DE19732175A1 - Wafer-Poliermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einer Poliermaschine zum Polieren eines Wafers (Halbleiterscheibe) und ins­ besondere mit einer Poliermaschine, welche die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers gleichmäßig polieren kann.

Da Halbleitereinrichtungen heut zutage immer größer werden und mehrere Schichten umfassen, wird es immer bedeutender, einen Halbleiterwafer beim Herstellungsverfahren für die Halblei­ tereinrichtungen genau ebenflächig zu machen. Zum eben­ flächigen Ausbilden des Halbleiterwafers wird eine Poller­ flüssigkeit einem Bereich zwischen dem Halbleiterwafer und einer Polierscheibe zugeführt, und der Halbleiterwafer und die Polierscheibe werden relativ zueinander bewegt und gegenein­ ander derart gedrückt, daß der Halbleiterwafer poliert werden kann.

Um den Halbleiterwafer genau zu polieren, müssen der Halblei­ terwafer und die Polierscheibe präzise parallel gehalten werden, und ferner muß ein Druck zwischen dem Halbleiterwafer und der Polierscheibe (nachstehend als ein Polierdruck bezeichnet) gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers zur Einwirkung gebracht werden.

Bei der üblichen Halbleiterwafer-Poliermaschine wird nur der Halbleiterwafer gegen die Polierscheibe gedrückt, so daß der Halbleiterwafer poliert werden kann, und daher konzentrieren sich elastische Belastungen der Polierscheibe am Rand des Halbleiterwafers. Dies bedeutet, daß der Polierdruck sich an dem Rand des Halbleiterwafers konzentriert, und daher wird nur der Rand des Halbleiterwafers übermäßig poliert. Zusätzlich bewegt sich der Halbleiterwafer an der Oberfläche der Polierscheibe nach innen, und der Halbleiterwafer und die Polierscheibe können sich resultierend hieraus relativ zueinander neigen. Daher läßt sich der Halbleiterwafer nicht gleichmäßig polieren.

Um andererseits den Wafer gleichmäßig zu polieren, wird in bevorzugter Weise die Polierflüssigkeit gleichmäßig auf den Bereich zwischen dem Halbleiterwafer und der Polierscheibe verteilt. Bei der üblichen Maschine tropft die Polierflüssig­ keit auf die Oberfläche der Polierscheibe, so daß die Polierflüssigkeit in den Bereich zwischen dem Halbleiterwafer und der Polierscheibe eindringen kann. Die herabtropfende Polierflüssigkeit dringt in gewissem Maße am Umfang des Halbleiterwafers ein. Jedoch kann die Polierflüssigkeit nicht auf einfache Weise bis zum Mittelbereich des Halbleiterwafers eindringen. Daher ist ein mengenmäßiger Unterschied bei der zugeführten Polierflüssigkeit zwischen dem Mittelbereich des Halbleiterwafers und dem Umfang desselben vorhanden, und der Halbleiterwafer läßt sich nicht gleichmäßig polieren.

Ferner ist die Polierscheibe im allgemeinen aus einem porösen Material hergestellt, so daß die darauf tropfende Polier­ flüssigkeit gehalten wird. Wenn Poren auf der Oberfläche der Polierscheibe mit Polierstaub und Schleifkörnern von der Polierflüssigkeit zugesetzt sind, wird die Polierwirkung beträchtlich herabgesetzt. Somit muß in regelmäßigen Inter­ vallen eine Abreinigung erfolgen, so daß der Polierstaub und die Schleifkörner entfernt werden, welche die Poren zusetzen.

Bei der üblichen Maschine wird das Polieren jedes mal dann gestoppt, wenn mit der Abreinigung begonnen wird, und daher läßt sich der Durchsatz nicht steigern. Ferner sind zum Abreinigen spezielle Einrichtungen erforderlich.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten eine Wafer-Poliermaschine bereitzustellen, welche einen Polierdruck und eine Polier­ flüssigkeit auf die gesamte Oberfläche des Wafers gleichmäßig aufbringen kann, und die das Polieren des Wafers und das Abreinigen des Polierkörpers gleichzeitig vornehmen kann.

Nach der Erfindung wird hierzu eine Waferpoliermaschine angegeben, welche folgendes aufweist: Einen Waferhalteteil zum Halten eines Wafers; eine Waferhalteteil-Dreheinrichtung zum Drehen des Waferhalteteils; einen Polierkörper; eine Polierkörper-Dreheinrichtung zum Drehen des Polierkörpers; eine Andrückeinrichtung zum Andrücken des Wafers gegen den Polierkörper; einen Haltering, welcher an dem Waferhalteteil angebracht ist, um den Wafer zu umgeben, wobei der Haltering sowie der Wafer den Polierkörper berühren und eine Polier­ flüssigkeit-Einstellausnehmung von der Innenseite zur Außenseite auf der Fläche des Halterings ausgebildet ist, welche Fläche den Polierkörper berührt; und eine Polier­ flüssigkeit-Zufuhreinrichtung, welche die Polierflüssigkeit in das Innere des Halterings einleitet.

Bei der Wafer-Poliermaschine nach der Erfindung ist der Wafer von dem Haltering umgeben, welcher in Kontakt mit dem Polierkörper zusammen mit dem Wafer kommt, so daß Belastungen von dem Polierkörper daran gehindert werden können, daß sie sich am Rand des Wafers konzentrieren, und wodurch erreicht wird, daß der Polierdruck gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Wafers einwirken kann.

