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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Halbleiterbearbeitungsvorrichtungen und insbesondere auf
Träger
zum Halten eines Halbleiterwafers während einer chemisch-mechanischen
Planarisierung.
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Halbleiterwafer werden planarisiert
oder poliert, um eine glatte, flache Oberfläche zu erzielen, bevor Bearbeitungsschritte
durchgeführt
werden, die elektrische Schaltungen auf dem Wafer erzeugen. Dieses
Polieren wird dadurch bewerkstelligt, dass der Wafer auf einem Träger befestigt,
der Träger
rotiert und ein rotierender Polierballen mit dem rotierenden Wafer
in Kontakt gebracht wird. Es gibt auf diesem Gebiet eine Vielzahl
verschiedener Typen von Waferträgern
zur Verwendung während
dieses Poliervorgangs. Ein üblicher
Typ eines Trägers
ist fest auf einer Welle befestigt, die von einem Motor rotiert wird.
Eine Naßpolierdispersion,
die normalerweise ein in einer Flüssigkeit suspendiertes Polier-Schleifmittel
umfasst, wird auf den Polierballen aufgetragen. Ein nach unten drückender
Polierdruck wird während des
Poliervorgangs zwischen dem rotierenden Wafer und dem rotierenden
Polierballen angewendet. Bei diesem System war es erforderlich,
dass der Waferträger
und der Polierballen perfekt parallel ausgerichtet waren, um die
Halbleiterwaferoberfläche
entsprechend zu polieren.
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Der Waferträger war typischerweise eine harte
flache Platte, die der Oberfläche
des Wafers, die der zu polierenden Oberfläche entgegengesetzt war, nicht
angepasst war. Folglich konnte die Trägerplatte keinen gleichmäßigen Polierdruck über die
gesamte Fläche
des Wafers, insbesondere am Rand des Wafers, anwenden. Beim Versuch,
dieses Problem zu lösen,
wurde die harte Trägerplatte
oft von einem weicheren Trägerfilm
bedeckt. Der Zweck des Films war das Übertragen eines gleichmäßigen Drucks
auf die Rückoberfläche des
Wafers, um zu einem gleichmäßi gen Polieren
beizutragen. Zusätzlich zum
Ausgleichen von Oberflächenunregelmäßigkeiten
zwischen der Trägerplatte
und der Wafer-Rückoberfläche sollte
der Film außerdem
geringfügige
Verschmutzungen auf der Waferoberfläche glätten. Solche Verschmutzungen
konnten ohne das Vorsehen eines solchen Trägerfilms einem hohen Druck
ausgesetzte Bereiche erzeugen. Leider waren die Filme nur teilweise
wirksam und hatten eine begrenzte Flexibilität, und sie hatten die Tendenz,
nach wiederholtem Gebrauch "abzubinden" (eine bestimmte
Form zu behalten). Insbesondere schien das Abbinden an den Kanten
des Halbleiterwafers schlimmer zu sein.
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Der im US-Patent Nr. 5,762,544 beschriebene
Waferträger
verdeutlicht ein weiteres Problem, das viele bekannte Waferträgerkonstruktionen
haben. Im US-Patent
Nr. 5,762,544 ist die Verwendung einer flachen, steifen Trägerbasis
offenbart, die über einen
Kardanmechanismus mit einer Welle verbunden war, der die Trägerbasisoberfläche während des Polierens
parallel zur Halbleiterwaferoberfläche halten sollte. Typischerweise
führte
diese Anordnung dazu, dass ein einziger Druck über die gesamte Waferoberfläche angewendet
wurde. Das Verändern
einer über
die Welle auf die Trägerbasis übertragenen Kraft
führte
daher zu einer Veränderung
des über
die gesamte Oberfläche
des Halbleiterwafers angewendeten Drucks. Das Problem bei der Verwendung
von Waferträgern
wie desjenigen, der im US-Patent Nr. 5,762,544 beschrieben ist,
ist, dass trotz des anscheinenden Anwendens eines gleichmäßigen Drucks über die
Waferoberfläche
manche Planarisierungsverfahren eine oder mehrere ringförmige Vertiefungen
in der Nähe
des äußeren Waferrands
auf der Oberfläche
erzeugen, auf welcher die Abscheidung der Schaltungen stattfinden
soll. Nur ausreichend glatte, flache Teile der Waferoberfläche können wirksam
zur Schaltungsabscheidung verwendet werden. Die ringförmigen Vertiefungen
schränken daher
die Nutzfläche
des Halbleiterwafers ein.
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Andere Waferträgerkonstruktionen, wie die im
US-Patent Nr. 5,762,539 beschriebenen, implementieren Mittel zum
Anwenden von mehr als einem Druckbereich über die Rückoberfläche des Halbleiterwafers, um
ungleichmäßige Abschleifmuster
auszugleichen, wie zum Beispiel die oben erwähnten ringförmigen Vertiefungen. Insbesondere
ist beim im US-Patent Nr. 5,762,539 beschriebenen Träger eine obere
Platte mit mehreren inneren Kammern vorgesehen, die unabhängig voreinander
unter Druck gesetzt werden können.
In der oberen Platte sind mehrere in sie eindringende Löcher sowie
ein auf der unteren Oberfläche
der oberen Platte anliegen der Ballen vorgesehen. Indem die einzelnen
Kammern der oberen Platte unterschiedlich unter Druck gesetzt werden,
können
unterschiedliche Druckverteilungen über die auf dem Ballen aufliegende
Waferoberfläche geschaffen
werden; die Druckverteilungen sind jedoch nicht ausreichend steuerbar,
um über
die Rückoberfläche des
Wafers unterscheidbare Bereiche zu schaffen, an die der gleiche
Druck angelegt wird. Dies liegt daran, dass unter Druck stehendes
Fluid durch winzige Löcher
in der oberen Platte direkt auf die Rückoberfläche des Wafers angelegt wird,
und das unter Druck stehende Fluid kann sich im Wesentlichen frei über die
Rückoberfläche des
Wafers bewegen. Daher bewegt sich unter Druck stehendes Fluid, das
auf einen Bereich der Rückoberfläche des
Wafers angewendet wurde, in benachbarte Bereiche der Rückoberfläche des
Wafers, das mit einem unter einem anderen Druck stehenden Druckfluid
versorgt wird. Daher ist die Möglichkeit
des Steuerns des angewendeten Drucks an bestimmten voneinander unterscheidbaren
Abschnitten des Wafers beschränkt, wodurch
die Möglichkeit
der Konstruktion eingeschränkt
wird, vorhergesehene Abschleifprobleme auszugleichen.
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Es bestand daher der Bedarf nach
dem Vorsehen einer Trägerkonstruktion,
welche das gesteuerte Anwenden mehrerer Druckbereiche über die Rückoberfläche eines
Halbleiterwafers während
des Polierens erlaubt.
