KR20030048407A - Cmp apparatus and methods to control the tilt of the carrier head, the retaining ring and the pad conditioner - Google Patents
Cmp apparatus and methods to control the tilt of the carrier head, the retaining ring and the pad conditioner Download PDFInfo
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Abstract
CMP 시스템은 웨이퍼 또는 조절 퍽용의 캐리어에 가해진 편심력의 반복 가능한 측정을 달성한다. 캐리어에 가해진 힘은 이 힘이 캐리어에 편심적으로 가해지더라도 정확하게 측정될 수 있다. 회전 축선과 캐리어 축선(212) 사이의 초기 동축 관계가 편심력(FP-W)이 가해지는 동안에도 유지되어, 센서(263)가 편심력의 반복 가능한 측정을 이룰 수 있도록 되어 있으며, 캐리어(208)는 웨이퍼 또는 퍽 캐리어일 수도 있다. 이러한 초기 동축 관계는 캐리어(208)와 센서(263)의 사이에 장착된 선형 베어링 조립체(232)에 의해 유지된다. 선형 베어링 조립체는 별개의 선형 베어링 조립체들의 어레이로서 제공되어 있으며, 그 각각의 별개의 선형 베어링 조립체는 캐리어에 의해 운반되는 퍽 또는 웨이퍼와 무관한 직경을 갖는 크기로 형성된다. 선형 베어링 조립체는 리테이너 링(282)과 조립될 수도 있다.The CMP system achieves a repeatable measurement of the eccentric force applied to the carrier for the wafer or control puck. The force applied to the carrier can be accurately measured even if this force is applied eccentrically to the carrier. The initial coaxial relationship between the rotational axis and the carrier axis 212 is maintained even while the eccentric force FP-W is applied so that the sensor 263 can make repeatable measurements of the eccentric force, and the carrier 208 ) May be a wafer or puck carrier. This initial coaxial relationship is maintained by the linear bearing assembly 232 mounted between the carrier 208 and the sensor 263. The linear bearing assembly is provided as an array of separate linear bearing assemblies, each discrete linear bearing assembly being formed to a size having a diameter independent of the puck or wafer carried by the carrier. The linear bearing assembly may be assembled with the retainer ring 282.
Description
반도체 장치의 제조에 있어서는, 폴리싱(polishing), 버핑(buffing) 및 웨이퍼 세척을 포함하는 CMP 작동을 수행할 필요가 있다. 예를 들어, 통상의 반도체 웨이퍼는 실리콘으로 제조될 수도 있으며, 직경이 200mm 또는 300mm인 디스크일 수도 있다. 설명의 용이성을 위해, 용어 "웨이퍼(wafer)"가 이하에 설명을 위해 사용되고 있는데, 이러한 웨이퍼에는 전자 또는 전기 회로를 지지하도록 사용되는 반도체 기재나 다른 평면상 구조체 및 반도체 웨이퍼가 포함된다.In the manufacture of semiconductor devices, there is a need to perform CMP operations including polishing, buffing and wafer cleaning. For example, a conventional semiconductor wafer may be made of silicon and may be a disk having a diameter of 200 mm or 300 mm. For ease of explanation, the term “wafer” is used for the description below, which includes semiconductor substrates or other planar structures and semiconductor wafers used to support electronic or electrical circuits.
통상적으로, 집접 회로 장치는 이러한 웨이퍼 상에 제조되는 다중-레벨 구조체의 형태를 갖고 있다. 웨이퍼의 레벨에 확산 영역을 갖는 트랜지스터 장치가 형성되어 있으며, 후속 레벨에 중간접속 금속화 배선이 패턴화되어 트랜지스터 장치에 전기적으로 접속되어 소망하는 기능을 갖는 장치를 형성하고 있다. 패턴화된 전도성 층이 유전체 재료에 의해 다른 전도성 층으로부터 절연되어 있다. 금속화 레벨과 관련 유전체 층이 보다 많이 형성될수록, 유전체 재료를 평탄화시킬 필요성도 증가된다. 평탄화없이는, 추가의 금속화 층의 제조가 표면 지형의 변화도가 높아짐으로 인해 실질적으로 보다 어려워지게 된다. 다른 용례에서는, 금속화 배선 패턴이 유전체 재료에 형성되고 과잉 금속화 배선을 제거하도록 금속 CMP 작동이 수행된다.Typically, integrated circuit devices have the form of multi-level structures fabricated on such wafers. A transistor device having a diffusion region is formed at the level of the wafer, and an intermediate interconnect metallization wiring is patterned at a subsequent level to be electrically connected to the transistor device to form a device having a desired function. The patterned conductive layer is insulated from other conductive layers by dielectric material. The more metallization levels and associated dielectric layers are formed, the greater the need to planarize the dielectric material. Without planarization, the manufacture of additional metallization layers becomes substantially more difficult due to the high degree of change in surface topography. In other applications, metallization wiring patterns are formed in the dielectric material and metal CMP operations are performed to remove excess metallization wiring.
종래 기술에서는, CMP 시스템이 통상 벨트, 패드 또는 브러쉬가 웨이퍼의 일면 또는 양면을 스크러빙, 버핑 및 폴리싱하도록 사용되는 벨트, 궤도 또는 브러쉬 스테이션을 제공한다. 이러한 유형의 CMP 작동이 수행됨에 따라, 슬러리와 같은 소정 재료가 CMP 작동을 촉진 및 강화하도록 사용된다. 예를 들어, 슬러리가 가장 일반적으로 이동 준비 표면, 예를 들어 벨트, 패드, 브러쉬 등에 주입되어, 버핑, 폴리싱되는 또는 다시 말해 CMP 공정에 의해 준비되는 반도체 웨이퍼의 표면 뿐만 아니라 준비 표면 위에 분배된다. 이러한 분배는 준비 표면의 이동, 반도체 웨이퍼의 이동 및 반도체 웨이퍼와 준비 표면 사이에 생성된 마찰이 종합적으로 작용하여 달성된다.In the prior art, CMP systems typically provide a belt, track or brush station where a belt, pad or brush is used to scrub, buff and polish one or both sides of the wafer. As this type of CMP operation is performed, certain materials, such as slurries, are used to promote and enhance CMP operation. For example, the slurry is most commonly injected onto a moving preparation surface, such as a belt, pad, brush, etc., and distributed over the preparation surface as well as the surface of the semiconductor wafer that is buffed, polished, or in other words prepared by a CMP process. This distribution is achieved by the combination of movement of the preparation surface, movement of the semiconductor wafer, and the friction created between the semiconductor wafer and the preparation surface.
통상의 CMP 시스템에서, 웨이퍼는 그 표면이 노출된 채로 캐리어 상에 장착된다. 캐리어와 웨이퍼는 동일한 회전 방향으로 회전된다. CMP 공정은 예를 들어, 회전하고 있는 웨이퍼의 노출면과 연마 헤드가 힘을 받아 서로를 향해 추진되는 경우, 그리고 그 노출면과 연마 패드가 연마 패드 방향으로 회전 또는 이동되는 경우 달성될 수 있다. 일부 CMP 공정에서는 회전 웨이퍼가 연마 패드에 의해 연마되는 동안 상당량의 힘이 사용될 것을 필요로 한다.In a typical CMP system, a wafer is mounted on a carrier with its surface exposed. The carrier and the wafer are rotated in the same direction of rotation. The CMP process can be achieved, for example, when the exposed surface of the rotating wafer and the polishing head are pushed toward each other under force, and when the exposed surface and the polishing pad are rotated or moved in the direction of the polishing pad. Some CMP processes require a significant amount of force to be used while the rotating wafer is polished by the polishing pad.
보통, CMP 시스템에 사용되는 연마 패드는 다공성 또는 섬유상 재료로 구성된다. 그러나, 일부 CMP 시스템에서는 연마 패드가 그 표면 전체에 걸쳐 고정 연마 입자를 함유할 수도 있다. 사용된 연마 패드의 형태에 따라, 슬러리는 수산화암모늄과 같은 수성 용액으로 구성될 수도 있으며, 또는 연마성 입자가 분산되어 함유되어 있는 탈이온수가 연마 패드에 도포되어 연마 패드와 웨이퍼의 노출면 사이에 연마성 화학 용액을 생성할 수도 있다.Usually, polishing pads used in CMP systems consist of porous or fibrous materials. However, in some CMP systems, the polishing pad may contain fixed abrasive particles throughout its surface. Depending on the type of polishing pad used, the slurry may consist of an aqueous solution, such as ammonium hydroxide, or deionized water containing abrasive particles dispersed therein is applied to the polishing pad between the polishing pad and the exposed surface of the wafer. It is also possible to produce abrasive chemical solutions.
이러한 통상의 CMP 시스템을 사용할 경우 몇가지 문제점에 당면하게 될 수도 있다. 그 중 한가지 문제로, CMP 시스템이 웨이퍼의 가장자리를 그 웨이퍼의 다른 영역과 상이한 속도로 연마하는 경우 유발되는 "에지 영향(edge effect)"를 들 수 있다. 이 에지 영향은 웨이퍼의 노출면 상의 균일하지 않은 프로파일을 특징으로 한다. 에지 영향과 관련된 문제는 두가지 극명한 범주로 분류될 수 있다. 그 제1 범주는 웨이퍼의 에지와 연마 패드의 초기 접촉으로부터 초래되는 이른바 "패드 반동 영향(pad rebound effect)"에 관한 것이다. 연마 패드가 초기에 웨이퍼의 에지와 접촉하는 경우, 웨이퍼의 에지가 패드에 의해 반동되어(또는 튀어오르게 되어), 패드가 물결 형태를 가질 수도 있다. 이러한 물결 형상은 웨이퍼의 노출면 상에 균일하지 않은 프로파일을 생성할 수도 있다.When using such a conventional CMP system, some problems may be encountered. One problem is the "edge effect" caused when a CMP system polishes the edge of a wafer at a different speed than other areas of the wafer. This edge effect is characterized by a non-uniform profile on the exposed surface of the wafer. Problems related to edge effects can be classified into two distinct categories. The first category relates to the so-called "pad rebound effect" resulting from the initial contact of the polishing pad with the edge of the wafer. When the polishing pad initially contacts the edge of the wafer, the edge of the wafer may be recoiled (or bounced) by the pad, such that the pad may have a wavy shape. Such wavy shape may produce non-uniform profiles on the exposed surface of the wafer.
제2 범주는 "번-오프(burn-off) 영향"이다. 이 번-오프 영향은 웨이퍼의 날카로운 에지가 연마 패드의 표면과 접촉함에 따라 과도하게 연마되는 경우 발생한다. 이것은 패드의 표면이 웨이퍼의 노출면의 상당히 작은 접촉 면적(에지 접촉 지대로서 규정된)에 힘을 가한 결과 상당한 크기의 압력이 웨이퍼의 에지에 가해지기 때문에 일어난다. 번-오프 영향의 결과, 얻어진 연마된 웨이퍼의 에지는 에지 영역이 실리콘 장치의 제조에 사용 불가능해지도록 만드는 번 링(burn ring)의 형태를 나타낸다.The second category is "burn-off effect." This burn-off effect occurs when the sharp edges of the wafer are excessively polished as they contact the surface of the polishing pad. This occurs because the surface of the pad exerts a force on a fairly small contact area (defined as edge contact zone) of the exposed surface of the wafer, resulting in a significant amount of pressure being applied to the edge of the wafer. As a result of the burn-off effect, the edge of the polished wafer obtained exhibits the form of a burn ring that makes the edge region unusable for the manufacture of the silicon device.
통상의 CMP 시스템의 또다른 단점으로는, 소망하는 마감 층 프로파일을 따라 웨이퍼의 표면을 연마할 수 없다는 것이다. 보통, 웨이퍼의 노출면은 일부 제조 과정을 거치면서 그 중심 영역의 두께가 상이해지며 또한 에지로 갈수록 두께가 변화하기가 쉽다. 통상의 전형적인 CMP 시스템에서는 패드 표면이 웨이퍼의 전체 노출면을 덮고 있다. 이러한 패드 표면은 웨이퍼의 노출면의 이른바 "마감층" 부분에 힘을 가하도록 설계되어 있다. 그 결과, 모든 마감층 영역은 마감층이 거의 평평해질 때까지 연마된다. 따라서, 패드의 표면이 마감층의 물결 모양 프로파일에 상관없이 마감층을 연마하므로, 마감층의 두께가 불균일해지게 된다. 일부 회로의 제조 용례에서는, 작업 장치를 구축하기 위하여 재료의 소정 두께가 유지될 것을 필요로 한다. 예를 들어, 마감층이 유전체 층인 경우, 그 내부에 금속 배선과 전도체를 형성하기 위해서는 소정 두께가 요구된다.Another disadvantage of conventional CMP systems is the inability to polish the surface of the wafer along the desired finish layer profile. Normally, the exposed surface of the wafer undergoes some fabrication processes and the thickness of its central area is different, and the thickness tends to change toward the edge. In a typical typical CMP system, the pad surface covers the entire exposed surface of the wafer. This pad surface is designed to exert a force on the so-called "finish layer" portion of the exposed surface of the wafer. As a result, all finish layer areas are polished until the finish layer is nearly flat. Thus, the surface of the pad polishes the finish layer regardless of the wavy profile of the finish layer, resulting in non-uniform thickness of the finish layer. Some circuit manufacturing applications require that a certain thickness of material be maintained in order to build a working device. For example, when the finish layer is a dielectric layer, a predetermined thickness is required to form metal wires and conductors therein.
종래의 CMP 작동에 있어서의 이러한 문제점들과, 에지 영향, 패드 반동 영향 및 에지 번-오프 영향을 거의 배제하는 한편 구체적으로 지정된 웨이퍼 영역의 정확한 제어 연마를 가능하게 하는 CMP 시스템을 위한 CMP 기술 분야에 아직 미해결이 채로 남아 있는 사항들에 대해서는 본 출원의 양수인에게 양도된 서브애퍼츄어 화학기계연마 시스템(Subaperture Chemical Mechanical Polishing System)에 대한 2000년 8월 22일자로 출원된 출원 번호 제09/644,135호의 관련 미국 특허 출원("관련 출원")에서 논의되고 있다. 이 관련 출원의 명세서, 청구의 범위 및 도면이 본 출원에 참조를 위해 포함되어 있다.These problems in conventional CMP operation and the CMP technology for CMP systems that allow for accurate controlled polishing of specifically designated wafer areas while almost eliminating edge effects, pad recoil effects and edge burn-off effects. Regarding matters that remain unresolved, the application of Application No. 09 / 644,135, filed August 22, 2000, to the Subaperture Chemical Mechanical Polishing System, assigned to the assignee of the present application It is discussed in a US patent application ("related application"). The specification, claims and drawings of this related application are hereby incorporated by reference.
이 관련 출원을 보면, CMP 시스템은 전체적으로 두께가 균일한 CMP 처리된 층 표면을 생성하도록 하는 웨이퍼의 노출면의 층 표면 지형을 추구하고 있다. 이 CMP 시스템은 전술한 결점들, 즉 에지 영향, 패드 반동 영향 및 에지 번-오프 영향을 배제하는 서브애퍼츄어 연마 형상의 회전 캐리어를 제공하고 있다. 예를 들어, 이 CMP 시스템의 일 실시예는 상면과 바닥 영역을 갖는 캐리어를 포함하고 있다. 그 캐리어의 상면은 준비될 하나 이상의 형성 층을 갖는 웨이퍼를 유지 및 회전시키도록 설계되어 있다. 이 실시예에는 또한, 웨이퍼의 적어도 일부에 적용되도록 설계된 연마 헤드와 같은 준비 헤드가 포함되어 있는데, 웨이퍼의 그 부분은 웨이퍼의 표면의 전체 부분보다는 작다. 이러한 CMP 시스템이 전술한 에지 영향과, 패드 반동 영향 및 에지 번-오프 영향을 방지하긴 하지만, 이러한 방식으로 준비 헤드를 적용할 경우 웨이퍼와 캐리어의 초기 방위에 대하여 편심의 위치에서 웨이퍼의 노출면과 캐리어에 힘이 가해지게 된다. 초기 방위에는 웨이퍼와 캐리어의 중심 축선(동축으로 거의 수직 방향으로 배치된)의 초기 방위가 포함되며, 또한 웨이퍼(웨이퍼와 캐리어의 중심 축선의 거의 수직의 초기 방위에 대하여 90도의 초기 각도에 배치된)의 노출면의 초기 방위가 포함된다. 용어 "거의 수직(substantially vertical)"이란 순수한 수직을 의미하며, 또한 순수한 수직에 보통의 기계적 허용 오차를 더하거나 뺀 값도 포함하며, 여기서 기계적 허용 오차란 캐리어용의 스핀들 및 다른 지지구들에 사용된 베어링에 있어서의 통상의 허용 오차를 가리키는 것이다.In this related application, the CMP system seeks the layer surface topography of the exposed surface of the wafer to produce a CMP treated layer surface of uniform thickness throughout. This CMP system provides a sub-aperture abrasive shaped rotary carrier which eliminates the above mentioned drawbacks, namely edge influences, pad recoil effects and edge burn-off effects. For example, one embodiment of this CMP system includes a carrier having a top and bottom area. The top surface of the carrier is designed to hold and rotate a wafer having one or more forming layers to be prepared. This embodiment also includes a staging head, such as a polishing head designed to be applied to at least a portion of the wafer, wherein that portion of the wafer is smaller than the entire portion of the surface of the wafer. Although this CMP system prevents the aforementioned edge effects, pad recoil effects and edge burn-off effects, the application of the staging head in this manner, with the exposed surface of the wafer at an eccentric position relative to the initial orientation of the wafer and carrier, Force is applied to the carrier. Initial orientation includes the initial orientation of the center axis of the wafer and carrier (arranged in a substantially vertical direction coaxially), and also the initial orientation of 90 degrees relative to the wafer (nearly perpendicular initial orientation of the center axis of the wafer and carrier). Includes the initial orientation of the exposed surface. The term "substantially vertical" means pure vertical, and also includes pure vertical plus or minus normal mechanical tolerances, where mechanical tolerances are bearings used on spindles and other supports for carriers. It indicates the normal tolerance in.
에지 영향, 패드 반동 영향 및 에지 번-오프 영향에 대한 전술한 논의로부터 알 수 있는 바와 같이, 편심력은 웨이퍼와 캐리어의 중심 축선이 편심력의 작용 하에 초기 방위를 벗어나 기울어지거나 기울어진 방위를 가지도록 하므로 바람직하지 못하다. 이러한 기울어짐 또는 기울어진 방위는 웨이퍼 및/또는 캐리어의 중심 축선이 순수한 수직으로부터의 전술한 보통의 기계적 허용 오차보다 많이, 예를 들어 상당한 각도로 순수 수직 상태로부터 벗어나 있는 경우 발생한다. 종래 기술에서는, 예를 들어 연마 패드를 구비한 헤드와 같은 준비 헤드에 웨이퍼를 제공하는 캐리어용 지지구로서 짐벌(gimbal)이 사용되고 있다. 짐벌은 웨이퍼 캐리어(그 위에 웨이퍼가 장착되어 있는)가 웨이퍼와 캐리어의 중심 축선의 초기 방위에 대해 기울어지도록 하며 또한 기울어진 방위를 취한다. 전술한 바와 같이, 이러한 기울어짐으로 인해 웨이퍼의 노출면은 거의 수직이 아닌 각도에, 즉 전술한 초기 방위로부터 상당히 벗어나 있는 수평 방향으로부터의 약 85도 내지 88도의 각도에 놓이게된다. 따라서, 이와 같은 허용된 기울어짐으로 인해, 웨이퍼의 노출면은 웨이퍼와 캐리어의 중심 축선의 초기 방위에 직교하지 않는다. 이와 같이 짐벌에 의해 허용되는 기울어짐은 연마 패드가 웨이퍼의 노출면과 대략 동일한 면적을 가지면서 패드의 면적과 웨이퍼의 노출면의 면적이 완전히 중첩되는 경우에는 적절할 수도 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 편심력이 작용하는 상황 하에서는(즉, 연마 패드의 면적이 예를 들어, 웨이퍼의 노출면의 면적과 완전히 중첩되지는 않는 경우에는), 이러한 짐벌이 사용되지 않을 수도 없다. 보다 상세히 설명하자면, 이러한 웨이퍼와 웨이퍼 캐리어의 중심 축선의 초기 방위는 웨이퍼의 노출면의 소망하는 평탄화를 달성하기 위해서는 편심력의 작용 하에 연마 동안 유지되어야 하는 방위이다. 다시 말해, 소망하는 웨이퍼 노출면의 평탄화가 달성된다면, 이러한 짐벌에 의해 허용되는 기울어짐은 방지된다.As can be seen from the foregoing discussion of edge effects, pad recoil effects, and edge burn-off effects, the eccentric force has an orientation in which the center axis of the wafer and carrier is tilted or tilted out of the initial orientation under the action of the eccentric force. It is not desirable to do so. This inclination or inclination occurs when the central axis of the wafer and / or carrier deviates from the pure vertical state by more than the usual mechanical tolerances described above from pure vertical, for example at significant angles. In the prior art, gimbals are used as carrier supports for providing wafers to a preparation head, for example, a head having a polishing pad. The gimbal causes the wafer carrier (with the wafer mounted thereon) to tilt relative to the initial orientation of the wafer and the center axis of the carrier and also take a tilted orientation. As noted above, this inclination causes the exposed surface of the wafer to lie at an angle that is not nearly vertical, i. Thus, due to this allowed tilting, the exposed surface of the wafer is not orthogonal to the initial orientation of the center axis of the wafer and the carrier. The inclination allowed by the gimbal may be appropriate when the polishing pad has approximately the same area as the exposed surface of the wafer while the area of the pad and the exposed surface of the wafer completely overlap. However, under the circumstances in which the eccentric force acts as described above (that is, when the area of the polishing pad does not completely overlap with the area of the exposed surface of the wafer, for example), such gimbals may not be used. In more detail, this initial orientation of the center axis of the wafer and wafer carrier is the orientation that must be maintained during polishing under the action of eccentric forces to achieve the desired planarization of the exposed surface of the wafer. In other words, the tilting allowed by such gimbals is prevented if the desired flattening of the wafer exposed surface is achieved.
미국특허 제4,244,755호에서는 연마 플레이트의 직경이 처리될 반도체 본체의 직경의 거의 두배이다. 반도체 본체는 연마 플레이트에 본체의 전체 표면이 놓여지는 방식으로 지지 홀더에 장착되어 있다. 그 결과, 칼라(collar) 내부에서의 연마 플레이에 가까워지거나 멀어지게 이루어지는 본체와 지지 홀더의 이동에 의해 항상 본체의 전체 표면이 연마 플레이트에 놓여지게 된다. 지지 홀더가 본체를 둘러싸고 있기 때문에, 홀더는 비교적 큰 직경을 가질 수가 있는데, 예를 들어 반도체 본체가 직경이 8인치인 웨이퍼인 경우 홀더는 8인치 이상의 직경을 가져야 한다. 따라서, 이러한 웨이퍼의 경우, 칼라의 길이(대체로 직경의 두배)는 약 16인치이다. 반도체 본체에 대한 칼라의 이러한 상대적인 형상의 결과, 칼라의 길이는 처리될 반도체 본체의 직경과 바로 연관되어 있다. 또한, 이러한 큰 칼라의 경우, 칼라와 지지 홀더 사이의 마찰 손실이 비교적 큰데, 더욱이 이러한 마찰 손실은 변화될 수도 있다.In US Pat. No. 4,244,755 the diameter of the polishing plate is almost twice the diameter of the semiconductor body to be processed. The semiconductor body is mounted to the support holder in such a manner that the entire surface of the body is placed on the polishing plate. As a result, the entire surface of the main body is always placed on the polishing plate by the movement of the main body and the support holder, which are closer or farther away from the polishing play in the collar. Since the support holder surrounds the body, the holder may have a relatively large diameter, for example if the semiconductor body is a wafer of 8 inches in diameter, the holder should have a diameter of 8 inches or more. Thus, for such a wafer, the length of the collar (usually twice the diameter) is about 16 inches. As a result of this relative shape of the collar relative to the semiconductor body, the length of the collar is directly related to the diameter of the semiconductor body to be processed. In addition, in the case of such a large collar, the friction loss between the collar and the support holder is relatively large, and furthermore, this friction loss may be varied.
또한, 과거에는 웨이퍼 캐리어에 웨이퍼가 직접 배치되는 평평한 금속 백킹(backing)이 제공되었다. 하나의 이러한 웨이퍼 캐리어는 금속 백킹을 관통하는 복수 개의 구멍을 제공하는데 이들 구멍에 의해 진공압이 웨이퍼에 인가된다. 이론적으로, 금속 백킹 상에 존재하는 웨이퍼는 구멍 내로의 공기의 흐름을 차단하여, 구멍으로의 덕트 내의 압력을 변화시켜, 웨이퍼의 존재 지시 방법을 제공한다. 그러나, 이들 구멍을 통해 가해진 진공압은 웨이퍼를 변형시키고 금속 백킹 상의 웨이퍼에서의 연마작동의 정확성을 떨어트릴 수 있다. 또한, 연마작동에 사용된 슬러리가 하나 이상의 구멍을 막을 수 있어 금속 백킹 상에 존재하는 웨이퍼의 지시 성능에 오류가 있을 수 있다.In addition, in the past, flat metal backings have been provided in which the wafer is placed directly on the wafer carrier. One such wafer carrier provides a plurality of holes through the metal backing through which vacuum pressure is applied to the wafer. In theory, the wafer present on the metal backing blocks the flow of air into the hole, changing the pressure in the duct to the hole, providing a method for indicating the presence of the wafer. However, the vacuum pressure applied through these holes can deform the wafer and reduce the accuracy of the polishing operation on the wafer on the metal backing. In addition, the slurry used in the polishing operation can block one or more holes, which can lead to an error in the indicated performance of the wafer present on the metal backing.
다른 유형의 웨이퍼 캐리어를 보면 캐리어 상에 세라믹 층이 제공되어 있다. 이 세라믹 층은 1/2 마이크론 내지 1 마이크론 크기의 구멍을 구비하고 있다. 본 발명에 관한 조사를 보면, 이러한 극도로 작은 마이크론 크기의 구멍은 쉽게 막힐 수가 있으며 세척에 어려움이 있음이 지적되어 있다. 일반적으로, 이러한 캐리어는 예를 들어, 웨이퍼가 배치되는 캐리어의 상측에 분무되는 유체에 의해 세척된다. 따라서, 막혀 있는 상당히 작은 마이크론 크기의 구멍이 층의 내측에 있다 하더라도 이러한 분무 작용은 세라믹 층의 외면에서 이루어진다.In another type of wafer carrier, a ceramic layer is provided on the carrier. This ceramic layer has holes of 1/2 micron to 1 micron in size. Investigations of the present invention indicate that these extremely small micron-sized holes can be easily blocked and difficult to clean. Generally, such a carrier is cleaned by, for example, a fluid sprayed on top of the carrier on which the wafer is placed. Thus, this spraying action takes place on the outer surface of the ceramic layer even if there is a fairly small micron-sized hole plugged inside the layer.
