DE60114428T2 - Poliervorrichtung und polierverfahren mit polierdrucksteuerung als funktion der überlappenden fläche zwischen dem polierkopf und der halbleiterscheibe - Google Patents

Poliervorrichtung und polierverfahren mit polierdrucksteuerung als funktion der überlappenden fläche zwischen dem polierkopf und der halbleiterscheibe Download PDF

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Description

  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen chemisch-mechanische Polier-(CMP)-Systeme und Techniken zur Verbesserung der Leistung und der Effektivität von CMP-Vorgängen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Steuerung der Kräfte, die auf Trägerköpfe für Wafer und Kissenkonditionierungsscheiben und auf Halteringe auf diesen Trägerköpfen ausgeübt werden, um jeweils programmierbare, variabel angepasste Drücke auf die Wafer, die Kissenkonditionierungsscheiben oder die Halteringe in Abhängigkeit oder unabhängig von Änderungen im Wert der Kontaktflächen, auf die die Kräfte ausgeübt werden, separat ausüben zu können, um wiederholbare CMP-Vorgänge an nacheinander zu polierenden Wafern zu ermöglichen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Bei der Fabrikation von Halbleiterelementen gibt es einen Bedarf an der Durchführung von CMP-Vorgängen, einschließlich dem Polieren, Glanzschleifen und der Waferreinigung. Beispielsweise kann ein typischer Halbleiter-Wafer aus Silizium hergestellt und eine Scheibe mit einem Durchmesser von 200 mm oder 300 mm sein. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird der Begriff "Wafer" nachstehend verwendet, um solche Halbleiter-Wafer und andere planare Strukturen oder Substrate zu beschreiben und einzubeziehen, die als Träger für elektrische oder elektronische Schaltkreise verwendet werden.
  • Typischerweise haben Bauelemente mit integrierten Schaltkreisen die Form von Strukturen mit mehreren Ebenen, die auf derartigen Wafern hergestellt sind. Auf der Waferebene sind Transistor-Bauelemente mit Diffusionsbereichen ausgebildet. Auf anschließenden Ebenen sind metallisierte Verbindungsleitungen ausgebildet und mit den Transistor-Bauelementen elektrisch verbunden, um das gewünschte funktionelle Bauelement zu erhalten. Strukturierte leitende Schichten sind von anderen leitenden Schichten durch dielektrische Materialien isoliert. Wenn mehr metallisierte Ebenen und zugehörige dielektrische Schichten erzeugt werden, erhöht sich die Notwendigkeit zum Planarisieren des dielektrischen Materials. Ohne Planarisierung wird die Fertigung von zusätzlichen metallisierten Schichten, bedingt durch die größeren Schwankungen in der Oberflächentopografie, erheblich schwieriger. Bei anderen Anwendungen werden metallisierte Leitungsstrukturen im dielektrischen Material ausgebildet, und dann werden Metall-CMP-Vorgänge durchgeführt, um eine überschüssige Metallisierung zu entfernen.
  • Bei einem typischen CMP-System ist ein Wafer auf einer Halterung angeordnet, wobei eine Oberfläche des Wafers frei liegt. Die Halterung und der Wafer rotieren in einer Rotationsrichtung. Der CMP-Vorgang kann beispielsweise durchgeführt werden, wenn die frei liegende Oberfläche des rotierenden Wafers und ein Polierkissen durch eine Kraft aufeinander gedrückt werden und wenn sich die frei liegende Oberfläche und das Polierkissen in einer Polierkissenrichtung bewegen oder rotieren. Einige CMP-Vorgänge erfordern, dass eine erhebliche Kraft angewendet wird, wenn der rotierende Wafer mit dem Polierkissen poliert wird.
  • Bei der Verwendung eines typischen CMP-Systems können einige Probleme auftreten. Ein immer wiederkehrendes Problem ist der sogenannte "Kanteneffekt", der hervorgerufen wird, wenn das CMP-System einen Rand des Wafers mit einer anderen Rate als die übrigen Bereiche des Wafers poliert. Der Kanteneffekt ist durch ein ungleichmäßiges Profil auf der frei liegenden Oberfläche des Wafers gekennzeichnet. Die mit dem Kanteneffekt zusammenhängenden Probleme können in zwei unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden. Die erste Kategorie betrifft den sogenannten "Kissen-Abpralleffekt", der vom anfänglichen Kontakt des Polierkissens mit dem Rand des Wafers hervorgerufen wird. Wenn das Polierkissen zunächst mit dem Rand des Wafers in Kontakt kommt, prallt es ab (oder federt zurück), so dass das Kissen eine wellenartige Form annehmen kann. Durch die wellenartige Form können ungleichmäßige Profile auf der frei liegenden Oberfläche des Wafers hervorgerufen werden.
  • Die zweite Kategorie ist der "Burn-Off"-Effekt (Abbrenneffekt). Der Burn-Off-Effekt tritt auf, wenn ein schärferer Rand des Wafers übermäßig poliert wird, wenn er mit der Oberfläche des Polierkissens in Kontakt kommt. Dies passiert, da ein beträchtlicher Druck auf den Rand des Wafers ausgeübt wird, weil die Oberfläche des Polierkissens die Kraft nur auf eine sehr kleine Kontaktfläche der frei liegenden Oberfläche des Wafers (die als Randkontaktfläche bezeichnet wird) ausübt. Als Folge dieses Burn-Off-Effekts weisen die Ränder der resultierenden polierten Wafer einen verbrannten Ring auf, was den Randbereich für die Herstellung von Silizium-Bauelementen untauglich macht.
  • Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen CMP-Systemen ist die Unmöglichkeit, die Oberfläche des Wafers gemäß einem gewünschten Profil der endbearbeiteten Schicht zu polieren. Die frei liegende Oberfläche eines Wafers, die einigen Bearbeitungen unterzogen worden ist, neigt normalerweise dazu, im mittleren Bereich eine unterschiedliche Stärke aufzuweisen und variiert in ihrer Stärke in Richtung auf den Rand. Bei einem typischen herkömmlichen CMP-System bedeckt die Oberfläche des Kissens die gesamte frei liegende Oberfläche des Wafers. Eine derartige Kissenoberfläche ist so gestaltet, dass sie eine Kraft auf einen eine "endbearbeitete Schicht" genannten Bereich der frei liegenden Oberfläche des Wafers ausübt. Als Ergebnis hiervon werden alle Bereiche der endbearbeiteten Schicht poliert, bis die endbearbeitete Schicht im Wesentlichen flach ist. Somit poliert die Oberfläche des Kissens die endbearbeitete Schicht ungeachtet des welligen Profils der endbearbeiteten Schicht, was zum Ergebnis hat, dass die Stärke der endbearbeiteten Schicht ungleichmäßig ist. Bei einigen Verfahren zur Schaltkreisherstellung ist es erforderlich, dass eine gewisse Materialstärke bestehen bleibt, um ein arbeitsfähiges Bauelement herzustellen. Wenn die endbearbeitete Schicht beispielsweise eine dielektri sche Schicht wäre, wäre eine bestimmte Stärke erforderlich, um darin Metallleitungen und leitfähige Vias ausbilden zu können.
  • Diese Probleme mit bekannten CMP-Vorgängen und ein ungedeckter Bedarf in der CMP-Technik an einem CMP-System, das präzises und gesteuertes Polieren von speziellen Zielbereichen der Waferoberfläche ermöglicht, während schädigende Kanteneffekte, Kissenabpralleffekte und Burn-Off-Effekte an den Rändern im Wesentlichen verhindert werden, werden in der ersten oben genannten Stammanmeldung (US Anm. 09/664,135 vom 22.8.2000 – US-PS 6,585,572) erörtert.
  • In dieser ersten Stammanmeldung folgt ein CMP-System der Topographie der Oberflächenschicht der frei liegenden Oberfläche des Wafers, um eine durch CMP bearbeitete Oberflächenschicht zu schaffen, die durchgehend eine gleichmäßige Stärke aufweist. Bei einem derartigen CMP-System wird eine rotierende Halterung mit einer variabel überlappenden Polieranordnung realisiert, wodurch die oben genannten Nachteile, die Kanteneffekte, Kissenabpralleffekte und Burn-Off-Effekte an den Rändern, vermieden werden. Beispielsweise umfasst eine Ausführungsform eines derartigen CMP-Systems einen Bearbeitungskopf, wie beispielsweise einen Polierkopf, der in Kontakt mit einem Abschnitt des Wafers gebracht wird, wobei dieser Abschnitt kleiner als die gesamte Oberfläche des Wafers ist. Obwohl mit einem derartigen CMP-System die oben genannten Kanteneffekte, Kissenabpralleffekte und Burn-Off-Effekte an den Rändern vermieden werden, führt diese Anwendung eines derartigen Bearbeitungskopfes dazu, dass eine Kraft auf die frei liegende Oberfläche des Wafers und auf die Halterung an einer Stelle ausgeübt wird, die relativ zu einer anfänglichen Ausrichtung des Wafers und der Halterung exzentrisch ist. Die anfängliche Ausrichtung umfasst eine anfängliche Ausrichtung der Mittelachsen des Wafers und der Halterung (die koaxial und im Wesentlichen vertikal angeordnet sind). Die anfängliche Ausrichtung umfasst ferner eine anfängliche Ausrichtung der frei liegenden Oberfläche des Wafers (die mit einem anfänglichen Winkel von 90 Grad relativ zu der ursprünglich im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung der Mittelachsen des Wafers und der Halterung angeordnet ist). Der Ausdruck "im Wesentlichen vertikal" bedeutet genau vertikal und schließt genau vertikal plus oder minus normale mechani sche Abweichungen von der genauen Vertikalen ein, wie die Toleranzen, die typisch bei Lagern sind, die für Spindeln und andere Halteeinrichtungen für solche Halterungen verwendet werden.
  • Wie aus der obigen Erörterung bezüglich des Kanteneffekts, des Kissenabpralleffektes und des Burn-Off-Effekts an den Rändern ersichtlich ist, ist es nicht erwünscht, dass derartige exzentrische Kräfte dazu führen, dass die Mittelachsen des Wafers und der Halterung von ihrer ursprünglichen Ausrichtung abweichen und kippen oder eine geneigte Ausrichtung einnehmen. Ein derartiges Kippen oder eine geneigte Ausrichtung können auftreten, wenn die Mittelachse des Wafers und/oder der Halterung von der genau vertikalen Ausrichtung um mehr als die oben beschriebenen normalen mechanischen Abweichungen von der genauen Vertikalen abweicht, beispielsweise um einige Grad. Diese ursprüngliche Ausrichtung der Mittelachsen des Wafers und der Waferhalterung ist diejenige Ausrichtung, die beim Polieren unter der Einwirkung von derartigen exzentrischen Kräften beibehalten werden muss, um die erwünschte Planarisierung der frei liegenden Oberfläche des Wafers zu erzielen. Mit anderen Worten muss ein von den Tragrahmen ermöglichtes Kippen vermieden werden, wenn die erwünschte Planarisierung der frei liegenden Oberfläche des Wafers erreicht werden soll.
  • Die zweite Stammanmeldung (US-Anm. 09/668,557 vom 22.9.2000 – US-PS 6,652,357) hat viele dieser Bedürfnisse erfüllt, indem sie CMP-Systeme und -Verfahren zur Verfügung gestellt hat, die Lösungen für die obigen Probleme anbieten. In der Stammanmeldung werden Konstruktionen und Vorgänge beschrieben, die die Durchführung von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte vereinfachen. Bei diesen Systemen und Verfahren kann eine auf eine Halterung, wie beispielsweise eine Wafer- oder Andruckscheibenhalterung, ausgeübte Kraft auch dann akkurat gemessen werden, wenn diese Kraft exzentrisch auf die Halterung wirkt. In einer Ausführungsform der Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein ursprüngliches koaxiales Verhältnis zwischen einer Rotationsachse und einer Halterungsachse während der Einwirkung der exzentrischen Kraft aufrechterhalten, so dass ein Sensor in der Lage ist, wiederholbare Messungen der exzentrischen Kräfte durchzuführen, wie nachstehend beschrieben wird, wobei es sich bei der Halterung um eine Wafer- oder eine Andruckscheibenhalterung handeln kann. In der zweiten Stammanmeldung wird ferner eine lineare Lageranordnung mit einem Haltering versehen, wobei ein Stellantrieb oder Motor vorgesehen ist, um den Ring relativ zu dem auf der Halterung angeordneten Wafer zu bewegen. Diese Bewegung ermöglicht es, dass eine frei liegende Oberfläche des Wafers und eine Oberfläche des Halteringes, die in Kontakt mit dem Polierkissen kommen sollen, während des Poliervorganges auf derselben Ebene liegen.
  • Obwohl in der zweiten Stammanmeldung Konstruktionen und Vorgänge beschrieben sind, die die Durchführung von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte vereinfachen, gibt es keine Erläuterung, wie solche Kräfte und die sich daraus ergebenden, auf den Wafer, das Konditionierungskissen und den Haltering wirkenden Kräfte gesteuert werden können. Insbesondere gibt es keine Erläuterung, wie die exzentrischen Kräfte mit Bezug auf die sich ändernden Flächen des Wafers, des Halteringes und des Konditionierungskopfes gesteuert werden können, wenn sich der Polierkopf während eines Poliervorganges relativ zum Wafer, zum Haltering und zum Konditionierungskopf bewegt. Darüber hinaus gibt es keine Erörterung der Möglichkeiten, die Kosten von Systemen zu reduzieren, die die exzentrischen Kräfte in Bezug auf die sich ändernden Flächen des Wafers, des Halteringes und des Konditionierungskopfes steuern, wenn sich der Polierkopf während eines Poliervorganges relativ zum Wafer, zum Haltering und zum Konditionierungskopf bewegt.
  • Daher werden ein CMP-System und ein Verfahren benötigt, bei denen die auf eine Halterung, wie beispielsweise eine Wafer- oder Andruckscheibenhalterung, und auf einen Haltering einer derartigen Halterung auszuübenden Kräfte sogar dann akkurat gesteuert werden können, wenn sich der Polierkopf während des Poliervorganges relativ zu einem derartigen Wafer, einer derartigen Scheibenhalterung und einem derartigen Haltering bewegt. Da eine solche Relativbewegung darüber hinaus dazu führt, dass ein Polierkissen während des Poliervorganges zu verschiedenen Zeitpunkten mit verschiedenen Flächen des Wafers, der Scheibenhalterung und des Halteringes in Kontakt kommt, besteht ferner ein Bedarf an einer Möglichkeit, diese Kräf te in eine Beziehung zu den Flächen zu bringen, mit denen das Kissen zu bestimmten Zeitpunkten in Kontakt kommt. Weiterhin wird eine Möglichkeit benötigt, derartige Kraft-Flächen-Beziehungen auf kostengünstige Art zu bestimmen.
  • Ferner ist in der zweiten Stammanmeldung eine Möglichkeit erläutert, sich die Größe einer derartigen exzentrischen Kraft genau anzeigen zu lassen. Von dieser genauen Anzeige wird gesagt, dass es sich um eine wiederholbare Messtechnik handelt, die mit dem Ausdruck "paritätische exzentrische Kräfte" beschrieben werden könnte. Derartige paritätische exzentrische Kräfte sind exzentrische Kräfte mit dem gleichen Wert, wie er von einem Kissen, beispielsweise einem Polierkissen, auf eine Halterung für einen Wafer oder eine Kissenkonditionierungsscheibe ausgeübt wird. Die wiederholbare Messtechnik ist im Wesentlichen für alle derartigen paritätischen exzentrischen Kräfte sowie den Kraftverlust innerhalb des Messsystems und innerhalb des Systems zum Halten der Halterung gleich, d.h. ist wiederholbar. Demzufolge besteht ein Bedarf an einem CMP-System und einem Verfahren, bei denen derartige Kräfte, die durch die wiederholbare Messtechnik gemessen werden, akkurat gesteuert werden können, so dass jede separate Kontaktfläche zwischen dem Polierkissen und dem Wafer, zwischen dem Polierkissen und der Scheibe sowie zwischen dem Polierkissen und dem Haltering während des Poliervorgangs mit dem gewünschten Druck beaufschlagt wird. Weiter besteht die Notwendigkeit, diesen gewünschten Druck sogar dann ausüben zu können, wenn beispielsweise eine derartige Bewegung des Polierkopfes dazu führt, dass das Polierkissen während des Poliervorganges zu verschiedenen Zeitpunkten mit verschiedenen Flächen des Wafers, der Scheibenhalterung und des Halteringes in Kontakt kommt.
  • In JP 11031671 sind eine Poliervorrichtung zum Polieren eines Halbleiter-Wafers und ein Verfahren offenbart, bei dem diese Vorrichtung verwendet wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Steuerung eines Druckes vorgesehen, der auf ein Polierkissen wäh rend eines Arbeitsschrittes bei chemisch-mechanischen Poliervorgängen ausgeübt werden soll. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 zur Steuerung eines Druckes vorgesehen, der auf Kontaktflächen zwischen einem Wafer und einem Polierkissen bei chemisch-mechanischen Poliervorgängen ausgeübt werden soll.
  • Allgemein gesagt, erfüllt die vorliegende Erfindung diesen Bedarf durch die Bereitstellung von CMP-Systemen und Verfahren, die Lösungen für die oben genannten Probleme realisieren, wobei die Konstruktion und die Arbeitsschritte eine Prozessrezeptur oder einen Befehlssatz realisieren, um den Polierkopf relativ zu den Halterungen und zum Haltering zu bewegen und wobei eine Rückmeldung bezüglich der Polierkopfposition mit den Bestimmungen für die gewünschten Eingaben der variablen Kräfte koordiniert wird, durch die wechselnde Flächen des Wafers, der Konditionierungsscheibe und des Halteringes separat mit dem Polierkissen in Kontakt gebracht werden, so dass der auf jede dieser Flächen ausgeübte Druck gesteuert werden kann. Für derartige Bestimmungen wird der Wert jeder dieser separaten Kontaktflächen eines jeden Wafers, der Konditionierungsscheibe und des Halteringes auf der Basis der Rückmeldung bezüglich der Polierkopfposition bestimmt. Jede dieser Kontaktflächen hat einen Wert, der mit der aktuellen Position des Polierkopfes relativ zum jeweiligen Wafer, zur Konditionierungsscheibe und zum Haltering verknüpft ist. Diese aktuellen Positionen werden verwendet, um den Wert für jede der separaten Kontaktflächen zu bestimmen. Für jedes Paar, das aus Kontaktfläche und dem auf diese Kontaktfläche auszuübenden Druck besteht, wird ein Kraftsignal ausgegeben, um einer zugeordneten Kraft zu entsprechen. Das jeweils entsprechende Kraftsignal steuert die Kraft, mit der der entsprechende Wafer, die Konditionierungsscheibe und der Haltering separat zu dem bestimmten Zeitpunkt, zu dem die aktuelle Position gemessen wurde, mit dem Polierkissen in Kontakt gedrückt werden. Durch geeignete Messtechniken (z.B. der Techniken aus der zweiten Stammanmeldung) werden ferner die aktuellen Größen dieser Kräfte auf den Wafer und auf die Konditionierungsscheibe gemessen. Aktuelle Kraftsignale, die den aktuell gemessenen Kräften entsprechen, werden einer Rückkopplungsschaltung zugeführt, um sicherzustellen, dass die aktuellen Kräfte mit den gewünschten Eingaben bezüglich der variablen Kräfte, mit denen der Wafer, die Konditionierungsscheibe und der Haltering separat mit dem Polierkissen in Kontakt gedrückt werden, übereinstimmen.
  • Eine Ausführungsform der Systeme und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung realisiert einen Befehlssatz zum Bewegen des Polierkopfes relativ zu den Halterungen und zum Haltering, wobei diese Realisierung mit Bestimmungen der gewünschten Eingaben der variablen Kräfte koordiniert wird, durch die wechselnde Flächen des Wafers, der Konditionierungsscheibe und des Halteringes separat mit dem Polierkissen in Kontakt gedrückt werden, so dass der Druck auf jede dieser Flächen gesteuert werden kann.
  • In einer anderen Ausführungsform der Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Prozessrezeptur für grundlegende CMP-Vorgänge festgelegt. Ein oder mehrere Parameter einer bearbeiteten Form der Prozessrezeptur können in einer Richtlinie für einen Prozessor enthalten sein. Die Prozessorrichtlinie wird verwendet, um zu ermitteln, ob ein Prozessor allein oder ein Prozessor zusammen mit einer separaten Kraftsteuerung Daten empfangen soll, die der Position des Polierkopfes relativ zu den Halterungen und zum Haltering entsprechen, und die, bei gleichzeitiger Koordination mit den Eingaben der gewünschten Drücke, Berechnungen der gewünschten Eingaben der variablen Kräfte vornehmen, mit denen die wechselnden Flächen des Wafers, der Konditionierungsscheibe und des Halteringes separat mit dem Polierkissen in Kontakt gedrückt werden, so dass der Druck auf jede dieser Flächen gesteuert werden kann.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Parameter einer Prozessrezeptur für CMP-Vorgänge bei der Verwendung der separaten Kraftsteuerung bearbeitet, um einen Befehlssatz zu erhalten, der verwendet wird, um eine Befehlsfolge zum Programmstart für die Kraftsteuerung zu erzeugen, so dass nach Eingabe der Daten bezüglich der Position des Polierkissens und der Daten, die den gewünschten Drücken entsprechen, in die Kraftsteuerung, die Kraftsteuerung die gewünschten variablen Kräfte berechnet, die den aktuellen Bewegungen des Polierkopfes entsprechen.
  • Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die in beispielhafter Weise die Prinzipien der Erfindung darstellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugziffern gleiche Bauteile bezeichnen, leicht verstanden werden.
  • 1A ist eine schematische Draufsicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Polierkopf sowohl mit einem von einer Waferhalterung gehaltenen Wafer als auch mit einer von einer Polierkissen-Konditioniereinrichtung gehaltenen Andruckscheibe in Kontakt kommt, wobei die Kontakte jeweils exzentrisch relativ zu einer Mittelachse jeder der beiden Halterungen sind;
  • 1B ist eine schematische Vorderansicht, die die erste in 1A dargestellte Ausführungsform zeigt, wobei die Mittelachsen der Halterungen und die durch die exzentrischen Kontakte erzeugten exzentrischen Kräfte verdeutlicht werden;
  • 1C-1 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine ursprüngliche Position des Polierkopfes gezeigt ist, die eine Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und dem von der Waferhalterung gehaltenen Wafer aufzeigt;
  • 1C-2 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die ursprüngliche Position des Polierkopfes gezeigt ist, die die Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und dem von der Waferhalterung gehaltenen Haltering aufzeigt;
  • 1C-3 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die ursprüngliche Position des Polierkopfes gezeigt ist, die die Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und der von einer Scheibenhalterung gehaltenen Kissenkonditionierungsscheibe aufzeigt;
  • 1D-1 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine zweite Position des Polierkopfes gezeigt ist, die die Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und dem von der Waferhalterung gehaltenen Wafer aufzeigt;
  • 1D-2 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die zweite Position des Polierkopfes gezeigt ist, die die Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und dem von der Waferhalterung gehaltenen Haltering aufzeigt;
  • 1D-3 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die zweite Position des Polierkopfes gezeigt ist, die eine Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und der von einer Scheibenhalterung gehaltenen Kissenkonditionierungsscheibe aufzeigt;
  • 1E-1 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine dritte Position des Polierkopfes gezeigt ist, die die Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und dem von der Waferhalterung gehaltenen Wafer aufzeigt;
  • 1E-2 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die dritte Position des Polierkopfes gezeigt ist, die die Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und dem von der Waferhalterung gehaltenen Haltering aufzeigt;
  • 1E-3 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die dritte Position des Polierkopfes gezeigt ist, die eine Kontaktfläche zwischen einem Polierkissen des Polierkopfes und der von einer Scheibenhalterung gehaltenen Kissenkonditionierungsscheibe aufzeigt;
  • 2A ist eine schematische Vorderansicht, die die Waferhalterung der ersten Ausführungsform zeigt und in der zwei separate lineare Lageranordnungen gezeigt sind, wobei eine Anordnung die Richtung der Relativbewegung zwischen einem Hauptlagergehäuse und einer Lagerplatte für die Haltevorrichtung begrenzt und eine zweite Anordnung die Richtung der Relativbewegung zwischen der Hauptlagerplatte und einer Lagerplatte für den Haltering begrenzt;
  • 2B ist eine schematische Vorderansicht, die den Kissenkonditionierungskopf der zweiten Ausführungsform zeigt und in der lineare Lageranordnungen zum Begrenzen der Richtung der Relativbewegung zwischen einem Hauptlagergehäuse und einer Platte zur Lagerung der Haltevorrichtung sowie der Messzelle dargestellt sind;
  • 3A ist eine dreidimensionale schematische Ansicht, die die Bauteile der Waferhalterung der ersten Ausführungsform zeigt und in der der Boden eines oberen Abschnitts eines rotierbaren Werkzeugwechslers (RTC) zu sehen ist;
  • 3B ist eine dreidimensionale schematische Ansicht, die die Bauteile der Waferhalterung der ersten Ausführungsform zeigt und in der der obere Teil einer Vakuum- Haltevorrichtung zu sehen ist;
  • 3C ist eine schematische Ansicht der Waferhalterung, in der mit gestrichelten Linien eine Spindel zum Halten und Zuführen von Geräten zum Trägerkopf und ein Polierkopf dargestellt sind;
  • 4A und 4B sind perspektivische Explosionsdarstellungen der ersten Ausführungsform, wobei in 4B die Unterseiten der Bauteile und in 4A die Oberseiten der Bauteile dargestellt sind;
  • 5A-1 bis 5A-3 sind vergrößerte perspektivische Ansichten von verschiedenen einzelnen Bauteilen, die auf der rechten Seite von 4 dargestellt sind;
  • 5B-1 bis 5B-3 sind vergrößerte perspektivische Ansichten von verschiedenen einzelnen Bauteilen von 4B;
  • 6A ist eine Draufsicht auf die Waferhalterung, in der verschiedene Linien gezeigt sind, die andeuten, wo Schnitte vorgenommen worden sind, um die innere Konstruktion darzustellen;
  • 6B ist eine Schnittansicht auf der Linie 6B-6B in 6A, die das Hauptlagergehäuse mit einer fest daran angebrachten Platte für die Halterung der Haltevorrichtung und der Messzelle zeigt, wobei Lagerwellen der Platte in zylindrischen linearen Lagern auf dem Gehäuse angeordnet sind und ein mittlerer Teil des Hauptgehäuses auf einen Belastungssensorknopf einer Messzelle drückt;
  • 7 ist eine Querschnittsansicht auf der Linie 7-7 in 6A, die das Hauptlagergehäuse mit einer beweglich daran angebrachten Lagerplatte für den Haltering zeigt, wobei eine Lagerwelle der Platte in einem zylindrischen linearen Lager auf dem Gehäuse angeordnet ist, um die Bewegung einer Halteringbasis, die auf der Platte befestigt ist, zu beschränken;
  • 8 ist ein Querschnitt auf der Linie 8-8 in 6A, der Geräte einschließlich verschiedener Verbindungselemente zeigt, die beim Polieren des Wafers verwendete Fluide zuführen;
  • 9 ist ein Querschnitt auf der Linie 9-9 in 6A durch ein Fluid-Verbindungselement, wobei das Verbindungselement DI-Wasser sowie Vakuum zur Vakuum-Haltevorrichtung zuführt;
  • 10 ist ein Querschnitt auf der Linie 10-10 in 6A durch einen Fluidverteiler und eine Messzellenplatte, in dem eine von sechs DI-Wasserleitungen von dem Verteiler zu sechs separaten in einer Halteringbasis angeordneten Düsen zum Zuführen von DI-Waschwasser für den Wafer gezeigt ist;
  • 11 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Platte für die Lagerung der Haltevorrichtung und der Messzelle, die durch Schrauben mit einem oberen Abschnitt des RTC verbunden sind;
  • 12A ist eine Querschnittsansicht eines vergrößerten Ausschnittes von 7, die die Halteringbasis in vollem Eingriff zeigt, um den Wafer auf der Vakuum-Haltevorrichtung zu positionieren und auszurichten, bevor die CMP-Vorgänge beginnen, während 12B ein noch weiter vergrößerter Ausschnitt von 12A ist;
  • 13A ist eine Querschnittsansicht eines vergrößerten Ausschnittes von 7, die den Haltering in einer vom Wafer weg außer Eingriff gebrachten Stellung zeigt, um die Entfernung des Wafers von der Waferhalterung zu erleichtern, während 13B ein noch weiter vergrößerter Ausschnitt von 13A ist;
  • 14A ist eine Querschnittsansicht eines vergrößerten Ausschnittes von 7, die die Halteringbasis in einer Polierstellung zeigt, um das Sprühen von DI-Wasser auf eine Grundfläche des Wafers zu erleichtern, während die frei liegende Oberfläche des Wafers poliert wird, während 14B ein noch weiter vergrößerter Ausschnitt von 14A ist;
  • 15 ist ein Querschnitt auf der Linie 15-15 in 6A durch die Halteringbasis, der einen Auslass zum Entfernen von Schleifmittelsuspension und DI-Waschwasser für den Wafer von der Innenseite der Waferhalterung zeigt;
  • 16A und 16B sind perspektivische Explosionsdarstellungen der ersten Ausführungsform, wobei in 16A die Unterseiten der Bauteile und in 16B die Oberseiten der Bauteile dargestellt sind;
  • 17A ist eine dreidimensionale schematische Ansicht, die die Bauteile der Scheibenhalterung der ersten Ausführungsform zeigt und in der der Boden eines oberen Abschnitts eines rotierbaren Werkzeugwechslers (RTC) zu sehen ist;
  • 17B ist eine dreidimensionale schematische Ansicht, die die Bauteile der Scheibenhalterung der ersten Ausführungsform zeigt und in der die Oberseite eines oberen Abschnitts des RTC zu sehen ist;
  • 17C ist eine schematische Ansicht der Waferhalterung, in der eine Spindel zum Halten und Zuführen von Geräten zum Trägerkopf mit gestrichelten Linien dargestellt ist und die den Polierkopf zeigt;
  • 18 ist eine Draufsicht auf die Scheibenhalterung, in der durch Linien gezeigt ist, welche Schnitte vorgenommen worden sind;
  • 19A ist ein Schnitt auf der Linie 19A-19A in 18, in dem eine Vakuumleitung für eine Haltevorrichtung gezeigt ist, um zu bestimmen, ob die Scheibe ordnungsgemäß auf der Haltevorrichtung sitzt;
  • 19B ist ein Schnitt auf der Linie 19B-19B in 18, in dem ein für die Haltevorrichtung verwendetes lineares Lager gezeigt ist;
  • 20 ist ein Schnitt auf der Linie 20-20 in 18, in dem eine Leitung zum Zuführen von DI-Wasser gezeigt ist, um die Scheibe auf der Haltevorrichtung zu spülen;
  • 21 ist ein Schnitt auf der Linie 21-21 in 18, in dem eine Vakuumleitung gezeigt ist, die eine Basis der Scheibenhalterung beaufschlagt;
  • 22 ist eine Querschnittsansicht der Waferhalterung, die in einem Winkel relativ zur Ebene der frei liegenden Waferoberfläche in 6A dargestellt ist, und in der drei von sechs DI-Wasserdüsen in der Halteringbasis gezeigt sind, um DI-Wasser zum Waschen des Wafers zuzuführen, wobei sich die Düsen in einem Winkel zu einer Ebene erstrecken, die die Halterungsachse umfasst, um das DI-Wasser zum Teil in Richtung auf den Umfang des Halteringes zu leiten;
  • 23 bis 37 zeigen Ablaufdiagramme, die Arbeitsschritte in verschiedenen Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 38 ist eine Kurvendarstellung, die schematisch zeigt, wie sich der auf den Motor für den Haltering ausgeübte Druck mit verschiedenen Überlappungsgraden zwischen dem Polierkissen und dem Haltering einerseits und dem Wafer und dem Haltering andererseits ändert;
  • 39 ist ein schematisches Diagramm eines ersten Steuersystems, das eine zentrale Verarbeitung zur Steuerung des Polierdruckes durch die Verwendung eines Personal Computers (PC) bereitstellt;
  • 40 ist ein schematisches Diagramm eines zweiten Steuersystems, das neben dem PC zum Steuern des Polierdruckes eine separate Kraftsteuerung für Situationen bereitstellt, in denen eine hohe Arbeitslast beim Prozessieren auftritt;
  • 41 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Teil der Arbeitsschritte zeigt, durch die das System von 40 den Polierdruck steuert;
  • 42A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wafers, der von einem Polierkissen überlappt wird, und in der die sich ändernden Formen der Kontur einer frei liegenden Oberfläche des Wafers bei der Durchführung von CMP-Vorgängen mit einer Reihe von gestrichelten Linien gezeigt werden;
  • 42B ist ein schematisches Diagramm von Zeitpunkten während eines CMP-Zyklus', in dem der Wafer durch das Polierkissen poliert wird, um die in 42A gezeigte Kontur zu erhalten, und in dem verschiedene Polierdrücke als Variante eines Arbeitskriteriums gezeigt sind, das zu einer hohen Arbeitslast beim Prozessieren führt;
  • 42C ist ein schematisches Diagramm von Zeitpunkten während eines CMP-Zyklus', bei dem der auf den Wafer ausgeübte Druck von einem ersten Wert auf einen nächsten gewünschten Druck erhöht wird, und in dem ein Druckanstieg als weitere Variante eines Arbeitskriteriums gezeigt ist, das zu einer hohen Arbeitslast beim Prozessieren führt;
  • 42D ist ein schematisches Diagramm von Zeitpunkten während eines CMP-Zyklus', bei dem der auf den Wafer ausgeübte Druck zwischen verschiedenen Werten variiert wird, und in dem ein Vergleich zwischen einer gewünschten Variation des Druckes relativ zur Zeit und der Druckanstieg als weitere Variante eines Arbeitskriteriums gezeigt ist, das zu einer hohen Arbeitslast beim Prozessieren führt;
  • 42E ist ein schematisches Diagramm von Zeitpunkten während eines CMP-Zyklus', bei dem die Positionen des Kissens und des Wafers relativ zu einander geändert werden, und in dem mögliche Geschwindigkeiten für diese Änderung und ein Vergleich zwischen niedriger und hoher Arbeitslast beim Prozessieren gezeigt sind;
  • 43 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte eines von vielen Polierschritten zeigt, bei denen die Systeme der 39 und 40 jeweils die zentrale Bearbeitungssteuerung des Polierdruckes übernehmen können oder bei denen die Bearbeitungssteuerung dieses Druckes extern durch die Verwendung der separaten Kraftsteuerung durchgeführt werden kann;
  • 44 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte eines zweiten Vorganges zeigt, in denen die Systeme der 39 und 40 jeweils die Steuerung des Polierdruckes übernehmen können;
  • 45 ist ein schematisches Diagramm eines Servo-Systems zum Steuern der Kraft, die auf einen Wafer-Polierkopf ausgeübt wird, wobei ein Differenzluftdrucksystem verwendet wird;
  • 46 ist ein schematisches Diagramm eines Servo-Systems zum Steuern der Kraft, die auf einen Wafer-Polierkopf ausgeübt wird, wobei ein elektromagnetisches Drucksystem verwendet wird;
  • 47 ist ein schematisches Diagramm eines Differenzluftdrucksystems, das für die in 45 gezeigte Vorrichtung verwendet werden kann;
  • 48 ist eine Draufsicht, die schematisch zeigt, in welchem Verhältnis das Kissen, der Wafer, die Scheibe und der Haltering zueinander stehen, wobei auf das in dem in Anhang C beschriebenen Kontaktflächenprogramm (Contact Area Program) und Kraftprogramm (Force Program) Bezug genommen wird.
  • Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Es werden eine Erfindung für ein CMP-System und Verfahren beschrieben, die Lösungen für die oben beschriebenen Probleme schaffen. Die Konstruktion und die Arbeitsschritte realisieren einen Befehlssatz, um den Polierkopf relativ zu den Halterungen und zum Haltering zu bewegen. Die Relativbewegung ist mit den bearbeiteten Bestimmungen der gewünschten Eingaben der variablen Kräfte, mit denen die Kontaktflächen des Wafers, der Konditionierungsscheibe und des Halteringes separat mit dem Polierkissen in Kontakt gedrückt werden, koordiniert, so dass der Druck auf jede dieser Flächen gesteuert werden kann. Für diese Bestimmungen wird zunächst der Wert jeder einzelnen Kontaktfläche des Wafers, der Konditionierungsscheibe und des Halteringes bestimmt. Jede dieser Kontaktflächen hat einen Wert, der sich auf die aktuelle Position des Polierkopfes relativ zum Wafer, zur Konditionierungsscheibe und zum Haltering bezieht. Die aktuellen Positionen des Polierkopfes werden gemessen. Diese aktuellen Positionen werden dann benutzt, um den Wert jeder der einzelnen separaten Kontaktflächen zu bestimmen. Für jedes Paar, das aus der Kontaktfläche und dem auf diese Kontaktfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt TN auszuübenden Druck besteht, werden verarbeitete Daten ausgegeben, die ein Kraftsig nal darstellen. Jedes dieser Kraftsignale steuert die Kraft, mit der der jeweilige Wafer, die jeweilige Konditionierungsscheibe und der jeweilige Haltering zu dem bestimmten Zeitpunkt TN, an dem die aktuelle Position gemessen wird, mit dem Polierkissen separat in Kontakt gedrückt werden.
  • Die Verarbeitung der den Kräften entsprechenden Daten und der Positionen des Polierkopfes relativ zu den sich ergebenden Kontaktflächen kann entsprechend den Vorgaben in einem Prozessorleitfaden bezüglich der Arbeitskriterien zentral durch einen Prozessor oder separat durch eine Kraftsteuerung erfolgen. Der Prozessorleitfaden bezieht sich auf den Grad der Arbeitslast beim Prozessieren und kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob der zentrale Prozessor allein oder der Prozessor zusammen mit der separaten Kraftsteuerung geeignet ist, um die den Kräften entsprechenden Daten zu verarbeiten. Die Arbeitskriterien können die zeitliche Abstimmung der Änderungen der Polierdrücke, z.B. der Druckanstiege als eine Art von Arbeitskriterium, enthalten, die zu einer hohen Arbeitslast beim Prozessieren führt. Andere Arbeitskriterien beziehen sich auf die Geschwindigkeit, mit der sich die Position des Polierkopfes relativ zum Wafer und/oder zur Kissenkonditionierungsscheibe ändert.
  • Weiter können die aktuellen Werte dieser auf den Wafer und die Konditionierungsscheibe wirkenden Kräfte durch geeignete Messtechniken (beispielsweise durch die der zweiten Stammanmeldung) gemessen werden. Aktuelle Kraftsignale, die den aktuellen gemessenen Kräften entsprechen, werden einer Rückkopplungsschaltung zugeführt, um sicherzustellen, dass die aktuellen Kräfte den gewünschten Eingaben der variablen Kräfte entsprechen, mit denen der Wafer, die Konditionierungsscheibe und der Haltering mit dem Polierkissen separat in Kontakt gedrückt werden sollen.
  • In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung auch nur mit einigen oder mit allen diesen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden weitläufig bekannte Verfahrensschritte und Konstruktionen nicht im Einzelnen beschrieben, um die Erfindung nicht undeutlich zu machen.
  • Unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 2A ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließlich eines CMP-Systems 200-1 mit variabel überlappender Anordnung gezeigt. Die Ausführungsform der 1A, 1B und 2A umfasst eine Halterung für ein Bearbeitungsgerät oder einen Polierkopf 202, der so ausgebildet ist, dass er eine frei liegende Oberfläche 204 eines auf einer Halterung 208, beispielsweise einer Waferhalterung, angeordneten Wafers 206 polieren kann. Der Wafer 206 kann beispielsweise irgendeiner der oben beschriebenen Wafer sein. Der Polierkopf 202 ist so ausgebildet, dass er die Oberfläche 204 des Wafers 206 unter Verwendung eines Polierkissens 209 poliert, das die von Linear Polishing Technology (LPT) vertriebenen Kissen, rotierende CMP-Kissenmaterialien, feststehende Kissenmaterialien mit Schleifwirkung usw. umfassen kann. Im Allgemeinen kann jedes Kissenmaterial, mit dem der gewünschte Poliergrad und die gewünschte Genauigkeit erzielt werden, für das Kissen 209 verwendet werden. Wie oben in näheren Einzelheiten beschrieben wurde, reduziert das Merkmal, wiederholbare Messungen der unten näher bezeichneten Kräfte durchführen zu können, die Notwendigkeit, dass das Material für diese Kissen 209 die unten beschriebenen mechanischen Toleranzen ausgleichen kann.
  • Beispielsweise eine Bewegung des Polierkopfes 202 und des Kissens 209 auf dem Kopf 202 zum Durchführen von Polierarbeiten an dem Wafer 206 oder eine Bewegung, um das Kissen 209 konditionieren zu können, besteht in einer Rotation (siehe Pfeil 209R) um die jeweiligen koaxialen Achsen 210 und 211 des Kopfes 202 und des Kissens 209. im Allgemeinen ist der Kopf 202 so angebracht, dass eine Bewegung parallel zu diesen koaxialen Achsen 210 und 211 verhindert wird, um beispielsweise eine Bewegung entweder in Richtung auf die entsprechende Waferhalterung 208 oder von ihr weg zu verhindern.
  • Beispielsweise eine weitere Bewegung des Polierkopfes 202 und des Kissens 209 auf dem Kopf 202 zum Durchführen von Polierarbeiten an dem Wafer 206 oder eine Bewegung, um den Kopf 202 und das Kissen 209 konditionieren zu können, besteht in einer horizontalen Bewegung (siehe Pfeil 209H). Aus den Pfeilen 209H in den 1A, 1B und 2A geht beispielsweise hervor, dass durch das Polierkissen 209 eine Kraft auf bestimmte Bereiche ausgeübt werden kann. Beispielsweise kann durch das Kissen 209 des Polierkopfes 202 an verschiedenen Stellen des Wafers 206 eine Kraft FP-W auf den Wafer 206 (und damit auf die Waferhalterung 208) ausgeübt werden. Diese Stellen werden durch den Versatz DF-W angezeigt, der von den Achsen 212 oder 214 aus gemessen wird. Diese Bewegungen können während eines CMP-Vorganges zu jedem Zeitpunkt "TN" auftreten. Als Zeitpunkt TN wird nachstehend im Allgemeinen jeder beliebige Zeitpunkt während eines CMP-Zyklus' oder während eines Arbeitsschrittes in einem CMP-Zyklus bezeichnet, während ein bestimmter Zeitpunkt TN als "T" mit einer angefügten Zahl bezeichnet wird, wie beispielsweise "T0" als Startzeitpunkt oder "T1" für einen späteren Zeitpunkt. Diese Bewegungen des Kissens 209 und des Wafers 206 können als Bewegung des Kissens 209 relativ zum Wafer 206 bezeichnet werden, was angibt, dass in anderen Konfigurationen des Systems 200-1 beispielsweise der Wafer 206 (z.B. horizontal) bewegt werden kann, während das Kissen 209 gegen eine horizontale Bewegung festgehalten wird.
  • Die Ausbildung des Systems 200-1 mit variabler Überlappung bietet Flexibilität bei den Poliervorgängen, indem unterschiedliche oder gleiche Abtragsraten für unterschiedliche Bereiche auf der frei liegenden Oberfläche 204 des Wafers 206 angewendet werden. Anders als bei den oben beschriebenen herkömmlichen CMP-Systemen, bei denen ein gesamtes Polierkopfkissen mit der gesamten frei liegenden Oberfläche des Wafers in Kontakt steht, können bei dem CMP-System 200-1 mit variabler Überlappung zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt TN die Größe oder der Wert eines Bereiches einer Kontaktfläche auf dem Polierkissen 209 (des Bearbeitungskopfes 202), das mit der frei liegenden Oberfläche 204 des Wafers 206 in Kontakt steht, variieren. Zusätzlich wird bei dem CMP-System 200-1 mit variabler Überlappung eine Kraft FP-W durch die Verhinderung einer Bewegung des Bearbeitungskopfes 202 in Richtung auf die Waferhalterung 208 und einer Bewegung (siehe aufwärts gerichteter Teil des Pfeiles 233, 2A) der Waferhalterung 208 in Richtung auf den Polierkopf 202, nur auf ausgewählte Bereiche 204R der frei liegenden Oberfläche 204 des Wafers 206 ausgeübt, wodurch überschüssiges Material während eines bestimmten Zeitpunktes TN nur in diesen ausgewählten Bereichen 204R entfernt wird. Wie weiter in 2A gezeigt ist, ist einer der ausgewählten Bereiche 204R der frei liegenden Oberfläche 204 des Wafers 206 relativ zu einer Mittelachse 212 der Waferhalterung 208 horizontal versetzt oder exzentrisch dazu angeordnet. Die Mittelachse 212 ist konzentrisch mit einer Mittelachse 214 des von der Waferhalterung 208 getragenen Wafers 206. Wie gezeigt ist, wird der Versatz der Kraft FP-W durch DF-W angezeigt und in den 1A, 1B und 2A horizontal gemessen. Durch den Pfeil 209H ist ersichtlich, dass sich der Polierkopf 202 horizontal bewegen und mit verschiedenen der gewählten Bereiche 204R der frei liegenden Oberfläche 204 in Kontakt kommen kann.
  • Unter Bezugnahme beispielsweise auf die 1C-1 bis 1C-3, 1D-1 bis 1D-3 und 1E-1 bis 1E-3 können diese unterschiedlichen Bereiche 204R gemäß der Struktur, die mit dem Kissen 209 des Polierkopfes 202 in Kontakt kommt, gekennzeichnet werden. Die Flächen der Bereiche 204R werden im Allgemeinen als Kontaktflächen bezeichnet und werden im Allgemeinen mit "AP" gekennzeichnet, um die Kontaktfläche des Kissens 209 mit jeder beliebigen Struktur zu bezeichnen. Um andere in Kontakt kommende Strukturen zu bezeichnen, wird ein Buchstabe zu "AP" hinzugefügt. Beispielsweise bezeichnet "APW" eine Kontaktfläche Kissen/Wafer, "APC" eine Kontaktfläche Kissen/Konditionierungsscheibe und "APRR" eine Kontaktfläche Kissen/Haltering. Ferner variiert der Wert oder Betrag dieser Flächen AP derartiger kontaktierter frei liegender Bereiche 204R entsprechend dem Wert des Versatzes DF-W.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Wert oder der Betrag des Polierdrucks eine Funktion von einer oder mehreren Variablen oder ein konstanter Wert sein (z.B. ein konstanter Wert während der Zeit, in der ein Arbeitsschritt eines CMP-Zyklus' durchgeführt wird). Somit muss der Wert der Kraft FP-W, die vom Polierkopf 202 auf den Wafer 206 ausgeübt wird, für einen Polierdruck mit einem konstanten Wert beispielsweise, da die Fläche APW variiert, entsprechend dem Ausmaß der Bewegung des Polierkopfes 202 relativ zu dem Wafer 206 variiert werden, um den auf die Flä che APW ausgeübten Druck konstant zu halten. Ungeachtet der Tatsache, ob der Polierdruck konstant ist oder variiert, versteht es sich im Zuge der Beschreibung, dass jede Kraft FP-W ein Mittelwert der Kraft ist, die von dem Polierkissen 209 auf die Kontaktfläche APW des Bereichs 204R ausgeübt wird, und dass diese mittlere Kraft auf die Mitte einer derartigen Fläche APW ausgeübt wird.
  • Bei dem Ausdruck "ursprüngliche Ausrichtung" bezeichnet das Wort "ursprünglich" die oben beschriebene Ausrichtung, die zu einem Zeitpunkt T0PW kurz vor dem "Aufsetzen" vorhanden ist. Beim Aufsetzen berührt das Kissen 209 des Polierkopfes 202 zunächst die frei liegende Oberfläche 204 des Wafers 206. Somit gibt es zum Zeitpunkt T0PW zunächst keine Kraft FP-W, die vom Kissen 209 auf den Wafer 206 ausgeübt wird. In den nachstehend beschriebenen Beispielen findet das Aufsetzen zum Zeitpunkt T0 statt und spätere Zeitpunkte während eines CMP-Zyklus' können als Zeitpunkt T1, T2 usw. oder als Zeitpunkt Ta, Tb usw. bezeichnet werden, um beispielsweise die Zeitpunkte T während einees Druckanstiegs zu bezeichnen.
  • Die 1A, 1B und 2B zeigen ferner, dass es bei der Verwendung der variablen Überlappung des CMP-Systems 200-1 zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt TN, wie beispielsweise zum Zeitpunkt T1, eine Änderung in der Größe der Kontaktfläche APC des Kontakts der Oberfläche des Polierkissens 209 mit einer frei liegenden Oberfläche 216 einer auf einem Kissenkonditionierungskopf 220 angeordneten Polierkissen-Konditionierungsscheibe 218 geben kann. Ein derartiger Zeitpunkt T1 ist später als der Zeitpunkt T0 des Aufsetzens, an dem das Kissen 209 einen ersten Kontakt mit der Scheibe 218 hat. In dem CMP-System 200-1 mit variabler Überlappung wird der Polierkopf 202 zusätzlich gegen eine Bewegung in Richtung der Achsen 210 und 211 gehalten, wenn der Kissenkonditionierungskopf 220 in Richtung auf den Polierkopf 202 bewegt wird, mit dem Polierkissen 209 in Kontakt kommt und eine andere Kraft FP-C (eine Konditionierungskraft, 2B) nur auf ausgewählte Bereiche 216R der Scheibe 218 ausgeübt wird. Die ausgewählten Bereiche 216R entsprechen der Kontaktfläche APC. Einer dieser ausgewählten Bereiche 216R der Scheibe 218 des Kissenkonditionierungskopfes 220 ist auch relativ zu einer Mittelachse 222 des Kissenkonditionierungskopfes 220, die koaxial mit einer Mittelachse 224 der Scheibe 218 verläuft, versetzt oder exzentrisch dazu. Wie in 2B gezeigt ist, wird der Versatz der Kraft FP-C durch DF-C angezeigt. Der Versatz DF-C wird in den 1B und 2B horizontal gemessen und liegt zwischen den Achsen 222 und 224 einerseits und der Achse 210 des Polierkopfes 202 andererseits. Wie oben unter Bezug auf die Kraft FP-W beschrieben wurde, die eine Durchschnittskraft FP-W ist, ist auch die Kraft FP-C eine Durchschnittskraft. In ähnlicher Weise sind die Druck- und Flächenfaktoren, die sich auf die Bereiche 204R beziehen, auf die Bereiche 216R anwendbar.
  • Ferner gibt es in der gleichen beispielhaften Situation, in der der Polierkopf 202 um die ebenfalls vertikale Achse 210 rotierbar ist, wie in der 1B gezeigt ist, auch eine ursprüngliche Ausrichtung der Scheibe 218 und des Kissenkonditionierungskopfes 220. Diese ursprüngliche Ausrichtung umfasst eine dritte ursprüngliche Ausrichtung der Mittelachse 222 des Kopfes 220 und der Mittelachse 224 der Scheibe 218. Die dritte ursprüngliche Ausrichtung der Achsen 222 und 224 ist beispielsweise im Wesentlichen vertikal, wenn der Polierkopf 202 so ausgebildet ist, dass er auf der ebenfalls vertikalen Achse 210 rotierbar ist. Weiterhin schließt die ursprüngliche Ausrichtung in der gleichen beispielhaften Situation, in der der Polierkopf 202 um die ebenfalls vertikale Achse 210 rotierbar ist, eine vierte ursprüngliche Ausrichtung der frei liegenden Oberfläche 216 der Schreibe 218 ein. Die vierte ursprüngliche Ausrichtung der frei liegenden Oberfläche 216 ist in einem Winkel (einem ersten Winkel) von 90 Grad relativ zu der ursprünglichen im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung der jeweiligen mittleren Achsen 222 und 224 des Kopfes 220 und der Scheibe 218 angeordnet.
  • Bei dem Ausdruck "ursprüngliche Ausrichtung", der in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bezeichnet das Wort "ursprünglich" auch die oben beschriebene Ausrichtung, die sich zu einem Zeitpunkt T0PP unmittelbar vor dem Aufsetzen einstellt, was sich auch auf den Zeitpunkt TN bezieht, wenn das Kissen 209 in einen ersten Kontakt mit dem Bereich 216R der frei liegenden Oberfläche 216 der Scheibe 218 kommt. Somit wird zum Zeitpunkt T0PP durch das Kissen 209 anfänglich keine Kraft FP-C (2B) auf die Scheibe 218 ausgeübt.
  • Es wird ferner auf 2A und auf die beispielhafte Situation Bezug genommen, in der der Polierkopf 202 um die vertikale Achse 210 rotierbar ist. Das CMP-System 200-1 umfasst lineare Mehrfach-Lageranordnungen 230 und 232 der Waferhalterung 208. In einem allgemeinen Sinn vereinfachen die Anordnungen 230 und 232 die Durchführung von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte FP-W. Wie oben ausgeführt wurde, kann die auf die Waferhalterung 208 ausgeübte Kraft FP-W somit genau gemessen werden, auch wenn eine derartige Kraft FP-W exzentrisch auf die Waferhalterung 208 ausgeübt wird. Genauer gesagt, ermöglichen die Anordnungen 230 und 232 die Bereitstellung der oben genannten genauen Anzeige eines Betrags für eine derartige exzentrische Kraft FP-W.
  • Zum Beschreiben des Ausdrucks "genaue Anzeige" beispielsweise unter Bezug auf 2A kann die wiederholbare Messtechnik, auf die Bezug genommen wird, anhand von vielen der beispielhaften Kräfte FP-W beschrieben werden, die von einem Zeitpunkt T1 zu einem anderen Zeitpunkt T2 gleiche Werte haben. Durch die vorliegende Erfindung ist der gemessene oder angezeigte Wert innerhalb von sehr geringen Toleranzen gleich für jeden der Zeitpunkte T1 und T2, an dem diese gleichen beispielhaften Kräfte FP-W gemessen werden. Solche gleichen beispielhaften exzentrischen Kräfte FP-W werden beispielsweise durch das Polierkissen 209 auf die Waferhalterung 208 ausgeübt. Es versteht sich, dass ein gewisser Betrag der gleichen beispielhaften exzentrischen Kräfte FP-W beispielsweise durch die Anordnungen 230 und 232 als mechanische Vorrichtungen durch Reibung (als Kraft FF oder als Reibungskraft FF bezeichnet) verloren geht. In diesem Zusammenhang ist die wiederholbare Messtechnik, auf die Bezug genommen wird, eine Technik, bei der der Verlust der Kraft FF innerhalb des Messsystems und innerhalb des Systems zum Tragen der Halterung bei jeder der gleichen beispielhaften exzentrischen Kräfte FP-W im Wesentlichen gleich, d.h. wiederholbar, ist. Wie nachstehend beschrieben wird, gibt es durch das Bereitstellen einer minimalen mechanischen Anordnung zwischen den beispielhaften Kräften FP-W und den Anordnungen 230 und 232 daher keinen Kraftverlust FF in der Halterung 208, wodurch nur die separaten Lageranordnungen 230 und 232 als Quelle für die Kraft FF bei einer bestimmten entsprechenden Messung übrig bleiben.
  • Die Anordnung 230 ist beispielsweise widerstandsfähig gegen alle Kraftkomponenten mit Ausnahme einer vertikalen Komponente FP-WV der auf den Wafer 206 und die Halterung 208 in dem Bereich ausgeübten Kraft FP-W, der relativ zu der ursprünglichen ersten Ausrichtung der Mittelachse 212 der Waferhalterung 208 exzentrisch ist. Die lineare Lageranordnung 230 stellt sicher, dass sich die Konstruktion der Waferhalterung 208 nicht in unerwünschter Weise als Reaktion auf eine derartige exzentrische Kraft FP-W bewegen kann. Beispielsweise kann in einem derartigen CMP-System 200-1 eine derartige exzentrische Kraft FP-W weder die Waferhalterung 208 noch den Wafer 206 relativ zu der ursprünglichen ersten Ausrichtung der Mittelachsen 212 bzw. 214 der Waferhalterung 208 bzw. des Wafers 206 bewegen, mit der folgenden Ausnahme: Die Ausnahme besteht darin, dass sich die Waferhalterung 208 und der Wafer 206 nur parallel (siehe Pfeil 233) zu der ursprünglichen ersten Ausrichtung der Mittelachsen 212 bzw. 214 bewegen können. Der Pfeil 233 verläuft parallel zu der vertikalen Komponente FP-WV.