Da ferner bei der Erfindung die Polierflüssigkeit in das Innere des Halterings zugeführt wird, kann die Polierflüssig­ keit leicht zu dem Mittelteil des Wafers ohne eine Schwierig­ keit dahingehend vordringen, daß die Polierflüssigkeit nutzlos nach außen verspritzt wird. Somit kann die Polierflüssigkeit gleichmäßig der gesamten Oberfläche des Wafers zugeführt werden.

Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung eine Polierflüssig­ keit-Einstellausnehmung auf einer Fläche des Halterings ausgebildet, welche in Kontakt mit dem Polierkörper kommt. Die Polierflüssigkeit, welche für die Polierbehandlung eingesetzt wird, wird zur Außenseite über die Polierflüssigkeit-Einstell­ ausnehmung abgegeben.

Bei der Erfindung wird ferner die Oberfläche des Polierkörpers mit dem Haltering während der Polierbearbeitung überstrichen und abgerieben, so daß die Polierflüssigkeit abgewischt wird.

Somit lassen sich der Poliervorgang für den Wafer und das Abreinigen für den Polierkörper gleichzeitig durchführen.

Bei der Auslegungsform nach Anspruch 2 ist die Fläche des Halterings gerändelt, so daß der Polierkörper in effektiver Weise abgezogen und abgereinigt werden kann, um eine ver­ besserte Abreinigung bzw. Abzugswirkung zu erzielen.

Bei der Auslegungsform nach Anspruch 3 ist der Haltering an einem Gehäuse angebracht, welches eine Waferhalteplatte zum Halten des Wafers hält und eine Druckkammer hat, welche zwischen dem Gehäuse und der Waferhalteplatte angeordnet ist. Durch Regulieren des Innendrucks der Druckkammer lassen sich die relativen Positionen von Wafer und Haltering auf einfache Weise steuern und einstellen.

Bei der Auslegungsform nach Anspruch 4 ist die Fläche des Halterings gerändelt, so daß der Polierkörper in effektiver Weise abgezogen und abgereinigt werden kann, um die Abzugs­ wirkung und die Abreinigungswirkung zu verbessern.

Bei der Auslegungsform nach Anspruch 5 ist die Auslegung derart getroffen, daß der Haltering sowie der Wafer in Kontakt mit dem Polierkörper kommen. Auf diese Weise läßt sich der Druck, welcher auf den Wafer durch den Polierkörper wirkt, durch den Haltering vergleichmäßigen, und daher läßt sich der Wafer gleichmäßig polieren. Ferner verhindert der Haltering, daß der Polierkörper sich am Rand des Wafers ausbaucht bzw. anschwillt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzug­ ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der Aus­ legung von wesentlichen Teilen gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Poliermaschine nach der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des Bodens eines Halterings in Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Strömung der Polierflüssigkeit;

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Polier­ maschine nach der Erfindung;

Fig. 6 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Deformation des Halbleiterwafers, welche bei einer wellenförmigen Verformung eines Polierkörpers bei der Poller­ maschine nach Fig. 5 auftritt; und

Fig. 7 eine Ansicht zur Verdeutlichung einer Druckauswir­ kung, welche auf den Wafer durch den Polierkörper aufgebracht wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der wesentlichen Teile einer Poliermaschine 10 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. Bei der Poliermaschine 10 wird ein Halbleiterwafer (Halbleiterscheibe) 12 gegen eine Polierscheibe (Polierkissen) 16 auf einem Drehtisch 14 gedrückt. Die Poliermaschine 10 ist mit einem Haltering 18 versehen, welcher den Halbleiterwafer 12 umgibt.

Der Drehtisch 14 wird um eine Drehachse 20 eines Antriebsrades (nicht gezeigt) mit einer vorbestimmten Drehzahl in Richtung eines Pfeiles (a) in Fig. 1 gedreht. Die Polierscheibe bzw. das Polierkissen 16 ist auf dem Drehtisch 14 angeklebt. Der Drehtisch 14, die Polierscheibe 16 und die sich drehende Welle 20 des Antriebsrads bilden ein Polierteil. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Konstruktion der Poliermaschine 10, abgesehen von dem Polierteil im allgemeinen als ein Halte- und Andrückteil bezeichnet.

Der Halbleiterwafer 12 wird in einem solchen Zustand poliert, daß er gegen die Polierscheibe 16 mit Hilfe einer vertikalen Vorschubeinrichtung 22 und einer Luftkammer 24 gedrückt wird.

Die vertikale Vorschubeinrichtung 22 ist an einer Säule 28 über einen Arm 26 angebracht. Eine Stange 30 der vertikalen Vorschubeinrichtung 22 ist vertikal mit Hilfe einer Vor­ schubeinrichtung beweglich, welche eine Vorschubspindel und einen Motor (nicht gezeigt) umfaßt, welcher im Inneren der vertikalen Vorschubeinrichtung 22 angeordnet ist. Eine Drehwelle 36 ist fest mit dem Bodenende der Stange 30 über eine Kraftmeßdose 32 und eine Kupplung 34 verbunden. Die Drehwelle 36 ist schwenkbeweglich bzw. drehbeweglich über ein Lager 38 an einer Basis 40 gelagert. Die Basis 40 wird von der Säule 28 über eine Führung 42 und ein Linearlager (nicht gezeigt) derart gelagert, daß die Basis 40 in vertikalen Richtungen beweglich ist. Somit wird die Drehwelle 36 durch die vertikale Vorschubeinrichtung 22 in vertikaler Richtung bewegt.