또한, 다른 유형의 연마 시스템을 보면, 연마될 웨이퍼의 노출면이 예를 들어, 아래쪽을 향하고 있으며 수평을 유지하고 있을 수가 있다. 이러한 유형의 시스템에서 연마에 사용된 슬러리는 캐리어의 노출면 및 그 일부분으로부터 보다 쉽게 유동되거나 제거될 수가 있다. 그 결과, 이러한 유형의 시스템은 윗쪽을 향하고 있는 노출면으로부터의 슬러리 제거 문제를 나타내지 않는다.In addition, with other types of polishing systems, the exposed surface of the wafer to be polished, for example, may be facing downward and level. Slurry used for polishing in this type of system can be more easily flowed or removed from the exposed surface of the carrier and portions thereof. As a result, this type of system does not present the problem of slurry removal from the upward facing facing surface.
웨이퍼 연마 헤드와 같은 준비 헤드를 제공함에 있어 직면하게 되는 다른 문제로, 많은 상이한 공정단계(예를 들어, 웨이퍼 폴리싱 및 버핑) 동안 하나의 헤드가 특정 웨이퍼를 운반하도록 사용될 수도 있다는 점을 들 수 있다. 이 경우, 웨이퍼가 부착되어 있는 캐리어가 우선 일처리 스테이션에 장착되어 처리된다. 이 제1 공정의 완료시, 캐리어는 제1 스테이션으로부터 제거되어, 제2 스테이션으로 이송되어 제2 처리 스테이션 등에 장착된다. 그 결과, 다양한 각종 유형의 처리 스테이션과 보편적으로 사용될 수 있는 매우 작은 캐리어에 대한 요구가 높은 편이다.Another problem encountered in providing a preparation head, such as a wafer polishing head, is that one head may be used to carry a particular wafer during many different processing steps (eg, wafer polishing and buffing). . In this case, the carrier to which the wafer is attached is first attached to the work processing station and processed. Upon completion of this first process, the carrier is removed from the first station, transferred to the second station and mounted on the second processing station or the like. As a result, there is a high demand for very small carriers that can be used universally with various types of processing stations.
또한, 웨이퍼 또는 퍽 캐리어와 같은 캐리어에 가해진 힘을 이 힘이 캐리어에 편심적으로 가해지더라도 정확하게 측정할 수 있는 CMP 시스템 및 방법이 요구되고 있다. 특히, 현재로는 이러한 편심력의 크기를 정확하게 지시해주는 방법이 필요하다. 이러한 정확한 지시 방법은 "균등 편심력(equal eccentric force)"이란 용어로 기술될 수 있는 반복 가능한 측정 기술이다. 이러한 균등 편심력은 연마패드와 같은 패드에 의해 웨이퍼 또는 패드조절 퍽용의 캐리어에 가해지는 바와 동일한 값을 갖는 편심력을 말하는 것이다. 반복 가능한 측정 기술에서는 모든 이러한 편심력에 대해, 측정 시스템 내부의 그리고 캐리어 지지시스템 내부의 힘의 손실이 실질적으로 동일하여, 즉 반복 가능하다. 더욱이, 연마작동을 방해하지 않고 웨이퍼 지지구와 웨이퍼에 캐리어 내부의 유체를 공급하기 위한 설비와 같은, 다른 CMP 작동용 설비를 제공하면서, 전술한 바와 같은 요구되고 있는 반복 가능한 측정 특징을 갖는 CMP 시스템 및 방법이 요구되고 있다. 유사하게, CMP 작동을 방해하지 않고 CMP 작동을 위해 캐리어로부터 유체를 제거하기 위한 CMP 시스템 및 방법이 요구되고 있다.There is also a need for a CMP system and method that can accurately measure the force applied to a carrier, such as a wafer or puck carrier, even if this force is eccentrically applied to the carrier. In particular, at present, there is a need for a method of accurately indicating the magnitude of the eccentric force. This precise indication method is a repeatable measurement technique which can be described in terms of "equal eccentric force". This equal eccentric force refers to an eccentric force having the same value as applied to a carrier for a wafer or pad control puck by a pad such as a polishing pad. In all repeatable measurement techniques, for all such eccentric forces, the loss of force in the measurement system and in the carrier support system is substantially the same, i.e. repeatable. Furthermore, a CMP system having the required repeatable measurement characteristics as described above, while providing other CMP operation facilities, such as a facility for supplying fluid inside the carrier to the wafer support and wafer without disturbing the polishing operation; A method is required. Similarly, there is a need for a CMP system and method for removing fluid from a carrier for CMP operation without disrupting CMP operation.
본 발명은 화학기계연마(CMP:chemical mechanical polishing) 작동의 성능 및 유효성을 향상시키기 위한 화학기계연마(CMP) 시스템 및 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 헤드의 주축선에 편심적으로 헤드에 가해지는 힘의 측정이 반복하여 이루어지는, 웨이퍼와 패드 조절 퍽용의 캐리어 헤드에 관한 것이다. 여기서, 웨이퍼와 퍽을 구비한 캐리어 헤드는 편심력에 응답하여 기울어지지는 않고 대신 웨이퍼 축선에 평행하게 이동하도록 되어 있다. 본 발명은 또한 CMP 작동을 방해하지 않고 CMP 작동을 위해 캐리어 헤드로 유체를 공급하는 설비 및 이 캐리어 헤드로부터 유체를 제거하는 설비와 같은 각종 CMP 작동용 설비에 관한 것이다.The present invention relates to chemical mechanical polishing (CMP) systems and techniques for improving the performance and effectiveness of chemical mechanical polishing (CMP) operations. More specifically, the present invention relates to a carrier head for a wafer and pad control puck, in which a measurement of the force applied to the head eccentrically to the head axis of the head is repeated. Here, the carrier head with the wafer and the puck is not inclined in response to an eccentric force but instead moves parallel to the wafer axis. The invention also relates to a variety of CMP operation equipment, such as a facility for supplying fluid to a carrier head for CMP operation without disrupting CMP operation and a facility for removing fluid from the carrier head.
본 발명을 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호가 매겨진 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 쉽게 이해할 수 있을 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be readily understood by reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which like elements are designated by like reference numerals.
도 1a는 하나의 연마 헤드가 웨이퍼 캐리어에 의해 운반된 웨이퍼와 연마 패드 조절기에 의해 운반된 퍽 모두와 접촉하고 있으며, 그러한 각각의 접촉은 각각각의 캐리어의 중심 축선에 대해 편심적으로 이루어지고 있는 본 발명의 제1 실시예를 개략적으로 보여주는 평면도.1A shows that one polishing head is in contact with both the wafer carried by the wafer carrier and the puck carried by the polishing pad adjuster, each such contact being eccentric with respect to the central axis of each carrier. Top view schematically showing a first embodiment of the present invention.
도 1b는 편심 접촉으로부터 초래되는 편심력과 캐리어의 중심 축선이 도시되어 있는, 도 1a에 묘사된 제1 실시예를 개략적으로 보여주는 입면도.FIG. 1B is an elevation view schematically showing the first embodiment depicted in FIG. 1A, showing the eccentric force resulting from the eccentric contact and the central axis of the carrier. FIG.
도 2a는 제1 조립체는 메인 베어링 하우징과 척 베어링 플레이트 사이의 상대 이동 방향을 제한하는 역할을 하며, 그 제2 조립체는 메인 베어링 플레이트와 리테이닝 링 베어링 플레이트 사이의 상대 이동 방향을 제한하는 역할을 하는 두개의 별개의 선형 베어링 구조체가 도시되어 있는, 제1 실시예의 웨이퍼 캐리어를 개략적으로 보여주는 입면도.2A shows that the first assembly serves to limit the relative movement direction between the main bearing housing and the chuck bearing plate, and the second assembly serves to limit the relative movement direction between the main bearing plate and the retaining ring bearing plate. An elevational view schematically showing the wafer carrier of the first embodiment, in which two separate linear bearing structures are shown.
도 2b는 메인 베어링 하우징과 척 베어링 및 로드셀 플레이트 사이의 상대 이동 방향을 제한하기 위한 선형 베어링 구조체가 도시되어 있는, 제2 실시예의 패드조절 헤드를 개략적으로 보여주는 입면도.FIG. 2B is an elevation view schematically showing the pad adjustment head of the second embodiment, in which a linear bearing structure for limiting the relative direction of movement between the main bearing housing and the chuck bearing and the load cell plate is shown;
도 3a는 회전 공구 변환기(RTC)의 상측부의 저부가 도시되어 있는, 제1 실시예의 웨이퍼 캐리어의 구조적 요소들을 개략적으로 삼차원적으로 보여주는 도면.FIG. 3A shows schematically and three-dimensionally the structural elements of the wafer carrier of the first embodiment, in which the bottom of the upper part of the rotary tool transducer (RTC) is shown;
도 3b는 웨이퍼 캐리어의 진공 척의 상측부가 도시되어 있는, 제1 실시예의 웨이퍼 캐리어의 구조적 요소들을 개략적으로 삼차원적으로 보여주는 도면.FIG. 3B shows schematically and three-dimensionally structural elements of the wafer carrier of the first embodiment, in which the upper portion of the vacuum chuck of the wafer carrier is shown;
도 3C는 설비들을 지지하며 캐리어 헤드와 연마 헤드에 설비들을 공급하기 위한 스핀들이 파선으로 도시되어 있는, 웨이퍼 캐리어를 개략적으로 보여주는 도면.FIG. 3C schematically shows a wafer carrier, in which dashed lines are shown for supporting the fixtures and for feeding the fixtures to the carrier head and the polishing head. FIG.
도 4a 및 도 4b는 구조적 요소들의 저부와 상측부가 각각 도시되어 있는 제1 실시예의 분해 사시도.4A and 4B are exploded perspective views of a first embodiment where the bottom and top portions of the structural elements are respectively shown;
도 5aa 내지 도 5ac은 도 4b에 도시된 구조적 요소들 중 몇개의 확대 사시도.5A-5A are enlarged perspective views of some of the structural elements shown in FIG. 4B.
도 5ba 내지 도 5bc은 도 4a에 도시된 구조적 요소들 중 몇개의 확대 사시도.5B-5B are enlarged perspective views of some of the structural elements shown in FIG. 4A.
도 6a는 내부 구조를 도시하기 위해 선을 중심으로 몇개의 섹션으로 나뉘어진 웨이퍼 캐리어의 평면도.6A is a plan view of a wafer carrier divided into several sections about a line to illustrate an internal structure;
도 6b는 척 베어링과 로드셀 플레이트와 고정적으로 조립된 메인 베어링 하우징이 도시되어 있으며, 또한 로드셀의 로드 센서 버튼을 누르고 있는 메인 하우징의 중심과, 이 하우징 상의 원통형 선형 베어링 내의 플레이트 베어링 샤프트가 도시되어 있는, 도 6a의 선 6B-6B를 따라 취한 단면도.6B shows the main bearing housing fixedly assembled with the chuck bearing and load cell plate, and also shows the center of the main housing holding the load sensor button of the load cell and the plate bearing shaft in the cylindrical linear bearing on the housing. , Cross-sectional view taken along line 6B-6B in FIG. 6A.
도 7은 리테이너 링 베어링 플레이에 이동 가능하게 연결된 메인 베어링 하우징이 도시되어 있으며, 또한 플레이트에 장착된 리테이너 링 베이스의 이동을 제한하는 이 하우징 상의 원통형 선형 베어링 내의 플레이트 베어링 샤프트가 도시되어 있는, 도 6a의 선 7-7을 따라 취한 단면도.FIG. 7 shows a main bearing housing movably connected to a retainer ring bearing play, and also shows a plate bearing shaft in a cylindrical linear bearing on this housing that limits movement of the retainer ring base mounted to the plate. Section taken along lines 7-7 of the.
도 8은 웨이퍼 연마에 사용되는 유체를 공급하는 각종 커넥터들을 포함하는 설비들이 도시되어 있는, 도 6a의 선 8-8을 따라 취한 단면도.FIG. 8 is a cross-sectional view taken along lines 8-8 of FIG. 6A showing fixtures including various connectors for supplying fluid used for wafer polishing.
도 9는 커넥터가 진공 척에 탈이온수와 진공압을 제공하는, 유체 커넥터를 통과하는 도 6a의 선 9-9를 따라 취한 단면도.9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of FIG. 6A through a fluid connector, wherein the connector provides deionized water and vacuum pressure to the vacuum chuck.
도 10은 탈이온 웨이퍼 세척수를 공급하기 위해 매니폴드로부터 리테이닝 링 베이스 내의 여섯개의 별개의 노즐들까지의 여섯개의 탈이온수 도관 중 하나가 도시되어 있는, 유체 매니폴드와 로드셀 플레이트를 관통하는 도 6a의 선 10-10을 따라 취한 단면도.FIG. 10 illustrates a flow through a fluid manifold and a load cell plate, showing one of six deionized water conduits from the manifold to six separate nozzles in the retaining ring base to supply deionized wafer wash water. Section taken along lines 10-10 of the.
도 11은 회전 공구 변환기의 상측부에 나사를 사용하여 조립되어 있는 플레이트가 도시되어 있는, 척 베어링과 로드셀 플레이트의 측단면도.FIG. 11 is a side cross-sectional view of the chuck bearing and load cell plate, with the plate assembled using screws at the top of the rotary tool transducer; FIG.
도 12a는 CMP 작동 이전에 진공 척 상에 웨이퍼를 배치하는 완전 결합 위치에 있는 리테이너 링 베이스가 도시되어 있는, 도 7의 확대부의 단면도이며, 도 12b는 도 12a의 일부 확대도.12A is a cross-sectional view of the enlarged portion of FIG. 7 showing the retainer ring base in a fully engaged position for placing a wafer on a vacuum chuck prior to CMP operation, and FIG. 12B is a partial enlarged view of FIG. 12A.
도 13a는 웨이퍼 캐리어로부터의 웨이퍼의 제거를 촉진하도록 웨이퍼로부터 멀리 떨어진 해제 위치에 있는 리테이너 링이 도시되어 있는, 도 7의 확대부의 단면도이며, 도 13b는 도 13a의 일부 확대도.FIG. 13A is a cross sectional view of the enlarged portion of FIG. 7 showing the retainer ring in a released position away from the wafer to facilitate removal of the wafer from the wafer carrier, and FIG. 13B is a partial enlarged view of FIG. 13A.
도 14a는 웨이퍼의 노출면이 연마되는 동안 웨이퍼의 베이스 상으로의 탈이온수의 분무를 촉진하도록 연마 위치에 있는 리테이너 링 베이스가 도시되어 있는, 도 7의 확대부의 단면도이며, 도 14b는 도 14a의 일부 확대도.FIG. 14A is a cross sectional view of the enlarged portion of FIG. 7 showing the retainer ring base in a polishing position to facilitate spraying of deionized water onto the base of the wafer while the exposed surface of the wafer is polished, FIG. Some enlarged views.
도 15는 웨이퍼 캐리어의 내측으로부터 슬러리와 탈이온 웨이퍼 세척수를 제거하기 위한 출구가 도시되어 있는 리테이너 링 베이스를 관통하는 도 6a의 선 15-15를 따라 취한 단면도.15 is a cross-sectional view taken along line 15-15 of FIG. 6A through a retainer ring base showing an outlet for removing slurry and deionized wafer wash water from the inside of the wafer carrier.
도 16a 및 도 16b는 구조적 요소의 저부와 상측부가 각각 도시되어 있는 제1 실시예의 분해 사시도.16A and 16B are exploded perspective views of a first embodiment where the bottom and top portions of the structural elements are respectively shown;
도 17a는 회전 공구 변환기의 상측부의 저부가 도시되어 있는, 제1 실시예의 퍽 캐리어의 구조적 요소들을 보여주는 개략적으로 삼차원적으로 보여주는 도면.FIG. 17A shows schematically and three-dimensionally the structural elements of the puck carrier of the first embodiment, in which the bottom of the upper part of the rotary tool transducer is shown; FIG.
도 17b는 회전 공구 변환기의 상측부의 상면이 도시되어 있는, 제1 실시예의 퍽 캐리어의 구조적 요소들을 개략적으로 삼차원적으로 보여주는 도면.FIG. 17B schematically shows three-dimensionally the structural elements of the puck carrier of the first embodiment, in which the top surface of the upper part of the rotary tool transducer is shown; FIG.
도 17c는 설비들을 지지하며 캐리어 헤드와 연마 헤드에 이 설비들을 공급하기 위한 스핀들이 파선으로 도시되어 있는, 웨이퍼 캐리어를 개략적으로 보여주는도면.FIG. 17C schematically shows a wafer carrier, in which dashed lines are shown for supporting the fixtures and for feeding the fixtures to the carrier head and the polishing head. FIG.
도 18은 섹션들을 나누고 있는 선이 도시되어 있는, 퍽 캐리어의 평면도.18 is a top view of the puck carrier, with a line dividing the sections.
도 19a는 퍽이 척 상에 적절하게 위치하고 있는지를 결정하기 위한 척으로의 진공 도관이 도시되어 있는, 도 18의 선 19A-19A를 따라 취한 단면도.FIG. 19A is a cross sectional view taken along lines 19A-19A in FIG. 18, showing a vacuum conduit to the chuck to determine whether the puck is properly positioned on the chuck. FIG.
도 19b는 척과 사용된 선형 베어링이 도시되어 있는, 도 18의 선 19B-19B를 따라 취한 단면도.FIG. 19B is a cross sectional view taken along line 19B-19B of FIG. 18, showing the chuck and linear bearing used;
도 20은 척 상의 퍽을 세척하기 위한 탈이온수 공급 도관이 도시되어 있는, 도 18의 선 20-20을 따라 취한 단면도.FIG. 20 is a cross sectional view taken along line 20-20 of FIG. 18, showing a deionized water supply conduit for cleaning the pucks on the chuck.
도 21은 퍽 캐리어의 베이스에 출구가 연결되어 있는 진공 도관이 도시되어 있는, 도 18의 선 21-21을 따라 취한 단면도.FIG. 21 is a cross sectional view taken along lines 21-21 of FIG. 18, showing a vacuum conduit with an outlet connected to the base of the puck carrier.
도 22는 탈이온 웨이퍼 세척수를 공급하기 위한 리테이닝 링 베이스 내의 여섯개의 탈이온수 노즐 중 세개가 도시되어 있으며, 이 노즐들이 리테이닝 링의 원주 방향으로 부분적으로 탈이온수를 안내하도록 캐리어 축선을 포함하는 평면에 대해 경사지게 연장하고 있는 것을 보여주고 있는, 도 6a에 도시된 웨이퍼의 노출면의 평면에 대해 경사진 웨이퍼 캐리어의 단면도.FIG. 22 shows three of the six deionized water nozzles in the retaining ring base for supplying deionized wafer wash water, including the carrier axis to guide the deionized water partially in the circumferential direction of the retaining ring. A cross-sectional view of the wafer carrier inclined relative to the plane of the exposed surface of the wafer shown in FIG. 6A, showing that it extends obliquely with respect to the plane.
도 23 내지 도 37은 본 발명의 각종 방법의 작동 단계들을 보여주는 플로우 챠트.23-37 are flow charts showing operational steps of various methods of the present invention.
도 38은 리테이너 링용의 모터에 가해진 압력이 한쪽의 연마 패드와 다른 한쪽의 리테이너 링 및 웨이퍼와의 사이의 중첩 정도에 따라 얼마나 변화하는지를 개략적으로 보여주는 그래프.FIG. 38 is a graph schematically showing how the pressure applied to a motor for a retainer ring varies depending on the degree of overlap between one polishing pad and the other retainer ring and a wafer; FIG.
폭넓게 말하여, 본 발명은 전술한 문제점에 대한 해결책을 제공하는 한편, 편심력의 반복 가능한 측정을 촉진하는 구조체와 작동 단계를 제공하는 CMP 시스템 및 방법을 제공함으로써 이러한 요구 사항들을 충족시킨다. 이러한 CMP 시스템 및 방법에 있어서, 웨이퍼 또는 퍽 캐리어와 같은 캐리어에 가해진 힘은 이 힘이 캐리어에 편심적으로 가해지더라도 정확하게 측정될 수 있다. 본 발명의 이러한 시스템 및 방법의 다른 태양은 연마 작동을 방해하지 않고 웨이퍼와 웨이퍼 지지구로 캐리어 내부의 유체를 공급하는 설비를 제공하면서, 전술한 요구되고 있는 반복 가능한 측정 특징을 갖는 CMP 시스템 및 방법이다. 유사하게, 본 발명의 이러한 시스템 및 방법의 또다른 태양은 CMP 작동을 방해하지 않고 웨이퍼 또는 퍽 캐리어로부터 유체를 제거하기 위한 CMP 시스템 및 방법이다.Broadly speaking, the present invention meets these requirements by providing a solution to the aforementioned problems, while providing a CMP system and method that provides a structure and operating steps that facilitate repeatable measurement of eccentric forces. In such CMP systems and methods, the force applied to a carrier, such as a wafer or puck carrier, can be accurately measured even if this force is eccentrically applied to the carrier. Another aspect of this system and method of the present invention is a CMP system and method having the required repeatable measurement features described above, while providing a facility for supplying fluid within the carrier to the wafer and wafer support without disrupting the polishing operation. . Similarly, another aspect of this system and method of the present invention is a CMP system and method for removing fluid from a wafer or puck carrier without disrupting CMP operation.
본 발명의 시스템 및 방법의 일 실시예에서, 회전 축선과 캐리어 축선 사이의 초기 동축관계가 편심력이 가해지는 동안 유지되어, 전술한 바와 같이 센서에 의해 편심력의 반복 가능한 측정이 수행될 수 있으며, 캐리어는 웨이퍼 또는 퍽 캐리어일 수도 있다.In one embodiment of the system and method of the present invention, the initial coaxial relationship between the rotational axis and the carrier axis is maintained during the eccentric force, such that a repeatable measurement of the eccentric force can be performed by the sensor as described above The carrier may be a wafer or puck carrier.
본 발명의 시스템 및 방법의 다른 실시예에서, 이러한 초기 동축 관계는 캐리어와 센서 사이에 장착된 선형 베어링 조립체에 의해 유지되며, 캐리어는 웨이퍼 또는 퍽 캐리어일 수도 있다.In another embodiment of the system and method of the present invention, this initial coaxial relationship is maintained by a linear bearing assembly mounted between the carrier and the sensor, which may be a wafer or puck carrier.
본 발명의 시스템 및 방법의 또다른 실시예에서, 선형 베어링 조립체는 별개의 독립적인 선형 베어링 조립체들의 어레이(array)로서 제공되며, 그 각각의 선형 베어링 조립체는 예를 들어, 캐리어에 의해 운반되는 웨이퍼 또는 퍽의 직경과 무관한 치수로 형성된다.In another embodiment of the system and method of the present invention, the linear bearing assembly is provided as an array of separate and independent linear bearing assemblies, each linear bearing assembly being, for example, a wafer carried by a carrier. Or to a dimension independent of the diameter of the puck.
본 발명의 시스템 및 방법의 또다른 실시예에서, 선형 베어링 조립체는 캐리어에 대해 상대 이동 가능한 리테이너 링과 함께 별개의 독립적인 선형 베어링 조립체들의 어레이로서 제공되며, 리테이너 링에 가해진 편심력은 이 링에 힘이 편심적으로 가해지더라도 정확하게 측정된다.In another embodiment of the system and method of the present invention, the linear bearing assembly is provided as an array of separate and independent linear bearing assemblies with retainer rings movable relative to the carrier, the eccentric forces applied to the retainer ring being applied to the ring. Even if the force is applied eccentrically, it is measured accurately.
본 발명의 시스템 및 방법의 관련 실시예에서, 연마 패드와 결합될 리테이너 링의 표면과 웨이퍼의 노출면이 연마 작동 동안 동일 평면 상에 위치하도록 선형 베어링 조립체는 캐리어에 장착된 웨이퍼에 대해 링을 상대 이동시키기 위한 모터와 함께 리테이너 링과 조립된다.In a related embodiment of the system and method of the present invention, the linear bearing assembly is positioned against the wafer mounted to the carrier such that the surface of the retainer ring to be joined with the polishing pad and the exposed surface of the wafer are coplanar during polishing operation. It is assembled with the retainer ring together with the motor for moving.
본 발명의 시스템과 방법의 또다른 실시예는 동일한 도관 시스템을 통해 진공압과 세척유체가 공급되는 진공 척을 제공하며, 여기서 진공압은 동일한 도관 시스템을 통과하여 공급되는 세척 유체에 의해 용이하게 세척될 수도 있는 큰 마이크론 크기의 구멍을 통하여 진공 척을 가로질러 균일하게 웨이퍼에 인가된다.Another embodiment of the system and method of the present invention provides a vacuum chuck through which the vacuum pressure and the cleaning fluid are supplied through the same conduit system, where the vacuum pressure is easily cleaned by the cleaning fluid supplied through the same conduit system. It is applied to the wafer uniformly across the vacuum chuck through large micron-sized holes that may be.
본 발명의 시스템 및 방법의 다른 유리한 실시예는 캐리어에 돌출되어 있는웨이퍼의 부분을 제공하며, 캐리어로부터 슬러리를 세척하기 위하여 그 돌출부에 부딪치도록 세척유체를 안내하기 위해 캐리어 내에 통로가 형성되어 있다.Another advantageous embodiment of the system and method of the present invention provides a portion of the wafer protruding from the carrier, wherein a passage is formed in the carrier to guide the cleaning fluid to impinge the protrusions for cleaning the slurry from the carrier. .
본 발명의 시스템 및 방법의 추가된 실시예는 천공 구멍들이 퍽 지지 표면을 가로질러 연장하며 유체가 퍽의 세정을 위해 퍽을 가로질러 거의 전체적으로 분배되는 천공 플레이트로 제조된 퍽을 제공한다.An additional embodiment of the system and method of the present invention provides a puck made of a perforated plate in which the perforation holes extend across the puck support surface and the fluid is distributed almost entirely across the puck for cleaning of the puck.
본 발명의 시스템 및 방법의 또다른 실시예는 천공 구멍을 갖는 퍽을 수용하기 위한 저장조를 획정하는 막(lip)을 구비한 퍽 지지구를 제공하며, 이 퍽 지지구는 모든 천공구멍에 유체를 분배하여 저장조를 충전하도록 형성되어 있다.Another embodiment of the system and method of the present invention provides a puck support having a lip defining a reservoir for receiving a puck having a perforation hole, the puck support distributing fluid to all perforation holes. It is formed to fill the reservoir.