  • 2A zeigt schematisch zwei der drei linearen Mehrfach-Lageranordnungen 230 in näheren Einzelheiten, und die 5A-1 bis 5A-3 sowie 5B-1 bis 5B-3 zeigen die drei linearen Mehrfach-Lager 230 in näheren Einzelheiten. Ein Hauptlagergehäuse 250 ist mit einem ersten, aus drei linearen Lagern 253 bestehenden Satz 252 ausgestattet. Jedes Lager umfasst drei Hülsen 254, die jeweils aus einem Material hergestellt sind, das unter der Marke FRELON verkauft wird. Das FRELON-Material ist mit einem harten Pulvermaterial imprägniert, um einen niedrigen Reibungskoeffizienten und erhöhte Verschleißfestigkeit zu erzielen. Geeignete Hülsen 254 können einen Innendurchmesser von einem halben Zoll und eine Länge von eineinviertel Zoll haben. Die Hülsen können die linearen Lager mit der Modell-Nummer FL08 sein, die von Pacific Bearing aus Rockford, Illinois verkauft werden. Zu Veranschaulichungszwecken ist jede Hülse in 2A durch im Abstand angeordnete Kreispaare angedeutet. Jede Hülse 254 ist an ihrem Boden 256 offen, um einen entsprechenden Lagerzapfen 258 aufnehmen zu können, der in 2A zur Veranschaulichung als auf recht stehende Linie dargestellt ist. Jeder Lagerzapfen 258 ist aus rostfreiem Stahl gefertigt. Geeignete Zapfen 258 können einen Außendurchmesser von ungefähr etwas weniger als einem halben Zoll haben, um ein Spiel von nicht weniger als 0,005 Zoll zu bilden, wenn der Zapfen 258 eine Größe hat, die auf dem zulässigen Maximum zuzüglich einer Toleranz für den Zapfen 258 basiert, während die Hülse eine Größe hat, die auf dem zulässigen Maximum abzüglich der Toleranz basiert. Der Zapfen 258 kann ungefähr eineinviertel Zoll lang sein. Jeder Zapfen 258 erstreckt sich von einer als Träger für die Haltevorrichtung und die Messzelle dienenden Platte 260 nach oben, durch den Boden 256 und in eine der Hülsen 254. Das Hauptlagergehäuse 250 ist mit einer Vakuum-Haltevorrichtung 262 der Waferhalterung 208 verbunden und trägt dieses. Die Haltevorrichtung 262 trägt den Wafer 206, auf den während des Polierens die exzentrische Kraft FP-W wirkt, was als auf den Wafer 206 wirkende Waferlast bezeichnet wird.
  • Wie oben beschrieben ist, zeigt 1B die ursprüngliche Ausrichtung der Waferhalterung 208 und des Wafers 206 vor dem Aufsetzen des Kissens 209 und die frei liegende Oberfläche 204 des Wafers 206. Es gibt daher ursprünglich keine Kraft FP-W, die von dem Kissen 209 auf den Wafer 206 ausgeübt wird, und anfänglich erstrecken sich in der beispielhaften Situation die jeweiligen Achsen 212 der Waferhalterung 208 und 214 des Wafers vertikal und koaxial. Es wird daran erinnert, dass der Polierkopf 202 in der Beispielsituation um die vertikale Achse 210 rotierbar ist und die exzentrische Kraft FP-W (2A) vertikal nach unten auf den Wafer 206 ausübt. Die Anordnung 230 ist in Richtung der Achse 210 des Polierkopfes und der Achse 211 des Kissens 209 linear. Somit widersteht die Anordnung 230 allen Kräften mit Ausnahme der vertikalen Komponente FP-WV dieser auf den Wafer 206 und die Halterung 208 ausgeübten exzentrischen Kraft FP-W.
  • Genauer gesagt, stellen die linearen Lager 253 bei dem Satz 252 aus drei Lagern sicher, dass sich die Konstruktion der Waferhalterung 208 nicht in unerwünschter Weise als Reaktion auf eine derartige exzentrische Kraft FP-W bewegen kann. Somit stellen die linearen Lager 253 sicher, dass eine derartige exzentrische Kraft FP-W weder die Waferhalterung 208 noch den Wafer 206 bewegen kann, außer in vertika ler Richtung, die parallel zu der ursprünglichen ersten Ausrichtung der Mittelachsen 212 bzw. 214 der Waferhalterung 208 bzw. des Wafers 206 verläuft. Im Ergebnis wird die exzentrische Waferlast FP-W (die in 2A auf den Wafer 206 wirkend gezeigt ist), abzüglich der Reibungskraft FF, zum Hauptlagergehäuse 250 übertragen und als erlaubte vertikale Kraftkomponente FP-WV bezeichnet. Die Kraftkomponente FP-WV ist daher nach Abzug der Kraft FF eine Nettokraft.
  • Die 5B-1 und 5A-2 zeigen die linearen Mehrfach-Lageranordnungen 230 dahingehend, dass sie eine Reihe 265 von linearen Lagern 253 umfassen. Die Reihe 265 ist so gestaltet, dass sie die Funktion der linearen Mehrfach-Lageranordnungen 230 in Abschnitte mit kurzer Länge in Richtung der Achsen 212 und 214 und kleinen Durchmessern relativ zu den Durchmessern (z.B. acht Zoll) der Wafer 206 und der Scheiben 218 unterteilt. Darüber hinaus werden die linearen Lager 253 der Anordnung 230 durch diese Unterteilung in Intervallen mit gleichmäßigen Abständen um eine kreisförmige Bahn 266 (5B-3) herum angeordnet. Auf diese Weise gibt es eine schnelle Folge von einzelnen linearen Lagern 253, wenn sich die Waferhalterung 208 oder der Kissenkonditionierungskopf 220 drehen, beispielsweise unter der exzentrischen Kraft FP-W, die beim Betrieb des CMP-Systems 200-1 erfasst werden soll.
  • Die Kraft FP-WP wirkt auf eine Messzelle 263 (2A und 5B-1). Die Messzelle 263 kann ein Standard-Dehnungsmessgerät wie das von Transducer Techniques aus Temecula, Kalifornien, verkaufte Modell Nummer LPU-500-LRC sein. Die Messzelle kann einen Lasterfassungsbereich von einer Kraft von ungefähr null "pound of force" bis 500 "pound of force" (1 pound of force = 4,45 Newton) umfassen. Vorzugsweise wird ein genauerer Lasterfassungsbereich von ungefähr null bis ungefähr 400 pounds of force angewendet. Die Messzelle 263 wird an der Platte 260 für die Lagerung der Haltevorrichtung und der Messzelle befestigt. Die erlaubte Bewegung des Hauptlagergehäuses 250 unter dem Einfluss der Kraft FP-WP wird von der Messzelle 263 erfasst oder aktiviert diese, was zu einer Ausgabe eines Wafer-Lastsignals 264 (5B-1) als Reaktion auf diese Bewegung führt. Wie oben beschrieben wurde, sollten beispielsweise Drücke zum gleichmäßigen Polieren der frei liegenden Be reiche 240R des Wafers 206 in gesteuerter Höhe auf die verschiedenen frei liegenden und kontaktierten Bereiche 204R ausgeübt werden. Wenn sich die Fläche APW der frei liegenden und kontaktierten Bereiche 204R beispielsweise vergrößert, wird die Kraft FP-W erhöht, damit die Höhe des Drucks gleich bleibt. Alternativ kann die Kraft FP-W auf der Basis eines Polierdruckprofils gesteuert werden, um konstant zu bleiben, oder sich gemäß der Größe der Änderungen der Kontaktfläche APW zu ändern, um die Drücke in einer Höhe auszuüben, die mit dem Polierdruckprofil übereinstimmt. Die auf den Wafer 206 ausgeübte Kraft FP-W muss genau gesteuert werden, um die gewünschte Polierwirkung zu erzielen. Eine derartige Steuerung berücksichtigt die Bewegung des Polierkissens 202 in Richtung des Pfeils 209H während der an einem Wafer 206 ausgeführten Poliervorgänge und die Auswirkung einer derartigen Bewegung des Polierkissens, die darin besteht, dass sich die Werte für die Flächen APW ändern. Wie unten genauer beschrieben werden wird, wird die Verarbeitung des Waferlastsignals 264 durchgeführt und eine auf die Platte 260 der Waferhalterung 208 nach oben (1B) wirkende Kraft F in erforderlicher Weise eingestellt, um die geeignete Kraft FP-W zu liefern, die von dem Polierkissen 209 auf die Fläche APW des Wafers 206 ausgeübt wird, um den erwünschten Polierdruck zu erhalten.
  • Die linearen Lageranordnungen 232 werden unter Bezugnahme auf die 1B, 2A, 5A-1 bis 5A-3 und 5B-1 sowie 5B-2 beschrieben. Das Hauptlagergehäuse 250 ist mit einem zweiten, aus drei linearen Lagern 272 einschließlich drei Hülsen 274 bestehenden Satz 270 ausgestattet (durch zueinander beabstandete Kreispaare dargestellt). Die Hülsen 274 sind an ihren Böden 276 offen, um passende Lagerzapfen 278 (durch sich nach oben erstreckende Linien dargestellt) aufzunehmen. Die Zapfen 278 sind auf einer Lagerplatte 279 für den Haltering durch Schrauben 281, die von einer Bohrung 283 (7) aufgenommen werden, befestigt. Die Bohrung 283 ist so bemessen, dass sich die Schraube zusammen mit der Platte 279 relativ zu der Platte 260 bewegen kann, um eine vertikale Bewegung des Halteringes 282 von 0,050 Zoll zuzulassen. Die Lager 272 können vom gleichen Typ wie beispielsweise die Lager 253 sein. Die Lagerplatte 279 für den Haltering ist durch Schrauben 285 (15) an einer Halteringbasis 280 befestigt. Die Basis 280 ist so ausgebildet, dass sie sich vertikal in dem durch die linearen Lager 272 des zweiten Satzes 270 begrenzten Um fang bewegen kann und dass sie sich beispielsweise frei um den gleichen Weg (0,050 Zoll) wie die Platte 279 bewegen kann. Auf der Oberseite der Halteringbasis 280 ist ein Haltering 282 abnehmbar befestigt, um mit dem Polierkissen 209 in Kontakt zu kommen. Der Haltering 282 ist daher so befestigt, dass er sich unabhängig von der Platte 260 und unabhängig von dem Hauptlagergehäuse 250 bewegen kann. Der Haltering 282 greift so in das Polierkissen 209 ein, dass der Haltering 282 von Zeit zu Zeit durch Lösen der Schrauben 289 (15) ausgetauscht werden kann.
  • Wie oben beschrieben wurde, zeigt 1B die ursprüngliche Ausrichtung des Wafer-Halterungskopfes 208. Der Kopf 208 umfasst die Halteringbasis 280 und den Haltering 282. Die Halteringbasis 280 umgibt die Vakuum-Haltevorrichtung 262 und ist im Abstand zu diesem angeordnet. Der Haltering 282 ist so ausgebildet, dass das Polierkissen 209 während der Wafer-Poliervorgänge in ihn eingreift, wobei das Polierkissen 209 eine Kraft FP-R auf den Haltering 282 ausübt. Die Kraft FP-R ist exzentrisch relativ zu der Achse 212 der Waferhalterung 208.
  • Zu einem Zeitpunkt T0PRR vor dem Aufsetzen, bei dem das Kissen 209 des Polierkopfes 202 in den Haltering 282 eingreift, erstreckt sich eine äußere zylindrische Fläche 284 in vertikaler Richtung. Die Fläche 284 wird von der Halteringbasis 280 und dem Haltering 282 begrenzt. Zu diesem Zeitpunkt T0PRR gibt es ursprünglich keine Kraft FP-R, die von dem Kissen 209 auf den Haltering 282 ausgeübt wird, und die entsprechenden Mittelachsen 286 und 288 der Halteringbasis 280 und des Halteringes 282 erstrecken sich vertikal.
  • Es wird daran erinnert, dass der Polierkopf 202 in der Beispielsituation um die Achse 210 rotiert, die vertikal ist. Somit übt das Polierkissen 209 die exzentrische Kraft FP-R auf den Haltering 282 vertikal nach unten gerichtet aus. Im Allgemeinen funktioniert die Anordnung 232 auf die gleiche Weise wie die Anordnung 230, die oben bezüglich der Funktion beschrieben wurde.
  • Die Anordnung 232 widersteht daher allen Komponenten der auf den Haltering 282 wirkenden Kraft FP-R mit Ausnahme einer vertikalen Komponente FP-RV dieser ex zentrischen Kraft. Genauer gesagt, stellen bei dem Satz 270 aus drei Lagern die linearen Lager 272 sicher, dass sich die Konstruktion des Halteringes 282 nicht in unerwünschter Weise als Reaktion auf eine derartige exzentrische Kraft FP-R bewegen kann. Somit stellen die linearen Lager 272 sicher, dass eine derartige exzentrische Kraft FP-R den Haltering 282 nicht bewegen kann, mit der folgenden Ausnahme: Es ist dem Haltering 282 möglich, sich in vertikaler Richtung parallel zu der ursprünglichen dritten Ausrichtung der mittleren Achse 212 der entsprechenden Waferhalterung 208 zu bewegen, die koaxial angeordnet ist. Im Ergebnis wird die exzentrische Last FP-R (die in 2B auf den Haltering 282 wirkend gezeigt ist) abzüglich der Kraft FF als die erlaubte vertikale Kraftkomponente FP-RV auf die Haltering-Lagerplatte 279 übertragen. Unter Bezugnahme auf die 2A und 6B ist ersichtlich, dass die Bewegung des Halteringes 282, die von der Anordnung 232 beschränkt wird, unabhängig von der Bewegung der Waferhalterung 208 ist, die von der Anordnung 230 beschränkt wird.
  • Ein Stellantrieb oder ein linearer Motor 290 ist zwischen der Platte 260 für die Lagerung der Haltevorrichtung und der Messzelle und der Lagerplatte 279 für den Haltering angeordnet. Der lineare Motor 290 kann vorzugsweise in Form eines gekapselten Hohlraums vorgesehen sein, besser noch in Form eines pneumatischen Motors oder als elektromagnetische oder als elektromechanische Einheit. Ein höchst bevorzugter linearer Motor 290 mit einer pneumatischen Blase 292, die über einen Einlass 294 mit pneumatischem Fluid (siehe Pfeil 293) versorgt wird, ist in den 5A-1, 5B-1, 7, 12A, 13A und 14A gezeigt. Wie in den 5B-1 und 13A gezeigt ist, ist die Platte 260 für die Lagerung der Haltevorrichtung und der Messzelle mit einer ringförmigen Nut 296 versehen, um die Blase 292 aufzunehmen. Der lineare Motor 290 wird wahlweise durch die Zufuhr von Fluid 293 zur Blase 292 mit verschiedenen Druckstärken (PB) entsprechend der gewünschten Größe des Hubes der Blase 292 betätigt. Unter Bezugnahme auf die 12A und 12B kann ein maximaler Hub der Blase 292 vertikal gemessen beispielsweise 0,10 Zoll betragen. Ein derartiger maximaler Hub entspricht einer vertikalen Abmessung (oder Dicke) des Wafers 206, die 0,02 Zoll betragen kann. Aus Gründen der Verdeutlichung kann gesagt werden, dass die Platte 260 in vertikaler Richtung fixiert ist, so dass, wenn das Fluid 293 in die Blase 292 eingeleitet wird, die Blase die Platte 279 über eine Strecke nach oben drückt, die dem speziellen Hub der Blase 292 entspricht, der sich aus dem Druck des Fluids 293 ergibt. Die Blase 292 bewegt somit die Lagerplatte 279 für den Haltering, und daher werden die Halteringbasis 280 und der Haltering 282 relativ zu dem auf der Vakuum-Haltevorrichtung 262 angeordneten Wafer 206 und relativ zu dem Kissen 209, das gegenüber dem Haltering 282 angeordnet ist, wie beispielsweise in 1C-2 gezeigt ist, (in diesem Beispiel) nach oben bewegt.
  • Der Druck PB des Fluids 293 kann beispielsweise einer von vielen Drücken sein. In einem allgemeinen vorläufigen Sinn wird das unter Druck stehende Fluid 293 verwendet, um den Haltering 282 in eine von drei vertikalen Stellungen zu bewegen. Der Druck PB kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 15 psi bis ungefähr 7 bis 10 psi liegen. Die 13A und 13B sind Schnittansichten, die den Haltering 282 in einer von drei Stellungen zeigen, nämlich in einer ausgerückten Stellung, in der der Haltering 282 sowohl von dem Wafer 206 also auch von einer auf der Vakuum-Haltevorrichtung 262 angeordneten Trägerschicht 298 entfernt (darunter) angeordnet ist. In der ausgerückten Stellung stört der Haltering 282 nicht beim Entfernen des Wafers 206 von der Haltevorrichtung 262, und der Druck PB ist niedrig im Vergleich zu dem Druck PB, der benötigt wird, um den Haltering 282 in den anderen Stellungen zu halten.
  • Die in den 14A und 14B gezeigten Schnittansichten zeigen die nächsthöhere Stellung der drei Stellungen des Halteringes, die im Allgemeinen als "eine" Polierstellung bezeichnet wird und die, wie nachstehend genauer beschrieben wird, aus einer Anzahl von Stellungen bestehen kann, die sich parallel zu den Achsen 214 und 212 befinden. Die allgemeine Polierstellung ist die Stellung des Ringes 282 während des Polierens des Wafers 206. In dieser Polierstellung ist eine obere Fläche 299 des Halteringes 282 horizontal in einer Flucht oder koplanar mit der oberen (frei liegenden) Oberfläche 204 des Wafers 206. Wie in 14B gezeigt ist, ist in der Polierstellung ein äußerer Rand 301 des Wafers 206 von einer inneren Wand 303 des Halteringes 282 umschlossen, und die Flächen 299 und 204 liegen auf derselben Ebene.
  • Drittens zeigen die 12A und 12B wie erwähnt eine Schnittansicht, in der sich der Haltering 282 in der höchsten bzw. Wafer-Eingriffsstellung befindet, die geeignet ist, den Wafer 206 auf der Trägerschicht 298 der Vakuum-Haltevorrichtung 262 anzuordnen, wobei die Achse 214 des Wafers 206 koaxial mit der Achse 212 der Waferhalterung 208 verläuft. Wie in 12B gezeigt ist, bleibt der äußere Rand 301 des Wafers 206 in der höchsten Stellung von der inneren Wand 303 des Halteringes 282 umschlossen, und die obere Oberfläche 299 des Halteringes 282 befindet sich über der frei liegenden Oberfläche 204 des Wafers 206, um ein Platzieren des Wafers 206 auf der Haltevorrichtung 262 innerhalb des Halteringes 282 zu erleichtern.
  • Genauer gesagt, wirkt die den Ring belastende Kraft FP-R exzentrisch auf den Haltering 282 und ist bestrebt, den Ring 282 exzentrisch zu bewegen. Die linearen Lager 272 stellen jedoch sicher, dass die Bewegungen des Halteringes 282 und der Basis 280 nur vertikal parallel zu den ursprünglichen Ausrichtungen der jeweiligen mittleren Achsen 286 und 288 der Ringbasis 280 bzw. des Halteringes 282 stattfinden können. Im Ergebnis wird nur die vertikale, nach unten wirkende Komponente FP-RV der Kraft FP-R (die Komponente FP-RV ist in der 2A als vertikal auf den Haltering 282 wirkende Last dargestellt) über die Halteringbasis 280 auf die Lagerplatte 279 für den Haltering übertragen. Der lineare Motor 290 übt auch eine nach oben gerichtete Kraft FM (2A) auf die Lagerplatte 279 für den Haltering aus, die die Zapfen 278 der linearen Lager 272 trägt. Die linearen Lager 272 stellen weiter sicher, dass nur eine vertikale Kraftkomponente oder Nettokraft FM-V der Kraft FM wirksam wird, um die Halteringbasis 280 und den Haltering 282 gegen die vertikale Komponente FP-RV der den Ring belastenden Kraft FP-R zu bewegen. Auf diese Weise erfolgt die erlaubte Bewegung des Halteringes 282 als Reaktion auf die Kraft FP-R (d.h. die Bewegung parallel zu der ursprünglichen Stellung der Achsen 212 und 214) koaxial mit der erlaubten (und damit in der gleichen Richtung wie die erlaubte) Bewegung der Haltevorrichtung 262 und des Wafers 206 auf der Haltevorrichtung 262 als Reaktion auf die Kraft FP-W (d.h. in der Richtung parallel zu der ursprünglichen Stellung der Achsen 212 und 214).
  • Bezüglich des genannten Bereiches von Polierstellungen des Halteringes 282 versteht es sich aus den oben beschriebenen Gründen zum Verändern der nach oben gerichteten Kraft F (1B), die auf die Platte 260 der Waferhalterung 208 ausgeübt wird (d.h. gemäß dem Wert der Fläche APW des frei liegenden und kontaktierten Bereiches 204R), dass es ebenfalls erforderlich ist, die von dem Motor 290 auf den Haltering 282 ausgeübte Kraft FM zu verändern, wodurch die Kraft FP-R, die von dem Polierkissen 209 auf den Haltering 282 ausgeübt wird, verändert wird. Wie beispielsweise in den 1A, 1B, 1C-1 bis 1C-3, 1D-1 bis 1D-3 und 1E-1 bis 1E-3 gezeigt wird, gibt es einen relativ großen ursprünglichen Wert für die Fläche APRR, die von dem Polierkissen 209 überlappt wird, wenn sich das Polierkissen 209 von einer weit links liegenden Stellung, in der der Haltering 282 überlappt wird, nach rechts bewegt. Wenn sich der Wert der Überlappungsfläche APRR bei einer derartigen Bewegung 209H ändert, muss die Kraft FM in einem Ausführungsbeispiel als Funktion der relativen Bewegung des Polierkissens 209 geändert werden, wenn es erwünscht ist, den Polierdruck auf die Fläche APRR des Halteringes 282, die mit dem Polierkissen in Kontakt steht, konstant zu halten. Hieraus ergibt sich, dass die oben beschriebene Polierstellung des Halteringes 282 eigentlich ein Bereich von Stellungen ist, die abhängig davon bestimmt werden, welche Nettokraft FM-V von dem Haltering 282 auf das Kissen 209 ausgeübt werden muss, um den erwünschten Druck auf den Haltering 282 zu erzielen.
  • Die 2B und 19B zeigen den Kissenkonditionierungskopf 220 und veranschaulichen eine lineare Lageranordnung 304 zum Beschränken der Richtung der Relativbewegung zwischen einem Hauptlagergehäuse 306 und einer Platte 308 für ein Scheibenlager und eine Messzelle. Es wird in Erinnerung gebracht, dass der Polierkopf 202 in der Beispielsituation um die sich vertikal erstreckende Achse 210 rotiert. Das CMP-System 200-1 umfasst zusätzliche lineare Mehrfach-Lageranordnungen 310 für den Kissenkonditionierungskopf 220. Im Allgemeinen sind die Anordnungen 310 den Anordnungen 230 ähnlich. Daher haben die Anordnungen 310 die gleiche Funktion wie die oben beschriebene Anordnung 230. Im Einzelnen vereinfacht die Anordnung 310 das Durchführen von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte FP-C. Somit kann die auf die Fläche APC der Scheibe 218 aus geübte Kraft FP-C, wie oben erklärt, genau gemessen werden, obwohl diese Kraft FP-C exzentrisch auf diese Scheibe 218 wirkt. Die Anordnung 310 ist daher in der Lage, die oben erwähnte genaue Anzeige eines Betrages einer derartigen exzentrischen Kraft FP-C liefern.
  • Genauer gesagt, widerstehen die Anordnungen 310 allen Komponenten der Kraft FP-C, die auf die Fläche APC der Scheibe 218 an der Stelle ausgeübt wird, die hinsichtlich der ursprünglichen Ausrichtung der mittleren Achse 222 des Kissenkonditionierungskopfes 220 exzentrisch ist, mit Ausnahme einer vertikalen Komponente FP-CV. Auf diese Weise stellen die linearen Lageranordnungen 310 sicher, dass sich die Kopfkonstruktion 220 nicht in unerwünschter Weise als Reaktion auf eine derartige exzentrische Kraft FP-C bewegen kann. Beispielsweise ist es dem Kopf 220 und der Scheibe 218 nur möglich, sich parallel (siehe Pfeil 312) zu den ursprünglichen Ausrichtungen derjeweiligen mittleren Achsen 222 und 224, die koaxial sind, zu bewegen. Der Pfeil 312 verläuft parallel zu der vertikalen Komponente FP-CV.
  • 2B zeigt schematisch zwei der drei linearen Mehrfach-Lageranordnungen 310 in näheren Einzelheiten, und die 16A, 16B und 19B zeigen die drei linearen Mehrfach-Lageranordnungen 310 in näheren Einzelheiten. Das Hauptlagergehäuse 306 ist mit drei linearen Lagern 314 einschließlich drei hohlen zylindrischen Hülsen 316 versehen. Die Hülsen 316 haben einen offenen Boden 318, um es den Hülsen 316 zu ermöglichen, die entsprechenden Zapfen 320 aufzunehmen und mit ihnen zusammenzuwirken. Die Hülsen 316 der linearen Lager 314 können beispielsweise die gleichen wie die der Lager 230 und 232 mit der Modell-Nummer FL08 sein, die von Pacific Bearing aus Rockford, Illinois, verkauft werden, und sind in 2B in ähnlicher Weise wie in 2A dargestellt. Die Zapfen 320 können in der gleichen Weise hergestellt werden, wie oben im Zusammenhang mit den Zapfen 258 beschrieben ist. Das Hauptlagergehäuse 306 ist an einer Haltevorrichtung 322 des Kissenkonditionierungskopfes 220 befestigt und trägt diese. Die Haltevorrichtung 322 trägt die Scheibe 218, auf die die exzentrische Kraft FP-C, die in 2B als auf die Scheibe 218 wirkende Last dargestellt ist, während des Kontaktes mit dem Polierkissen 209 ausgeübt wird.
  • Wie oben beschrieben ist, zeigt 1B die ursprüngliche Ausrichtung des Kissenkonditionierungskopfes 220 und der Scheibe 218, bevor das Kissen 209 des Polierkopfes 202 in die frei liegende Oberfläche 216 der Scheibe 218 eingreift, d.h. zu dem anfänglichen Zeitpunkt T0PP. Es gibt damit anfangs keine Kraft FP-C, die von dem Kissen 209 auf die Scheibe 218 ausgeübt wird, und anfänglich sind die jeweiligen Achsen 222 des Kopfes 220 und 224 der Scheibe 218 in der Beispielsituation vertikal ausgerichtet. Es wird daran erinnert, dass der Polierkopf 202 in dieser Situation so ausgebildet ist, dass er um die sich vertikal erstreckende Achse 210 rotiert, und zu jedem der oben beschriebenen Zeitpunkte TN die exzentrische Kraft FP-C (2B) vertikal nach unten auf die Scheibe 218 und den Kopf 220 ausüben kann. Die Anordnung 310 widersteht allen Komponenten dieser exzentrischen Kraft FP-C, die auf die Scheibe 218 ausgeübt wird, mit Ausnahme einer vertikalen Komponente FP-CV. Im Einzelnen stellen die drei linearen Lager 314 sicher, dass sich die Kopfkonstruktion 220 nicht in unerwünschter Weise als Reaktion auf eine derartige exzentrische Kraft FP-C bewegen kann. Somit stellen die linearen Lager 314 sicher, dass eine derartige exzentrische Kraft FP-C weder den Kopf 220 noch die Scheibe 218 in eine andere als die vertikale Richtung bewegt, die zu den ursprünglichen Ausrichtungen der entsprechenden mittleren Achsen 222 und 224 des Kopfes 220 bzw. der Scheibe 218 parallel ist. Im Ergebnis wird die exzentrische Waferlast FP-C (in 2B als auf die Scheibe 218 wirkend dargestellt), abzüglich einer entsprechenden Kraft FF, als vertikale Kraftkomponente bzw. Nettokraft FP-CV auf das Hauptlagergehäuse 306 übertragen und wirkt auf eine Messzelle 324 (2B, 16B und 19B). Die Messzelle ist an der Platte 308 für die Lagerung der Scheibe und der Messzelle befestigt. Die erlaubte Bewegung des Hauptlagergehäuses 306 wird von der Messzelle 324 erfasst oder betätigt diese, wodurch ein Scheibenlastsignal 326 (16B) ausgegeben wird. Die Messzelle 324 kann die gleiche sein wie die Messzelle 263, und das Messzellensignal 326 kann in ähnlicher Weise wie das Messzellensignal 264 verwendet werden.
  • Angesichts der obigen Erörterungen ist ersichtlich, dass es sich bei einem Bestreben der Haltevorrichtung 262 oder der Waferhalterung 208 oder des Kissenkonditionierungskopfes 220 zu kippen oder sich von der beschriebenen ursprünglichen Ausrich tung zu entfernen, lediglich um ein Bestreben handelt, d.h. es findet keine Bewegung statt. Die Kippbewegung erfolgt nicht, weil die linearen Lageranordnungen 230, 232 und 3120, beispielsweise, wie oben beschrieben, wirksam werden.