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Kurzzusammenfassung
der Erfindung
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Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen verbesserten Waferträger zum Polieren von Halbleiterwafern
vorzusehen.
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Eine weitere Aufgabe ist es, einen
Waferträger
vorzusehen, der einen gleichmäßigen Druck über die
gesamte Fläche
des Halbleiterwafers anwendet, wenn das gewünscht wird.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Waferträger
vorzusehen, der einen nicht gleichmäßigen, jedoch gesteuerten Druck über die
gesamte Fläche
des Halbleiterwafers anwendet, um vorhergesehene problematische
Schleifmuster auszugleichen, wie zum Beispiel eine am Rand verlaufende
ringförmige
Vertiefung oder eine in der Mitte liegende Ausbuchtung, die typischerweise als
das Problem einer langsamen Mitte (center slow problem) bezeichnet
wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Oberfläche
auf dem Träger
vorzusehen, welche die Rückoberfläche des
Halbleiterwafers kontaktiert und sich an Unregelmäßigkeiten
der Rückoberfläche anpasst.
Vorzugsweise sollte sich die Oberfläche des Trägers auch an winzige Unregelmäßigkeiten
der Rückoberfläche des
Halbleiterwafers anpassen.
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Diese und andere Aufgaben werden
durch einen Träger
für eine
Vorrichtung gelöst,
die eine chemisch-mechanische Planarisierung auf der Oberfläche eines
Werkstücks
durchführt,
die eine steife Platte mit einer Hauptoberfläche aufweist. Der Träger weist
ebenfalls eine erste Membran aus weichem, flexiblem Material mit
einem ersten Abschnitt zum Kontaktieren eines ersten Oberflächenteils
des Werkstücks
auf. Die erste Membran ist an der steifen Platte befestigt und erstreckt
sich über
mindestens einen ersten Teil der Hauptoberfläche, wodurch zwischen ihnen
ein erster Hohlraum definiert wird.
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Außerdem weist der Träger eine
zweite Membran eines weichen, flexiblen Materials mit einem zweiten
Abschnitt zum Kontaktieren eines zweiten Oberflächenteils des Werkstücks auf.
Die zweite Membran ist auch mit der steifen Platte verbunden und
erstreckt sich über
mindestens einen zweiten Teil der Hauptoberfläche, wodurch zwischen ihnen
ein zweiter Hohlraum definiert wird. Mehrere Fluidleitungen liefern
unter Druck stehendes Fluid, wie zum Beispiel ein Gas, das an einen
oder mehrere der Hohlräume
geleitet wird.
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Dadurch, dass die Hohlräume auf
den gleichen oder auf unterschiedliche Drücke gebracht werden, kann je
nach Wunsch eine gleichmäßige oder eine
gesteuerte, nicht gleichmäßige Druckverteilung entsprechend über die
Werkstückoberfläche angelegt
werden. Da außerdem
die Membranen aus einem weichen, flexiblen Material, wie zum Beispiel Polyurethan
oder Nitrilkautschuk oder Butylkautschuk hergestellt sind, passen
sich die Membranen, die die Rückoberfläche des
Werkstücks
kontaktieren, jedweden Unregelmäßigkeiten
der Rückoberfläche an.
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In der bevorzugten Vorrichtungs-Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind nur zwei Membranen, die entsprechende
Hohlräume
aufweisen, und ein Zwischen-Membran-Hohlraum vorgesehen; allgemein
kann jedoch eine beliebige gewünschte
Anzahl von Membranen mit ihren entsprechenden Hohlräumen und
Zwi schen-Membran-Hohlräumen
implementiert werden. Außerdem
können unabhängig von
der ausgewählten
Anzahl von Membranen diese miteinander verbundene getrennte Membranen
oder eine einzige Membran mit der gewünschten Anzahl unabhängiger Hohlräume sein.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der Träger eine steife Platte mit
einer Hauptoberfläche
mit darin ausgebildeten mehreren Hohlräumen, eine Membran aus flexiblem
Material, die mit einem Teil der Hauptoberfläche gekoppelt ist und an diesem
anliegt, ein erstes Element, das mit einer unteren Oberfläche der
Membran gekoppelt ist und an dieser anliegt, ein zweites Element,
das mit der unteren Oberfläche
der Membran gekoppelt ist und an diese anliegt und mehrere Fluidleitungen, über die
eine Quelle unter Druck stehenden Fluids, wie zum Beispiel eines
Gases, mit mindestens einem der Hohlräume verbunden ist. Wie in der
vorherigen Ausführungsform
des Trägers
kann auch bei dieser späteren
Ausführungsform
ein entsprechendes Druckbeaufschlagen der Trägerhohlräume sonst unregelmäßige Schleifraten
während des
Polierens des Werkstücks
ausgleichen.
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Die vorliegende Erfindung sieht auch
ein Verfahren zum Steuern der chemisch-mechanischen Planarisierung
einer Oberfläche
eines Werkstücks zum
Ausgleichen unregelmäßiger Schleifraten
auf der Oberfläche
mit den folgenden Schritten vor: Vorsehen einer steifen Platte,
die eine Hauptoberfläche hat;
Druckbeaufschlagen eines ersten Hohlraums, der durch eine erste
Membran aus weichem, flexiblem Material und aus einem ersten Teil
der Hauptoberfläche
der steifen Platte gebildet wird, um einem ersten Abschnitt der
ersten Membran zu erlauben, einen ersten Oberflächenteil des Werkstücks zu kontaktieren,
der auf einer Seite angeordne ist, die der Oberfläche des
Werkstücks
entgegengesetzt liegt; Druckbeaufschlagen eines zweiten Hohlraums,
der durch eine zweite Membran aus weichem, flexiblem Material und
einem zweiten Teil der Hauptoberfläche der steifen Platte gebildet
wird, um einem zweiten Abschnitt der zweiten Membran zu erlauben,
einen zweiten Oberflächenteil
des Werkstücks
zu kontaktieren, der auf einer Seite angeordnet ist, die der Oberfläche des
Werkstücks
entgegengesetzt ist; Auswählen
einer Druckbeaufschlagung der Hohlräume zum Ausgleichen ungleichmäßiger Schleifraten; und
Polieren der Oberfläche
des Werkstücks.
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Während
des Polierens werden die Hohlräume
mit Fluid, wie zum Beispiel einem Gas, unter Druck gesetzt, wodurch
die Membranen einen Druck auf das Werkstück ausüben, wodurch das Werkstück in den
anliegenden Polierballen gedrückt
wird. Da die Membranen aus einem dünnen, weichen und höchst flexiblen
Material sind, passen sich die Membranen der Rückoberfläche des Werkstücks an,
die der zu polierenden Oberfläche
entgegengesetzt liegt. Durch eine Anpassung selbst an winzige Variationen
der Werkstückoberfläche üben die
Membranen einen Druck über
die gesamte Rückoberfläche des
Werkstücks
gleichmäßig aus,
wodurch ein gleichmäßiges Polieren
erzielt wird.