본 발명의 다른 태양 및 장점이 본 발명의 원리를 예시적으로 보여주고 있는, 첨부 도면과 함께 아래의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.Other aspects and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example the principles of the invention.
본 발명은 웨이퍼의 층 표면을 포함할 수도 있는 노출면의 정확한 제어 연마를 가능하게 하는 화학 기계적 연마(CMP) 시스템 및 방법에 대해 기술하고 있다. CMP 시스템 및 방법은 전술한 에지 영향과, 패드 반동 영향 및 에지 번-오프 영향을 거의 배제하며, 편심력의 반복 가능한 측정을 촉진하는 구조체 및 작동을 제공하고 있다. 이러한 CMP 시스템 및 방법에 있어서는 웨이퍼 또는 퍽 캐리어과 같은 캐리어에 가해진 힘이 캐리어에 편심적으로 가해지는 경우에도 전술한 바와 같이 정확하게 측정될 수 있다. CMP 시스템 및 방법은 연마 작동을 방해하지 않고 웨이퍼와 웨이퍼 지지구로 캐리어 내의 유체를 공급하는 설비들을 제공하는 한편, 전술한 반복 가능한 측정 특징을 갖추고 있다. 유사하게, CMP 시스템과 방법은 CMP 작동을 방해하지 않고 웨이퍼 또는 퍽 캐리어로부터 유체를 제거한다.The present invention describes a chemical mechanical polishing (CMP) system and method that enables accurate controlled polishing of exposed surfaces that may include the layer surface of a wafer. CMP systems and methods provide structures and operations that substantially eliminate the aforementioned edge effects, pad recoil effects and edge burn-off effects, and facilitate repeatable measurement of eccentric forces. In such a CMP system and method, the force applied to a carrier, such as a wafer or puck carrier, can be accurately measured as described above even when the carrier is eccentrically applied to the carrier. The CMP system and method provide facilities for supplying fluid in the carrier to the wafer and wafer support without disrupting the polishing operation, while having the repeatable measurement features described above. Similarly, CMP systems and methods remove fluid from a wafer or puck carrier without disrupting CMP operation.
후술하는 설명에서는, 본 발명의 면밀한 이해를 돕기 위하여 다수의 구체적인 세부요소들이 설명되어 있다. 그러나, 당업자라면 본 발명이 그러한 세부요소들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있음이 이해될 것이다. 다른 예들에서, 본 발명이 불필요하게 불명료해지는 것을 방지하기 위하여 널리 알려진 공정 작동에 대해서는 설명되어 있지 않다.In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of these details. In other instances, well known process operations have not been described in order to avoid unnecessarily obscuring the present invention.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 서브애퍼츄어(subaperture) CMP 시스템(200-1)을 포함하는 본 발명의 제1 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1a와 도 1b의 실시예는 웨이퍼 캐리어와 같은 캐리어(208)에 장착된 웨이퍼(206)의 노출면(204)을 연마하도록 형성된 준비 캐리어, 또는 연마 헤드(202)를 포함하고 있다.웨이퍼(206)는 예를 들어, 전술한 웨이퍼 중 하나일 수도 있다. 연마헤드(202)는 연마 패드(209)를 사용하여 웨이퍼(206)의 노출면(204)을 연마하도록 설계되어 있다. 그러한 연마 패드에는 선형 연마기 기술(LPT;linear polisher technology)에 의해 판매되고 있는 패드와, 회전 CMP 패드 재료, 고정 연마 패드 재료 등이 포함될 수도 있다. 일반적으로, 소망하는 연마 레벨 및 정확도를 가능하게 하는 패드 재료가 패드(209)용으로 사용될 수 있다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 이하에 규정된 힘의 반복 가능한 측정을 달성하기 위한 특징들은 패드(209)가 후술되는 기계적 허용 오차를 보상하여야 하는 필요성을 감소시킨다.1A and 1B, a first embodiment of the present invention including a subaperture CMP system 200-1 is schematically illustrated. 1A and 1B include a preparation carrier, or polishing head 202, formed to polish the exposed surface 204 of a wafer 206 mounted to a carrier 208, such as a wafer carrier. 206 may be one of the wafers described above, for example. The polishing head 202 is designed to polish the exposed surface 204 of the wafer 206 using the polishing pad 209. Such polishing pads may include pads sold by linear polisher technology (LPT), rotating CMP pad materials, fixed polishing pad materials, and the like. In general, pad materials may be used for the pad 209 that allow for the desired polishing level and accuracy. As will be described in more detail below, the features for achieving a repeatable measurement of force as defined below reduce the need for the pad 209 to compensate for the mechanical tolerances described below.
연마헤드(202) 및 이 연마 헤드 상의 패드(209)는 웨이퍼(206)의 연마를 수행하기 위해, 또는 예를 들어 패드(209)가 조절될 수 있도록 하기 위해 연마 헤드(202)와 패드(209)의 개개의 동축의 축선(210, 211)을 중심으로 회전된다(화살표(209R) 참조). 일반적으로, 연마 헤드(202)는 이러한 동축의 축선(210, 211)에 평행하게 이동하지 않도록, 다시 말해 예를 들어 개개의 웨이퍼 캐리어(208)에 가까워지거나 멀어지게 이동하지 않도록 장착되어 있다. 또한, 연마 헤드(202) 및 이 연마 헤드(202) 상의 패드(209)는 웨이퍼(206)의 연마를 수행하기 위해, 또는 예를 들어 연마 헤드(202)와 패드(209)가 조절될 수 있도록 하기 위해 수평 방향으로 이동된다(화살표(209H) 참조). 도 1a 및 도 1b의 화살표(209H)로부터, 예를 들어 힘(FP-W)이 상이한 위치들에서 연마 헤드(202)에 의해 웨이퍼(206) 및 웨이퍼 캐리어(208)에 가해질 수도 있음을 알 수 있다. 그러한 상이한 위치는 축선(212 또는 214)으로부터 측정되는 변위(DF-W)로 지시되어 있다.The polishing head 202 and the pad 209 on the polishing head are used to perform polishing of the wafer 206, or to allow the pad 209 to be adjusted, for example, the polishing head 202 and the pad 209. Is rotated about individual coaxial axes 210 and 211 (see arrow 209R). In general, the polishing head 202 is mounted such that it does not move parallel to these coaxial axes 210, 211, that is, does not move close to or away from the individual wafer carrier 208, for example. In addition, the polishing head 202 and the pad 209 on the polishing head 202 may be used to perform polishing of the wafer 206, or for example, the polishing head 202 and the pad 209 may be adjusted. In the horizontal direction (see arrow 209H). It can be seen from the arrow 209H of FIGS. 1A and 1B that, for example, the force FP-W may be applied to the wafer 206 and the wafer carrier 208 by the polishing head 202 at different positions. have. Such different positions are indicated by the displacement DF-W measured from axis 212 or 214.
시스템(200-1)의 서브애퍼츄어 형상은 웨이퍼(206)의 노출면(204)의 서로 다른 영역들에 상이한 또는 동일한 제거 속도를 채용함으로써 연마 작동에 가요성을 부여한다. 연마 헤드패드 전체가 웨이퍼의 노출면 전체와 접촉하는 전술한 통상의 CMP 시스템과 달리 서브애퍼츄어 CMP 시스템(200-1)에서는 주어진 시간(T1)에 준비 헤드(202)의 웨이퍼(206)의 노출면(204)과 접촉하고 있는 접촉 표면적의 크기가 변할 수도 있다. 또한, 서브애퍼츄어 CMP 시스템(200-1)에서는, 웨이퍼 캐리어(208)를 향해 준비 헤드(202)가 이동하는 것을 방지함으로써, 연마 헤드(202)를 향한 웨이퍼 캐리어(208)의 이동(도 2a의 화살표(233)의 윗부분 참조)이 웨이퍼(206)의 노출면(204)의 선택된 영역(204R)에만 힘(FP-W)을 가하도록 하여 오직 특정 시간, 예를 들어 시간(T1)에만 그 선택된 영역(204R)으로부터 과잉 재료를 제거하도록 한다. 또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(206)의 노출면(204)의 이러한 하나의 선택된 영역(204R)은 웨이퍼 캐리어(208)의 중심 축선(212)으로부터 수평 방향으로 변위되어 있거나, 그 중심 축선에 대해 편심 관계에 있다. 중심 축선(212)은 캐리어(208)에 의해 운반된 웨이퍼(206)의 중심 축선(214)과는 동심적이다. 도시된 바와 같이, 힘(FP-W)의 변위가 도면 부호 DF-W으로 지시되어 있는데, 이러한 힘의 변위는 도 1a, 도 1b 및 도 2a에서 수평 방향으로 측정되고 있다. 화살표(209H)로부터, 연마 헤드(202)가 수평 방향으로 이동되어 노출면(204)의 선택된 영역(204R) 중 서로 다른 영역들과 접촉할 수도 있음을 알 수 있다. 또한, 이러한 접촉 노출 영역(204R)의 면적은 변위(DF-W)의 값에 따라 변화한다. 따라서, 연마 헤드(202)에 의해 웨이퍼(206)에 가해진 힘(FP-W)의 주어진 값에 대해, 영역(204R)의 면적이 증가할수록 그 노출 및 접촉 영역(204R) 상에 가해지는 압력이 감소된다. 설명하자면, 힘(FP-W)은 연마 헤드(202)에 의해 영역(204R)의 면적에 가해지는 평균 힘이며, 이러한 평균 힘은 영역(204R)의 면적의 중심에 가해지는 것으로 말할 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 웨이퍼(206)의 노출 영역(204R)을 균일하게 연마하기 위하여 균일한 압력이 상이한 노출 및 접촉 영역(204R)에 가해져야 함을 알 수 있다. 노출 및 접촉 영역(204R)의 면적이 증가할수록, 예를 들어 힘(FP-W)이 증가하여 압력의 크기가 균일해진다.The subaperture shape of the system 200-1 provides flexibility to the polishing operation by employing different or the same removal rate in different regions of the exposed surface 204 of the wafer 206. Unlike the conventional CMP system described above, in which the entire polishing head pad contacts the entire exposed surface of the wafer, the subaperture CMP system 200-1 exposes the wafer 206 of the preparation head 202 at a given time T1. The size of the contact surface area in contact with face 204 may vary. In addition, in the subaperture CMP system 200-1, the movement of the wafer carrier 208 toward the polishing head 202 is prevented by preventing the preparation head 202 from moving toward the wafer carrier 208 (FIG. 2A). (See above in arrow 233) to force the force FP-W only on the selected area 204R of the exposed surface 204 of the wafer 206 to be applied only at a specific time, for example at time T1. Allow excess material to be removed from the selected region 204R. In addition, as shown in FIG. 2A, this one selected region 204R of the exposed surface 204 of the wafer 206 is displaced in the horizontal direction from the central axis 212 of the wafer carrier 208, or It is eccentric about the central axis. The central axis 212 is concentric with the central axis 214 of the wafer 206 carried by the carrier 208. As shown, the displacement of the force FP-W is indicated by reference numeral DF-W, which is measured in the horizontal direction in FIGS. 1A, 1B and 2A. From arrow 209H, it can be seen that polishing head 202 may be moved in the horizontal direction to contact different ones of selected area 204R of exposed surface 204. In addition, the area of this contact exposure area 204R changes with the value of the displacement DF-W. Thus, for a given value of the force FP-W applied to the wafer 206 by the polishing head 202, as the area of the region 204R increases, the pressure exerted on its exposure and contact region 204R is increased. Is reduced. To explain, the force FP-W is the average force applied to the area of the area 204R by the polishing head 202, which can be said to be applied to the center of the area of the area 204R. Will be understood. It can also be seen that a uniform pressure must be applied to different exposure and contact regions 204R in order to uniformly polish the exposed regions 204R of the wafer 206. As the area of the exposed and contacted region 204R increases, for example, the force FP-W increases to make the magnitude of the pressure uniform.
도 1b에는 웨이퍼(206) 및 웨이퍼 캐리어(208)의 초기 방위가 도시되어 있다. 이러한 초기 방위에는 웨이퍼(206)의 중심 축선(214) 및 웨이퍼 캐리어(208)의 중심 축선(212)의 초기 제1 방위가 포함된다. 연마 헤드(202)가 또한 수직의 중심 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계된 경우 축선(212, 214)의 초기 제1 방위는, 예를 들어 거의 수직이다. 용어 "거의 수직"은 본 명세서에서 앞서 규정한 바와 같이 본 발명을 설명하도록 사용되고 있다. 또한, 연마 헤드(202)가 또한 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계된 동일한 대표적인 상황에서, 초기 방위에는 또한 웨이퍼(206)의 노출면(204)의 초기 제2 방위가 포함된다. 노출면(204)의 초기 제2 방위는 캐리어(208)와 웨이퍼(206)의 개개의 중심 축선(212, 214)의 초기의 거의 수직의 방위에 대하여 90도의 각도(초기 각도)에 위치 설정된다.1B shows the initial orientation of wafer 206 and wafer carrier 208. This initial orientation includes the central axis 214 of the wafer 206 and the initial first orientation of the center axis 212 of the wafer carrier 208. The initial first orientation of the axes 212, 214 is, for example, nearly vertical when the polishing head 202 is also designed to rotate about a vertical center axis 210. The term "almost vertical" is used herein to describe the invention as defined above. In addition, in the same representative situation where the polishing head 202 is also designed to rotate about a vertical axis 210, the initial orientation also includes the initial second orientation of the exposed surface 204 of the wafer 206. The initial second orientation of the exposed surface 204 is positioned at an angle of 90 degrees (initial angle) with respect to the initial nearly vertical orientation of the individual central axes 212, 214 of the carrier 208 and the wafer 206. .
본 출원에 사용된 바와 같은 상 "초기 방위(initial orientation)"에서, 용어 "초기(initial)"는 연마 헤드(202)의 패드(209)가 웨이퍼(206)의 노출면(204)과 결합하기 직전의 시간(T0PW)에 발생하는 전술한 방위를 가리키는 것이다. 따라서,시간(T0PW)에서, 초기에는 웨이퍼(206) 상에 패드(209)에 의해 힘(FP-W)이 전혀 가해지지 않는다.In the phase "initial orientation" as used in the present application, the term "initial" means that the pad 209 of the polishing head 202 engages the exposed surface 204 of the wafer 206. It refers to the above-mentioned azimuth which arises in the immediately preceding time T0PW. Therefore, at time T0PW, initially no force FP-W is applied by the pad 209 on the wafer 206.
도 1a, 도 1b 및 도 2b에는 CMP 시스템(200-1)의 서브애퍼츄어 형상의 사용에 있어서, 주어진 시간(T1)에 패드 조절 헤드(220) 상에 장착되는 퍽(218)의 노출면(216)과 접촉하는 연마 헤드(202)의 접촉면의 면적이 변화할 수도 있음이 도시되어 있다. 이러한 시간(T1)은 패드(209)가 퍽(218)과 접촉하지 않고 있는 초기 시간(T0PP) 후의 시간이다. 또한, 서브애퍼츄어 CMP 시스템(200-1)에서, 연마 헤드(202)가 축선(210, 211)의 방향으로 이동하지 않도록 유지되어 있는 경우, 패드 조절헤드(220)가 연마 헤드(202)를 향해 이동함에 따라, 연마 헤드(202)가 다른 힘(FP-C)(도 2b)과, 조절력을 퍽(218)의 선택된 영역(216R)에만 가한다. 패드 조절 헤드(220)의 퍽(218)의 하나의 이러한 선택된 영역(216R)은 퍽(218)의 중심 축선(224)과는 동축인 패드 조절 헤드(220)의 중심 축선(222)으로부터 변위되어 있거나 이 중심 축선에 대해 편심 관계에 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 힘(FP-C)의 변위가 도면 부호 DF-C로 지시되어 있다. 변위(DF-C)는 도 1b 및 도 2b에서 수평 방향으로 측정되며, 한쪽의 축선(222, 2224)과 다른 한쪽의 연마 헤드(202)의 축선(210)과의 사이에 위치한다. 평균 힘(FP-W)으로서의 힘(FP-W)에 대하여 전술한 바와 같이, 힘(FP-C)은 평균 힘이다. 마찬가지로 영역(204R)과 관련한 압력 및 면적 인자가 영역(216R)에도 적용된다.1A, 1B and 2B show the exposed surface of the puck 218 mounted on the pad adjustment head 220 at a given time T1 in the use of the subaperture shape of the CMP system 200-1. It is shown that the area of the contact surface of the polishing head 202 in contact with 216 may vary. This time T1 is the time after the initial time T0PP when the pad 209 is not in contact with the puck 218. In addition, in the subaperture CMP system 200-1, when the polishing head 202 is maintained so as not to move in the directions of the axes 210 and 211, the pad adjusting head 220 may remove the polishing head 202. As it moves toward, the polishing head 202 exerts another force FP-C (FIG. 2B) and an adjustment force only on the selected area 216R of the puck 218. One such selected area 216R of the puck 218 of the pad adjustment head 220 is displaced from the center axis 222 of the pad adjustment head 220 which is coaxial with the center axis 224 of the puck 218. Or eccentric about this central axis. As shown in FIG. 2B, the displacement of the force FP-C is indicated by reference numeral DF-C. Displacement DF-C is measured in the horizontal direction in FIGS. 1B and 2B and is located between one axis 222, 2224 and the axis 210 of the other polishing head 202. As described above with respect to the force FP-W as the average force FP-W, the force FP-C is the average force. Similarly, the pressure and area factors associated with area 204R apply to area 216R.
또한, 연마 헤드(202)가 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계된 동일한 대표적인 상황에서 도 1b에 도시된 바와 같이 퍽(218)과 패드 조절 헤드(220)는 초기 방위에 있다. 이 초기 방위는 퍽(218)의 중심 축선(224)과 헤드(220)의 중심 축선(222)의 제3 초기 방위를 포함한다. 축선(222, 224)의 초기 제3 방위는 예를 들어, 연마 헤드(202)가 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계된 경우 거의 수직이다. 또한, 연마 헤드(202)가 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계된 동일한 대표적인 상황에서, 초기 방위는 퍽(218)의 노출면(216)의 제4의 초기 방위를 포함한다. 노출면(216)의 이 제4의 초기 방위는 패드 조절 헤드(220)와 퍽(218)의 개개의 중심 축선(222, 224)의 거의 수직의 초기 방위에 대하여 90도의 각도(제1 각도)에 위치하고 있다.Also, in the same representative situation where the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210, the puck 218 and the pad adjustment head 220 are in initial orientation as shown in FIG. 1B. This initial orientation includes a third initial orientation of the central axis 224 of the puck 218 and the central axis 222 of the head 220. The initial third orientation of the axes 222, 224 is nearly vertical, for example, when the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210. Also, in the same representative situation where the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210, the initial orientation includes the fourth initial orientation of the exposed surface 216 of the puck 218. This fourth initial orientation of the exposed surface 216 is 90 degrees (first angle) relative to the nearly normal initial orientation of the pad adjustment head 220 and the individual central axes 222, 224 of the puck 218. Located in
본 출원에 사용된 바와 같은 상 "초기 방위"에서, 용어 "초기"는 연마 헤드(202)의 패드(209)가 퍽(218)의 노출면(216)과 결합하기 직전에 시간(T0PP)에 발생하는 전술한 방위를 가리키는 것이다. 따라서, 초기에는 퍽(218) 상에 패드(209)에 의해 힘(FP-C)(도 2b)이 전혀 가해지지 않는다.In the phase “initial orientation” as used in this application, the term “initial” refers to the time T0PP just before the pad 209 of the polishing head 202 engages the exposed surface 216 of the puck 218. It refers to the above-mentioned orientation that occurs. Thus, initially no force FP-C (FIG. 2B) is applied by pad 209 on puck 218.
도 2a에는 연마 헤드(202)가 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계된 대표적인 상황이 도시되어 있다. CMP 시스템(200-1)은 웨이퍼 캐리어(208)의 복식 선형 베어링 구조체(230, 232)를 포함한다. 일반적인 의미로 구조체(230, 232)는 편심력(FP-W)의 반복 가능한 측정을 촉진한다. 따라서, 웨이퍼 캐리어(208)에 가해진 힘(FP-W)은 이 힘(FP-W)이 캐리어(208)에 편심적으로 가해진다 할지라도 전술한 바와 같이 정확하게 측정될 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 구조체(230, 232)는 이러한 편심력(FP-W)의 크기를 전술한 바와 같이 정확히 지시할 수 있도록 한다.2A shows a representative situation in which the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210. CMP system 200-1 includes double linear bearing structures 230, 232 of wafer carrier 208. In a general sense, structures 230 and 232 facilitate repeatable measurements of eccentric force (FP-W). Thus, the force FP-W applied to the wafer carrier 208 can be accurately measured as described above even though this force FP-W is eccentrically applied to the carrier 208. In more detail, the structures 230 and 232 allow to accurately indicate the magnitude of this eccentric force FP-W as described above.
도 2a의 관점에서 용어 "정확한 지시(accurate indication)"를 설명하자면, 참조되고 있는 반복 가능한 측정 기술이 균등한 값을 갖는 하나의 시간(T1)으로부터 다른 시간(T1)까지의 다수의 힘(FP-W)의 관점에서 설명될 수도 있다. 본 발명에 의하면, 각 시간(T1)에 균등한 힘(FP-W)이 측정되며, 측정된 또는 지시된 값은 매우 작은 허용 오차 범위 내에서 동일하다. 이러한 균등한 편심력(FP-W)이 연마 패드(209)에 의해, 예를 들어 웨이퍼 캐리어(208)에 가해진다. 기계적 장치로서의 구조체(230, 232)로 인해 균등한 편심력(FP-W) 중 약간의 힘(힘(FF)로 또는 마찰력(FF)으로 일컬어지는)이 마찰로 인해 손실됨이 이해될 것이다. 이러한 관계에 있어서, 참조되고 있는 반복 가능한 측정 기술은 이러한 각각의 균등한 편심력(FP-W)에 대해, 측정 시스템 내에서의 및 캐리어를 지지하기 위한 시스템 내에서의 힘(FF)의 손실이 거의 동일하며, 즉 반복 가능한 그러한 기술이다. 따라서, 후술되는 바와 같이 구조체(230, 232)와 힘(FP-W)의 사이에 최소의 기계적 구조체를 제공함으로써, 각각의 특정 측정에 대한 힘(FF)의 공급원으로서의 각각의 별개의 베어링 구조체(230, 232)만을 남기고, 캐리어(208)에서의 힘(FF)의 손실은 전혀 없다.To describe the term “accurate indication” from the perspective of FIG. 2A, the multiple forces FP from one time T1 to another time T1 in which the repeatable measurement technique being referenced is of equal value. -W) may be described in terms of. According to the invention, an equal force FP-W is measured at each time T1, and the measured or indicated value is the same within a very small tolerance range. This equal eccentric force FP-W is applied to the wafer carrier 208 by the polishing pad 209, for example. It will be appreciated that some of the even eccentric forces FP-W (also referred to as force FF or frictional force FF) are lost due to friction due to structures 230 and 232 as mechanical devices. In this regard, the repeatable measurement technique referenced is that for each of these equal eccentric forces (FP-W), the loss of force (FF) in the measurement system and in the system for supporting the carrier is reduced. It is almost identical, i.e., a repeatable technique. Thus, by providing a minimal mechanical structure between the structures 230 and 232 and the force FP-W as described below, each separate bearing structure as a source of force FF for each particular measurement ( Leaving only 230 and 232, there is no loss of force FF in the carrier 208.
예를 들어, 구조체(230)는 웨이퍼 캐리어(208)의 중심 축선(212)의 초기 제1 방위에 대해 편심의 위치에서 웨이퍼(206) 및 캐리어(208)에 가해진 힘(FP-W)의 수직 성분(FP-WV)을 제외하고 모든 힘 성분에 저항한다. 선형 베어링(230)은, 웨이퍼 캐리어(208)의 구조가 이러한 편심력(FP-W)에 응답하여 바람직하지 못한 방식으로 이동되지 않도록 되는 것을 보장한다. 예를 들어, 이러한 CMP 시스템(200-1)에서,편심력(FP-W)은 후술하는 바를 제외하고는 개개의 웨이퍼 캐리어(208)와 웨이퍼(206)의 개개의 중심 축선(212, 214)의 초기 제1 방위에 대해 웨이퍼 캐리어(208) 또는 웨이퍼(206)가 상대 이동하지 않도록 한다. 단지 예외적으로, 웨이퍼 캐리어(208)와 웨이퍼(206)는 개개의 중심 축선(212, 214)의 초기 제1 방위에 대해 단지 평행하게만(화살표(233) 참조) 이동되도록 되어 있다. 화살표(233)는 수직 성분(FP-WV)에 평행하다.For example, the structure 230 is perpendicular to the force FP-W applied to the wafer 206 and the carrier 208 at a location eccentric to the initial first orientation of the center axis 212 of the wafer carrier 208. It resists all force components except the component (FP-WV). The linear bearing 230 ensures that the structure of the wafer carrier 208 is not moved in an undesirable manner in response to this eccentric force FP-W. For example, in such a CMP system 200-1, the eccentric force FP-W is the individual center axis 212, 214 of the individual wafer carrier 208 and the wafer 206 except as described below. Do not allow the wafer carrier 208 or wafer 206 to move relative to the initial first orientation of. Only exceptionally, the wafer carrier 208 and the wafer 206 are intended to be moved only parallel to the initial first orientation of the respective central axis 212, 214 (see arrow 233). Arrow 233 is parallel to the vertical component (FP-WV).