  • Das CMP-System 200-1 ist nicht nur mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgestattet, die beispielsweise die Durchführung von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte FP-W vereinfachen, sondern ist ferner mit (im Allgemeinen durch Verwendung der Bezugsziffer 338 bezeichnete) Einrichtungen für andere CMP-Arbeitsvorgänge ausgestattet. Die Einrichtungen 338 der Waferhalterung 208 beispielsweise umfassen Einrichtungen 338C für die Vakuum-Haltevorrichtung 262, Einrichtungen 338B für die Blase 292, Einrichtungen 338S für den Haltering 282 und Einrichtungen 338LC für die Messzelle 263. Solche Einrichtungen 338 sind für die CMP-Vorgänge vorgesehen, ohne dass sie die CMP-Vorgänge stören. Unter Berücksichtigung dieser Einrichtungen 338 der Waferhalterung 208 wird Bezug auf die dreidimensionalen Ansichten der 3A, 3B und 3C sowie auf die Explosionsansichten der 4A und 4B und auf die vergrößerten perspektivischen Ansichten der 5A-1 bis 5A-3 und 5B-1 bis 5B-3 genommen. Die 3A bis 3C zeigen Anordnungen von Konstruktionselementen der ersten Ausführungsform 200-1 einschließlich eines drehbaren Werkzeugwechslers 340, an dem die Platte 260 für die Lagerung der Haltevorrichtung und der Messzelle befestigt ist. Der drehbare Werkzeugwechsler 340 umfasst einen oberen Abschnitt 342 und einen unteren Abschnitt 344 (3C). Der untere Abschnitt 344 ist an einer Spindel 346 befestigt, die rotiert und nach oben und unten gerichtete vertikale Kräfte auf den unteren Abschnitt 344 ausübt. Die nach oben gerichtete vertikale Kraft ist als Kraft F in 1B dargestellt und resultiert in der Kraft, dem das Polierkissen 209 widersteht, indem beispielsweise die Kraft FP-W ausgeübt wird. Wie in den 3A und 3C gezeigt ist, versorgt die Spindel 346 auch die Einrichtungen 338C durch das Zuführen von Fluid, beispielsweise von deionisiertem Wasser (DI-Wasser) 348 und Vakuum, durch eine Leitung 350 zum unteren Abschnitt 344 zur Verwendung in der Vakuum-Haltevorrichtung 262. Zusätzlich versorgt die Spindel 346 die Einrichtungen 338S separat durch Zuführen von Fluid, wie deionisiertem Wasser 352, durch eine Leitung 354 zum unteren Abschnitt 344, um den Wafer 206 und das Innere der Halteringbasis 280 zu reinigen. Ferner versorgt die Spindel 346 die Einrichtungen 338B separat auch durch das Zuführen von Fluid 293 (wie beispielsweise Druckluft) durch eine Leitung 358 zum unteren Abschnitt 344, um den linearen Motor 290 zu betreiben. Die Spindel 346 versorgt weiter die Einrichtungen 338LC durch das Bereitstellen eines Schleifringes 360, der mit einem elektrischen Verbinder (nicht dargestellt) auf dem unteren Abschnitt 344 verbunden ist. Der Verbinder auf dem unteren Abschnitt 344 ist an einen Verbinder angepasst (nicht dargestellt), um die Ausgabe des Lastsignals 264 der Wafer-Messzelle vom System 200-1 zu ermöglichen.
  • Der untere Abschnitt 344 und der obere Abschnitt 342 sind auf übliche Weise durch einen lösbaren Verbinder 361 (3C) zusammengefügt. Um die Abschnitte 342 und 344 lösbar zu verbinden, hat der Verbinder 361 eine Nocke (nicht dargestellt), die von einer Kolbenstange (nicht dargestellt) vom unteren Abschnitt 344 in einen hohlen Mittelteil 362 des oberen Abschnitts 342 geschoben wird. Die Nocke greift in Kugellager (nicht dargestellt) ein und drückt die Kugellager nach außen und teilweise von einem Laufring (nicht dargestellt) und teilweise in eine V-förmige Nut (nicht dargestellt). Die Kugellager halten den oberen Abschnitt 342 und den unteren Abschnitt 344 lösbar und eng miteinander verbunden. Wenn es erwünscht ist, die unteren und oberen Abschnitte 342 und 344 voneinander zu trennen, wird die Nocke aus dem oberen Abschnitt 342 zurückgezogen, um dem Kugellager zu ermöglichen, sich vollständig aus der V-förmigen Nut zu lösen und den oberen Abschnitt 342 freizugeben.
  • Die 3A und 9 zeigen den Boden 366 des oberen Abschnitts 342. Für die Einrichtungen 338 sind vier Öffnungen in dem oberen Abschnitt 342 vorgesehen. Eine erste Öffnung 368 ist an eine ähnliche Öffnung (nicht dargestellt) im unteren Abschnitt 344 angepasst, um DI-Wasser zuzuführen und Vakuum anzulegen (siehe Pfeil 348). Die Öffnung 368 nimmt eine konische Standarddichtung auf, die sich von der ähnlichen Öffnung des unteren Abschnitts 344 erstreckt. Durch die Öffnung 368 strömt das DI-Wasser 348 und wird das Vakuum 348 angelegt, vorbei an einem in 5A-1 gezeigten O-Ring 370 zu einer in 5B-1 dargestellten Düse 372, die in eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 374 der Platte 260 eingeschraubt ist.
  • Die 3A und 10 zeigen eine zweite Öffnung 376, die an eine ähnliche Öffnung (nicht dargestellt) im unteren Abschnitt 344 angepasst ist, um das DI-Wasser (siehe Pfeil 352) zuzuführen. Die Öffnung 376 weist eine Dichtung 378 auf, die an eine konische Standarddichtung (nicht dargestellt) angepasst ist und die sich von der ähnlichen Öffnung des unteren Abschnitts 344 erstreckt. Das DI-Wasser 352 strömt durch die Öffnung 376, vorbei an einem in 5A-2 gezeigten O-Ring 380 zu einer Verteilerdüse 382 mit sechs Auslassöffnungen, die in den 5B-2 und 10 gezeigt ist. Die Düse 382 ist in eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 374 der Platte 260 eingeschraubt.
  • Die 3A, 5B-2 und 10 zeigen eine dritte Öffnung 384, die an eine ähnliche Öffnung (nicht dargestellt) im unteren Abschnitt 344 angepasst ist, um die Luft (siehe Pfeil 293) zuzuführen. Die Öffnung 384 weist eine Dichtung 386 auf, die an eine konische Standarddichtung (nicht dargestellt) angepasst ist und die sich von der ähnlichen Öffnung des unteren Abschnitts 344 erstreckt. Die Luft (siehe Pfeil 293) strömt durch die Öffnung 384, vorbei an einem in 10 gezeigten O-Ring 388 zu einem Fluidverbinder 390 mit einer einzelnen Auslassöffnung. Der Verbinder 390 ist in eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 392 der Platte 260 eingeschraubt und über eine Leitung 393 mit dem Einlass 294 der Blase 292 verbunden.
  • Der auf der Spindel 346 angeordnete Schleifring 360 ist über den Verbinder (nicht dargestellt), der an einen Verbinder mit Pogo-Stiften angepasst ist, der von einer Öffnung in dem unteren Abschnitt 344 aufgenommen wird, am unteren Abschnitt 344 angeschlossen. Die Pogo-Stifte erstrecken sich nach oben und kommen in einen elastisch verspannten Kontakt mit elektrischen Kontakten 398 (3A) eines Verbinders 400, der in einer Öffnung 402 des oberen Abschnitts 342 vorgesehen ist. Die Öffnung 402 weist eine Schulter (nicht dargestellt) auf, gegen die der Verbinder 400 gedrückt wird, wenn die Platte 260 beispielsweise durch sechs Schrauben 404 mit dem oberen Abschnitt 342 verbunden wird. Die Öffnung 402 ist mit einer in 5A-2 gezeigten und in der Platte 260 vorgesehenen schlüssellochartigen Öffnung 406 ausgerichtet. Die Öffnung 406 ist groß genug, um den Verbinder 400 hindurchzulassen (um den Verbinder 400 in die Öffnung 402 hinein bewegen zu können). Eine Lei tung 408 erstreckt sich von dem Verbinder 400 durch die Öffnung 406 zu einem Messzellenverstärker 410, der an der Platte 260 befestigt ist, wie 4A zeigt. Der Verstärker 410 ist mit der Messzelle 263 verbunden und empfängt das Waferlastsignal 264 von der Messzelle.
  • 5A-3 zeigt die Einrichtungen 338C in Form einer Rohrleitung 412, die mit der auf der Lagerplatte 260 für die Haltevorrichtung und die Messzelle angeordneten Düse 372 (5B-1) verbunden ist. Die Rohrleitung 412 erstreckt sich nach oben durch eine Durchgangsöffnung 414 in dem Hauptlagergehäuse 250, wie in 5A-2 gezeigt ist, und bis zu einem Steck-Rohrverbinder 416, der in 4B gezeigt ist. Der Verbinder 416 ist in eine in die Haltevorrichtung 262 gebohrte Öffnung 418 eingeschraubt. Die Öffnung 418 führt das Vakuum oder das DI-Wasser 348 einem Verteiler 420 (15) der Haltevorrichtung 262 zu, um das Vakuum oder das DI-Wasser 348 gleichmäßig über eine obere Oberfläche 422 der Haltevorrichtung 262 zu verteilen.
  • Auf der oberen Oberfläche 422 ist eine poröse Schicht 297 angeordnet. Die Schicht 297 ist aus einem porösen keramischen Material gefertigt, das relativ große Poren 297P (7) aufweist. Die relativ großen Poren 297P bilden Durchlässe, durch die das von dem Verteiler 420 kommende DI-Wasser 348 strömen oder das Vakuum 348 angelegt werden kann. Die großen Poren 297P sind gleichmäßig über die gesamte Fläche der Vakuum-Haltevorrichtung 262 angeordnet, und daher wird das Vakuum vom Verteiler 420 über die gesamte Fläche der Haltevorrichtung 262 angelegt. In ähnlicher Weise führen die großen Poren 297P das DI-Wasser 348 der gesamten Fläche der Haltevorrichtung 262 zu. Ferner sind die großen Poren 297P nicht so groß, dass das Anlegen des Vakuums 348 den Wafer 206 verformt, wie es bei der bisher üblichen Verwendung von nur wenigen (z.B. sechs) Vakuumlöchern bei direktem Kontakt mit den Wafern 206 der Fall war. Für sämtliche dieser Zwecke können die Poren 297P vorzugsweise eine große Porengröße haben, die im besonders bevorzugten Fall im Bereich von ungefähr zwanzig bis ungefähr fünfzig Mikrometer liegt und besonders bevorzugt im Bereich von ungefähr dreißig bis ungefähr vierzig Mikrometer, was erheblich größer ist als bei typischen Keramikmaterialien, deren Porengröße vom Submikrometerbereich bis zu einem Mikrometer reicht.
  • Die 7 und 8 zeigen eine Trägerfolie 298, die auf dem Verteiler 420 vorgesehen ist und sich über eine obere Oberfläche 499 der porösen Schicht 297 erstreckt, um das Vakuum oder das DI-Wasser 348 noch gleichmäßiger über die Fläche der Haltevorrichtung 262 zu verteilen. Die Folie 298 besteht aus einem Material, das unter dem Markennamen RODEL und der Modell-Nummer RF 200 verkauft wird. Die Folie 298 ist mit ausgeschnittenen Öffnungen oder Löchern versehen, die beispielsweise eine im Bereich von 0,010 Zoll bis 0,015 Zoll liegende Größe haben. Die Schicht 297 hat ebenfalls das Merkmal der Porosität und stellt Verlängerungen der Durchlässe der Schicht 297 bereit, durch die das DI-Wasser 348 strömt oder das Vakuum 348 von der Schicht 297 angelegt werden kann. Die Schicht 297 und die Folie 298 arbeiten zusammen, um das Vakuum 348 vom Verteiler 420 gleichmäßig und fein über die gesamte Fläche der Haltevorrichtung 262 zu verteilen. Die Schicht 298 dient weiterhin dazu, Partikel davon abzuhalten, mit der oberen Oberfläche 422 der Vakuum-Haltevorrichtung 262 in Kontakt zu kommen, und verhindert die Kontamination des Wafers 206 beim Waschvorgang, wie unten beschrieben wird.
  • Beim Betrieb der Vakuum-Haltevorrichtung 262 und wenn der Wafer 206 ordnungsgemäß auf der Vakuum-Haltevorrichtung 262 befestigt ist, ist die Achse 214 des Wafers 206 koaxial mit der Achse 212 der Waferhalterung 208 ausgerichtet. Um den Wafer 206 auf der Trägerfolie 298 zu halten, wird das Vakuum 348 an der dritten Öffnung und damit an dem Verteiler 420 für die Haltevorrichtung angelegt, um den Druck unter der Trägerfolie 298 zu reduzieren. Der reduzierte Druck erlaubt es dem umgebenden Luftdruck, den Wafer 206 gegen die Trägerfolie 298 zu drücken. Bei dieser ordnungsgemäßen Befestigung blockiert der Wafer 206 alle Durchlässe der Trägerfolie 298, wodurch die Poren 297P der Schicht 297 einen erheblich reduzierten hindurchfließenden Luftstrom aufweisen. Wenn der Wafer 206 auf der Folie 298 gekippt ist oder auf andere Weise auf der Folie 298 nicht in der erwähnten koaxialen Ausrichtung platziert ist, ist der Luftstrom in die Trägerfolie 298 messbar größer, wie von einem Druckdetektor 299D (3C) festgestellt wird, wodurch die falsche Ausrichtung angezeigt wird.
  • DI-Wasser 348 wird der Öffnung 384 und damit dem Verteiler 420 unter Druck zugeführt. Das DI-Wasser 348 strömt von dem Verteiler 420 in die Poren 297P der Schicht 297 und von der Schicht 297 durch die Trägerfolie 298 und unter den Wafer 206. Das DI-Wasser 348 eliminiert die Druckdifferenz über den gesamten Wafer 206, löst den Wafer 206 von der Haltevorrichtung 262 und reinigt die äußere, den Wafer kontaktierende Oberfläche der Trägerfolie 298. Ein weiterer Zustrom von DI-Wasser 348 durch die Poren 297P der Schicht spült Schleifmittelsuspension 426 aus den Poren 297P der Schicht 297 heraus und von der Folie 298 herunter, wodurch die Vakuum-Haltevorrichtung 262 als Vorbereitung für das Polieren des nächsten Wafers 206 gereinigt wird. Durch dieses Strömen von DI-Wasser 348 durch die Folie 298 und die Schicht 297 wird eine Ansammlung oder Anhäufung von Partikeln unter dem Wafer 206 vermieden, wenn der Wafer 206 auf der Trägerfolie 298 angebracht wird. Das DI-Wasser und die entfernte Schleifmittelsuspension 426 fließen in einen zentralen Sicherheitsbehälter (nicht dargestellt). Die 5B-1 und 8 zeigen die Anordnungen 338S für die Zufuhr des DI-Wassers 352 vom Verteiler 382. Die Rohrleitung 430 ist in Form von sechs Abschnitten vorgesehen, wobei jeweils ein Abschnitt mit einer der sechs Auslassöffnungen 432 des Verteilers 382 verbunden ist. Der Verteiler 382 erstreckt sich nach oben durch die offene Mitte der Blase 292 und die offene Mitte der Halteringplatte 279, so dass jeder Abschnitt der Rohrleitung 430 innerhalb des Raumes zwischen der Halteringbasis 280 und der Messzelle 263 liegt. Die Halteringbasis 280 ist in 8 dahingehend gezeigt, dass sie Einlassöffnungen 434 aufweist, die in eine Innenwand 436 gebohrt sind. Sechs derartige Einlassöffnungen 434 sind in gleichmäßigen Abständen um die innere Seitenwand 436 herum angeordnet. Die innere Seitenwand 436 ist aus einem harten technischen Kunststoff hergestellt, der ein unverstärktes teilkristallines thermoplastisches Polymermaterial sein kann, wie beispielsweise Polyethylenterephtalat, das unter dem Markennamen ERTALYTE PET-P von Port Plastics vertrieben wird, wodurch in ihren Abmessungen stabile Einlassöffnungen 434 geschaffen werden. Jede Einlassöffnung 434 ist mit einem Rohr anschluss 438 versehen, der für die Verbindung mit einem der Abschnitte der Rohrleitung 430 sorgt.
  • Das DI-Wasser 352 wird durch die Spindel 346 und zu dem Verteiler 382 geleitet, der das DI-Wasser 352 auf die Abschnitte der Rohrleitung 430 sowie die Anschlussstücke 438 verteilt. Die 14A und 14B zeigen die allgemeine Polierstellung des Halteringes 282, wobei die frei liegende Oberfläche 204 des Wafers 206 mit der Oberseite 299 des Halteringes 282 in einer Ebene liegt oder horizontal mit ihr ausgerichtet ist. Die Halteringbasis 280 ist dahingehend dargestellt, dass sie über einen Zwischenraum 440 zur Vakuum-Haltevorrichtung 262 beabstandet ist. Wie in den 8 und 22 gezeigt ist, ist jedes der Anschlussstücke 438 und jede der Einlassöffnungen 434 mit einem Durchlass 442 in der Seitenwand 436 verbunden. Jeder Durchlass 442 hat eine winkelförmige Ausbildung, um eine nach oben und nach innen gerichtete Düse 444 zu schaffen. 8 zeigt ebenfalls, dass jede Düse 444 so ausgerichtet ist, dass das DI-Wasser 352 in den Zwischenraum 440 geleitet wird. 22 zeigt weiter, dass sich jeder Durchlass 442 von einer radialen Richtung weg erstreckt, um das DI-Wasser 352 in einer umlaufenden (oder kreisförmigen) Richtung (siehe Pfeil 445) um die Axialdüse 444 herum zu leiten. Der Durchlass 442 führt das DI-Wasser 352 der Düse 444 zu, die das DI-Wasser 352 in der kreisförmigen Richtung 445 in den Zwischenraum 440 leitet. In der vergrößerten Ansicht von 14B wird gezeigt, dass das DI-Wasser (siehe Pfeil 352) von der Düse 444 auch gegen eine Unterseite (oder einen Überhang) 446 des Wafers 206, der gegenüber der Vakuum-Haltevorrichtung 262 vorsteht, fließt. Der Überhang 446 kann sich um ungefähr 0,040 Zoll über die Halteringbasis 280 hinaus erstrecken. Weiter zeigt 14B (siehe Pfeil 448) einen Fluss oder ein Durchsickern der Schleifmittelsuspension 426 durch einen Spalt oder ringförmigen Schlitz 452 zwischen dem Haltering 282 und dem Wafer 206. Der Fluss 448 erlaubt es der Schleifmittelsuspension 426, in den Zwischenraum 440 zu gelangen.
  • Das gegen die Unterseite 446 des Wafers 206 geleitete DI-Wasser 352 entfernt die Schleifmittelsuspension 450 aus dem oberen Ende des Zwischenraumes 440. Eine Sperre 454 verhindert das Herausfließen des DI-Wassers 352 und der Schleifmittel suspension 426 aus dem oberen Ende des Zwischenraumes 440. Die Sperre 454 wird von der vorstehenden Unterseite 446 des Wafers 206 und der schmalen Abmessung des Schlitzes 452 begrenzt. Wie in 14A gezeigt ist, ist eine Auslassöffnung 456 in die Seitenwand 438 unterhalb der Sperre 454 und benachbart zu einer Dichtung 458 eingearbeitet. Die Auslassöffnung 456 kann eine ringförmige Lippe 460 bilden, die gegenüber einer geneigten Einlasswand 462 liegt. Die Lippe 460 und die gegenüberliegende Wand 462 bilden einen Auslasshohlraum 464. Unter der Wirkung der Fliehkraft während der Rotation der Waferhalterung 208 werden die Schleifmittelsuspension 426 und das DI-Wasser 352 von den Düsen 444 nach außen in den Hohlraum 464 und durch eine Auslassöffnung 466 gedrückt. Die Auslassöffnung 466 erstreckt sich durch die Halteringbasis 280 bis zu dem Sicherheitsbehälter (nicht dargestellt). Die Dichtung 458 hat eine ringförmige Gestalt und erstreckt sich von dem Hohlraum 464 über die Lippe 460 und durch den Zwischenraum 440 und ist zwischen dem Hauptlagergehäuse 250 und der Vakuum-Haltevorrichtung 262 dicht anliegend befestigt (z.B. eingespannt). Auf diese Weise enthalten die Sperre 454, die Dichtung 458 und die entsprechenden benachbarten Bauteile der Halterung 208 die Schleifmittelsuspension 426 und das DI-Wasser 352. Das DI-Wasser 352 reinigt die Unterseite 446 des Wafers 206 und den Zwischenraum 440. Der Auslassöffnung 456 werden die Schleifmittelsuspension 426 und das DI-Wasser 352 zugeführt, die aus dem Zwischenraum 440 herausgedrückt werden, ohne dass es, abgesehen von der Rotation der Halterung 208, irgendeinen Pumpmechanismus gibt.
  • Das CMP-System 200-1 ist nicht nur mit dem oben genannten Merkmal des Vornehmens von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte FP-W ausgestattet, sondern umfasst auch Einrichtungen (allgemein mit der Bezugsziffer 338 bezeichnet) für andere CMP-Arbeitsvorgänge. Die Einrichtungen 338 des Kissenkonditionierungskopfes 220 umfassen beispielsweise Einrichtungen 338PS zum Abtasten der Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322, Einrichtungen 338PP zu Spülen der Scheibe 218 und Einrichtungen 338LCP für die Messzelle 324. Derartige Einrichtungen 338 sind für die CMP-Vorgänge vorgesehen, ohne dass sie CMP-Vorgänge stören. Bei Betrachtung der Einrichtungen 338 des Kissenkonditionierungskopfes 220 wird Bezug auf die dreidimensionalen Explosionsansichten der 16A und 16B und auf die dreidimensionale Ansicht von 17A sowie auf die Schnittansicht von 19A genommen. In der folgenden Beschreibung sind die Bauteile, die zu den oben beschriebenen Bauteilen gleich oder mit diesen sehr ähnlich sind, mit Bezugsziffern bezeichnet, die gegenüber den vorigen Bezugsziffern um dreihundert erhöht sind.
  • Die 17A und 17B zeigen Anordnungen von Bauteilen der ersten Ausführungsform 200-1 einschließlich eines rotierbaren Werkzeugwechslers 640, an dem die Platte 308 für die Lagerung der Scheibe und die Messzelle befestigt ist. Der rotierbare Werkzeugwechsler 640 umfasst einen oberen Abschnitt 642 und einen unteren Abschnitt 644 (17C). Der untere Abschnitt 644 ist an einer Spindel 646 befestigt, die rotiert und nach oben und unten gerichtete vertikale Kräfte auf den unteren Abschnitt 644 ausübt. Wie in 17C gezeigt ist, umfasst die Spindel 646 auch die Einrichtungen 338PP zum Zuführen von Fluid, wie beispielsweise DI-Wasser 648, durch eine Leitung 650 zum unteren Abschnitt 644 zur Verwendung in der Haltevorrichtung 322. Zusätzlich versorgt die Spindel 646 separat die Einrichtungen 338PS durch Anlegen eines Vakuums 695 durch eine Leitung 696 an den unteren Abschnitt 644, um das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 zu ermitteln.
  • Die Spindel 646 versorgt auch die Einrichtungen 338LCP durch das Bereitstellen eines Schleifringes 660, der mit einem System (nicht dargestellt) zur Verarbeitung des verstärkten Scheibenlastsignals 326 von der Messzelle verbunden ist, um die Kraft zu bestimmen, mit der die Scheibe 218 und das Polierkissen 209 während der Poliervorgänge aufeinander gedrückt werden. Der Schleifring 660 ist durch einen Verbinder (nicht dargestellt), der an einen von einer Öffnung (nicht dargestellt) in dem unteren Abschnitt 644 aufgenommenen Verbinder mit Pogo-Stiften angepasst ist, an dem unteren Abschnitt 644 angeschlossen. Unter Bezugnahme auf 17A erstrecken sich die Pogo-Stifte nach oben und kommen in einen elastisch verspannten Kontakt mit elektrischen Kontakten 698 eines Verbinders 700, der in einer Öffnung 702 des oberen Abschnitts 642 angeordnet ist. Die Öffnung 702 hat eine Schulter (nicht dargestellt), gegen die der Verbinder 700 gedrückt wird, wenn die Platte 308 durch sechs Schrauben 704 mit dem oberen Abschnitt 642 verbunden wird. Die Öffnung 702 ist mit einer in 16B gezeigten und in der Platte 560 vorgesehenen Öffnung 706 ausgerichtet. Die Öffnung 706 ist groß genug, um den Verbinder 700 hindurchzulassen (um den Verbinder 700 in die Öffnung 702 hinein bewegen zu können). Eine Leitung 708 erstreckt sich von dem Verbinder 700 durch die Öffnung 706 zu einem Messzellenverstärker 710, der an der Platte 560 befestigt ist, wie 16B zeigt. Der Verstärker 710 ist mit der Messzelle 324 verbunden und empfängt das Scheibenlastsignal 326 von der Messzelle.
  • Der untere Abschnitt 644 und der obere Abschnitt 642 können auf die oben beschriebene Standardweise verbunden werden, beispielsweise durch einen lösbaren Verbinder 661 (17C). Die oben beschriebene Konstruktion verbindet die Abschnitte 642 und 644 lösbar miteinander. Zwei Druckluftleitungen betätigen den Kolben (nicht dargestellt) des Verbinders 661, um den Verbinder zu veranlassen, den oberen Abschnitt 642 mit dem unteren Abschnitt 644 zu verbinden oder die beiden Abschnitte voneinander zu lösen.
  • Die Scheibe wird gespült, um Polierrückstände und anderes Material zu entfernen. Die Scheibe 218 ist in den 16A, 16B und 19B dahingehend gezeigt, dass sie zwei scheibenartige Schichten 902A und 902B umfasst, die miteinander verklebt sind. Eine erste Schicht 902A ist aus Kohlenstoffstahl hergestellt, der mit Perforationen 903 versehen ist. Die Perforationen 903 können Öffnungen mit einer Größe von beispielsweise ungefähr 0,150 Zoll sein. Die Perforationen 903 sind gleichmäßig über die gesamte Schicht 209A verteilt. Die Schicht 209A aus perforiertem Kohlenstoffstahl ist mit Nickel beschichtet. Die perforierte und mit Nickel beschichtete Schicht 209A wird dann mit Diamantmaterial beschichtet. Die Schicht 209A hat die Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von ungefähr 9,5 Zoll, was dem Durchmesser des äußeren Abschnitts des Halteringes 282 und dem Durchmesser der zweiten Schicht 209B entspricht. Die zweite Schicht 209B ist eine Magnetscheibe mit einer mit Klebstoff beschichteten Rückseite. Die Schicht 209B ist mit kleineren Perforationen oder Öffnungen 904 versehen. Beispielsweise können die Öffnungen 904 eine Größe im Bereich von ungefähr 0,010 Zoll bis ungefähr 0,015 Zoll haben. Die Scheibe 218 wird auf dem Kissenkonditionierungskopf 220 befestigt, wobei die Schicht 902B den Kopf 220 berührt, so dass die diamantbeschichtete Oberfläche dem Kissen 209 gegenüber liegt.
  • Die Einrichtungen 338PP zum Spülen der Scheibe 218 umfassen den oberen Abschnitt 642. Die 17A, 17C, 19B und 20 zeigen den Boden 666 des oberen Abschnitts 642. In dem oberen Abschnitt 642 sind drei Öffnungen für die Einrichtungen 338 vorgesehen. Eine erste Öffnung 668 ist an eine ähnliche Öffnung des unteren Abschnitts angepasst, um das DI-Wasser (siehe Pfeil 648) für den Spülvorgang zuzuführen. Das DI-Wasser 648 fließt durch die Öffnung 668, vorbei an einem O-Ring 680 zu einem in 20 gezeigten Anschlussstück 672, das in eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 674 in der Platte 308 eingeschraubt ist. Das Anschlussstück 672 wird mit einem Rohr oder einer Leitung 712 verbunden. Das Rohr 712 erstreckt sich von dem Anschlussstück 672 durch eine Durchlassöffnung 714 im Hauptlagergehäuse 306 (16A) nach oben und weiter zu einem Steck-Rohrverbinder 716. Der Verbinder 716 ist in eine in die Haltevorrichtung 322 gebohrte Öffnung 718 eingeschraubt. In 16B ist gezeigt, dass die Öffnung 718 das DI-Wasser 648 einem Verteiler 720 der Haltevorrichtung 322 zuführt, um das DI-Wasser 648 gleichmäßig über eine obere Oberfläche 722 der Haltevorrichtung 322 zu verteilen. Die Haltevorrichtung 322 ist mit einer sich über die obere Oberfläche 722 erstreckenden Lippe 900 versehen. Die Lippe 900 bildet eine Barriere, die ein Becken oder einen Behälter mit DI-Wasser 648 auf der Haltevorrichtung 322 staut. Das DI-Wasser 648 wird der Haltevorrichtung 322 mit einer bevorzugten Fließgeschwindigkeit von ungefähr zweihundert bis dreitausend Kubikzentimeter (ccm) pro Minute zugeführt, wobei eine stärker bevorzugte Fließgeschwindigkeit ungefähr vierhundert bis zweitausend ccm sowie die am meisten bevorzugte Geschwindigkeit ungefähr 1000 ccm bis 1200 ccm beträgt, und strömt durch die Perforationen und Öffnungen in der Scheibe 218 aus dem Verteiler 720 und an der Scheibe 218 vorbei nach außen und langsam über die Lippe 900, so dass ein Wasserfall entsteht, der langsam von der Haltevorrichtung 322 herunterfließt. Auf diese Weise wird die Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 in das DI-Wasser 648 eingetaucht, und das DI-Wasser fließt an der Scheibe 218 vorbei und spült oder reinigt die Scheibe 218, wodurch zu der er wünschten Konditionierung des Polierkissens 209 durch die Scheibe 218 beigetragen wird.
