 and the spindle. Spindle support means 209 comprising a bearing providing a means for attaching the < RTI ID = 0.0 > These spindle support structures are known in the machine art and are not described in detail herein. The structure within the spindle is shown and described as being attached to the structure and operation of the rotating assembly 116.
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 한정하고지속적으로 결합시키기 위한 수단을 제공한다. 회전 결합체는 도4의 실시예에 구체적으로 도시되어 있지만, 회전 결합체는 본 발명의 다른 실시예에 적용될 수 있음을 알 수 있다.Rotational combination 116 provides a means for coupling compressible and incompressible fluids (gas, liquid, vacuum, etc.) between fluid sources, such as vacuum sources, which are stationary and non-rotating and rotatable polishing head wafer carrier assemblies 106. do. The rotary joint is mounted to the non-rotating portion of the polishing head and provides a means for confining and continuously engaging the compressible or incompressible fluid between the non-rotating fluid source and the spatial zone adjacent the outer surface of the rotary spindle axis 119. Although the rotary joint is shown in detail in the embodiment of FIG. 4, it can be seen that the rotary joint can be applied to other embodiments of the present invention.
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.One or more fluid sources are coupled to the rotating assembly 116 via piping and control valves (not shown). Rotating assembly 116 is formed on an inner surface portion that typically forms a cylindrical reservoir 212, 213, 214 between the inner surface 216 of the rotating assembly 116 and the outer surface 217 of the spindle axis 119. It has a set up area. The seal 218 is provided between the rotary shaft 119 and the non-rotating portion of the rotary joint to prevent leakage between the reservoir and the outer region of the reservoir. Conventional seals known in the mechanical art can be used. Bore or port 201 is also provided below the center of the spindle axis to communicate with the fluid via the rotational coupling.
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.Spindle shaft 119 has an outer shaft surface and multiple passages, in one embodiment five passages, extending from the top of the shaft to a common bore in the spindle shaft. Due to the particular cross sectional view of FIG. 4, only three of the five passages can be seen in the figure. Vacuum or other compressible or incompressible fluid is communicated from each bore to the position where the fluid is needed via a coupling or tubing in the wafer carrier assembly 106. The exact location or presence of the coupling is an implementation item and is not critical to the spirit of the invention except as described later. These listed structures provide a means for confining and continuously coupling one or more compressive fluids between an area injured on an outer surface of the axis of rotation and an enclosed chamber, although other means may be used. Rotating assemblies that provide fewer channels than in this particular embodiment of the present invention are described herein by reference and US Pat. No. 5,443,416, entitled "Rotating Joints for Joining Fluid in Wafer Polishing Devices." It is described in the issue.
이제 웨이퍼 캐리어 조립체(106)를 웨이퍼 캐리어 조립체(106)의 "단면 A-A"를 통한 단면도를 도시한 도5 및 웨이퍼 캐리어 조립체(106)의 분해 조립체 다이어그램을 도시한 도6에 대해 설명하기로 한다. 도6으로부터 웨이퍼 캐리어 조립체(106)가 중심축 주위로 높은 대칭성을 갖게 됨을 알 수 있고, 그러나 모든 요소들이 구멍, 오리피스, 고정구, 노치등 세부 형상부의 위치에 대해 대칭되는 것은 아님을 알 수 있다. 임의의 단일 다이어그램에 대해 웨이퍼 캐리어 조립체(106)를 설명하는 것 보다는, (단면 A-A를 통한 측면도인) 도5와, (분해 조립체 도면인) 도6, (도5의 우측 확대 단면도인) 도7 및 약간 상이한 투시로부터 구성 요소들을 도시하고 각각의 요소의 구조 및 작동을 더 명확히 한 (도5의 좌측의 확대 단면도인) 도8의 조합을 참조하기로 한다.The wafer carrier assembly 106 will now be described with reference to FIG. 5 showing a cross sectional view through the " section A-A " of the wafer carrier assembly 106, and to FIG. 6 showing an exploded assembly diagram of the wafer carrier assembly 106. FIG. It can be seen from FIG. 6 that the wafer carrier assembly 106 has a high symmetry around the central axis, but not all elements are symmetrical with respect to the location of the detailed features such as holes, orifices, fixtures, notches, and the like. Rather than describing the wafer carrier assembly 106 for any single diagram, Figure 5 (which is a side view through section AA), Figure 6 (which is an exploded assembly drawing), and Figure 7 (right enlarged cross-sectional view of Figure 5). And the combination of FIG. 8 (which is an enlarged cross-sectional view on the left side of FIG. 5), which shows the components from slightly different perspectives and clarifies the structure and operation of each element.
연마 패드의 특성, 슬러리 및 웨이퍼 조성 뿐만 아니라 화학적 기계적 연마는 잘 알려져 있고 본 발명의 이해에 필요한 것을 제외하고는 어느 정도 구체적으로 설명하지 않기로 한다.The chemical mechanical polishing as well as the properties of the polishing pad, slurry and wafer composition are well known and will not be described in any detail except as necessary for the understanding of the present invention.
기능적으로, 웨이퍼 캐리어 조립체(106)는 연마 작업 중에 반도체 웨이퍼와 같은 기판(130)을 장착 및 유지시키는 데 필요한 모든 구조물을 제공한다. (본 발명은 반도체 웨이퍼 이외의 기판 연마에 적용될 수 있음을 주목할 필요가 있다.) 캐리어 조립체(106)는 웨이퍼 로딩 및 초기 연마 사이의 시간 동안 웨이퍼를 유지하기 위해 구멍 또는 개구(147)를 통해 웨이퍼 서브캐리어의 하나의 하부면(164)에 진공을 제공한다. 또한 웨이퍼 위의 모서리 근방의 연마 비균일성을 줄이거나 제거하도록 포켓 내에 웨이퍼를 유지시키고 연마 패드와 상호 작용하도록 웨이퍼 서브캐리어를 통해 웨이퍼 상에 하향 연마 압력을 제공하고 유지 링 상에 별도의 하향 압력을 제공한다. 웨이퍼 캐리어 조립체(106)는 또한 이온 제거수(DI 수), 압축 공기와, 몇몇 챔버와 오리피스에서의 진공과 같은 유체 공급원을 제공하고, 표면들은 이후에 더 상세히 설명되어 있다. 웨이퍼 캐리어 조립체는 격판 장착 서브캐리어와, 그 자체로 유지 링 어댑터와 유지 링을 포함하는 유지 링 조립체를 제공한다는 점에서 특히 중요하다. 격판 장착 요소들과, 다른 요소들 및 챔버와의 그 구조적 및 기능적 관계는 본 발명의 몇몇 유익한 특징을 제공한다.Functionally, the wafer carrier assembly 106 provides all the structures needed to mount and hold a substrate 130, such as a semiconductor wafer, during a polishing operation. (It should be noted that the present invention can be applied to polishing substrates other than semiconductor wafers.) The carrier assembly 106 is a wafer through a hole or opening 147 to hold the wafer for the time between wafer loading and initial polishing. A vacuum is provided to one bottom surface 164 of the subcarrier. It also maintains the wafer in the pocket to reduce or eliminate polishing non-uniformity near the edges on the wafer and provides downward polishing pressure on the wafer through the wafer subcarrier to interact with the polishing pad and a separate downward pressure on the retaining ring. To provide. The wafer carrier assembly 106 also provides a source of fluid such as deionized water (DI water), compressed air, and vacuum in some chambers and orifices, the surfaces of which are described in more detail below. The wafer carrier assembly is particularly important in that it provides a diaphragm mounted subcarrier and a retaining ring assembly that itself includes a retaining ring adapter and a retaining ring. The diaphragm mounting elements and their structural and functional relationship with other elements and chambers provide some advantageous features of the present invention.
상부 하우징(120)은 4 개의 소켓 헤드 나사를 통해 장착 어댑터(121)에 장착되고, 차례로 나사를 통해 헤드 장착 조립체(104)의 하부에 장착되고 제1 및 제2 핀(122, 123)에 의해 위치 설정된다. 상부 하우징(120)은 웨이퍼 캐리어 조립체의 다른 요소들이 본 명세서에 기재된 바와 같이 그에 장착될 수 있는 안정 부재를 제공한다. 하우징 시일 링(129)은 대개 제1 압력 챔버(P1)(131)를 제2 압력 챔버(P2)(132)로부터 분리시키는 작용을 하는 원형 요소이다. O-링(137, 139)의 쌍은 상부 하우징(120)의 내부면에 부착될 때 하우징 시일 링(129)과 상부 하우징(120) 사이에서 누설 방지 유체 및 압력 시일을 제공하는 하우징 시일 링(129)의 상부면 내로 기계 가공된 별개의 채널 내에 배치된다. 제1 압력 챔버(131) 내의 압력은 유지 링 조립체(134) 상의 하향 작용 압력과 연마패드(135)와의 상호 작용에 영향을 주도록 작동된다. 제2 압력 챔버(132) 내의 압력은 서브캐리어(136) 상의 하향 작용 압력에 영향을 주도록 작동되고, 차례로 웨이퍼(138)의 하부면과 연마 패드(135) 사이에 가해진 연마 압력을 제공한다. 선택적으로, 중합체 또는 다른 삽입체(161)가 웨이퍼(138)의 상부면 또는 후방면 내의 서브캐리어(106)의 하부면(164) 사이에서 이용될 수 있다. 웨이퍼 캐리어 조립체(106) 내의 내부 구조는 유지 링 조립체(134)와 서브캐리어(136)의 압력 및 운동 간에 독립성을 제공한다.The upper housing 120 is mounted to the mounting adapter 121 via four socket head screws, which in turn are mounted to the bottom of the head mounting assembly 104 via screws and by the first and second pins 122, 123. Position is set. Upper housing 120 provides a stabilizing member to which other elements of the wafer carrier assembly can be mounted thereon as described herein. The housing seal ring 129 is usually a circular element that serves to separate the first pressure chamber P1 131 from the second pressure chamber P2 132. The pair of o-rings 137, 139 is provided with a housing seal ring that provides a leak proof fluid and pressure seal between the housing seal ring 129 and the upper housing 120 when attached to the inner surface of the upper housing 120. Disposed in a separate channel machined into the top surface of 129. The pressure in the first pressure chamber 131 is operated to affect the interaction of the down pressure on the retaining ring assembly 134 with the polishing pad 135. The pressure in the second pressure chamber 132 is operated to affect the downward working pressure on the subcarrier 136, which in turn provides the polishing pressure applied between the bottom surface of the wafer 138 and the polishing pad 135. Optionally, a polymer or other insert 161 may be used between the bottom surface 164 of the subcarrier 106 in the top or back side of the wafer 138. The internal structure within the wafer carrier assembly 106 provides independence between pressure and movement of the retaining ring assembly 134 and the subcarrier 136.
하나 이상의 고정구(141)는 제1 압력 챔버(131) 외부의 위치 또는 공급원(114)으로부터 챔버로의 압축 공기를 연통하도록 제공되고 하나 이상의 고정구(142)는 유사 방식으로 제2 외부 공급원 또는 위치(115)로부터 제2 압력 챔버(132)로의 압축 공기를 연통하도록 제공된다. 이들 고정구(141, 142)는 적절한 배관을 통해 헤드 장착 조립체(104) 내의 채널과 회전 결합체(116)로 연결되고, 적절한 제어 회로를 통해 소정의 압력 수준을 제공하게 된다. 압력, 진공 및 유체가 연통되는 방식과 순서는 이후에 설명하기로 한다.One or more fixtures 141 are provided to communicate compressed air from a location or source 114 to the chamber outside of the first pressure chamber 131 and the one or more fixtures 142 may operate in a similar manner to the second external source or location ( 115 is provided to communicate compressed air from the second pressure chamber 132. These fixtures 141, 142 are connected to the rotary coupling 116 with the channels in the head mounting assembly 104 via appropriate piping, and provide a predetermined pressure level through an appropriate control circuit. The manner and order in which pressure, vacuum and fluid are communicated will be described later.
로킹 링(144)은 18 개의 나사를 통해 하우징 시일 링(129)의 하부면에 장착되고 제2 격판을 2 개의 구조물 사이에 개재시키거나 클램핑함으로써 제2 격판(145)을 하우징 시일 링(129)과 로킹 링(144) 사이에 부착한다. 하우징 시일 링(129)과 로킹 링(144) 사이에 클램핑된 제2 격판(145)의 일부 뿐만 아니라 하우징 시일 링(129)과 로킹 링(144) 모두는 상부 하우징(120)에 대해 고정 위치로 유지된다. 하우징 시일 링(129)의 내경의 방사상 내부에 놓인 제2 격판(145)의 일부는 내부 플랜지 링(146)의 상부면에 의해 하부면 상에 그리고 내부 정지 링(148)의 하부면에 의해 상부면 상에 클램핑된다. 내부 플랜지 링과 내부 정지 링은 소켓 헤드 캡 나사(149)와 같은 체결 수단에 의해 부착된다.The locking ring 144 is mounted to the lower surface of the housing seal ring 129 via 18 screws and inserts the second diaphragm 145 into the housing seal ring 129 by interposing or clamping the second diaphragm between the two structures. And between the locking ring 144. Both the housing seal ring 129 and the locking ring 144 as well as the portion of the second diaphragm 145 clamped between the housing seal ring 129 and the locking ring 144 are in a fixed position with respect to the upper housing 120. maintain. A portion of the second diaphragm 145 lying radially inside of the inner diameter of the housing seal ring 129 is upper on the lower surface by the upper surface of the inner flange ring 146 and upper by the lower surface of the inner stop ring 148. It is clamped on the face. The inner flange ring and the inner stop ring are attached by fastening means such as socket head cap screw 149.
이들 2 개의 구조물 사이에 클램핑된 하우징 시일 링(129), 로킹 링(144) 및 제2 격판(145)의 일부는 상부 하우징(120)의 표면에 대해 고정된 위치를 유지하지만, 제2 격판(145)으로부터 매달려 있는 내부 플랜지 링(146)과 내부 정지 링(148)은 연마 패드(135)와 상부 하우징(120)에 대한 상향 및 하향 이동과, 연마 패드(135)와 상부 하우징(120)에 대한 각 방향 또는 기울기 변경이 적어도 어느정도 자유롭다. 하방으로의 수직 상향 이동시키고 그 각 방향을 변경시키는 이러한 구조물의 능력으로 인해 서브캐리어(136), 웨이퍼(138) 및 유지 링 조립체(134)와 같이 이에 부착된 구조물은 연마 패드(134)의 표면 상에서 부상할 수 있게 된다.The portions of the housing seal ring 129, the locking ring 144 and the second diaphragm 145 clamped between these two structures maintain a fixed position relative to the surface of the upper housing 120, but the second diaphragm ( The inner flange ring 146 and the inner stop ring 148 suspended from 145 move upward and downward relative to the polishing pad 135 and the upper housing 120, and to the polishing pad 135 and the upper housing 120. Each direction or tilt change is at least somewhat free. Due to the ability of such structures to move vertically upward and to change their respective directions downward, structures attached thereto, such as subcarrier 136, wafer 138, and retaining ring assembly 134, may be attached to the surface of the polishing pad 134. You will be able to injure yourself.
내부 플랜지 링(146)의 제1 수직 모서리(151)와 제1 수직 모서리(151)에 인접한 로킹 핀(144)의 제2 수직면(152) 사이의 물리적 간극 뿐만 아니라, 제2 격판 두께(Td), 내부 플랜지 링(146)과 내부 정지 링(148) 간의 제2 격판(145)의 클램핑부에 대한 하우징 시일 링과 로킹 링 간의 제2 격판(145)의 클램핑부 사이의 거리 뿐만 아니라 제2 격판(145)이 그로부터 제조되는 재료의 특성은 수직 운동량 및 경사 또는 각운동량에 영향을 주게 된다. 이러한 특성은 격판의 효과적인 스프링 상수를 제공한다. 비록 본 발명의 실시예에서 일반적으로 제1 및 제2 격판은 동일한 재료에서 형성되는 것으로 여기에는 설명되어 있지만, 다른 재료가 사용될 수도 있다.The second diaphragm thickness Td as well as the physical gap between the first vertical edge 151 of the inner flange ring 146 and the second vertical surface 152 of the locking pin 144 adjacent the first vertical edge 151. The second diaphragm as well as the distance between the clamping portion of the second diaphragm 145 between the housing seal ring and the locking ring to the clamping portion of the second diaphragm 145 between the inner flange ring 146 and the inner stop ring 148. The properties of the material from which 145 is made will affect the vertical momentum and the tilt or angular momentum. This property provides an effective spring constant of the diaphragm. Although it is described herein that the first and second diaphragms are generally formed from the same material in embodiments of the present invention, other materials may be used.