도 2a에는 세개의 다중 선형 베어링 구조체(230) 중 두개가 개략적으로 도시되어 있으며, 도 5aa 내지 도 5ac 및 도 5ba 내지 도 5bc에 세개의 다중 선형 베어링(230)이 보다 상세히 도시되어 있다. 메인 베어링 하우징(250)에는 세개의 선형 베어링(253) 중 제1 세트(252)가 제공되어 있다. 각각의 베어링은 세개의 슬리브(254)를 포함하며, 그 각각의 슬리브는 상표명 프레론(FRELON)으로 시판되고 있는 재료로 제조되어 있다. 프레론 재료에는 저마찰 특성 및 증가된 내마모성을 갖는 경질의 입자 재료가 주입되어 있다. 적당한 슬리브(254)의 크기를 보면 내경이 1/2인치이고 길이가 약 1과 1/4인치이다. 슬리브는 일리노이주 록포드(Rockford)에 소재하는 퍼시픽 베어링(Pacific Bearing)에 의해 시판되고 있는 모델 번호 제FL08호의 선형 베어링일 수도 있다. 예시를 위해, 도 2a에서 각각의 슬리브(254)는 서로 이격되어 있는 쌍을 이룬 원형으로 묘사되어 있다. 각각의 슬리브(254)는 예시를 위해 도 2에 상방으로 연장하는 선으로 도시된 짝을 이루는 베어링 샤프트(258)를 수용하도록 바닥(256)이 개방되어 있다. 각각의 샤프트(258)는 스테인레스강 재료로 제조되어 있다. 적당한 샤프트(258)를 보면 샤프트(258)가이 샤프트용의 최대 허용 가능한 플러스 허용 오차를 기준으로 그 크기가 정해지고 슬리브가 최대 허용 가능한 마이너스 허용 오차를 기준으로 그 크기가 정해지는 경우 0.005 인치 이상의 간극을 제공하도록 약 1/2 인치가 조금 못되는 외경을 가질 수도 있다. 샤프트(258)의 길이는 약 1과 1/4인치일 수도 있다. 각각의 샤프트(258)는 척 베어링과 로드셀 플레이트(260)로부터 윗방향으로 연장하며, 그 바닥(256)을 관통하여 슬리브(254) 중 하나 내로 연장한다. 메인 베어링 하우징(250)은 웨이퍼 캐리어(208)의 진공 척(262)에 고정되어 이 진공 척을 운반한다. 척(262)은 웨이퍼(206)를 운반하며, 연마 동안 웨이퍼(206) 상에 부과되는 웨이퍼 하중으로서 지시되어 있는 편심력(FP-W)을 받는다.Two of the three multiple linear bearing structures 230 are schematically illustrated in FIG. 2A, and three multiple linear bearings 230 are shown in greater detail in FIGS. 5A-5AC and 5BA-5BC. The main bearing housing 250 is provided with a first set 252 of three linear bearings 253. Each bearing includes three sleeves 254, each of which is made of a material sold under the trade name FRELON. The Freon material is infused with a hard particulate material having low friction properties and increased wear resistance. The size of a suitable sleeve 254 is 1/2 inch in internal diameter and about 1 and 1/4 inch in length. The sleeve may be a linear bearing of model number FL08, which is sold by Pacific Bearing, Rockford, Illinois. For illustration purposes, each sleeve 254 is depicted in paired circles spaced apart from each other in FIG. 2A. Each sleeve 254 is open at its bottom 256 to receive a pair of bearing shafts 258 shown in a line extending upward in FIG. 2 for illustrative purposes. Each shaft 258 is made of stainless steel material. Looking at a suitable shaft 258, if the shaft 258 is sized based on the maximum allowable plus tolerance for this shaft and the sleeve is sized based on the maximum allowable negative tolerance, a gap of at least 0.005 inches It may have an outer diameter that is slightly less than about 1/2 inch to provide. The length of the shaft 258 may be about one and one quarter inch. Each shaft 258 extends upwardly from the chuck bearing and load cell plate 260 and extends through its bottom 256 into one of the sleeves 254. The main bearing housing 250 is fixed to the vacuum chuck 262 of the wafer carrier 208 to carry this vacuum chuck. The chuck 262 carries the wafer 206 and is subjected to an eccentric force FP-W, which is indicated as the wafer load imposed on the wafer 206 during polishing.
전술한 바와 같이, 도 1b에는 연마 헤드(202)의 패드(209)가 웨이퍼(206)의 노출면(204)과 결합되기 전의 웨이퍼 캐리어(208)와 웨이퍼(206)의 초기 방위가 도시되어 있다. 따라서, 초기에는 패드(209)에 의해 웨이퍼(206) 상에 힘(FP-W)이 전혀 가해지지 않으며, 웨이퍼(206)의 축선(214)과 웨이퍼 캐리어(208)의 축선(212)은 대표적인 상황에서 수직이면서 동축의 관계에 있다. 그 대표적인 상황에서, 연마 헤드(202)는 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계되어 있으며, 웨이퍼(206)와 헤드(208) 상에 수직 하방으로 편심력(FP-W)(도 2a)을 가한다. 구조체(230)는 연마 헤드의 축선(210) 및 패드(209)의 축선(211)의 방향으로 선형적이다. 따라서, 구조체(230)는 웨이퍼(206)와 캐리어(208)에 가해지는 이러한 편심력(FP-W)의 수직 성분(FP-WV)을 제외하고 모든 힘 성분에 저항한다.As noted above, FIG. 1B shows the initial orientation of the wafer carrier 208 and wafer 206 before the pad 209 of the polishing head 202 is engaged with the exposed surface 204 of the wafer 206. . Thus, initially no force FP-W is applied on the wafer 206 by the pad 209, and the axis 214 of the wafer 206 and the axis 212 of the wafer carrier 208 are representative. It is both vertical and coaxial in the situation. In that representative situation, the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210 and has an eccentric force FP-W vertically downward on the wafer 206 and the head 208 (FIG. 2A). ) The structure 230 is linear in the direction of the axis 210 of the polishing head and the axis 211 of the pad 209. Thus, structure 230 resists all force components except for the vertical component FP-WV of this eccentric force FP-W, which is applied to wafer 206 and carrier 208.
상세히 설명하자면, 세개의 베어링 세트(252)의 선형 베어링(253)은 웨이퍼캐리어(208)의 구조가 편심력(FP-W)에 응답하여 바람직하지 못한 방식으로 이동하지 않도록 되어 있는 것을 보장한다. 따라서, 선형 베어링(253)은 이러한 편심력(FP-W)이 개개의 웨이퍼 캐리어(208) 및 웨이퍼(206)의 개개의 중심 축선(212, 214)의 초기 제1 방위에 평행하게 수직 방향을 제외하고 웨이퍼 캐리어(208)나 웨이퍼(206)를 이동시키지 않는 것을 보장한다. 그 결과, 마찰력(FF)을 뺀 편심 웨이퍼 하중(FP-W)(도 2에서 웨이퍼(206) 상에 작용하는 것으로 도시되어 있는)이 메인 베어링 하우징(250)으로 전달되어 허용된 수직 힘 성분(FP-WV)으로서 간주된다. 이 힘 성분(FP-WC)이 따라서, 힘(FF)의 삭감 후의 총 힘이다.Specifically, the linear bearing 253 of the three bearing sets 252 ensures that the structure of the wafer carrier 208 is not moved in an undesirable manner in response to the eccentric force FP-W. Accordingly, the linear bearing 253 has a vertical direction such that this eccentric force FP-W is parallel to the initial first orientation of the respective wafer carrier 208 and the respective central axes 212, 214 of the wafer 206. Except that the wafer carrier 208 or the wafer 206 are not moved. As a result, the eccentric wafer load FP-W minus the frictional force FF (shown as acting on the wafer 206 in FIG. 2) is transferred to the main bearing housing 250 to allow the allowed vertical force component ( FP-WV). This force component FP-WC is thus the total force after the reduction of the force FF.
도 5ba 및 도 5ab에는 선형 베어링(253)의 어레이(265)를 포함하는 복식 선형 베어링 구조체(230)가 도시되어 있다. 어레이(265)는 복식 선형 베어링 구조체(230)의 작동부를 축선(212, 214)의 방향으로 길이가 짧고 웨이퍼(206)와 퍽(218)의 직경(예를 들어, 8인치)에 비해 작은 직경을 갖는 부분들로 분할하도록 형성되어 있다. 더욱이, 그 분할선은 원형 경로(266)로 구조체(230)의 선형 베어링(253)에 균일한 간격으로 이격되어 있다(도 5bc). 이러한 방식으로, 웨이퍼 캐리어(208) 또는 패드 조절 헤드(220)가 회전함에 따라, 예를 들어 CMP 시스템(200-1)의 작동 단계에서 감지되는 편심력(FP-W) 하에 개개의 선형 베어링(253)이 빠르게 연속적으로 배치된다.5BA and 5AB, a double linear bearing structure 230 including an array 265 of linear bearings 253 is shown. The array 265 is short in length in the direction of the axes 212, 214 of the actuation of the double linear bearing structure 230 and is small in diameter compared to the diameter of the wafer 206 and the puck 218 (eg, 8 inches). It is formed to divide into parts having. Moreover, the dividing line is spaced at regular intervals from the linear bearing 253 of the structure 230 by the circular path 266 (FIG. 5BC). In this way, as the wafer carrier 208 or the pad adjustment head 220 rotates, the individual linear bearings under the eccentric force (FP-W) detected, for example, during the operating phase of the CMP system 200-1. 253 are quickly and continuously arranged.
힘(FP-WC)이 로드셀(263)(도 2a 및 도 5ba) 상에 작용한다. 로드셀(263)은 캘리포니아주 테메큐라(Temecula)에 소재하는 트랜스듀서 테크닉스(TransducerTechniques)에 의해 시판되고 있는 모델 번호 제LPU-500-LRC와 같은 표준 변형 게이지일 수도 있다. 로드셀은 제로 값으로부터 500 파운드까지의 하중 감지 범위를 가질 수도 있다. 특히, 보다 정확한 하중 감지 범위, 예를 들어 제로 값으로부터 약 400 파운드까지의 범위가 사용될 수도 있다. 로드셀(263)은 척 베어링 및 로드셀 플레이트(260)에 고정된다. 힘(FP-WC)의 작용 하의 메인 베어링 하우징(250)의 허용된 이동은 이러한 이동에 응답하는 웨이퍼 하중 신호(264)(도 5ba)를 출력하는 로드셀(263)에 의해 감지되며, 또는 이 로드셀을 작동시킨다. 전술한 바와 같이, 웨이퍼(206)의 노출 영역(204R)을 균일하게 연마하기 위하여, 예를 들어 균일한 또는 균등한 양의 압력이 상이한 노출 및 접촉 영역(204R)에 인가되어야 한다. 예를 들어, 노출 및 접촉 영역(204R)의 면적이 증가할수록 힘(FP-W)이 증가하여 압력의 크기가 일정해진다. 연마 패드(202)가 하나의 웨이퍼(206) 상에서 수행되는 연마 작동 동안 화살표(209H)의 방향으로 이동되므로, 그리고 이러한 연마 패드의 이동으로 인해 연마 패드(209)가 접촉되는 노출 영역(204R)의 면적이 상이해지므로, 웨이퍼(206)에 가해지는 힘(FP-W)이 정확하게 변화되어야 한다. 웨이퍼 하중 신호(264)의 처리가 수행되며 상방으로의 웨이퍼 캐리어(208)의 힘(도 1b의 도면 부호 F 참조)이 웨이퍼(206)와 웨이퍼 캐리어(208) 상에 연마 패드(202)에 의해 가해지는 적절한 힘(FP-W)을 제공하도록 필요에 따라 조절된다.Force FP-WC acts on load cell 263 (FIGS. 2A and 5BA). The load cell 263 may be a standard strain gauge, such as model number LPU-500-LRC, marketed by TransducerTechniques of Temecula, California. The load cell may have a load sensing range from zero to 500 pounds. In particular, more accurate load sensing ranges, such as from zero values to about 400 pounds, may be used. The load cell 263 is fixed to the chuck bearing and the load cell plate 260. The allowed movement of the main bearing housing 250 under the action of the force FP-WC is sensed by the load cell 263 which outputs a wafer load signal 264 (Fig. 5ba) in response to this movement, or this load cell. To work. As mentioned above, in order to uniformly polish the exposed area 204R of the wafer 206, a uniform or even amount of pressure must be applied to the different exposed and contact areas 204R, for example. For example, as the area of the exposed and contacted region 204R increases, the force FP-W increases so that the magnitude of the pressure is constant. Since the polishing pad 202 is moved in the direction of the arrow 209H during the polishing operation performed on one wafer 206, the movement of the polishing pad 209 causes the polishing pad 209 to come into contact with the exposed area 204R. Since the areas are different, the force applied to the wafer 206 (FP-W) must be changed accurately. The processing of the wafer load signal 264 is performed and the upward force of the wafer carrier 208 (see reference numeral F in FIG. 1B) is caused by the polishing pad 202 on the wafer 206 and the wafer carrier 208. It is adjusted as necessary to provide the appropriate force FP-W to be applied.
선형 베어링 구조체(232)가 도 1b, 도 2a, 도 5aa 내지 도 5ac, 도 5ba 및 도 5bb를 참조하여 설명되어 있다. 메인 베어링 하우징(250)에는 세개의 슬리브(274)(이격된 쌍을 이룬 원들로 묘사되어 있는)를 포함하는 세개의 선형 베어링(272) 중 제2 세트(270)가 제공되어 있다. 슬리브(274)는 짝을 이루는 베어링 샤프트(278)(상방으로 연장하는 선으로서 묘사되어 있는)를 수용하도록 개방 바닥(276)을 구비한다. 샤프트(278)가 보어(283)에 수용된 스크류(281)에 의해 리테이너 링 베어링 플레이트(279) 상에 장착되어 있다(도 7). 보어(283)는 나사에 의해 리테이너 링(282)의 0.050인치의 수직 이동 거리 만큼 플레이트(260)에 대해 플레이트(279)를 상대 이동시킬 수 있는 크기로 형성된다. 베어링(272)은 예를 들어, 베어링(253)과 동일한 유형의 베어링일 수도 있다. 리테이너 링 베어링 플레이트(279)가 나사(285)에 의해 리테이너 링 베이스(280)에 고정된다(도 15). 베이스(280)는 제2 세트(270)의 선형 베어링(272)에 의해 제한적으로 수직 방향으로 이동하면서, 예를 들어 플레이트(279)와 동일한 거리(0.050인치)에 걸쳐 자유롭게 이동하도록 설계되어 있다. 리테이너 링 베이스(280)의 상면에 리테이너 링(282)이 연마 패드(209)와 접촉하도록 제거 가능하게 제공되어 있다. 따라서, 리테이너 링(282)은 플레이트(260)와 독립적으로 이동하며 메인 베어링 하우징(250)과도 독립적으로 이동하도록 장착된다. 리테이너 링(282)이 연마 패드(209)와 결합되어 때때로 나사(289)를 풀어줌으로써 리테이너 링(282)을 교환할 수도 있다(도 15).The linear bearing structure 232 is described with reference to FIGS. 1B, 2A, 5A-5AC, 5BA, and 5BB. The main bearing housing 250 is provided with a second set 270 of three linear bearings 272 that include three sleeves 274 (depicted by spaced paired circles). Sleeve 274 has an open bottom 276 to receive a mating bearing shaft 278 (depicted as a line extending upwards). The shaft 278 is mounted on the retainer ring bearing plate 279 by a screw 281 received in the bore 283 (FIG. 7). The bore 283 is formed to a size that allows the plate 279 to move relative to the plate 260 by a screw by 0.050 inches of vertical movement of the retainer ring 282. Bearing 272 may be, for example, a bearing of the same type as bearing 253. Retainer ring bearing plate 279 is secured to retainer ring base 280 by screws 285 (FIG. 15). The base 280 is designed to move freely over the same distance (0.050 inches) as, for example, the plate 279, while moving in a limited vertical direction by the linear bearing 272 of the second set 270. A retainer ring 282 is removably provided on the top surface of the retainer ring base 280 to contact the polishing pad 209. Thus, the retainer ring 282 moves independently of the plate 260 and is mounted to move independently of the main bearing housing 250. Retainer ring 282 may be engaged with polishing pad 209 to occasionally replace retainer ring 282 by releasing screws 289 (FIG. 15).
전술한 바와 같이, 도 1b에는 웨이퍼 캐리어 헤드(208)의 초기 방위가 도시되어 있다. 헤드(208)는 리테이너 링 베이스(280)와 리테이너 링(282)을 포함한다. 리테이너 링 베이스(280)는 진공 척(262)으로부터 이격된 상태로 그 진공 척을 둘러싸고 있다. 리테이너 링(282)은 웨이퍼 연마작동 동안 연마 패드(209)와 결합되도록 설계되어 있으며, 연마 패드(209)는 리테이너 링(282) 상에 힘(FP-R)을 부과한다. 힘(FP-R)은 웨이퍼 캐리어(208)의 축선(212)에 대해 편심 관계에 있다.As noted above, the initial orientation of the wafer carrier head 208 is shown in FIG. 1B. Head 208 includes retainer ring base 280 and retainer ring 282. The retainer ring base 280 surrounds the vacuum chuck in a state spaced apart from the vacuum chuck 262. Retainer ring 282 is designed to engage with polishing pad 209 during wafer polishing operation, and polishing pad 209 exerts a force FP-R on retainer ring 282. The force FP-R is in an eccentric relationship with respect to the axis 212 of the wafer carrier 208.
연마 헤드(202)의 패드(209)가 리테이너 링(282)과 결합하기 전의 시간(T0PRR)에, 원통형 외면(284)은 수직 상태에 있다. 이 원통형 외면(284)은 리테이너 링 베이스(280)와 리테이너 링(282)에 의해 그 범위가 한정되어 있다. 이러한 시간(T0PRR)에는, 패드(209)에 의해 리테이너 링(282) 상에 힘(FP-R)이 전혀 가해지지 않으며, 리테이너 링 베이스(280)와 리테이너 링(282)의 개개의 중심 축선(286, 288)은 수직 방향에 있다.At a time T0PRR before the pad 209 of the polishing head 202 engages with the retainer ring 282, the cylindrical outer surface 284 is in a vertical state. The cylindrical outer surface 284 is limited in scope by the retainer ring base 280 and the retainer ring 282. At this time T0PRR, no force FP-R is applied on the retainer ring 282 by the pad 209, and the respective central axes of the retainer ring base 280 and the retainer ring 282 ( 286 and 288 are in the vertical direction.
대표적인 상황에서, 연마 헤드(202)는 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계되어 있음을 알고 있다. 따라서, 연마 헤드(202)는 리테이너 링(282) 상에 수직 하방으로 편심력(FP-R)을 가한다. 일반적으로, 구조체(232)는 구조체(230)의 전술한 기능과 동일한 방식으로 기능한다. 보다 상세히 설명하자면, 구조체(232)는 편심력(FP-R)의 반복 가능한 측정을 촉진한다. 따라서, 리테이너 링(282)에 가해진 힘(FP-R)은 이 힘이 리테이너 링(282)에 편심적으로 가해지더라도 전술한 바와 같이 정확하게 측정될 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 구조체(232)는 이러한 편심력(FP-R)의 크기의 앞서 규정한 정확한 지시의 제공을 가능하게 한다.In an exemplary situation, it is understood that the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210. Thus, the polishing head 202 exerts an eccentric force FP-R vertically downward on the retainer ring 282. In general, structure 232 functions in the same manner as described above for structure 230. More specifically, structure 232 facilitates repeatable measurements of eccentric force (FP-R). Thus, the force FP-R applied to the retainer ring 282 can be accurately measured as described above even if this force is applied eccentrically to the retainer ring 282. In more detail, the structure 232 allows for the provision of a precise indication as defined above of the magnitude of this eccentric force FP-R.
구조체(232)는 리테이너 링(282)에 가해진 이러한 편심력(FP-R)의 수직 성분(FP-RV)을 제외하고는 모든 힘 성분에 저항한다. 보다 상세히 설명하자면, 세개의 베어링 세트(270) 중 선형 베어링(273)은 리테이너 링(282)의 구조가 이러한편심력(FP-R)에 응답하여 바람직하지 못한 방식으로 이동되지 않도록 하는 것을 보장한다. 따라서, 선형 베어링(272)은 편심력(FP-R)이 후술한 바를 제외하고는 이러한 리테이너 링(282)을 이동시키지 않는 것을 보장한다. 리테이너 링(282)은 동축의 개개의 웨이퍼 캐리어(208)의 중심 축선(212)의 초기 제3 방위에 평행하게 수직 방향으로 이동된다. 그 결과, 힘(FF)을 뺀 편심 하중(FP-R)(도 2b에서 리테이너 링(282)에 작용하는 것으로 도시된)이 허용 수직 힘 성분(FP-RV)으로서 리테이너 링 베어링 플레이트(279)에 전달된다. 예를 들어, 도 2a 및 도 6b를 참조하면, 구조체(232)에 의해 제한되어 있는 리테이너 링(282)의 운동이 구조체(230)에 의해 제한되어 있는 웨이퍼 캐리어(208)의 운동과 무관함을 알 수 있다.The structure 232 resists all force components except for the vertical component FP-RV of this eccentric force FP-R applied to the retainer ring 282. More specifically, the linear bearing 273 of the three bearing sets 270 ensures that the structure of the retainer ring 282 does not move in an undesirable manner in response to this eccentric force FP-R. . Thus, the linear bearing 272 ensures that the eccentric force FP-R does not move this retainer ring 282 except as described below. The retainer ring 282 is moved in the vertical direction parallel to the initial third orientation of the central axis 212 of the individual coaxial wafer carrier 208. As a result, the eccentric load FP-R minus the force FF (shown as acting on the retainer ring 282 in FIG. 2B) is the retaining ring bearing plate 279 as the allowable vertical force component FP-RV. Is passed on. For example, referring to FIGS. 2A and 6B, the movement of the retainer ring 282 confined by the structure 232 is independent of the movement of the wafer carrier 208 constrained by the structure 230. Able to know.
선형 모터(290)가 척 베어링 및 로드셀 플레이트(260)와 리테이너 링 베어링 플레이트(279)의 사이에 장착되어 있다. 선형 모터(290)는 밀봉된 공동 형태로 제공되는 것이 바람직하며, 또는 보다 바람직하게는 공압 모터 도는 전기기계 유닛의 형태를 취할 수도 있다. 가장 바람직한 선형 모터(290)는 유입구(294)를 관통하여 공압 유체(화살표(293) 참조)가 공급되는 공압 블래더(bladder;292)를 포함하며, 도 5aa, 도 5ba, 도 7, 도 12a, 도 13a 및 도 14a에 도시되어 있다. 도 5ba 및 도 13a에 도시된 바와 같이, 척 베어링과 로드셀 플레이트(260)에는 블래더(292)를 수용하기 위한 환형 홈(296)이 제공되어 있다. 이 선형 모터(290)는 블래더(292)의 바람직한 행정의 크기에 따라 상이한 압력(PB)에서 블래더(292)에 유체(293)를 공급함으로써 선택적으로 작동된다. 예를 들어, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 블래더(292)의 최대 행정은 수직 방향으로 측정한 값이 0.10인치일 수도 있다. 이러한최대 행정은 0.02인치일 수도 있는 웨이퍼(206)의 수직 치수(또는 두께)와 견줄만하다. 설명을 목적으로, 플레이트(260)는 수직 방향으로 고정될 수도 있어, 유체(293)가 블래더(292) 내로 진입한 경우, 블래더는 유체(293)의 압력으로부터 초래되는 블래더(292)의 특정 행정에 대응하는 거리만큼 상방으로 플레이트(279)를 추진한다. 따라서, 블레이더(292)가 리테이너 링 베어링 플레이트(279)를 그리고 그에 따라 리테이너 링 베이스(280)와 리테이너 링(282)을 진공 척(262) 상에 배치된 웨이퍼(206)에 대해 윗방향으로(본 예에서) 이동시킨다.A linear motor 290 is mounted between the chuck bearing and load cell plate 260 and the retainer ring bearing plate 279. The linear motor 290 is preferably provided in the form of a sealed cavity, or more preferably may take the form of a pneumatic motor or an electromechanical unit. Most preferred linear motor 290 comprises a pneumatic bladder 292 fed through inlet 294 and supplied with pneumatic fluid (see arrow 293), FIGS. 5aa, 5ba, 7, 12a. 13a and 14a. As shown in FIGS. 5BA and 13A, the chuck bearing and load cell plate 260 are provided with an annular groove 296 for receiving the bladder 292. This linear motor 290 is selectively operated by supplying fluid 293 to bladder 292 at different pressures PB depending on the desired stroke size of bladder 292. For example, referring to FIGS. 12A and 12B, the maximum stroke of the bladder 292 may be 0.10 inch measured in the vertical direction. This maximum stroke is comparable to the vertical dimension (or thickness) of the wafer 206, which may be 0.02 inches. For illustrative purposes, plate 260 may be fixed in a vertical direction such that when fluid 293 enters bladder 292, bladder 292 results from pressure of fluid 293. The plate 279 is pushed upwards by a distance corresponding to the specific stroke of. Accordingly, the bladder 292 is adapted to retain the retainer ring bearing plate 279 and thus retainer ring base 280 and retainer ring 282 upwards relative to the wafer 206 disposed on the vacuum chuck 262 ( In this example).
유체(293)의 압력(PB)은, 예를 들어 다수의 압력 중 하나일 수도 있다. 일반적인 예비 상식으로, 유체(293)는 압력을 받아 세개의 수직 위치 중 하나의 위치로 리테이너 링(282)을 이동시키도록 사용된다. 이 압력(PB)은, 예를 들어 약 15psi 내지 약 7-10psi의 범위에 있을 수도 있다. 도 13a 및 도 13b는, 세개의 위치 중 하나의 위치, 즉 리테이너 링(282)이 진공 척(262) 상에 장착된 웨이퍼(206)와 캐리어 필름(298)으로부터 멀리(아래쪽에) 위치한 해제 위치에 있는 리테이너 것을 보여주는 단면도이다. 해제 위치에서, 리테이너 링(282)은 척(262)으로부터의 웨이퍼(206)의 제거를 방해하지 않으며, 압력(PB)은 다른 위치에 리테이너 링(282)을 배치하는 데에 필요한 압력(PB)에 비해 낮다.The pressure PB of the fluid 293 may be one of a number of pressures, for example. In general preliminary common sense, fluid 293 is used to move the retainer ring 282 to one of three vertical positions under pressure. This pressure PB may be in the range of about 15 psi to about 7-10 psi, for example. 13A and 13B show one of three positions, that is, a release position where the retainer ring 282 is located far (below) from the wafer 206 and carrier film 298 mounted on the vacuum chuck 262. It is a section showing the retainer one in. In the release position, retainer ring 282 does not interfere with removal of wafer 206 from chuck 262, and pressure PB is the pressure PB necessary to place retainer ring 282 in another position. Lower than
도 14a 및 도 14b에 도시된 단면도에는, 보다 상세히 후술되는 바와 같은, 전체적으로 "연마 위치(polishing position)"로서 일컬어지고 있는 리테이너 링의 세개의 위치 중 두번째로 높은 위치가 묘사되어 있으며, 이 위치는 축선(214, 212)에 대해 평행한 위치의 범위 내에 있을 수도 있다. 일반적인 연마 위치는웨이퍼(206)의 연마 동안 링(282)의 위치이다. 이 연마 위치에서, 리테이너 링(282)의 상측면(299)은 웨이퍼(206)의 상측면(노출면)(204)과 수평 방향으로 정렬되거나, 동일 평면 상에 있다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 연마 위치에서 웨이퍼(206)의 외주변(301)은 리테이너 링(282)의 내벽(303)에 의해 둘러싸여 있으며, 표면(299, 204)은 동일 평면 상에 있다.In the cross-sections shown in FIGS. 14A and 14B, the second highest position of the three positions of the retainer ring, referred to as the " polishing position " as a whole, is described below, which position is described in more detail below. It may be within a range of positions parallel to the axes 214, 212. The general polishing position is the position of the ring 282 during polishing of the wafer 206. In this polishing position, the upper surface 299 of the retainer ring 282 is aligned horizontally with the upper surface (exposed surface) 204 of the wafer 206 or is coplanar. As shown in FIG. 14B, the outer periphery 301 of the wafer 206 at the polishing position is surrounded by the inner wall 303 of the retainer ring 282, and the surfaces 299 and 204 are coplanar.