Die Drehwelle 36 ist mit einer Welle eines Motors 48 ver­ bunden, welcher an der Basis 40 angebracht ist. Die Verbindung erfolgt über Zahnräder bzw. Räder 44, 46. Die Drehwelle 36 wird durch den Motor 48 in Richtung der Pfeile b und c in Fig. 1 derart drehangetrieben, daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit einstellbar ist.

Ein Gehäuse 50 ist an dem Bodenende der Drehwelle 36 ange­ bracht, und das Gehäuse 50 trägt eine Waferbefestigungsplatte 56 an einer dem Drehtisch 14 gegenüberliegenden Position. Das Gehäuse 50 umfaßt einen Führungsring 52 und eine scheibenför­ mige Basisplatte 54. Die Waferbefestigungsplatte 56 umfaßt ein säulenförmiges Teil 58 und ein scheibenförmiges Teil 60. Die Bodenseite des scheibenförmigen Teils 60 hält den Halbleiter­ wafer 12 mit Hilfe von geeigneten Halteeinrichtungen, wie einer Vakuumsaugeinrichtung (nicht gezeigt). Andererseits ist das säulenförmige Teil 58 in den Führungsring 52 eingesetzt, und ein Zwischenraum 62 bildet sich zwischen der äußeren Umfangsfläche des säulenförmigen Teils 58 und der inneren Umfangsfläche des Führungsrings 52. Ein Zwischenraum 64 wird zwischen der oberen Seite des scheibenförmigen Teils 60 und der Bodenseite des Führungsrings 52 gebildet.

Die Waferbefestigungsplatte 56 ist bezüglich des Gehäuses 50 in vertikalen Richtungen innerhalb des Zwischenraums 64 und in horizontalen Richtungen innerhalb des Zwischenraums 62 beweglich sowie schwenkbeweglich. Dies bedeutet, daß die Waferbefestigungsplatte 56 nicht direkt den Druck von dem Gehäuse 50 aufnimmt. Ferner ist das säulenförmige Teil 58 an dem Führungsring 52 mittels eines ein Herabfallen verhindern­ den Stiftes (nicht gezeigt) verankert, so daß die Waferbefe­ stigungsplatte 56 sich nach Maßgabe der Drehbewegung und der vertikalen Bewegung des Gehäuses 50 bewegt und ein Herabfallen derselben verhindert wird.

Der Umfangsrand des elastischen Films 68 ist zwischen der Basisplatte 54 und dem Führungsring 52 über einen O-Ring 66 eingespannt. Die Luftkammer 24 als eine Druckkammer wird zwischen der oberen Seite des elastischen Films 68 und der Bodenseite der Basisplatte 54 gebildet, und die Luftkammer 24 ist mittels des O-Rings 66 abgedichtet. Ein Luftzufuhr­ durchgang 70, welcher in kommunizierender Verbindung mit der Luftkammer 24 steht, ist an der Innenseite der Basisplatte 54 und der Drehwelle 36 ausgebildet. Der Luftzufuhrdurchgang 70 steht mit einem externen Druckregler 74 über ein Drehgelenk 72 in Verbindung, welches in der Drehwelle 36 vorgesehen ist. Der Druckregler 74 umfaßt eine Luftpumpe 76 und einen Luftregler 78, welcher Luft mit einem gewünschten Druck der Luftkammer 24 zuleiten.

Der Druckregler 74 führt der Luftkammer 24 Luft zu, so daß die Bodenseite des elastischen Films 68 in Kontakt mit der Oberseite des säulenförmigen Teils 58 kommt, und der Druck auf die Waferbefestigungsplatte 56 in der Zeichnung in Richtung nach unten einwirkt. Der Druck wird direkt auf den Halbleiter­ wafer 12 übertragen, um den Polierdruck bereitzustellen.

Durch das vorstehend angegebene Aufbringen des Drucks auf die Waferbefestigungsplatte 56 über die Luftkammer 24 wird die Oberseite der Waferbefestigungsplatte 56 gleichmäßig mit Druck beaufschlagt, so daß der Halbleiterwafer 12 und die Polier­ scheibe 16 an einer relativen Neigungsbewegung zueinander gehindert werden. Somit kann der Polierdruck gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 12 zur Einwirkung gebracht werden.

Der Haltering 18 ist an der Bodenseite des Führungsrings 52 angebracht, und der Haltering 18 umgibt den Halbleiterwafer 12. Der Haltering 18 sowie der Halbleiterwafer 12 werden gegen die Polierscheibe 16 gedrückt.