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Diese und andere Aufgaben, Vorteile
und Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
ersichtlich. In der Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen, die einen Teil davon bilden, und es wird darin eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Eine solche Ausführungsform repräsentiert
nicht notwendigerweise den vollen Umfang der Erfindung, und es wird
daher zur Interpretation des Umfangs der Erfindung auf die Ansprüche verwiesen.
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Kurzbeschreibung
der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
ein Diametralschnitt einer Explosionsdarstellung einer Poliervorrichtung
nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Diametralschnitt durch die vollständig montierte Poliervorrichtung
von 1 nach einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
ein Diametralschnitt eines Teils des Trägers von 1 nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Diametralschnitt eines Teils des Trägers von 1 nach einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils einer einstückigen Membran
nach einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
ein vereinfachter Schnitt durch mehrere Membranen, die mit dem Träger nach
einer weiteren alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gekoppelt werden können;
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7 ist
ein Fließdiagramm
eines Verfahrens zum Betreiben des Trägers zum Polieren eines Werkstücks nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
ein Diametralschnitt durch einen vollständig montierten Träger nach
einer weiteren alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
ein Diametralschnitt eines Teils des Trägers von 8; und
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10 ist
ein weiterer Diametralschnitt eines Teils des Trägers von 8.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug
genommen, bei denen die gleichen Referenzzeichen entsprechende Elemente
in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, und insbesondere wird
auf 1 Bezug genommen,
einem Diametralschnitt einer Explosionsdarstellung einer Poliervorrichtung 10, die
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform
wird die Vorrichtung 10 zum Planarisieren oder Polieren
einer vorderen Oberfläche
eines Halbleiterwafers verwendet; jedoch kann die Vorrichtung 10 auch
zum Polieren eines "Werkstücks" verwendet werden,
das allgemein so definiert ist, dass es Folgendes sein kann: Halbleiterwafer,
sowohl reines Silizium als auch andere Halbleitersubstrate, wie
zum Beispiel diejenigen mit oder ohne aktive Elemente oder Schaltungen,
und teilweise bearbeitete Wafer, sowie Silizium auf einem Isolator,
Hybrid-Anordnungen, Flachbildschirme, mikro-elektro-mechanische
Sensoren (MEMS), MEMS-Wafer, Computer-Festplatten oder andere Materialien,
die durch eine Planarisierung verbessert werden.
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Die Vorrichtung 10 hat einen
Träger 12,
der auf einer Spindelwelle 14 montiert ist, die über eine (nicht
dargestellte) Kardananordnung mit einem Rotationsantriebsmechanismus
verbunden ist. Ein Ende der Spindelwelle 14 ist mit einer
Drehkupp lung 16 verbunden. Die Drehkupplung 16 ist
eines dem Fachmann auf diesem Gebiet wohl bekannten Typs, wie zum
Beispiel die unter dem Rotary Systems Teil Nr. 202196 hergestellte
Drehkupplung. Die Drehkupplung 16 erlaubt die Übertragung
unter Druck stehenden Fluids, wie zum Beispiel eines Gases, durch mehrfache
Leitungen, die auf der Versorgungsseite der Drehkupplung 16 fest
sind, sich jedoch auf der Trägerseite
der Drehkupplung 16 bewegen. Insbesondere ist die Röhrenleitung 26a, 26b und 26c stationär. Das Element 20 repräsentiert
eine Quelle zum Liefern unter Druck stehenden Fluids (z.B. Gas)
oder eines Unterdrucks. Die Elemente 22a, 22b und 22c repräsentieren
Regler, die entweder den Druckgrad des Fluids (z.B. Gases) oder
die Stärke
des gelieferten Unterdrucks steuern. Druck- und Unterdruckregler,
wie zum Beispiel die von SMC Pneumatics, Inc. unter der Teile-Nr.
IT2011-N32 hergestellten,
sind dem Fachmann auf diesem Gebiet wohl bekannt.
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Röhrenleitungen 24a, 24b und 24c sind
zwischen der kombinierten Druck/Unterdruck-Quelle und den entsprechenden
Reglern 22a, 22b und 22c vorgesehen,
die mit der Drehkupplung 16 durch die Röhrenleitungen 26a, 26b und 26c verbunden
sind. Röhrenleitungen 26a, 26b und 26c sind
mit entsprechenden Röhrenleitungen 28a, 28b und 28c durch die
Drehkupplung 16 verbunden. Die Röhrenleitungen 28a, 28b und 28c sind
in einem inneren Hohlraum der Spindelwelle 14 gezeigt;
die Röhrenleitungen 28a, 28b und 28c brauchen
jedoch nicht innerhalb der Spindelwelle 14 untergebracht
zu sein. Die Röhrenleitungen 28a, 28b und 28c sind
jeweils mit Rohrverbindungsstücken 30a, 30b und 30c verbinden.
Die Rohrverbindungsstücke 30a, 30b und 30c dringen
in eine obere Oberfläche 36 der
steifen Platte 34 ein und erlauben eine Fluidkommunikation
durch eine untere Oberfläche 38 der
steifen Platte 34, wodurch eine Fluidkommunikation von
der kombinierten Druck/Unterdruck-Quelle 20 bis zur unteren
Oberfläche 38 der
steifen Platte 34 ermöglicht
wird. Die Röhrenleitungen 24a-24c, 26a-26c und 28a-28c sind vorzugsweise
flexibel und leichtgewichtig, wenn auch Röhrenmaterialien verschiedener
unterschiedlicher Flexibilitäten
und Gewichte verwenden werden können.
Solche Röhrenleitungen
sind dem Fachmann wohl bekannt. Zusätzlich sind auch die verschiedensten
Typen von Rohrverbindungsstücken
dem Fachmann bekannt und können
für die
Rohrverbindungsstücke 30a-30c verwendet
werden.
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So verlaufen mehrere Leitungen von
der kombinierten Druck/Unterdruck-Quelle 20 zur Haupt- oder unteren
Oberfläche 38 der
steifen Platte 34, und die Lei tungen sehen eine Quelle "unter Druck stehender" Fluide oder Gase
an Hohlräume
vor (wie unten noch beschrieben ist). Der Ausdruck "unter Druck stehend" soll sich hier auf
einen absoluten Druck beziehen. Daher bedeutet ein positiver absoluter
Druck, dass Fluid, wie zum Beispiel ein Gas, in den Leitungen unter
Druck steht, und ein absoluter Druck von Null bedeutet, dass durch
die Leitungen ein Vakuum geliefert wird.
