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Dokumentenidentifikation DE19715460C2 21.02.2002
Titel Haltevorrichtung und Halteringvorrichtung zum Polieren eines Werkstücks
Anmelder SpeedFam-IPEC Corp.(n.d.Ges.d.Staates Delaware), Chandler, Ariz, US
Erfinder Kim, Inki, Tempe, Ariz., US
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 14.04.1997
DE-Aktenzeichen 19715460
Offenlegungstag 30.10.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.02.2002
IPC-Hauptklasse B24B 29/02
IPC-Nebenklasse B24B 37/04   H01L 21/304   B24B 57/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung und eine Halteringvorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8, die beim Polieren und Einebnen dünner Werkstücke, wie z. B. Siliziumwafer, die in Halbleitern verwendet werden, eingesetzt werden.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Haltevorrichtung und eine Halteringvorrichtung mit einer verbesserten Führung eines flüssigen Poliermediums.

Bei Bearbeitungsvorgängen, bei denen das Polieren oder Einebnen dünner Werkstücke, wie z. B. von Siliziumsubstraten oder -wafern, die in integrierten Schaltkreisen verwendet werden, auftritt, wird ein Wafer zwischen einer Träger- oder einer Druckplatte und einem drehbaren Poliertisch angeordnet, der an seiner Oberfläche ein Polierpolster trägt. Die Druckplatte bringt Druck derart auf, daß eine Entfernung von rauhen Stellen von dem Wafer bewirkt wird, und eine Oberfläche mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke an dem Wafer erzeugt wird.

Im allgemeinen weist die Poliervorrichtung eine steife Druckplatte oder einen Träger auf, an den nicht polierte Wafer geheftet werden, wobei die zu polierenden Waferoberflächen einem Polierpolster ausgesetzt sind, das mit diesem durch einen Polierdruck in Eingriff steht. Das Polierpolster und der Träger werden dann typischerweise beide bei verschiedenen Geschwindigkeiten rotiert, um eine relative seitliche Bewegung zwischen dem Polierpolster und den Oberflächen der Vorderseite des Wafers zu bewirken. Ein Schmirgelbrei, wie z. B. ein kolloider Silikabrei, wird im allgemeinen während des Poliervorgangs an der Schnittstelle zwischen Polierpolster und Waferoberfläche vorgesehen, um die Polierung zu unterstützen.

Die bevorzugte Art einer Maschine, mit der die vorliegende Erfindung verwendet wird, weist ein sich drehendes Polierrad auf, das drehbar um eine vertikale Achse angetrieben wird. Typischerweise weist das Polierrad eine horizontale Platte aus Keramik oder Metall auf, die aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein kann, wie im Stand der Technik bekannt ist, und die auf dem Markt erhältlich sind. Typischerweise ist das Polierpolster ein geblasenes Polyurethan, wie z. B. Polierpolster der Serie IC und GS, die von der Firma Rodel Products Corporation in Scottsdale, Arizona erhältlich sind. Die Härte und Dichte des Polierpolsters wird gewöhnlich anhand der Art des Materials, das zu polieren oder einzuebnen ist, gewählt. Das Polierpolster wird um eine vertikale Achse gedreht und weist eine ringförmige Polierfläche auf, an der die Werkstücke an eingeschlossenen Stellen angeordnet werden, und auf die eine Schmirgelbrühe, wie z. B. ein wäßriger Brei von Silikateilchen, gepumpt wird. Die kombinierte Wirkung des Polsters, des Breis und der Relativbewegungen der Komponenten erzeugt einen kombinierten mechanischen und chemischen Prozeß an der Waferoberfläche, der eine äußerst ebene Oberfläche an dem Wafer erzeugt. Während des Poliervorgangs werden die Wafer in kreisförmigen Halteringen gehalten, um zu verhindern, daß sie von dem Waferträger entfernt werden. Herkömmliche Halteringe sind aus einem steifen Material, wie z. B. einem Metall gefertigt, und weisen derartige Abmessungen auf, daß sie über die zu polierenden Wafer und die Druck- oder Trägerplatte passen. Die Halteringe wirken derart, daß verhindert wird, daß die Wafer von der Druckplatte versetzt werden.

Herkömmliche fortlaufende Halteringe neigen dazu, den Durchgang der Schmirgelbrühe in die Mitte des zu polierenden Wafers oder Substrats zu hemmen. Vielmehr neigen diese herkömmlichen Halteringe dazu, die Schmirgelbrühe während des Polierens von dem Wafer wegzuschieben, was oft dazu führt, daß die Polierrate des mittleren Abschnitts des Wafers verlangsamt wird. Ferner sind für den Poliervorgang größere Mengen von Schmirgelbrei erforderlich.