장착되는 200밀리미터(mm) 반도체 웨이퍼에 알맞은 발명의 한 실시예에서, 격판은 인터텍스(INTERTEX)에 의해서 제조되는 나일로 재료와 함께 0.05인치 두께의 부남으로 부터 제조된다. 이재료는 강도와 단단함을 제공하면서 바람직한 탄력성 또한 제공하는 내부섬유질을 가진다. 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 여기에서 제공한 기술설명에 근거하여 상이한 크기 및 재료들이 동일하거나 유사한 작동을 달성하는 데 이용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 얇은 금속막이 그에 적용되는 압력에 반응하여 수직적으로 편향될 수 있는 정도로 충분한 탄력성을 줄 수 있고, 연마 작용을 하는 동안 패드에 접촉을 계속해서 유지할 수 있을 정도로 충분한 각운동을 제공할 수 있는 한 얇은 금속 시트 또는 막이 제2 격판(145)로 사용될 수 있다. 어떤 예에서는, 평평한 시트재료는 그 자체 및 그로부터 충분한 탄력성을 가지고 있지 않지만, 주름잡힌 고리 모양의 홈, 주름 또는 이와 유사한 것을 가지는 적절한 방법으로 그 시트를 형성함으로써, 금속 연결 요소가 여기에 기술된 격판을 위한 대안의 구조물을 제공할 수 있다. 복합적인 재료는 또한 바람직한 특성을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 제2 격판(145)의 클램핑부 및 비클램핑부와 로킹(144)과 내부 플랜지 링(146)사이의 거리사의 관계는 도7 및 도8에서 더 자세히 보여준다.In one embodiment of the invention that is suitable for a 200 millimeter (mm) semiconductor wafer to be mounted, the diaphragm is made from 0.05 inch thick pores with a Nilo material made by INTERTEX. This material has internal fibers that provide strength and rigidity while also providing the desired elasticity. Those skilled in the art will appreciate that different sizes and materials may be used to achieve the same or similar operation based on the description provided herein. For example, a thin metal film can give sufficient elasticity to be able to deflect vertically in response to the pressure applied to it, and can provide sufficient angular motion to keep contact with the pad during polishing. As long as there is a thin metal sheet or film can be used as the second diaphragm 145. In some instances, the flat sheet material does not have sufficient resilience on its own and therefrom, but by forming the sheet in a suitable manner with corrugated annular grooves, pleats or the like, the metal connecting element is described herein. Alternative structures can be provided. Composite materials can also be used to provide the desired properties. The relationship between the clamping and non-clamping portions of the second diaphragm 145 and the distance between the locking 144 and the inner flange ring 146 is shown in more detail in FIGS. 7 and 8.
제2 격판(145)에 클램핑되는 내부 플랜지 링(146)에 더하여 내부 정지 링(148)도 내부 정지 링(148), 격판(145), 내부 플랜지 링(146) 및 그에 부착되는 구조물의 과도한 상향 운동이 상부 하우징(120)내의 리세스(152)내로 과도하게 상향 운동하는 것을 금지하기 위하여 운동 제한 정지 기능을 제공한다. 본 발명의한 실시예에서, 내부 정지 링(148)과 부착되는 구조물은 내부 정지 링(148)의 정지 접촉면(153)이 하우징 시일 링(131)의 반대 접촉면(154)을 접촉하기 전 격판(145)이 평면이 되는 공칭 위치로 부터 약 0.125인치정도 상향 움직일 수 있고, 약 0.25인치의 전체 운동거리를 위하여 약 0.10인치정도 하향 움직일 수 있다. 실제 연마중에는 단지 이 상향 및 하향(수직적으로) 운동범위 부분만이 필요하다. 나머지는 웨이퍼(기판)의 로딩 및 언로딩 작동중에 유지 링의 바닥 모서리너머로 캐리어를 연장하는데 이용된다. 착수 링의 하부 모서리 너머로 서브캐리어(160)의 모서리를 돌출시키는 능력은 편리하고 로딩 및 언로딩 작동을 용이하게 한다.In addition to the inner flange ring 146 clamped to the second diaphragm 145, the inner stop ring 148 is also excessively upward of the inner stop ring 148, the diaphragm 145, the inner flange ring 146 and the structure attached thereto. A motion limit stop function is provided to prevent the motion from excessively upward movement into the recess 152 in the upper housing 120. In one embodiment of the present invention, the structure that is attached to the inner stop ring 148 has a diaphragm before the stop contact surface 153 of the inner stop ring 148 contacts the opposite contact surface 154 of the housing seal ring 131. 145 may be moved upwards by about 0.125 inches from the nominal position to be planar and downwards by about 0.10 inches for the entire travel distance of about 0.25 inches. During actual polishing, only this upward and downward (vertically) range of motion is needed. The remainder is used to extend the carrier over the bottom edge of the retaining ring during the loading and unloading operation of the wafer (substrate). The ability to project the edge of the subcarrier 160 beyond the bottom edge of the impingement ring is convenient and facilitates loading and unloading operations.
운동의 수직 범위는 격판 재료 보다는 기계적 정지장치에 의해서 제한된다. 정지장치의 사용은 로딩 및 언로딩 작동중 및 관리중일 때 처럼 캐리어 웨이퍼가 패드와 접촉하고 있지 않을 때 또는 격판을 장기적으로 잡아 늘이거나 비틀려고 동력을 껐을 때 격판상의 불필요한 힘을 막는다. 본 발명의 구조물은 또한 자동으로 스스로 조정하는 웨이퍼를 장착한 포켓 깊이를 가지는 캐리어 헤드 조립체를 제공한다.The vertical range of motion is limited by the mechanical stop rather than the diaphragm material. The use of a stopper prevents unnecessary forces on the diaphragm when the carrier wafer is not in contact with the pad, such as during loading and unloading operations and during maintenance, or when the diaphragm is turned off to extend or twist in the long term. The structure of the present invention also provides a carrier head assembly having a pocket depth with a wafer that automatically adjusts itself.
서브캐리어(160)는 소켓 헤드 캡 나사(157)와 같은 장착 방법에 의하여 내부 플랜지 링(146)의 하부 면에 장착되어 그로 인하여 (수직적 운동범위의 하부 제한위치에 있을 때 정지 링상의 기계적 정지 장치에 의해서 유지되고 제2의 기계적 정지 장치 세트에 의해서 과도하게 상향 움직이는 것이 금지된) 제2 격판(145)으로부터 서브캐리어(160)가 효과적으로 매달리게 되고 서브캐리어에 이미 기술한 수직 운동 및 각운동을 제공하게 된다. 제1 격판(162)은 내부 플랜지 링(146)의 주연링 사이에 클램핑되고 서브캐리어 모서리 근처 소켓 헤드 캡 나사(157)에 의해서 서브캐리어(160)의 상부면(163)에 부착된다. 적어도 일실시예에서 다른 비다공성 세라믹 재료로 형성된 서브캐리어(160)는 나사(157)의 나사부를 수용하도록 스테인레스강 삽입체에 끼워맞춰진다.The subcarrier 160 is mounted to the lower surface of the inner flange ring 146 by a mounting method such as socket head cap screw 157 and thereby (mechanical stop on the stop ring when in the lower limit position of the vertical range of motion). Subcarrier 160 is effectively suspended from the second diaphragm 145, which is held by and prevented from excessively upward movement by the second set of mechanical stops and provides the vertical and angular motions already described for the subcarrier. Done. The first diaphragm 162 is clamped between the peripheral rings of the inner flange ring 146 and is attached to the top surface 163 of the subcarrier 160 by socket head cap screws 157 near the subcarrier edge. In at least one embodiment, the subcarrier 160 formed of another nonporous ceramic material is fitted to the stainless steel insert to receive the threaded portion of the screw 157.
이제 유지 링(134), 서브캐리어(136) 및 제1 격판(162) 간의 상호 작용의 중요한 태양을 설명하기 전에 유지 링 조립체(134)의 태양을 설명하기로 한다. 유지 링 조립체(167)는 유지 링(166)과 유지 링 어댑터(168)를 포함한다. 일실시예에서, 유지 링(166)은 상표명 테크트론(Techtron) PPS(폴리페닐렌 설파이드)로부터 형성된다. 유지 링 어댑터(168)는 외부 정지링(171)의 하부면(170)에 장착되고 제1 격판(162)은 그 사이에 클램핑된다. 유지 링(166)은 테크트론 재료로 형성되고 소켓 헤드 나사를 통해 제1 격판과 외부 정지링을 거쳐 유지 링 어댑터(168)에 부착된다. 그 외경에서의 유지 링(166)의 모따기부(180)는 종래의 연마 공구의 사용할 때에 대개 발생되는 모서리 연마 비선형 구역을 유익하게 줄이게 된다. 외부 정지링(169)은 내부 플랜지 링(146)에 대해 동축으로 장착되나 웨이퍼 캐리어 조립체(106)의 중앙으로부터 더 큰 방사상 거리에서 외부 정지링(169)과 유지 링 조립체(134) 모두가 제1 격판(162)에 의해 서로 결합되는 것을 제외하고는 내부 플랜지 링(146)에 장착되지 않고 유지 링 어댑터(168)와 제1 격판(162)을 제외한 임의의 다른 요소에도 장착되지 않는다. 이러한 커플링의 특징은 본 발명에 의해 제공된 연마 이득에 기여하는 기계적 특성의 제공을 위해 중요하다. 이러한 커플링에 기여하는 구조물은 도7 및 도8에 더 크게 그리고 더 상세히 도시되어 있다.An aspect of the retaining ring assembly 134 will now be described before describing important aspects of the interaction between the retaining ring 134, the subcarrier 136 and the first diaphragm 162. Retaining ring assembly 167 includes retaining ring 166 and retaining ring adapter 168. In one embodiment, retaining ring 166 is formed from the trade name Techtron PPS (polyphenylene sulfide). The retaining ring adapter 168 is mounted to the bottom surface 170 of the outer stop ring 171 and the first diaphragm 162 is clamped therebetween. Retaining ring 166 is formed of techtron material and is attached to retaining ring adapter 168 via a socket head screw via a first diaphragm and an outer stop ring. The chamfer 180 of retaining ring 166 at its outer diameter advantageously reduces the edge polishing non-linear region that typically occurs when using conventional polishing tools. The outer stop ring 169 is coaxially mounted with respect to the inner flange ring 146, but both the outer stop ring 169 and the retaining ring assembly 134 are firstly located at a greater radial distance from the center of the wafer carrier assembly 106. It is not mounted to the inner flange ring 146 except to be joined to each other by the diaphragm 162 and not to any other element except the retaining ring adapter 168 and the first diaphragm 162. The characteristics of this coupling are important for the provision of mechanical properties that contribute to the polishing gain provided by the present invention. The structures that contribute to this coupling are shown in greater detail and in greater detail in FIGS. 7 and 8.
이제 제1 격판(162)의 구조 및 전체 작동 및 그 격판이 서브캐리어(160) 및 유지 링 조립체(134)에 부착되는 방식에 대해 설명하기로 한다. 또한 연마된 웨이퍼의 모서리에서 종종 "링잉(ringing)"으로 부르는 비선형 구역을 줄이는 능력에 기여하는 웨이퍼 캐리어 조립체의 세부에 대해 설명하기로 한다. 우선, 제1 격판(162)은 서브캐리어(160)에 인가된 압력과 유지 링(166)에 인가된 별도의 ??바력 간의 커플링과, 이들 압력의 결과로서 서브캐리어와 유지 링의 운동 및 연마 패드(135)의 반작용 상향 힘이 적절한 범위 내에 있도록 탄성과 함께 인성을 가져야 함을 알 수 있다. 이에 의해 유지 링과 서브캐리어의 운동은 운동 범위 내에서 독립적이어야 하나, 동시에 몇몇 실시예에서 유지 링과 서브캐리어 모두의 운동 간에 다소간의 커플링을 제공하는 것을 의미한다.The structure and overall operation of the first diaphragm 162 and the manner in which the diaphragm is attached to the subcarrier 160 and retaining ring assembly 134 will now be described. In addition, details of the wafer carrier assembly that contribute to the ability to reduce non-linear areas, often referred to as "ringing" at the edges of the polished wafer, will be described. First, the first diaphragm 162 is a coupling between the pressure applied to the subcarrier 160 and a separate ?? force applied to the retaining ring 166, and the movement of the subcarrier and the retaining ring as a result of these pressures; It can be seen that the reaction upward force of the polishing pad 135 must have toughness with elasticity to be within an appropriate range. This means that the movement of the retaining ring and the subcarrier must be independent within the range of motion, but at the same time in some embodiments it provides some coupling between the movement of both the retaining ring and the subcarrier.
소정의 커플링 정도는 (i) (서브캐리어(160)와 내부 플랜지 링(146) 간의) 제3 클램핑 구역(182)과 (유지 링 어댑터(168)와 외부 정지링(169) 간의) 제4 클램핑 구역(183) 간의 제1 격판(162)의 스팬의 조절과, (ii) 제1 격판(162)의 두께 및 재료 특성의 조절과, (iii) 스팬 구역에서 격판(162)과 상호 작용하는 표면 기하학의 조절과, (iv) 서브캐리어(160)의 양 수직면(185)과, 유지 링 어댑터(168)의 수직면(186)과, 유지 링(166)의 수직면(187) 간의 거리 조절, 및 (v) 유지 링 어댑터(168)의 표면(188)과 하부 하우징(122)의 수직면(190) 간의 그리고 유지 링(166)의 수직면(189)과 하부 하우징(122)의 동일 수직면(190) 간의 거리 또는 간극의 조절을 포함한 몇몇 인자들에 의해 영향을 받는다. 이들 인자들을 조절함으로써 수직 운동 및 각운동 모두는 발생하게 되나, 과도한 운동이 없다면 서브캐리어(160) 또는 하부 하우징(122)에 대해 유지 링의 바인딩을 야기할 수 있다.The predetermined degree of coupling is (i) the third clamping zone 182 (between the subcarrier 160 and the inner flange ring 146) and the fourth (between the retaining ring adapter 168 and the outer stop ring 169). Adjusting the span of the first diaphragm 162 between the clamping zones 183, (ii) adjusting the thickness and material properties of the first diaphragm 162, and (iii) interacting with the diaphragm 162 in the span region. Adjustment of the surface geometry, (iv) adjustment of the distance between the two vertical surfaces 185 of the subcarrier 160, the vertical surface 186 of the retaining ring adapter 168, and the vertical surface 187 of the retaining ring 166, and (v) between the surface 188 of the retaining ring adapter 168 and the vertical surface 190 of the lower housing 122 and between the vertical surface 189 of the retaining ring 166 and the same vertical surface 190 of the lower housing 122. It is influenced by several factors including the adjustment of distance or gap. By adjusting these factors both vertical and angular movements occur, but without excessive movement can cause binding of the retaining ring to the subcarrier 160 or the lower housing 122.