Da der Haltering 18 den Rand des Halbleiterwafers 12 umgibt und diesen schützt, können die elastischen Belastungen der Polierscheibe 16 daran gehindert werden, daß sie sich am Rand des Halbleiterwafers 12 konzentrieren, und somit kann der Polierdruck vergleichmäßigt werden. Zusätzlich kann der Haltering 18 verhindern, daß der Halbleiterwafer 12 in die Polierscheibe 16 einsinkt, und hierdurch wird somit verhin­ dert, daß der Rand des Halbleiterwafers 12 in zu starkem Maße poliert wird. Ferner können der Halbleiterwafer 12 und die Polierscheibe 16 daran gehindert werden, daß sie relativ zueinander eine Neigungsbewegung ausführen, und daher läßt sich der Polierdruck vergleichmäßigen. Hierdurch wird erreicht, daß die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 12 gleichmäßig poliert werden kann.

Ein Zwischenraum 80 wird zwischen der inneren Umfangsfläche des Halterings 18 und der äußeren Umfangsfläche des scheiben­ förmigen Teils 60 gebildet. Vier Polierflüssigkeitsdurchgänge 82 sind in regelmäßigen Abständen im Führungsring 52 ausge­ bildet, und die obere Seite des Führungsrings 52 steht in kommunizierender Verbindung mit dem Zwischenraum 80 über die Polierflüssigkeitsdurchgänge 82. Die Polierflüssigkeit (nicht gezeigt) wird von externen Polierflüssigkeits-Zufuhrleitungen 84 in Form von Tropfen zugeleitet, und die Polierflüssigkeit wird im Bereich zwischen dem Halbleiterwafer 12 und der Polierscheibe 16 über die Polierflüssigkeitsdurchgänge 82 und den Zwischenraum 80 zugeführt. Eine Polierflüssigkeit-Zu­ fuhreinrichtung umfaßt den Führungsring 52, welcher die Polierflüssigkeitsdurchgänge 82 hat, die Polierflüssigkeits-Zu­ leitungen 84 und einen Polierflüssigkeitsverdichter (nicht gezeigt), welcher die Polierflüssigkeit verdichtet und diese zu den Polierflüssigkeits-Zuleitungen 84 abgibt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung der Bodenseite des Halterings 18, und Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht hiervon. Der Haltering 18 wird in die mit den Pfeilen b und c bezeichnete Richtungen gedreht.

Polierflüssigkeits-Einstellausnehmungen 18B sind an der Bodenfläche des Halterings 18 ausgebildet, und das Innere des Halterings 18 steht in kommunizierender Verbindung mit der Außenseite über die Polierflüssigkeits-Einstellausnehmungen 18B. Die Polierflüssigkeits-Einstellausnehmungen 18B sind diagonal zu den Radialrichtungen des Halterings 18 derart ausgebildet, daß die Polierflüssigkeit von der Innenseite des Halterings 18 (der Seite des Halbleiterwafers in Fig. 1) zu der Außenseite des Halterings 18 gesaugt werden kann, wenn der Haltering 18 in einer vorbestimmten Drehrichtung (Richtung des Pfeils b) eine Drehbewegung ausführt. Wenn der Haltering 18 eine Drehbewegung in Gegenrichtung zu der vorbestimmten Drehrichtung (in Richtung des Pfeils c) ausführt, wird die Polierflüssigkeit von der Außenseite des Halterings 18 zu der Innenseite des Halterings 18 gesaugt. Somit kann verhindert werden, daß die dem Halbleiterwafer 12 zugeleitete Polier­ flüssigkeit ausgeht, oder daß die Polierflüssigkeit leicht von dem Halbleiterwafer 12 nach außen abgeführt werden kann. Zugleich können Polierstaub und Schleifkörner, welche die Poren auf der Polierscheibe 16 zusetzen, mit den Rändern der Polierflüssigkeits-Einstellausnehmung 18B entfernt werden, und die Polierflüssigkeit auf der Polierscheibe 18 kann zur gleichmäßigen Verteilung agitiert werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kommt eine Kontaktfläche 18A, bei der es sich um die Bodenfläche des Halterings 18 handelt, in Kontakt mit der Polierscheibe 16, und diese Fläche ist gerändelt, so daß man in effektiver Weise die Polierscheibe 16 zu Reinigungszwecken abstreifen kann. Die Rauhigkeit der Kontaktfläche 18A reicht für das Abstreifen des Polierstaubs und der Schleifkörner aus, welche die Poren auf der Polier­ scheibe 16 zusetzen, und zusätzlich wird die Polierflüssigkeit auf der Polierscheibe 16 agitiert, so daß man eine Abzugs­ wirkung und eine Abreinigungswirkung erzielen kann.

Nachstehend erfolgt eine Verfahrensweise zum Polieren des Halbleiterwafers 12 mit der Poliermaschine 10 nach Fig. 1, welche den vorstehend beschriebenen Aufbau hat.

Zuerst wird der Halbleiterwafer 12 an der Waferbefestigungs­ platte 56 derart angebracht, daß eine zu polierende Fläche nach unten weist. Dann wird die vertikale Vorschubeinrichtung 22 aktiviert, um zu erreichen, daß der Haltering 18 in Kontakt mit der Polierscheibe 16 kommt, und der Druckregler 74 wird aktiviert, um die Luftkammer 24 unter Druck zu setzen, so daß der Halbleiterwafer 12 gegen die Polierscheibe 16 mit einem vorbestimmten Polierdruck angedrückt wird. Dann werden der Halbleiterwafer 12 und die Polierscheibe 16 in Drehung versetzt, während dem die Polierflüssigkeit auf die Polier­ scheibe 16 von den Polierflüssigkeits-Zuleitungen 84 über die Polierflüssigkeitsdurchgänge 82 in den Zwischenraum 80 aufgebracht wird. Hierdurch wird dann der Halbleiterwafer 12 poliert.