주지하는 바와 같이, 세번째로, 도 12a 및 도 12b는 웨이퍼(206)의 축선(214)과 웨이퍼 캐리어(208)의 축선(212)이 동축인 상태로 진공 척(262)의 캐리어 필름(298) 상에 웨이퍼(206)를 배치하기에 적당한 최대 상승 또는 웨이퍼 포획 위치에 리테이너 링(282)을 보여주는 단면도이다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 최대 상승 위치에서, 웨이퍼(206)의 외주변(301)은 리테이너 링(282)의 내벽(303)에 의해 둘러싸인 채로 유지되며, 리테이너 링(2882)의 상측면(299)은 리테이너 링(282) 내부의 척(262) 상에 웨이퍼(206)를 배치하기가 용이해지도록 웨이퍼(206)의 노출면(204) 위에 위치한다.As noted, thirdly, FIGS. 12A and 12B show the carrier film 298 of the vacuum chuck 262 with the axis 214 of the wafer 206 and the axis 212 of the wafer carrier 208 coaxial. Is a cross-sectional view showing retainer ring 282 at the maximum raised or wafer capture position suitable for placing wafer 206 on. As shown in FIG. 12B, in the maximum raised position, the outer periphery 301 of the wafer 206 remains surrounded by the inner wall 303 of the retainer ring 282, and the upper side of the retainer ring 2882 ( 299 is positioned over the exposed surface 204 of the wafer 206 to facilitate placement of the wafer 206 on the chuck 262 inside the retainer ring 282.
보다 상세히 설명하자면, 링 하중력(FP-R)은 리테이너 링(282) 상에 편심적으로 작용하며 링(282)을 편심적으로 이동시키는 경향이 있다. 그러나, 선형 베어링(272)은 리테이너 링(282)과 베이스(280)의 이동이 개개의 리테이너 링 베이스(280)와 리테이너 링(282)의 개개의 중심 축선(286, 288)의 초기 방위에 수직으로 평행하게만 이루어지는 것을 보장한다. 그 결과, 힘(FP-R)의 단지 수직 하방으로 작용하는 성분(FP-RV)(리테이너 링(282) 상에 수직방향으로 작용하는 링 하중으로서 도 2a에 도시된 성분(FP-RV))만이 리테이너 링 베이스(280)를 통해 리테이너 링 베어링 플레이트(279)로 전달된다. 또한, 선형 모터(290)는 선형 베어링(272)의 샤프트(278)를 지지하는 리테이너 링 베어링 플레이트(279)에 상방향 힘(FM)(도 2a)을 가한다. 선형 베어링(272)은 또한, 힘(FM)의 수직 방향 힘성분만이 또는 총 힘(FM-V)이 리테이너 링 베이스(280)와 리테이너 링(282)을 링 하중력(FP-R)의 수직성분(FP-RV)에 대항하여 이동시키는데 유효한 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 힘(FP-W)에 응답하여 리테이너 링(282)의 허용된 이동(즉, 축선(212, 214)의 초기 위치에 평행한 이동)이 힘(FP-W)에 응답하여 척(262)과 이 척(262) 상에서의 웨이퍼(206)의 허용된 이동(즉, 축선(212, 214)의 초기 위치에 평행한 방향)과 동축(따라서 동일한 방향으로)으로 이루어진다.More specifically, the ring load force FP-R acts eccentrically on the retainer ring 282 and tends to eccentrically move the ring 282. However, the linear bearing 272 has a movement of the retainer ring 282 and the base 280 perpendicular to the initial orientation of the respective central axis 286, 288 of the individual retainer ring base 280 and the retainer ring 282. To ensure that only parallel. As a result, component FP-RV acting only vertically downward of force FP-R (component FP-RV shown in FIG. 2A as ring load acting vertically on retainer ring 282). Only the retainer ring base 280 is transmitted to the retainer ring bearing plate 279. The linear motor 290 also exerts an upward force FM (FIG. 2A) on the retainer ring bearing plate 279 that supports the shaft 278 of the linear bearing 272. The linear bearing 272 also has only the vertical force component of the force FM or the total force FM-V to maintain the retainer ring base 280 and the retainer ring 282 of the ring load force FP-R. It is guaranteed to be effective in moving against the vertical component (FP-RV). In this way, the allowed movement of the retainer ring 282 in response to the force FP-W (ie, parallel to the initial position of the axes 212, 214) is the chuck in response to the force FP-W. 262 and the allowed movement of the wafer 206 on this chuck 262 (ie, directions parallel to the initial positions of the axes 212, 214) and coaxially (and thus in the same direction).
전술한 바와 같이 웨이퍼 캐리어(208)에 가해지는 상방향 힘(F)(도 1b)을 변화시킬 필요가 있음으로 인해(노출 및 접촉영역(204R)의 면적에 따라), 연마 패드(209)에 가해지는 총 힘(FM-V)을 변화시키는 리테이너 링(282)에 가해진 힘(FM)을 또한 변화시킬 필요가 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(202)가 리테이너 링(282)과 겹치지 않는 멀리 떨어진 좌측 방향의 위치로부터 이동한 다음 대체로 리테이너 링(282)과 겹치는 우측으로 이동함에 따라, 리테이너 링(282)은 초기에는 연마 헤드(202)와 적은 면적에 걸쳐서만 중첩된다. 중첩 면적이 이러한 운동(209H)에 의해 변화함에 따라, 연마 패드(209)가 접촉되는 리테이너 링(282)의 면적에 걸쳐, 또한 예를 들어 리테이너 링(282)에 인접한 노출 영역(204R)의 접촉 면적에 걸쳐 일정한 연마 압력을 유지하기 위하여, 힘(FM-V)은 변화되어야 한다. 그 결과, 리테이너 링(282)의 전술한 연마 위치는 상세히 설명하자면 일정한 연마 압력을 유지하기 위하여 리테이너 링(282)에 의하여 패드(209)에 가해져야 하는 힘(FM-V)에 따라 결정되는 위치 범위에 있다.Due to the need to change the upward force F (FIG. 1B) applied to the wafer carrier 208 as described above (depending on the area of the exposure and contact area 204R), the polishing pad 209 It can be seen that it is also necessary to change the force FM applied to the retainer ring 282 which changes the total force applied FM-V. For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the polishing head 202 moves from a distant left position that does not overlap with the retainer ring 282 and then generally to the right overlapping with the retainer ring 282. As such, retainer ring 282 initially overlaps only a small area with polishing head 202. As the overlap area changes with this movement 209H, the contact of the exposed area 204R over the area of the retainer ring 282 with which the polishing pad 209 is contacted, for example adjacent the retainer ring 282. In order to maintain a constant polishing pressure over the area, the force FM-V must be varied. As a result, the above-described polishing position of the retainer ring 282 will be described in detail depending on the force FM-V that must be applied to the pad 209 by the retainer ring 282 to maintain a constant polishing pressure. Is in range.
도 2b 및 도 19b는 패드 조절 헤드(220)를 보여주는 도면으로서, 메인 베어링 하우징(306)과 퍽 베어링 및 로드셀 플레이트(308)의 사이의 상대 이동 방향을 제한하기 위한 선형 베어링 조립체(304)가 도시되어 있다. 대표적인 상황에서, 연마 헤드(202)는 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계되어 있음은 주지된 사실이다. CMP 시스템(200-1)은 패드조절 헤드(220)의 추가의 복식 선형 베어링 구조체(310)를 포함한다. 일반적으로, 구조체(310)는 구조체(230)와 유사하다. 따라서, 구조체(310)는 구조체(230)의 전술한 기능과 동일한 방식으로 기능한다. 보다 상세히 설명하자면, 구조체(310)는 편심력(FP-C)의 반복 가능한 측정을 촉진한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 퍽(218) 및 캐리어 또는 헤드(220)에 가해지는 힘(FP-C)은 이 힘이 퍽(218)과 헤드(220)에 편심적으로 가해지더라도 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 구조체(310)는 이러한 상당한 편심력(FP-C)의 크기의 앞서 규정한 정확한 지시의 제공을 가능하게 한다.2B and 19B show the pad adjustment head 220, showing a linear bearing assembly 304 for limiting the direction of relative movement between the main bearing housing 306 and the puck bearing and load cell plate 308. It is. In a representative situation, it is well known that the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210. The CMP system 200-1 includes an additional double linear bearing structure 310 of the pad adjustment head 220. In general, structure 310 is similar to structure 230. Thus, structure 310 functions in the same manner as the aforementioned functionality of structure 230. In more detail, structure 310 facilitates repeatable measurement of eccentric force (FP-C). Thus, as described above, the force FP-C applied to the puck 218 and carrier or head 220 can be accurately measured even if this force is applied eccentrically to puck 218 and head 220. have. Thus, the structure 310 enables the provision of the above-defined precise indication of the magnitude of this considerable eccentric force FP-C.
보다 상세히 설명하자면, 구조체(310)는 패드 조절 헤드(220)의 중심 축선(222)의 초기 방위에 대해 편심 관계에 있는 위치에서 퍽(218)에 가해진 힘(FP-C)의 수직 성분(FP-CV)을 제외한 모든 힘 성분에 저항한다. 이러한 방식으로, 선형 베어링 구조체(310)는 헤드(220)의 구조가 편심력(FP-C)에 응답하여 바람직하지 못한 방식으로 이동되지 않도록 하는 것을 보장한다. 예를 들어, 헤드(220)와 퍽(218)은 동축의 개개의 중심 축선(222, 224)의 초기 방위에 대해 단지 평행(화살표(312) 참조)하게만 이동하도록 허용되고 있다. 화살표(312)는 수직 성분(FP-CV)에 평행하다.More specifically, the structure 310 is a vertical component FP of the force FP-C exerted on the puck 218 at a position eccentric with respect to the initial orientation of the central axis 222 of the pad adjustment head 220. Resist all force components except CV. In this way, the linear bearing structure 310 ensures that the structure of the head 220 does not move in an undesirable manner in response to the eccentric force FP-C. For example, the head 220 and the puck 218 are allowed to move only in parallel (see arrow 312) with respect to the initial orientation of the respective coaxial central axes 222, 224. Arrow 312 is parallel to the vertical component (FP-CV).
도 2b에는 세개의 복식 선형 베어링 구조체(310) 중 두개가 개략적으로 도시되어 있으며, 도 16a, 도 16b 및 도 19b에 세개의 복식 선형 베어링(310)이 보다 상세히 도시되어 있다. 메인 베어링 하우징(306)에는 세개의 중공의 원통형 슬리브(316)를 포함하는 세개의 선형 베어링(314)이 제공되어 있다. 슬리브(316)는 슬리브를 수용하여 슬리브가 개개의 샤프트(320)와 협동하도록 하는 개방된 바닥(318)을 구비한다. 선형 베어링(314)의 슬리브(316)는 예를 들어, 베어링(230, 232)에서와 마찬가지로 일리노이주 록포드에 소재하는 퍼시픽 베어링에 의해 시판되고 있는 모델 번호 제FL08호일 수도 있으며, 이에 대해서는 도 2a에 도시된 것과 유사한 방식으로 도 2b에 도시되어 있다. 샤프트(320)는 샤프트(258)에 대하여 전술한 바와 동일한 방식으로 제조될 수도 있다. 메인 베어링 하우징(306)이 패드조절 헤드(220)의 척(322)에 고정되어 이 척을 운반한다. 척(322)은 연마 헤드(202)와의 접촉 동안 퍽(218) 상에 부과된 퍽 하중으로서 도 2b에 지시된 편심력(FP-C)이 가해지는 상태로 퍽(218)을 운반한다.Two of the three double linear bearing structures 310 are schematically shown in FIG. 2B, and three double linear bearings 310 are shown in more detail in FIGS. 16A, 16B and 19B. The main bearing housing 306 is provided with three linear bearings 314 comprising three hollow cylindrical sleeves 316. Sleeve 316 has an open bottom 318 to receive the sleeve so that the sleeve cooperates with the individual shaft 320. Sleeve 316 of linear bearing 314 may be, for example, model number FL08, marketed by Pacific Bearings of Rockford, Illinois, as in bearings 230 and 232, as illustrated in FIG. 2A. It is shown in FIG. 2B in a manner similar to that shown in FIG. Shaft 320 may be manufactured in the same manner as described above with respect to shaft 258. The main bearing housing 306 is fixed to the chuck 322 of the pad adjustment head 220 to carry this chuck. The chuck 322 carries the puck 218 with the eccentric force FP-C indicated in FIG. 2B as the puck load imposed on the puck 218 during contact with the polishing head 202.
전술한 바와 같이, 도 1b에는 연마 헤드(202)의 패드(209)가 퍽(218)의 노출면(216)과 결합하기 전에, 즉 초기 시간(T0PP)에서의, 패드 조절 헤드(220)와 퍽(218)의 초기 방위가 도시되어 있다. 따라서, 초기에는 패드(209)에 의해 퍽(218)에 힘(FP-C)이 전해 가해지지 않으며, 퍽(218)의 축선(224)과 헤드(220)의축선(222)은 대표적인 상황에서 수직 방향이다. 이러한 상황에서, 연마 헤드(202)는 수직의 축선(210)을 중심으로 회전하도록 설계되어 있으며, 전술한 시간 중 어느 시간(T1)에 퍽(218)과 헤드(220) 상에 수직하방으로 편심력(FP-C)(도 2b)을 가할 수도 있다. 구조체(310)는 헤드(220)와 퍽(218)에 가해진 이 편심력(FP-C)의 수직 성분(FP-CV)을 제외한 모든 힘 성분에 저항한다. 보다 상세히 설명하자면, 세개의 선형 베어링(314)은 헤드(220)의 구조가 이러한 편심력(FP-C)에 응답하여 바람직하지 못한 방식으로 이동하지 않도록 되는 것을 보장한다. 따라서, 선형 베어링(314)은 이러한 편심력(FP-C)이 개개의 헤드(220)와 퍽(218)의 개개의 중심 축선(222, 224)의 초기 방위에 평행하게 수직 방향을 제외하고는 헤드(220)나 퍽(218)을 이동시키지 않는 것을 보장한다. 그 결과, 대응 힘(FF)을 뺀 편심 웨이퍼 하중(FP-C)(도 2b에서 퍽(218) 상에 작용하는 것으로 도시된)은 수직 성분 힘 또는 총 힘(FP-CV)으로서 메인 베어링 하우징(306) 상에 전달되어, 로드셀(324)(도 2b, 도 16b 및 도 19b)에 작용한다. 로드셀은 퍽 베어링 및 로드셀 플레이트(308)에 고정된다. 메인 베어링 하우징(306)의 허용된 이동이 퍽 하중 신호(326)(도 16b)를 출력하는 로드셀(324)에 의해 감지되거나 이 로드셀(324)을 작동시킨다. 로드셀(324)은 로드셀(263)과 동일할 수도 있으며, 로드셀 신호(326)는 로드셀 신호(264)와 유사한 방식으로 사용될 수도 있다.As described above, FIG. 1B shows the pad adjusting head 220 and the pad 209 of the polishing head 202 before it engages the exposed surface 216 of the puck 218, ie at an initial time T0PP. Initial orientation of the puck 218 is shown. Thus, initially no force FP-C is applied to the puck 218 by the pad 209, and the axis 224 of the puck 218 and the axis 222 of the head 220 are representative of the situation. Vertical direction. In this situation, the polishing head 202 is designed to rotate about a vertical axis 210 and is vertically down on the puck 218 and head 220 at any time T1 described above. Core force FP-C (FIG. 2B) may also be applied. The structure 310 resists all force components except for the vertical component FP-CV of this eccentric force FP-C applied to the head 220 and the puck 218. More specifically, three linear bearings 314 ensure that the structure of the head 220 does not move in an undesirable manner in response to this eccentric force FP-C. Accordingly, the linear bearing 314 has the exception that this eccentric force FP-C is perpendicular to the initial orientation of the individual heads 220 and the individual central axes 222, 224 of the puck 218. Ensure that the head 220 or the puck 218 are not moved. As a result, the eccentric wafer load FP-C minus the corresponding force FF (shown as acting on the puck 218 in FIG. 2B) is either the vertical component force or the total force FP-CV as the main bearing housing. Delivered to 306, acting on load cell 324 (FIGS. 2B, 16B and 19B). The load cell is secured to the puck bearing and load cell plate 308. Allowed movement of the main bearing housing 306 is sensed or actuated by the load cell 324 which outputs the puck load signal 326 (FIG. 16B). The load cell 324 may be the same as the load cell 263, and the load cell signal 326 may be used in a similar manner as the load cell signal 264.
전술한 논의의 관점에서, 척(262) 또는 웨이퍼 캐리어(208) 또는 패드 조절 헤드(220)의 전술한 초기 방위를 벗어나는 기울어짐 또는 이동 경향은 단지 경향으로서, 즉 실제로 행해지지는 않음이 이해될 것이다. 예를 들어, 기울어짐 작용은선형 베어링 구조체(230, 232, 3120)의 전술한 작동 때문에 이루어지지 않는다.In view of the foregoing discussion, it will be appreciated that the inclination or movement tendency outside the aforementioned initial orientation of the chuck 262 or wafer carrier 208 or pad adjustment head 220 is merely a trend, i.e., not actually performed. . For example, the tilting action is not due to the aforementioned operation of the linear bearing structures 230, 232, 3120.
CMP 시스템(200-1)은 예를 들어, 편심력(FP-W)의 반복 가능한 측정을 촉진하는 전술한 특징을 갖추고 있을 뿐만 아니라, 이 시스템에는 또한 다른 CMP 작동을 위한 설비(대체로 도면 부호 338을 사용하여 일컬어지고 있는)가 제공되어 있다. 예를 들어, 웨이퍼 캐리어(208)의 설비(338)는 진공 척(262)용 설비(338C)와, 블래더(292)용 설비(338B), 리테이너 링(282)용 설비(338S), 그리고 로드셀(263)용 설비(338LC)를 포함한다. 이러한 설비(338)는 CMP 작동을 방해하지 않는 CMP 작동을 위해 제공된다. 웨이퍼 캐리어(208)의 이들 설비(338)가 도 3a, 도 3b 및 도 3C에 삼차원적으로 도시되어 있으며, 도 4a 및 도 4b는 그 분해도이고, 도 5aa 내지 도 5ac 및 도 5ba 내지 도 5bc은 그 확대 사시도이다. 도 3a 내지 도 3C에는 척 베어링 및 로드셀 플레이트(260)가 고정되는 회전공구 변환기(340)를 포함하는 제1 실시예(200-1)의 구조적 요소의 조립체가 도시되어 있다. 회전공구 변환기(340)는 상측 섹션(342)과 하측 섹션(344)을 포함한다(도 3C). 하측 섹션(344)은 스핀들(346)에 부착되어 있는데, 이 스핀들은 회전하면서 이 하측 섹션(344)에 상하 방향으로 수직 힘을 가한다. 상방향 수직힘이 도 1b에 힘(F)으로 도시되어 있으며, 예를 들어 연마 패드(209)가 힘(FP-W)을 가하는 것에 저항하는 힘을 초래한다. 도 3a 및 도 3C에 도시된 바와 같이, 스핀들(346)은 또한 탈이온수(348)와 같은 유체 및 진공압을 도관(350)을 통해 하측 섹션(344)으로 제공함으로써 진공 척(262)에 사용되도록 하는 설비(338C)를 제공한다. 또한, 스핀들(346)은 탈이온수(352)와 같은 유체를 도관(354)을 통해 하측 섹션(344)으로 제공함으로써 웨이퍼(206) 및 리테이너링 베이스(280) 내측의 세척에 사용되도록 하는 설비(338S)를 제공한다. 또한, 스핀들(346)은 유체(293)(압력 하의 공기와 같은)를 도관(358)을 통해 하측 섹션(344)으로 제공하여 선형 모터(290)를 작동시키도록 사용되도록 하기 위한 설비(338B)를 제공한다. 또한, 스핀들(346)은 하측 섹션(344) 상의 전기 커넥터(도시하지 않음)와 연결되어 있는 슬립 링(360)을 제공함으로써 설비(338LC)를 제공한다. 하측 섹션(344) 상의 커넥터는 시스템(200-1)으로부터의 웨이퍼 로드셀 신호(264)의 출력을 가능하게 하는 커넥터(도시하지 않음)와 짝을 이룬다.The CMP system 200-1 not only has the above-mentioned features for facilitating a repeatable measurement of eccentric force (FP-W), for example, but also includes facilities for other CMP operations (usually 338). Is referred to as. For example, the facility 338 of the wafer carrier 208 is a facility 338C for the vacuum chuck 262, a facility 338B for the bladder 292, a facility 338S for the retainer ring 282, and And a facility 338LC for the load cell 263. This facility 338 is provided for CMP operation that does not interfere with CMP operation. These facilities 338 of the wafer carrier 208 are shown in three dimensions in FIGS. 3A, 3B and 3C, and FIGS. 4A and 4B are exploded views, and FIGS. 5A-5A and 5B-5B are It is an enlarged perspective view. 3A-3C show the assembly of the structural elements of the first embodiment 200-1 including a rotary tool transducer 340 to which the chuck bearing and load cell plate 260 are fixed. Rotary tool transducer 340 includes an upper section 342 and a lower section 344 (FIG. 3C). The lower section 344 is attached to the spindle 346, which rotates and applies vertical force to the lower section 344 in the vertical direction. The upward vertical force is shown as force F in FIG. 1B, resulting in a force that resists, for example, the polishing pad 209 exerting a force FP-W. As shown in FIGS. 3A and 3C, the spindle 346 is also used in the vacuum chuck 262 by providing a fluid and vacuum pressure, such as deionized water 348, through the conduit 350 to the lower section 344. Provision is made for the installation 338C. Spindle 346 also provides equipment such as deionized water 352 to be used for cleaning inside wafer 206 and retaining base 280 by providing conduit 354 to lower section 344. 338S). Spindle 346 also provides equipment 293B for providing fluid 293 (such as air under pressure) to conduit 358 to lower section 344 to be used to operate linear motor 290. To provide. Spindle 346 also provides facility 338LC by providing slip ring 360 in connection with an electrical connector (not shown) on lower section 344. The connector on the lower section 344 is mated with a connector (not shown) that enables the output of the wafer load cell signal 264 from the system 200-1.
하측 섹션(344)과 상측 섹션(342)은 해제 가능한 커넥터(361)에 의해 표준 방식으로 결합되어 있다(도 3C). 섹션(342, 344)을 해제 가능하게 결합하기 위하여, 커넥터(361)는 하측 섹션(344)으로부터 상측 섹션(342)의 중공형 중심부(362) 내로 피스톤 로드(도시하지 않음)에 의해 구동되는 캠(도시하지 않음)을 구비한다. 캠은 볼 베어링(도시하지 않음)과 결합하여 볼 베어링을 레이스(도시하지 않음)로부터 부분적으로 외측으로 그리고 V-자형 홈(도시하지 않음) 내로 부분적으로 추진한다. 볼 베어링은 밀접하게 연결되어 있는 상측 섹션(342)과 하측 섹션(344)을 해제 가능하게 유지한다. 상측 및 하측 섹션(342, 344)을 분리할 필요가 있는 경우, 캠은 상측 섹션(342)으로부터 철회되어 볼 베어링이 V-자형 홈으로부터 완전히 방출되어 상측 섹션(342)을 해제하도록 된다.Lower section 344 and upper section 342 are joined in a standard manner by releasable connector 361 (FIG. 3C). To releasably engage sections 342 and 344, connector 361 is a cam driven by a piston rod (not shown) from lower section 344 into hollow central portion 362 of upper section 342. (Not shown). The cam engages with the ball bearing (not shown) to partially propel the ball bearing out of the race (not shown) and into the V-shaped groove (not shown). The ball bearings releasably retain the upper and lower sections 342 and 344 that are closely connected. If it is necessary to separate the upper and lower sections 342, 344, the cam is withdrawn from the upper section 342 such that the ball bearings are completely released from the V-shaped grooves to release the upper section 342.
도 3a 및 도 9에는 상측 섹션(342)의 바닥(366)이 도시되어 있다. 상측 섹션(342)의 네개의 포트는 설비(338)를 위해 제공된 것이다. 제1 포트(368)가 하측 섹션(344)의 유사한 포트(도시하지 않음)와 짝을 이루어 탈이온수와 진공압을공급한다(화살표(348) 참조). 포트(368)는 하측 섹션(344)의 유사한 포트로부터 연장하는 표준 원추형 시일을 수용한다. 포트(368)를 통하여 도 5aa에 도시된 O-링(370)을 지나쳐 도 5ba에 노즐(372)로 탈이온수(348)가 유동하고 진공압(348)이 인가된다. 상기 노즐은 플레이트(260)의 나사체결 포트(374)에 나사체결되어 있다.3A and 9 show the bottom 366 of the upper section 342. Four ports of the upper section 342 are provided for the facility 338. First port 368 is paired with a similar port (not shown) of lower section 344 to supply deionized water and vacuum pressure (see arrow 348). Port 368 receives a standard conical seal that extends from a similar port of lower section 344. The deionized water 348 flows through the port 368 through the O-ring 370 shown in FIG. 5aa to the nozzle 372 in FIG. 5ba and a vacuum pressure 348 is applied. The nozzle is screwed into the screwing port 374 of the plate 260.
도 3a 및 도 10에는 탈이온수를 공급하도록(화살표(352) 참조) 하측 섹션(344)의 유사한 포트(도시하지 않음)와 짝을 이루는 제2 포트(376)가 도시되어 있다. 포트(376)는 하측 섹션(344)의 유사한 포트로부터 연장하는 표준 원추형 시일(도시하지 않음)과 짝을 이루는 시일(378)을 구비한다. 탈이온수(352)가 포트(376)를 통하여 도 5ab에 도시된 O-링(380)을 지나쳐 도 5bb 및 도 10에 도시된 유출구가 여섯개인 매니폴드 노즐(382)로 유동한다. 노즐(382)은 플레이트(260)의 나사체결 포트(374) 내에 나사체결되어 있다.3A and 10 show a second port 376 paired with a similar port (not shown) of the lower section 344 to supply deionized water (see arrow 352). Port 376 has a seal 378 mating with a standard conical seal (not shown) that extends from a similar port in lower section 344. Deionized water 352 flows through port 376 past O-ring 380 shown in FIG. 5ab to manifold nozzle 382 with six outlets shown in FIGS. 5bb and 10. The nozzle 382 is screwed into the screwing port 374 of the plate 260.