본 발명의 일실시예에서, 서브캐리어와 유지 링 어댑터 간의 거리(d1)는 0.050인치이고, 서브캐리어와 유지 링 간의 거리(d2)는 0.010인치이고, 유지 링 어댑터와 하부 하우징 간의 거리(d3)는 약 0.5인치이고, 유지 링과 하부 하우징 간의 거리(d4)는 0.015인치이다. 이들 관계는 도7에 도시되어 있다. 물론 그 기술 분야에서 보통의 기술을 가진 자라면 이들 치수들은 예시적인 것이고 동일 기능을 달성하기 위해 다른 치수 및 관계들이 제공될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 특히, 이들 치수의 각각은 약 30% 이상 까지 수정될 수 있고 최적 작업은 아니더라도 여전히 동등한 작업을 제공하는 것을 기대할 수 있다. 치수 공차의 더 큰 변동으로 인해 사용할 수 있는 부분 최적화 장치를 제공하게 된다.In one embodiment of the invention, the distance d1 between the subcarrier and the retaining ring adapter is 0.050 inches, the distance d2 between the subcarrier and the retaining ring is 0.010 inches, and the distance d3 between the retaining ring adapter and the lower housing. Is about 0.5 inches and the distance d4 between the retaining ring and the lower housing is 0.015 inches. These relationships are shown in FIG. Of course, one of ordinary skill in the art will recognize that these dimensions are exemplary and that other dimensions and relationships may be provided to achieve the same function. In particular, each of these dimensions can be modified by up to about 30% or more and one can still expect to provide equivalent work if not optimal. The greater variation in dimensional tolerances results in a partial optimization device that can be used.
또한 도7 및 도8에 도시된 실시예에서 제1 격판(162)의 연결부에 인접한 서브캐리어(160)의 외부 방사상 부분은 수직면(185)과 함께 실제 직각을 형성하나, 유지 링 어댑터의 양 수직면은 대향 모서리(194)에서 경사부를 구비하고 있음을 알 수 있다. 대략 사각(90。) 모서리를 구비한 모서리르 유지하는 것은 유지 링 또는 유지 링 어댑터와 함께 서브캐리어의 바인딩을 방지하는 데 유익함을 알게 되었다. 또한, 유지 링 어댑터(168)의 인접 표면 상에 약간의 경사나 모따기부(194)를 제공하는 것은 바인딩 없이 유지 링의 이동성에 유익함을 알게 되었으나, 그 경사가 너무 크게 되면 그후 약간의 바람직스럽지 않은 바인딩이 발생할 수 있음이 관측되었다. 이러한 조합이 어떠한 장점을 갖는 것이 발견되었지만, 그 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 다른 변동이 인접 요소들의 바인딩 없이 매끄러운 운동제어를 용이하게 함을 알 수 있을 것이다.7 and 8 the outer radial portion of the subcarrier 160 adjacent to the connection of the first diaphragm 162 also forms an actual right angle with the vertical plane 185, but both vertical planes of the retaining ring adapter. It can be seen that the inclined portion at the opposite edge 194. Retaining corners with approximately square (90 °) corners has been found to be beneficial in preventing binding of subcarriers with retaining rings or retaining ring adapters. It has also been found that providing a slight inclination or chamfer 194 on the adjacent surface of the retaining ring adapter 168 is beneficial for the mobility of the retaining ring without binding, but if the incline is too large then it is somewhat undesirable. It was observed that no binding could occur. While this combination has been found to have some advantages, one of ordinary skill in the art will recognize that other variations facilitate smooth motion control without binding of adjacent elements.
본 발명의 또 다른 장점은 전이 구역(206)으로서 불리는 유지 링(166)의 외부 또는 방사면(195)에서 특정 형태의 프로파일을 제공함으로써 실현되었다. 통상적으로, 적어도 제공되는 경우 유지 링은 하부 하우징(122)의 내부 방사벽면의 동등 표면과 같은 정합면에 대해 활주하는 바람직한 표면 프로파일을 제공하기 때문에, 또는 모서리 프로파일의 중요성이 고려되지 않고 결함이 있는 수직 프로파일이 사용되지 않기 때문에 실제 수직 외부 벽면으로 형성되었다. 본 발명의 일실시예에서, 유지 링(166)은 상이한 레벨의 세부 내용에서 유지 링의 다양한 태양을 도시한 도9 내지 도13에 도시된 프로파일 형태를 갖는다. 도10은 도9의 유지 링의 실시예의 단면도이고, 도11은 세부를 도시한 도면이고 도12는 유지 링의 사시도이다. 도13은 특히 링의 외부 방사 주연에서 모따기 가공된 전이 구역을 도시한 유지 링 일부의 단면도를 도시한 개략도이다.Another advantage of the present invention has been realized by providing a particular type of profile at the exterior or radial surface 195 of the retaining ring 166, referred to as the transition zone 206. Typically, the retaining ring, if provided at least, provides a desirable surface profile that slides against a mating surface, such as an equivalent surface of the inner radiating wall surface of the lower housing 122, or the importance of the edge profile is not considered and is defective. Since no vertical profile is used, it is actually formed as a vertical outer wall. In one embodiment of the invention, retaining ring 166 has the profile form shown in FIGS. 9-13 showing various aspects of the retaining ring at different levels of detail. FIG. 10 is a cross-sectional view of the embodiment of the retaining ring of FIG. 9, FIG. 11 is a detail view and FIG. 12 is a perspective view of the retaining ring. Figure 13 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of a portion of a retaining ring, particularly showing the transition zone chamfered at the outer radial periphery of the ring.
유지 링의 이러한 실시예의 경우에, 연마 중에 연마 패드(135)와 접촉하는 하부면(201)은 바인딩을 제거하도록 간극이 마련되어 있지만 2 개의 경사면(202, 203)을 거쳐 작동시에 하부 하우징(122) 상의 실제 평행 수직면(189)에 대향하는 실제 수직면(204)으로 이동한다. 표면(204)은 상부 유지 링 표면(205)에 실제 직각이고, 상부 표면(205)은 하부면(201)에 실제 평행하다. 바람직하게, 웨이퍼 캐리어 조립체의 제조 중에, 조립 고정물은 구성 부품들의 정렬 유지에 이용되고, 간극과, 링(166)과 서브캐리어(160) 및 하우징(120, 122) 간의 다른 간격을 설정하는 데 이용된다.In the case of this embodiment of the retaining ring, the lower surface 201 in contact with the polishing pad 135 during polishing is provided with a gap to remove the binding, but the lower housing 122 in operation over the two inclined surfaces 202, 203. ) Moves to the actual vertical plane 204 opposite the actual parallel vertical plane 189 on. Surface 204 is substantially perpendicular to upper retaining ring surface 205 and upper surface 205 is substantially parallel to lower surface 201. Preferably, during manufacture of the wafer carrier assembly, the assembly fixture is used to maintain alignment of the component parts and to set the gap and other spacing between the ring 166 and the subcarrier 160 and the housings 120 and 122. do.
이러한 전이 구역(206)이 연마에서 비선형성을 제거함으로써 연마된 웨이퍼의 모서리의 품질을 실제 향상됨을 경험적으로 알게 되었다. 이러한 비선형성은 대개 웨이퍼의 외부 모서리로부터 약 3 내지 5mm 내의 또는 그 이상의 홈통 또는 정점(파형 또는 링)으로서 나타나게 된다. 이론의 이득 없이, 이러한 전이 구역(206)의 특성은 연마 작업 중에 웨이퍼를 서브캐리어에 대항하여 포켓 내에 유지시키는 것 외에 유지 링이 또한 운동의 선단 모서리에 있을 때 웨이퍼와 접촉하는 패드의 부분의 바로 앞의 연마 패드를 압축하거나 편탄화하는 작용을 하고 유지 링의 일부분이 웨이퍼의 선단 모서리 부분일 때 패드가 그 위로 평탄화되는 구역을 팽창시키는 작용을 하기 때문에 중요한 것으로 생각된다. 실제, 유지 링은 표면을 웨이퍼와 동일 높이로 유지하여 연마 패드(135)를 휘어지게 하거나 변형시키는 임의의 상태, 선단 모서리에서의 연마 슬러리의 축적, 또는 다른 비선형이나 비균일 효과가 유지 링의 외부나 그 하방에서 발생하게 되고 웨이퍼의 모서리 하방이나 그에 인접한 곳에서는 발생하지 않게 된다.It has been found empirically that this transition zone 206 actually improves the quality of the edges of the polished wafer by eliminating nonlinearities in polishing. Such nonlinearity usually manifests as troughs or vertices (waveforms or rings) within about 3 to 5 mm or more from the outer edge of the wafer. Without gaining the theory, the properties of this transition zone 206 not only keep the wafer in the pocket against the subcarrier during the polishing operation, but also directly to the portion of the pad that contacts the wafer when the retaining ring is also at the leading edge of the motion. It is considered important because it acts to compress or knit the preceding polishing pad and to expand the area where the pad is planarized over when a portion of the retaining ring is the leading edge of the wafer. Indeed, the retaining ring may be in any state that keeps the surface flush with the wafer to warp or deform the polishing pad 135, the accumulation of abrasive slurry at the leading edge, or other nonlinear or non-uniform effects outside the retaining ring. It occurs at or below it and not at or near the edge of the wafer.
전이 구역(206)에서의 특정 유지 링 기하학적 형태, 즉 전이 구역의 경우에 α1=20。, α2=20。 및 α3=90。인 최적 각들은 다중 헤드 연마 장치와, 연마 패드(135)의 특정 조합체와, 분당 약 30회전(RPM)의 연마 패드 회전 속도와, 약 26 RPM의 웨이퍼 캐리어 조립체 회전 속도와, 200mm 직경의 실리콘 웨이퍼와, 일예로 약 평방 인치당 5파운드(5psi)의 연마 압력, 및 테크트론 재료의 유지 링의 경우에 최적임을 알게 되었다. 이러한 다중 헤드 캐러셀계 폴리셔에서, 패드의 표면 간의 링의 유효 선형 속도는 약 분당 80 내지 200 피트이다. 연마 압력은 소정의 연마효과를 달성하기 위해 더 큰 범위에 걸쳐 가변될 수 있다. 일예로, 서브캐리어 상의 압력은 유지 링 상의 압력이 서브캐리어 상의 압력과 동일할 수 있지만 대개 약 1.5 내지 10psi 사이의 범위 내에 있고 유지 링 상의 압력은 대개 약 1.5 내지 9psi 사이의 범위 내에 있다. 본 발명은 임의의 특정 연마 패드 형태에 한정되지 않지만, 본 발명의 헤드와 함께 화학적 기계적 연마 또는 평탄화에 유용한 하나의 연마 패드는 등록 상표명 로델(Rodel) CR IC1400-A4(로델 부품 번호 P05695, 제품 타입 IC1400, K-GRV, PSA)이다. 이러한 특정 패드(135)는 (모두 RM-10-27-95 검사 방법으로 측정된) 35.75인치의 공칭 직경과, 약 2.5 내지 2.8mm 사이의 두께 범위와, 약 0.02 내지 0.18mm 사이의 편차와, 약 0.7 내지 6.6% 사이의 압축성과, 약 46%의 반동을 갖는다. 또 다른 대안은 로델 CR IC1400-A4, P/V/SUBA 타입의 패드(로델 부품 번호 P06342)이다.The specific retaining ring geometry in the transition zone 206, i.e. the optimal angles in the case of transition zones α1 = 20 °, α2 = 20 ° and α3 = 90 °, results in the design of the multi-head polishing device and the polishing pad 135. A combination, a polishing pad rotational speed of about 30 revolutions per minute (RPM), a wafer carrier assembly rotational speed of about 26 RPM, a 200 mm diameter silicon wafer, and, for example, a polishing pressure of about 5 pounds per square inch (5 psi), and It has been found to be optimal for retaining rings of techtron material. In such multi-head carousel-based polishers, the effective linear velocity of the ring between the surface of the pad is about 80 to 200 feet per minute. The polishing pressure can be varied over a larger range to achieve the desired polishing effect. In one example, the pressure on the subcarrier may be in the range of about 1.5 to 10 psi while the pressure on the retaining ring may be the same as the pressure on the subcarrier and the pressure on the retaining ring is usually in the range of about 1.5 to 9 psi. Although the present invention is not limited to any particular polishing pad form, one polishing pad useful for chemical mechanical polishing or planarization with the head of the present invention is registered under the trademark Rodel CR IC1400-A4 (Rodel Part No. P05695, product type). IC1400, K-GRV, PSA). This particular pad 135 has a nominal diameter of 35.75 inches (all measured by the RM-10-27-95 inspection method), a thickness range between about 2.5 to 2.8 mm, and a deviation between about 0.02 to 0.18 mm, Compressibility between about 0.7 and 6.6% and recoil of about 46%. Another alternative is the Padel CR IC1400-A4, P / V / SUBA type pad (Rodel Part No. P06342).
유지 링은 약 0.25인치의 두께를 가지며 링의 하부면에서 20도 경사부분(202)이 약 0.034인치정도 상부를 향하여 뻗어있고 수직부(203)는 제2 사각 세그먼트(203)와 만나기 전에 약 0.060인치 뻗어있다. 이러한 견본 크기들은 도면에 나타나 있다. 이러한 변수들의 특별한 조합 때문에, 이러한 각들이 최적의 작업을 위한 플러스 또는 마이너스 2도에 대해 다소 예민하다는 것이 경험적으로 결정되어져 왔으나 좀더 더 큰 범위, 예들들면 주어진 각에 대해서 적어도 플러스 또는 마이너스 4도정도가 유용한 결과를 제공한다. 그러나, 유지 링을 위한 전이구역을 제공하는 주체는 균일한 연마 특히 웨이퍼의 모서리에서의 균일한 연마를 달성하는 중요한 결정 요인인 반면, 이 전이구역의 실제 모양은 연마 작동과 연관된 특별한 물리적 매개변수에 대한 조화를 요구할 것이라는 것이 주목된다. 예를 들면, 별이의 연마 패드(특히, 만일 다른 두께, 보상 가능한 대상, 탄성, 또는 마찰계수의 것이라면)의 사용, 별이의 플래튼 회전 속도, 별이의 캐러셀 회전 속도, 별이의 웨이퍼 캐리어 조합체 회전 속도 및 별이의 연마 슬러리까지 최적의 결과를 위해 대안의 전이 지역 평면을 제안할 수도 있다. 운좋게도, 일단 CMP 연마 도구가 사용되면, 이러한 매개변수들은 보통은 변하지 않거나 CMP 도구 준비 동안 수행되는 기본 품질 통제 절차에 따라 적응될 수 있게 된다.The retaining ring has a thickness of about 0.25 inches with a 20 degree inclined portion 202 extending upwards about 0.034 inches from the bottom surface of the ring and the vertical portion 203 about 0.060 before encountering the second rectangular segment 203. Stretched inches. These sample sizes are shown in the figure. Because of this particular combination of variables, it has been empirically determined that these angles are somewhat sensitive to plus or minus 2 degrees for optimal work, but a larger range, for example at least plus or minus 4 degrees for a given angle, has been determined. Provide useful results. However, the subject providing the transition zone for the retaining ring is an important determinant of achieving uniform polishing, particularly at the edges of the wafer, while the actual shape of this transition zone depends on the particular physical parameters associated with the polishing operation. It will be noted that it will require harmony. For example, the use of star polishing pads (particularly if of different thickness, compensable object, elasticity, or coefficient of friction), star platen rotation rate, star carousel rotation rate, star separation rate Alternative transition zone planes may be proposed for optimum results up to wafer carrier combination rotation speed and to separate polishing slurries. Fortunately, once a CMP abrasive tool is used, these parameters are usually unchanged or can be adapted according to the basic quality control procedures performed during CMP tool preparation.
(예를 들면, 연마 패드가 회전하고 헤드가 회전하고 헤드가 직선 왕복 운동상의 앞뒤로 진동하게 되는 타입의 연마기를 포함하는) 싱글 헤드 연마기를 위해, 동일한 매개변수가 적합할 것으로 기대되지만, 패드를 가로지르는 유지 링의 주요 모서리의 효과적인 직선 속도는 연마 패드 속도, 캐러셀 속도 및 헤드속도의 조합이라기 보다는 적절한 매개변수이다.For a single head grinder (eg, including a grinder of the type in which the polishing pad rotates, the head rotates and the head vibrates back and forth in a linear reciprocating motion), the same parameters are expected to be suitable, but across the pad The effective linear speed of the major edge of the retaining ring is a suitable parameter rather than a combination of polishing pad speed, carousel speed and head speed.