  • Die 19A und 21 zeigen die Einrichtungen 338PS, die als eine Öffnung 920 ausgebildet sind, durch die das Vakuum 695 über die Leitung 696 angelegt wird. Eine Bohrung 922 verbindet die Öffnung 920 mit einer Düse 924, die auf der Lagerplatte 308 für die Scheibe und die Messzelle befestigt ist. Eine Rohrleitung 926 ist mit der Düse 924 verbunden und erstreckt sich durch eine Durchlassöffnung 928 in dem Hauptlagergehäuse 306 nach oben. Die Rohrleitung 926 ist mit einem in dem Gehäuse 306 befestigten Anschlussstück 930 verbunden. Das Anschlussstück 930 legt das Vakuum 695 an eine Bohrung 932 an, die in das Gehäuse 306 hineingebohrt und auf eine Rippe 934 des Verteilers 720 ausgerichtet ist. Die Bohrung 932 erstreckt sich zum oberen Teil der Rippe 934. Auf diese Weise wird die Strömung von Luft in die Bohrung 932 durch das ordnungsgemäße Anordnen der Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 verhindert, wodurch der Druck in der Bohrung 932 fällt. Dieser verminderte Druck macht sich auch als verminderter Druck in der Rohrleitung 696 bemerkbar. Die Rohrleitung 696 ist mit einem Drucksensor verbunden, wie beispielsweise einem Drucksensor, der dem Drucksensor 299D (3C) ähnlich ist. Der Drucksensor erfasst den verminderten Druck und stellt fest, dass die Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 ordnungsgemäß angeordnet ist. Wenn sich die Scheibe 218 nur teilweise auf der Haltevorrichtung 322 befindet oder überhaupt nicht auf der Haltevorrichtung 322 platziert wurde, wird der Luftstrom in die Bohrung 932 hinein nicht blockiert, und der Druck in der Bohrung 932 und damit in der Rohrleitung 696 fällt nicht ab. Im Ergebnis stellt der Drucksensor fest, dass die Scheibe 218 nicht ordnungsgemäß oder überhaupt nicht auf der Haltevorrichtung 322 platziert ist, so dass der Poliervorgang unterbrochen werden muss.
  • Unter Bezugnahme auf 23 betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Wafers 206 relativ zu dem CMP-Polierkissen 209. Das Verfahren kann einen Schritt 1000 zum Befestigen des Wafers 206 auf der Haltevorrichtung 262 einschließen. Es wird daran erinnert, dass der Wafer 206 eine Achse 214 aufweist, die als Symmetrieachse bezeichnet werden kann. Diese Befestigungs stellung ist oben als ursprüngliche Stellung der Waferachse 214 beschrieben. Das Verfahren geht zu Schritt 1002 über, bei dem die Achse 210 des Polierkissens 209 und die Symmetrieachse 214 des befestigten Wafers 206 versetzt werden, was in 1B gezeigt ist. Die Achse 210 ist diejenige Achse, um die das Kissen rotiert. Das Verfahren geht dann zu Schritt 1004 über, in dem das Kissen 209 und der versetzte Wafer 206 parallel zur Symmetrieachse 214 aufeinandergedrückt werden, wie von dem Pfeil 209V in 1B gezeigt ist. Während der rotierbare Werkzeugträger die Waferhalterung 208 nach oben drückt und die Haltevorrichtung 262 in einer feststehenden Stellung in Richtung der Achse 212 der Waferhalterung 208 hält, verursacht der Schritt 1004 des Aufeinanderdrückens, dass das Kissen 209 eine Polierkraft, wie beispielsweise die Kraft FP-W, auf die Kontaktfläche APW des befestigten Wafers 206 ausübt, die relativ zur Symmetrieachse 214 exzentrisch ist. Als Reaktion auf die Polierkraft FP-W hat der Wafer 206 das oben beschriebene Bestreben zum Kippen, so dass die Symmetrieachse 214 dazu neigt, aus der Parallelität mit der Achse 210, die die Rotationsachse des Kissens 209 ist, auszuscheren. Während des Aufeinanderdrückens geht das Verfahren zu einem Schritt 1006 über, indem dem Bestreben des befestigten versetzten Wafers 206 zum Kippen Widerstand entgegengesetzt wird, während es dem Wafer 206 ermöglicht wird, sich parallel zu der Richtung der Rotationsachse 210 und entlang der ursprünglichen Stellung der Waferachse 2i4 zu bewegen. Die Bewegung entlang der ursprünglichen Stellung der Waferachse 214 resultiert beispielsweise aus der Kraft FP-WV in 2A und reflektiert die Wirkungsweise der linearen Lager 232 als Reaktion auf die exzentrische Kraft FP-W. Das Verfahren kann auch zu Schritt 1008 übergehen, der während des Schrittes des Aufeinanderdrückens und des Schrittes des Widerstandleistens durchgeführt wird, indem die Bewegung des Wafers 206 parallel zur Richtung der Rotationsachse 210 gemessen wird, um einen Wert der Polierkraft, d.h. der Kraft FP-W, anzuzeigen. Die in 23 gezeigten Arbeitsschritte sind damit abgeschlossen.
  • Unter Bezugnahme auf 24 betrifft ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Befestigen des Wafers 206 für einen Poliervorgang durch das Kissen 209, das eine Polierfläche aufweist. Zu Beginn kann das Verfahren einen Schritt 1010 zum Befestigen des Wafers 206 auf der Haltevorrichtung 262 umfassen, um der Bewegung der Polieroberfläche des Kissens 209 Widerstand entgegenzusetzen, das, wie in 1B gezeigt ist, exzentrisch gegenüber der Symmetrieachse 214 des Wafers 206 angesetzt wird. Wie in 14B dargestellt weist der Wafer 206 einen Rand oder einen Umfang 301 auf, der zu der Symmetrieachse 214 symmetrisch ist. Die Achse 214 steht normalerweise senkrecht zu der frei liegenden Oberfläche des Kissens 209. Das Verfahren geht zu Schritt 1012 über, indem der Haltering 282 bereitgestellt wird, der eine erste Stellung (12A) einnimmt, in der er den Umfang 301 des Wafers 206 umgibt, um die Bewegung des Wafers 206 senkrecht zu der Achse 214 zu beschränken. Das Verfahren geht zu Schritt 1014 über, indem die frei liegende Oberfläche des Kissens 209 und der Wafer 206 aufeinandergedrückt werden, so dass das Kissen 209 auf die Kontaktfläche APW die Polierkraft FP-W ausübt, die das Bestreben hat, den Wafer 206 und die Symmetrieachse 214 in Stellungen zu kippen, die gegenüber der Polieroberfläche aus dem Lot sind. Das Verfahren geht mit Schritt 1015 weiter, indem die frei liegende Oberfläche des Kissens 209 und der Haltering 282 aufeinander gedrückt werden, so dass das Kissen 209 die Polierkraft FP-W auf die Kontaktfläche APRR ausübt, die das Bestreben hat, den Haltering 282 und die Symmetrieachse 288 in Stellungen zu kippen, die gegenüber der Polieroberfläche des Kissens 209 aus dem Lot sind. Das Verfahren geht zu Schritt 1018 über, in dem durch den Einfluss der linearen Lager 253 dem Bestreben des Halteringes 282 zu kippen widerstanden wird. Dieser Widerstand beschränkt die Bewegung des Halteringes 218 auf eine senkrechte Bewegung relativ zur frei liegenden Oberfläche des Kissens 209. Wie oben beschrieben wurde, findet die erlaubte Bewegung des Halteringes 282 als Reaktion auf die Kraft FP-R (d.h. eine Bewegung parallel zu der ursprünglichen Stellung der Achsen 212 und 214) in der gleichen Richtung statt wie die erlaubte Bewegung der Haltevorrichtung 262 und des Wafers 206 auf der Haltevorrichtung 262 als Reaktion auf die Kraft FP-W (d.h. in einer Richtung parallel zu der ursprünglichen Stellung der Achsen 212 und 214). Ferner vereinfacht der auf diese Weise geleistete Widerstand das Durchführen von wiederholbaren Messungen der exzentrischen Kräfte FP-W. Somit trägt der im Schritt 1018 geleistete Widerstand gegen die auf die Waferhalterung 208 ausgeübte Kraft FP-W dazu bei, die Kraft FP-W akkurat zu messen, wie oben ausgeführt wurde, und dies obwohl die Kraft FP-R exzentrisch auf den Haltering 282 ausgeübt wird. Das Verfahren kann zu Schritt 1019 übergehen, der während der Schritte des Aufeinanderdrückens 1014 und 1015 und dem Schritt des Widerstandleistens 1018 durchgeführt wird, indem die Bewegung des Wafers 206 parallel zu der Richtung der Rotationsachse 210 gemessen wird. Wie oben ausgeführt wurde, schafft diese Messung eine genaue Anzeige des Wertes der Polierkraft, d.h. der Kraft FP-W. Die in 24 dargestellten Arbeitsschritte sind damit abgeschlossen.
  • Wie in 25 gezeigt ist, kann der Schritt 1015 einen Unterschritt 1022 umfassen, in dem die Platte 260 in einem Abstand zu der Haltevorrichtung 262 angeordnet wird. Der Schritt 1015 kann ferner einen Unterschritt 1024 umfassen, in dem die Blase 292 zwischen der Platte 260 und dem Haltering 282 angeordnet wird. Der Schritt 1015 kann auch einen weiteren Unterschritt 1025 umfassen, in dem die Blase 292 betätigt wird, beispielsweise durch Aufblasen der Blase 292 mit einem Fluid unter einem ersten Druck. Ein derartiges Aufblasen bewegt den Haltering 282 und das Kissen aufeinander zu.
  • Unter Bezugnahme auf 26 betrifft ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Bewegung des Wafers 206 relativ zu einem Kissen 209 für die chemische Bearbeitung. Das Verfahren kann einen Schritt 1040 umfassen, in dem der Wafer 206 auf der Haltevorrichtung 262 befestigt wird, wobei die Symmetrieachse 214 des Wafers 206 senkrecht zu einer Polieroberfläche des Kissens 209 und koaxial mit der Halterungsachse 212 sowie parallel zu der Rotationsachse 211 des Kissens 209 verläuft. Das Verfahren geht zu Schritt 1042 über, in dem die Rotationsachse 211 des Kissens 209 zu der Symmetrieachse 214 des befestigten Wafers 206 versetzt angeordnet wird. Das Verfahren geht zu Schritt 1044 über, in dem der Bewegung der Polieroberfläche des Kissens 209 in Richtung auf den Wafer 206 Widerstand geleistet wird. Die Trägerplatte 260 für die Haltevorrichtung wird für diesen Zweck bereitgestellt. Die Haltevorrichtung 262 ist relativ zu ihrer Trägerplatte 260 beweglich. Das Verfahren geht zu Schritt 1046 über, in dem die Halteringeinheit (z.B. Ring 282 und Basis 280) um die Haltevorrichtung 262 herum beweglich angeordnet wird, um den Wafer 206 auf der Haltevorrichtung 262 zu halten (z.B. dazu beizutragen, den Wafer 206 auf der Haltevorrichtung 262 zu platzie ren, 12B). Der Haltering 282 kann den Wafer 206 zum Zweck des Polierens auch der Oberfläche des Kissens 209 aussetzen (14A). Das Verfahren geht zu Schritt 1048 über, in dem die Haltevorrichtung 262, die Trägerplatte 260 für die Haltevorrichtung und die Halteringeinheiten (280 und 282) mit einer Vielzahl von paarig angeordneten linearen Lageranordnungen 230 und 232 versehen werden, wobei jede dieser Anordnungen ein Gehäuse 254 oder 274 aufweist, das eine sich senkrecht zu der Polieroberfläche des Kissens 209 erstreckende Lagerachse hat. Jede dieser Anordnungen besitzt den linearen Zapfen 258 oder 278, der von dem entsprechenden Gehäuse 254 bzw. 274 aufgenommen wird. Der erste Satz 252 der Anordnungen befindet sich zwischen der Haltevorrichtung 262 und den Halteringeinheiten (280 und 282), und der zweite Satz 270 der Anordnungen befindet sich zwischen der Haltevorrichtung 262 und der Trägerplatte 260 für die Haltevorrichtung. Das Verfahren geht zu Schritt 1050 über, in dem die Trägerplatte 260 für die Haltevorrichtung in einer festen Stellung entlang der Achse 212 gehalten wird, um der Bewegung der Polieroberfläche des Kissens 209 in Richtung auf den Wafer 206 zu widerstehen. Als Alternative kann die Platte 260 gegen das Kissen 209 gedrückt werden. In jedem Fall übt das Kissen 209 die Polierkraft FP-W auf den befestigten Wafer 206 und die Kraft FP-R auf den Haltering 282 aus, wobei diese Kräfte relativ zu der Symmetrieachse 214 exzentrisch sind. Als Reaktion auf die Polierkraft FP-W haben der Wafer 206 und die Haltevorrichtung 262 das Bestreben zu kippen, so dass die Symmetrieachse 214 dazu neigt, aus der Parallelität mit der Rotationsachse 210 auszuscheren. Unter Bezugnahme auf 27 wird während des Halteschrittes 1050 ein Schritt 1052 durchgeführt, bei dem der erste Satz 252 der Anordnungen zum Einsatz kommt, um die Bewegung des Halteringes 282 auf eine Bewegung parallel zu der Symmetrieachse 214 zu beschränken. Während des Haltens der Trägerplatte 260 für die Haltevorrichtung wird beispielsweise der Schritt 1054 durchgeführt, bei dem der zweite Satz 270 der Anordnungen zum Einsatz kommt, um die Bewegung der Haltevorrichtung 262 relativ zu ihrer Trägerplatte 260 auf eine Bewegung parallel zu der Symmetrieachse 214 zu beschränken.
  • Unter Bezugnahme auf 28 betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Bewegung des Wafers 206 relativ zu dem CMP-Polierkissen 209. Das Verfahren kann einen Schritt 1060 des Befestigen des Wafers 206 auf der Haltevorrichtung 262 umfassen, wobei sich eine frei liegende Oberfläche 204 parallel zu der Polieroberfläche des Kissens 209 erstreckt. Das Verfahren geht zu Schritt 1062 über, in dem die Rotationsachse 210 des Polierkissens 209 gegenüber der Symmetrieachse 214 des befestigten Wafers 206 versetzt wird, wobei die Achsen parallel verlaufen, um eine ursprüngliche Ausrichtung des Wafers 206 festzulegen. Das Verfahren geht dann zu Schritt 1064 über, in dem die Polieroberfläche des Kissens 209 und der befestigte versetzte Wafer 206 aufeinander zu bewegt werden, wobei die frei liegende Oberfläche 204 der Polieroberfläche einen Widerstand entgegensetzt, so dass die Kraft FP-W relativ zu der Achse 214 exzentrisch auf den befestigten Wafer 206 ausgeübt wird. Unter Bezugnahme auf 29 wird beispielsweise die Reihe 265 von linearen Lageranordnungen 253 in einem Schritt 1066 zum befestigten Wafer 206 benachbart angeordnet. Während der Bewegung gemäß Schritt 1064 geht das Verfahren zu Schritt 1068 über, in dem die Bewegung des Wafers 206 von der ursprünglichen Ausrichtung weg im Wesentlichen beschränkt wird und nur eine Bewegung des befestigten Wafers 206 mit der frei liegenden Oberfläche 204 parallel zu der Richtung der Polieroberfläche des Kissens 209 ermöglicht wird. Das Verfahren geht auch zu einem Schritt 1070 über, der während des Schrittes des Aufeinanderdrückens und des Widerstandleistens durchgeführt wird und in dem das Ausmaß der erlaubten Bewegung des Wafers 206 mit der frei liegenden Oberfläche 204 parallel zu der Richtung der Polieroberfläche des Kissens 209 gemessen wird. Hierdurch wird ein Wert eines Nettobetrags der Polierkraft, die auf die frei liegende Oberfläche 204 ausgeübt wird, angezeigt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern der Bewegung der Kissenkonditionierungsscheibe 218 relativ zu dem Kissen 209. Unter Bezugnahme auf 30 kann das Verfahren einen Schritt 1080 zum Befestigen der Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 umfassen, wobei die Scheibe 218 eine Symmetrieachse 224 (in einer ursprünglichen Stellung) hat. Das Verfahren geht zu Schritt 1082 über, in dem die Drehachse 211 des Kissens 209 und die Symmetrieachse 224 der befestigten Scheibe 218 parallel zueinander versetzt werden. Das Verfahren geht zu Schritt 1084 über, in dem das Kissen 209 auf die versetzte Scheibe 218 parallel zu der Rotationsachse 210 (in der ursprünglichen Stellung) gedrückt wird, damit das Kissen 209 die Konditionierungskraft FP-C auf die Fläche APC der befestigten Scheibe 218 gegenüber der Symmetrieachse 224 exzentrisch ausübt. Als Reaktion auf die Konditionierungskraft FP-C hat die Scheibe 218 das Bestreben zu kippen, so dass die Symmetrieachse 224 dazu neigt, aus der Parallelität mit der Rotationsachse 211 auszuscheren. Während des Schrittes 1084 des Aufeinanderdrückens geht das Verfahren zu Schritt 1086 über, in dem dem Bestreben der befestigten versetzten Scheibe 218 zu kippen, entgegengewirkt wird, während es der Scheibe 218 erlaubt wird, sich parallel zu der Richtung der Rotationsachse 211 zu bewegen. Das Verfahren kann auch einen Schritt 1088 umfassen, der während des Schrittes 1084 des Aufeinanderdrückens und des Schrittes 1086 des Entgegenwirkens durchgeführt wird und in dem die Bewegung der Scheibe 218 parallel zu der Richtung der Rotationsachse 211 gemessen wird, um einen Wert für die Konditionierungskraft FP-CV anzuzeigen. Eine derartige Anzeige kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine genaue Anzeige sein, wie hier erläutert wird.
  • Unter Bezugnahme auf 31 betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern der Bewegung des chemischen Bearbeitungskissens 209 relativ zur Kissenkonditionierungsscheibe 218. Das Verfahren kann einen Schritt 1090 des Befestigens der Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 umfassen, wobei die Scheibe 218 eine ursprüngliche Symmetrieachse 224 und eine sich parallel zu der Polieroberfläche des Kissens 209 erstreckende Scheibenoberfläche hat. Das Kissen 209 hat eine Rotationsachse 211. Das Verfahren geht zu Schritt 1092 über, in dem die Rotationsachse 211 des Kissens 209 gegenüber der Symmetrieachse 224 der befestigten Scheibe 218 versetzt wird. Das Verfahren geht zu Schritt 1094 über, in dem die Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung angeordnet wird, um der Bewegung der Polieroberfläche des Kissens 209 in Richtung auf die Scheibe 218 zu widerstehen, wobei die Haltevorrichtung relativ zu ihrer Trägerplatte 308 beweglich ist. Das Verfahren geht zu Schritt 1096 über, in dem die Haltevorrichtung 322 und die Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung mit einer Vielzahl von paarig angeordneten linearen Lageranordnungen 304 versehen werden. Jede der Anordnungen 304 hat ein Gehäuse 316, das mit einer sich senkrecht zu der Polieroberfläche des Kissens 209 erstre ckenden Lagerachse versehen ist. Jede der Anordnungen 304 hat einen linearen Zapfen 320, der von dem entsprechenden Gehäuse 316 aufgenommen wird. Die Anordnungen 304 befinden sich zwischen der Haltevorrichtung 322 und der Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung. Das Verfahren geht zu Schritt 1098 über, in dem die Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung in einer festen Stellung gehalten wird, um der Bewegung der Polieroberfläche des Kissens 209 in Richtung auf die Scheibe 218 zu widerstehen. Das Kissen 209 übt die Konditionierungskraft FP-W auf die Fläche APC der befestigten Scheibe 218 gegenüber zu der Symmetrieachse 224 exzentrisch aus. Als Reaktion auf die Konditionierungskraft FP-C haben die Haltevorrichtung 322 und die Scheibe 209 auf der Haltevorrichtung 322 das Bestreben zu kippen, so dass die Symmetrieachse 224 dazu neigt, aus der Parallelität mit der Rotationsachse 211 auszuscheren. Während der Haltens der Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung in der festgelegten Stellung geht das Verfahren zu Schritt 1098 über, in dem die Anordnungen 304 wirksam werden, damit die befestigte Scheibe 218 der Bewegung der Polieroberfläche des Kissens 209 und der Scheibe 218 aufeinander zu widerstehen kann. Unter Bezugnahme auf 31 geht das Verfahren zu einem Schritt 2000 über, um die Bewegung der Haltevorrichtung 322 relativ zu der Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung auf eine Bewegung parallel zu der ursprünglichen Stellung der Symmetrieachse 224 zu beschränken. Auf diese Weise bleibt die Oberfläche der Scheibe parallel zu der Polieroberfläche. Das Verfahren kann dann zu Schritt 2002 übergehen, in dem die eingeschränkte Bewegung der Haltevorrichtung 322 relativ zu der Trägerplatte 308 für die Haltevorrichtung erfasst wird, um einen genauen Wert für die Konditionierungskraft FP-CV anzuzeigen.
  • Unter Bezugnahme auf 33 bezieht sich ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren zum Spülen der Scheibe 218 zum Konditionieren des chemisch-mechanischen Polierkissens 209. Das Verfahren beginnt bei Schritt 2030 mit dem Vorsehen von Öffnungen 903 und 904 in der Scheibe 218, durch die das Fluid 648 strömen kann. Das Verfahren geht zu Schritt 2032 über, in dem die Scheibenhalterung 220 mit einer oberen Oberfläche versehen wird und die Lippe 900 am äußeren Rand der Scheibe 218 vorgesehen ist. Das Verfahren geht zu Schritt 2034 über, in dem die Scheibenhalterung so ausgebildet wird, dass sie der Konstruktion des Verteilers 420 der Haltevorrichtung 262 entspricht, um das Fluid 648 über die gesamte Oberfläche der Scheibenhalterung 220 vollständig verteilen zu können. Das Verfahren geht zu Schritt 2036 über, in dem die Scheibe 218 mit einer horizontal ausgerichteten Auflagefläche für die Scheibe und der sich von der Auflagefläche nach oben erstreckenden Lippe 900 platziert wird. Das Verfahren geht zu Schritt 2038 über, in dem die Öffnung 920 und die Leitungen 926 so ausgebildet sind, dass sie durch die Platte 308 und den Abschnitt 642 der Scheibenhalterung 220 zu der Scheibenauflagefläche gehen, auf der die Scheibe 218 platziert werden soll. Das Verfahren geht zu Schritt 2040 über, in dem das aus DI-Wasser 648 bestehende Fluid durch die Scheibenhalterung 220 zu der Öffnung 932 geleitet wird, um die Einrichtungen der Scheibenhalterung 220 (d.h. einen Verteiler) zu betätigen, um das DI-Wasser 648 über die Auflagefläche der Scheibe innerhalb der Lippe 900 zu verteilen und die Scheibe 218 in das in dem Behälter befindliche DI-Wasser 648 einzutauchen. Die Zufuhr ist so gestaltet, dass das DI-Wasser 648 aus dem Verteiler 720 heraus und durch die Perforationen 903 und Öffnungen 904 in der Scheibe 218 hindurch, an der Scheibe 218 vorbei und langsam über die Lippe 900 strömt, wodurch ein Wasserfall gebildet wird, der langsam von der Haltevorrichtung 322 herunterfließt. Auf diese Weise wird die Scheibe 218 auf der Haltevorrichtung 322 in das DI-Wasser 648 eingetaucht, und das DI-Wasser 648 fließt an der Scheibe 218 vorbei und spült oder reinigt die Scheibe 218, wodurch zu der erwünschten Konditionierung des Polierkissens 209 durch die Scheibe 218 beigetragen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 34 betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Konditionieren eines Polierkissens. Das Verfahren beginnt mit einem Schritt 2050, in dem eine Scheibe 218 auf einer Haltevorrichtung 322 befestigt wird, wobei die Symmetrieachse 224 der Scheibe senkrecht zur Polieroberfläche des Kissens 218 und die Konditionieroberfläche des Kissens 209 parallel zu der Polieroberfläche verläuft. Das Verfahren geht zu einem Schritt 2052 über, in dem die Rotationsachse 211 des Kissens 209 von der Symmetrieachse 224 der befestigten Scheibe 218 versetzt wird, wobei die Achsen 224 und 211 parallel zueinander ausgerichtet sind, um eine ursprüngliche Ausrichtung der Scheibe 218 festzulegen. Das Verfahren geht zu einem Schritt 2054 über, in dem die Polieroberfläche des Kissens 218 und die Konditionierungsoberfläche der Scheibe 218b aufeinander zu bewegt werden, wobei die Konditionierungsoberfläche der befestigten Scheibe 218 der Polieroberfläche des Kissens 209 einen Widerstand entgegensetzt. Das Verfahren geht zu Schritt 2056 über, um die Reihe 265 von linearen Lageranordnungen, wie beispielsweise 310, benachbart zu der befestigten Scheibe 218 anzuordnen.
  • Unter Bezugnahme auf 35 geht das Verfahren zu Schritt 2058 über, in dem es während des Schrittes 2054 des Bewegens eine wesentliche Beschränkung der Bewegung aus der ursprünglichen Ausrichtung gibt und nur eine Bewegung der befestigten Scheibe 218 erlaubt ist, bei der sich die Konditionierungsoberfläche der Scheibe 218 parallel zu der Polieroberfläche des Kissens 218 erstreckt. Das Verfahren geht zu Schritt 2060 über, in dem während des Schrittes 2054 mit eingeschränkter Bewegung die eingeschränkte Bewegung erfasst wird, um einen genauen Wert für die auf die Fläche APC der Scheibe 218 ausgeübte Polierkraft FP-C anzuzeigen.
  • Unter Bezugnahme auf 36 betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Konditionieren eines Polierkissens. Das Verfahren beginnt bei Schritt 2070 mit dem Befestigen der Scheibe 219 auf der Haltevorrichtung 322, wobei die Symmetrieachse 224 der Scheibe senkrecht zu der Polieroberfläche des Kissens 218 verläuft und sich die Scheibenkonditionierungsoberfläche parallel zu der Polieroberfläche erstreckt. Das Verfahren geht zu Schritt 2072 über, in dem die Rotationsachse 210 gegenüber der Symmetrieachse 224 der befestigten Scheibe 218 versetzt wird, wobei die Achsen 210 und 224 parallel verlaufen, um eine ursprüngliche Ausrichtung der Scheibe 218 festzulegen. Das Verfahren geht zu Schritt 2074 über, in dem die Polieroberfläche des Kissens 218 und die Konditionierungsoberfläche der Scheibe 218 aufeinander zu bewegt werden. Das Verfahren geht zu Schritt 2076 über, in dem die Reihe 265 von linearen Lageranordnungen 310 benachbart zu der befestigten Scheibe 218 angeordnet wird. Unter Bezugnahme auf 37 geht das Verfahren zu Schritt 2078 über, in dem die Anordnungen 310 während des Bewegungsschrittes 2074 verwendet werden, um die Bewegung aus der ursprünglichen Ausrichtung im Wesentlichen zu beschränken und nur eine Bewegung der befestigten Scheibe 218 zuzulassen, in der die Konditionierungsoberfläche parallel zu der Polieroberfläche ausgerichtet ist. Das Verfahren geht zu Schritt 2080 über, in dem die eingeschränkte Bewegung erfasst wird, um einen genauen Wert der auf die Konditionierungsoberfläche ausgeübten Kraft FP-C anzuzeigen.