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Die Spindelwelle 14 umfasst
vorzugsweise ein solides steifes Material, wie zum Beispiel Edelstahl;
ein beliebiges stabiles steifes und vorzugsweises leichtgewichtiges
Material kann jedoch für
die Spindelwelle 14 verwendet werden. Die Spindelwelle 14 ist
an einem Ende mit der Drehkupplung 16 und am anderen Ende
mit der steifen Platte 34 verbunden. Die Spindelwelle 14 wird
auch von einem Gleitlager 18 gehalten. Die detaillierte
Verbindung der Spindelwelle 14 mit der steifen Platte 34 ist
nicht gezeigt, da eine beliebige aus einer Anzahl unterschiedlicher
Typen von Verbindungen eingesetzt werden könnte. Eine Abdeckung ist vorgesehen,
die einen oberen Abschnitt 32a, einen mittleren Abschnitt 32b und
einen unteren Abschnitt 32c umfasst. Die Abdeckung 32a-32c ist über der
steifen Platte 34 befestigt, um die Spindelwelle 14,
die Röhrenleitungen 28a-28c und
die Röhrenverbindungsstücke 30a-30c gegenüber umherfliegenden
Teilchen zu schützen. Die
Abdeckung 32a-32c ist vorzugsweise aus einem leichtgewichtigen
Material hergestellt und kann auf eine beliebige von verschiedenen
dem Fachmann wohl bekannten Weisen auf der steifen Platte 34 befestigt
sein.
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Aus einer näheren Betrachtung der unteren Oberfläche 38 der
steifen Platte 34 ergibt sich von links nach rechts in 1, dass die untere Oberfläche 38 einne
ringförmige
Vertiefung zwischen den Positionen 38a und 38b,
einen erhabenen ringförmigen
Teil zwischen den Positionen 38b und 38c, eine weitere
ringförmige
Vertiefung zwischen den Positionen 38c und 38d und
einen erhabenen zylindrischen Teil, der durch die Position 38d eingegrenzt
wird, aufweist. Die steife Platte 34 ist vorzugsweise aus
Edelstahl, wenn auch ein beliebiges stabiles, steifes Material nach
Wunsch stattdessen eingesetzt werden kann. Eine Membran 40 ist
mit der steifen Platte 34 gekoppelt. Die Membran 40 weist
einen zentral angeordneten Abschnitt zwischen den Positionen 40a und 40b zum
Kontaktieren eines Oberflächenteils
einer oberen Oberfläche
eines Werkstücks
(z.B. eines Halbleiterwafers 56, 2) auf. Der Kontaktabschnitt der Membran 40 ist
im Wesentlichen kreisförmig.
Die Membran 40 weist auch einen Rand 40c auf,
der eine Verbindung mit der steifen Platte 34 erleichtert,
sowie einen zwischen dem Rand 40c und dem durch die Positionen 40a und 40b eingegrenzten
Waferkontaktabschnitt liegenden Faltenbalg 40d auf.
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Eine weitere Membran 42 weist
ebenfalls einen Abschnitt zum Kontaktieren eines Oberflächenteils
einer oberen Oberfläche 56u eines
Halbleiterwafers 56 auf. Der Waferkontaktabschnitt für die Membran 42 weist
einen durch Positionen 42a und 42b eingegrenzten
ringförmigen
Bereich auf. Die Membran 42 weist einen inneren Rand 42c und
einen äußeren Rand 42d auf,
welche eine Verbindung mit der steifen Platte 34 erleichtern.
Die Membran 42 weist ebenfalls einen Faltenbalg 42e zwischen
dem Waferkontaktbereich der Membran und den Rändern 42c und 42d der
Membran auf. Beide Membranen 40 und 42 sind vorzugsweise
aus einem flexiblen Material, wie zum Beispiel Polyurethan; es kann
jedoch ein beliebiges weiches, flexibles und im Wesentlichen dünnes Material
für die
Membranen 40 und 42 verwendet werden.
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Ein Klemmring 44 ist unter
Verwendung von Befestigungselementen 46 (z.B. Schrauben
oder anderen Verbindungselementen) und entsprechender mit Gewinden
versehener Vertiefungen 51 auf der steifen Platte 34 befestigt,
wodurch die Befestigungsränder 40c und 42c auf
der unteren Oberfläche 38 der
steifen Platte 34 fest angebracht werden. In ähnlicher
Weise ist ein Verschleißring 48 auf
der unteren Oberfläche 38 der
steifen Platte 34 unter Verwendung von Befestigungselementen 49 und
mit Gewinden versehenen Vertiefungen 55 befestigt. Wenn
er auf der steifen Platte 34 befestigt ist, klemmt der
Verschleißring 48 den äußeren Rand 42d der
Membran 42 gegen die untere Oberfläche 38 der steifen
Platte 34. Eine vorstehende Rippe im äußeren Rand 42d wird
in eine Nut 53 in der unteren Oberfläche 38 der steifen
Platte 34 eingeführt,
um eine richtige Positionierung der Membran 42 zu erleichtern.
Auf diese Weise klemmt der Verschleißring 48 den äußeren Rand 42d gegen
die untere Oberfläche 38.
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2 ist
ein Diametralschnitt der vollständig montierten
Poliervorrichtung von 1 nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
die Poliervorrichtung in Kontakt mit der Rück- oder oberen Oberfläche 56u eines Werkstücks 56 (z.B.
eines Halbleiterwafers). Das Werkstück 56 hat auch eine
Vorder- oder untere Oberfläche 56l,
die poliert wird, wenn sie mit einem (nicht gezeigten) Polierballen
in Kontakt gebracht wird.
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Ein Hohlraum 50 wird zwischen
der Membran 40 und der unteren Oberfläche 38 der steifen Platte 34 gebildet.
In ähnlicher
Weise wird ein Hohlraum 52 zwischen der Membran 42 und
der unteren Oberfläche 38 der
steifen Platte 34 gebildet. Zusätzlich wird ein Hohlraum 54 zwischen
einem Teil der Membran 40, einem Teil der Membran 42 und
einem Teil des Halbleiterwafers 56 gebildet. Der Hohlraum 54 wird
als der "Zwischen-Membran-Hohlraum" bezeichnet. Der
Hohlraum 50 hat eine allgemein zylindrische Form, während die
Hohlräume 52 und 54 allgemein
eine ringförmige
Form haben und im Verhältnis
zum Hohlraum 50 konzentrisch angeordnet sind.
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In 3 ist
ein Diametralschnitt eines Teils des Trägers 12 nach einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Trägerteil ist so gezeigt, dass
Membranteile an die obere Oberfläche
eines Halbleiterwafers 56 angepasst anliegen. Röhrenleitungen
oder Leitungen 28a, 28b und 28c liefern
unter Druck stehendes Fluid (z.B. Gas) oder einen Unterdruck durch
die steife Platte 34 an ihre entsprechenden Hohlräume 52, 54 und 50. Die
Membran 40 und die steife Platte 34 bilden den Hohlraum 50,
während
die Membran 42 und die steife Platte 34 den Hohlraum 52 bilden.