독창적인 유지 링 구조물에 적합한 본 발명의 한 실시예에서, 유지 링사의 20도 전이각은 종래의 사각 모서리의 유지 링 모서리 설계를 넘는서는 실제적인 이점을 제공한다. 전이 구역은 웨이퍼가 그 지역에 들어서기 전에 패드를 미리 압착하고 매끄럽게 할 수 있고, 그 때문에 웨이퍼의 모서리상의 링잉 마크를 제거하게 한다.In one embodiment of the invention suitable for the original retaining ring structure, the 20 degree transition angle of the retaining ring yarn provides a practical advantage over conventional retaining edge edge designs of square corners. The transition zone can pre-squeeze and smooth the pad before the wafer enters the area, thereby removing ringing marks on the edge of the wafer.
그러므로, 도13에 도시된 구조물의 경우, 특히 20도 각으로 모따기 가공된 조합체는 기재된 시스템의 경우에 뛰어나 결과를 보여주지만, 평행 및 수직 사이에서 변화하는 다른 수정된 전이 구역 구조물은 일예로 방사 형태의 전이 형태, 타원형 형태, 표면(201, 209) 사이에서 단 하나의 모따기부를 구비한 선형 전이 구역, 및 전이 구역에서 상이한 각 및 더 많은 표면을 제공하는 형태를 포함하는 다른CMP 폴리셔 형태에 최적으로 될 수 있다.Therefore, in the case of the structure shown in Fig. 13, in particular the combination chamfered at a 20 degree angle shows excellent results for the described system, but other modified transition zone structures that vary between parallel and vertical are, for example, radially shaped. Optimal for other CMP polisher forms, including transition forms, elliptical forms, linear transition zones with only one chamfer between surfaces 201 and 209, and forms providing different angles and more surfaces in the transition zones. Can be
이제 간단하게 도14 내지 18과 관련하여 유지 링 어댑터(168)의 추가적인 자세한 사항을 기술한다. 도14는 도5의 연마 헤드에서 사용되는 독창적인 유지 링 어댑터의 실시예를 보여주는 도표형식의 기술이며 도15는 동일한 링의 또다른 모습을 도시한다. 도16은 도14의 유지 링 어댑터의 단면의 모습을 도시하며, 도17은 유지 링을 유지 링 어댑터에 부착한 방법의 단면의 자세한 모습을 도시한다. 도18은 링 구역으로 부터의 연마 슬러리를 제거하기 위한 세척 채널 및 오리피스의 추가의 세부를 도시한 것이다.We will now briefly describe additional details of retaining ring adapter 168 in relation to FIGS. FIG. 14 is a tabular technique showing an embodiment of the original retaining ring adapter used in the polishing head of FIG. 5, and FIG. 15 shows another view of the same ring. Figure 16 shows a cross-sectional view of the retaining ring adapter of Figure 14, and Figure 17 shows a detailed view of a cross section of the method for attaching the retaining ring to the retaining ring adapter. FIG. 18 shows additional details of the cleaning channels and orifices for removing abrasive slurry from the ring zone.
이러한 도면들과 관련하여, 유지 링 어댑터(168)은 적합한 강도, 크기의 안정성 및 헤드내의 구조물의 특징 등을 제공하기 위하여 전형적으로 금속으로 형성된다. 반면에, 유지 링은 연마 작동중 계속해서 연마 패드의 표면에 떠있고 환경과 양립해야만 하며, 또한 연마 작동에 해를 끼칠수도 있는 패드상에 재료를 침전시켜서는 안된다. 그러한 재료들은 전형적으로 본발명의 한 실시예에서 사용되는 테크론 재료와 같이 연성 재료들이다. 유지 링은 또한 마모 항목이다. 그러므로, 학설에서는 비록 최적의 특징을 가진 것은 아니지만 양쪽의 기능으로 사용될 수 있는 완전한 구조물일 지라도 별도의 유지 링 어댑터와 대체가능한 유지 링을 제공하는 것이 이익이다.In connection with these figures, retaining ring adapter 168 is typically formed of metal to provide suitable strength, stability of size, features of the structure within the head, and the like. On the other hand, the retaining ring must continually float on the surface of the polishing pad during the polishing operation and be compatible with the environment, and must not deposit material on the pad that may harm the polishing operation. Such materials are typically soft materials, such as the techron material used in one embodiment of the present invention. Retaining ring is also a wear item. Therefore, in theory, it would be beneficial to provide separate retaining ring adapters and replaceable retaining rings, even though they are not optimal features but may be complete structures that can be used for both functions.
유지 링 어댑터(168)는, 유지 링(166)을 주요 격판(162)에 부착시키는 방법을 제공하는 것에 더하여, (i) 서브캐리어(160)와 유지 링(166)( 및 유지 링 어댑터(168))사이에 또는 (ii) 유지 링(166)(및 유지 링 어댑터(168)) 및 하부 하우징(122) 사이에 모일수 있는 슬러리를 제거하기위한 다수의 T 모양의 채널 또는 오리피스를 포함한다. 도14 내지 18에 도시된 발명의 실시예에서, 다섯 개의 그러한 T 모양의 (또는 반대의 T 모양의) 채널들은 유지 링 어댑터(168)의 원주 둘레에 실질적으로 동일한 간격으로 침전되도록 제공된다. 제1의 수직적으로 하부 방향으로 뻗어 있는 (대략 0.115 인치 직경의) 구멍(177)은 서브캐리어 표면(185)에 근접한 표면(186)과 하부 하우징(122)의 내부면와 유지 링 어댑터(168)의 외부 무선 부분 사이의 지역과 이어져 있는 공간상의 통로 표면(196)사이에 제2의 수평적으로 뻗어 있는 보어(176) (대략 0.1인치 직경)와 교차하기 위하여 유지 링 어댑터(168)의 상부 표면으로 부터 약 0.125인치 정도 하부 방향으로 뻗어있다.The retaining ring adapter 168 provides a method of attaching the retaining ring 166 to the main diaphragm 162, in addition to (i) the subcarrier 160 and retaining ring 166 (and retaining ring adapter 168). )) Or (ii) a plurality of T-shaped channels or orifices for removing slurry that can collect between retaining ring 166 (and retaining ring adapter 168) and lower housing 122. In the embodiment of the invention shown in Figures 14-18, five such T-shaped (or vice versa) channels are provided to settle at substantially equal intervals around the circumference of the retaining ring adapter 168. A first vertically downwardly extending hole (177 approximately 0.115 inch in diameter) is provided with a surface 186 proximate the subcarrier surface 185 and an inner surface of the lower housing 122 and the retaining ring adapter 168. To the top surface of the retaining ring adapter 168 to intersect a second horizontally extending bore 176 (approximately 0.1 inch diameter) between the area between the outer wireless portion and the subsequent passageway surface 196 in space. From about 0.125 inches down.
비이온화수를 제1 오리피스를 통과하게 함으로써, 서브캐리어와 유지 링사이의 공간은 슬러리가 제거되고, 물을 제2 오리피스를 통과하게 함으로써, 유지 링과 하부 하우징 사이의 지역은 슬러리가 제거되는 것이 유지된다. 별도의 채널과 오리피스는 대안으로 링-하우징 지역과 링-서브캐리어 지역에 별개로 제공될 수 있으나, 그러한 구조물에 의한 특별한 이점은 없다. 방출 압력과 양은 적합한 제거 활동을 생산하도록 맞쳐져야만 한다. 이러한 오리피스의 세부는 또한 도18에 도시되어 있다. 회전 결합체(116)를 통하여 외부 수원으로 부터 유체를 고정구(197)에 전달하는 방법은 실행 세부이며 도시되어 있지 않다.By passing the non-ionized water through the first orifice, the space between the subcarrier and the retaining ring removes the slurry, and the water passes through the second orifice, whereby the area between the retaining ring and the lower housing is said to be free of slurry. maintain. Separate channels and orifices may alternatively be provided separately in the ring housing area and the ring subcarrier area, but there is no particular advantage with such a structure. The release pressure and amount must be tailored to produce a suitable removal activity. Details of this orifice are also shown in FIG. The method of delivering fluid from the external water source to the fixture 197 via the rotating assembly 116 is implementation detail and not shown.
발명의 한 실시예에서, 다섯 개의 0.100인치 T모양의 구멍 또는 채널은 헤드세척을 위하여 제공된다. 고압력 비이온화수는 축적된 슬러리를 제거하고 깨끗하게 하기 위하여 이러한 구멍을 통과하도록 된다. 유지 링 어댑터(168)의 최상 표면상에 0.20인치 스텝에 의한 0.45인치 넓이의 장소는 슬러리 침전물을 제거하기 위한 물흐름을 깨끗하게 하는 충분한 물리적 공간을 제공하며, 캐리어와 하우징 둘다와 관련하여 유지 링의 제약없는 운동을 유지하는 결과가 된다. 서브캐리어 및 유지 링의 자유로운 운동은 웨이퍼의 모서리에서 균일한 연마를 유지하는데 중요하다. 서브캐리어의 사각 모서리는 유지 링이 서브캐리어와 별도로 움직이도록 하며, 수직방향의 일정한 거리를 유지하도록 한다.In one embodiment of the invention, five 0.100 inch T-shaped holes or channels are provided for head cleaning. High pressure non-ionized water is allowed to pass through these holes to remove and clean accumulated slurry. A 0.45 inch wide area by 0.20 inch step on the top surface of the retaining ring adapter 168 provides sufficient physical space to clean the water flow to remove slurry deposits, and in relation to both the carrier and the housing, The result is an unrestricted exercise. Free movement of the subcarrier and retaining ring is important to maintain uniform polishing at the edges of the wafer. The square edge of the subcarrier allows the retaining ring to move separately from the subcarrier and to maintain a constant vertical distance.
서브캐리어(160)는 또한 추가적인 특징을 가진다. 한 실시예에서, 서브캐리어(160)는 200mm 웨이퍼에 적용되는 연마 도구의 변형의 경우 약 8인치 (한 특정한 실시예에서는 7.885인치)의 직경을 가지는 고체의 둥근 비다공성의 세라믹 디스크이다. (300mm 반도체 웨이퍼를 연마하거나 평탄화하기 위해 의도된 한 실시예에서, 서브캐리어는 약 12 인치(300mm)의 직경을 가진다.) 서브캐리어는 상부 및 하부 표면상에 사각의 모서리를 가지며 하부 표면은 평탄화 및 매끄러움을 위하여 겹쳐지게 된다. 6개의 진공 구멍(147) (0.040인치 직경)이 서브캐리어가 웨이퍼의 뒷면을 장착하는 서브캐리어의 하부 표면(164)상의 서브캐리어 통로내에 제공된다. 이 구멍들은 서브캐리어의 상부 중앙에서 단일 보어(184)와 유체 연통한다. 끼워맞춤 수형 나사 10-32 NPT 원터치 커넥터는 회전 결합체를 거쳐 배관 까지 그리고 진공, 압축공기 또는 물의 외부 공급원까지의 연결을 위해 서브캐리어의 상부면 상에 제공된다.Subcarrier 160 also has additional features. In one embodiment, subcarrier 160 is a solid, round, nonporous ceramic disk having a diameter of about 8 inches (7.85 inches in one particular embodiment) in the case of deformation of an abrasive tool applied to a 200 mm wafer. (In one embodiment intended to polish or planarize a 300 mm semiconductor wafer, the subcarrier has a diameter of about 12 inches (300 mm).) The subcarrier has square corners on the top and bottom surfaces and the bottom surface is planarized. And overlap for smoothness. Six vacuum holes 147 (0.040 inch diameter) are provided in the subcarrier passageway on the lower surface 164 of the subcarrier on which the subcarrier mounts the back side of the wafer. These holes are in fluid communication with a single bore 184 at the upper center of the subcarrier. Fit male thread 10-32 NPT one-touch connectors are provided on the upper surface of the subcarrier for connection to the piping via rotary unions and to external sources of vacuum, compressed air or water.
구멍들은 제1 구멍(184)을 서브캐리어(160)의 상부면 내로 보어링함으로써, 그후 6 개의 구멍을 서브캐리어의 원통형 모서리로부터 중앙 보어 구멍(184)으로 방사상 내향 보어링함으로써 형성된다. 6 개의 구멍은 그후 중앙 보어 구멍(184)으로의 연결을 완료하기 위해 6 개의 방사상 연장 구멍 또는 보어(191)와 교차할 때 까지 서브캐리어의 하부면으로부터 서브 캐리어면으로부터의 상향으로 보어링된다. 6 개의 수직 연장 구멍과 서브캐리어 위의 원통형 모서리 간의 방사상 연장 구멍들의 부분은 그후 공기, 진공, 압력 또는 물의 누설을 방지하기 위해 스테인레스강 플러그(181) 또는 다른 수단으로 채워진다. 이들 구멍들과 채널들은 웨이퍼를 서브캐리어에 보유하기 위해, 그리고 웨이퍼 언로딩 작업 중에 웨이퍼를 서브캐리어로부터 멀리 압박하도록 압축 공기 또는 물 또는 그들의 조합체를 제공하기 위해 웨이퍼의 후방측으로 진공을 공급하는 데 이용된다.The holes are formed by boring the first hole 184 into the top surface of the subcarrier 160, and then radially inward boring six holes from the cylindrical edge of the subcarrier to the central bore hole 184. The six holes are then bored upwards from the subcarrier surface from the bottom surface of the subcarrier until they intersect the six radially extending holes or bores 191 to complete the connection to the central bore hole 184. The portion of the radially extending holes between the six vertically extending holes and the cylindrical edge on the subcarrier is then filled with a stainless steel plug 181 or other means to prevent leakage of air, vacuum, pressure or water. These holes and channels are used to supply a vacuum to the back side of the wafer to retain the wafer on the subcarrier and to provide compressed air or water or a combination thereof to press the wafer away from the subcarrier during the wafer unloading operation. do.
이제 본 발명의 유지 링이 양호하게 패드(135)의 조절을 수행하는 이유에 대해 설명하기로 하낟. 도19는 링-패드 경계면에서 사각 모서리를 구비한 유지 링에 대해 가상 유지 링 연마 패드 상호 작용을 설명한 개략도이다. 이러한 예에서, 패드의 사각 모서리는 링의 모서리가 전방 하향으로 압축할 때 패드를 압축하여 상향 만곡시킨다. 패드는 링의 충격과, 웨이퍼 하방의 구역으로 연장하는 패드 내의 진동 발전을 경험하게 된다. 한편, 도시된 본 발명의 유지 링과 함께 링-패드 경계면에서 본 발명의 다중-평면 모따기 가공된 전이 구역을 구비한 유지 링의 경우에 유지 링과 연마 패드의 상호 작용은 패드 내에서 더 적은 진동을 야기하거나 또는 웨이퍼 표면에 도달하기 전에 소멸되는 더 적은 크기의 진동을 야기한다고 가정한다. 유익한 효과는 또한 링의 외부 방사상 모서리에서 유지 링의 단지 부분 구성 요소에 하향 압력을 인가함으로써, 그리고 더 적은 반경으로 압력을 점차적으로 증가시킴으로써 부분적으로 달성된다. 실제에, 전이 구역은 링 하방의 패드를 안내하고 패드가 통과할 때 압력을 증가시켜 패드 상의 링의 충격을 줄이고 더 점차적으로 힘을 인가시킨다.We will now explain why the retaining ring of the present invention performs the adjustment of the pad 135 well. Figure 19 is a schematic diagram illustrating virtual retention ring polishing pad interaction for a retention ring with square edges at the ring-pad interface. In this example, the square edge of the pad compresses the pad and curves upward when the edge of the ring compresses forward downward. The pads experience the impact of the ring and the vibrational development in the pads extending into the area under the wafer. On the other hand, in the case of a retaining ring having the multi-planar chamfered transition zone of the present invention at the ring-pad interface with the retaining ring of the present invention shown, the interaction of the retaining ring and the polishing pad results in less vibration in the pad. Or a less magnitude of vibration that dissipates before reaching the wafer surface. The beneficial effect is also partially achieved by applying downward pressure to only a partial component of the retaining ring at the outer radial edge of the ring, and by gradually increasing the pressure to a smaller radius. In practice, the transition zone guides the pad under the ring and increases pressure as the pad passes, reducing the impact of the ring on the pad and applying force more gradually.