  • In 38 ist eine Kurve dargestellt, die schematisch zeigt, wie sich der Druck B, der auf das dem linearen Motor 290 zugeführte Fluid 293 ausgeübt wird, mit verschiedenen Überlappungsgraden OL (1B) zwischen dem Polierkissen 209 einerseits und dem Haltering 282 und dem Wafer 206 andererseits, ändert. Wie oben beschrieben wurde, kann ein Polierdruckprofil vorsehen, dass während eines Schrittes in einem CMP-Zyklus gleichbleibende Druckstärken auf die verschiedenen frei liegenden und kontaktierten Bereiche 204R ausgeübt werden. In dem Fall, dass sich die Fläche APW der frei liegenden und kontaktierten Bereiche 204R vergrößert, wird die Kraft FP-W erhöht, damit die Druckstärken gleich bleiben. Die Verarbeitung des Waferlastsignals 264 wird von dem nachstehend beschriebenen System 2100 durchgeführt, und die nach oben gerichtete Kraft auf die Waferhalterung 208 (siehe F in 1B), wird in erforderlichem Maß angepasst, um die geeignete Kraft FP-W bereitzustellen, die von dem Polierkissen 209 auf die Fläche APW des Wafers 206 ausgeübt wird. Eine Kurvendarstellung der Art, wie sie in 38 gezeigt ist, kann verwendet werden, um den Druck B auszuwählen, der auf das dem linearen Motor 290 zugeführte Fluid 293 entsprechend dem Überlappungsgrad OL (1B) zwischen dem Polierkissen 209 einerseits und dem Haltering 282 und dem Wafer 206 andererseits, der zu einem gegebenen Zeitpunkt TN auftritt, ausgeübt wird.
  • Bereitstellen von steuerbaren Drücken
  • Zentrale Drucksteuerung
  • In der obigen Beschreibung wurde bemerkt, dass sich die Größe oder der Wert der Kontakt-(oder Überlappungs-)Fläche AP hinsichtlich der Zeit TN ändert, und es wurde Bezug auf die 1C-1 bis 1C-3, 1D-1 bis 1D-3 und 1E-1 bis 1E-3 genommen. Unter erneute Bezugnahme auf diese Figuren benennen die 1C-1 bis 1C-3 die Koordinate der X-Achse, d.h. die X-Koordinate der Mitte des Wafers 106, mit h1, die X-Koordinate der Mitte des Halteringes mit h2, die X-Koordinate der Mitte des Polier kissens 209 mit h3 und die X-Koordinate der Mitte der Konditionierungsscheibe 218 mit h4. In 1C-1 wird der Radius des Wafers mit r1, der Radius des Halteringes mit r2, der Radius des Polierkissens mit r3 und der Radius der Scheibe mit r4 bezeichnet. Es gibt einen Schlitz oder Spalt zwischen dem äußeren Rand des Halteringes 282 und dem äußeren Rand der Scheibe 218, und diese wird als xgap bezeichnet. 1C-1 zeigt, dass der Wert von h1 und h2 auf null gesetzt werden kann. Im Ergebnis ist der Wert von h3 als r2 gezeigt, wodurch angezeigt wird, dass die am weitesten nach links gerichtete Bewegung des Polierkissens 209 in diesem Beispiel eine Stellung ist, die die Y-Achsen-Mittellinie des Wafers 206 (in der Mitte h1) und die Y-Achsen-Mittellinie (in der Mitte h2) des Halteringes 282 berührt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist h3 = r2 die Stellung des Polierkissens 209 beim Aufsetzen, was der erste Kontakt des Polierkissens 209 mit dem Wafer während eines CMP-Zyklus' ist. Während des CMP-Polierzyklus' kann sich das Polierkissen 209 in diesem Fall, wie von dem Pfeil 209H angedeutet ist, bewegen (z.B. nach rechts). Beispielsweise kann die Bewegung nach rechts bis zu einer Stellung führen, in der h3 größer als r2 und kleiner als die Summe aus r2, xgap und r1 ist, und dies zu einem Zeitpunkt TN = T1, der nach dem Zeitpunkt T0 liegt. Da diese Bewegung nach dem Aufsetzen stattfindet, gibt es Änderungen in den Werten der Kontaktflächen APW, APRR und APC. Um diese Änderungen in den Werten der Flächen AP darzustellen, ist die Fläche APW in 1D-1 dahingehend gezeigt, dass sie zu dem Zeitpunkt TN = T1 einen kleineren Wert als die in 1C-1 gezeigte Fläche APW hat. In 1D-2 ist die Fläche APRR zu dem Zeitpunkt T1 dargestellt und hat ebenfalls einen kleineren Wert als die in 1C-1 gezeigte Fläche APRR. In 1D-3 ist die Fläche APC zu dem Zeitpunkt T1 dargestellt und hat einen größeren Wert als die in 1C-3 gezeigte Fläche APC.
  • Um einen anderen Aspekt dieser Änderungen in den Werten der Flächen AP zu zeigen, ist die Fläche APW in 1E-1 zu dem Zeitpunkt T2, der auf Zeitpunkt T1 folgt, dahingehend dargestellt, dass sie im Vergleich zu den endlichen Werten der in den 1C-1 und 1D-1 gezeigten Fläche APW keinen Wert hat. Das Fehlen eines Wertes zeigt an, dass es keine Überlappung (und damit keinen Kontakt) zwischen dem Polierkissen 209 und dem Wafer 206 gibt. In 1E-2 ist die Fläche APRR zu dem Zeitpunkt T2 dargestellt und hat ebenfalls einen kleineren Wert als die in 1D-2 gezeigte Fläche APRR. Diese kleinere Fläche APRR ist die verkleinerte Kontaktfläche zwischen dem Polierkissen 209 und dem Haltering 282. In 1E-3 ist die Fläche APC zu dem Zeitpunkt T2 dargestellt und hat einen noch größeren Wert als die in 1D-3 gezeigte Fläche APC. Somit zeigen die 1C, 1D und 1E, dass sich die Änderung im Wert einer der Flächen AP für die gleiche Relativbewegung "x" (z.B. des Polierkopfes 209) nach rechts in Richtung des Pfeils 209H von den Änderungen in den Werten jeder der anderen Flächen AP unterscheidet. Angesichts dieser Tatsache kann der auf eine dieser Flächen APW, APRR und APC auszuübende Druck P zum Erzielen der gewünschten CMP-Vorgänge bei der vorliegenden Erfindung separat von dem Druck P gesteuert werden, der auf jede der beiden anderen Flächen ausgeübt werden soll. Die unten stehenden detaillierten Erläuterungen bezüglich des Druckes P beziehen sich auf den Druck PWP auf die Kontaktfläche APW, den Druck PRP auf die Kontaktfläche APRR und den Druck PPC auf die Kontaktfläche APC. Ein Aspekt der separaten Steuerung jedes dieser Drücke P besteht darin, einen separaten Befehlssatz für jede separate Kontaktfläche APW, APRR und APC bereitzustellen.
  • 39 zeigt ein erstes Steuersystem 2100 zum Steuern von CMP-Vorgängen, um ein CMP auf dem Wafer 206 gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Ein vollständiger Satz von CMP-Vorgängen bildet einen CMP-Zyklus. Das Steuersystem 2100 umfasst einen PC 2102, der mit separaten Betriebssystemen (O/S) ausgestattet ist. Der PC 2102 kann ein Personal Computer mit einer nominellen Verarbeitungskapazität eines 600MHz-Prozessors der Pentium®-Serie oder ein gleichwertiger Prozessor sein. Ein bevorzugtes erstes oder verwaltendes O/S 2104 kann das Betriebssystem NT sein, ein bevorzugtes zweites oder CMP-Steuerungs-O/S 2106 kann ein Maschinensteuerungs-O/S sein. Das O/S 2106 kann eine visuelle Logiksteuerung (VLC) sein, wie sie beispielsweise von Steeplecase vertrieben wird. Der PC 2102 mit dem O/S 2104 wird als Prozessor 2108 und der PC 2102 mit der O/S 2106 wird als Prozessor oder Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 bezeichnet.
  • Der Prozessor 2108 kann Standardfunktionen ausführen, wie beispielsweise Videoanwendungen, Speicherung auf Laufwerke, Tastatur, Maus usw. Der Prozessor 2108 kann auch CMP-Vorbereitungsfunktionen ausführen, die sich nicht direkt auf einen CMP-Zyklus beziehen, einschließlich laufender Anwendungen 2112 für CMP-Prozessrezepturen 2114. In einer automatischen Betriebsart sind die Prozessrezepturen 2114 Sätze sämtlicher möglicher Kriterien, die sich auf ein CMP-Verfahren beziehen. Die Anwendungen 2112 für CMP-Prozessrezepturen umfassen einen Rezeptureneditor 2116. Eine Eingabeeinrichtung für den Editor 2116 kann jede Standard-Eingabeeinheit (z.B. eine Diskette) 2118 sein, um eine Rezeptur 2114 auszuwählen und in diese Rezeptur alle Prozessvariablen einzugeben, die zur Definition eines CMP-Verfahrens erforderlich sind, einschließlich aller CMP-Zyklen. Die Prozessvariablen können beispielsweise Polierrate, Druckanstieg/-abfall, Geschwindigkeit der Kissenbewegung und Polierdauer sein. In einer manuellen Betriebsart können die ausgewählten Variablen eingegeben werden, um beschränkte Bearbeitungsvorgänge (z.B. für Test- oder Einstellungszwecke) zu definieren.
  • Der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 steuert alle anderen CMP-Vorgänge, wie beispielsweise Rotation der Waferhalterung 208 und des Kissens 209, horizontale Bewegung des Kissenkopfes 202 (z.B. Änderungen bei h3) und die Kräfte FP-VW, FM und FP-C. Ein wichtiger Teil der Verarbeitung durch den Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 besteht darin, die Funktionen eines Kraftsteuerungs-Programms 2120, das unter dem CMP-O/S 2106 läuft und die Kräfte FP-VW, FM und FP-C steuert, auszuführen. Wenn ein bestimmter CMP-Zyklus begonnen hat und insbesondere ein bestimmter Schritt dieses Zyklus' beginnt, ist es wichtig, die Berechnungen des Kraftsteuerungs-Programms 2120 nicht zu unterbrechen. Im Allgemeinen hat der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 oberste Priorität bezüglich der zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102, um innerhalb des Systems 2100 den Datenverarbeitungsvorgängen, die erforderlich sind, um den CMP-Zyklus eines CMP-Verfahrens durchzuführen (gegenüber den Standard- und Initialisierungsfunktionen), Priorität zu verleihen. Nachdem die Datenverarbeitungskapazität zur Verwendung durch allgemeine und andere (nicht CMP-)Funktionen (2–3 Prozent) freigegeben wurde, stehen ungefähr 97 bis 98 Prozent der Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 zur Verfügung.
  • Die in Tabelle 1 (unten) gezeigten Konfigurationskriterien 2122 sind vorgesehen, um zu bestimmen, ob die zur Verfügung stehende Datenverarbeitungskapazität für die CMP-Vorgänge ausreichend ist, für die das ein Faktor beim Bestimmen der Datenverarbeitungsbelastung des Maschinensteuerungs-Prozessors 2110 während des CMP-Zyklus' ist.
  • Die Stellung des Kissens 209 kann auch aus anderen Gründen als der Zeit verändert werden. Beispielsweise kann der von dem Kissen 209 durchgeführte Poliervorgang erfordern, die Stellung des Wafers 206 relativ zu dem Kissen 209 zu verändern. Dies kann beispielsweise als das Erreichen eines Polierpunktes bezeichnet werden. Zu demselben Zeitpunkt, zu dem es erforderlich sein kann, den erwünschten Polierdruck zu ändern, um ihn an weitere Poliervorgänge anzupassen, nachdem der Polierpunkt erreicht wurde, könnte die Tatsache, dass der Polierpunkt erreicht wurde, erfordern, das Kissen 209 in eine neue h3-Stellung zu bewegen (z.B. wie in 1D-1 gezeigt ist). Obwohl sich die Fläche APW ändert, wenn das Kissen 209 bewegt wird, kann die Änderung der Fläche APW daher auch auf einem anderen Faktor als dem Zeitfaktor beruhen. Somit basiert die Datenverarbeitungsbelastung des Maschinensteuerungs-Prozessors 2110 während dieses CMP-Zyklus' auf einem nicht zeitbezogenen Prozessereignis.
  • Die Stellung des Kissens 209 kann auch aus anderen als bearbeitungstechnischen Gründen verändert werden. Wenn beispielsweise Vakuum verwendet wird, um den Wafer 206 auf der Halterung 208 zu halten, und das System 2100 einen Vakuumabfall feststellt, muss der von dem Kissen 209 durchgeführte Poliervorgang sofort angehalten werden. Hier muss der Druck aus anderen Gründen als Zeitpunkt und Bearbeitungsstatus sofort reduziert werden, um den Verlust des Wafers 206 von der Halterung 208 zu verhindern. Eine Datenverarbeitung ist erforderlich, um den Druck zu reduzieren, so dass die Datenverarbeitungsbelastung des Maschinensteuerungs- Prozessors 2110 während dieses CMP-Zyklus' auf einem nicht zeitbezogenen Notfall basiert.
  • Tabelle 1
    Figure 00620001
  • Es versteht sich, dass das System 2100 ausgewählt werden kann und der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 im Allgemeinen Zugang zu ausreichend zur Verfügung stehender Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 hat, um alle erforderlichen Verarbeitungsprozesse durchzuführen, wenn keines der Konfigurationskriterien überschritten wird, vorausgesetzt, dass die aktuellen CMP-Vorgänge keines der Konfigurationskriterien überschreiten. Wenn eines der Konfigurationskriterien überschritten wird, wird das System 2100 nicht ausgewählt, und stattdessen kann ein zweites Steuerungssystem 2124 ausgewählt werden (40). Wie unten beschrieben wird, umfasst das System 2124 ebenfalls den PC 2102, der in eine zweite Architektur 2300 eingegliedert ist. Das System 2124 hat im Allgemeinen Zugang zu ausreichend vorhandener Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102, um alle von den Konfigurationskriterien geforderten Verarbeitungsprozesse rechtzeitig durchzuführen, zu denen das System 2100 nicht in der Lage ist.
  • Hinsichtlich des Kriteriums 1 der Konfigurationskriterien 2122 ist unter Bezugnahme auf 42A, die den von dem Polierkissen 209 überlappten Wafer 206 zeigt, eine Situation der Enderfassung dargestellt, die sich auf das Verringern des Polierdruckes bezieht. Der Polierdruck kann mit der Zeit verringert werden, um die Polierrate des Wafers 206 herabzusetzen, da die gewünschte Dicke des Wafers erreicht ist. Der Zeitpunkt TN kann eine Anfangszeit T0 sein, wie in 1C-1 gezeigt ist, bei der der Rand des Kissens 209 die Y-Achsen-Mittellinie des Wafers 206 berührt. Die Zeit T0 bezeichnet den Punkt, an dem der Rand des Kissens 209 die Kontaktfläche APW des Wafers 206 berührt, wobei der Rand zur Mittellinie des Wafers (siehe h1) benachbart ist. Die entsprechende Kontaktfläche APW des Kissens 209 neigt dazu, den Wafer 206 in Bereichen des Wafers 206, die der Mittellinie des Wafers (bei h1) am nächsten liegen, mit einer höheren Rate abzutragen, verglichen mit niedrigeren Abtragsraten in der Nähe zum oder am Rand 2126 des Wafers 206, was beispielsweise dem Zeitpunkt Td entspricht. Die Änderung der Abtragsraten wird von einer Reihe von gestrichelten Linien 2128 dargestellt. Es versteht sich, dass das Kissen 209 in einer Zeitspanne vom Zeitpunkt T0 zum Zeitpunkt Tc eine Schichtdicke TH1 vom Wafer 206 benachbart zur Mittellinie h1 abgetragen hat, während das Kissen 209 in der gleichen Zeitspanne eine Schichtdicke von dem Wafer 206 benachbart zum Rand 2126 des Wafers 206 abgetragen hat, die wesentlich geringer als TH1 ist.
  • Im Zusammenhang mit 42A bezieht sich der Begriff "Enderfassung" auf die Erfassung des "Endes" des Schrittes, in dem das Polieren von dem Zeitpunkt T0 bis zu dem Zeitpunkt Tc durchgeführt wird. Beispielsweise kennzeichnet die Enderfassung das Ende eines Arbeitsschrittes. Bei diesem Beispiel ist das Ende erreicht, wenn der Wafer 206 benachbart zu der Mittellinie h1 (42A) die Dicke TH2 erreicht hat. Wenn dieser Fall eingetreten ist, kann ein Messsensor 2160, der zusammen mit dem Polier- oder Kissenkopf 202 bewegbar angeordnet ist, ein Signal 2162 ausgeben, das einen Nullwert hat, um das Ende des Schrittes anzuzeigen. Das Signal 2162, das einen anderen Wert als null hat, kann anzeigen, dass die aktuelle Dicke des Wafers 206 am Messpunkt des Sensors benachbart zum Rand des Kissens 209 mehr als die Endpunktdicke TH2 beträgt.
  • Angesichts der Änderung der Abtragsraten in Abhängigkeit von dem Abstand zur Mittellinie h1 muss eine Reduzierung des Druckes, der auf die Fläche APW ausgeübt wird, akkurat gesteuert werden, um zu vermeiden, dass mehr als die erwünschte Menge von dem Wafer 206 (z.B. mehr als die Dicke TH1) benachbart zur Mittellinie h1 abgetragen wird, auch wenn die erwünschte Dicke TH2 am Rand 2126 des Wafers beispielsweise noch nicht erreicht wurde. Die Geschwindigkeit dieser Verringerung des Druckes kann unter anderem in Abhängigkeit von dem Material, aus dem der Wafer 206 hergestellt ist, und/oder in Abhängigkeit von dem Material, aus dem das Kissen 209 hergestellt ist, variieren.
  • Unter Bezugnahme auf die Konfigurationskriterien 2122 zeigt die Kurvendarstellung in 42B beispielhafte Abnahmeraten des Polierdruckes. 42B zeigt eine Grenzrate L1, eine zweite Rate L2, die höher als die Rate L1 ist, und eine dritte Rate L3, die niedriger als L1 ist. Die Rate L1 ist der beispielhafte Grenzwert der Abnahmerate des Polierdruckes, so dass der Prozessor 2110 für Raten über L1 (z.B. L2) nicht benutzt werden sollte und das System 2124 (40) stattdessen für solche Raten wie L2 Verwendung finden würde.
  • Hinsichtlich des Kriteriums 2 der Konfigurationskriterien 2122 ist eine Situation unter Bezugnahme auf 42C beschrieben, die sich auf einen ansteigenden Polierdruck (einen Polierdruckanstieg) bezieht. Die Anstiegskurven von 42C zeigen im Fall eines Wafers 206, der auch hier von dem Polierkissen 209 überlappt wird, Raten, mit denen der Polierdruck während der Anstiegszeit allmählich bis zu einem Druck-Sollwert erhöht wird. Der allmähliche Anstieg reduziert dynamische (bewegungsinduzierte) Änderungen in der Form der Kontaktfläche APW des Kissens 209 und schützt den Wafer 206 vor unkontrollierten Abtragsraten. Die Form der Kurven in 42C kann unter anderem in Abhängigkeit beispielsweise von dem Material, aus dem das Kissen 209 hergestellt wurde, variieren. Die Kurvendarstellung von 42C zeigt eine andere beispielhafte Grenzrate LL1, eine zweite Rate LL3, die kleiner als die Rate LL1 ist, und eine dritte Rate LL2, die größer als LL1 ist. Die Rate LL1 ist der beispielhafte Grenzwert der Zunahmerate des Polierdruckes, so dass der Prozessor 2110 für Raten über LL1 (z.B. LL2) nicht benutzt werden sollte und stattdessen das System 2124 (40) Verwendung finden würde.
  • Hinsichtlich des Kriteriums 3 der Konfigurationskriterien 2122 sind der Wafer 206 und das Kissen 209 in einer überlappenden Stellung, und es gibt einen Befehl zur Änderung des Druckes. 42D zeigt die Änderungen des Druckes auf die Kontaktfläche APW des Kissens 209 als Funktion der Zeit TN. Die Änderungen des Druckes im Laufe der Zeit können auch eine Funktion einer weiteren Variablen sein. 42D vergleicht die gewünschte Änderung des Druckes (Kurve 2134) mit einer Kurve 2135, die den Verarbeitungsrückstand oder die Verarbeitungsverzögerung beim Erreichen des gewünschten Druckes darstellt, die zu erwarten ist, wenn die voraussichtlich zur Verfügung stehende Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 verwendet wird, um sämtliche Verarbeitungsprozesse für den erforderlichen Druck rechtzeitig durchzuführen. Die Kurve 2135 zeigt eine größere Verzögerung als eine Kurve 2136, die den akzeptablen Umfang einer derartigen Verzögerung darstellt, so dass das Kriterium 3 anzeigt, ob das System 2124 verwendet werden sollte, wenn die Verarbeitungsverzögerung die Kurve 2136 übersteigt (wie durch Kurve 3136 angezeigt ist).
  • Bei dem Beispiel hinsichtlich des Kriteriums 4 wird das Kissen 209 zunächst angehalten, und es gibt einen Befehl, die Bewegung des Kissens zu starten. 42E zeigt die Geschwindigkeit des Kissens 209, d.h. Änderungen bezüglich des zurückgelegten Weges des Kissens mit Bezug auf die Zeit TN. 42E vergleicht die Geschwindigkeiten mit der Kurve 2138, die eine erwünschte Geschwindigkeit (oder eine Grenzgeschwindigkeit) darstellt. Die Kurve 2142 zeigt die höchste Geschwindigkeit, die das System 2100 erwartungsgemäß unter Verwendung der voraussichtlich zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 verarbeiten muss, um alle erforderlichen Verarbeitungsprozesse rechtzeitig durchzuführen. Die Kurve 2140 zeigt eine höhere Geschwindigkeit als die Kurve 2138, nämlich eine, die innerhalb der Datenverarbeitungskapazität des Systems 2124 liegt. Das oben angegebene Konfigurationskriterium 4 zeigt an, ob das System 2124 verwendet werden sollte, um alle erforderlichen Verarbeitungsprozesse rechtzeitig durchzuführen, die von der Geschwindigkeit gemäß Kurve 2138 benötigt werden. Somit können Fälle, in denen die erwünschte Geschwindigkeit durch die Kurve 2142 dargestellt wird, von dem System 2100 unter Verwendung der voraussichtlich zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 verarbeitet werden, um alle Verarbeitungsprozesse rechtzeitig durchzuführen.
  • Unter der Annahme, dass das System 2100 in Übereinstimmung mit diesen Konfigurationskriterien 2122 ausgewählt wurde, kann das System 2100 wie folgt verwendet werden. Der Rezeptureditor 2116 hat alle Kriterien, die sich auf den CMP-Vorgang beziehen, in Form der editierten Rezeptur 2114 festgelegt. Die editierte Rezeptur 2114 wird an einen Datenbus 2144 ausgegeben und beispielsweise auf einer Festplatte 2146 gespeichert. Die editierte Rezeptur 2114 kann Daten umfassen, die der Liste von Prozessvariablen entsprechen, die nachstehend in Anhang A aufgeführt sind. Der Prozessor 2110 liest die editierte Rezeptur 2114 und Prozessdaten, die zum Einrichten und Betreiben der oben beschriebenen Hardware des CMP-Systems 200-1 erforderlich sind, aus der Festplatte 2146 aus. Dies umfasst die Bewegungsdaten der Achse, einschließlich der Kissenbewegungsdaten 2150, Druckprofildaten 2152 (für jede Fläche AP), Prozessablaufdaten und andere Daten, die erforderlich sind, um beispielsweise die Halterung 208, den Kissenkopf 202 und den Halteringmotor 290 zu betreiben. Der Prozessor 2110 definiert die editierte Rezeptur 2114 in Form einer Tabelle aus Folgen von Arbeitsschritten, die vorgenommen werden müssen, um die CMP-Vorgänge durchzuführen.
  • Unter Bezugnahme auf Anhang A sind beispielhafte Prozessvariablen in Form der Darstellungen der 1C-1 bis 3 und 48 aufgeführt, und es werden sechzehn derartige Variablen gezeigt. Die Variable 1 ist der Wert von h1, der Koordinate der X-Achse der Mitte des Wafers 206. Die Variable 2 ist der Wert von h2, der Koordinate der X-Achse der Mitte des Halteringes 282. Da sich die Mitte der Waferhalterung 208 während des CMP-Zyklus' nicht bewegt, sind die Werte von h1 und h2 während eines derartigen Zyklus' konstant. Die Variable 3 ist der Wert von r1, dem Radius des Wafers 206. Die Variable 4 ist der Wert von r2, dem Radius des Halteringes 282. Die Variable 5 ist der Wert von r3, dem Radius des Polierkissens 209. Die Variable 6 ist der Wert von r4, dem Radius der Kissenkonditionierungsscheibe 218. Die Variable 7 ist der Wert von xgap, dem Abstand zwischen dem Rand des Halteringes 282 und dem Rand der Kissenkonditionierungsscheibe 218. Der Wert von h4 wird auf der Basis des Wertes von xgap neu berechnet. Die Variablen 8, 9 und 10 werden verwendet, um die Drücke festzulegen, die von dem Stellantrieb 2153W für die Waferhalterung 208, dem Stellantrieb 290 für den Haltering 282 und dem Stellantrieb 2153C für den Scheibenkopf 220 erzeugt werden. Die Variablen 11 bis 13 sind die jeweiligen Werte der aktuell ausgeübten Kräfte des Wafers 206 auf das Kissen 209, des Kissens 209 auf den Haltering 282 und des Kissens 209 auf die Scheibe 218. Die Variable 14 schaltet die Berechnung der Kräfte ein, die auf die jeweiligen Stellantriebe 2153W, 290 und 2153C auszuüben sind. Die Variablen 15 und 16 werden bei der Überwachung des Systems 2100 verwendet. Wenn es beispielsweise erforderlich ist, irgendeine der Berechnungen abzubrechen, ohne einen Ausgabewert zu ändern, wird die Variable 15 benutzt. Die Variable 16 wird sowohl benutzt, um alle Berechnungen anzuhalten als auch um alle Ausgabewerte auf null zu setzen.
  • Beim Betrieb des Systems 2100 definiert der Prozessor 2110 die editierte Rezeptur 2114 in Form einer Tabelle aus Folgen von Arbeitsschritten, die vorgenommen werden, um die CMP-Vorgänge durchzuführen. Für jeden Schritt sind alle Variablen genau angegeben und Tätigkeiten bezeichnet. Ein Schritt kann durch Daten präzisiert werden, die einen Befehl darstellen, das Polieren des Wafers 206 solange fortzusetzen, bis ein Ereignis eintritt. Beispielsweise kann das Ereignis aus der Enderfassung bestehen, bei dem das Ende des Schrittes erreicht ist, wenn der Wafer 206 die Dicke TH2 an einer Stelle mit bestimmtem Abstand von der Mittellinie h1 (42A) erreicht hat. Wenn dieses Ereignis eingetreten ist, kann der auf dem Kissenkopf 220 angeordnete Messsensor 2160 das Signal 2162 ausgeben. Ein Schritt kann auch durch eine Instruktion präzisiert werden, das Polieren des Wafers für eine festgesetzte Zeitspanne TN fortzusetzen. Die Bewegung des Messsensors 2160 zusammen mit dem Kissen 209 erlaubt es, die gesamte frei liegende Oberfläche 204 des Wafers 206 zu messen, um den Status der CMP-Vorgänge abschätzen zu können.
  • Ein weiteres Beispiel für eine Variable in der Tabelle der Abfolgen kann der Druck P sein, mit dem der CMP-Vorgang durchzuführen ist. Ein derartiger Druck P kann als derjenige Druck ausgewählt werden, der entweder auf den Wafer 206 (Druck PWP), auf den Haltering 282 (Druck PRP) oder auf die Konditionierungsscheibe 218 (Druck PPC) ausgeübt werden soll. Als Alternative kann ein derartiger Druck P als jeweils separater Druck PWP, PRP und PPC, der auf den Wafer 206 bzw. den Haltering 282 bzw. die Konditionierungsscheibe 218 ausgeübt werden soll, ausgewählt werden. Als weiteres Beispiel können derartige Drücke P ausgewählt werden, indem ein Druck (z.B. der auf den Wafer 206 auszuübende Druck PWP) festgelegt wird. Die Werte der anderen Drücke können dann in Form der Differenz gegenüber dem Druck PWP angegeben werden. Ein beispielhafter Druck PRP, der genauso groß sein soll wie der Druck PWP, würde mit einer Differenz von null psi angegeben werden. Ein Druck PPC, der ungefähr 1,5 psi betragen soll, würde, wenn der Druck PWP ungefähr 7 psi beträgt, mit einer Differenz von ungefähr 5,5 psi bezeichnet werden.
  • Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Prozessor 2110 die editierte Rezeptur 2114 in Form einer Tabelle von Folgen von Arbeitsschritten, die vorgenommen werden müssen, um die CMP-Vorgänge durchzuführen, definiert, wird ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 39 und 43 beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung zeigt 39 das System 2100 dahingehend, dass es in der Lage ist, jeden der separaten Drücke P, die auf den Wafer 206, den Haltering 282 oder die Konditionierungsscheibe 218 auszuüben sind, zu verarbeiten. In der untenstehenden detaillierteren Beschreibung des Systems 2100 sind einzelne Aspekte des Systems 2100, die nur auf den Wafer 206 oder nur auf den Haltering 282 oder nur auf die Konditionierungsscheibe 209 anwendbar sind, erwähnt. Die Kraftsteuerung 2120 empfängt die Kissenbewegungsdaten 2150 und die Druckdaten 2152 von dem Datenbus 2144. Über den Datenbus 2144 empfängt die Steuerung 2120 ferner ein Rückkopplungssignal 2154 von einer Kodiereinrichtung 2156, das die aktuelle Stellung des Kissens 209 zu den verschiedenen Zeitpunkten TN während des CMP-Zyklus' anzeigt. Das Kissen 209 wurde als Reaktion auf die Bewegungsdaten 2158, die von dem Prozessor 2110 an den Datenbus 2144 ausgegeben wurden, in eine derartige aktuelle Stellung bewegt.
  • Gemäß der Abfolgetabelle können die Druckdaten 2152 für einen speziellen Arbeitsschritt einen Polierdruck P festlegen. 43 zeigt ein Ablaufdiagramm 2164 der Funktionen des Prozessors 2110. Das Ablaufdiagramm 2164 umfasst eine erste Funktion 2166, bei der die Drücke PWP, PPR und PPC (dargestellt durch die Druckdaten 2152) für einen der Schritte der Abfolgetabelle ausgegeben werden. Die Ausgabe erfolgt an die Kraftsteuerung 2120. Solche Drücke können sich auf einen stationären Abschnitt des CMP-Poliervorganges des CMP-Zyklus' oder auf irgendeinen der oben beispielsweise unter Bezug auf die 42B oder 42D beschriebenen Drücke beziehen und liegen innerhalb der Konfigurationskriterien 2122. Die Druckdaten 2152 können vorsehen, dass der Wafer 206 und das Polierkissen 209 mit einem beispielhaften konstanten Druck PWP im Bereich von null bis zehn psi aufeinandergedrückt werden.
  • Das Verfahren geht zu einem Schritt 2168 über, in dem ein Kissenbewegungsbefehl ausgegeben wird. Dieser Befehl ist in Form der Kissenbewegungsdaten 2150, die an den Datenbus 2144 und an ein Kissenbewegungssystem 2170 ausgegeben werden. Das Verfahren geht zu Schritt 2172 über, in dem das Bewegungssystem 2170 das Kissen 209 relativ zu dem Wafer 206, der Halterung 208 und dem Haltering 282 bewegt. Im Allgemeinen erfolgt die Relativbewegung bei dem ersten Schritt der Abfolgetabelle in die in den 1C-1 bis 1C-3 gezeigten Stellungen. Die Kissenbewegungsdaten 2150 können beispielsweise vorsehen, dass es eine grundlegende oder langsame Rate der Polierkissenbewegung (Geschwindigkeit) gibt, wie unter Bezugnahme auf 42E beschrieben ist und wie von der Kurve 2142 angezeigt wird. Das Verfahren geht zu einem Schritt 2174 über, in dem die aktuelle Stellung des Kissens 209 bestimmt wird. Dieser Schritt wird von der Kodiereinrichtung 2156 durchgeführt, die das Rückkopplungssignal 2154 über den Datenbus 2144 ausgibt.
  • Das Verfahren geht zu den Schritten 2176 und 2178 über, die von der Kraftsteuerung 2120 des Prozessors 2110 durchgeführt werden. Die Kraftsteuerung 2120 hat die Kissenbewegungsdaten 2150 und die Druckdaten 2152 empfangen. In Schritt 2176 wird für jeden der Drücke PWP, PPR und PPC ein Kontaktflächen-Programm 2180 unter Verwendung des Rückkopplungssignals 2154 (das die dann aktuelle X-Achsenposition h3 zum Zeitpunkt TN beispielsweise für den aktuell abgearbeiteten Schritt darstellt) verarbeitet. Das Kontaktflächen-Programm 2180 ist in Anhang C dargestellt. Danach bestimmt das Kontaktflächen-Programm 2180 in Schritt 2176 für die Kraftsteuerung 2120 bestimmte Daten 2182, die den jeweiligen Kontaktflächen APW, APRR und APC entsprechen.
  • Das Verfahren geht zu Schritt 2178 über, in dem ein Kraftprogramm 2184 abgearbeitet wird, um das Produkt P mal A für jeden der drei Sätze von Eingabedaten, die dem Druck P (basierend auf den Daten 2152) und der Kontaktfläche A (basierend auf den Daten 2182) entsprechen, zu bestimmen. Das Kraftprogramm 2184 ist in Anhang B dargestellt. Ein erster Satz umfasst P, das auf den dem gewünschten Druck PWP auf den Wafer 206 entsprechenden Druckdaten 2152 und auf den der Kontaktfläche APW zwischen dem Wafer 206 und dem Polierkissen 209 entsprechenden Kontaktflächendaten 2182, basiert. Ein zweiter Satz umfasst den Druck P, der auf den dem gewünschten Druck PRP auf den Haltering 209 entsprechenden Druckdaten 2152 und auf den der Kontaktfläche APRR entsprechenden Kontaktflächendaten 2182, basiert. Ein dritter Satz umfasst den Druck P, der auf den dem gewünschten Druck PPC auf die Scheibe 218 entsprechenden Druckdaten 2152 und auf den der Kontaktfläche APC entsprechenden Kontaktflächendaten 2182, basiert. Im Schritt 2178 ergibt das nacheinander erfolgende Verarbeiten der drei Sätze von P und A gemäß dem Kraftprogramm 2184 drei entsprechende aufeinander folgende Kraftwerte, die den Kräften FP-VW, FM und FP-C entsprechen. Die Daten 2186, die diesen Kräften entsprechen, werden über eine analoge Eingabe/Ausgabeeinrichtung 2179 ausgegeben.
  • Das Verfahren geht zu Schritt 2188 über, in dem die entsprechenden Stellantriebe 2153W, 2153C und 290 für jede Achse (d.h. für die Halterung 208, den Haltering und die Scheibe 218) durch die ausgegebenen Daten der Einrichtung 2179, die den Kräften FP-VW, FM und FP-C entsprechen, angesteuert werden. Die Daten 2186, die den jeweiligen Kräften FP-VW, FM und FP-C entsprechen, werden wie oben beschrieben ausgegeben, um die Art und die Dauer des CMP-Vorganges für den aktu ellen Schritt zu erhalten, und das Verfahren ist abgeschlossen, wobei angezeigt wird, dass der aktuelle Schritt abgearbeitet wurde.
  • Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Prozessor 2110 die editierte Rezeptur 2114 in Form einer Tabelle von Folgen von Arbeitsschritten, die vorgenommen werden, um die CMP-Vorgänge durchzuführen, definiert, kann nach vollständiger Abarbeitung eines Schrittes ein nächster Schritt durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, der unter Bezugnahme auf die 39 und 44 beschrieben ist, abgearbeitet werden. Der Prozessor 2110 wählt die Druckdaten 2152 aus, die dem nächsten Schritt gemäß der Abfolgetabelle für die nächsten Schritte entsprechen. Einige oder alle dieser Druckdaten 2152 können sich von denjenigen der Verarbeitung des vorhergehenden Schrittes (43) unterscheiden. Diese nächsten Dateneingaben werden als aktuelle Dateneingaben bezeichnet, um sie von den bei dem vorhergehenden Schritt verarbeiteten Daten zu unterscheiden. In Abhängigkeit von der Situation kann auch der Wert des Rückkopplungssignals 2154 gleich oder unterschiedlich zu dem Wert des vorhergehenden Rückkopplungssignals 2154 sein.
  • 44 zeigt ein Ablaufdiagramm 2190 von Funktionen des Prozessors 2110, wobei die Erläuterungen abgekürzt wurden, wenn die Beschreibung derjenigen von 43 ähnlich ist. Das Ablaufdiagramm 2190 umfasst einen ersten Schritt 2192, in dem die Drücke PWP, PPR und PPC (die den Druckdaten 2152 entsprechen) für den nächsten Schritt in der Abfolgetabelle nacheinander ausgegeben werden. Diese Drücke gehören abermals zu den Konfigurationskriterien 2122.
  • Das Verfahren geht zu Schritt 2194 über, in dem ein Kissenbewegungsbefehl ausgegeben wird. Dieser Befehl liegt in Form der Kissenbewegungsdaten 2150 vor, die an den Datenbus und an das Kissenbewegungssystem 2170 ausgegeben werden. Das Verfahren geht zu Schritt 2196 über, in dem das System 2170 das Kissen 209 relativ zu dem Wafer 206, der Halterung 208 und dem Haltering 282 bewegt. Die Kissenbewegungsdaten 2150 können beispielsweise vorsehen, dass die Polierkissenbewegung, die in 42E, Kurve 2142, beschrieben ist, in diesem Schritt durchgeführt wird. Das Verfahren geht zu einem Schritt 2198 über, in dem die aktuelle Stellung des Kissens 209 bestimmt wird. Dieser Vorgang wird durch die Kodiereinrichtung 2156 durchgeführt, die das Rückkopplungssignal 2154 über den Datenbus 2144 ausgibt.
  • Das Verfahren geht zu den Schritten 2200 und 2202 über, die von der Kraftsteuerung 2120 des Prozessors 2110 durchgeführt werden. Die Kraftsteuerung 2120 hat die Kissenbewegungsdaten 2150 und die Druckdaten 2152 erhalten. In Schritt 2200 wird das Kontaktflächen-Programm 2180 unter Verwendung des aktuellen Rückkopplungssignals 2154 für jeden der Drücke PWP, PPR und PPC erneut verarbeitet. Danach werden in Schritt 2200 für die Kraftsteuerung 2120 bestimmte Daten 2182 durch die Verarbeitung des Kontaktflächen-Programms 2180 ermittelt, die den jeweiligen Kontaktflächen APW, APRR und APC entsprechen.
  • Das Verfahren geht zu Schritt 2202 über, in dem die Abfolge des Kraftprogramms 2184 erneut abgearbeitet wird, um das Produkt P mal A für jeden der drei Sätze von Eingabedaten zu bestimmen, die dem Druck P (basierend auf den Daten 2152) und der Kontaktfläche A (basierend auf den Daten 2182) entsprechen. Im Schritt 2202 ergibt das Verarbeiten der drei Sätze von P und A gemäß dem Kraftprogramm 2184 Abfolgen von Daten, die den Werten der Kräfte FP-VW, FM und FP-C entsprechen. Die Daten 2186, die diesen Kräften entsprechen, werden über die analoge Eingabe/Ausgabeeinrichtung 2179 ausgegeben.
  • Das Verfahren geht zu Schritt 2204 über, in dem die entsprechenden Stellantriebe 2153W, 2153C und 290 für jede Achse (d.h. für die Halterung 208, den Haltering 282 und die Scheibe 218) durch die ausgegebenen Daten der Einrichtung 2179, die den Kräften FP-VW, FM und FP-C entsprechen, angesteuert werden. Die jeweiligen Kräfte FP-VW, FM und FP-C werden, wie oben beschrieben, ausgegeben, um die Art und die Dauer des CMP-Vorganges für den aktuellen Schritt zu erhalten, und das Verfahren ist abgeschlossen, wobei angezeigt wird, dass der aktuelle Schritt abgearbeitet wurde.
  • Nach Studium der Ablaufdiagramme 2164 und 2190 ist ersichtlich, dass Millionen von Schritten erforderlich sind, um die Daten für einen CMP-Zyklus kontinuierlich zu verarbeiten, bis der letzte Schritt abgearbeitet wurde. Je dichter sich die Variablen an die Grenzen der Konfigurationskriterien 2122 heran bewegen, desto eher kann die Verarbeitung durch den Prozessor 2110 an einen Punkt gelangen, an dem die Daten für den aktuellen CMP-Vorgang nicht rechtzeitig verarbeitet werden können. Wenn während der Planung bei der Frage, welches CMP-System verwendet werden soll, abzusehen ist, dass solche Grenzen fast erreicht werden, wird das System 2124 verwendet.
  • Bereitstellung von steuerbaren Drücken durch separat durchgeführte Drucksteuerung
  • In der obigen Beschreibung der Systeme 2100 und 2124 wurden die in Tabelle 1 gezeigten Konfigurationskriterien 2122 verwendet, um zu bestimmen, ob die zur Verfügung stehende Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 für die CMP-Vorgänge ausreichend ist, für die das System 2100 ausgewählt werden würde. Wenn solche CMP-Vorgänge dazu führen, dass irgendeines der Konfigurationskriterien 2122 überschritten wird, wird das System 2100 nicht ausgewählt, und es wird stattdessen das zweite Steuersystem 2124 ausgewählt. Unter Bezugnahme auf 40 kann das zweite Steuersystem 2124 ebenfalls den PC 2102 umfassen, der in der zweiten Architektur 2300 enthalten ist. Mit der zweiten Architektur 2300 hat das System 2124 im Allgemeinen Zugang zu ausreichend zur Verfügung stehender Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 sowie Zugang zu zusätzlich zur Verfügung stehender Datenverarbeitungskapazität, um alle Verarbeitungsprozesse rechtzeitig durchführen zu können, die von den Konfigurationskriterien 2122 verlangt werden und für die das System 2100 nicht geeignet ist. Ein solcher zweifacher Zugang betrifft in erster Linie ein Merkmal der Architektur 2300, bei der es zu einer erheblichen Abnahme der Verwendung der zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 kommt, die sich aus der Verwendung der separaten Kraftsteuerung 2302 ergibt. Die separate Kraftsteuerung 2302 ist bezüglich der Datenverarbeitungskapazität nicht von dem PC 2102 abhängig und ist beispielsweise für die Verarbeitung der Schritte 2176 und 2178 (43) und die Verarbeitung der Schritte 2200 und 2202 (44) vorgesehen. Zweitens bezieht sich ein derartiger Zugang auf einen Datentransfer und auf andere Protokolle, bei denen die Eingabe/Ausgabeverzögerungen zwischen dem Prozessor 2110 von 40 und der Kraftsteuerung 2302 minimiert werden.
  • 40 zeigt die zweite Architektur 2300 des Steuersystems 2124 zur Steuerung der CMP-Vorgänge, um CMP an einem Wafer 206 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ausführen zu können. Die Unterschiede zwischen dem ersten Steuersystem 2100 und dem zweiten Steuersystem 224 werden in der folgenden Erörterung gezeigt. Hinsichtlich der Architektur ist der PC 2102 weiterhin mit den gleichen separaten Betriebssystemen (O/S) 2104 und 2106 ausgestattet. Bei dem PC 2102 kann es sich weiterhin um den Personal Computer mit der nominellen Verarbeitungskapazität eines 600MHz-Prozessors der Pentium®-Serie oder eines gleichwertigen Prozessors handeln. Der PC 2102 mit dem O/S 2104 wird weiterhin als Prozessor 2108 bezeichnet. Der PC 2102 mit dem O/S 2106 wird als Prozessor oder als Maschinensteuerungs-Prozessor bezeichnet, und um zu unterstreichen, dass unterschiedliche Funktionen durchgeführt werden, wird der Maschinensteuerungs-Prozessor der zweiten Architektur 2300 mit der Bezugsziffer 2110-2 bezeichnet.
  • Der Prozessor 2108 führt weiterhin die Standardfunktionen und Initialisierungsfunktionen aus, die sich nicht direkt auf die Durchführung eines CMP-Zyklus' beziehen. In der automatischen Betriebsart sind die Prozessrezepturen 2114 die Sätze aller möglichen Kriterien, die sich auf ein CMP-Verfahren beziehen. Der Rezeptureditor 2116 wird über irgendeine Standard-Eingabeeinheit mit den Eingabedaten versorgt, um eine Rezeptur 2114 auszuwählen und in diese ausgewählte Rezeptur alle Prozessvariablen einzugeben, die zur Definition eines CMP-Vorganges erforderlich sind, einschließlich aller CMP-Zyklen und aller Schritte (mit entsprechenden Variablen) in einem CMP-Zyklus.
  • Der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 steuert alle anderen CMP-Vorgänge mit Ausnahme der Abarbeitung der Schritte 2176 und 2178 (43) und der Abar beitung der Schritte 2200 und 2202 (44), für die die Kraftsteuerung 2302 vorgesehen ist. Somit steuert der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 auch die Rotation der Waferhalterung 208 und des Kissens 209 und die horizontale Bewegung des Kissenkopfes 202 (z.B. Änderung in der Position von h3).
  • Die Architektur 2300 umfasst ferner eine RS232-Kommunikations-Schnittstelle 2304. Um den Datenaufwand für Eingabe/Ausgabe des Prozessors 2110-2 und der Kraftsteuerung 2302 zu minimieren und im Hinblick auf die Schnittstelle 2304 führt der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 ein auf einem in 41 gezeigten Ablaufdiagramm basierendes Initialisierungsverfahren durch. Das Verfahren geht zu Schritt 2312 über, in dem der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 die editierte Rezeptur 2114 (z.B. von der Festplatte 2146) übernimmt. Das Verfahren geht zu Schritt 2314 über, in dem der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 die editierte Rezeptur 2114 ausführt und eine Abfolge von Schritten des CMP-Verfahrens ausarbeitet, die in Form der oben beschriebenen Tabelle der Abfolge von Schritten, die beim Durchführen des CMP-Vorganges auszuführen sind, vorliegen kann. Der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 legt auch ein Druckprofil fest, das Einzelheiten der Drücke PWP, PPR und PPC, die während des CMP-Verfahrens gesteuert werden sollen, enthält. Der Verfahren geht zu Schritt 2316 über, in dem der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 eine Initialisierungs-Datenfolge 2317 einschließlich eines Befehlssatzes 2320 ausgibt. Der Befehlssatz 2320 ist für eine über die RS232-Schnittstelle 2304 erfolgende Kommunikation mit der Kraftsteuerung 2302 ausgelegt, die so programmiert ist, dass sie den Befehlssatz 2320 lesen kann. Der Befehlssatz 2320 hat die im unten beschriebenen Anhang B gezeigte Struktur und wird der Kraftsteuerung 2302 nur einmal für jeden kompletten CMP-Zyklus, der verarbeitet werden soll, zugeführt, um die Verarbeitungszeit für Eingabe/Ausgabe zu minimieren.
  • Das Verfahren geht zu Schritt 2319 über, in dem eine Prozess-Startsequenz abläuft. In Schritt 2319 verarbeitet der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 Daten, die erforderlich sind, um die oben beschriebene Hardware des CMP-Systems 200-1 einzurichten und zu betreiben, einschließlich aller Achsenbewegungsdaten, wie beispielsweise die Kissenbewegungsdaten 2150 (siehe Pfeil 209H, 1B). Das Ver fahren geht zu Schritt 2322 über, in dem der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 auf der Basis der Prozesssequenz Anweisungen für die während des CMP-Verfahrens zu steuernden Drücke PWP, PPR und PPC an die Kraftsteuerung 2302 ausgibt. Die Druckanweisungen können zwar nacheinander eingegeben werden, vorzugsweise werden sie jedoch im Hinblick auf die dreiachsige Datenverarbeitungskapazität der Kraftsteuerung 2302 und die sich daraus ergebende Fähigkeit, die drei Achsen gleichzeitig zu verarbeiten, gleichzeitig eingegeben. Das Verfahren geht zu Schritt 2324 über, in dem ermittelt wird, ob der letzte Schritt des Verfahrens von dem Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 abgearbeitet wurde. Wenn die Antwort JA lautet, geht das Verfahren zu einem Schritt 2326 über, in dem eine Sequenz für das Prozessende durchgeführt wird, und dann ist der Prozess abgeschlossen. Wenn die Antwort NEIN lautet, wird der Schritt 2322 immer wieder durchgeführt und zwar bis der letzte Schritt abgearbeitet wurde.
  • Der Befehlssatz 2320 ist in Anhang B gezeigt und ist ein maschinenorientierter Satz von Parametern, die von der Kraftsteuerung 2302 beim Verarbeiten des Kontaktflächenprogramms 2180 und des Kraftprogramms 2184 verwendet werden. Unter Bezugnahme auf den Anhang B ist der Befehlssatz 2320 mit 35 beispielhaften Parametern gezeigt. Der Parameter H1 dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von h1, der die Koordinate der X-Achse der Mitte des Wafers 206 ist. Der Parameter H2 dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von h2, der die Koordinate der X-Achse der Mitte des Halteringes 282 ist. Der Parameter R1 dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von r1, der oben als Radius des Wafers 206 beschrieben ist. Der Parameter R2 dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von r2, der der Radius des Halteringes 282 ist. Der Parameter R3 dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von r3, der der Radius des Polierkissens 209 ist. Der Parameter R4 dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von r4, der der Radius der Kissenkonditionierungsscheibe 218 ist. Der Parameter GAP dient zur Eingabe (oder zum Setzen) des Wertes von xgap, der der Abstand zwischen dem Rand des Halteringes 282 und dem Rand der Kissenkonditionierungsscheibe 218 ist. Der Wert von h4 wird auf der Basis des Wertes von xgap neu berechnet.
  • Bei dem zweiten Steuersystem 2124, das in 40 gezeigt ist, gibt es eine zweite Kodiereinrichtung (nicht dargestellt) in der Kraftsteuerung 2302. Die zweite Kodiereinrichtung wird mit der Kodiereinrichtung 2156, die das die Stellung des Polierkissens 209 anzeigende Signal 2154 ausgibt, synchronisiert. Zum Zweck dieser Synchronisation wird der zweiten Kodiereinrichtung die aktuelle Stellung (in Kodierer-Zähleinheiten) durch einen Parameter POSEC eingegeben, und ein Parameter POSIN gibt diese Stellung in Zoll ein.
  • Die Bewegung des Polierkissens 209 sollte normalerweise innerhalb eines festgelegten Bereiches stattfinden. Der Bereich ist in den 1C-1 und 1E-1 gezeigt, in denen h3 beispielsweise im Bereich von r2 bis (r2 + r3) liegt. Die Parameter EC1 und EC2 setzen linke bzw. rechte Grenzwerte für die zweite Kodiereinrichtung. Die Parameter IN1 und IN2 dienen zur Eingabe oder zum Setzen solcher Grenzwerte in Zoll. Um einen Betrieb in dem Fall zu verhindern, dass diese Grenzwerte überschritten werden, definiert ein Parameter LIM den Wert eines maximalen Fehlers in der X-Stellung h3 entlang der X-Achse des Polierkopfes 202 relativ zu den linken und rechten Grenzwerten. Wenn der Wert von LIM überschritten wird, wird der Betrieb des Kissenbewegungssystems 2170 angehalten.
  • Die Parameter PWP, PRP und PPC werden verwendet, um die Drücke festzusetzen, die von dem Stellantrieb 2153W für die Waferhalterung 208, dem Stellantrieb 290 für den Haltering 282 bzw. dem Stellantrieb 2153C für den Scheibenkopf 220 erzeugt werden sollen. Der Parameter POW ist der Schlussparameter, der ausgegeben wird, um die Berechnung der auf die jeweiligen Stellantriebe 2153W, 290 und 2153C auszuübenden Kräfte durch die Kraftsteuerung 2302 einzuleiten. Die Parameter NOP und NOZ werden bei der Überwachung des Systems 2124 verwendet. Beispielsweise wird NOP für den Fall benutzt, dass es erforderlich ist, irgendeine der Berechnungen zu stoppen, ohne die Ausgabe zu ändern. NOZ wird benutzt, um sowohl irgendeine der Berechnungen zu stoppen als auch um alle Ausgaben auf null zu setzen.
  • Die Parameter V1, V2 und V3 werden bei der Verwaltung des Systems 2124 benutzt. Beispielsweise liefern diese Parameter für Testzwecke beispielhafte Spannungsstär ken, um die Stellantriebe 2153W, 290 und 2153C anzusteuern. Der Parameter QUI ist die Rückkehr zu DOS.
  • Die Kraftsteuerung 2302 ist so programmiert, dass sie den Befehlssatz 2320 liest und dass sie das Kontaktflächenprogramm 2180 und das Kraftprogramm 2184 verarbeitet. Zu diesem Zweck kann die Kraftsteuerung 2302 ein programmierbarer Signalprozessor (DSP) sein, wie er von Logosol, Inc. vertrieben wird, und pro Achse eine Datenverarbeitungskapazität haben, die ungefähr derjenigen eines Intel®-Prozessors der 486-Serie oder eines gleichwertigen Prozessors entspricht. Dieser DSP-Prozessor 2302 hat drei Achsen, was bedeutet, dass die drei Achsen zur gleichen Zeit TN verarbeitet werden können. Da die Kraftsteuerung 2302 ferner für die Verarbeitung der Daten bestimmt ist, die erforderlich sind, um die Kraftdaten 2186 auszugeben, die den Kräften FP-VW, FM und FP-C entsprechen (in 40 als FPW, FPR bzw. FPC dargestellt) und daher keine anderen Daten verarbeitet, muss der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 nicht die Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 benutzen, um die für die Ausgabe der Kraftdaten 2186 erforderlichen Daten zu verarbeiten. Im Ergebnis wird der Maschinenprozessor 2110-2 von der erheblichen Datenverarbeitungsbelastung befreit, der der Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 des ersten Steuersystems 2100 unterliegt, da er bei der zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität mit dem Prozessor 2108 in Konkurrenz steht. Es ist ferner zu erwarten, dass 0,25 Millisekunden ein typischer Gesamtwert der Zeitspanne für die Kraftsteuerung 2302 ist, um die Schritte 2176 und 2178 von 43 für die drei Achsen (Waferkraft FP-W und FP-R und FP-C) gleichzeitig durchzuführen. Im Vergleich hierzu ist zu erwarten, dass der Prozessor 2110 ungefähr 15 Millisekunden benötigen würde, um die gleichen Schritte 2176 und 2178 von 43 für jede der drei Achsen (Waferkraft FP-W und FP-R und FP-C) durchzuführen. Bei der großen Anzahl von MIPS (Millionen Instruktionen je Sekunde), die verwendet werden müssen, um die gleichen Schritte 2176 und 2178 von 43 für jede der drei Achsen und für jeden Zeitpunkt, zu dem diese Drücke geändert werden müssen, durchzuführen, ist die Einsparung einer schätzungsweise ungefähr 180 mal längeren Verarbeitungszeit sehr wichtig.
  • Den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, dass ein derartiger Zugang des Maschinensteuerungs-Prozessors 2110-2 zu ausreichend zur Verfügung stehender Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 der hauptsächliche Grund für die Verwendung der Kraftsteuerung 2302 ist, da eine derartige Steuerung 2302 hinsichtlich der Datenverarbeitungskapazität nicht von dem PC 2102 abhängig ist und da eine derartige Steuerung 2302 für die Abarbeitung der Schritte 2176 und 2178 (43) und für die Abarbeitung der ähnlichen Schritte 2200 und 2202 (44) bestimmt ist. Aus dem Vorstehenden ist ebenfalls zu erkennen, dass ein solcher Zugang in zweitrangiger Weise auf dem einmaligen Datentransfer der Initialisierungs-Datenfolge 2317 und des Befehlssatzes 2320 über die RS232-Schnittstelle 2304 basiert. Das System 2124 stellt daher weniger Anforderungen an die Datenverarbeitungskapazität des PCs 2102 als das System 2100, wodurch die Verarbeitung aller für die Durchführung der CMP-Zyklen des CMP-Verfahrens erforderlichen Schritte durch das O/S 2106 Vorrang erhält.
  • Es ist ersichtlich, dass das zweite Steuersystem 2124 Schritte eines Verfahrens durchführt, die den in den 43 und 44 gezeigten Schritten des Systems 2100 mit Ausnahme der Beschreibung unter Bezug auf 41, ähnlich sind. Während die Verarbeitung der CMP-Daten wie beschrieben vollständig in dem Maschinensteuerungs-Prozessor 2110 des Systems 2100 durchgeführt werden kann und während die Verarbeitung der CMP-Daten in dem System 2124 zwischen dem Maschinensteuerungs-Prozessor 2110-2 und der Kraftsteuerung 2302 wie beschrieben aufgeteilt wird, werden die Schritte 2176 und 2178 von 43 insbesondere in jedem der Systeme 2100 und 2124 durchgeführt. Diese Schritte 2176 und 2178 werden in ähnlicher Weise ebenfalls mehrmals mit Daten, die für den gerade abgearbeiteten Schritt aktuell sind, durchgeführt. Für die Schritte 2176 und 2178 umfassen die Eingabedaten daher beispielsweise wahrscheinlich unterschiedliche Werte des Rückkopplungssignals 2154, das der aktuellen Stellung des Kissens 209 relativ zu dem Wafer 206 oder zu der Scheibe 218 entspricht, sowie entsprechende Werte für die Druckdaten 2152. Beim Betrieb des zweiten Steuersystems 2124 können derartige Eingabedaten jede beliebige Situation, die beispielsweise unter Bezugnahme auf die 42A bis 42E beschrieben wurde, sowie andere CMP-Verfahrenssituationen darstellen.