도 3a, 도 5bb 및 도 10에는 공기를 공급하도록(화살표(293) 참조) 하측 섹션(344)의 유사한 포트(도시하지 않음)와 짝을 이루는 제3 포트(384)가 도시되어 있다. 포트(384)는 하측 섹션(344)의 유사한 포트로부터 연장하는 표준 원추형 시일(도시하지 않음)과 짝을 이루는 시일(386)을 구비한다. 공기(화살표(293) 참조)가 포트(384)를 통하여 도 10에 도시된 O-링(388)을 지나쳐 단일 유출구 유체 커넥터(390)로 유동한다. 커넥터(390)는 플레이트(260)의 나사체결 포트(392)에 나사체결되어 도관(393)을 통해 블래더(292)의 유입구(294)에 연결되어 있다.3A, 5BB and 10 show a third port 384 paired with a similar port (not shown) of the lower section 344 to supply air (see arrow 293). Port 384 has a seal 386 that mates with a standard conical seal (not shown) that extends from a similar port in lower section 344. Air (see arrow 293) flows through port 384 through O-ring 388 shown in FIG. 10 to single outlet fluid connector 390. The connector 390 is screwed into the screwing port 392 of the plate 260 and is connected to the inlet 294 of the bladder 292 through a conduit 393.
스핀들(346) 상의 슬립 링(360)이 하측 섹션(344)의 포트에 수용된 포고 핀커넥터(pogo pin connector)와 짝을 이루는 하측 섹션(344) 상의 커넥터(도시하지 않음)를 관통하여 연결되어 있다. 포고 핀은 상측 섹션(342)의 포트(402) 내에 제공된 커넥터(400)의 전기 접점(398)(도 3a)과 탄성적으로 비스듬하게 접촉하도록 상방으로 연장한다. 포트(402)는 숄더(도시하지 않음)를 구비하며, 플레이트(260)가 여섯개의 나사(404)에 의해 상측 섹션(342)에 연결되는 경우 이 숄더에 대항하여 커넥터(400)가 추진된다. 포트(402)는 플레이트(260)에 제공되어 있는 도 5ab에 도시된 열쇠 구멍 형상의 포트(406)와 정렬된다. 포트(406)는 커넥터(400)를 통과하기에 충분할 만큼(커넥터(400)가 포트(402) 내로 이동하는 것을 허용할만큼) 크다. 전도체(408)가 커넥터(400)로부터 포트(406)를 통과한 다음, 플레이트(260)에 고정되어 있는 도 4a에 도시된 로드셀 증폭기(410)까지 연장한다. 증폭기(410)는 로드셀(263)에 연결되어 웨이퍼 로드셀 신호(264)를 수용한다.Slip ring 360 on spindle 346 is connected through a connector (not shown) on lower section 344 to mate with a pogo pin connector received at a port of lower section 344. . The pogo pin extends upwards to elastically obliquely contact the electrical contact 398 (FIG. 3A) of the connector 400 provided in the port 402 of the upper section 342. Port 402 has a shoulder (not shown) and connector 400 is pushed against this shoulder when plate 260 is connected to upper section 342 by six screws 404. The port 402 is aligned with the keyhole shaped port 406 shown in FIG. 5ab provided in the plate 260. The port 406 is large enough to pass through the connector 400 (allowing the connector 400 to move into the port 402). Conductor 408 passes from connector 400 to port 406 and then extends to load cell amplifier 410 shown in FIG. 4A secured to plate 260. The amplifier 410 is connected to the load cell 263 to receive the wafer load cell signal 264.
도 5ac에는 척 베어링 및 로드셀 플레이트(260)에 장착된 노즐(372)(도 5ba)에 연결되어 있는 배관(412) 형태의 설비(338C)가 도시되어 있다. 이 배관(412)은 도 5ab에 도시된 메인 베어링 하우징(250) 내의 관통공(414)을 통과하여 상방으로 연장하며 도 4b에 도시된 누름 연결 배관 커넥터(416)까지 연장한다. 커넥터(416)는 척(262)에 천공된 포트(418)에 나사체결된다. 포트(418)는 척(262)의 매니폴드(420)(도 15)까지 진공압 또는 탈이온수(348)를 공급하여 척(262)의 상측면(422)을 가로질러 진공압 또는 탈이온수(348)가 균일하게 분배되도록 한다.FIG. 5ac shows a facility 338C in the form of a pipe 412 connected to a nozzle 372 (FIG. 5ba) mounted to a chuck bearing and load cell plate 260. This pipe 412 extends upwardly through the through hole 414 in the main bearing housing 250 shown in FIG. 5A and extends to the push connection pipe connector 416 shown in FIG. 4B. The connector 416 is screwed into a port 418 bored in the chuck 262. The port 418 supplies vacuum pressure or deionized water 348 to the manifold 420 (FIG. 15) of the chuck 262 and crosses the upper side 422 of the chuck 262. 348 allows for even distribution.
다공성 층(297)이 상측면(422)에 장착되어 있다. 이 층(297)은 비교적 큰 구멍(297P)(도 7)을 갖는 다공성 세라믹 재료로 제조된다. 비교적 큰 구멍(297P)은이를 관통하여 매니폴드(420)로부터 진공압(348)이 인가되거나 탈이온수(348)가 유동하는 통로를 제공한다. 큰 구멍(297P)은 진공 척(262)의 총 면적에 걸쳐 균일하게 위치하며 따라서 매니폴드(420)로부터 척(262)의 총 면적에 걸쳐 진공압을 인가한다. 유사하게, 큰 구멍(297P)은 척(262)의 면적 전체에 걸쳐 탈이온수(348)를 공급한다. 또한, 큰 구멍(279P)은 웨이퍼(206)와 직접 접촉하는 비교적 소수(예를 들어, 여섯개)의 진공 구멍의 종래 기술의 사용에서와 같이 진공압(348)이 인가되어 웨이퍼(206)를 변형시킬만큼 크지는 않다. 이러한 모든 목적을 위해, 구멍(297P)은 비교적 크기가 큰 것이 바람직하며, 그 크기가 약 20 내지 50 마이크론의 범위 이내인 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직한 구멍의 크기는 일 마이크론 미만인 종래의 세라믹보다 상당히 큰 약 30 내지 40 마이크론이다.Porous layer 297 is mounted on top side 422. This layer 297 is made of a porous ceramic material having a relatively large hole 297P (FIG. 7). A relatively large hole 297P passes through it to provide a passage through which vacuum pressure 348 is applied or deionized water 348 flows from the manifold 420. Large hole 297P is uniformly located over the total area of vacuum chuck 262 and thus applies vacuum pressure from manifold 420 over the total area of chuck 262. Similarly, large hole 297P supplies deionized water 348 throughout the area of chuck 262. In addition, large hole 279P is applied with vacuum pressure 348 to apply wafer 206 as in the prior art use of relatively few (eg, six) vacuum holes in direct contact with wafer 206. Not big enough to deform For all these purposes, the holes 297P are preferably relatively large, more preferably within the range of about 20 to 50 microns, with the most preferred hole size being considerably greater than conventional ceramics of less than one micron. Large about 30 to 40 microns.
도 7 및 도 8에는 매니폴드(420)에 제공되어 다공성 층(297)의 상측면(499) 위를 연장하여, 척(262)의 면적에 걸쳐 진공압 또는 탈이온수(348)를 균일하게 분배하기 위한 캐리어 필름(298)이 도시되어 있다. 필름(298)은 상품명 로델(RODEL)의 모델번호 제RF 200호로 시판되고 있는 재료로 제조된다. 이 필름(298)에는 예를 들어, 크기가 0.010 인치 내지 0.015인치인 절삭 구멍 또는 개구가 제공되어 있다. 층(297)은 또한 다공성 특징을 가지며 탈이온수(348)가 관통하여 유동하거나 진공압(348)이 층(297)으로부터 인가되는 층(297)의 연속적인 통로를 제공한다. 층(297)과 필름(298)은 척(262)의 전체 면적에 걸쳐 매니폴드(420)로부터 진공압(348)을 균일하게 그리고 정밀하게 분배하도록 협동한다. 또한, 층(298)은 입자가 진공 척(262)의 상측면(422)과 접촉하도록 하며, 후술하는 바와 같은 세척의 경우 웨이퍼(206)의 오염을 방지한다.7 and 8 are provided in the manifold 420 and extend over the upper side 499 of the porous layer 297 to evenly distribute vacuum pressure or deionized water 348 over the area of the chuck 262. A carrier film 298 is shown to illustrate. The film 298 is made of a material sold under the trade name RODEL, model number RF 200. The film 298 is provided with cutting holes or openings, for example, between 0.010 inches and 0.015 inches in size. Layer 297 also has a porous character and provides a continuous passage of layer 297 through which deionized water 348 flows through or vacuum pressure 348 is applied from layer 297. Layer 297 and film 298 cooperate to uniformly and precisely distribute vacuum pressure 348 from manifold 420 over the entire area of chuck 262. In addition, layer 298 allows particles to contact the upper surface 422 of vacuum chuck 262 and prevents contamination of wafer 206 in the case of cleaning as described below.
진공 척(262)의 작동에 있어서, 웨이퍼(206)가 진공 척(262) 상에 적절하게 장착된 경우, 웨이퍼(206)의 축선(214)은 웨이퍼 캐리어(208)의 축선(212)과 동축으로 배향된다. 웨이퍼(206)를 캐리어 필름(298) 상에 유지하기 위하여, 진공압(348)이 제3 포트(384)로 그리고 그에 따라 척 매니폴드(420)로 인가되어, 캐리어 필름(298) 아래의 압력을 감소시킨다. 이러한 감소된 압력에 의해 대기압이 캐리어 필름(298)에 대항하게 웨이퍼(206)에 힘을 가하게 된다. 이 적절한 장착에 있어서, 웨이퍼(206)는 캐리어 필름(298)의 모든 통로를 차단하여, 층(297)의 구멍(297P)의 내부의 공기 흐름이 상당히 감소되도록 한다. 웨이퍼(206)가 필름(298)을 스치는 경우, 또는 다시 말해 주지된 동축 방위로 필름(298) 상에 배치되지 않은 경우, 캐리어 필름(298)으로 흐르는 공기는 적절한 방위를 지시하고 있는 압력 검출기(299D)(도 3C)에 의해 검출되는 바보다 많이 측정된다.In operation of the vacuum chuck 262, when the wafer 206 is properly mounted on the vacuum chuck 262, the axis 214 of the wafer 206 is coaxial with the axis 212 of the wafer carrier 208. Is oriented. In order to hold the wafer 206 on the carrier film 298, a vacuum pressure 348 is applied to the third port 384 and thus to the chuck manifold 420, so that the pressure below the carrier film 298 Decreases. This reduced pressure causes atmospheric pressure to force the wafer 206 against the carrier film 298. In this proper mounting, the wafer 206 blocks all passages of the carrier film 298 such that the air flow inside the holes 297P of the layer 297 is significantly reduced. When the wafer 206 rubs the film 298, or in other words is not disposed on the film 298 in a known coaxial orientation, the air flowing into the carrier film 298 is directed to a pressure detector ( More than what is detected by 299D) (FIG. 3C).
탈이온수(348)가 포트(384) 및 그에 따라 매니폴드(420)로 압력을 받아 공급된다. 탈이온수(348)는 매니폴드(420)로부터 층(297)의 구멍(297P)으로 흐르며, 층(297)으로부터 캐리어 필름(298)을 관통하여 웨이퍼(206) 아래로 흐른다. 탈이온수(348)는 웨이퍼(206)를 가로질러 압력이 상이해지는 것을 방지하며, 웨이퍼(206)를 척(262)으로부터 해제하고, 캐리어 필름(298)의 외측 웨이퍼 접촉면을 세척한다. 탈이온수(348)가 필름의 구멍(279P)을 통과하여 보다 더 흐르면 슬러리가 필름(297)의 구멍(297P)을 벗어나 필름(298)으로부터 제거되도록 힘을 받아, 다음 웨이퍼(206)를 연마하기 위한 준비 위치에서 진공척(262)을 세척한다. 이러한필름(298)과 층(297)을 통한 탈이온수(348)의 흐름이 웨이퍼(206)가 필름(298) 상에 장착된 경우 웨이퍼(206) 아래에 입자가 축적 또는 수집되는 것을 방지한다. 탈이온수(348)와 제거된 슬러리(426)는 중앙의 오염물 포집통(도시하지 않음) 내로 흐른다. 도 5ba 내지 도 8에는 매니폴드(382)로부터의 탈이온수(352)의 공급을 위한 설비(388S)가 도시되어 있다. 배관(430)은 그 하나의 길이부가 매니폴드(382)의 여섯개의 유출구(432) 중 하나에 연결되어 있는 여섯개의 길이부에 제공되어 있다. 매니폴드(382)는 블래더(292)의 개방된 중심부와 리테이너 링 플레이트(279)의 개방된 중심부를 관통하여 상방으로 연장하며, 이에 따라 배관(430)의 각각의 길이부가 리테이너 링 베이스(280)와 로드셀(263)의 사이의 공간 내에 위치하도록 된다. 리테이너 링 베이스(280)가 내측벽(436)에 탭핑되는 유입구(434)를 구비하는 것으로 도 8에 도시되어 있다. 여섯개의 이러한 유입구(434)는 내측벽(436)의 둘레에 균일한 간격으로 제공되어 있다. 내측벽(436)은 경질의 공업 플라스틱으로 제조되며, 이러한 경질의 공업 플라스틱은 치수 안정성을 갖는 유입구(434)를 제공하는 포트 플라스틱(Port Plastics)에 의해 상품명 에르탈리트 페트-피(ERTALYTE PET-P)로 시판되고 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 비보강 가웃정질 열가소성 폴리머 재료일 수도 있다. 각각의 유입구(434)에는 배관(430)의 길이부 중 하나와 연결되는 배관 끼움구(438)가 제공되어 있다.Deionized water 348 is supplied under pressure to port 384 and thus manifold 420. Deionized water 348 flows from the manifold 420 into the holes 297P of the layer 297 and flows down the wafer 206 from the layer 297 through the carrier film 298. Deionized water 348 prevents pressure differential across the wafer 206, releases the wafer 206 from the chuck 262, and cleans the outer wafer contact surface of the carrier film 298. As the deionized water 348 flows further through the holes 279P of the film, the slurry is forced out of the holes 297P of the film 297 and removed from the film 298 to polish the next wafer 206. Clean the vacuum chuck 262 in the ready position. This flow of deionized water 348 through the film 298 and layer 297 prevents particles from accumulating or collecting under the wafer 206 when the wafer 206 is mounted on the film 298. Deionized water 348 and the removed slurry 426 flow into a central contaminant trap (not shown). 5B-8 show facility 388S for supply of deionized water 352 from manifold 382. Tubing 430 is provided at six lengths whose length is connected to one of six outlets 432 of manifold 382. Manifold 382 extends upward through the open center of bladder 292 and the open center of retainer ring plate 279, so that each length of tubing 430 is retainer ring base 280. ) And the load cell 263. The retainer ring base 280 is shown in FIG. 8 as having an inlet 434 that taps into the inner wall 436. Six such inlets 434 are provided at even intervals around the inner wall 436. The inner wall 436 is made of hard industrial plastic, which is manufactured under the tradename ERTALYTE PET-P by Port Plastics, which provides an inlet 434 with dimensional stability. It may also be an unreinforced pseudo-crystalline thermoplastic polymer material such as polyethylene terephthalate sold by P). Each inlet 434 is provided with a pipe fitting 438 that connects with one of the lengths of the pipe 430.
탈이온수(352)가 스핀들(346)과 매니폴드(382)를 통과하여 공급되어, 배관(430)의 길이부 및 끼움구(438)에 탈이온수(352)를 분배한다. 도 14a 및 도 14b에는 리테이너 링(282)의 일반적인 연마 위치가 도시되어 있는데, 이 연마 위치에서 웨이퍼(206)의 노출면(204)은 리테이너 링(282)의 상면(299)과 동일 평면상에 있거나 수평방향으로 정렬되어 있다. 리테이너 링 베이스(280)는 또한 공간(440)에 의해 진공 척(262)으로부터 분리되어 있는 것으로 도시되어 있다. 도 8 및 도 22에 도시된 바와 같이, 각각의 끼움구(438) 및 유입구(434)는 측벽(436)의 통로(442)에 연결되어 있다. 각각의 통로(442)는 상방으로 내측으로 향하고 있는 노즐(444)을 제공하는 각진 형상을 갖는다. 또 도 8에는 공간(440) 내로 탈이온수(352)를 안내하도록 배향된 각각의 노즐(444)이 도시되어 있다. 또한 도 22에는 축선 노즐(444) 둘레의 원주 방향(또는 원형 형태)으로 탈이온수(352)를 안내하도록 반경 방향의 반대 방향으로 연장하는 각각의 통로(442)가 도시되어 있다. 통로(442)는 탈이온수(352)를 원형 방향(445)으로 공간(440) 내로 안내하는 노즐(444)로 공급한다. 도 14b의 확대도에서, 노즐(444)로부터의 탈이온수(화살표(352) 참조)는 진공 척(262)에 돌출되어 있는 웨이퍼(206)의 밑면(또는 돌출부)(446)에 대항하여 흐르는 것으로 도시되어 있다. 돌출부(overhang;446)는 리테이너 링 베이스(280)를 초과하여 약 0.040인치 연장할 수도 있다. 또한, 도 14b에는 리테이너 링(282)과 웨이퍼(206) 사이의 균일이나 환형 슬릿(452)을 통한 슬리리(426)의 흐름 또는 누출이 도시되어 있다(화살표(448) 참조). 흐름(448)에 의해 슬러리(426)가 공간(440) 내로 들어가게 된다.Deionized water 352 is supplied through the spindle 346 and the manifold 382 to distribute the deionized water 352 to the length and fitting 438 of the pipe 430. 14A and 14B show a general polishing position of the retainer ring 282 in which the exposed surface 204 of the wafer 206 is coplanar with the top surface 299 of the retainer ring 282. Or horizontally aligned. Retainer ring base 280 is also shown to be separated from vacuum chuck 262 by space 440. As shown in FIGS. 8 and 22, each fitting 438 and inlet 434 are connected to a passage 442 of the side wall 436. Each passage 442 has an angled shape that provides a nozzle 444 facing upwards inward. Also shown in FIG. 8 is a respective nozzle 444 oriented to guide the deionized water 352 into the space 440. Also shown in FIG. 22 are respective passages 442 extending in radially opposite directions to guide deionized water 352 in the circumferential direction (or circular shape) around axis nozzle 444. The passage 442 supplies deionized water 352 to the nozzle 444 which guides the space 440 in the circular direction 445. In the enlarged view of FIG. 14B, the deionized water (see arrow 352) from the nozzle 444 is directed against the bottom (or protrusion) 446 of the wafer 206 protruding from the vacuum chuck 262. Is shown. Overhang 446 may extend about 0.040 inches beyond retainer ring base 280. Also shown in FIG. 14B is the flow or leakage of the slit 426 through the uniform or annular slit 452 between the retainer ring 282 and the wafer 206 (see arrow 448). Flow 448 causes slurry 426 to enter space 440.
웨이퍼(206)의 밑면(446)에 대항하게 안내되는 탈이온수(352)는 공간(440)의 상단으로부터 슬러리(450)를 제거한다. 댐(454)이 탈이온수(352)와 슬러리가 공간(440)의 상단으로부터 배출되는 것을 막는다. 댐(454)은 웨이퍼(206)의 돌출되어 있는 밑면(445)과 얇은 슬릿(452)에 의해 획정되어 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 유출구(456)는 시일(458)에 인접하게 댐(454) 아래의 측벽(438) 내에 기계 가공된다. 유출구(456)는 경사진 유입 벽(462)의 반대쪽에 환형의 막(460)을 제공하도록 형성되어 있다. 이 막(460)과 반대쪽 벽(462)이 유출구 공동(464)을 획정한다. 웨이퍼 캐리어(208)의 회전 동안 원심력의 작용하에, 노즐(444)로부터 슬러리(426)와 탈이온수(352)가 유출구 오리피스(466)를 통과하여 공동(464) 내로 외측으로 추진된다. 유출구 오리피스(466)는 리테이너 링 베이스(280)를 관통하여 오염물 포집원(도시하지 않음)까지 연장한다. 시일(458)은 환형으로, 공간(440)을 가로질러 막(460) 위에서 공동(464) 내로 연장하여, 메인 베어링 하우징(250)과 진공 척(262)의 사이에 밀접하게 고정된다(예를 들어, 파지된다). 이러한 방식으로, 댐(454), 시일(458) 및 관련된 인접한 캐리어(208)의 구조체는 슬러리(426)와 탈이온수(352)를 함유하게 된다. 탈이온수(352)는 웨이퍼(206)와 공간(440)의 밑면(446)을 세척한다. 유출구(456)가 캐리어(208)의 회전보다는 펌핑기구 없이 공간(440)으로부터 추진된 슬러리(426)와 탈이온수(352)를 수용한다.Deionized water 352 guided against the bottom surface 446 of the wafer 206 removes the slurry 450 from the top of the space 440. Dam 454 prevents deionized water 352 and slurry from exiting the top of space 440. The dam 454 is defined by the protruding bottom 445 and the thin slit 452 of the wafer 206. As shown in FIG. 14A, the outlet 456 is machined in the sidewall 438 under the dam 454 adjacent to the seal 458. Outlet 456 is configured to provide an annular membrane 460 opposite the inclined inlet wall 462. The membrane 460 and the opposite wall 462 define the outlet cavity 464. Under the action of centrifugal force during the rotation of the wafer carrier 208, the slurry 426 and deionized water 352 are pushed out of the cavity 464 through the outlet orifice 466 from the nozzle 444. Outlet orifice 466 extends through retainer ring base 280 to a contaminant collection source (not shown). The seal 458 is annular and extends across the space 440 into the cavity 464 over the membrane 460 to be tightly fixed between the main bearing housing 250 and the vacuum chuck 262 (eg For example). In this manner, the structure of dam 454, seal 458 and associated adjacent carrier 208 will contain slurry 426 and deionized water 352. Deionized water 352 cleans wafer 206 and bottom 446 of space 440. Outlet 456 receives slurry 426 and deionized water 352 propelled from space 440 without pumping mechanism rather than rotation of carrier 208.
CMP 시스템(200-1)에는 전술한 편심력(FP-W)의 반복 가능한 측정 특징뿐만 아니라 다른 CMP 작동을 위한 설비(대체로 도면 부호(338)을 사용하여 일컬어지고 있는)가 제공되어 있다. 예를 들어, 패드 조절 헤드(220)의 설비(338)는 척(322) 상의 퍽(218)을 감지하기 위한 설비(338PS), 퍽(218)을 세척하기 위한 설비(338PP), 로드셀(324)용 설비(338LCP)를 포함한다. 이러한 설비(338)는 CMP 작동을 방해하지 않고 CMP 작동을 수행하기 위해 제공된다. 패드조절 헤드(220)의 설비(338)에 대해서는, 도 16a 및 도 16b에 삼차원적으로 분해되어 도시되어 있고, 도 17a에 또한 삼차원적으로 그리고 도 19a에 단면도로 도시되어 있다. 후술하는 설명에서, 전술한 바와 동일한 또는 매우 유사한 구조적 요소에는 전술한 도면 부호에 300을 더한 숫자의 도면 부호를 사용하여 설명하였다.The CMP system 200-1 is provided with facilities for other CMP operations (often referred to using reference numeral 338) as well as the repeatable measurement features of the eccentric force FP-W described above. For example, the fixture 338 of the pad adjustment head 220 may be a fixture 338PS for sensing the puck 218 on the chuck 322, a fixture 338PP for cleaning the puck 218, a load cell 324. ) 338LCP. This facility 338 is provided to perform CMP operation without interrupting CMP operation. The installation 338 of the pad adjustment head 220 is shown exploded three-dimensionally in FIGS. 16A and 16B, and also in three-dimensional view in FIG. 17A and in cross-sectional view in FIG. 19A. In the following description, the same or very similar structural elements as described above have been described using numerals plus 300 as described above.
도 17a 및 도 17b에는 퍽 베어링 및 로드셀 플레이트(308)가 고정된 회전 공구 변환기(640)를 포함하는 제1 실시예(200-1)의 구조적 요소의 조립체가 도시되어 있다. 회전 공구 변환기(640)는 상측 섹션(642)과 하측 섹션(644)을 포함한다(도 17c). 하측 섹션(644)은 스핀들(646)에 부착되어 있는데, 이 스핀들은 회전하여 하측 섹션(644)에 상하 방향으로 수직력을 인가한다. 도 17c에 도시된 바와 같이, 스핀들(646)은 또한 탈이온수(648)와 같은 유체를 도관(650)을 통해 하측 섹션(644)으로 공급하여 척(322)에 사용되도록 하는 설비(338PP)를 제공한다. 또한, 스핀들(646)은 도관(696)을 통해 하측 섹션(644)으로 진공압(695)을 인가함으로써 척(322) 상의 퍽(218)의 존재 또는 부재를 감지하는 설비(338PS)를 분리 가능하게 제공한다.17A and 17B show the assembly of the structural elements of the first embodiment 200-1 including a rotary tool transducer 640 to which the puck bearing and load cell plate 308 are fixed. Rotary tool transducer 640 includes an upper section 642 and a lower section 644 (FIG. 17C). The lower section 644 is attached to the spindle 646, which rotates to apply vertical force to the lower section 644 in the vertical direction. As shown in FIG. 17C, the spindle 646 also provides a facility 338PP that supplies fluid, such as deionized water 648, through the conduit 650 to the lower section 644 for use in the chuck 322. to provide. In addition, the spindle 646 can separate the facility 338PS that detects the presence or absence of the puck 218 on the chuck 322 by applying a vacuum 695 through the conduit 696 to the lower section 644. To provide.