이제 본 발명의 구조 및 방법과 관련된 헤드 웨이퍼 로딩/언로딩 및 연마 과정의 3 개의 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도21은 헤드 웨이퍼 로딩 과정(501)의 플로우차트를 도시한 것이다. 이러한 과정은 본 발명의 바람직한 실시예에서 수행되는 몇몇 단계를 포함하는 것을 알 수 있고, 그러나 설명된 단계 모두는 필수 단계가 아니며 몇몇 최적의 단계가 전체 과정에서 최적의 결과를 위해 제공됨을 알 수 있다.Three embodiments of a head wafer loading / unloading and polishing process related to the structure and method of the present invention will now be described. 21 shows a flowchart of the head wafer loading process 501. It can be seen that this process includes several steps performed in the preferred embodiment of the present invention, but it is understood that not all of the described steps are essential steps and that some optimal steps are provided for optimal results throughout the process. .
로봇식 웨이퍼 취급 장치는 특히 공정들이 클린룸 환경에서 수행되는 반도체 산업에서 공통으로 이용된다. 이러한 관계에 있어서, 헤드 로딩 모듈(HLM)과 헤드 언로딩 모듈(HULM)은 웨이퍼를 연마용 CMP 공구에 제공하고 연마가 완료될 때 CMP 공구로부터 웨이퍼를 수용하기 위해 제공된다. HLM과 HULM이 동일한 로봇인 경우에도, 2 개의 별도의 기계가 이용될 수 있고, 하나는 청정 건조 웨이퍼를 제공하고 다른 하나는 연마 슬러리로 코팅된 습윤 웨이퍼를 수용한다. 일반적으로 HLM과 HULM은 고정부와, 회전 능력을 포함하고 로봇손, 패들, 또는 다른 웨이퍼 파지 수단을 3차원으로 이동시키는 분절 아암부를 포함한다. 로봇손은 웨이퍼를 저장 위치로부터 CMP 공구로 이동시키기 위해 컴퓨터 제어 하에서 이동되고 연마 또는 평탄화가 완료된 후에 물 또는 또 다른 저장 위치로 복귀된다. 이하의 과정을 HLM 또는 HULM이 CMP 공구와 상호 작용하는 더 구체적으로는 웨이퍼 캐리어 조립체의 요소들과 상호 작용하는 방식이라 부른다.Robotic wafer handling devices are commonly used, especially in the semiconductor industry, where processes are performed in clean room environments. In this relationship, the head loading module (HLM) and the head unloading module (HULM) are provided to provide the wafer to the polishing CMP tool and to receive the wafer from the CMP tool when polishing is complete. Even if the HLM and HULM are the same robot, two separate machines can be used, one providing a clean dry wafer and the other receiving a wet wafer coated with an abrasive slurry. HLMs and HULMs generally include a fixed portion and a segmented arm portion that includes rotational capability and moves the robot hand, paddle, or other wafer holding means in three dimensions. The robot hand is moved under computer control to move the wafer from the storage location to the CMP tool and returned to water or another storage location after polishing or planarization is complete. The following process is called the manner in which the HLM or HULM interacts with the CMP tool and more specifically with the elements of the wafer carrier assembly.
우선, 웨이퍼의 헤드로의 로딩이 개시된다 (단계 502). 이는 "원" 위치로부터 "헤드" 위치로의 HLM 로봇 아암의 제어된 운동을 포함한다(단계 503). HLM의 원 위치는 로봇 로딩 아암이 캐러셀의 외부에 있고 헤드로부터 멀리 떨어져 있는 위치이다. 헤드 위치는 로봇 아암이 연마 헤드 하방에서 캐러셀 바로 아래로 연장하고 웨이퍼를 장착용 헤드에 제공하는 곳의 로봇 아암의 위치이다. 단계 504에서, 헤드 서브캐리어는 압력의 영향 하에서 챔버(P2)(132) 내로 (하향) 연장하여 캐리어면은 유지 링의 하부 모서리 하방으로 연장하고, 로봇 아암은 그후 웨이퍼를 캐리어면에 대해 압박하도록 상향 연장한다. 스프링이 마련되어 웨이퍼를 손상시킬 수 있는 거친 접촉을 피하게 된다. 다음으로, HLM 노즐은 DI수를 헤드 상으로 선택적으로 분무하고, 헤드 플러시 밸브는 작동되어 밸브는 밸브를 통과하는 DI수에 대해 개방된다(단계 505). HLM은 그후 "원" 위치로 복귀되고 웨이퍼에 로딩된다(단계 506). 그후, HLM은 "헤드" 위치로 진행한다(단계 507). 다음에, 컴퓨터는 작동되는 것을 확인하기 위해 헤드 진공 스위치를 점검한다(단계 508). 작용 헤드 진공 스위치는 헤드가 로봇의 연장 아암으로부터 웨이퍼를 집어 올릴수 있도록 진공이 작용하는 것을 보증하기 때문에 중요하다. 헤드 진공 스위치가 작동되지 않게 되면, 헤드 세척 사이클은 작용 헤드 진공 스위치가 검증될 때 까지 단계 502에서 시작이 반복되고, 웨이퍼를 수용할 준비가 되도록 헤드 서브캐리어 진공이작동되는 것을 확실히 한다(단계 509).First, loading of the wafer into the head is started (step 502). This includes the controlled movement of the HLM robot arm from the "circle" position to the "head" position (step 503). The original position of the HLM is where the robot loading arm is outside the carousel and far from the head. The head position is the position of the robot arm where the robot arm extends under the polishing head just below the carousel and provides the wafer to the mounting head. In step 504, the head subcarrier extends (downward) into chamber P2 132 under the influence of pressure so that the carrier surface extends below the lower edge of the retaining ring, and the robot arm then presses the wafer against the carrier surface. Extend upward Springs are provided to avoid rough contact that could damage the wafer. Next, the HLM nozzle selectively sprays DI water onto the head and the head flush valve is actuated to open the valve for DI water passing through the valve (step 505). The HLM is then returned to the "raw" position and loaded onto the wafer (step 506). The HLM then proceeds to the "head" position (step 507). Next, the computer checks the head vacuum switch to confirm operation (step 508). The acting head vacuum switch is important because it ensures that the vacuum acts so that the head can pick up the wafer from the robot's extension arm. If the head vacuum switch is deactivated, the head cleaning cycle ensures that the head subcarrier vacuum is activated (step 509) to repeat the start in step 502 until the working head vacuum switch is verified and ready to accept the wafer. ).
HLM은 헤드 웨이퍼 로딩 위치로 이동하고(단계 510), 헤드 서브캐리어는 HLM으로부터 웨이퍼를 집어 올린다(단계 511). 다음으로, 웨이퍼의 후방측에서 ??니공을 인가하는 서브캐리어에 의해 웨이퍼가 집어 올려졌는지를 결정하고, 웨이퍼가 서브캐리어 상에 있다면, 헤드 서브캐리어는 부착된 웨이퍼와 함께 수축되고(단계 512), 그후 웨이퍼 연마 과정이 개시된다(단계 513). 한편, 웨이퍼가 서브캐리어 상에 있지 않게 되면, HLM은 하향 이동하고 그후 웨이퍼를 헤드 상으로의 재차 로딩을 위해 상향 복귀되고(단계 514) 웨이퍼가 서브캐리어 상에 있는 것을 확인할 때 까지 단계 510 내지 511을 반복한다.The HLM moves to the head wafer loading position (step 510) and the head subcarrier picks up the wafer from the HLM (step 511). Next, at the rear side of the wafer, it is determined whether the wafer is picked up by the subcarrier applying the niche, and if the wafer is on the subcarrier, the head subcarrier is shrunk with the attached wafer (step 512). The wafer polishing process then begins (step 513). On the other hand, if the wafer is not on the subcarrier, the HLM moves down and then is returned upward for loading again onto the head (step 514) and steps 510 to 511 until it is confirmed that the wafer is on the subcarrier. Repeat.
이제 웨이퍼 연마 과정은 연마 과정(단계 521)의 개략 플로우차트를 도시한 도22에 대해 설명하기로 한다. 웨이퍼 연마는 전술된 대로 웨이퍼가 서브캐리어 상에 로딩된 후에 개시된다(단계 522). 터릿 및 캐러셀 조립체에 부착된 연마 헤드는 연마 위치로 하향 이동되어 웨이퍼는 플래튼에 부착된 연마 패드와 접촉 배치되고, 웨이퍼를 서브캐리어에 부착하는 것을 지원하는 헤드 웨이퍼 후방측 진공은 작동 중지된다(단계 523). 그후 진공 밸브는 폐쇄되고 연마 직전 까지 폐쇄되게 된다. 그후 밸브는 개방되고, 연마 전에 웨이퍼 존재를 확인하기 위해 점검되고 그후 다시 폐쇄된다(단계 524). 이러한 단계의 프로세스에서, 진공 스위치는 정상적으로 작동 중지되어야 하고, 진공 스위치가 온으로 되면, 경보가 청각, 시각 또는 다른 표시기 형태로 발생된다(단계 525). 진공 스위치가 오프로 되면, 프로세스는 공기압을 헤드 챔버(P1)와 챔버(P2)의 각각의 2 개의 챔버에 인가함으로써 진행한다(단계 526, 527). 챔버(P1)에 인가된 공기 또는 다른 유체 압력은 서브캐리어 상의 압력 또는 힘을 제어하고 그 결과 연마 압력은 연마 패드의 대향면에 대해 웨이퍼의 전방면 상에 가해진다(단계 526). 챔버(P2)에 인가된 공기 또는 유체 압력은 유지 링에 대해 가해진 압력을 제어하고 그 압력은 유지 링에 의해 형성된 포켓 내에 웨이퍼를 유지하고 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼의 모서리에서 비선형 연마 효과를 제거하기에 최적인 상태로 웨이퍼의 모든 모서리 바로 근방에 연마 패드를 배치시키는 작용을 한다(단계 527).The wafer polishing process will now be described with reference to FIG. 22, which shows a schematic flowchart of the polishing process (step 521). Wafer polishing is initiated after the wafer is loaded onto the subcarrier as described above (step 522). The polishing head attached to the turret and carousel assembly is moved downward to the polishing position so that the wafer is placed in contact with the polishing pad attached to the platen and the head wafer backside vacuum that assists attaching the wafer to the subcarrier is deactivated. (Step 523). The vacuum valve then closes and closes just before polishing. The valve is then opened, checked to confirm wafer presence prior to polishing and then closed again (step 524). In this stage of the process, the vacuum switch should be shut down normally, and when the vacuum switch is turned on, an alarm will be generated in the form of an audible, visual or other indicator (step 525). When the vacuum switch is turned off, the process proceeds by applying air pressure to each of the two chambers of the head chamber P1 and the chamber P2 (steps 526 and 527). The air or other fluid pressure applied to the chamber P1 controls the pressure or force on the subcarrier so that the polishing pressure is applied on the front side of the wafer relative to the opposite side of the polishing pad (step 526). The air or fluid pressure applied to the chamber P2 controls the pressure applied to the retaining ring, which pressure maintains the wafer in the pocket formed by the retaining ring, polishes the wafer and removes the nonlinear polishing effect at the edge of the wafer. In an optimal state, the polishing pad is placed immediately near all edges of the wafer (step 527).
본 발명의 모따기 가공된 웨이퍼 서브캐리어를 포함하는 본 발명의 실시예에서, 공기압은 서브캐리어의 모서리 상의 압력 또는 힘의 추가 제어를 위해 챔버(P3)(각각의 다른 서브캐리어 챔버로의 다중 챔버식 형태)에 인가되고 그 결과 연마 압력은 연마 패드의 대향면에 대해 웨이퍼의 전방면의 주연부 상에 가해진다. 마찬가지로, 다중 홈을 갖는 다중 챔버식 실시예에서, 공기압은 서브캐리어의 각각의 구역 상의 압력 또는 힘을 제어하기 위해 각각의 서브캐리어 챔버에 인가되고 그 결과 연마 압력은 연마 패드의 대향면에 대해 웨이퍼의 전방면의 구역(대개 환상 구역) 내에 가해진다.In an embodiment of the present invention which includes the chamfered wafer subcarrier of the present invention, the air pressure is controlled by the chamber P3 (multi-chambered to each other subcarrier chamber) for further control of the pressure or force on the edge of the subcarrier. Form) and the resulting polishing pressure is applied on the periphery of the front face of the wafer with respect to the opposing face of the polishing pad. Likewise, in a multi-chambered embodiment with multiple grooves, air pressure is applied to each subcarrier chamber to control the pressure or force on each zone of the subcarrier so that the polishing pressure is applied to the wafer against the opposite side of the polishing pad. Is applied within the region of the front face (usually an annular region).
비챔버식 서브캐리어의 논의로 돌아가서, 2 개의 챔버 내의 적절한 압력이 형성되게 되면 플래튼 모터가 통전되고(단계 528), 캐러셀 모터 및 헤드 모터는 모든 플래튼 캐러셀 및 헤드 모터를 소정 방식으로 회전하도록 통전되어 (단계 529) 웨이퍼의 연마가 개시된다(단계 530). 웨이퍼가 연마된 후에, (브릿지 조립체에 부착된) 헤드 및 캐러셀은 연마 헤드로부터 멀리 상승되고(단계 531), 헤드 서브캐리어는 웨이퍼가 패드로부터 쉽게 분리될 수 있도록 헤드 내부의 최하 위치로부터 최상 위치로 수축된다(단계 532). 웨이퍼 언로딩 과정이 완료된 연마가 개시된다(단계 530).Returning to the discussion of the unchambered subcarriers, once the proper pressure in the two chambers has been established, the platen motor is energized (step 528), and the carousel motor and the head motor drive all platen carousel and head motors in a predetermined manner. Energized to rotate (step 529) and polishing of the wafer is initiated (step 530). After the wafer has been polished, the head and carousel (attached to the bridge assembly) are raised away from the polishing head (step 531) and the head subcarrier is positioned from the lowest position inside the head so that the wafer can be easily separated from the pad. (Step 532). Polishing is completed when the wafer unloading process is complete (step 530).