Eine Haltevorrichtung und eine Halteringvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8 ist in der JP 7-237120 A offenbart. Die Haltevorrichtung weist zum einen eine Druckplatte zum Aufbringen von nach unten gerichtetem Druck auf den Wafer auf. Zum anderen ist ein Halter vorgesehen, der mit der Druckplatte zur Ausbildung eines inneren Hohlraums zusammenwirkt. Die untere Fläche des Halters weist mehrere Ausnehmungen auf, die sich von der Innenfläche zu der Außenfläche derart erstrecken, daß die Ausnehmungen von radialen Referenzlinien abweichen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine neuartige Vorrichtung für die Verwendung bei Poliervorgängen und zum Halten eines Werkstücks an Ort und Stelle während dessen Polierung zur Verfügung zu stellen, durch die eine verbesserte Führung eines flüssigen Poliermediums gewährleistet werden kann, und durch welche die Menge von Schmirgelbrei, die normalerweise für einen Poliervorgang erforderlich ist, verringert werden kann, und durch die schließlich die Wirksamkeit des Polierens, insbesondere des mittleren Abschnitts eines Werkstücks verbessert, und während des Polierens die Stabilität erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung jeweils durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausnehmungen eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche und eine äußere Öffnung an der Außenfläche mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.

Bei Poliervorgängen von dünnen Werkstücken sorgt die Erfindung für eine Vorrichtung zum Umgeben und Halten eines Werkstücks während des Polierens an Ort und Stelle. Die Haltevorrichtung paßt über die Druckplatte und das Werkstück und ist an ihrem unteren Abschnitt mit einer vergrößerten ringförmigen Verlängerung versehen, in der sich mehrere nicht radiale Kanäle befinden, die sich von dem Außenrand zum Innenrand erstrecken. Die Haltevorrichtung gemäß der Erfindung wirkt somit derart, daß Schmirgelbrei während des Polierens in die Mitte des Werkstücks geleitet wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der typischen Grundvorrichtung zum Polieren eines Substrates, wie z. B. eines Siliziumwafers;

Fig. 2 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der Haltevorrichtung der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Haltevorrichtung der Erfindung entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Unteransicht einer Ausführungsform der Haltevorrichtung der Erfindung;

Fig. 5 ist eine Unteransicht ähnlich der Fig. 4, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist eine Unteransicht einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 von Fig. 6;

Fig. 8 ist eine obere Draufsicht derselben;

Fig. 9 ist eine obere Draufsicht einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ist eine untere Draufsicht derselben;

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 von Fig. 10; und

Fig. 12 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Anordnung ähnlich zu der in Fig. 11 gezeigten.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt schematisch die Grundelemente einer typischen Vorrichtung zum Polieren dünner Werkstücke. Die dargestellte Poliervorrichtung 10 weist einen feststehenden Rahmen 12 und ein drehbares Polierrad 14 auf, das durch einen Motor M derart angetrieben wird, daß es sich in Richtung des Pfeils 15 (gemäß Fig. 2) um eine mittlere Welle 16 (vgl. Fig. 1) dreht, die eine Drehachse C aufweist (vgl. Fig. 2). Ein Polierpolster 18 wird durch die obere Fläche des Rades 14 getragen. Ein Kraftzylinder 20 ist an einen darüberliegenden Abschnitt 22 des Rahmens 12 angebracht und stellt eine Stange oder eine Welle 24 dar, an der drehbar und kippbar an ihrem unteren Ende 25 eine Druckplatte 28 gelagert ist. Ein Betätigen des Kraftzylinders hebt deshalb die Druckplatte mit einem Freiraum ein Stück über das Polierrad 14 an und senkt die Druckplatte mit einer anpaßbaren Kraft ab. Die Druckplatte ist derart gestaltet, daß sie für das Halten wenigstens eine Werkstücks geeignet ist, wie z. B. für einen Siliziumwafer 30, der seinerseits gegen das Polierpolster 18 abgestützt ist. Wie Fig. 1 zeigt, paßt ein herkömmlicher fortlaufender Haltering 32 (der teilweise weggebrochen ist) und der ein wenig größer ist als sowohl die Druckplatte 28 und der äußere Umfang des Wafers 30, frei über diese, um die Wafer unter der Druckplatte 28 zu halten. Wie zu erkennen ist, ist die untere Fläche des Halterings 32 nicht unterbrochen und ruht auf dem Polierpolster 18 auf dem Polierrad 14.

Die Fig. 2-4 stellen einen Haltering 38 gemäß dieser Erfindung dar, der gemäß einer Ausführungsform in zwei verbindbare Teile ausgebildet ist. Ein aufstehender Ringabschnitt 40 (der ein wenig größer ist als sowohl die Druckplatte 28 und der oder die Wafer 30) paßt frei über ein jedes dieser Elemente, um sie in einer Polierstellung zu halten. Der aufstehende ringförmige Abschnitt 40 des Halterings 32 weist eine Höhe auf, die hinreichend ist, um die Druckplatte 28 zu umschließen, wenn der Ring auf dem Polierrad ruht. Wie in Fig. 2-4 dargestellt ist, ist mittels Schrauben 39 an die untere Fläche 48 der Druckplatte 28 ein vergleichsweise breiter Haltering oder ein ringförmiges Flanschelement 45 angebracht, das sich nach außerhalb von der Druckplatte 28 erstreckt. Das Flanschelement 45 weist mehrere nicht radiale Kanäle 46 auf, die entlang seiner unteren Oberfläche zueinander beabstandet angeordnet sind und sich von dem inneren Rand 47 zu dessen äußerem Rand 49 erstrecken. Es ist zu erkennen, daß die Kanäle 46 nicht radial angeordnet sind, d. h. sie fallen nicht mit radialen Referenzlinien zusammen, die von einer Stelle innerhalb des Hohlraums des Halterings ausströmen. Somit bezieht sich die nicht radiale Gestaltung der vorliegenden Erfindung auf Halteringe, die nicht genau kreisförmig sind, obwohl für die Wirtschaftlichkeit der Anwendung und für eine leichtere Erreichung eines gleichmäßigen Polierens über die Oberfläche des Werkstücks die Halteringe vorzugsweise kreisförmig sind. Gemäß der Erfindung sind die Kanäle bezüglich des Kreises, der durch einen ringförmigen Ringabschnitt 40 gebildet wird, nicht radial angeordnet, sondern sind vielmehr geneigt oder schräg angeordnet, so daß sie bezüglich des genannten Kreises eine Sekante darstellen. Die Anzahl der Kanäle kann verändert werden, aber bei der bevorzugten Ausführungsform sind acht Kanäle, die voneinander um etwa 45° beabstandet sind, in dem Haltering vorgesehen, der für Wafersubstrate mit einem Durchmesser von 6 Inches (15,24 cm), 8 Inches (20,32 cm) oder mehr verwendet wird.