스핀들(646)은 또한 퍽 로드셀 신호(326)를 처리하기 위한 시스템(도시하지 않음)에 연결된 슬립링(660)을 제공함으로써 연마 작동 동안 연마 패드(209)에 퍽(218)에 의해 인가된 힘을 결정하는 설비(338LCP)를 제공한다. 슬립 링(660)은 하측 섹션(644)의 포트(도시하지 않음)에 수용된 포고 핀 커넥터(도시하지 않음)와 짝을 이루는 하측 섹션(644) 상의 커넥터(도시하지 않음)를 관통하여 연결되어 있다. 도 17a를 참조하면, 포고 핀은 상측 섹션(642)의 포트(702)에 제공된커넥터(700)의 전기 접점(698)과 탄성적으로 비스듬하게 접촉하도록 상방으로 연장한다. 포트(702)는 숄더(도시하지 않음)를 구비하며, 플레이트(308)가 여섯개의 나사(704)에 의해 상측 섹션(642)에 연결되는 경우 이 숄더에 대항하여 커넥터(700)가 추진된다. 포트(702)는 플레이트(560)에 제공되는 것으로 도 16b에 도시된 포트(706)와 정렬되어 있다. 포트(706)는 커넥터(700)를 통과(포트(702) 내로 커넥터(700)가 이동하는 것을 허용)하기에 충분할만큼 크다. 전도체(708)가 커넥터(700)로부터 포트(706)를 관통하여 풀레이트(560)에 고정되어 있는 도 16b에 도시된 로드셀 증폭기(710)까지 연장한다. 증폭기(710)는 로드셀(324)에 연결되어 퍽 로드셀 신호(326)를 수용한다.The spindle 646 also provides a slip ring 660 connected to a system (not shown) for processing the puck load cell signal 326 so that the force applied by the puck 218 to the polishing pad 209 during the polishing operation. It provides a facility (338LCP) to determine the. Slip ring 660 is connected through a connector (not shown) on lower section 644 mating with a pogo pin connector (not shown) received in a port (not shown) of lower section 644. . Referring to FIG. 17A, the pogo pin extends upwardly to elastically obliquely contact the electrical contact 698 of the connector 700 provided at the port 702 of the upper section 642. The port 702 has a shoulder (not shown) and the connector 700 is propelled against the shoulder when the plate 308 is connected to the upper section 642 by six screws 704. Port 702 is provided in plate 560 and is aligned with port 706 shown in FIG. 16B. Port 706 is large enough to pass through connector 700 (allowing connector 700 to move into port 702). Conductor 708 extends from connector 700 through port 706 to load cell amplifier 710 shown in FIG. 16B, which is secured to full rate 560. Amplifier 710 is coupled to load cell 324 to receive the puck load cell signal 326.
하측 섹션(644)과 상측 섹션(642)은 전술한 표준 방식으로, 즉 해제 가능한 커넥터(661)(도 17c)에 의해 결합되어 있다. 전술한 구조체가 섹션(642, 644)을 해제 가능하게 연결한다. 두개의 가압 공기 라인이 커넥터(661)의 피스톤(도시하지 않음)을 작동시켜 커넥터(661)가 상측 섹션(642)을 하측 섹션(644)에 체결하도록 하거나 두개의 섹션을 분리시킨다.Lower section 644 and upper section 642 are joined in the standard manner described above, ie by releasable connector 661 (FIG. 17C). The aforementioned structure releasably connects the sections 642 and 644. Two pressurized air lines actuate a piston (not shown) of connector 661 to allow connector 661 to fasten upper section 642 to lower section 644 or to separate the two sections.
퍽은 연마 파편 및 다른 재료를 제거하도록 세척된다. 퍽(218)은 서로 부착된 두개의 원판형 층(902A, 902B)을 포함하는 것으로 도 16a 및 도 16b에 도시되어 있다. 제1 층(902A)은 천공 구멍(903)이 제공된 탄소강으로 제조된다. 천공 구멍(903)은 예를 들어, 약 0.150인치의 크기를 갖는 구멍일 수도 있다. 천공 구멍(903)은 전체 층(209A)에 걸쳐 균일하게 산포되어 있다. 천공 탄소강 층(902)은 니켈 도금되어 있다. 또 천공된 이 니켈 도금 층(209A)은 다이아몬드 재료로 코팅되어 있다. 층(209A)은 직경이 약 9.5인치인 디스크 형태로, 이 직경은 리테이너 링(282)의 외측부의 직경 및 제2 층(209B)의 직경과 일치한다. 제2 층(209B)은 접착성의 뒷면을 갖는 자성 디스크이다. 층(209B)에는 보다 작은 천공 구멍 또는 개구(904)가 제공되어 있다. 예를 들어, 개구(904)는 약 0.010 인치 내지 0.015 인치 범위의 크기를 가질 수도 있다. 퍽(218)은 다이아몬드 코팅된 표면이 패드(209)를 향하도록 헤드(220)와 층(902B)이 접촉하는 상태로 패드조절 헤드(220) 상에 장착된다.The puck is cleaned to remove abrasive debris and other materials. Puck 218 is shown in FIGS. 16A and 16B as comprising two discoidal layers 902A, 902B attached to each other. The first layer 902A is made of carbon steel provided with perforation holes 903. Perforation hole 903 may be, for example, a hole having a size of about 0.150 inches. The drilled holes 903 are evenly distributed over the entire layer 209A. The perforated carbon steel layer 902 is nickel plated. This perforated nickel plating layer 209A is coated with a diamond material. Layer 209A is in the form of a disk about 9.5 inches in diameter, which diameter matches the diameter of the outer portion of retainer ring 282 and the diameter of second layer 209B. The second layer 209B is a magnetic disk having an adhesive back side. Layer 209B is provided with smaller drilled holes or openings 904. For example, the opening 904 may have a size ranging from about 0.010 inches to 0.015 inches. The puck 218 is mounted on the pad adjustment head 220 with the head 220 and layer 902B in contact so that the diamond coated surface faces the pad 209.
퍽(218)을 세척하기 위한 설비(338PP)는 상측 섹션(642)을 포함한다. 도 17a, 도 17c, 도 19b 및 도 20에는 상측 섹션(642)의 바닥(666)이 도시되어 있다. 상측 섹션(642)의 세개의 포트가 설비(338)를 위해 제공되어 있다. 제1 포트(668)는 하측 섹션(644)의 유사한 포트와 짝을 이루어 세척 작동을 위한 탈이온수를 공급한다(화살표(648) 참조). 탈이온수(648)는 포트(668)를 통과하여 O-링(680)을 지나쳐, 플레이트(308)의 나사체결 포트(674)에 나사체결되어 있는 도 20에 도시된 끼움구(672)까지 흐른다. 끼움구(672)는 튜브 또는 도관(712)에 연결되어 있다. 튜브(712)는 끼움구(672)로부터 메인 베어링 하우징(306)(도 16a) 내의 관통공(714)을 통과하여 상방으로 연장하며, 누름 연결 배관 커넥터(716)까지 연장한다. 커넥터(716)는 척(322)에 천공된 포트(718)에 나사체결되어 있다. 포트(718)는 척(322)의 상측면(722)을 가로질러 탈이온수(648)를 균일하게 분배하기 위하여 척(322)의 매니폴드(720)까지 탈이온수(648)를 공급하는 것으로 도 16b에 도시되어 있다. 척(322)에는 상측면(722) 위를 연장하는 막(900)이 제공되어 있다. 막(900)은척(322) 상의 탈이온수(648)의 푸울 또는 저장소를 유지하는 댐을 획정한다. 탈이온수(648)는 약 200 내지 3000ccm(㎤/m)의 바람직한 유량으로 척(322)에 공급된다. 보다 바람직한 유량 값은 약 400 내지 2000ccm이며, 가장 바람직한 유량은 약 1000 내지 1200ccm이다. 탈이온수는 매니폴드(720)로부터 퍽(218)의 천공 구멍 또는 개구를 통과하여 퍽(218)을 지나쳐 외측으로 흐른 다음 막(900) 위로 느리게 흘러가 척(322)의 밖으로 느리게 흐르는 폭포를 형성한다. 이러한 방식으로, 척(322) 상의 퍽(218)이 탈이온수(648)에 담가지며, 퍽(218)을 지나쳐 흐르는 탈이온수가 퍽(218)을 세척하여, 퍽(218)에 의한 연마 패드(209)의 바람직한 조절작용을 보조한다.The facility 338PP for cleaning the puck 218 includes an upper section 642. 17A, 17C, 19B and 20 show the bottom 666 of the upper section 642. Three ports of the upper section 642 are provided for the facility 338. The first port 668 is paired with a similar port of the lower section 644 to supply deionized water for the cleaning operation (see arrow 648). Deionized water 648 passes through port 668 and passes through O-ring 680 to the insertion port 672 shown in FIG. 20, which is screwed into the screwing port 674 of the plate 308. . The fitting 672 is connected to the tube or conduit 712. The tube 712 extends upwardly from the fitting 672 through the through hole 714 in the main bearing housing 306 (FIG. 16A), and extends to the press connection piping connector 716. The connector 716 is screwed into a port 718 drilled into the chuck 322. Port 718 supplies deionized water 648 to manifold 720 of chuck 322 to evenly distribute deionized water 648 across upper surface 722 of chuck 322. Shown in 16b. The chuck 322 is provided with a membrane 900 extending over the upper side 722. Membrane 900 defines a dam that holds a pool or reservoir of deionized water 648 on chuck 322. Deionized water 648 is supplied to the chuck 322 at a desired flow rate of about 200 to 3000 ccm (cm 3 / m). More preferred flow rate values are about 400-2000 cm and most preferred flow rates are about 1000-1200 cm. Deionized water passes from the manifold 720 through the puncture hole or opening of the puck 218, flows outward through the puck 218 and then slowly flows over the membrane 900 to form a slow flowing out of the chuck 322. . In this manner, the puck 218 on the chuck 322 is immersed in deionized water 648, and deionized water flowing past the puck 218 washes the puck 218 to provide a polishing pad ( 209 to aid the desired control action.
도 19a 및 도 21에는 진공압(695)이 도관(696)에 의해 인가되는 포트(920)로서 형성된 설비(338PS)가 도시되어 있다. 보어(922)가 포트(920)를 퍽 베어링 및 로드셀 플레이트(308)에 장착된 노즐(924)에 연결한다. 배관(926)은 노즐(924)에 연결되어 메인 베어링 하우징(306)내의 관통공(928)을 통과하여 상방으로 연장한다. 배관(926)은 하우징(306)에 고정된 끼움구(930)에 연결되어 있다. 끼움구(930)는 하우징(306)에 천공되어 있고 매니폴드(720)의 릿지(934)와 정렬된 보어(932)에 진공압(695)을 인가한다. 보어(923)는 릿지(934)의 상측까지 연장한다. 이러한 방식으로, 척(322) 상에 적절하게 제공된 퍽(218)이 보어(932) 내로의 공기의 흐름을 차단하여, 보어(932)의 압력이 감소되도록 한다. 이러한 감소된 압력은 도관(696) 내의 감소된 압력으로서 반영된다. 도관(696)은 압력 센서(299D)와 유사한 압력 센서에 연결되어 있다(도 3C). 압력센서는 감소된 압력을 감지하여 퍽(218)이척(322) 상에 적절하게 위치하는지를 결정한다. 퍽(218)이 척(322) 상에 부분적으로만 위치하는 경우 또는 척(322) 상에 전혀 위치하지 않는 경우, 보어(932) 내로의 공기의 흐름은 차단되지 않으며, 보어(932) 내로의 압력 및 그에 따른 도관(696) 내의 압력이 감소되지 않는다. 그 결과, 압력센서는 퍽(218)이 척(322) 상에 적절하게 위치하지 않는지 또는 전혀 위치하지 않는지를 결정하여 연마작동을 저지한다.19A and 21 illustrate a facility 338PS formed as a port 920 where a vacuum 695 is applied by conduit 696. Bore 922 connects port 920 to nozzle 924 mounted to puck bearing and load cell plate 308. The pipe 926 is connected to the nozzle 924 and extends upwardly through the through hole 928 in the main bearing housing 306. The pipe 926 is connected to the fitting hole 930 fixed to the housing 306. The fitting 930 applies a vacuum pressure 695 to the bore 932 which is perforated in the housing 306 and aligned with the ridge 934 of the manifold 720. Bore 923 extends to the top of ridge 934. In this manner, a puck 218 properly provided on the chuck 322 blocks the flow of air into the bore 932 such that the pressure in the bore 932 is reduced. This reduced pressure is reflected as the reduced pressure in conduit 696. Conduit 696 is connected to a pressure sensor similar to pressure sensor 299D (FIG. 3C). The pressure sensor senses the reduced pressure to determine whether the puck 218 is properly positioned on the chuck 322. If the puck 218 is only partially located on the chuck 322 or not at all on the chuck 322, the flow of air into the bore 932 is not blocked, and The pressure and thus the pressure in conduit 696 are not reduced. As a result, the pressure sensor determines whether the puck 218 is not properly positioned or not at all on the chuck 322 to prevent the grinding operation.
도 23을 참조하면, 본 발명은 웨이퍼(206)와 CMP 연마 패드(209) 사이의 상대 이동을 제어하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 척(262) 상에 웨이퍼(206)를 장착하기 위한 작동 단계(1000)를 포함할 수도 있다. 웨이퍼(206)가 대칭 축선으로서 일컬어질 수도 있는 축선(214)을 구비함은 주지된 사실이다. 이 장착위치는 웨이퍼 축선(214)의 초기 위치로서 전술되어 있다. 제어방법은 도 1b에 도시된 장착 웨이퍼(206)의 대칭 축선(214)과 연마 패드(209)의 축선(210)을 오프셋시킴으로써 작동 단계(1002)로 이동된다. 축선(210)은 패드의 회전 축선이다. 그 후, 방법은 도 1b에 화살표(209V)로 도시된 바와 같이 대칭 축선(214)에 평행하게 서로를 향해 오프셋 웨이퍼(206)와 패드(209)를 추진함으로써 작동 단계(1004)로 이동한다. 웨이퍼 캐리어(208)를 상방으로 추진하며 척(262)을 웨이퍼 캐리어(208)의 축선(212)의 방향으로 고정된 위치에 유지하는 회전 공구 변환기에 의해, 추진 작동 단계(1004)는 패드(209)가 힘(FP-W)과 같은 연마력을 대칭 축선(214)에 대하여 편심적으로 장착된 웨이퍼(206) 상에 부과하도록 한다. 연마력(FP-W)에 응답하여, 웨이퍼(206)는 전술한 기울어짐 성향을 갖고 있어 대칭 축선(214)이 패드(209)의 회전 축선인 축선(210)과 평행하지 않게 이동하도록 된다. 추진 작동 동안, 방법은 회전 축선(210)의 방향에 평행하게 웨이퍼 축선(214)의 초기 위치를 따라 웨이퍼(206)가 이동하도록 하면서 장착 오프셋 웨이퍼(206)의 기울어짐 경향에 저항함으로써 작동 단계(1006)로 이동된다. 웨이퍼 축선(214)의 초기 위치를 따라 이루어지는 이러한 이동은, 예를 들어 도 2a의 힘(FP-WV)에 응답하여 이루어지며, 편심력(FP-W)에 응답하는 선형 베어링(232)의 작동을 반영한 것이다. 방법은 또한 추진 작동 및 저항작동 동안, 연마력값, 즉 힘(FP-W)을 지시해주기 위하여 회전 축선(210)의 방향에 평행한 웨이퍼(206)의 이동을 측정함으로써 수행되는 작동단계(1008)로 이동된다. 도 23에 도시된 작동 단계가 이렇게 해서 완료된다.Referring to FIG. 23, the present invention provides a method for controlling relative movement between wafer 206 and CMP polishing pad 209. The method may include an actuation step 1000 for mounting the wafer 206 on the chuck 262. It is well known that the wafer 206 has an axis 214, which may be referred to as the axis of symmetry. This mounting position is described above as the initial position of the wafer axis 214. The control method is moved to operation step 1002 by offsetting the axis of symmetry 214 of the mounting wafer 206 and the axis 210 of the polishing pad 209 shown in FIG. 1B. Axis 210 is the axis of rotation of the pad. The method then moves to operation step 1004 by pushing the offset wafer 206 and pad 209 towards each other parallel to the axis of symmetry 214 as shown by arrow 209V in FIG. 1B. The propulsion act step 1004 is driven by a pad 209 by a rotary tool transducer that pushes the wafer carrier 208 upwards and maintains the chuck 262 in a fixed position in the direction of the axis 212 of the wafer carrier 208. ) Impose an abrasive force, such as force FP-W, on the wafer 206 mounted eccentrically with respect to the symmetry axis 214. In response to the polishing force FP-W, the wafer 206 has the tilting tendency described above so that the axis of symmetry 214 moves not parallel to the axis 210, which is the axis of rotation of the pad 209. During propulsion operation, the method operates by resisting the inclination tendency of the mounting offset wafer 206 while allowing the wafer 206 to move along the initial position of the wafer axis 214 parallel to the direction of the rotation axis 210. 1006). This movement along the initial position of the wafer axis 214 is made in response to the force FP-WV of FIG. 2A, for example, and the operation of the linear bearing 232 in response to the eccentric force FP-W. It is reflected. The method is also performed during the propulsion operation and the resistance operation, an operation step 1008 performed by measuring the movement of the wafer 206 parallel to the direction of the rotation axis 210 to indicate the abrasive force value, ie the force FP-W. Is moved to. The operation step shown in FIG. 23 is thus completed.
도 24를 참조하면, 본 발명의 다른 태양은 연마면을 갖는 패드(209)에 의해 수행된 연마작동 단계를 위한 웨이퍼(206)의 장착 방법을 제공한다. 시작 단계로부터, 장착방법은 패드(209)의 연마면의 이동에 저항하도록 척(262) 상에 웨이퍼(206)를 장착하는 작동 단계(1010)를 포함할 수도 있으며, 도 1b에는 패드의 연마면이 웨이퍼(206)의 대칭 축선(214)에 대하여 편심적으로 인가되는 것으로 도시되어 있다. 도 14b에 도시된 웨이퍼(206)는 대칭 축선(214)과 대칭의 에지 또는 외주변(301)을 구비한다. 축선(214)은 패드(209)의 노출면에 대체로 직교한다. 이 장착방법은 대칭 축선(214)에 직교하는 웨이퍼(206)의 이동을 제한하도록 웨이퍼(206)의 외주변(301)을 둘러싸는 제1 위치(도 12a)를 갖는 리테이너 링(282)을 제공함으로써 작동 단계(1012)로 이동된다. 장착방법은 패드(209)가 웨이퍼(206)와 대칭 축선(214)을 연마면에 대하여 직교하지 않는 개개의 위치로 기울어지게 하는 경향이 있는 연마력(FP-W)을 야기하도록 패드(209)의 노출면과 웨이퍼(206)를 서로를 향해 추진함으로써 작동 단계(1014)로 이동된다. 장착방법은 패드(209)가 연마면에 대하여 직교하지 않는 개개의 위치로 리테이닝 링(282)과 대칭 축선(288)을 기울어지게 하는 경향이 있는 연마력(FP-W)을 야기하도록 패드(209)의 노출면과 리테이닝 링(282)을 서로를 향해 추진함으로써 작동 단계(1015)로 이동된다. 방법은 리테이너 링(282)의 기울어짐 경향에 저항하는 선형 베어링(253)의 작용에 의해 작동 단계(1018)로 이동된다. 이러한 저항은 패드(209)의 노출면에 직교하는 리테이너 링(218)의 이동을 제한한다. 전술한 바와 같이, 이러한 방식으로 힘(FP-W)에 응답하는 리테이너 링(282)의 허용된 이동(즉, 축선(212, 214)의 초기 위치에 평행한 이동)은 힘(FP-W)에 응답하는 척(262)과 이 척(262) 상에서의 웨이퍼(206)의 허용된 이동에 따라 동일한 방향(즉, 축선(212, 214)의 초기 위치에 평행한 방향)으로 이루어진다. 또한, 이러한 방식의 저항은 편심력(FP-W)의 반복 가능한 측정을 촉진한다. 따라서, 작동단계(1018)의 저항에 의해 웨이퍼 캐리어(209)에 인가된 힘(FP-W)은 이 힘이 리테이너 링(282)에 편심적으로 가해지더라도 전술한 바와 같이 정확하게 측정될 수 있다. 방법은 또한 추진 작동단계(1014, 1015) 및 저항작동 단계(1018) 동안 회전 축선(210)의 방향에 평행한 웨이퍼(206)의 이동을 측정함으로써 수행되는 작동 단계(1019)로 이동된다. 전술한 바와 같이, 이러한 측정은 연마력값, 즉 힘(FP-W)의 정확한 지시를 제공한다. 도 24에 도시된 작동 방법이 이렇게 해서 완료된다.Referring to Figure 24, another aspect of the present invention provides a method of mounting a wafer 206 for a polishing operation step performed by a pad 209 having a polishing surface. From the beginning, the mounting method may include an actuating step 1010 of mounting the wafer 206 on the chuck 262 to resist movement of the polishing surface of the pad 209, which is illustrated in FIG. 1B. It is shown to be applied eccentrically with respect to the symmetry axis 214 of the wafer 206. The wafer 206 shown in FIG. 14B has a symmetry axis 214 and an edge or outer periphery 301 of symmetry. Axis 214 is generally orthogonal to the exposed surface of pad 209. This mounting method provides a retainer ring 282 having a first position (FIG. 12A) surrounding the outer perimeter 301 of the wafer 206 to limit the movement of the wafer 206 orthogonal to the symmetry axis 214. Thereby moving to operation step 1012. The mounting method allows the pad 209 to cause polishing force FP-W to tend to tilt the wafer 206 and the symmetry axis 214 to individual positions that are not orthogonal to the polishing surface. It is moved to operation step 1014 by pushing the exposed surface and wafer 206 towards each other. The mounting method allows the pad 209 to cause an abrasive force FP-W which tends to tilt the retaining ring 282 and the symmetry axis 288 to individual positions that are not perpendicular to the polishing surface. Is moved to operation step 1015 by pushing the exposed surface and retaining ring 282 toward each other. The method is moved to operation step 1018 by the action of linear bearing 253 which resists the tendency of the retainer ring 282 to tilt. This resistance limits the movement of retainer ring 218 orthogonal to the exposed surface of pad 209. As described above, the allowed movement of the retainer ring 282 in response to the force FP-W in this manner (ie, parallel to the initial position of the axes 212, 214) is the force FP-W. Chuck 262 in response to and the allowed movement of wafer 206 on the chuck 262 in the same direction (i.e., parallel to the initial positions of the axes 212, 214). In addition, resistance in this manner facilitates repeatable measurements of eccentric force (FP-W). Thus, the force FP-W applied to the wafer carrier 209 by the resistance of the actuation step 1018 can be accurately measured as described above even if this force is eccentrically applied to the retainer ring 282. The method is also moved to an operation step 1019 that is performed by measuring the movement of the wafer 206 parallel to the direction of the rotation axis 210 during the propulsion operation steps 1014 and 1015 and the resistance operation step 1018. As mentioned above, this measurement provides an accurate indication of the polishing force value, ie the force FP-W. The operation method shown in FIG. 24 is thus completed.
도 25에 도시된 바와 같이, 작동 단계(1015)는 척(262)으로부터 이격된 플레이트(260)를 제공하는 보조 작동 단계(1022)를 포함할 수도 있다. 작동 단계(1015)는 또한 플레이트(260)와 리테이너 링(282) 사이에 블래더(292)를 제공하는 보조 작동 단계(1024)를 포함할 수도 있다. 작동 단계(1015)는 또한 제1 압력에서 유체에 의해 블래더(292)를 팽창시킴으로써 블래더(292)를 작동시키는 추가의 보조 작동 단계(1025)를 포함할 수도 있다. 이러한 팽창은 리테이너 링(282)과 패드(209)를 서로를 향해 이동시킨다.As shown in FIG. 25, actuation step 1015 may include an assist actuation step 1022 that provides a plate 260 spaced apart from the chuck 262. Operation step 1015 may also include an auxiliary operation step 1024 that provides bladder 292 between plate 260 and retainer ring 282. The actuation step 1015 may also include an additional assist actuation step 1025 that actuates the bladder 292 by inflating the bladder 292 by the fluid at the first pressure. This expansion moves retainer ring 282 and pad 209 toward each other.
도 26을 참조하면, 본 발명의 다른 태양은 웨이퍼(206)와 화학 기계가공 패드(209) 사이의 상대 이동 제어방법을 제공한다. 이 제어방법은 척(262) 상에 웨이퍼(206)를 장착하는 작동단계(1040)를 포함할 수도 있으며, 이 웨이퍼(206)는 패드(209)의 연마면과 직교하면서 캐리어 축선(212)과 동축이고 패드(209)의 회전 축선(211)과는 평행한 대칭 축선(214)을 갖고 있다. 이 제어방법은 장착 웨이퍼(206)의 대칭 축선으로부터 패드(209)의 회전 축선(211)을 오프셋시킴으로써 작동 단계(1042)로 이동된다. 이 방법은 웨이퍼(206)를 향한 패드(209)의 연마면의 이동에 저항함으로써 작동 단계(1044)로 이동된다. 척지지 플레이트(260)가 이를 위해 제공된다. 척(262)은 척지지 플레이트(260)에 대해 상대 이동 가능하다. 이 제어방법은 척(262) 상에 웨이퍼(206)를 유지하는 이동(즉, 척(262) 상의 웨이퍼(206) 배치를 돕는 이동, 도 12b)을 위해 척(262) 둘레에 리테이너 링 유닛(예를 들어, 링(282) 및 베이스(280))을 제공함으로써 작동 단계(1046)로 이동된다. 리테이너 링(282)은 또한 연마를 위해 패드(209)의 표면에 웨이퍼(206)를 노출시킬 수도 있다(도 14a). 이 제어방법은 척(262), 척지지 플레이트(260) 및 리테이너 링유닛(280, 282)에 복수 개의 쌍을 이룬 선형 베어링 조립체(230, 232)를 제공함으로써 작동 단계(1048)로 이동되며, 여기서 각각의 조립체는 패드(209)의 연마면에 직교하는 베어링 축선이 제공된 하우징(254 또는 274)을 구비한다. 각각의 조립체는 개개의 하우징(254 또는 274)에 수용된 선형 샤프트(258 또는 278)를 구비한다. 제1 조립체 세트(252)는 척(262)과 리테이너 링 유닛(280, 282)의 사이에 위치하며, 제2 조립체 세트(270)는 척(262)과 척지지 플레이트(260)의 사이에 위치한다. 이 제어방법은 웨이퍼(206)를 향한 패드(209)의 연마면의 이동에 저항하도록 축선(212)을 따라 고정된 위치에 척지지 플레이트(260)를 유지함으로써 작동 단계(1050)로 이동된다. 선택적으로, 플레이트(260)는 패드(209)를 향해 추진될 수도 있다. 어느 경우에나, 패드는 대칭 축선(214)에 대하여 편심적으로 장착 웨이퍼(206)와 리테이너 링(282)에 연마력(FP-W)을 부과한다. 연마력(FP-W)에 응답하여, 웨이퍼(206)와 척(262)은 기울어짐 경향을 갖고 있어 대칭 축선(214)이 회전 축선(210)에 평행하지 않게 이동된다. 도 27을 참조하면, 유지작동 단계(1050) 동안, 작동단계(1052)가 대칭 축선(214)에 평행하게 이동하는 리테이너 링(282)의 이동을 제한하는데 사용되는 제1 조립체 세트(252)에 의해 수행된다. 에를 들어, 척지지 플레이트(260)의 유지 동안, 작동 단계(1054)가 대칭 축선(214)에 평행하게 이동하는 척지지 플레이트(260)에 대한 척(262)의 이동을 제한하는데 사용되는 제2 조립체 세트(270)에 의해 수행된다.Referring to FIG. 26, another aspect of the present invention provides a method of controlling relative movement between wafer 206 and chemical machining pad 209. The control method may include an operation step 1040 of mounting the wafer 206 on the chuck 262, the wafer 206 having a carrier axis 212 perpendicular to the polishing surface of the pad 209. It has a symmetry axis 214 which is coaxial and parallel to the axis of rotation 211 of the pad 209. This control method is moved to operation step 1042 by offsetting the rotation axis 211 of the pad 209 from the axis of symmetry of the mounting wafer 206. This method is moved to operation step 1044 by resisting the movement of the polishing surface of the pad 209 towards the wafer 206. A chuck support plate 260 is provided for this. The chuck 262 is movable relative to the chuck support plate 260. This control method includes a retainer ring unit around the chuck 262 for movement to hold the wafer 206 on the chuck 262 (i.e., to assist placement of the wafer 206 on the chuck 262, FIG. 12B). For example, by providing ring 282 and base 280, operation is moved to operation step 1046. Retainer ring 282 may also expose wafer 206 to the surface of pad 209 for polishing (FIG. 14A). This control method is moved to the actuation step 1048 by providing a plurality of paired linear bearing assemblies 230, 232 to the chuck 262, the chuck support plate 260 and the retainer ring units 280, 282, Each assembly here has a housing 254 or 274 provided with a bearing axis orthogonal to the polishing surface of the pad 209. Each assembly has a linear shaft 258 or 278 housed in an individual housing 254 or 274. The first assembly set 252 is located between the chuck 262 and the retainer ring units 280 and 282, and the second assembly set 270 is located between the chuck 262 and the chuck support plate 260. do. This control method is moved to operation step 1050 by keeping the chuck support plate 260 in a fixed position along axis 212 to resist movement of the polishing surface of pad 209 towards wafer 206. Optionally, plate 260 may be pushed towards pad 209. In either case, the pad imposes an abrasive force FP-W on the mounting wafer 206 and the retainer ring 282 eccentrically with respect to the symmetry axis 214. In response to the polishing force FP-W, the wafer 206 and the chuck 262 tend to tilt, so that the symmetry axis 214 is moved not parallel to the rotation axis 210. Referring to FIG. 27, during the maintenance operation step 1050, the operation step 1052 is applied to the first set of assemblies 252 used to limit the movement of the retainer ring 282 moving parallel to the axis of symmetry 214. Is performed by. For example, during the maintenance of the chuck support plate 260, a second step in which the actuation step 1054 is used to limit the movement of the chuck 262 relative to the chuck support plate 260 moving parallel to the axis of symmetry 214. Performed by assembly set 270.