이제 웨이퍼 언로딩 과정(단계 541)을 도23의 개략 플로우차트에 대해 설명하기로 한다. 헤드 서브캐리어를 헤드 언로딩 모듈(HULM)을 향해 연장함으로써(단계 543) 웨이퍼 언로딩은 개시된다(단계 542). 다음으로, HULM은 "헤드" 위치로 이동된다(단계 544). 다음으로, 헤드 플러시 작업은 서브캐리어와 유지 링 사이의 공간을 세척하도록 개시되고(단계 545), 유지 링 부분과 하부 하우징 사이의 공간을 세척하도록 개시된다(단계 546). 헤드 플러시 스위치 "온" 작동은 이온제거(DI)수를 압력 하에서 외부 공급원으로부터 (스핀들(119)을 포함하는) 회전 결합체(116)로 그리고 장착 어댑터(121)를 거쳐 헤드 내로 보내도록 하고 배관과 고정구를 거쳐 캐리어-링 플러시 오리피스와 링-하우징 플러시 오리피스로 연통되게 한다. 퍼지 작동(단계 545)은 또한 이온 제거수를 서브캐리어의 상부면에서의 중앙 보어(184)를 거쳐 그리고 방사상 연장 보어 또는 채널(191)과 중앙 보어로부터 서브캐리어-웨이퍼 장착면으로 연장하는 구멍(147)을 거쳐 웨이퍼의 후방측으로 인가함으로써 수행된다. 작동 삽입체가 서브캐리어-웨이퍼 장착면과 웨이퍼의 후방측 사이에 제공될 때, 구멍은 또한 삽입체를 통해 제공되어 이온 제거수, 압축 공기 또는 진공은 삽입체를 통해 이용될 수 있다. 퍼지 작업은 또한 서브캐리어를 밀어내게 될 때 웨이퍼를 수용하도록 근접되어 있는 HULM 상으로 웨이퍼를 밀어내도록 서브캐리어 구멍을 통한 고압 청정 건조 공기(CDA)의 이용을 포함한다(단계546). 만약 제1 퍼지 작업후에 웨이퍼가 서브캐리어에서 HULMH 상으로 압박되면, HULM은 원래 위치로 복귀된다. 불행히도, 단일 퍼지 사이클은 웨이퍼를 서브캐리어로부터 압박하는 데 항상 충분하지 않을 수도 있고 그후 HULM은 하부방향으로 이동된다. 그 과정은 추가적인 퍼지 사이클을 가지고 웨이퍼가 서브캐리어로부터 제거되어 HULM에 의해서 포착될때 까지 단계545에서 시작하여 반복된다.The wafer unloading process (step 541) will now be described with respect to the schematic flowchart of FIG. Wafer unloading is initiated by extending the head subcarrier towards the head unloading module HULM (step 543) (step 542). Next, the HULM is moved to the "head" position (step 544). Next, the head flush operation is initiated to clean the space between the subcarrier and the retaining ring (step 545) and to clean the space between the retaining ring portion and the lower housing (step 546). Head flush switch “on” operation allows deionized (DI) water to be sent under pressure from an external source to the rotating assembly 116 (including the spindle 119) and via the mounting adapter 121 into the head and It communicates with the carrier-ring flush orifice and the ring-housing flush orifice via a fixture. The purge operation (step 545) also allows the removal of deionized water through the central bore 184 at the top surface of the subcarrier and through the radially extending bore or channel 191 and the central bore to the subcarrier-wafer mounting surface ( 147) to the rear side of the wafer. When an actuation insert is provided between the subcarrier-wafer mounting surface and the back side of the wafer, holes are also provided through the insert such that deionized water, compressed air or vacuum can be used through the insert. The purge operation also includes the use of high pressure clean dry air (CDA) through the subcarrier holes to push the wafer onto the HULM that is in close proximity to receive the wafer when the subcarrier is pushed out (step 546). If the wafer is pressed onto the HULMH on the subcarrier after the first purge operation, the HULM returns to its original position. Unfortunately, a single purge cycle may not always be enough to push the wafer out of the subcarrier and then the HULM is moved downwards. The process is repeated beginning with step 545 with additional purge cycles until the wafer is removed from the subcarrier and captured by the HULM.
또 다른 실시예 - 챔버식 서브캐리어Another embodiment-chamber subcarrier
지금까지 부상 웨이퍼 캐리어 (또는 서브캐리어)와 유지 링을 가지는 화학적 기계적 연마 헤드 조립체의 구조물과 방법의 몇가지 실시예를 설명하였고 우리는 이제 몇가지 추가적인 다른 실시예를 설명하기로 한다. 바로 다음에 설명하는 특히 추가적인 다른 실시예는 반도체 웨이퍼 서브캐리어와 같은 기판 서브캐리어로 방향을 돌린 것이며, 우리는 편의를 위해 이를 이미 설명한 서브캐리어(160)의 특징과 동일한 특징 및 몇가지 추가적인 특징이 있는 홈이 패인 서브캐리어(160')로 언급하겠다. 추가적인 독창적인 서브캐리어를 충족시키기 위해 요구되는 화학적 기계적 연마 헤드 조립체에 대한 변화뿐만 아니라 이러한 추가적인 특징을 이하에서 자세히 설명한다.Some embodiments of the structure and method of a chemical mechanical polishing head assembly having a floating wafer carrier (or subcarrier) and a retaining ring have been described so far and we will now describe some additional alternative embodiments. Another particularly specific embodiment described immediately after is directed to a substrate subcarrier, such as a semiconductor wafer subcarrier, and for convenience we have the same features as some of the features of subcarrier 160 already described and some additional features. It will be referred to as a recessed subcarrier 160 '. These additional features are described in detail below, as well as changes to the chemical mechanical polishing head assembly required to meet additional inventive subcarriers.
홈이 패인 서브캐리어(160')에 의해서 제공되는 추가적인 특징이 좀 더 신속하게 이해될 수 있도록 먼저, 우리는 도24와 관련하여 서브캐리어(160)의 특징 몇가지에 대해 설명하기로 한다. 일실시예에서, 서브캐리어(160)는 대략 200mm 또는 300mm의 반도체 웨이퍼를 장착하거나 운반하는데 적합한 직경을 가지는 단단하고 둥근 비다공성의 세라믹 디스크이다. 지금까지 서브캐리어(160)는 연마 헤드의 두개의 압력 챔버 실시예와 연관지어 설명되어 왔다. 제1 압력 챔버는 유지 링 조립체에 대해서 압력을 가하고 제2 압력 챔버는 서브캐리어에 대해서 그리고 간접적으로 웨이퍼에 대해서 압력을 가한다. 서브캐리어(160)는 원통면(85)과 근접한 상부 표면(163) 및 하부표면(164)사이에 사각의 모서리를 가지고 있다. 하부 표면(164)은 평탄함과 매끄러움을 위해서 편리하게 겹쳐져 있다. 도24에서, 홈이 패인 서브캐리어(160')와 관련하여 이어서 설명되는 표면의 특징이 좀 더 신속하게 보여지도록 도면에서 하부 표면(164)이 돌출되어 있다.In order for the additional features provided by the recessed subcarrier 160 'to be understood more quickly, we first describe some of the features of the subcarrier 160 with reference to FIG. In one embodiment, subcarrier 160 is a rigid, round, nonporous ceramic disk having a diameter suitable for mounting or transporting a semiconductor wafer of approximately 200 mm or 300 mm. To date, subcarrier 160 has been described in connection with two pressure chamber embodiments of a polishing head. The first pressure chamber presses against the retaining ring assembly and the second pressure chamber presses against the subcarrier and indirectly against the wafer. Subcarrier 160 has a rectangular edge between upper surface 163 and lower surface 164 proximate cylindrical surface 85. The bottom surface 164 is conveniently stacked for flatness and smoothness. In FIG. 24, the lower surface 164 is protruded in the figure so that the features of the surface described below in relation to the recessed subcarrier 160 'are more quickly seen.
유체 연통 채널은 서브캐리어의 하부 표면(164)상의 구멍 또는 오리피스(147) 개구를 연결하는 서브캐리어(160)에서 제공된다. 이러한 구멍들은 (가능하게는 선택적 중합체 또는 다른 가요성 막 삽입체를 개재함으로써) 웨이퍼의 후방측으로부터 서브캐리어로 웨이퍼(113)을 들어올려 유지하는 것을 지원하도록 진공과 연통한다. 구멍들은 또한 웨이퍼를 서브캐리어로부터 배출하는 것을 지원하도록 압축 공기 또는 유체를 통과시키는 데 이용될 수 있다. 이들 구멍들은 중앙 보어 구멍(184)와의 연결을 완료하기 위해 서브캐리어(160)의 중앙에서 6개의 방사상 연장 보어(191)를 통해 단일 보어(184)에 유체 연통된다. 그후, 6개의 수직 연장 구멍(147)와 서브캐리어(160)의 원통형 가장자리(185)사이에 방사상 연장 보어 부분은 스테인레스강 플러그(181) 또는 공기, 진공, 압력 또는 물의 누설을 막기위한 다른 방법으로 채워진다. 물론 구멍(147)의 수는 서브캐리어 또는 웨이퍼의 비틀림없이 진공 압력이 발전되도록 임의의 구멍의 수로도 될 수 있다. 진공 압력이 회전 결합체를 통하여 외부 공급원으로 부터 회전 헤드 및 서브캐리어까지연통되는 방식은 이미 설명하였다.A fluid communication channel is provided at the subcarrier 160 that connects the aperture on the bottom surface 164 of the subcarrier or the opening of the orifice 147. These holes are in communication with the vacuum to assist in lifting and holding the wafer 113 from the back side of the wafer to the subcarrier (possibly via an optional polymer or other flexible film insert). The holes may also be used to pass compressed air or fluid to assist in ejecting the wafer from the subcarrier. These holes are in fluid communication with a single bore 184 through six radially extending bores 191 at the center of the subcarrier 160 to complete the connection with the center bore hole 184. Thereafter, the radially extending bore portion between the six vertically extending holes 147 and the cylindrical edge 185 of the subcarrier 160 may be a stainless steel plug 181 or other means of preventing the leakage of air, vacuum, pressure or water. Is filled. Of course, the number of holes 147 can be any number of holes so that vacuum pressure develops without twisting the subcarrier or wafer. The manner in which the vacuum pressure is communicated from the external source to the rotating head and the subcarrier via the rotating assembly has already been described.
우리는 이제 일반적으로 하부 표면(164)에서 보이는 서브캐리어(160')의 사시도인 도25와 서브캐리어를 통한 부분 단면도인 도26과 관련 대안의 홈이 패인 서브캐리어(160')을 설명하기로 한다. 본 발명의 이 실시예는 웨이퍼의 원주 주변 모서리에 혹은 근처에 웨이퍼의 고르고 더 큰 균일성을 획득하기 위한 것이다. 독창적인 부상 유지 링 조합체와 부상 캐리어가 설명과 같이 사용될 때조차 웨이퍼 모서리에 혹은 근처에 연마하는데 있어 일부 사소한 잉여 비균일성 또는 비평평함이 있을수 있다. 이러한 잉여량은 일반적으로 1 마이크론 또는 그 이하이고 더 많거나 작을 수 있지만 많은 경우 약 0.1 마이크론 정도이다.We will now describe FIG. 25, which is a perspective view of the subcarrier 160 'generally seen at the lower surface 164, and FIG. 26, which is a partial cross-sectional view through the subcarrier, and the related alternative recessed subcarrier 160'. do. This embodiment of the present invention is for obtaining even and even uniformity of the wafer at or near the circumferential edge of the wafer. Even when the original flotation retaining ring combination and flotation carrier are used as described, there may be some minor surplus non-uniformity or flatness in polishing at or near the edge of the wafer. This surplus is generally 1 micron or less and may be more or less, but in many cases about 0.1 micron.
서브캐리어(160')는 단독으로 사용되거나 앞서 설명한 헤드 장착 조립체(104) 및 유지 링 조립체(167)을 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체(106)와 결합하여 사용될 수 있는 서브캐리어의 개선된 실행체이다. 서브캐리어(160)와 비교하여 서브캐리어(160')상에서 주요한 변화는 홈, 강 또는 일반적으로 탄력성이 있거나 휘어지기 쉬운 막을 형성하는 비다공성 재료 시트(251)와 결합하여 사용될 때, 정압이 웨이퍼(113)의 후면에서 힘을 가하도록 적용되어 그로 인하여 홈(250) 근처 웨이퍼상에 연마 압력이 증가할 때 연장하거나 연장을 시도하는 제3 압력 챔버를 형성하는 함몰부(250)를 추가한 것이다. 우리는 이러한 압력을 모서리 전이 챔버 압력(ETC)로 언급한다. 몇몇 예에서, 부압 또는 진공을 홈에 적용하는 것이 바람직할 수 있고 재료 시트(251)가 적어도 어느정도 압축성이 있을 때, 홈에 인접한 환상 지역에 연마 압력이 감소된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 비다공성 재료 시트(251)는 예를 들면, 웨이퍼 연마 산업에서 관례상 사용되는 것과 같은 삽입체(161)가 될 수도 있다. 로델 DF200 삽입체 또는 보강막 또는 R200 보강막은 예를 들면 재료 시트(251)로 사용될 수 있다. 로델DF200 (로델 부품 번호. A00736, 제품타입 DF200)은 23 내지 27 mil(0.58 내지 0.69mm 밀리미터)의 공칭 두께, 약 4.0 내지 16.0 퍼센트의 압축성 및 고 전단 접착제에 근거한 합성 고무를 잦춘 중간 점성의 2중 코팅 폴리에스테르로서 제공된다. 이러한 삽입체의 깨끗한 공간 버전은 적용중에 제거되는 톡별하지 않은 생성 0.002 인치 실리콘 PET 방출 라이너를 가진다.The subcarrier 160 ′ is an improved implementation of the subcarrier that can be used alone or in combination with the wafer carrier assembly 106 including the head mount assembly 104 and retaining ring assembly 167 described above. The major change on the subcarrier 160 'compared to the subcarrier 160 is that when used in conjunction with a groove, steel or non-porous material sheet 251 that forms a film that is generally elastic or flexible, the positive pressure is increased in the wafer ( A depression 250 is added to form a third pressure chamber that is applied to exert a force on the backside of 113 and thereby extends or attempts to extend as the polishing pressure increases on the wafer near the groove 250. We refer to this pressure as the edge transition chamber pressure (ETC). In some instances, it may be desirable to apply a negative pressure or vacuum to the groove and when the sheet of material 251 is at least somewhat compressible, the polishing pressure is reduced in the annular region adjacent to the groove. In some embodiments of the present invention, nonporous material sheet 251 may be an insert 161, for example, as is customarily used in the wafer polishing industry. A Rodel DF200 insert or reinforcement film or R200 reinforcement film can be used as the material sheet 251, for example. Rodel DF200 (Rodel Part No. A00736, type DF200) has a nominal thickness of 23 to 27 mils (0.58 to 0.69 mm millimeters), about 4.0 to 16.0 percent compressibility, and a moderately viscous 2 with synthetic rubber based on high shear adhesives. It is provided as a heavy coating polyester. The clean space version of this insert has a non-produced 0.002 inch silicone PET release liner that is removed during application.
이 챔버로 주입되는 유체의 양을 조절함으로써, 또는 이 제3 압력 챔버P3 내의 압력을 변경함으로써, 웨이퍼로부터 제거되는 재료의 양은 좀 더 균일하게 연마되거나 평탄화된 기판 (웨이퍼) 표면을 달성하는데 최적화될 수 있다. 홈을 가진 서브캐리어의 또다른 실시예들은 공유의 압력 출처를 가지는 중심이 같은 홈들과 같은 복수의 홈을 가지거나 각각이 별개의 압력 출처를 가지는 복수의 홈을 가지는 서브캐리어이다. 후자의 복수의 홈 실시예(도27 참조)는 중앙으로부터 웨이퍼의 모서리까지의 다른 방사상 거리에서 제공되는 적합한 연마력 프로파일을 허용한다.By adjusting the amount of fluid injected into this chamber, or by changing the pressure in this third pressure chamber P3, the amount of material removed from the wafer can be optimized to achieve a more uniformly polished or planarized substrate (wafer) surface. Can be. Still other embodiments of grooved subcarriers are subcarriers having a plurality of grooves, such as concentric grooves having a shared pressure source, or a plurality of grooves, each having a separate pressure source. The latter plurality of groove embodiments (see Figure 27) allow for a suitable polishing force profile provided at different radial distances from the center to the edge of the wafer.