Der Zwischen-Membran-Hohlraum 54 wird durch Teile der Membranen 40 und 42 sowie
durch einen Teil des Halbleiterwafers 56 gebildet. In dieser
Version des Zwischen-Membran-Hohlraums 54 werden die Seitenbegrenzungen
des Hohlraums 54 durch Teile der Membranen 40 und 42 gebildet,
während
die obere Begrenzung des Hohlraums 54 durch die steife
Platte 34 und die untere Begrenzung durch den Halbleiterwafer 56 gebildet
wird. In dieser Hinsicht wird im Wesentlichen kein Teil der unteren
Begrenzung des Zwischen-Membran-Hohlraums 54 durch die
Membranen 40 und 42 vorgesehen. Die Kontaktabschnitte der
Membranen 40 und 42 sind aufgrund ihrer Anpassung
an kleinste Variationen in der oberen Oberfläche 56u (2) des Halbleiterwafers 56 leicht
gebogen oder angewinkelt.
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Gemäß 4 ist ein Diametralschnitt eines Teils
des Trägers 12 nach
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Teil des Trägers 12 ist
so gezeigt, dass Membranabschnitte an die obere Oberfläche eines
Halbleiterwafers 56 angepasst anliegen. Die in 4 gezeigte Version des Trägers 12 ist
der in 3 gezeigten im Wesentlichen ähnlich.
Ein Unterschied zwischen diesen beiden Versionen des Trägers 12 ist,
dass die untere Begrenzung des Zwischen-Membran-Hohlraums 54 teilweise
durch die Membranen 40 und 42 gebildet wird. In
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3 wird
die untere Begrenzung des Zwischen-Membran-Hohlraums 54 ausschließlich vom Halbleiterwafer 56 gebildet.
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Ein weiterer Unterschied beim in 4 gezeigten Träger 12 ist,
dass die Membranen 40 und 42 eine oder mehrere Öffnungen 58 durch
ihre entsprechenden Kontaktabschnitte aufweisen. Eine oder mehrere Öffnungen 58 können in
einem oder mehreren der den Hohlräumen 50, 52 und 54 entsprechenden
Kontaktabschnitten angeordnet sein. Wie im größeren Detail im Zusammenhang
mit 7 beschrieben ist,
erlauben die Öffnungen 58 ein
Einspannen des Halbleiterwafers vor dem Polieren. Auch wenn die Öffnungen 58 in
jedem der Hohlräume 50, 52 und 54 in 4 gezeigt sind, ist es nicht
notwendig, dass die Öffnungen 58 in
jedem Hohlraum vorhanden sind.
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Gemäß 5 ist eine perspektivische Ansicht eines
Teils einer einstückigen
Membran 60 nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Wie gezeigt ist, sieht die Membran 60 mehrere
Hohlräume
vor, wenn sie mit der steifen Platte des Trägers verbunden ist.
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Die Membran 60 ist im Wesentlichen
mit den Membranen 40 und 42 von 1 und 2 identisch, wenn
die Membranen 40 und 42 in Kombination genommen
werden. Mit anderen Worten ist der einzige Unterschied zwischen
den Membranen 40 und 42 und der Membran 60 derjenige,
dass die Membran 60 eine einzige, einstükkige Membran umfasst. Daher
könnte
die Membran 60 an Stelle der Membranen 40 und 42 beim
Träger 12 verwendet
werden, wie er in den 1 bis 4 gezeigt ist.
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Die Membran 60 weist einen
mittigen, kreisförmigen
Kontaktabschnitt 62 auf, der durch die Positionen 64 und 66 eingegrenzt
wird. Ein Faltenbalgteil 68 erstreckt sich vom mittigen
Kontaktabschnitt 62 nach oben. Ein kreisförmiger Verbindungsabschnitt 70 weist Öffnungen 72 auf,
die beim Befestigen der Membran 60 auf der steifen Platte 34 (1) verwendet werden. Die
Mehrheit der Öffnungen 72 wird zum
Befestigen der Membran 60 auf der steifen Platte 34 verwendet;
es wird jedoch mindestens eine der Öffnungen 72 zum Druckbeaufschlagen
des Zwischen-Membran-Hohlraums 54 (2) verwendet, der zwischen
den Faltenbalgteilen 68 und 74 gebildet wird.
Ein ringförmiger
Kontaktabschnitt 78 wird durch die Positionen 80 und 82 eingegrenzt.
Ein weiterer Faltenbalgteil 76 erstreckt sich vom ringförmigen Kontakt abschnitt 78 nach
oben. Ein ringförmiger Rand 84 und
ein vorstehender Rippenteil 86 werden zum Ausrichten und
festen Anbringen der Membran 60 zwischen dem Verschleißring 48 (1) und der steifen Platte 34 verwendet.
Ein Hohlraum 50 (2) wird
zwischen dem Faltenbalg 68, dem mittigen Kontaktabschnitt 62 und
der steifen Platte 34 gebildet. Ein Zwischen-Membran-Hohlraum 54 (2) wird zwischen dem Faltenbalgteil 68,
dem Faltenbalgteil 74, dem ringförmigen Kontaktabschnitt 70 und
dem Wafer 56 (2)
gebildet. Ein Hohlraum 52 (2) wird
zwischen dem ringförmigen
Kontaktabschnitt 78, den Faltenbalgteilen 74 und 76 und
der steifen Platte 34 gebildet.
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6 zeigt
eine vereinfachte Schnittdarstellung mehrerer Membranen, die gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit dem Träger gekoppelt werden können. Die
voneinander getrennten Membranabschnitte 40, 42 und 88 können in
einer Weise gekoppelt werden, die zu derjenigen analog ist, die
im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben wurde.
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Wie zuvor beschrieben, resultierte
das Koppeln der Membranabschnitte 40 und 42, die
in den 1 und 2 gezeigt sind, in der Bildung
von drei Hohlräumen 50, 52 und 54,
die einzeln unter Druck gesetzt werden konnten. 6 zeigt, dass mindestens ein weiterer
Membranabschnitt 88 ebenfalls verwendet werden könnte, was
zur Bildung von zwei zusätzlichen
(nicht gezeigten) Hohlräumen
führen
würde.