Während die Kanäle 46 in Fig. 2 als im allgemeinen geradlinig gezeigt sind, können die Kanäle eine gekrümmte Gestalt aufweisen (vgl. Fig. 5 und 9-12). Derartige gekrümmte Kanäle bieten eine größere, gleichmäßigere Strömung des Schmirgelbreis 50, der beispielsweise durch die Pfeile in den Fig. 2 und 6 angedeutet ist.

Die zweistückige Gestaltung des Halterings gemäß dieser Erfindung weist den Vorteil auf, daß die herkömmlichen fortlaufenden Halteringe in ökonomischer Weise verwendet werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß einfach ein vergrößerter, mit Kanälen versehener Flansch an die untere Fläche der herkömmlichen Halteringe angebracht wird. Jedoch kann der neuartige Haltering gemäß der Erfindung in einem Stück ausgebildet sein, und die Zahl der fluidführenden Kanäle 46 kann ebenso wie seine Größe verändert werden. Zum Polieren eines Wafers mit einem Durchmesser von 6 Inch ist ein bevorzugter Haltering derart gestaltet, daß er einen aufstehenden ringförmigen Abschnitt 40 mit einem Durchmesser von 5,972 Inch (15,17 cm), einen unteren Flansch 45 von 8,618 Inch (21,89 cm) in der Breite und mit 8 Kanälen 46 mit einer Breite von 0,5 Inch (1,27 cm) und einer Tiefe von 0,078 Inch (0,198 cm) aufweist, die um 45° voneinander beabstandet sind.

Der neuartige Haltering der Erfindung sorgt für eine deutliche Verbesserung beim Polieren oder Einebnen dünner Werkstücke, wie z. B. eines Siliziumwafers und ähnlichem. Der neuartige Haltering leitet den Polierschmirgelbrei 50 in Richtung der Pfeile A in die Mitte des Substrats 30, das poliert wird, wenn das Polierrad gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn sich das Polierrad mit dem Uhrzeigersinn dreht, werden die Winkel der Strömungskanäle 46 entsprechend verändert. Ferner wird für eine Verringerung der erforderlichen Menge von Brei für eine bestimmte Polieroperation gesorgt, weil eine effizientere Verteilung des Breis gewährleistet wird. Die Verringerung bei der Verwendung des Schmirgelbreis oder der Schmirgelbrühe stellt einen wirtschaftlichen Vorteil dar. Ferner werden wegen der gleichförmigeren Verteilung des Schmirgelbreis die Entfernungsraten beim Polieren mit einer größeren Gleichmäßigkeit beim Polieren erhöht.

Die vorangehend beschriebene Ausführungsform weist Kanäle auf, die im allgemeinen entlang ihrer Pfadlängen gleichbleibende Abmessungen aufweisen. Beispielsweise sind die in Fig. 4 gezeigten Kanäle durch Seitenwände ausgebildet, die im allgemeinen zueinander parallel sind, und erfindungsgemäß sind die Kanäle mit einer im wesentlichen konstanten Tiefe ausgebildet, die in das Stangenmaterial geschnitten sind, aus dem der Haltering ausgebildet ist. Wenn gewünscht, können die oben beschriebenen Kanäle mit einer entlang ihrer Pfadlängen variierenden Tiefe ausgebildet werden. Wie ersichtlich ist, wird erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Kanäle in einem Bereich an den Innendurchmesser des Halterings anliegend einen kleineren Querschnitt aufweisen, und in einem Bereich an den Außenrand des Halterings anliegend einen größeren Querschnitt aufweisen.

In den Fig. 6-12 sind Halteanordnungen gezeigt, welche die strömungsverbessernden Kanäle mit veränderlichem Querschnitt entlang ihren Pfadlängen aufweisen. Beispielsweise ist in den Fig. 6-8 ein Haltering gezeigt, der strömungsverbessernde Kanäle aufweist, die sich entlang geradliniger Bahnen erstrecken. D. h., die jeweiligen Mittelpunkte von Querschnitten, die entlang des Kanals genommen sind, liegen im allgemeinen entlang einer gemeinsamen Linie. Obwohl dies nicht in allen Fällen wesentlich ist, weisen die Kanäle erfindungsgemäß von dem Innendurchmesser des Halterings zu dem Außendurchmesser des Halterings eine im wesentlichen konstante Tiefe auf, und die Seitenwände der Kanäle bilden vorzugsweise an der Unterfläche des Halterings parallele Linien, wie z. B. in Fig. 6 gezeigt ist.

Wie kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 12 ausgeführt wird, ist in dieser Zeichnung eine Halteanordnung 250 gezeigt, die eine Druckplatte 28 und einen Haltering 200 aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Druckplatte und der Haltering getrennt ausgebildet und sind miteinander über mit Gewinden versehene Befestigungselemente 39 auf die in Fig. 3 gezeigte Art und Weise befestigt. Jedoch könnten, wenn dies gewünscht ist, der Haltering und die Druckplatte, zusammen aus einem monolithischen oder einstückigen Stück eines geeigneten Stangenmaterials, wie z. B. einem Kunststoff oder einem anderen nicht metallischen Material, ebenso wie aus einem metallischen Material, wie z. B. Edelstahl, ausgebildet sein.

Wie in dem mittleren Abschnitt der Fig. 12 ersichtlich, erstreckt sich die Druckplatte in die innere Bohrung des Halterings 200, aber erstreckt sich nicht zu der unteren Seite des Halterings. Demzufolge wird ein umschlossener Hohlraum an der Unterseite der Halteanordnung 250 ausgebildet. Wie in Fig. 12 angedeutet ist, wird bevorzugt, daß der innere Hohlraum derart bemessen ist, daß das zu polierende Werkstück, das in Fig. 12 mit 256 bezeichnet ist, sich um ein vorbestimmtes Ausmaß unterhalb der unteren Fläche 212 des Halterings derart erstreckt, daß es dem Polierrad 14 ausgesetzt ist. Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, wäre es, wenn der Haltering durchlaufend oder massiv ausgebildet wäre, schwierig, daß ein Poliermedium den Außenrand des Werkstücks 256 erreicht. Man müßte auf die Anwesenheit von Poliermedium vertrauen, das eingeschlossen wird, wenn die Halteanordnung 250 und das Werkstück 256 an das Polierrad abgesenkt werden, das vorher durch Überziehen mit einem Poliermedium vorbereitet wurde. Es wird im allgemeinen bevorzugt, daß das Polierpolster von herkömmlicher Bauart ist, und dieses könnte beispielsweise eine Vakuumklemmenanordnung zum Halten des Werkstücks 256 an Ort und Stelle innerhalb des Hohlraums aufweisen, der an der Unterseite der Halteanordnung 250 ausgebildet ist. Wie ersichtlich ist, würde ein Poliermedium, das zwischen dem Werkstück 256 und dem Polierrad eingeschlossen wird, dazu neigen, sich während des Poliervorgangs in Bewegung zu setzen, und es kann keine gewünschte Menge von Poliermedium sichergestellt werden. Es wird im allgemeinen bevorzugt, daß ein Überschuß an Poliermedium derart vorgesehen ist, daß ein Austausch von Poliermedium an der Stelle der Polierarbeit ermöglicht wird, die an dem Werkstück durchgeführt wird. Beispielsweise ist es üblicherweise wichtig, wenn das Poliermedium Schleifteilchen mitführt, daß die Größe und die Schärfe der Teilchen sorgfältig gesteuert wird. Es ist wohlbekannt, daß während eines Poliervorgangs diese Polierteilchen dazu neigen, zusammenzubrechen, und zwar oftmals bevor ein Poliervorgang beendet ist. Ferner können sich Abschnitte der Werkstückoberfläche, die sich von dem Werkstück gelöst haben, mit dem Poliermedium vermischen, was dessen physikalische und chemische Zusammensetzung verändert. Aus diesen und anderen Gründen ist es erwünscht, daß das Poliermedium fortlaufend während eines Poliervorgangs ausgetauscht wird. Bei Halteringen gemäß dem Stand der Technik kann beobachtet werden, daß sich Poliermedium an dem Außenrand des Halterings aufbaut oder "verdichtet". Bei den Halteanordnungen gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird jedoch kein derartiger Aufbau oder eine Verdichtung an dem Außenrand des Halterings beobachtet, was durch die In-Augenschein-Nahme für eine Bestätigung sorgt, daß das Poliermedium während des Poliervorgangs über die Oberfläche des Werkstücks fließt. Durch die Haltevorrichtung gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird das Werkstück in zufriedenstellender Weise innerhalb einer druckaufbringenden Vorrichtung gehalten, und ist in einfacher Weise für die Verwendung mit bestehenden Vorrichtungen anpaßbar. Ferner wird durch die Haltevorrichtung gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung die Strömung zu und von dem Bereich des aktiven Polierens sowohl hinsichtlich des Volumenstroms als auch der Verläßlichkeit der Strömung während des gesamten Poliervorgangs verbessert.

Wie oben erwähnt, können die Kanäle, die in der Haltevorrichtung gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, entweder geradlinig oder gekrümmt sein. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen, die beschrieben sind, weist die Haltevorrichtung im allgemeinen eine kreisförmige Gestalt auf, bei der sich die Kanäle in nicht radialen Richtungen erstrecken. Es wird bevorzugt, daß geradlinige Kanäle von entweder kreisförmigen oder nicht kreisförmigen Halteringen mit einem Winkel zu radialen Referenzlinien ausgerichtet sind, die von einer Stelle in dem inneren Hohlraum innerhalb des Halterings ausströmen.