홈(250)에서 발전한 압력이 비다공성 시트 재료(251, 161) 및 웨이퍼(113)와 협력하는 방식은 도26에 개략적으로 도시되어 있다. 일정 기압이 유지되는 가스 또는 액체와 같은 일정 기압(정압 또는 부압)이 유지되는 유체 그러나 대개는 명확하게 일정 기압이 유지되는 공기는 회전결합체, 배관 및 고정구의 가능한 출입구를 통하여 웨이퍼 캐리어 조합체(106)에 도입되어 중앙 보어(184')에 도입된다. 중앙보어(184')로부터 일정 기압이 유지되는 공기는 서브캐리어의 하부 표면상에 홈(250)과 교차하기 위하여 방사상 연장하는 보어(191')로부터 연장하는 유사한 다수의 구멍와 교차하는 한 개 또는 그 이상의 방사상 연장되는 보어(191')에 연통된다. 단일 채널이 일정 기압이 유지되는 공기를 홈까지 연통하는데 사용될 수 있는 반면, 홈 전체에 걸쳐 균일한 압력을 유지하는 바람직함 및 서브캐리어내에 공극이 있는 지역의 치수를 작게 유지하는 구조적 이점은 다수의 채널이 특별한 실시예에서는 6개의 채널이 제공됨을 암시한다.The manner in which the pressure developed in the groove 250 cooperates with the non-porous sheet material 251, 161 and the wafer 113 is schematically illustrated in FIG. 26. A fluid that maintains a constant pressure (positive or negative pressure), such as a gas or liquid that maintains a constant pressure, but usually clearly maintains a constant pressure, the wafer carrier assembly 106 through a possible entrance to the rotary assembly, tubing and fixtures. Is introduced into the central bore 184 '. Air maintained at a constant pressure from the central bore 184 'is one or more of which intersects a plurality of similar holes extending from the radially extending bore 191' to intersect the groove 250 on the lower surface of the subcarrier. Communication with the above radially extending bore 191 '. While a single channel can be used to communicate air at a constant pressure to the groove, the desirability of maintaining a uniform pressure throughout the groove and the structural advantages of keeping the dimensions of the voided area within the subcarrier small are numerous The channel implies that six channels are provided in this particular embodiment.
이 특별한 실시예에서, 중앙 보어(184'), 방사상 연장하는 보어(191') 및 구멍 부분(147')은 웨이퍼 후면 진공/압력 적용 구조물과 비교하여 지금 설명하는 실시예에서는 중앙 보어가 다른 압력 출처, 하부 서브캐리어 표면상에 직접이라기 보다는 채널(250)내에 구멍(147') 개구를 가지고 연통한다는 것과 후면 진공/압력이 4개의 새로운 구멍(260)상의 별개의 진공 압력 회로 개구에 의해서 제공된다는 점을 제외하며 이전에 설명된 것과 동일한 구조물인 것 처럼 보인다. 이러한 변화는 서브캐리어의 모서리와 관련되어 있는 홈(250)이 위치한 이래로 제공되어져 왔고 홈에 적용되는 압력의 균일성은 이전에 설명한 실시예에서 웨이퍼 후면 진공/압력 구멍(147)의 위치보다 더욱 중요하다. 사실상 구조물의 개조는 단지 편리함의 문제였고 그 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 홈의 위치와 후면 진공/압력 구멍은 중요한 반면, 압력과 진공이 이 구조물에 제공되는 방식은 서브캐리어의 물리적 보전과 안정성이 유지되는 한 그만큼 중요하지는 않다는 것을 알 수 있을 것이다.In this particular embodiment, the central bore 184 ', the radially extending bore 191' and the hole portion 147 'are different in pressure from the center bore in the embodiment described now compared to the wafer backside vacuum / pressure applying structure. Source, communicating with hole 147 'openings in channel 250 rather than directly on the lower subcarrier surface, and that backside vacuum / pressure is provided by separate vacuum pressure circuit openings on four new holes 260. Except for the points, they appear to be the same structure as described previously. This change has been provided since the location of the groove 250 in relation to the edge of the subcarrier and the pressure uniformity applied to the groove is more important than the location of the wafer backside vacuum / pressure hole 147 in the previously described embodiment. . In fact, retrofitting of the structure was only a matter of convenience, and those of ordinary skill in the art would appreciate the location of the grooves and the rear vacuum / pressure holes, while the way in which pressure and vacuum are provided to the structure is dependent upon the physical integrity of the subcarrier and As long as stability is maintained, you will see that it is not as important.
더 나아가 도26과 관련하여, 얇고 실질적으로 비다공성 시트 재료(251), 여기서는 삽입체(161)은 챔버내에서 압력이 발달할 수 있도록 제3 챔버(P3)(262)를 형성하기 위해 홈를 차단하도록 행동한다. 정상적으로, 압력은 웨이퍼(113)가 서브캐리어에 장착되고 웨이퍼가 연마패드와 접촉할 때만 챔버에 적용되고, 그래서 챔버 P3(262) 내에서 발달한 압력이 서브캐리어로부터 삽입체을 분리하는데 충분치 않기 때문에 종내의 삽입체 장착 방법을 넘어서 삽입체(161)을 하부 서브캐리어 표면에 장착할 필요는 없다. 챔버P3에서의 압력의 증가는 챔버의 크기에서 미세한 확장 또는 팽창의 원인이 되고 탄력적인 삽입체은 어느정도 삽입체의 지역과 접촉하는 웨이퍼(263)의 부분을 누르도록 확장한다. 홈이 환상 홈일 때, 이 압착은 전체 웨이퍼의 환상 지역에서 균일하게 발생한다. 일반적으로 웨이퍼 표면위에서 제거되는 재료의 변화량은 약 1 마이크론이하이고 대개 약 10분의 1 마이크론 또는 그 이하이기 때문에, 작동 규칙이 도면에서 설명될 수 있도록, 도26에서 이 삽입체의 팽창량과 웨이퍼의 굴절은 과장된다. 그러므로, 실제 팽창은 감지 할 수 없을 수도 있으나, 어느정도 더 큰 연마 힘이 달성하게 된다.Further with reference to FIG. 26, a thin, substantially non-porous sheet material 251, here insert 161, blocks the groove to form a third chamber (P3) 262 so that pressure can develop in the chamber. Act to Normally, pressure is applied to the chamber only when the wafer 113 is mounted on the subcarrier and the wafer contacts the polishing pad, so that the pressure developed within chamber P3 262 is not sufficient to separate the insert from the subcarrier. It is not necessary to mount the insert 161 on the lower subcarrier surface beyond the insert mounting method of. The increase in pressure in chamber P3 causes a slight expansion or expansion in the size of the chamber and the resilient insert expands to some extent to press the portion of the wafer 263 in contact with the area of the insert. When the groove is an annular groove, this compression occurs uniformly in the annular area of the entire wafer. In general, since the amount of change of material removed on the wafer surface is less than about 1 micron and usually about 1/10 micron or less, the amount of expansion of this insert and wafer in FIG. 26 so that the operating rules can be explained in the figure The refraction of is exaggerated. Therefore, the actual expansion may not be detectable, but a somewhat larger polishing force is achieved.
도26에 도시된 실시예에서, 홈(250)이 정사각의 모양 또는 직사각형 홈으로 보인다. 그러나, 특히 홈(250)의 모서리(264, 265)가 삽입체(161)와 접촉하는 서브캐리어의 표면에서의 홈의 크기는 중요하지만, 홈의 형태는 중요하지 않음을 알 수 있다. 예를 들면, 도시된 홈은 2개의 실질적인 수직 면(266, 267)과 천장 부분(268)을 가진다. 그러나, V자형, C자형 또는 다른 비평탄 형태의 홈과 같은 비수직 또는 비평탄 면과 천장을 가지는 홈이 채용될 수도 있다. 하부 서브캐리어표면(164) 상의 홈이 개방하는 방식은 표면 불연속성이 제공할 수 있는 임의의 효과를 최소화하기 위해 또한 수정될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 26, the groove 250 is shown as a square or rectangular groove. However, it can be seen that the size of the grooves is important, but not the shape of the grooves, especially at the surface of the subcarrier where the edges 264, 265 of the groove 250 contact the insert 161. For example, the groove shown has two substantially vertical surfaces 266 and 267 and a ceiling portion 268. However, grooves with non-vertical or non-flat surfaces and ceilings, such as V-shaped, C-shaped or other non-flat grooves, may be employed. The manner in which the grooves on the lower subcarrier surface 164 open can also be modified to minimize any effects that surface discontinuities can provide.
도25에 도시된 4개의 웨이퍼 후면 진공/압력 구멍들(260)은 단면도의 단면의 위치로 인하여 도26에서 보이지 않지만 이 구멍들은 도28과 이 대안의 홈있는 서브캐리어를 포함하여 캐러셀의 부분의 실시예의 단면 조립체 도면, 헤드 장착 조립체, 회전 결합체 및 웨이퍼 캐리어 조립체를 도시한 도29에서 볼수 있다. 이전에 설명한 홈이 없는 서브캐리어의 실시예에서, 6개의 진공 구멍들(147) (직경 0.040인치)이 서브캐리어가 웨이퍼 후면을 장착하는 서브캐리어의 하부 표면(164)상의 서브캐리어 개구내에서 제공되었던 것을 생각해 볼 수 있다. 이 홈이 있는 서브캐리어에서, 4개의 구멍(260) 세트가 제공되고 유사한 방식으로 기능한다. 각각의 구멍(260)은 서브캐리어의 모서리로부터 방사상 내부로 연장하는 채널(270)을 가로지르기 위하여 하부 서브캐리어 표면(164)로부터 수직으로 연장한다. 그 채널(270)의 한 쪽 끝은 공기 및 액체의 밀페된 시일을 형성하기 위하여 막혀있는 반면(271), 다른 끝은 상부 서브캐리어 표면(163)으로 연장하는 제2 수직 보어(272)를 가로지르기 위하여 연장한다. 구멍들이 형성되는 방법은 앞서 설명되었고 여기서는 반복하지 않는다. 구조물은 고정구(273)가 플랜지 링(146)을 방해하지 않도록 하부 및 상부 서브캐리어 표면상 구멍들의 위치 사이에 오프셋을 제공하거나 다른 구조물이 제공하는 것을 알 수 있다. 원칙적으로, 서브캐리어를 일직선으로 관통하는 수직의 보어는 일정기압이 유지되는 공기, 물 또는 진공을 웨이퍼에 연통하록 제공되어 질 수 있다. 진공 또는 압력이 구멍(260)에 연통될수 있도록 고정구(273)는 서브캐리어 보어(272)와 배관(274)에 부착된다. 본 발명의 일실시예에서, 4개의 구멍의 각각으로 부터의 배관은 웨이퍼 캐리어 조립체 (106) 내에서 공통관과 회전 결합체를 통해 진공, 압축 공기 또는 물의 공급원에 연결된다. 이 구멍들과 채널들은 서브캐리어에 웨이퍼를 유지하기 위하여, 웨이퍼 언로딩 작동중에 서브캐리어로부터 웨이퍼를 떼어 놓도록 일정기압이 유지되는 공기 또는 물 또는 이 둘의 결합물을 제공하기 위하여 웨이퍼의 후면에 진공을 공급하는데 이용된다.The four wafer backside vacuum / pressure holes 260 shown in FIG. 25 are not visible in FIG. 26 due to the location of the cross section in cross section, but these holes are part of the carousel including FIG. 28 and this alternative grooved subcarrier. A cross-sectional assembly diagram, head mounted assembly, rotary assembly, and wafer carrier assembly of an embodiment of FIG. 29 can be seen in FIG. In the embodiment of the grooveless subcarrier described previously, six vacuum holes 147 (0.040 inches in diameter) are provided within the subcarrier opening on the bottom surface 164 of the subcarrier on which the subcarrier mounts the wafer backside. You can think of what happened. In this grooved subcarrier, four sets of holes 260 are provided and function in a similar manner. Each hole 260 extends vertically from the lower subcarrier surface 164 to traverse a channel 270 extending radially inward from the edge of the subcarrier. One end of the channel 270 is blocked (271) to form an airtight seal of air and liquid, while the other end traverses a second vertical bore 272 extending to the upper subcarrier surface 163. Extends to commit. How the holes are formed has been described above and will not be repeated here. The structure may be provided to provide an offset between the positions of the holes on the lower and upper subcarrier surfaces or other structures to provide that the fixture 273 does not interfere with the flange ring 146. In principle, a vertical bore that runs straight through the subcarrier can be provided to communicate air, water or vacuum to the wafer at a constant atmospheric pressure. Fixture 273 is attached to subcarrier bore 272 and tubing 274 so that a vacuum or pressure can be communicated to hole 260. In one embodiment of the invention, tubing from each of the four holes is connected to a source of vacuum, compressed air or water through a common tube and rotational combination within the wafer carrier assembly 106. These holes and channels may be provided at the back of the wafer to provide air or water or a combination of the two to maintain a wafer at the subcarrier during wafer unloading operation to maintain the wafer at the subcarrier. It is used to supply a vacuum.
삽입체(161)과 같은 재료 시트(251)는 제3 챔버 P3의 형성을 완성하기 위하여 사용되고 진공, 일정기압이 유지되는 공기 및/또는 물이 후면 웨이퍼 표면과 직접 연통될 수 있도록 구멍들은 재료 시트내에서 제공된다.A sheet of material 251, such as the insert 161, is used to complete the formation of the third chamber P3 and the holes are formed of a sheet of material such that vacuum, air at which constant pressure is maintained, and / or water are in direct communication with the back wafer surface. Is provided within.
본발명의 어떤 실시예에서, 홈(250)은 약 25분의 1인치에서 약 10분의 1인치사이의 깊이와 약 10분의 1인치와 2분의 1인치사이의 넓이의 크기를 가진지만 넓이는 더 크거나 작아질 수 있고 깊이는 더 얇거나 깊어질 수 있다. 약 0.04인치(약 1mm)와 약 0.08인치 (약 2mm)사이의 깊이와 0.12인치 또는 0.14인치 또는 0.16인치의 넓이인 홈이 있는 본 발명의 실시예들은 홈이 없거나 납작한 서브캐리어와 비교하여 개선된 연마 결과도 달성하여 왔다. 또다른 특별한 실시예에서, 홈은 약 0.12인치(약 3mm) 넓이이다. 또다른 특별한 실시예에서, 200mm 직경의 웨이퍼 서브캐리어의 중앙으로부터 3.64인치의 방사상 거리의 중앙에 있는 0.08인치깊이와 0.16인치 넓이의 홈의 결합체는 좋은 결과를 제공한다. 300mm 직경 웨이퍼 서브캐리어경우에는 모서리 연마가 유사하게 통제되도록 홈이 중앙으로부터 어울리는 위치에위치하고 있다.In some embodiments of the present invention, the groove 250 is sized to have a depth of between about one and a half inch to about a tenth inch and a width between about one tenth and a half inch. The width can be larger or smaller and the depth can be thinner or deeper. Embodiments of the present invention having a depth of between about 0.04 inches (about 1 mm) and about 0.08 inches (about 2 mm) and grooves that are 0.12 inches or 0.14 inches or 0.16 inches wide have been improved compared to grooveless or flat subcarriers. Polishing results have also been achieved. In another particular embodiment, the groove is about 0.12 inches (about 3 mm) wide. In another particular embodiment, a combination of 0.08 inch deep and 0.16 inch wide grooves at the center of the radial distance of 3.64 inches from the center of the 200 mm diameter wafer subcarrier provides good results. In the case of a 300 mm diameter wafer subcarrier, the grooves are located in an appropriate position from the center so that edge grinding is similarly controlled.