Diese zusätzlichen
Hohlräume
könnten
ebenfalls einzeln unter Druck gesetzt werden. Wo die Membranabschnitte 40 und 42 von 1 und 2 eine präzise Steuerung der an den Mittelbereich
und einen ringförmigen
Bereich des Halbleiterwafers angelegten Drücke erlauben, ermöglicht daher
der zusätzliche
Membranabschnitt 88, dass der an einen zweiten ringförmigen Bereich
des Wafers angelegte Druck präziser
gesteuert werden kann. Diese präzise
Steuerung während
des Poliervorgangs könnte
eine noch flachere Waferoberfläche
erzielen, als sie durch Ausführungsformen
erreichbar ist, die zwei oder eine geringere Anzahl von Membranabschnitten
aufweisen. In weiteren alternativen Ausführungsformen könnten auch
noch mehr Membranabschnitte verwendet werden.
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7 zeigt
ein Fließdiagramm
eines Verfahrens zum Betreiben des Trägers zum Polieren eines Werkstücks nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 90
damit, dass ein Träger
vor gesehen wird, der eine steife Platte aufweist, wie sie hier beschrieben
ist. In Schritt 92 wird der Halbleiterwafer oder ein anderes zu
polierendes Werkstück
eingespannt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Träger 12 über einem
oder mehreren zu bearbeitenden Halbleiterwafern 56 aufgehängt wird.
Der Träger 12 wird
in eine Position abgesenkt, die nur wenig über dem obersten Wafer 56 ist.
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Wenn keine Öffnungen 58 (4) in den Membranen 40 und 42 vorgesehen
sind, wird der Zwischen-Membran-Hohlraum 54 (2) zum Einspannen des Wafers
verwendet. Demnach wird die mit dem Zwischen-Membran-Hohlraum 54 in
Verbindung stehende Leitung mit einer Unterdruckquelle verbunden,
während
die den Hohlräumen 50 und 52 (2) zugeordneten Leitungen
anfänglich
gegebenenfalls unter Druck gesetzt werden, um eine Abdichtung zum
Halbleiterwafer 56 zu erreichen, damit dieser an den Membranen 40 und 42 eingespannt
wird. Alternativ können
eine oder mehrere Öffnungen 58 (4) durch die Kontaktabschnitte
der Membranen 40 und/oder 42 vorgesehen sein.
In diesem letzteren Fall kann einer oder können mehrere der Hohlräume 50, 52 und 54 ausgesaugt
werden, um den Halbleiterwafer 56 einzuspannen.
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Als Nächstes werden in Schritt 96
der Träger 12 und
der Wafer 56 über
einen Polierballen und eine Polierplatte (die nicht dargestellt
sind) geführt
und dann in Schritt 98 so abgesenkt, dass die untere Oberfläche 56l (2) des Wafers 56 mit
dem Polierballen in Kontakt kommt. Von diesem Punkt an kann ein
beliebiges dem Fachmann auf diesem Gebiet bekanntes Polierverfahren
verwendet werden, wie zum Beispiel Rotations- oder Orbitalpolieren
oder eine Kombination davon.
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Unabhängig von dem verwendeten Polierverfahren
kann der Benutzer in Schritt 99 den Druck der Hohlräume 50 bis 54 auf
den gleichen Druck einstellen, in dem Bestreben, einen gleichmäßigen Polierdruck über die
gesamte Oberfläche
des Halbleiterwafers 56 aufzubauen. Alternativ dazu kann
der Benutzer den Druck in den Hohlräumen 50-54 (2) auf unterschiedliche
Pegel einstellen, wodurch eine nicht gleichmäßige, jedoch gesteuerte Kraftverteilung über die
gesamte Oberfläche
des Halbleiterwafers 56 erzeugt wird.
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Auf diese Weise kann ein Benutzer
die Kraftverteilung über
einen Bereich erhöhen,
der sonst langsame Abschleifraten erfahren würde, wenn eine gleichmäßige Kraftverteilung über die
Oberfläche des
Halbleiterwafers 56 angewendet werden würde. Zum Beispiel wird ein
in der Industrie auftretendes Problem als "langsame Abschleifrate in der Mitte" (center slow removal
rate) bezeichnet. Eine langsame Abschleifrate in der Mitte eines
polierten Halbleiterwafers 56 wird durch einen mittigen
Teil des Halbleiterwafers 56 exemplifiziert, der eine halbkugelförmige oder
kuppelförmige
Ausbuchtung aufweist.
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Es wäre vorteilhaft, eine größere Kraftverteilung über den
zentralen Teil des Halbleiterwafers 56 anzuwenden, um das
Problem der langsamen Mitte zu vermeiden. In diesem Fall würde der
Benutzer einen relativ höheren
Druck an den Hohlraum 50 als an die Hohlräume 52 und 54 anlegen,
um eine größere Kraftverteilung über den
mittleren Teil des Halbleiterwafers 56 zu erzielen. Die
größere Kraftverteilung über den
mittleren Teil des Halbleiterwafers 56 führt zu einer
höheren
Abschleifrate in diesem Bereich des Halbleiterwafers 56.
Es kann daher eine glattere, flache Oberfläche auf der unteren beziehungsweise
der Arbeitsoberfläche 56l (2) des Halbleiterwafers 56 erzielt
werden.
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Nach dem Abschluss des Polierens
endet das Verfahren. Das Verfahren könnte auf jede der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen angewendet werden,
und mit ein paar Modifikationen auch auf die in den 8 bis 10 gezeigten
Ausführungsformen,
die unten beschrieben sind. Je nach der Ausführungsform kann es sein, dass
eine unterschiedliche Anzahl von Hohlräumen unter Druck gesetzt werden
muss, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung am besten zu erzielen.
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8 ist
ein Diametralschnitt durch einen vollständig montierten Träger 100 nach
einer weiteren alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die 9 und 10 sind Diametralschnitte eines
Teils des Trägers
von 8.
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Wie der in den 1 bis 4 gezeigte
Träger 12 ist
der Träger 100 ein
Teil einer Vorrichtung zum Durchführen einer chemisch-mechanischen
Planarisierung einer vorderen Oberfläche eines Werkstücks, wie
zum Beispiel eines Halbleiterwafers. Der Träger 100 ist zwar nicht
als Teil einer größeren Planarisierungsvorrichtung
gezeigt, doch versteht es sich, dass der Träger 100 vorzugsweise
mit den verschiedenen Elementen gekoppelt ist, die eine Planarisierungsvorrichtung
umfassen (z.B. die Spindelwelle 14, Drehkupplung 16 usw.
der 1 bis 2).
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Der Träger 100 weist eine
steife Platte 102 mit einer oberen 102u und einer
unteren 102l Oberfläche
auf. Bei der näheren
Betrachtung der unteren Oberfläche 102l der
steifen Platte 102 von links nach rechts in 8 weist die untere Hauptoberfläche 102l einen
allgemein flachen äußeren ringförmigen Bereich 103 und
mehrere in der unteren Oberfläche 102l ausgebildeten
Hohlräume 138, 104 und 106 auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
der relativ kleine ringförmige
Hohlraum 138 einen Dichtungsring. In anderen Ausführungsformen
ist der ringförmige
Hohlraum 138 nicht enthalten. Weiter nach rechts ist ein
größerer ringförmiger Hohlraum 104 in
der unteren Oberfläche 102l ausgebildet,
und ein zylindrischer Hohlraum 106 ist im Verhältnis zum ringförmigen Hohlraum 104 konzentrisch
angeordnet. Die steife Platte 102 ist vorzugsweise aus
Edelstahl, auch wenn ein beliebiges anderes geeignetes festes, steifes
Material verwendet werden kann.