Bei diesem Anwendungsbeispiel können die Belastungen, welche der Halbleiterwafer 12 von der Polierscheibe 16 aufnimmt, ausgehend von dem Polierdruck ermittelt werden, welcher durch den Druckregler 74 geregelt wird. Die insgesamt am Gehäuse 50 anliegende Belastung, welche von dem Halbleiterwafer 12 und dem Haltering 18 durch die Polierscheibe 16 aufgenommen werden, läßt sich mit Hilfe der Kraftmeßdose 32 messen.

Folglich läßt sich durch Steuern der vertikalen Vorschubein­ richtung 22 und des Druckreglers 74 der auf den Halbleiterwa­ fer 12 wirkende Polierdruck regeln.

Obgleich die Summe der mittels der Kraftmeßdose 32 erfaßten Belastungen gesteuert wird, können die vertikale Vorschubein­ richtung 22 und der Druckregler 74 derart gesteuert werden, daß das Fassungsvermögen der Luftkammer 24 ohne eine Veränderung des Innendrucks verändert werden kann. Auf diese Weise lassen sich die relativen Positionen des Halbleiterwa­ fers 12 und des Halterings 18 auf einfache Weise ein- und verstellen, währenddem zugleich ein gewünschter Polierdruck auf den Halbleiterwafer 12 aufgebracht wird. Durch das Verstellen der relativen Positionen von Halbleiterwafer 12 und Haltering 18 läßt sich der Druck des Halterings 18 gegen die Oberfläche der Polierscheibe 16 nach Maßgabe des gewünschten Polierdrucks variieren. Selbst wenn daher der Polierdruck sich ändert, läßt sich eine kleine Ausbauchung an der Oberfläche der Polierscheibe 16 am Rand des Halbleiterwafers 12 aufrecht­ erhalten.

Die vertikale Vorschubeinrichtung 22, das Gehäuse 50, der elastische Film 68 und der Druckregler 74 dienen als ein Druckregler zum Regeln des Drucks des Halterings 18 gegen die Oberfläche der Polierscheibe 16 nach Maßgabe des gewünschten Polierdrucks.

Fig. 4 ist eine Ansicht zur Verdeutlichung eines Grundkon­ zepts hinsichtlich der Strömungsverhältnisse der Polier­ flüssigkeit während des Polierens, wobei die Polierscheibe 16, der Halbleiterwafer 12 und der Haltering 18 von oben aus gesehen dargestellt sind. Die Polierscheibe 16 dreht sich in Richtung des Pfeils a, und sie bewegt sich unter dem Halblei­ terwafer 12 in Richtung des Pfeils a. Der Halbleiterwafer 12 und der Haltering 18 führen integral eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils c aus (sie können in Richtung des Pfeils b gedreht werden, falls eine übergroße Menge an Polier­ flüssigkeit beim Polieren vorhanden ist).

Die Markierungen K, L, M und N bezeichnen Positionen, an denen die Polierflüssigkeit von den Polierflüssigkeitsdurchgängen 82 des Führungsrings 52 in Fig. 1 herabtropfen (die Positio­ nen ändern sich nach Maßgabe der Drehbewegung des Führungs­ rings 52 in Richtung des Pfeils c (oder des Pfeils b)).

Da die Positionen K, L, M und N in Fig. 4 innerhalb eines Bereiches liegen, welcher von dem Haltering 18 auf der Polierscheibe 16 umgeben ist, kann die Polierflüssigkeit nicht leicht im Vergleich zu dem Fall ausgehen, bei dem die Polierflüssigkeit in Tropfenform auf die Polierfläche an der Außenseite des Halterings 18 tropft.

Die Polierflüssigkeit, welche beispielsweise an den Positionen K und L abgetropft ist, dringt zwischen den Halbleiterwafer 12 und die Polierscheibe 16 in Richtung des Pfeils a zusammen mit der Bewegung der Polierscheibe 16 ein. Die Polierflüssig­ keit, welche an den Positionen M und N abtropft und welche durch den Raum zwischen dem Halbleiterwafer 12 und der Polierscheibe 16 gegangen ist, wird daran gehindert, daß sie nach außen verspritzt wird, da die Polierflüssigkeit in Richtung zum Halbleiterwafer 12 an der Unterseite des Halterings 18 dadurch angesaugt wird, daß die Polierflüssig­ keits-Einstellausnehmungen 18B des Halterings 18 vorgesehen sind, wenn der Haltering 18 eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils c ausführt.

Wie zuvor angegeben ist, tropft die Polierflüssigkeit in dem Bereich, welcher von dem Haltering 18 umschlossen ist, ab, und die Polierflüssigkeit wird daran gehindert, daß sie von dem Haltering 18 abgespritzt wird. Hierdurch läßt sich ein Ausgehen der Polierflüssigkeit verhindern, und die Polier­ flüssigkeit kann zu dem Mittelbereich des Halbleiterwafers 12 vordringen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Polierflüssigkeit der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 12 zugeführt werden kann.