In den Fig. 9-11 ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Halterings 200 mit gekrümmten Kanälen gezeigt, d. h. Kanälen, die Öffnungen an dem Innendurchmesser und dem Außenrand des Halterings aufweisen, und die hinsichtlich ihres Winkels versetzt sind. Vorzugsweise sind die Kanäle gemäß den Fig. 9-11 fortlaufend gekrümmt, obwohl lineare Annäherungen der Kurven ebenso möglich sind. Die in den Halteringen, die in den Fig. 6-11 gezeigt sind, ausgebildeten Kanäle weisen eine kleinere Größe des Querschnitts in dem Bereich auf, der an dem Innendurchmesser des Halterings anliegt, und weisen an dem Außenrand des Halterings eine größere Querschnittsgröße auf. Erfindungsgemäß weisen die Kanäle entlang ihrer Pfadlängen eine im wesentlichen konstante Tiefe auf (obwohl dies nicht in allen Fällen erforderlich ist), und die Tiefe der Kanäle kann entlang der Pfadlänge des Kanals variieren. Wenn gewünscht, können die gekrümmten Kanäle jedoch eine gleichbleibende Querschnittsgröße an ihren inneren und ihren äußeren Öffnungen aufweisen.

In den Fig. 6 und 8 ist der Haltering im allgemeinen mit 200 bezeichnet. Der Haltering ähnelt im wesentlichen dem Haltering, der vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2-4 beschrieben wurde. Der Haltering weist eine Wand 202 am inneren Durchmesser und eine Wand 204 am Außenrand auf. Wie Fig. 7 zeigt, weist der Haltering 200 vorzugsweise eine obere konische Fläche 206 und einen ringförmigen Randabschnitt oder ein Anbringband 208 auf, das mit der konischen Fläche 206 zur Ausbildung eines gestuften Profils, wie in Fig. 7 ersichtlich, zusammenwirkt.

Wie in den Fig. 6 und 7 zu sehen ist, sind mehrere strömungsverbessernde Kanäle 210 in der Unterfläche 212 des Halterings 200 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Haltering aus einem geeigneten Stangenmaterial ausgebildet, wie z. B. einem gefüllten (ausgegossenen) oder nicht gefüllten Kunststoff oder einem anderen nicht metallischen Material. Wie erwähnt, könnten der Haltering und die Druckplatte getrennt oder als ein einziges einstückiges Teil ausgebildet sein. Eine Kunststofformung oder -gießen oder andere herkömmliche Techniken können in dieser Hinsicht verwendet werden. Jedoch könnte, wenn dies erwünscht ist, der Haltering ebenso aus einer Edelstahllegierung oder einem anderen Material gefertigt sein, das sich mit den chemischen Gegebenheiten und den verwendeten Kräften verträgt. Die Kanäle 210 sind vorzugsweise durch Fräsen oder durch sonstiges Schneiden von Nuten in die Unterfläche 212 des Halterings 200 ausgebildet. Wenn der Haltering (oder die integrierte Haltevorrichtung) unter Verwendung von Formtechniken ausgebildet ist, ist es möglich, die Kanalgestalt in den Formvorgang zu integrieren. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Kanäle derart ausgebildet werden, daß sie vergleichsweise scharfe Innenränder 211 aufweisen, was ein Konstruktionsmerkmal ist, das bei der Verwendung von herkömmlichen, wirtschaftlichen Fräs- oder Schneidtechniken in einfacher Weise erreicht wird.

Wie wiederum die Fig. 6 zeigt, weisen die Kanäle 210 Einlaßöffnungen 216 und Auslaßöffnungen 218 auf. Bei der in den Fig. 6-8 gezeigten Ausführungsform sind die Kanäle durch gegenüberliegende Wände 224, 226 gebildet. Vorzugsweise liegen die Wände 224, 226 entlang von flachen Ebenen, die im allgemeinen senkrecht zu der Unterfläche 212 des Halterings sind. Obwohl es sich hierbei um die bevorzugte Gestalt handelt, könnten die Wände gekrümmt sein (d. h. keinen flachen Querschnitt aufweisen) und könnten nicht rechtwinklig zu der Unterfläche 212 ausgebildet sein.

Als ein Ergebnis der bevorzugten ebenen Gestalt der Wände 224, 226 bilden die Wände an der Stelle, an der sie auf die Unterfläche 212 treffen, gerade Linien. Fig. 6 zeigt Konstruktionslinien 228, die sich im allgemeinen parallel zu den Wänden 224 erstrecken, und die den Punkt schneiden, an den die Wände 226 auf die Wand 202 am Innendurchmesser treffen. Die Konstruktionslinien 228 sorgen für eine visuelle Hilfe für das Ausmaß der "Verjüngung" oder der nach außen gerichteten "Kegeligkeit" der Wände 224, 226. Es wird bevorzugt, daß die Verjüngung der Kanalwände derart gestaltet ist, daß die Einlaßöffnungen 216 kleiner sind als die Auslaßöffnungen 218, wobei die Wände 226 einen spitzen Winkel mit den Konstruktionslinien 228 bilden. In Fig. 6 ist die bevorzugte Drehrichtung des Halterings in Richtung des Uhrzeigersinns, wie durch den Pfeil 232 angedeutet ist.