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Mehrere Fluidleitungen 108, 110 und 112 verlaufen
durch das steife Element 102. Flüssigkeitsleitungen 108, 110 und 112 sind
mit (nicht gezeigten) unabhängigen
Druckbeaufschlagungsquellen gekoppelt, die entweder einen Unterdruck
oder Fluid (z.B. Gas) mit einem ausgewählten Druck an eine der Leitungen 108, 110 und 112 liefern
können.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Unterdruck oder das Fluid (z.B. Gas) in einer Weise geliefert,
die derjenigen ähnlich
ist, die im Zusammenhang mit den 1 bis 2 beschrieben wurde. Fluidleitungen 108 und 112 sind
in Kommunikation mit ihren entsprechenden Hohlräumen 104 und 106,
während
die Fluidleitung 110 mit dem Zwischenhohlraum 140 in Kommunikation
ist (was unten noch erörtert
wird).
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Wie leichter in 9 zu sehen, ist eine Membran 114 eines
flexiblen Materials mit bestimmten Teilen 102a der unteren
Oberfläche 102l der
Platte 102 gekoppelt und stößt an diese an. Die Membran 114 umfasst
vorzugsweise ein rundes Stück
eines geeignet flexiblen, federnden Materials (z.B. Neopren).
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Wieder mit Bezug auf 8 klemmt der Verschleißring 116 eine
obere Oberfläche
der Membran 114 gegen die Teile 102a der unteren
Oberfläche 102l der
Platte 102 unter der Verwendung von Befestigungselementen 118 (z.B.
Schrauben oder anderen Verbindungselementen), welche durch (nicht
gezeigte) Öffnungen
in der Membran 114 reichen. Der Verschleißring 116 ist
vorzugsweise aus einem Keramik- oder
Kunststoff-Material, das dem Fachmann wohl bekannt ist.
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Ein zylindrisches Element 119 ist
mit einer unteren Oberfläche
der Membran 114 unter der Verwendung eines Klemmrings 126 und
Verbindungselementen 128 gekoppelt, die ebenfalls durch
(nicht gezeigte) Öffnungen
in der Membran 114 reichen. Wie klarer in 9 gezeigt ist, weist der Klemmring 126 eine
Kerbe 127, die über
der Membran 114 angeordnet ist, auf, um eine Rückhaltelippe 129 der steifen
Platte 102 aufzunehmen.
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Das zylindrische Element 119 ist
unterhalb des Hohlraums 106 angeordnnet und im Verhältnis zur
steifen Platte 102 und dem Halbleiterwafer 124 zentriert.
Das zylindrische Element 119 und der Klemmring 126 sind
vorzugsweise aus Edelstahl, auch wenn ein beliebiges anderes steifes
Material verwendet werden kann.
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Ein ringförmiges Element 120 ist
ebenfalls an die untere Oberfläche
der Membran 114 unter Verwendung eines Klemmrings 130 und
von Befestigungselementen 132 (z.B. Schrauben und anderen Verbindungselementen)
gekoppelt, die durch (nicht gezeigte) Öffnungen in der Membran 114 reichen. Der
Klemmring 130 passt in den Hohlraum 104, auch wenn
er das Hohlraumvolumen nicht ganz ausfüllt, wie aus 9 zu ersehen ist. Das ringförmige Element 120 ist
im Verhältnis
zum zylindrischen Element 119 konzentrisch angeordnet.
Außerdem
ist das ringförmige
Element 120 unterhalb des Hohlraums 104 und über einem
umlaufenden ringförmigen
Bereich des Halbleiterwafers 124 angeordnet. Das ringförmige Element 120 und
der ringförmige
Klemmring 130 sind auch vorzugsweise aus Edelstahl, auch
wenn ein beliebiges steifes Material dazu verwendet werden kann.
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Die unteren Oberflächen der
Elemente 119 und 120 liefern im Wesentlichen einen
Druck direkt auf einen Mittelteil und einen ringförmigen Teil
der Rückoberfläche des
Halbleiterwafers 124, auch wenn ein relativ dünner Trägerfilm 122 (der
unten beschrieben ist) zwischen den unteren Oberflächen der Elemente 119, 120 und
der Rückoberfläche des Halbleiterwafers 124 angeordnet
ist. Daher sind die unteren Oberflächen der Elemente 119 und 120 wünschenswerterweise
so flach und glatt wie möglich, um
sicherzustellen, dass gleichmäßige Drücke an den
Wafer 124 und über
die Elemente 119 und 120 angewendet werden.
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Wie leicht in 9 zu sehen ist, ist zwischen dem zylindrischen
Element 119 und dem ringförmigen Element 120 ein
Zwischenhohlraum 140 ausgebildet. Der Zwischenhohlraum 140 ist
durch einen Haltering 134, die Membran 114, das
zylindrische Element 119, das ringförmige Element 120 und
den Trägerfilm 122 definiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Haltering 134 mit der steifen Platte 102 unter
der Verwendung von (nicht gezeigten) Verbindungselementen gekoppelt,
die durch (nicht gezeigte) Öffnungen
in der Membran 114 reichen.
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Der Haltering 134 hält die Membran 114 eng an
die steife Platte 102, auch wenn der Zwischenhohlraum 140 positiv
oder negativ mit Druck beaufschlagt wird. Um einem unter Druck stehenden
Fluid (z.B. Gas) oder einem Unterdruck, die durch die Leitung 110 geliefert
werden, zu erlauben, den Zwischenhohlraum 140 zu erreichen,
ist eine Öffnung 111 in
der Membran 114 mit der Fluidleitung 110 und einer
durch den Haltering 134 gehenden Öffnung 113 ausgerichtet.
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Wie zuvor beschrieben, ist zwischen
den Unteroberflächen
der Elemente 119, 120 und einem Halbleiterwafer 124 ein
Trägerfilm 122 angeordnet. Der
Trägerfilm 122 weist
vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen 142 zum
Erleichtern eines Einspannens des Wafers 124 unter der
Verwendung eines an den Zwischenhohlraum 140 angelegten
Unterdrucks auf. Ein Einspannen des Wafers ist im größeren Detail
im Zusammenhang mit 7 beschrieben.