Ferner wird die Oberfläche der Polierscheibe 16 abgerieben bzw. abgewischt, und zwar durch die Porigkeit an der Kontakt­ fläche 18A des Halterings 18 in Fig. 3. Die Oberfläche der Polierscheibe 16 wird mit der Polierflüssigkeit gleichzeitig abgewaschen. Dies bedeutet, daß das Polieren des Halbleiter­ wafers 12 und das Abziehen bzw. Abreinigen der Polierscheibe 16 gleichzeitig durchgeführt werden. Ferner wird die Polier­ flüssigkeit agitiert, so daß sie in sich homogen ist.

Während des Polierens oder nach dem Polieren kann der Haltering 18 in Richtung des Pfeils b gedreht werden, so daß die stagnierende Polierflüssigkeit auf einfache Weise abgeführt werden kann. Auf diese Weise lassen sich der Polierstaub und die Schleifkörner, welche die Poren auf der Polierscheibe 16 zusetzen, auf effiziente Weise nach außen abführen.

Bei der Poliermaschine gemäß dieser bevorzugten Ausführungs­ form wird die Luft als Druckmedium zum Regeln des Innendrucks der Druckkammer eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Andere Gase und Flüssigkeiten können als Druckmedium eingesetzt werden.

Die Rauhigkeit der Kontaktfläche 18A des Halterings 18 in Fig. 3 braucht nicht in zwingender Weise durch eine Rändel­ bearbeitung verursacht zu sein. Es bereitet keine Schwierig­ keiten, wenn die Rauhigkeit einen Einfluß auf das Abreinigen bzw. Abziehen der Polierscheibe hat.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt eine Poliermaschine 100 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ein Polierteil 110, welches beispielsweise einen Halbleiterwafer 12 poliert, und ein Halte- und Andrückteil 120, welches den Halbleiterwafer 12 hält, um diesen gegen das Polierteil 110 mit einem gewünschten Polierdruck anzudrücken, und dem Halbleiterwafer 12 eine Drehbewegung zu erteilen.

Das Polierteil 110 umfaßt eine Polierscheibe bzw. ein Polierkissen 112, welche eine Polierfläche 112a hat, welche die Vorderseite 12a des Halbleiterwafers 12 poliert. Ein Drehtisch 114 ist vorgesehen, an dessen Oberseite die Polierscheibe 112 oder die Polierauflage angebracht ist. Ferner ist eine Antriebseinrichtung 116 vorgesehen, welche den Drehtisch 114 in eine horizontale Polierrichtung (in Richtung eines Pfeils A in der Zeichnung) relativ zu dem Halte- und Andrückteil 120 in Drehung versetzt.

Das Halte- und Andrückteil 120 umfaßt ein Andrückteil 130, welches eine Fluidschicht FL ausbildet, welche in Kontakt mit der Rückseite 12b des Halbleiterwafers 12 kommt und gegen diese drückt. Ein zylindrischer Haltering 142, welcher das Andrückteil 130 umgibt, drückt die Polierfläche 112a der Polierscheibe 112 um den Halbleiterwafer 12 an. Ein Halteteil 144, welches integral mit der inneren Umfangsfläche an der Bodenseite des Halterings 142 ausgebildet ist, hält die Umfangsfläche 12c des Halbleiterwafers 12. Ein Drehlagerteil 152 ist oberhalb des Andrückteils 130 und des Halterings 142 vorgesehen. Eine Antriebseinrichtung 154 versetzt das Drehlagerteil 152 in eine Drehbewegung. Ein Polierdruckregel­ teil 160, welches zwischen dem Drehlagerteil 152 und dem Andrückteil 130 vorgesehen ist, regelt den auf das Andrückteil 130 einwirkenden Druck. Ein Halterring-Druckregelteil 170, welches zwischen dem Drehlagerteil 152 und dem Haltering 142 vorgesehen ist, drückt den Haltering 142 gegen die Polier­ scheibe 112 mit einem gewünschten Druck an.

Das Andrückteil 130 umfaßt eine Basis 132, welche ein konkaves Teil 132a hat, welches sich in Richtung zu der gesamten Oberfläche der Rückseite 12b des Halbleiterwafers 12 im wesentlichen öffnet. Eine poröse Platte 134 ist vorgesehen, welche atmungsaktiv ist und entfernt von der Rückseite 12b des Halbleiterwafers 12 angeordnet ist. Ferner ist sie passend im Bodenende des konkaven Teils 132a vorgesehen. Eine Luftzufuhr­ einrichtung 136 führt Luft einem Raum S zwischen einem Deckenteil 132b des konkaven Teils 132a und der porösen Platte 134 zu.

Die Luftzufuhreinrichtung 136 umfaßt einen Luftkompressor 122, einen Luftdruckregler 136a, welcher den Druck der Druckluft regelt, und einen Luftdurchflußregler 136b, welcher den Luftstrom der Druckluft regelt. Der Luftdruckregler 136a und der Luftdurchflußregler 136b sind auf einer Luftzufuhrstrecke R1 zwischen dem Luftkompressor 122 und dem konkaven Teil 132a vorgesehen.

Die poröse Platte 134 hat eine Anzahl von Luftdurchgängen darin und beispielsweise ist sie aus einem gesinterten keramischen Material hergestellt.