독창적인 홈 구조물(250)은 일반적으로 약0.02인치(약 0.5mm)로부터 약 0.2인치(약 5mm) 깊이 또는 그 이상 사이에 있고 더, 일반적으로, 약 0.02 인치와 약0.1인치 사이의 깊이이며 바람직하기는 약 0.05인칭에서 0.08인치 사이의 깊이이다. 탄성 삽입체(161)가 서브캐리어 하부 표면(164)상에 위치하고 웨이퍼(113)가 거기에 장착될 때, 연마중에 발생할 수 있는 홈(250)으로의 삽입체(161)의 침입이 홈의 깊이보다 더 작을수 있도록, 그러한 침입이 실질적으로 홈과 압력 챔버 P3으로의 압력의 균일한 적용을 방해하지 않도록 홈은 충분히 깊어야만 한다. 반면에, 홈(250)은 서브캐리어의 구조적 강도 또는 평평함이 절충되도록 깊어서는 안된다. 이러한 기능적 압박내에서, 홈은 어떤 깊이도 될 수 있다. 홈(250)과 웨이퍼 후면 구멍들(260)의 자세한 사항은 도30과 도31에 도시되어 있다. 이러한 구조물을 회전 결합체에 연결하는 홈(250), 구멍들(260)과 채널들의 추가이외에 도28 내지 31에 도시된 구조물은 도4 및 5와 도7 및 8과 관련하여 앞서 설명한 구조물과 실질적으로 동일하며 여기서는 반복하지 않는다. 회전 결합체에서 하나의 추가적인 포트는 제3 챔버 P3를 위한 압력을 제공하는데 필요하다. 0 pis 압력과 홈이 없는 서브캐리어와 동등함을 가지는 동일한 홈이 있는 서브캐리어대 0.12인치 넓이와 0.08인치 깊이의 홈 및 10psi 압력을 가지는 홈이 있는 서브캐리어를 이용하는 산화물 웨이퍼를 위한 연마 프로파일에서의 차이를 보여주는 실험 데이터가 도32에 도시되어 있다. 일부 전형적인 성취결과가 표I에 제공되고 이 결과가 적용하는 과정의 매개 변수가 표II에 나타나있다. 이 표들에서, SS12는 로델에 의하여 미국에서 배포된 연마 슬러리용 명칭이고, 클레보솔(Klebosol)130N50 PHN은 카봇(Cabot)에 의한 다른 연마 슬러리이다. 49 점의 5mm-EE는 49번의 측정이 5mm 모서리 배제부(EE)를 갖춘 웨이퍼의 표면 상에서 이루어진 표준 검사 과정이고, 49 점의 3mm-EE는 49번의 측정이 3mm 모서리 배제부(EE)를 갖춘 웨이퍼의 표면 상에서 이루어진 또 다른 표준 검사 과정이다. 이러한 과정은 이 기술분야에서 알려져 있고 여기서는 더 이상 설명하지 않기로 한다.The inventive groove structure 250 is generally between about 0.02 inches (about 0.5 mm) to about 0.2 inches (about 5 mm) deep or more, and more generally, between about 0.02 inches and about 0.1 inches, preferably The following is a depth of between about 0.08 inches in about 0.05 first person. When the resilient insert 161 is located on the subcarrier lower surface 164 and the wafer 113 is mounted therein, the penetration of the insert 161 into the groove 250, which may occur during polishing, may result in the depth of the groove. To be even smaller, the grooves must be deep enough so that such intrusion does not substantially interfere with the uniform application of pressure to the grooves and pressure chamber P3. On the other hand, the groove 250 should not be deep so that the structural strength or flatness of the subcarrier is compromised. Within this functional pressure, the groove can be at any depth. Details of the groove 250 and wafer backside holes 260 are shown in FIGS. 30 and 31. Apart from the addition of grooves 250, holes 260 and channels connecting this structure to the rotating assembly, the structures shown in Figures 28-31 are substantially the same as those described above with respect to Figures 4 and 5 and 7 and 8. The same, not repeated here. One additional port in the rotary joint is needed to provide pressure for the third chamber P3. In polishing profiles for oxide wafers using a grooved subcarrier with a grooved subcarrier with a width of 0.12 inches wide and a grooved depth of 0.08 inches and a depth of 10 psi with a 0 pis pressure equal to a grooveless subcarrier Experimental data showing the difference is shown in FIG. Some typical achievements are given in Table I and the parameters of the process to which these results apply are shown in Table II. In these tables, SS12 is the name for the polishing slurry distributed in the United States by Rodell and Klebosol 130N50 PHN is another polishing slurry by Cabot. The 49 mm 5mm-EE is a standard inspection process where 49 measurements are made on the wafer surface with 5mm edge exclusion (EE), while the 49mm 3mm-EE is 49 measurements with 3mm edge exclusion (EE) Another standard inspection procedure made on the surface of the wafer. This process is known in the art and will not be described herein any further.
표I.Table I.
표II.Table II.
도32에서 정상적인 주위압력(0 psi)을 위해서 비균일성 퍼센트(NU%)는 7.69%이고 반면에 홈압력이 10psi로 증가될 때 비균일성 퍼센트는 3.23%이고 0 압력(홈이 없는 서브캐리어와 동일한) 성취의 비균일성 퍼센트로부터 절반이상에 의해서 더 작다. 예를 들면, 도32의 그래프로부터 0psi이고 10psi둘다일 때 웨이퍼를 위한 평균제거율은 약 분당 2300 옹스트롱이고 반면에 0psi를 위한 웨이퍼 모서리로부터 약 6mm거리의 약 분당 1920옹스트롱의 최소의 제거율은 웨이퍼 모서리로부터 약 5mm에 약 분당 2110옹스트롱이 된다. 이것은 성취될 수 있는 결과의 제한이라기 보다는 본 발명의 한 실시예에서 달성된 유리한 결과의 단지 본보기이다.In Figure 32, the percentage non-uniformity (NU%) is 7.69% for normal ambient pressure (0 psi), whereas the percentage non-uniformity is 3.23% and zero pressure (subcarrier without grooves) when the groove pressure is increased to 10 psi. Less than half from the non-uniform percentage of achievement). For example, the average removal rate for a wafer at both 0 psi and 10 psi from the graph of Figure 32 is about 2300 angstroms per minute while the minimum removal rate of about 1920 angstroms per minute at a distance of about 6 mm from the wafer edge for 0 psi is About 5mm from the edge is about 2110 angstroms per minute. This is merely an example of the beneficial results achieved in one embodiment of the invention rather than a limitation of the results that can be achieved.
지금까지 홈이 없는 또는 평탄한 서브캐리어와 비교하여 홈이 있는 서브캐리어의 특징을 설명하였고, 우리는 이제 우리의 주의를 복수의 홈을 가지는 홈이 있는 서브캐리어로 돌린다. 복수의 홈이 있는 서브캐리어는 특히 모서리 비균일성 및 소위 도넛 모양의 또는 환상 연마 효과 둘다를 감소시키거나 제거하는데 이용된다. 환상 연마 효과는 (i) 웨이퍼가 중앙과 모서리에서 과연마되고 중앙과 모서리사이에서는 덜연마되는 제1 상황 또는 (ii) 웨이퍼가 중앙과 모서리에서 덜연마되고 중앙과 모서리사이에서는 과연마되는 제2 상황을 포함한다. 복수의 홈이 있는 실시예는 또한 300mm 또는 더 큰 웨이퍼 연마 기계에 중요한 균일성 효과를 제공한다.The features of grooved subcarriers have been described so far as compared to grooveless or flat subcarriers, and we now turn our attention to grooved subcarriers with multiple grooves. A plurality of grooved subcarriers are especially used to reduce or eliminate both edge nonuniformity and the so-called donut-shaped or annular polishing effect. The annular polishing effect is: (i) the first situation in which the wafer is overpolished at the center and the corner and less polished between the center and the corner, or (ii) the second condition in which the wafer is less polished at the center and the edge and overground between the center and the corner. Include the situation. Multiple grooved embodiments also provide significant uniformity effects for 300 mm or larger wafer polishing machines.
일실시예에서, 도27에 도시된 것 과 같이, 3개의 홈이 있는 서브캐리어(280)에 제공된다. 세 개의 홈은 연마 통제의 추가적인 단계를 제공한다. 2, 4, 5 또는 그 이상의 홈을 가지는 서브캐리어가 또한 제공되며 특히 연마되는 웨이퍼의 크기가 증가할수록 효율적이다. 일정기압이 유지되는 공기의 개별적인 출처를 가지고 연통되고 추가적인 회전 결합제 포트의 타입을 요구하는 각각의 홈(281, 282, 283)은 이미 설명하였다. 이 추가적인 회전 결합체 및/또는 회전 포트의 제공은 더 이상 설명하지 않는다. 세 개의 홈(281, 282, 283)각각은 형성되고 이미 설명한 방법으로 작동하며 그러한 설명은 여기서 반복하지 않는다. 채널을 위한 서브캐리어내의 공간이 이슈가 될 때, 일부 채널은 서브캐리어내에서 다른 깊이로 형성될수 있고, 홈당 채널의 수는 다소 감소할 수 있으며, 예를 들면, 6개의 채널로부터 2내지 4채널로 감소할 수 있고 다른 채널들은 서브캐리어내의 보어 보다는 고정구 및 배관를 사용하여 제공될 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 27, three grooved subcarriers 280 are provided. Three grooves provide an additional level of grinding control. Subcarriers with two, four, five or more grooves are also provided, particularly as the size of the wafer being polished increases. Each groove 281, 282, 283 has already been described which communicates with a separate source of air at which constant pressure is maintained and requires additional types of rotary binder ports. The provision of this additional rotating assembly and / or rotating port is no longer described. Each of the three grooves 281, 282, 283 is formed and operates in the manner already described and such description is not repeated here. When space in a subcarrier for a channel becomes an issue, some channels may be formed at different depths within the subcarrier, and the number of channels per groove may be somewhat reduced, for example from two to four channels from six channels. And other channels may be provided using fixtures and tubing rather than bores in the subcarrier.
복수의 홈이 있는 복수의 챔버 실시예에서, 복수의 홈의 각각은 바람직한 연마 압력 프로파일을 효과적으로 하기 위해 마음대로 위치할 수 있는 반며, 적어도 본 발명의 한 실시예의 문맥에서 연마 구역을 토론하는 것이 편리하다. 세 개의 홈이 있는 서브캐리어(280)의 실시예에서, 제1 홈(281)은 어떤 모서리의 과연마나 덜연마를 극복하기 위하여 서브캐리어 모서리로부터 약 0.10인치에서 약 1.2인치 사이의 거리에 위치하고 있는 제1 환상 구역에 바람직하게 위치한다. 제2홈(282)은 중앙과 모서리에서는 과도 연마(과소 연마)되고 중앙과 모서리사이에서는 과소 연마(과도 연마)되는 환모양의 연마 과정을 수정하는 것을 돕기 위하여 약 1.2인치 (제1 구역의 내부 반경)로부터 약 2.7인치사이에 위치하고 있는 제2 구역에 위치한다. 마지막으로, 제3 홈(283)은 중앙 지역에서 웨이퍼가 과도 연마(과소 연마)되는 것을 극복하기 위하여 웨이퍼 모서리의 약 2.7인치(제2 구역의 내부 반경 범위)와 서브캐리어의 중앙사이에 위치하는 제3 구역에 위치한다. 환상 홈은 그들의 대칭 때문에 더 바람직하고, 더 균일한 연마 압력을 제공할 것같은 반면, 유사한 연마 프로파일이 대안으로 복수의 별도의 방사상의 아크, 원형 패치 또는 서브캐리어의 표면상의 압력의 다른 분포로서 성취될 수 있다. 더 나아가, 환상 홈은 다른비 환상 압력 패치와 결합될 수 있다. 이러한 각각의 구역내에서 홈 자체는 구역내에서 어디든지 위치할 수 있고 이미 설명한대로 크기를 가진다.In a plurality of grooved chamber embodiments, each of the plurality of grooves may be positioned at will to effectively achieve the desired polishing pressure profile, and it is convenient to discuss the polishing zone in the context of at least one embodiment of the present invention. . In the embodiment of the three grooved subcarrier 280, the first groove 281 is located at a distance between about 0.10 inch and about 1.2 inches from the edge of the subcarrier to overcome over or less polishing of any edge. Preferably located in the first annular zone. The second groove 282 is about 1.2 inches (inside the first zone) to aid in modifying the annular polishing process, which is over-polishing (under-polishing) at the center and corners and under-polishing (over-polishing) between the center and the corners. Radius) located in a second zone located between about 2.7 inches. Finally, the third groove 283 is located between about 2.7 inches of the edge of the wafer (inner radius range of the second zone) and the center of the subcarrier to overcome the over-polishing (under-polishing) of the wafer in the central region. It is located in the third zone. Annular grooves are more desirable due to their symmetry and are likely to provide more uniform polishing pressures, while similar polishing profiles are alternatively achieved as a plurality of separate radial arcs, circular patches or other distributions of pressure on the surface of the subcarrier. Can be. Furthermore, the annular groove can be combined with other non annular pressure patches. Within each of these zones, the home itself can be located anywhere within the zone and is sized as previously described.
본발명의 더 나아간 실시예에서, 제거되거나 남아있는 재료량은 연마과정중에 모니터될 수 있고 하나 또는 그이상의 챔버에 대한 압력은 균일한 연마를 달성하기 위하여 이에 따라 수정될 수 있다. 이러한 최종점 탐지는 전자적, 마그네틱적 또는 광학적 탐지 방법을 사용할 수 있으며, 서브캐리어, 유지 링 및/또는 제공되는 하나 또는 그 이상의 홈에 대한 압력을 조절하기 위한 컴퓨터 통제 시스템에 연결될 것이다.In a further embodiment of the present invention, the amount of material removed or remaining can be monitored during the polishing process and the pressure on one or more chambers can be modified accordingly to achieve uniform polishing. Such end point detection may use electronic, magnetic or optical detection methods and would be connected to a computer control system for regulating pressure on the subcarrier, retaining ring and / or one or more grooves provided.
정상적으로, 비록 이 범위들은 인접하여 있지만, 적어도 약 10분의 1인치정도의 분리는 다른 홈들 사이에 제공되어야만 한다. 각각의 홈들에서 압력은 일반적으로 정압(일반적으로 0 내지 15 psi) 또는 진공이다. 종종, 홈들의 정확한 위치와 홈들에 적용되는 압력 또는 진공은 제공된다 할 지라도 정확한 위치와 압력이 대개 각각의 용도에 적합하지 않도록 프로세의 특성에 근거하여 조절된다.Normally, although these ranges are contiguous, at least about a tenth of an inch of separation must be provided between the other grooves. The pressure in each of the grooves is generally positive pressure (typically 0 to 15 psi) or vacuum. Often, the exact position of the grooves and the pressure or vacuum applied to the grooves are adjusted based on the nature of the process so that the exact position and pressure are usually not suitable for the respective application.
본발명의 단일 홈을 가지는 그리고 복수의 홈을 가지는 서브캐리어는 부상하는 헤드와 부상하는 유지 링과 결합하여 사용될수 있으나, 이미 자세히 설명한 웨이퍼 서브캐리어 조립체(106) 또는 헤드 장착 조립체를 사용하지 않는 것들을 포함하여 또한 다른 기판 연마 및 평탄화 기계 및 적용에 적응될 수 있다. 본 발명의 홈이 있는 서브캐리어는 신속히 방사상 위치의 기능으로서 웨이퍼의 연마 프로파일을 변경하는데 바람직한 어떤 연마 헤드 적용이든지 적용될 것이다.Subcarriers having a single groove and having a plurality of grooves of the present invention can be used in combination with the floating head and the floating retaining ring, but those that do not use the wafer subcarrier assembly 106 or the head mounting assembly described above in detail. It can also be adapted to other substrate polishing and planarization machines and applications. The grooved subcarrier of the present invention will be applied to any polishing head application which is desirable to quickly change the polishing profile of the wafer as a function of radial position.
선행 발명은 명확한 이해를 위해 설명 및 예에 의해 다소 상세히 설명되었지만, 그 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 본 발명이 첨부된 특허 청구 범위의 정신 또는 범주에서 벗어남이 없이 어떠한 변경 및 수정이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 명세서에서 인용된 모든 공개와 특허 출원은 각각 개별적 공개 또는 특허 출원이 구체적 및 개별적으로 참고로 기재된 것 처럼 본 명세서에 참고로 기재되어 있다.The foregoing invention has been described in some detail by way of illustration and example for clarity of understanding, but any change and modification may be made by those skilled in the art without departing from the spirit or scope of the appended claims. You can easily see. All publications and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference as if each individual publication or patent application were specifically and individually described by reference.
Claims (38)
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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