In Fig. 6 ist eine Konstruktionslinie 245 für einen Bolzenkreis gezeigt, um die mehrere bolzenaufnehmende Öffnungen 247 angeordnet sind. Die Öffnungen 247 nehmen, wie gezeigt in Fig. 3, Bolzen 39 auf. Somit schneidet, wie im Oberteil der Fig. 6 zu erkennen ist, die Wand 226 die kreisförmige Konstruktionslinie 245 und die vertikale Linie 249 im gleichen Punkt. Die Wand 224 bildet einen Winkel b1 bezüglich der Konstruktionslinie 249, und die Wand 226 bildet einen Winkel b2 bezüglich der Konstruktionslinie 249. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel b1 zwischen 40 und 50 Grad, aber er ist bevorzugt auf 45 Grad eingestellt, während der Winkel b2 zwischen 45 und 60 Grad und vorzugsweise bei 53 Grad liegt.

Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, sind die Wände 224, 226 von radialen Linien entlang der Richtung des Pfeils 232 geneigt. Die radiale Linie r1 erstreckt sich zu einem Berührungspunkt zwischen der Wand 224 und der Wand 202 am Innendurchmesser. Ein Winkel a1 ist zwischen der radialen Linie r2 und der Referenzlinie 228 gebildet. In ähnlicher Weise erstreckt sich eine radiale Linie r2 zu einem Berührpunkt zwischen der Wand 225 und der Wand 202 am Innendurchmesser. Ein Winkel a2 ist zwischen der Wand 225 und der radialen Linie r2 gebildet. Ferner ist ein Winkel a3 zwischen der Referenzlinie 228 und der Wand 226 gebildet, und sorgt für eine Anzeige des Ausmaßes der "Verjüngung" oder der "Kegeligkeit" der vergrößerten Öffnung des Kanals.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel a1 beispielhaft etwa 45°, der Winkel a2 beträgt etwa 60° und der Winkel a3 beträgt etwa 15°. Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Beispiel der Kanalausrichtungen. Es ist jedoch beabsichtigt, daß ein großer Gestaltungsbereich für die Kanäle möglich ist. Beispielsweise kann der Winkel a1 zwischen 40° und 50° liegen, der Winkel a2 kann zwischen 55° und 65° liegen, und der Winkel a3 kann zwischen 10° und 20° liegen. Während es bevorzugt wird, daß die acht Kanäle gleichmäßig um den Haltering beabstandet sind, sind andere Anzahlen von Kanälen möglich, und ihre Beabstandung muß nicht gleichmäßig sein. Ferner können, obwohl es im allgemeinen bevorzugt wird, daß die Kanäle eine ähnliche Querschnittsgestalt aufweisen, Kanäle mit unterschiedlichen Gestaltungen in den gleichen Halteringen ausgebildet sein.

Ferner können andere Gestaltungsüberlegungen einfach in die vorliegende Erfindung eingebracht werden. Z. B. ist zu erkennen, daß das Ausmaß eines Zuges oder der Förderung durch die Kanäle maximiert wird, wenn die Ränder 240, 242 (wo die Wände 224, 226 auf die Wand 202 am Innendurchmesser treffen - vgl. Fig. 6) scharf sind, und nicht ausgebogen oder abgerundet sind. Jedoch sind diese Ränder und insbesondere der Rand 240 einem Werkstück ausgesetzt, das innerhalb des Halterings angeordnet ist. Bei einer beabsichtigten Ausführungsform des Halterings 200 weist die Wand 202 am Innendurchmesser eine Größe auf, die ein wenig größer ist als ein einziges kreisförmiges Werkstück, das innerhalb des Halterings angeordnet ist. Beispielsweise sorgen Halteringe, die derart bemessen sind, daß sie Werkstücke mit einem Außendurchmesser von 6 Inch (15,24 cm) aufnehmen, für einen maximalen Freiraum von etwa 1,5 mm zwischen dem Außenrand der Werkstückscheibe und der Innenwand 202.

Poliervorgänge können entweder mit oder ohne einer Relativdrehung des Halterings bezüglich des Poliertisches durchgeführt werden. Jedoch kann das Werkstück sich frei innerhalb der Wand 202 am Innendurchmesser des Halterings drehen und bewegen, und dies wird üblicherweise bei einem zweckmäßigen Poliervorgang gewährleistet. Manchmal konnte man beobachten, daß kreisförmige Werkstücke vergleichsweise regelmäßig von der Wand 202 am Innendurchmesser "wegprallen", und es wurden sorgfältige Überlegungen hinsichtlich des Effekts angestellt, daß das Werkstück an die Wand 202 am Innendurchmesser des Halterings stößt. Wie aus einer Untersuchung des Halterings, der in Fig. 6 gezeigt ist, ersichtlich ist, ist es möglich, daß ein Werkstück mit 6 Inch Durchmesser die Wand 202 am Innendurchmesser berühren kann (die einen Durchmesser aufweist, der um 1,5 mm größer ist als das Werkstück mit einem Durchmesser von 6 Inch) und kann gelegentlich unmittelbar gegen die Ränder 242 und insbesondere den Rand 240 oder die Kante stoßen. Dieser Zustand wird bei Werkstücken erschwert, die verschiedene Identifikations- oder Ausrichtungsebenen an ihrem Außenrand ausgebildet aufweisen. In der halbleitererzeugenden Industrie werden kreisförmige Werkstücke mit verschiedenen Gestaltungen und Materialien üblicherweise durch verschiedene Ausrichtungsebenen identifiziert, die in dem Außenrand des Werkstücks ausgebildet sind. Infolge der hohen Kosten von Werkstücken in dieser Industrie ist es wichtig, daß nachteilige Wirkungen auf eine Ausrichtungsfläche eines Werkstücks, das an eine Kante eines Kanals eines Halterings stößt, minimiert oder ausgeschlossen werden. Demzufolge wird für Werkstücke mit 6 Inch Durchmesser bevorzugt, daß die Breite oder der Abstand zwischen den Kanten 240, 242 nicht größer als 3/8 Inch (0,953 cm) und vorzugsweise nicht größer als 1/4 Inch (0,635 cm) sind. Die bevorzugte Größe der Auslaßöffnung 218 liegt zwischen einer Breite, die ein wenig größer ist als 0,5 Inch (1,27 cm), und 1,5 Inch (3,81 cm). Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Tiefe der Kanäle im allgemeinen gleichbleibend, und ist vorzugsweise tiefer als die Dicke des Werkstücks, und bevorzugt zwischen zwei- und dreimal so dick wie die Dicke des Werkstücks.