Das Polierdruck-Regelteil 160 umfaßt einen Polierdruck-Re­ gelbeutel 162, welcher zwischen dem Drehlagerteil 152 und dem Halteteil 130 vorgesehen ist und sich beim Ein- und Ausströmen von Luft expandieren und zusammenziehen kann. Ferner umfaßt dieses Teil eine Luftzufuhreinrichtung 164, welche Luft dem Polierdruck-Regelbeutel 162 zuleitet. Die Luftzuführeinrichtung 164 umfaßt einen gemeinsamen oder gesonderten Luftkompressor 122, einen Luftdruckregler 166, welcher auf der Luftzufuhrstrecke R2 zwischen dem Luftkom­ pressor 122 und dem Polierdruck-Regelbeutel 162 vorgesehen ist, und der den Druck der komprimierten Luft regelt.

Das Haltering-Druckregelteil 170 umfaßt einen Haltering-Druck­ regelbeutel 172, welcher zwischen dem Drehlagerteil 152 und dem Haltering 142 vorgesehen ist und durch Einströmen oder Abströmen von Luft expandieren und sich zusammenziehen kann. Ferner umfaßt dieses Teil eine Luftzufuhreinrichtung 174, welche Luft dem Haltering-Druckregelbeutel 172 zuleitet. Die Luftzufuhreinrichtung 174 umfaßt einen gemeinsamen oder gesonderten Luftkompressor 122, sowie einen Luftdruckregler 176, welcher auf einer Luftversorgungsstrecke R3 zwischen dem Luftkompressor 122 und dem Haltering-Druckregelbeutel 172 angeordnet ist und den Druck der komprimierten Luft regelt.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Verfahrensweise zum Polieren des Halbleiterwafers 12 mit der Poliermaschine 100.

Zuerst reguliert die Luftzufuhreinrichtung 164 des Polier­ druck-Regelteils 160 den Luftdruck in dem Beutel 162, so daß der an dem Andrückteil 130 anliegende Druck geregelt werden kann.

Die Luftzufuhreinrichtung 136 führt die Luft zu, deren Strom und Druck geregelt sind, und zwar erfolgt die Zufuhr zu dem Raum S zwischen dem dicken Teil 132b des konkaven Teils 132a und der porösen Platte 134. Die Luft sammelt sich in dem Raum S, so daß Luftdruckungleichmäßigkeiten eliminiert werden. Dann wird die Luft allmählich dem Bereich zwischen der porösen Platte 134 und der Rückseite 12b des Halbleiterwafers 12 über die Luftdurchgänge in der porösen Platte 134 mit einer konstanten Geschwindigkeit geleitet, wodurch die Fluidschicht FL aus Luft ausgebildet wird, welche einen gleichmäßigen Polierdruck auf die gesamte Oberfläche der Rückseite 12b zur Einwirkung bringt. Die Abströmungsmenge der Luft, welche die Fluidschicht FL bildet, ist gleich der einströmenden Menge.

Aus den vorstehend genannten Gründen drückt die Fluidschicht Fl auf die gesamte Oberfläche der Rückseite 12b des Halblei­ terwafers 12 unabhängig von der Deformation des Halbleiterwa­ fers 12. Somit wird der Halbleiterwafer 12 gegen die Polier­ fläche 112a des Polierteils 110 mit einem gewünschten Polierdruck derart angedrückt, daß es zu Wellungen und Vertiefungen D auf der Polierfläche 112a paßt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Ferner wird der Halbleiterwafer 12 gegen die Polierfläche 112a durch einen gleichmäßigen Polierdruck angedrückt.

Das Haltering-Druckregelteil 170 bringt einen Druck auf den Haltering 142 auf, so daß der Haltering 142 die Polierscheibe 112 durch den gewünschten Druck beaufschlagen kann. Daher läßt sich verhindern, daß die Polierfläche 112a am Rand des Halbleiterwafers 12 eine Ausbauchung erfährt.

Da das Haltering-Druckregelteil 170 den Druck für den Haltering zum Anpressen der Polierscheibe 112 regulieren kann, kann verhindert werden, daß die Polierfläche 112a am Rand des Halbleiterwafers 12 selbst dann eine Ausbauchung erfährt, wenn sich der Polierdruck ändert.

Fig. 7 ist eine Ansicht zur Verdeutlichung des Drucks, welcher auf den Halbleiterwafer 12 durch die Polierscheibe 112 einwirkt, wenn der Haltering 142 gegen die Polierfläche 112a der Polierscheibe 112 gedrückt wird. In einem Bereich L1 der Polierscheibe 112, gegen welchen der Haltering 142 drückt, ist der Druck, welcher erzeugt wird, wenn der Haltering 142 gegen die Polierfläche 112a gedrückt wird, am äußeren Rand des Halterings 142 am größten und nimmt dann steil ab. Danach steigt er allmählich in Richtung zum Innenumfang des Halte­ rings 142 an.

In einem Bereich L2, mit dem der Halbleiterwafer 12 in Kontakt kommt, wird der Druck gleichmäßig. Daher wird der Druck, welcher auf den Halbleiterwafer 12 durch die Polierscheibe 112 einwirkt, gleichmäßig, und daher läßt sich der Halbleiterwafer 12 gleichmäßig polieren.