도 28을 참조하면, 본 발명은 웨이퍼(206)와 CMP 연마 패드(209) 사이의 상대 이동 제어방법을 제공한다. 이 방법은 패드(209)의 연마면에 노출면(204)이 평행하게 척(262) 상에 웨이퍼(206)를 장착하는 작동 단계(1040)를 포함할 수도 있다. 방법은 웨이퍼(206)의 초기 방위를 규정해주기 위하여 축선이 평행한 상태로 장착 웨이퍼(206)의 대칭 축선으로부터 연마패드(209)의 회전 축선(211)을 오프셋시킴으로써 작동 단계(1062)로 이동된다. 이 방법은 힘(FP-W)이 축선(214)에 대해 편심적으로 장착 웨이퍼(206)에 부과되도록 노출면(204)이 연마면에 저항하는 상태로 패드(209)의 연마면과 장착 오프셋 웨이퍼(206)를 서로를 향해 이동시킴으로써 작동단계(1064)로 이동된다. 도 29를 참조하면, 작동단계(1066)는 예를 들어, 장착 웨이퍼(206)에 인접한 선형 베어링 조립체(253)의 어레이(265)를 제공한다. 작동 단계(1064)의 이동 동안, 이 방법은 웨이퍼(206)의 초기 방위로부터의 이동을 거의 제한하면서 노출면(204)이 패드(209)의 연마면의 방향에 평행한 상태로의 장착 웨이퍼(206)의 이동만을 허용함으로써 작동 단계(1068)로 이동된다. 이 방법은 또한 추진 작동 및 저항 작동 동안 노출면(204)이 패드(209)의 연마면의 방향으로 평행한 상태로의 웨이퍼(206)의 허용된 이동정도를 측정함으로써 수행되는 작동 단계(1070)로 이동된다. 이것은 노출면(204) 상에 부과되는 연마력의 총 크기 값을 지시해준다.Referring to FIG. 28, the present invention provides a method of controlling relative movement between the wafer 206 and the CMP polishing pad 209. The method may include an actuating step 1040 of mounting the wafer 206 on the chuck 262 with the exposed surface 204 parallel to the polishing surface of the pad 209. The method is moved to operation step 1062 by offsetting the rotation axis 211 of the polishing pad 209 from the symmetry axis of the mounting wafer 206 with the axes parallel to define the initial orientation of the wafer 206. . This method uses the polishing surface and the mounting offset of the pad 209 with the exposed surface 204 resisting the polishing surface such that the force FP-W is imposed on the mounting wafer 206 eccentrically with respect to the axis 214. The wafers 206 are moved to operation step 1064 by moving them toward each other. Referring to FIG. 29, actuation 1066 provides, for example, an array 265 of linear bearing assemblies 253 adjacent to the mounting wafer 206. During the movement of the operating step 1064, the method provides for mounting wafers with the exposed surface 204 parallel to the direction of the polishing surface of the pad 209 while substantially limiting movement from the initial orientation of the wafer 206. Moving to operation step 1068 by only allowing movement of 206. This method is also performed by measuring the allowed movement of the wafer 206 with the exposed surface 204 parallel in the direction of the polishing surface of the pad 209 during the propulsion operation and the resistance operation. Is moved to. This indicates the total magnitude value of the abrasive force imposed on the exposed surface 204.
본 발명은 또한 패드조절 퍽(218)과 화학 기계가공 패드(209) 사이의 상대 이동 제어방법을 제공한다. 도 30을 참조하면, 이 방법은 척(322) 상에 퍽(218)을 장착하는 작동단계(1080)를 포함할 수도 있으며, 퍽(218)은 대칭 축선(214)을 갖는다(초기 위치에서). 이 방법은 평행 관계로 장착 퍽(218)의 대칭 축선(224)과 패드(209)의 회전 축선(211)을 오프셋시킴으로써 작동 단계(1082)로 이동된다. 이방법은 회전 축선(210)에 평행한(초기 위치에서) 오프셋 퍽(218)을 향해 패드(209)를 추진함으로써 패드(209)가 대칭 축선(224)에 대하여 편심적으로 장착 퍽(218)에 조절력(FP-C)을 부과하도록 하는 작동 단계(1084)로 이동된다. 조절력(FP-C)에 응답하여, 퍽(218)은 기울어짐 경향을 갖고 있어 대칭 축선(224)이 회전 축선(211)과 평행하지 않게 이동되도록 된다. 이 방법은 퍽(218)이 회전 축선(211)의 방향에 평행하게 이동하도록 하면서 장착 오프셋 퍽(218)이 기울어지는 것에 저항함으로써 추진작동 단계(1084) 동안 작동단계(1086)로 이동된다. 이 방법은 또한 조절력(FP-CV)의 값을 지시해주기 위하여 회전 축선(211)의 방향에 평행한 퍽(218)의 이동을 측정함으로써, 추진작동(1084) 및 저항작동(1086) 동안 수행되는 작동단계(1088)를 포함할 수도 있다. 이러한 지시는 본 발명에 따르면 본 명세서에 규정된 바와 같은 정확한 지시일 수도 있다.The present invention also provides a method of controlling relative movement between pad adjustment puck 218 and chemical machining pad 209. Referring to FIG. 30, the method may include an actuating step 1080 for mounting the puck 218 on the chuck 322, the puck 218 having an axis of symmetry 214 (in the initial position). . This method is moved to operation step 1082 by offsetting the axis of symmetry 224 of the mounting puck 218 and the axis of rotation 211 of the pad 209 in a parallel relationship. This method allows the pad 209 to be mounted eccentrically about the symmetry axis 224 by pushing the pad 209 toward the offset pucks 218 parallel to the axis of rotation 210 (at the initial position). Operational step 1084 is applied to impose an adjustment force FP-C on the vehicle. In response to the adjustment force FP-C, the puck 218 has a tendency to tilt such that the axis of symmetry 224 is moved out of parallel with the axis of rotation 211. This method is moved to actuation step 1086 during propulsion step 1084 by resisting the mounting offset puck 218 from tilting while allowing the puck 218 to move parallel to the direction of rotation axis 211. The method is also performed during propulsion operation 1084 and resistance operation 1086 by measuring the movement of the puck 218 parallel to the direction of the rotation axis 211 to indicate the value of the adjustment force FP-CV. It may also include an actuation step 1088. Such an indication may be an exact indication as defined herein in accordance with the present invention.
도 31을 참조하면, 본 발명은 또한 화학 기계가공 패드(209)와 패드조절 퍽(218)의 사이의 상대 이동 제어방법을 제공한다. 이 방법은 척(322) 상에 퍽(218)을 장착하는 작동 단계(1090)를 포함할 수도 있으며, 퍽(218)은 초기 대칭 축선(244)을 가지며 패드(209)의 연마면에 평행한 퍽 표면을 갖는다. 패드(209)는 또한 회전 축선(211)을 갖는다. 이 방법은 장착 퍽(218)의 대칭 축선(224)으로부터 패드(209)의 회전 축선(211)을 오프셋시킴으로써 작동 단계(1092)로 이동된다. 이 방법은 퍽(218)을 향한 패드(209)의 연마면의 이동에 저항하기 위한 척지지 플레이트(308)를 제공함으로써 작동단계(1094)로 이동되며, 척(322)은 척지지 플레이트(308)에 대해 상대이동 가능하다. 이 방법은 척(322)과 척지지플레이트(308)에 복수 개의 쌍을 이룬 선형 베어링 조립체(304)를 제공함으로써 작동단계(1096)로 이동된다. 각각의 조립체(304)는 패드(209)의 연마면에 직교하는 베어링 축선이 제공된 하우징(316)을 구비한다. 각각의 조립체(304)는 개개의 하우징(316)에 수용된 선형 샤프트(320)를 구비한다. 조립체(304)가 척(322)과 척지지 플레이트(308)의 사이에 위치한다. 이 방법은 퍽(218)을 향한 패드(209)의 연마면의 이동에 저항하도록 고정된 위치에 척지지 플레이트(308)를 유지함으로써 작동 단계(1098)로 이동된다. 패드(209)는 대칭 축선(224)에 대하여 편심적으로 장착 퍽(218) 상에 조절력(FP-W)을 부과한다. 이 조절력(FP-C)에 응답하여, 척(322)과 이 척(322) 상의 퍽(209)은 기울어짐 경향을 갖고 있어, 대칭 축선(224)이 회전 축선(211)과 평행하지 않게 이동되는 경향이 있다. 고정된 위치에 척지지 플레이트(308)를 유지하는 동안, 이 방법은 장착 퍽(218)이 패드(209)의 연마면과 퍽(218)의 서로를 향한 이동에 저항하도록 하기 위해 조립체(304)가 사용되는 작동 단계(1098)로 이동된다. 도 31을 참조하면, 이 방법은 대칭 축선(224)의 초기 위치에 평행하게 이동하는 척지지 플레이트(308)에 대한 척(322)의 이동을 제한하는 작동 단계(2000)로 이동된다. 이러한 방식으로, 퍽 표면은 연마면에 평행하게 유지된다. 이 방법은 조절력(FP-CV)의 정확한 값을 지시해주기 위하여 척지지 플레이트(308)에 대한 척(322)의 제한된 이동을 감지함으로써 작동단계(2002)로 이동될 수도 있다.Referring to FIG. 31, the present invention also provides a method of controlling relative movement between the chemical machining pad 209 and the pad adjustment puck 218. The method may include an actuating step 1090 of mounting the puck 218 on the chuck 322, the puck 218 having an initial axis of symmetry 244 and parallel to the polishing surface of the pad 209. Has a puck surface. The pad 209 also has an axis of rotation 211. The method is moved to operation step 1092 by offsetting the rotation axis 211 of the pad 209 from the axis of symmetry 224 of the mounting puck 218. The method is moved to actuation step 1094 by providing a chuck support plate 308 for resisting movement of the polishing surface of the pad 209 towards the puck 218, where the chuck 322 is moved to the chuck support plate 308. Relative movement is possible. This method is moved to act 1096 by providing a plurality of paired linear bearing assemblies 304 to the chuck 322 and the chuck support plate 308. Each assembly 304 has a housing 316 provided with a bearing axis orthogonal to the polishing surface of the pad 209. Each assembly 304 has a linear shaft 320 housed in an individual housing 316. Assembly 304 is positioned between chuck 322 and chuck support plate 308. This method is moved to operation step 1098 by keeping the chuck support plate 308 in a fixed position to resist movement of the polishing surface of the pad 209 towards the puck 218. The pad 209 imposes an adjustment force FP-W on the mounting puck 218 eccentrically about the symmetry axis 224. In response to this adjustment force FP-C, the chuck 322 and the puck 209 on the chuck 322 tend to tilt, such that the axis of symmetry 224 moves not parallel to the axis of rotation 211. Tend to be. While holding the chuck support plate 308 in a fixed position, the method allows the mounting puck 218 to resist the polishing surface of the pad 209 and the movement of the puck 218 toward each other. Is moved to the operating step 1098 used. Referring to FIG. 31, the method is moved to an operating step 2000 that limits the movement of the chuck 322 relative to the chuck support plate 308 moving parallel to the initial position of the axis of symmetry 224. In this way, the puck surface remains parallel to the polishing surface. This method may be moved to operating step 2002 by sensing the limited movement of the chuck 322 relative to the chuck support plate 308 to indicate the correct value of the adjustment force FP-CV.
도 33을 참조하면, 본 발명의 다른 태양은 CMP 패드(209)를 조절하기 위한 퍽(218)의 세척방법에 관한 것이다. 이 세척방법은 유체(648)가 관통하여 유동할수도 있는 퍽(218) 내의 개구(903, 904)를 제공하는 작동 단계(2030)에 의해 시작된다. 이 방법은 퍽 캐리어(220)에 퍽(218)의 외주변의 막(900)과 상면이 제공되는 작동단계(2032)로 이동된다. 이 방법은 퍽 지지 캐리어(220)의 표면을 완전히 가로질러 유체(648)를 분무하도록 척(262)의 매니폴드(420)의 형상에 상응하도록 형상으로 퍽 캐리어가 형성되는 작동 단계(2034)로 이동된다. 이 방법은 퍽(218)이 퍽 지지면이 수평 방향으로 배향되고 막(900)은 지지면으로부터 상방으로 연장하도록 위치 설정되는 작동단계(2036)로 이동된다. 이 방법은 퍽(218)이 그 위에 배치되는 퍽 지지면까지 퍽 캐리어(220)의 섹션(642) 및 플레이트(308)를 관통하여 포트(920)와 덕트(926)가 형성되어 있는 작동단계(2038)로 이동된다. 이 방법은 탈이온수(648)가 퍽 캐리어(220)를 통해 포트(932)로 공급되어 퍽 캐리어(220)의 형상(즉, 매니폴드)에 의해 막(900) 내에서 퍽 지지면을 가로질러 탈이온수(648)가 분무되어 퍽(218)이 저장조의 탈이온수(648)에 담기도록 할 수 있는 작동단계(2040)로 이동된다. 탈이온수의 공급은 탈이온수(648)가 매니폴드(720)로부터 퍽(218)의 천공구멍(903)과 개구(904)를 관통하여 외측으로 흘러 퍽(218)을 지나쳐 막(900) 위로 느리게 흘러 척(322)을 벗어나 느리게 흐르는 폭포를 형성한다. 이러한 방식으로, 척(322) 상의 퍽(218)은 탈이온수(648)에 담가지며, 퍽(218)을 지나쳐 흐르는 탈이온수(648)가 퍽(218)을 세척하여, 퍽(218)에 의해 연마 패드(209)의 바람직한 조절을 돕는다.Referring to FIG. 33, another aspect of the present invention is directed to a method of cleaning pucks 218 for adjusting CMP pad 209. This cleaning method is initiated by an actuation step 2030 that provides openings 903 and 904 in the puck 218 through which the fluid 648 may flow. The method is moved to an operation step 2032 in which the puck carrier 220 is provided with a membrane 900 and an upper surface of the periphery of the puck 218. The method involves an actuation step 2034 in which the puck carrier is formed into a shape corresponding to the shape of the manifold 420 of the chuck 262 to spray fluid 648 across the surface of the puck support carrier 220. Is moved. This method is moved to an actuation step 2036 in which the puck 218 is positioned so that the puck support surface is oriented in the horizontal direction and the membrane 900 is positioned upwardly from the support surface. This method involves the operation of the port 920 and the duct 926 formed through the section 642 and the plate 308 of the puck carrier 220 to the puck support surface on which the puck 218 is disposed. 2038). In this method, deionized water 648 is supplied to the port 932 via the puck carrier 220 to cross the puck support surface within the membrane 900 by the shape of the puck carrier 220 (ie, the manifold). Deionized water 648 is sprayed and moved to an operating step 2040 that allows the puck 218 to be immersed in deionized water 648 in the reservoir. The supply of deionized water is slowed down onto the membrane 900 by passing deionized water 648 from the manifold 720 through the perforations 903 and opening 904 of the puck 218, past the puck 218. Flow out of the chuck 322 forms a slow flowing waterfall. In this manner, the puck 218 on the chuck 322 is immersed in deionized water 648, and deionized water 648 flowing past the puck 218 washes the puck 218, thereby causing the puck 218 to be cleaned by the puck 218. Helps with desirable adjustment of the polishing pad 209.
도 34를 참조하면, 본 발명의 다른 태양은 연마 패드 조절 방법에 관한 것이다. 방법은 패드(209)의 조절면이 연마면에 평행하고 퍽의 대칭 축선(224)이패드(218)의 연마면에 직교하는 상태로 퍽(218)이 척(322)에 장착되는 작동단계(2050)에 의해 시작된다. 이 방법은 퍽(218)의 초기 방위를 규정해주기 위하여 축선(224, 211)이 평행한 상태로 패드(209)의 회전 축선(211)이 장착 퍽(218)의 대칭 축선(224)으로부터 오프셋되는 작동 단계(2052)로 이동된다. 이 방법은 장착 퍽(218)의 조절면이 패드(209)의 연마면에 저항하는 상태로 패드(218)의 연마면과 퍽(218b)의 조절면이 서로를 향해 이동되는 작동 단계(2054)로 이동된다. 이 방법은 장착퍽(218)에 인접한 선형 베어링 조립체(310)의 어레이(265)를 제공하는 작동 단계(2056)로 이동된다.Referring to FIG. 34, another aspect of the present invention relates to a polishing pad adjusting method. The method includes an actuation step in which the puck 218 is mounted to the chuck 322 with the adjustment surface of the pad 209 parallel to the polishing surface and the symmetry axis 224 of the puck orthogonal to the polishing surface of the pad 218. 2050). This method is such that the axis of rotation 211 of the pad 209 is offset from the axis of symmetry 224 of the mounting puck 218 with the axes 224, 211 parallel to define the initial orientation of the puck 218. Operational stage 2052 is moved. This method involves an actuation step 2054 in which the polishing surface of the pad 218 and the adjusting surface of the puck 218b are moved toward each other with the adjusting surface of the mounting puck 218 resisting the polishing surface of the pad 209. Is moved to. The method is moved to an operational step 2056 which provides an array 265 of linear bearing assemblies 310 adjacent to the mounting puck 218.
도 35를 참조하면, 이 방법은 이동 작동(2054) 동안 초기 방위로부터 이동을 거의 제한하면서 퍽(218)의 조절면이 패드(218)의 연마면에 평행한 상태로의 장착 퍽(218)의 이동만을 허용하는 작동 단계(2058)로 이동된다. 이 방법은 제한된 이동 작동(2054) 동안, 그 제한된 이동이 퍽(218)의 조절면 상에 가해진 연마력(FP-C)의 정확한 값을 지시하도록 감지되는 작동 단계(2060)로 이동된다.With reference to FIG. 35, the method provides for the mounting of the puck 218 with the adjustment surface of the puck 218 parallel to the polishing surface of the pad 218 while substantially limiting movement from the initial orientation during the movement operation 2054. The operation moves to operation step 2058 to allow movement only. The method is moved to an actuation step 2060 during which the limited movement operation 2054 is sensed to indicate the exact value of the abrasive force FP-C applied on the adjusting surface of the puck 218.
도 36을 참조하면, 본 발명의 다른 태양은 연마 패드의 조절 방법에 관한 것이다. 퍽 조절면이 연마면에 평행하고 퍽의 대칭 축선(224)이 패드(218)의 연마면에 직교하는 상태로 퍽(218)이 척(322)에 장착되는 작동 단계(2070)에 의해 시작된다. 이 방법은 퍽(218)의 초기 방위를 규정하기 위하여 축선(224, 210)이 평행한 상태로 회전 축선(210)이 장착 퍽(218)의 대칭 축선(224)으로부터 오프셋되는 작동 단계(2072)로 이동된다. 이 방법은 패드(218)의 연마면과 퍽(218b)의 조절면이 서로를 향해 이동되는 작동 단계(2074)로 이동된다. 이 방법은 장착 퍽(218)에 인접한 선형 베어링 조립체(310)의 어레이(265)를 제공하는 작동단계(2076)로 이동된다. 도 37을 참조하면, 이 방법은 이동작동(2074) 동안 초기 방위로부터의 이동을 거의 제한하면서 조절면이 연마면에 평행한 상태로의 장착 퍽(218)의 이동만을 허용하는 작동 단계(2078)로 이동된다. 이 방법은 조절면 상에 가해진 연마력(FP-C)의 정확한 값을 지시해주기 위하여 그 제한된 이동을 감지하는 작동 단계(2080)로 이동된다.Referring to Figure 36, another aspect of the present invention relates to a method of adjusting a polishing pad. Initiated by an actuation step 2070 in which the puck 218 is mounted to the chuck 322 with the puck adjustment surface parallel to the polishing surface and the symmetry axis 224 of the puck orthogonal to the polishing surface of the pad 218. . This method involves an actuation step 2072 where the axis of rotation 210 is offset from the axis of symmetry 224 of the mounting puck 218 with the axes 224, 210 parallel to define the initial orientation of the puck 218. Is moved to. This method is moved to an actuation step 2074 where the polishing surface of the pad 218 and the adjusting surface of the puck 218b are moved towards each other. The method is moved to act 2076 to provide an array 265 of linear bearing assemblies 310 adjacent to the mounting puck 218. With reference to FIG. 37, the method allows only movement of the mounting puck 218 with the adjustment surface parallel to the polishing surface while substantially restricting movement from the initial orientation during the movement operation 2074. Is moved to. This method is moved to an operational step 2080 which detects the limited movement to indicate the exact value of the abrasive force FP-C applied on the adjusting surface.
도 38을 참조하면, 선형 모터(290)에 접근한 유체(293)에 가해진 압력(B)이 한편의 연마 패드(209)와 다른 한편의 리테이너 링(282) 및 웨이퍼(206) 사이의 중첩 정도(OL)(도 1b)에 따라 얼마나 변화할 수 있는지를 개략적으로 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 예를 들어 웨이퍼(206)의 노출영역(204R)을 균일하게 연마하기 위하여, 균일한 양의 압력이 상이한 노출 및 접촉 영역(204R)에 가해진다. 노출 및 접촉영역(204R)의 면적이 증가할수록 힘(FP-W)이 증가되어 크기가 균일해진다. 연마 패드(202)가 웨이퍼(206) 상에서 수행되는 연마 작동 동안 화살표(209H) 방향으로 이동되므로, 그리고 이러한 연마 패드의 이동으로 인해 연마 패드(209)와 접촉되는 노출 영역(204R)의 면적이 달라지기 때문에, 웨이퍼(206)에 가해지는 힘(FP-W)도 정확하게 변화된다. 웨이퍼 하중 신호(264)의 처리가 수행되며, 상방으로의 웨이퍼 캐리어(208)의 힘(도 1b의 힘(F) 참조)이 웨이퍼(206)와 웨이퍼 캐리어(208) 상의 연마 패드(209)에 가해지는 적절한 힘(FP-W)을 제공하도록 필요에 따라 조절된다. 도 38에 도시된 유형의 그래프는 주어진 시간(T1)에 경험되는, 한편의 연마 패드(209)와 다른 한편의 리테이너 링(282) 및 웨이퍼(206) 사이의 중첩 정도(OL)(도 1a)에 따라 선형 모터(290)에 입장한 유체(293)에 가해진 압력(B)을 선택하도록 사용될 수도 있다.Referring to FIG. 38, the degree of overlap between the polishing pad 209 on the one hand and the retainer ring 282 and the wafer 206 on the other side is the pressure B applied to the fluid 293 approaching the linear motor 290. A graph is shown schematically showing how much can change according to (OL) (FIG. 1B). As described above, in order to uniformly polish the exposed area 204R of the wafer 206, for example, a uniform amount of pressure is applied to the different exposed and contact areas 204R. As the area of the exposure and contact area 204R increases, the force FP-W increases, resulting in a uniform size. Since the polishing pad 202 is moved in the direction of the arrow 209H during the polishing operation performed on the wafer 206, the area of the exposed area 204R in contact with the polishing pad 209 is different due to the movement of the polishing pad. As a result, the force applied to the wafer 206 (FP-W) is also changed accurately. The processing of the wafer load signal 264 is performed, and the upward force of the wafer carrier 208 (see force F in FIG. 1B) is applied to the wafer 206 and the polishing pad 209 on the wafer carrier 208. It is adjusted as necessary to provide the appropriate force FP-W to be applied. The graph of the type shown in FIG. 38 is experienced at a given time T1, the degree of overlap OL between the polishing pad 209 on the one hand and the retainer ring 282 and the wafer 206 on the other (FIG. 1A). May be used to select the pressure B applied to the fluid 293 that enters the linear motor 290.
본 발명이 이해의 명료성을 위해 다소 상세히 설명되어 있긴 하지만, 그 소정의 변경 및 수정이 첨부된 청구의 범위의 영역 내에서 실시될 수도 있음은 분명하다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 제약을 위한 것이 아닌 단지 예시를 위해 주어진 것으로서 간주되어야 하며, 본 발명이 본 명세서에 주어진 세부 사항들로 제한되는 것은 아니며, 첨부된 청구의 범위의 영역 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.Although the present invention has been described in some detail for clarity of understanding, it is apparent that certain changes and modifications may be made within the scope of the appended claims. Accordingly, the embodiments of the present invention should be considered as being given by way of illustration only and not by way of limitation, and the invention is not limited to the details given herein but is within the scope and equivalents of the appended claims. It may be modified.
Claims (35)
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2001
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