Wie den Fachleuten der Halbleiterherstellung bewußt ist, ist ein nicht gleichmäßiges Polieren von Substratscheiben ein wichtiges Problem bei den Herstellern von Halbleiteranordnungen, insbesondere wenn Ausrichtungsebenen oder andere Asymmetrien in dem Werkstück vorhanden sind. Beispielsweise wurde oft beobachtet, daß das Poliermedium dazu neigt, sich an der Stelle von Ausrichtungsflächen, die in dem Außenrand eines Werkstücks ausgebildet sind, aufzubauen. Mit den Kanälen, die gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung gestaltet sind, wurden ungleichmäßige Polierraten an den Stellen von Ausrichtungsflächen erheblich verringert und konnten in vielen Anwendungsfällen im wesentlichen ausgeschlossen werden. Ferner konnte bei mit Kanälen versehenen Halteanordnungen, die gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung gestaltet sind, im allgemeinen eine Gleichmäßigkeit der Polierraten quer über die Oberfläche des Werkstücks beobachtet werden. Dies führte zu einer Verbesserung sowohl der Einebnung insgesamt als auch lokal eines Werkstücks, das einem Polieren mit Halteanordnungen gemäß den Gedanken der vorliegenden Erfindung unterliegt, was ein Merkmal von wesentlicher ökonomischer Wichtigkeit für die Hersteller von Halbleiteranordnungen darstellt. Selbstverständlich können die hierin beschriebenen Halteanordnungen in einfacher Weise auf Poliervorgänge anderer Materialien, wie z. B. Maschinenteile und sonstige Gegenstände, angewendet werden, die heutzutage verbreitet verwendet werden.

In Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht ähnlich zu der in Fig. 7 gezeigten schematisch dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die schematische Darstellung von Fig. 12 nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist. Fig. 12 zeigt eine Halteanordnung, die allgemein mit 250 bezeichnet ist und den Haltering 200, die Druckplatte 28 und eine optionale Stützfolie 252 aus SF3 oder einem anderen Material aufweist. Die Breite der Kanäle w variiert von der inneren Wand 202 zum Außenrand 204, wie oben beschrieben wurde. Gemäß der Erfindung wird die Tiefe d des Kanals 210 entlang der Länge des Kanals im wesentlichen konstant gehalten, und ist für mehrere in dem Haltering ausgebildete Kanäle die gleiche. Bei der in Fig. 12 gezeigten Anordnung weist das Werkstück 256 einen Wafer aus Halbleitermaterial mit einer Dicke im Bereich zwischen 630 und 690 Mikrometer auf. Die Folie 252 weist eine Dicke im Bereich zwischen 400 und 450 Mikrometer auf. Der Zwischenraum oder die Lücke c weist einen Maximalwert von etwa 1,5 mm auf (und es wird angenommen, daß das Werkstück die Innenwand 202 berührt). Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Unterfläche 258 um einen Abstand im Bereich zwischen 150 und 175 Mikrometer unterhalb die Unterfläche 212 des Halterings. Wie in Fig. 12 schematisch dargestellt ist, erstrecken sich die Kanäle 220 über die Höhe des Werkstücks und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Tiefe etwa 2 mm.