Ferner kann das Haltering-Druckregelteil 170 auf einfache Weise die Steuerung in einem solchen Zustand derart vornehmen, daß ein Abstand von dem Drehlagerteil 152 zu der Polierfläche 112a vorhanden ist und dieser fest bleibt. Wenn eine Steuer­ einrichtung (nicht gezeigt) eingesetzt wird, um das Haltering-Druck­ regelteil 170 zu steuern, läßt sich die Konstruktion der Steuereinrichtung vereinfachen, und somit erhält man ein schnelleres Ansprechverhalten. Ferner ist es möglich, daß sich bei der Regelung des Drehlagerteils 152 Fehler vermeiden lassen, so daß man Steuerungsfehler insgesamt reduzieren kann.

Die Antriebseinrichtung 116 des Polierteils 110 wird akti­ viert, um die Polierscheibe 112 sowie den Drehtisch 114 in horizontaler Polierrichtung (in Richtung des Pfeils A) zu drehen, und die Antriebseinrichtung 154 des Halte- und Andrückteils 120 wird aktiviert, um eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils B auszuführen. Der Halbleiterwafer 12 wird auf diese Weise poliert.

Somit wird der Halbleiterwafer 12 gegen die Polierfläche 112a derart angedrückt, daß er zu den Wellungen und Vertiefungen paßt, und daß eine Ausbauchung der Polierfläche 112a am Rand des Halbleiterwafers 12 vorhanden ist. Auf diese Weise läßt sich der Halbleiterwafer 12 auf gleichmäßige Weise polieren.

Die Poliermaschinen 10 und 100 können zum Polieren nicht nur von Halbleiterwafern 12, sondern auch von anderen scheiben­ förmigen Gebilden eingesetzt werden.

Wie zuvor angegeben worden ist, steuert bei der Poliermaschine nach der Erfindung der Haltering das Schwellen bzw. Ausbauchen der Polierfläche am Rand des Wafers, und der Polierkörper bzw. die Polierscheibe bringt einen gleichmäßigen Druck auf den Wafer auf, so daß der Wafer gleichmäßig poliert werden kann.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vor­ anstehenden und bevorzugten Ausführungsformen erläuterten Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Ab­ änderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (5)

1. Wafer-Poliermaschine, bei der Polierflüssigkeit einem Bereich zwischen einem Wafer und einem Polierkörper zugeführt wird, und bei der der Wafer und der Polierkörper relativ zueinander bewegt werden, während dem der Wafer gegen den Polierkörper derart gedrückt wird, daß der Wafer poliert wird, gekennzeichnet durch folgendes:
einen Haltering (18; 142), welcher den Wafer (12) umgibt, wobei der Haltering sowie der Wafer in Kontakt mit dem Polierkörper (16) kommen;
eine Polierflüssigkeits-Abgabeausnehmung (18B), welche sich von der Innenseite zur Außenseite auf einer Fläche des Halterings (18; 142) erstreckt, wobei diese Fläche den Polierkörper (16) berührt; und
eine Polierflüssigkeit der Innenseite des Halterings (18; 142) zugeführt wird.

2. Wafer-Poliermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rauhigkeit zum Abziehen bzw. zum Abreinigen des Polierkörpers (16) auf dieser Fläche des Halterings (18; 142) ausgebildet ist.

3. Wafer-Poliermaschine, bei der Polierflüssigkeit einem Bereich zwischen einem Wafer und einem Polierkörper zugeführt wird, und bei der der Wafer und der Polierkörper relativ zueinander bewegt werden, während dem der Wafer gegen den Polierkörper derart gedrückt wird, daß der Wafer poliert wird, gekennzeichnet durch folgendes:
eine Waferbefestigungsplatte (56) zum Halten des Wafers (12) lose eingesetzt in einem Gehäuse (50);
einen Haltering (18; 142), welcher an dem Gehäuse (50) angebracht ist, wobei der Haltering (18; 142) den Wafer (12) umgibt und den Polierkörper (16) und den Wafer (12) kontaktiert;
eine Polierflüssigkeit-Ableitungsausnehmung (18B), welche sich von der Innenseite zu der Außenseite auf einer Fläche des Halterings (18; 142) erstreckt, wobei diese Fläche mit dem Polierkörper (16) in Kontakt ist;
die Polierflüssigkeit zu der Innenseite des Halterings (18; 142) zugeleitet wird;
eine Druckkammer (24) zwischen dem Gehäuse (50) und der Waferbefestigungsplatte (56) angeordnet ist, wobei der Innendruck der Druckkammer (24) veränderbar ist; und
die relativen Positionen von Wafer (12) und Haltering (18, 142) durch die Regelung des Innendrucks der Druckkammer (24) gesteuert werden.

4. Wafer-Poliermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rauhigkeit zum Abziehen bzw. Abreinigen des Wafers (12) auf dieser Fläche des Halterings (18; 142) ausgebildet ist.

5. Wafer-Poliermaschine, bei der Polierflüssigkeit einem Bereich zwischen einem Wafer und einem Polierkörper zugeführt wird und bei der der Wafer und der Polierkörper relativ zueinander bewegt werden, während dem der Wafer gegen den Polierkörper gedrückt wird, um den Wafer zu polieren, gekennzeichnet durch folgendes:
einen Haltering (18; 142), welcher den Wafer (12) umgibt, so daß der auf den Wafer (12) durch den Polierkörper (16) einwirkende Druck vergleichmäßigt werden kann, wobei der Haltering (18; 142) sowie der Wafer den Polierkörper (16) kontaktieren.