  • Die 39 und 40 zeigen die Stellantriebe 2153W, 2153C und 290. Der Stellantrieb 290 ist oben in näheren Einzelheiten beschrieben und wird in Übereinstimmung mit den ausgegebenen Kraftdaten 2186 mit Druckluft versorgt. Jeder der Stellantriebe 2153W und 2153C kann den Darstellungen der 45 und 46 entsprechen. Der Einfachheit halber wird 45 unter Bezugnahme auf den Stellantrieb 2153W beschrieben. Um die Kraft zu liefern, die den Kraftdaten 2186 für den Wafer 206 entspricht, werden diese Kraftdaten 2186 einem Differenzverstärker 2340 zugeführt. Dem Differenzverstärker 2340 wird ebenfalls das Messzellensignal 264 von der Waferhalterung 208 zugeführt. Das Signal 264 entspricht der aktuellen auf die Halterung 208 wirkenden Kraft FP-WP. In dem Umfange, in dem diese Kraftdaten 2186 und das Signal 264 unterschiedlichen Kräften entsprechen, gibt der Verstärker 2340 ein Signal 2342 aus, das der Änderung der benötigten Kraft zum Zeitpunkt des abgearbeiteten Schrittes entspricht. Das Signal 2342 betätigt ein Ventil, beispielsweise ein Druckluftventil 2344, das an den gegenüberliegenden Seiten eines Kolbens eines Zylinders 2346 angeschlossen ist. Die Luft aus dem Ventil 2344 kann den Kolben (nicht dargestellt) des Zylinders 2346 in Abhängigkeit von dem Differenzsignal 2342 in eine von zwei Richtungen verschieben, um die Kraft FP-WP einzustellen. Die Messzelle 263 erfasst wiederum den eingestellten aktuellen Druck.
  • Obwohl der Stellantrieb 2153C der gleiche sein kann, wie unter Bezugnahme auf 45 beschrieben wurde, ist in 46 ein elektromagnetischer Stellantrieb 2153C gezeigt. Der elektromagnetische Stellantrieb 2153C kann anstelle des Stellantriebs 2153W verwendet werden und kann demjenigen entsprechen, der in dem US-Patent 6,083,082 vom 4. Juli 2000 offenbart wurde. Um beispielsweise die Kraft FP-CV zu liefern, die den Kraftdaten 2186 für die Scheibe 218 entsprechen, werden die entsprechenden Kraftdaten 2186 einem Differenzverstärker 2350 zugeführt. Dem Differenzverstärker 2350 wird ebenfalls das Messzellensignal 326 von der Messzelle 324 des Scheibenkopfes 220 zugeführt. Das Signal 326 entspricht der aktuellen auf den Kopf 220 wirkenden Kraft FP-CV. In dem Umfange, in dem diese Kraftdaten 2186 und das Signal 326 unterschiedlichen Kräften entsprechen, gibt der Verstärker 2350 ein Signal 2352 aus, das der Änderung der benötigten Kraft zum Zeitpunkt des ab gearbeiteten Schrittes entspricht. Das Signal 2352 betätigt eine Spule 2356 eines elektromagnetischen Motors 2354, der betätigt werden kann, um sich nach oben oder unten zu bewegen, wie in 46 gezeigt ist, um die Kraft FP-CV einzustellen. Die Messzelle 324 erfasst wiederum den eingestellten aktuellen Druck.
  • Die in 45 oder 46 gezeigte Anordnung kann für das Kissenbewegungssystem 2360 (40) vorgesehen sein. Der Kopf 202 kann daher entweder durch eine pneumatische oder eine elektromagnetische Einrichtung betrieben werden, um die beschriebene Kissenbewegung auszuführen.
  • 47 zeigt eine am stärksten bevorzugte Ausführungsform der Stellantriebe 2153W und 2153C. Obwohl in diesem Fall das Ventil 2344 für den in 45 gezeigten Verstärker 2340 verwendet werden kann, zeigt 47 eine andere Konstruktion des Luftzylinders, der als doppeltwirkender Rollmembranzylinder 2370 bezeichnet wird. Der Zylinder 2370 kann von der von Control Air gelieferten Art sein und hat ebenfalls eine Differenzdruckbetätigung über Druckeingangsöffnungen 2372 (für P1) und 2374 (für P2). Jede Öffnung 2372 und 2374 ist jeweils mit einer von zwei Rollmembranen 2376P1 und 2376P2 verbunden. Jede Membran 2376 hat einen Durchmesser mit einem Wert, der kleiner als der des Zylinders 2370 ist, und einen umgestülpten Abschnitt 2378. Jeder Abschnitt 2378 kann sich unter dem entsprechenden Druck P1 oder P2 weiter in sich zusammenfalten oder auseinander falten. Im Einzelnen, wenn der Druck P1 den Druck P2 übersteigt, entfaltet und verlängert sich der Abschnitt 2378P1, wodurch ein Kolben 2380 nach unten (in 47) gedrückt wird, um den gewünschten Druck in die eine Richtung zu liefern. Wenn der Druck P2 den Druck P1 übersteigt, entfaltet und verlängert sich der Abschnitt 2378P2, wodurch der Kolben 2380 nach oben (in 47) gedrückt wird, um den gewünschten Druck in die andere Richtung zu liefern. Zwischen dem Zylinder 2370 und der Stange des Kolbens 2380 ist ein lineares Lager 2382 angeordnet.
  • Bei der Verwendung des Zylinders 2370 anstelle des Zylinders 2346 in 45 zum Liefern der Kraft, die den Kraftdaten 2186 für den Wafer 206 entspricht, werden diese Kraftdaten 2186 dem Differenzverstärker 2340 zugeführt. Dem Differenzverstärker 2340 wird das Messzellensignal 264 von der Waferhalterung 208 zugeführt. In dem Umfange, in dem diese Kraftdaten 2186 und das Signal 264 unterschiedlichen Kräften entsprechen, gibt der Verstärker 2340 das Signal 2342 aus, das der Änderung der benötigten Kraft zum Zeitpunkt des abgearbeiteten Schrittes entspricht. Das Signal 2342 betätigt das Ventil 2344. Die Messzelle 263 erfasst wiederum den eingestellten aktuellen Druck.
  • ANHÄNGE A, B UND C
  • ANHANG A
  • VARIABLEN, DIE ZUM BESTIMMEN DES DRUCKES ALS FUNKTION DER KONTAKTFLÄCHE VERWENDET WERDEN
    • 1. h1-Wert. Standardwert 0.2
    • 2. h2-Wert. Standardwert 0.
    • 3. r1-Wert. Standardwert 3,937008 Zoll (100 mm).
    • 4. r2-Wert, Neuberechnung von h4. Standardwert 4,75 Zoll (120,65 mm).
    • 5. r3-Wert. Standardwert 4,75 Zoll.
    • 6. r4-Wert, Neuberechnung von h4. Standardwert 4,75 Zoll.
    • 7. Xgap-Wert, Neuberechnung von h4. Standardwert 0,1 Zoll (2,54 mm).
    • 8. Wert von Pwp. Standardwert 10.
    • 9. Wert von Prp. Standardwert 10.
    • 10. Wert von Ppc. Standardwert 10.
    • 11. Aktueller Wert von Fwp. Standardwert 0.
    • 12. Aktueller Wert von Frp. Standardwert 0.
    • 13. Aktueller Wert von Fpc. Standardwert 0.
    • 14. Schaltet die Berechnung der Kräfte ein.
    • 15. Schaltet die Berechnung der Kräfte aus. Ändert nicht die Ausgabewerte.
    • 16. Schaltet die Berechnung der Kräfte aus und setzt alle Ausgabewerte auf V0 (0 V Gleichstrom).
  • ANHANG B
  • Befehlssatz
    • 1. H1 – Eingabe oder Setzen des h1-Wertes. Standardwert 0.
    • 2. H2 – Eingabe oder Setzen des h2-Wertes. Standardwert 0.
    • 3. R1 – Eingabe oder Setzen des r1-Wertes. Standardwert 3,937008 Zoll (100 mm).
    • 4. R2 – Eingabe oder Setzen des r2-Wertes und Neuberechnung von h4. Standardwert 4,75 Zoll.
    • 5. R3 – Eingabe oder Setzen des r3-Wertes. Standardwert 4,75 Zoll.
    • 6. R4 – Eingabe oder Setzen des r4-Wertes und Neuberechnung von h4. Standardwert 4,75 Zoll.
    • 7. GAP – Eingabe oder Setzen des Xgap-Wertes und Neuberechnung von h4. Standardwert 0,1 Zoll.
    • 8. POSEC – Eingabe der aktuellen Position in Kodierer-Zähleinheiten.
    • 9. POSIN – Eingabe der aktuellen Position in Zoll.
    • 10. EC1 – Eingabe oder Setzen der linken Begrenzung für die Kodiereinrichtung.
    • 11. EC2 – Eingabe oder Setzen der rechten Begrenzung für die Kodiereinrichtung.
    • 12. LIM – maximaler Fehler in Kodierer-Zähleinheiten unter EC1 oder über EC2.
    • 13. IN1 – Eingabe oder Setzen der linken Begrenzung in Zoll (entspricht EC1). Standardwert 4,75 Zoll.
    • 14. IN2 – Eingabe oder Setzen der rechten Begrenzung in Zoll (entspricht EC2).
    • 15. WP1 – Eingabe oder Setzen des Wertes von Fwp, der 0 V Gleichstrom entspricht. Standardwert 0.
    • 16. WP2 – Eingabe oder Setzen des Wertes von Fwp, der 10 V Gleichstrom entspricht. Standardwert Fwp (Pwp = 10, h3 = r2).
    • 17. RP1 – Eingabe oder Setzen des Wertes von Frp, der 0 V Gleichstrom entspricht. Standardwert 0.
    • 18. RP2 – Eingabe oder Setzen des Wertes von Frp, der 10 V Gleichstrom entspricht. Standardwert Frp (Prp = 10, h3 = r2).
    • 19. PC1 – Eingabe oder Setzen des Wertes von Fpc, der 0 V Gleichstrom entspricht. Standardwert 0.
    • 20. PC2 – Eingabe oder Setzen des Wertes von Fpc, der 10 V Gleichstrom entspricht. Standardwert Fpc (Ppc = 10, h3 = r2 + r1).
    • 21. PWP – Eingabe oder Setzen des Wertes von Pwp. Standardwert 10.
    • 22. PRP – Eingabe oder Setzen des Wertes von Prp. Standardwert 10.
    • 23. PPC – Eingabe oder Setzen des Wertes von Ppc. Standardwert 10.
    • 24. FWP – Eingabe des aktuellen Wertes von Fwp. Standardwert 0.
    • 25. FRP – Eingabe des aktuellen Wertes von Frp. Standardwert 0.
    • 26. FPC – Eingabe des aktuellen Wertes von Fpc. Standardwert 0.
    • 27. V0 – Eingabe oder Setzen der minimalen Ausgangspannung. Standardwert 0800h (0 V Gleichstrom).
    • 28. V10 – Eingabe oder Setzen der maximalen Ausgangspannung. Standardwert Offfh (10 V Gleichstrom).
    • 29. POW – schaltet die Berechnung der Kräfte ein.
    • 30. NOP – schaltet die Berechnung der Kräfte aus. Ändert nicht die Ausgabewerte.
    • 31. NOZ – schaltet die Berechnung der Kräfte aus und setzt alle Ausgabewerte auf V0 (0 V Gleichstrom).
    • 32. V1 – Ausgabe eines gegebenen Wertes in Volt an die erste Platine. Arbeitet nur, wenn die Berechnungen der Kräfte ausgeschaltet sind.
    • 33. V2 – Ausgabe eines gegebenen Wertes in Volt an die zweite Platine. Arbeitet nur, wenn die Berechnungen der Kräfte ausgeschaltet sind.
    • 34. V3 – Ausgabe eines gegebenen Wertes in Volt an die dritte Platine. Arbeitet nur, wenn die Berechnungen der Kräfte ausgeschaltet sind.
    • 35. QUI – kehrt zu DOS zurück.
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  • Obwohl die vorstehend erläuterte Erfindung zum Zwecke der Klarheit des Verständnisses in gewissen Einzelheiten beschrieben wurde, ist offensichtlich, dass bestimmte Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfanges der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können. Demgemäss sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele als beschreibend und nicht als beschränkend anzusehen, und die Erfindung soll nicht auf die hier beschriebenen Einzelheiten beschränkt werden, sondern kann im Umfang und innerhalb der gleich wirkenden Ausführungsformen der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims (16)

  1. Datenverarbeitungsvorrichtung zum Steuern eines Druckes, der auf Kontaktflächen zwischen einem Wafer und einem Polierkissen während eines Arbeitsschrittes bei chemisch-mechanischen Poliervorgängen ausgeübt werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – einen ersten Prozessor, der so programmiert ist, dass er Druckdaten liefert, die dem auf die Kontaktflächen auszuübenden Druck während eines Polierschrittes entsprechen; und – einen zweiten Prozessor, der so programmiert ist, dass er Daten verarbeitet, die einer Bewegung des Wafers relativ zu dem Kissen in sich überlappenden Kontaktstellungen entsprechen, um Flächendaten zu liefern, die einem Wert der Kontaktfläche zwischen dem Wafer und dem Kissen in den sich überlappenden Stellungen entsprechen; – wobei der zweite Prozessor ferner so programmiert ist, dass er die Flächendaten und die Druckdaten verarbeitet, um Kraftdaten zu liefern, die der auf die Kontaktflächen während des Polierschrittes auszuübenden Kraft entsprechen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Prozessor eine Datenverarbeitungskapazität hat, die für eine Echtzeit-Steuerung des Druckes ausreichend ist, der auf die Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auszuüben ist, wobei das Ausreichen der Datenverarbeitungskapazität entsprechend den Werten der Druckänderung, der Geschwindigkeit, mit der sich der Druck ändert, der Frequenz der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in die sich überlappenden Stellungen, der Geschwindigkeit der Relativbewegung und den Verarbeitungspunkten, die zeitunabhängige Vorgänge während des chemisch-mechanischen Polierens beschreiben, bestimmt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Prozessor so programmiert ist, dass er nur die Daten, die der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in die sich überlappenden Kontaktstellungen entsprechen, um die Flächendaten zu liefern, die dem Wert der Kontaktfläche zwischen dem Wafer und dem Kissen in den sich überlappenden Stellungen entsprechen, und die Flächendaten und die Druckdaten verarbeitet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sowohl der Wafer als auch das Kissen als Scheibe ausgebildet sind, wobei die entsprechenden Kontaktflächen in Form von Kreisradien definiert werden, und bei der: – die Programmierung des zweiten Prozessors mögliche sich überlappende Kontaktflächen der Kreise des Wafers und des Kissens in Form einer einzigen Variablen definiert, wobei die Variable die Position des Wafers relativ zum Kissen ist; und – die Programmierung des zweiten Prozessors ferner die Kraft in Form von Daten definiert, die nur dem Wert der Kontaktflächen und des Druckes entsprechen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der es eine Folge von Daten gibt, die der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in aufeinander folgenden sich überlappenden Stellungen entspricht, wobei die Folge durch Bewegungsdatenwerte wiedergegeben wird, und bei der es einen Druckdatenwert gibt, der jeweils einem der Bewegungsdatenwerte entspricht, und bei der: – der erste Prozessor so programmiert ist, dass er jede Folge von Datenwerten der Bewegungsdaten verarbeitet; – der erste Prozessor so programmiert ist, dass er dem zweiten Prozessor jeweils einen Bewegungsdatenwert zuführt, wobei der eine Bewegungsda tenwert zusammen mit allen Druckdatenwerten zugeführt wird, die diesem einen Bewegungsdatenwert entsprechen; und – der zweite Prozessor so programmiert ist, dass er gleichzeitig den einen Bewegungsdatenwert und die entsprechenden Druckdatenwerte verarbeitet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein erster Druck, der während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auf eine erste der Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen ausgeübt werden soll, gesteuert wird, wobei der erste Druck gemäß Kraftdaten, die den Wert der auf die ersten Kontaktflächen auszuübenden Kräfte spezifizieren, ausgeübt wird, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: – ein Antriebssystem, das geeignet ist, eine Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in die sich überlappenden Stellungen zu bewirken; – wobei der erste Prozessor ferner so programmiert ist, dass er Poliervorgangsdaten verarbeitet, um die chemisch-mechanischen Poliervorgänge zu spezifizieren, wobei die Poliervorgangsdaten einen Befehl an das Antriebssystem umfassen, um die Relativbewegung zu bewirken, wobei die Poliervorgangsdaten ferner dem Druck entsprechen, der auf die ersten Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen auszuüben ist; – wobei die Vorrichtung ferner eine Rückkopplungsschaltung aufweist, um Ausgangssignale zu liefern, die Schrittweiten der Relativbewegungen entsprechen; – wobei der zweite Prozessor von dem ersten Prozessor getrennt ist, und wobei der zweite Prozessor sowohl auf die Druckdaten als auch auf die Ausgangssignale, die der aktuellen Relativbewegung entsprechen, anspricht, wobei der zweite Prozessor nacheinander ein Kontaktflächenprogramm und ein Kraftprogramm verarbeitet, um die Kraftdaten zu liefern, die der Kraft entsprechen, die auf eine der ersten Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Kissen auszuüben ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Prozessor die Kraftdaten in zwei Stufen liefert, wobei eine erste Stufe auf die Ausgangssignale anspricht, um Flächendaten zu liefern, die einem Wert der Kontaktflächen entsprechen, und eine zweite Stufe auf die Druckdaten und auf die Flächendaten anspricht, so dass die Kraftdaten geliefert werden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: – eine Halterung für den Wafer, wobei die Halterung eine lineare Lageranordnung aufweist, die einem Bestreben des Wafers als Reaktion auf die Kraft zu kippen, Widerstand leistet, wobei die Anordnung ferner einen Sensor umfasst, der auf der linearen Lageranordnung in einer Position befestigt ist, so dass er die auf die Kontaktfläche wirkende Kraft erfassen kann, wobei der Sensor eine genaue Angabe der Größe der Kraft liefert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Haltering zum Ausrichten des Wafers vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung ferner einen zweiten Druck steuert, der auf zweite Kontaktflächen zwischen dem Ring und dem Kissen ausgeübt werden soll, wobei die Relativbewegung eine Bewegung des Ringes relativ zum Kissen verursacht, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: – der erste Prozessor ist ferner so programmiert, dass er zweite Druckdaten liefert, die einem Wert des zweiten Druckes entsprechen; und – der zweite Prozessor spricht ferner auf die zweiten Druckdaten und auf Ausgangssignale an, die der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen entsprechen, wobei der zweite Prozessor ferner so programmiert ist, dass er nacheinander ein Kontaktflächenprogramm und ein Kraftprogramm verarbeitet, um zweite Kraftdaten zu liefern, die einer Kraft entsprechen, die auf die zweiten Kontaktflächen zwischen dem Ring und dem Kissen auszuüben ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem eine Kissenkonditionierungsscheibe zum Konditionieren des Kissens vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung ferner einen zweiten Druck steuert, der auf die zweiten Kontaktflächen zwischen der Schei be und dem Kissen ausgeübt werden soll, wobei die Relativbewegung eine Bewegung der Scheibe relativ zum Kissen verursacht, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: – der erste Prozessor verarbeitet ferner zweite Druckdaten, die einem Wert des zweiten Druckes entsprechen; – der zweite Prozessor spricht ferner auf die zweiten Druckdaten und auf Ausgangssignale an, die der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen entsprechen, wobei der zweite Prozessor ferner nacheinander ein Kontaktflächenprogramm und ein Kraftprogramm verarbeitet, so dass zweite Kraftdaten geliefert werden, die der Kraft entsprechen, die auf die zweiten Kontaktflächen zwischen der Scheibe und dem Kissen auszuüben ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der aufrechtzuerhaltende Druck ein konstanter Druck ist, der bei chemisch-mechanischen Poliervorgängen auf die jeweilige Kontaktfläche zwischen dem Wafer und dem Polierkissen auszuüben ist, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: – einen Antrieb, um eine Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in verschiedene sich überlappende Stellungen zu bewirken; – ein Kraft ausübendes System, um den Wafer und das Kissen aufeinander zu drücken, so dass in jeder der verschiedenen sich überlappenden Stellungen die jeweiligen Kontaktflächen in Kontakt miteinander stehen und verschiedene Werte haben, wobei das System in der Lage ist, verschiedene Kräfte für das Aufeinanderdrücken zu liefern; – eine Rückkopplungsschaltung zum Liefern von ersten und zweiten Datenwerten der Relativbewegung, die jeweils ersten und zweiten Schrittweiten der Relativbewegung entsprechen, wobei sich die ersten und die zweiten Schrittweiten zu unterschiedlichen ersten und zweiten Zeitpunkten ergeben; – wobei der erste Prozessor so programmiert ist, dass er erste Positionsdaten als Reaktion auf die ersten Datenwerte der Relativbewegung berechnet und die ersten Positionsdaten der aktuellen Relativbewegung zum ersten Zeitpunkt entsprechen, wobei der erste Prozessor ferner so program miert ist, dass er zweite Positionsdaten als Reaktion auf die zweiten Datenwerte der Relativbewegung berechnet und die zweiten Positionsdaten der aktuellen Relativbewegung zum zweiten Zeitpunkt entsprechen, wobei die Programmierung des ersten Prozessors Druckdaten liefert und es sich bei den Druckdaten um diejenigen handelt, die dem aufrechtzuerhaltenden konstanten Druck entsprechen; und – wobei der zweite Prozessor vom ersten Prozessor getrennt ist und der zweite Prozessor so programmiert ist, dass er die ersten Positionsdaten in erste Flächendaten derjenigen Flächendaten umwandelt, die dem Wert der ersten Kontaktfläche zum ersten Zeitpunkt entsprechen, wobei der zweite Prozessor ferner so programmiert ist, dass er die ersten Flächendaten und die Druckdaten verarbeitet, um erste Kraftdaten derjenigen Kraftdaten auszugeben, die einer auf die erste Kontaktfläche während des ersten Zeitpunktes auszuübenden ersten Kraft entsprechen; – wobei das Kraft ausübende System auf die ersten Kraftdaten anspricht, um den Wafer und das Kissen mit der ersten Kraft aufeinander zu drücken, um den konstanten Druck auf die erste Kontaktfläche zum ersten Zeitpunkt zu liefern; – wobei der zweite Prozessor ferner so programmiert ist, dass er die zweiten Positionsdaten in zweite Flächendaten derjenigen Flächendaten umwandelt, die dem Wert der zweiten Kontaktfläche zum zweiten Zeitpunkt entsprechen, wobei der zweite Prozessor ferner so programmiert ist, dass er die zweiten Flächendaten derjenigen Flächendaten und die Druckdaten verarbeitet, um zweite Kraftdaten derjenigen Kraftdaten auszugeben, die einer auf die zweite Kontaktfläche zum zweiten Zeitpunkt auszuübenden zweiten Kraft entsprechen; – wobei der zweite Prozessor auf die zweiten Kraftdaten anspricht, um den Wafer und das Kissen mit der zweiten Kraft aufeinander zu drücken, um den konstanten Druck auf die zweite Kontaktfläche zum ersten Zeitpunkt zu liefern.
  12. Verfahren zum Steuern eines Druckes, der bei chemisch-mechanischen Poliervorgängen auf Kontaktflächen zwischen einem Wafer und einem Polierkissen ausgeübt werden soll, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Vorsehen eines ersten Prozessors zur Eingabe von Druckdaten, die dem auf die Kontaktflächen auszuübenden Druck während eines Polierschrittes entsprechen; – Vorsehen eines separaten Prozessors zusätzlich zum ersten Prozessor, um nur drei Arten von Daten zu verarbeiten, wobei die eine Datenart diejenigen Daten umfasst, die der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in sich überlappende Kontaktstellungen entsprechen, wobei die Druckdaten die zweite Datenart darstellen; – Verwendung des separaten Prozessors zum Berechnen von Flächendaten, die einem Wert der Kontaktfläche zwischen dem Wafer und dem Kissen in den sich überlappenden Stellungen entsprechen, wobei die Flächendaten die dritte Datenart darstellen; und – Verwendung des separaten Prozessors zum Verarbeiten der Flächendaten und der Druckdaten, um Kraftdaten zu berechnen, die der Kraft entsprechen, die auf die Kontaktflächen während des Polierschrittes auszuüben ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren ferner einen Wert der zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität des separaten Prozessors ermittelt, der die Daten verarbeitet, um einen auf die Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auszuübenden Druck zu steuern, wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfasst: – Kennzeichnen von Schritten der chemisch-mechanischen Poliervorgänge gemäß der zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität, die für eine Echtzeit-Verarbeitung des jeweiligen Schrittes mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend ist, den auszuübenden Druck während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auf die jeweiligen Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen zu steuern, erforderlich ist, wobei die Kennzeichnung sich wenigstens auf die Merkmale eines der folgenden Schritte bezieht: – Werte der Druckänderungen oder der Geschwindigkeit der Druckänderungen oder die Frequenz der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in die sich überlappenden Stellungen oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung; und – dies jeweils für jedes des wenigstens einen Merkmals, – Bestimmen eines Wertes der zur Verfügung stehenden Datenverarbeitungskapazität des separaten Prozessors, die für die Echtzeit-Verarbeitung der jeweiligen Schrittdaten erforderlich ist, um den auf die Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen während des entsprechenden Schrittes bei den chemisch mechanischen Poliervorgängen auszuübenden Druck steuern zu können.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Datenverarbeitung durch Eingabe von Druckdaten vorgenommen wird, die dem auf die Kontaktflächen während eines Polierschrittes auszuübenden Druck entsprechen, und bei dem der Vorgang durchgeführt wird, einen Wert unter Bezugnahme auf den separaten Prozessor zu bestimmen, der nur die drei Arten von Daten verarbeitet, und – wobei der Vorgang des Bestimmens eines Wertes ferner unter Bezugnahme auf den separaten Prozessor, der die Flächendaten berechnet, durchgeführt wird, worauf die Flächendaten und die Druckdaten verarbeitet werden, um die Kraftdaten zu berechnen, die der Kraft entsprechen, die auf die Kontaktflächen während des Polierschrittes der Arbeitsfolge auszuüben ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Prozessor eine begrenzte Datenverarbeitungskapazität hat und Daten für Kriterien geliefert werden, die angeben, ob der zweite Prozessor geeignet ist, Echtzeit-Datenverarbeitung mit einer Geschwindigkeit durchzuführen, die ausreichend ist, um den Druck zu steuern, der während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auf die Kontakt flächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen auszuüben ist, wobei die Kriterien die Werte der Druckänderungen, die Geschwindigkeit der Druckänderung, die Frequenz der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in die sich überlappenden Stellungen und die Geschwindigkeit der Relativbewegung umfassen.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine Bestimmung vorgenommen wird, ob der erste oder der separate Prozessor für die Verarbeitung der Daten zum Steuern des bei den chemisch-mechanischen Poliervorgängen auf die Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen auszuübenden Druckes verwendet wird, wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfasst: – Vorsehen von wenigstens einem Grenzwert für die zur Verfügung stehende Datenverarbeitungskapazität, die angibt, ob der erste oder der separate Prozessor geeignet ist, eine Echtzeit-Datenverarbeitung mit einer Geschwindigkeit durchzuführen, die ausreichend ist, um den auf die Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auszuübenden Druck zu steuern, wobei der wenigstens eine Grenzwert der Datenverarbeitungskapazität auf wenigstens einem der nachfolgenden Merkmale basiert: Werte der Druckänderung oder die Geschwindigkeit der Druckänderung oder die Frequenz der Bewegung des Wafers relativ zum Kissen in die sich überlappenden Stellungen oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung; und – Auswählen des separaten Prozessors bei ausreichender zur Verfügung stehender Datenverarbeitungskapazität für die Echtzeit-Verarbeitung der Daten zum Steuern des Druckes, der auf die Kontaktflächen zwischen dem Wafer und dem Polierkissen während der chemisch-mechanischen Poliervorgänge auszuüben ist, deren Merkmale die höchste zur Verfügung stehende Datenverarbeitungskapazität erfordern.
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