In den Fig. 9-11 ist ein Haltering allgemein mit 300 bezeichnet. Eine Reihe von Kanälen 302 sind in der Unterfläche 304 des Halterings ausgebildet und weisen eine Öffnung 306 an der Innenwand 308 des Halterings und eine Öffnung 310 in dem Außenrand 312 des Halterings auf. Wie bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird im allgemeinen bevorzugt, daß die Kanten 316, 318 scharf ausgebildet sind, so daß das Ziehen oder die Förderung des Mediums zu dem Kanal verbessert wird, und es wird ferner bevorzugt, daß die Öffnung 306 an dem Innenrand kleiner ist als die Öffnung 310 an dem Außenrand des Halterings. Für Werkstücke mit 6 Inch Durchmesser und mit dem Freiraum und der Dicke in den oben unter Bezugnahme auf die Fig. 12 beschriebenen Abmessungen ist die Öffnung 306 an dem Innendurchmesser vorzugsweise nicht größer als 3/8 Inch, und vorzugsweise nicht größer als 1/4 Inch, während die Öffnung 310 an dem Außenrand im Bereich zwischen 1/4 Inch und 2 Inch liegt. Obwohl buchstäblich eine beliebige Zahl von Kanälen verwendet werden kann, wird bevorzugt, daß acht Kanäle mit gleichem Abstand zueinander an der Bodenfläche des Halterings ausgebildet sind. Ferner wird im allgemeinen bevorzugt, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen um nicht mehr als 90°, gemessen durch die radialen Linien, die durch die Mittelpunkte der Öffnungen treten, versetzt sind, und es wird bevorzugt, daß der ringförmige Versatz zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung innerhalb eines Bereichs von 40 bis 50 Grad liegt, und es wird insbesondere bevorzugt, daß der ringförmige Versatz P etwa 45 Grad beträgt (vgl. Fig. 9).


Anspruch[de]
  1. 1. Haltevorrichtung zum Polieren eines Werkstücks (30), mit:

    einem Druckplattenabschnitt (28) oberhalb des Werkstücks (30) zum Aufbringen von nach unten gerichtetem Druck auf das Werkstück (30) zum Polieren des Werkstücks (30) gegen eine Polierfläche;

    einem Halteabschnitt (38) mit oberen und unteren Flächen, einer Innenfläche (47, 202, 308), die mit der Druckplatte (28) derart zusammenwirkt, daß ein innerer Hohlraum festgelegt wird, und einer Außenfläche (49, 204, 312);

    wobei die untere Fläche des Halteabschnitts (38) mehrere Ausnehmungen (46, 210, 302) aufweist, die sich von der Innenfläche (47, 202, 308) zu der Außenfläche (49, 204, 312) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (46, 210, 302) mit radialen Referenzlinien (r1, r2) nicht übereinstimmen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen;

    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung (216, 306) mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche (47, 202, 308) und eine äußere Öffnung (218, 310) an der Außenfläche (49, 204, 312) mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
  2. 2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (46, 210, 302) entlang jeweiliger gerader Linien (228) erstrecken, die um einen Winkel (a1) von den radialen Referenzlinien (r2) versetzt sind.
  3. 3. Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Linien (228) um einen Winkel (a1) mit ähnlichem Ausmaß von den radialen Referenzlinien (r2) versetzt sind.
  4. 4. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (302) sich entlang jeweiliger gekrümmter Linien erstrecken, die in ähnlichen Richtungen von den radialen Referenzlinien (r1, r2) versetzt sind, und wobei die Ausnehmungen (302) jeweilige im allgemeinen gleichbleibende Tiefen aufweisen.
  5. 5. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) im allgemeinen rechteckige Querschnitte aufweisen, wobei an ihren inneren Öffnungen (216, 306) scharfe Ecken vorhanden sind.
  6. 6. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (28) und der Halteabschnitt (38) getrennt ausgebildet sind, und daß sich die Druckplatte (28) in den inneren Hohlraum des Halteabschnitts (38) erstreckt.
  7. 7. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (28) und der Halteabschnitt (38) einstückig derart ausgebildet sind, daß sie einen monolithischen Körper aufweisen.
  8. 8. Halteringvorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, mit:

    einem Haltering (200, 300) mit oberen und unteren Flächen, Anbringeinrichtungen zum Verbinden des Halterings (200, 300) mit einer Druckplatte (28) an der oberen Fläche des Halterings, einer Innenfläche (47, 202, 308), die innerhalb des Halterings einen inneren Hohlraum festlegt, und einer Außenfläche (49, 204, 312);

    wobei die untere Fläche des Halteabschnitts (38) mehrere Ausnehmungen (46, 210, 302) aufweist, die sich von der Innenfläche (47, 202, 308) zu der Außenfläche (49, 204, 312) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (46, 210, 302) mit radialen Referenzlinien (r1, r2) nicht übereinstimmen, die von einem Punkt in dem inneren Hohlraum ausströmen;

    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) eine im wesentlichen gleichbleibende Tiefe, eine innere Öffnung (216, 306) mit einer vorbestimmten Breite an der Innenfläche (47, 202, 308) und eine äußere Öffnung (218, 310) an der Außenfläche (49, 204, 312) mit einer größeren Breite als derjenigen der inneren Öffnung aufweisen.
  9. 9. Halteringvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (46, 210, 302) entlang jeweiliger gerader Linien (228) erstrecken, die um einen Winkel (a1) von den radialen Referenzlinien (r2) versetzt sind.
  10. 10. Halteringvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Linien (228) um einen Winkel (a1) in ähnlichen Ausmaßen von den radialen Referenzlinien (r2) versetzt sind.
  11. 11. Halteringvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (302) sich entlang jeweiliger gekrümmter Linien erstrecken, die in ähnlicher Richtung von den radialen Referenzlinien (r1, r2) versetzt sind, und wobei die Ausnehmungen (302) jeweilige im allgemeinen gleichbleibende Tiefen aufweisen.
  12. 12. Halteringvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (46, 210, 302) im allgemeinen rechteckige Querschnitte aufweisen, wobei an ihren inneren Öffnungen (216, 306) scharfe Ecken (240, 242, 316, 318) ausgebildet sind.






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