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Der Trägerfilm 122 wird mit
den unteren Oberflächen
des ringförmigen
120 und zylindrischen 119 Elements in Kontakt gebracht und erstreckt
sich typischerweise zwischen den beiden Elementen 119 und 120 über den
Zwischenhohlraum 140, auch wenn sich kein Trägerfilm 122 über den
Zwischenhohlraum 140 zu erstrecken braucht. Der Trägerfilm 122 weist
vorzugsweise einen DF-200-Trägerfilm, der
von Rodel Inc., Newark, Delaware, USA, hergestellt wird, auf, auch
wenn ein beliebiger weicher federnder Trägerfilm verwendet werden kann.
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Mit Bezug auf 9 ist es klar, dass um den Klemmring 130 genügend Raum
vorhanden ist, um die Anwendung eines unter Druck stehenden Fluids (z.B.
eines Gases) oder eines Unterdrucks auf den Hohlraum 104 zu
erlauben. Das gleiche gilt für
den Raum um den Klemmring 126, der das Anwenden eines unter
Druck stehen den Fluids (z.B. eines Gases) oder eines Unterdrucks
im ganzen Hohlraum 106 erlaubt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Träger 100 in
einer bestimmten Reihenfolge montiert, auch wenn andere Montagesequenzen
verwendet werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden zuerst die Elemente 119 und 120 an der
Membran 114 befestigt. Dann werden die Klemmringe 126 und 130 in
ihre entsprechenden Hohlräume 106 und 104 eingelegt.
In dieser Hinsicht ist die Rückhaltelippe 129 so
eingeschnitten, dass sie ein Einlegen des Klemmrings 126 in
den Hohlraum 106 erlaubt. Dann wird der Klemmring 126 in
eine Position gedreht, die ein Herausfallen durch die (nicht gezeigten)
Ausschnitte in der Rückhaltelippe 129 verhindert.
Der Haltering 134 und der Verschleißring 116 werden als
Nächstes
zum Halten der Membran 114 an Ort und Stelle befestigt,
sowie zum Isolieren der unabhängigen
Druckzonen (z.B. in diesem Fall drei, welche den Hohlräumen 104, 106 und 140 entsprechen)
voneinander.
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10 demonstriert,
dass der Verschleißring 116 und
die Rückhaltelippe 129 als
mechanische Anschläge
wirken, um eine Bewegung nach unten der Klemmringe 126 und 130 und
daher der Elemente 119 und 120 einzuschränken. Es
wird angenommen, dass die Schwerkraft die Elemente 119 und 120 auf
die mechanischen Anschläge
der Klemmringe 126 und 130 herunterzieht. Wenn
jedoch ein Halbleiterwafer 124 an Ort und Stelle zwischen
dem Träger 100 und
einer (nicht gezeigten) Polierplatte ist, tendiert die Dicke des
Wafers 124 dazu, die Klemmringe 126 und 130 daran
zu hindern, ihre mechanischen Anschläge zu erreichen. Wenn positive
oder negative Drücke
an die Hohlräume 104 und 106 angelegt
werden, werden die Klemmringe 126 und 130 in Richtung
ihrer mechanischen Anschläge
gedrückt
bzw. von ihnen weggezogen. Auf diese Weise können über die Klemmringe 126, 130 und
die Elemente 119, 120 Differenzdrücke an den
Halbleiterwafer 124 angelegt werden.
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Das Verfahren zum Betreiben des Trägers 100 ist
dem im Zusammenhang mit 7 beschriebenen
Verfahren äußerst ähnlich,
das sich auf den Betrieb des Trägers 12 bezog.
Das Verfahren beginnt damit, dass der Halbleiterwafer 124 oder
ein anderes zu polierendes Werkstück eingespannt wird. Dies wird
dadurch erreicht, dass der Träger 100 über einem
oder mehreren zu bearbeitenden Halbleiterwafern 124 aufgehängt wird.
Der Träger 100 wird
auf eine Position abgesenkt, die nur wenig über dem obersten Wafer 124 ist.
Die Leitung 110 wird an eine Unterdruckquelle angeschlossen,
die einen negativen Druck im Hohlraum 140 anlegt, um den
Halbleiterwafer 124 unter der Verwendung der Öffnungen 142 im
Trägerfilm 122 einzuspannen.
Ein positiver Druck kann auch an die Hohlräume 104 und 106 angelegt
werden, um mit dem Wafer 124 eine Abdichtung während des
Einspannens aufrecht zu erhalten.
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Als Nächstes wird der Träger 100 und
der Wafer 124 über
einen (nicht gezeigten) Polierballen und eine Polierplatte bewegt
und dann abgesenkt, so dass die untere Oberfläche des Wafers 124 mit
dem Polierballen in Kontakt kommt. Von diesem Punkt an kann ein
beliebiges dem Fachmann wohl bekanntes Polierverfahren, wie zum
Beispiel Rotations- oder Orbitalpolieren oder eine Kombination von
beiden eingesetzt werden. Der Benutzer kann die Hohlräume 104, 106 und 140 auf
den gleichen Druck bringen, was in einem Versuch geschieht, einen
gleichmäßigen Polierdruck über die
gesamte Oberfläche
des Halbleiterwafers 124 zu erzeugen. Alternativ dazu kann
der Benutzer die Hohlräume 104, 106 und 140 auf
verschiedenen Pegeln mit Druck beaufschlagen, wodurch eine ungleichmäßige, jedoch
gesteuerte Kraft über
die gesamte Oberfläche
des Halbleiterwafers 124 verteilt wird.
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Auf diese Weise kann ein Benutzer
die über eine
Fläche
verteilte Kraft erhöhen,
die sonst langsame Abschleifraten erfahren würde, wenn eine gleichmäßige Kraftverteilung über die
Oberfläche
des Halbleiterwafers 124 angewendet würde. Wie aus 10 klar hervorgeht, wird dieses Ergebnis
dadurch möglich,
dass bei einem Erhöhen
des an den Hohlraum 104 gelieferten Drucks sich die Membran 114 leicht
dehnt, um einen größeren angelegten Druck
vom ringförmigen
Element 120 gegen den Wafer 124 zu verursachen.
Das gleiche gilt für
einen an den Hohlraum 106, und zu einem geringeren Grad
an den Hohlraum 140, gelieferten Druck. Nach dem Abschluss
des Polierens endet das Verfahren.
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Es versteht sich, dass Verfahren
und Vorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, nur Beispielcharakter
haben und den Umfang der Erfindung nicht einschränken, und dass verschiedene
Modifikationen vom Fachmann vorgenommen werden könnten, die in den Umfang der
Erfindung fallen. Zum Beispiel ist das hier erwähnte unter Druck gesetzte Fluid vorzugsweise
ein unter Druck gesetztes Gas, doch kann in der Alternative auch
eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit
verwendet werden.
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Um der Öffentlichkeit den Umfang der
vorliegenden Erfindung bekannt zu geben, werden die folgenden Ansprüche angeführt: