DE69821149T2

DE69821149T2 - Vorrichtung zum Polieren

Info

Publication number: DE69821149T2
Application number: DE69821149T
Authority: DE
Inventors: Norio Fujisawa-shi Kimura; Hozumi Fujisawa-shi Yasuda
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-02-28
Also published as: JP3807807B2; JPH10235555A; KR100478989B1; US6019868A; DE69821149D1; EP0861706B1; EP0861706A1; KR19980071792A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Poliervorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, wie beispielsweise eines Halbleiterwafers auf ein flaches Spiegelfinish und insbesondere auf eine Poliervorrichtung mit einem Werkstückträger, d. h. einem oberen Ring bzw. Topring, der verkippbar ist, um einer Welligkeit oder Oberflächenunregelmäßigkeiten einer Polieroberfläche auf einem Drehtisch zu folgen.
Beschreibung der verwandten Technik:
Der rasche Fortschritt in der Halbleiterbauelementeintegration erfordert immer kleinere Verdrahtungsmuster oder Zwischenverbindungen und auch engere Abstände zwischen Verbindungen, welche aktive Bereiche verbinden. Ein Prozess der verfügbar ist für die Ausbildung solcher Zwischenverbindungen ist die Photolithographie. Obwohl der photolithographische Prozess Zwischenverbindungen ausbilden kann, die höchstens 0,5 μm breit sind, erfordert er, dass die Oberflächen, auf denen Musterabbilder durch einen Stepper fokussiert werden so flach wie möglich sind, da die Tiefenschärfe des optischen Systems relativ klein ist. Herkömmlicherweise wurden als Vorrichtungen zum Planarisieren von Halbleiterwafern selbstplanarisierende CVD-Vorrichtungen, Ätzvorrichtungen oder ähnliche verwendet, diese Vorrichtungen planarisieren die Halbleiterwafer jedoch nicht vollständig. In letzter Zeit wurden Versuche unternommen, eine Poliervorrichtung zum Planarisieren von Halbleitennrafern auf ein flacheres Finish zu verwenden, und zwar mit vergrößerter Einfachheit hinsichtlich den herkömmlichen Planarisierungsvorrichtungen.
Üblicherweise besitzt eine Poliervorrichtung einen Drehtisch und einen oberen Ring bzw. Topring, die sich jeweils mit individuellen Geschwindigkeiten drehen: Ein Poliertuch ist auf der Oberseite des Drehtischs angebracht. Ein zu polierender Halbleiterwafer wird auf dem Poliertuch platziert und zwischen den Topring und dem Drehtisch geklemmt. Eine abreibende Flüssigkeit, die abreibende Körner enthält, wird auf das Poliertuch geliefert und an dem Poliertuch gehalten. Während des Betriebs übt der Topring einen bestimmten Druck auf den Drehtisch aus und die Oberfläche des Halbleiterwafers, die gegen das Poliertuch gehalten wird, wird daher durch eine Kombination einer chemischen Politur und einer mechanischen Politur auf ein flaches Spiegelfinish poliert, während der Topring und der Drehtisch gedreht werden. Dieser Prozess wird als chemisch-mechanisches Polieren bezeichnet.
Wenn der Halbleiterwafer nicht mit Kräften gegen das Poliertuch gedrückt wird, die über die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers gleichförmig sind, dann neigt der Halbleiterwafer dazu, ungenügend oder übermäßig in lokalen Bereichen poliert zu werden und zwar in Abhängigkeit von den angelegten Kräften. Die folgenden Anordnungen wurden in der Technik vorgeschlagen, um zu verhindern, dass der Halbleiterwafer mit unregelmäßigen Kräften gegen das Poliertuch gedrückt wird.

1.) Eine herkömmliche Lösung war das Anlegen eines elastischen Pads oder Kissens aus Polyurethan oder ähnlichem an eine Werkstückhalteoberfläche des Toprings zum Gleichmäßigen bzw. Homogenisieren einer Druckkraft, die von dem Topring auf den Halbleiterwafer angelegt wird.
2.) Gemäß einer weiteren Lösung ist der Topring, d. h. ein Werkstückträger zum Halten eines Halbleiterwafers, verkippbar bezüglich der Oberfläche des Poliertuchs.
3.) Ein noch weiterer Versuch lag darin, einen Bereich des Poliertuchs, der den Halbleiterwafer umgibt, unabhängig von dem Halbleiterwafer anzudrücken, um dadurch eine wesentliche Stufe zwischen einem Bereich des Poliertuchs, das durch den Halbleiterwafer niedergedrückt wird und dem Umgebungsbereich davon zu eliminieren.

8 der Zeichnung zeigt eine herkömmliche Poliervorrichtung. Wie in 8 gezeigt ist, weist die herkömmliche Poliervorrichtung im Allgemeinen Folgendes auf:
einen Drehtisch 5 mit einem an einer Oberfläche davon angebrachten Poliertuch 6, einen oberen Ring bzw. Topring 1 zum Halten eines zu polierenden Halbleiterwafers 4 daran und zum Drücken des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 6, und eine Versorgungsdüse 25 für abreibende Flüssigkeit zum Liefern einer abreibenden Flüssigkeit Q auf das Poliertuch 6. Der Topring 1 ist mit einer Topringwelle 8 verbunden und besitzt ein elastisches Kissen bzw. Pad 2 aus Polyurethan oder ähnlichem, das an seine Unterseite befestigt ist. Der Halbleiterwafer 4 wird durch den Topring 1 in Kontakt mit dem elastischen Kissen 2 gehalten. Der Topring 1 besitzt auch einen zylindrischen Haltering 3, der an einer Außenumfangskante davon vorgesehen ist, um zu verhindern, dass sich der Halbleiterwafer 4 von der Unterseite des Toprings 1 löst. Der Haltering 3 besitzt ein unteres Ende, das von der Unterseite des Toprings 1 nach unten vorragt, um den Halbleiterwafer 4 an dem elastischen Kissen 2 zu halten, und zwar gegen ein Lösen von dem Topring 1 unter einem Reibungseingriff mit dem Poliertuch 6 während eines Poliervorgangs.
Während des Betriebs wird der Halbleiterwafer 4 gegen die Unterseite des elastischen Kissens 2 gehalten, das an der Unterseite des Toprings 1 befestigt ist. Der Halbleiterwafer 4 wird dann gegen das Poliertuch 6 auf dem Drehtisch 5 gedrückt und zwar durch den Topring 1 und der Drehtisch 5 und der Topring 1 werden unabhängig voneinander gedreht, um das Poliertuch 6 und den Halbleiterwafer 4 relativ zueinander zu bewegen, wodurch der Halbleiterwafer 4 poliert wird. Die abreibende Flüssigkeit Q weist eine Alkalilösung auf, die abrasive Körner enthält, beispielsweise von feinen Partikeln, die darin suspergiert sind. Der Halbleiterwafer 4 wird durch eine zusammengesetzte Wirkung poliert, die eine chemische Polierwirkung der Alkalilösung und eine mechanische Polierwirkung der abreibenden Körner aufweist.
Ein sphärisches Lager 7 ist gleitbar zwischen der oberen Endoberfläche des Toprings 1 und einer unteren Endoberfläche der Topringwelle 8, welche den Topring 1 dreht, angeordnet. Insbesondere besitzt die untere Endoberfläche der Topringwelle 8 eine halbkugelförmige Ausnehmung 8a, die mittig darinnen definiert ist und die obere Endoberfläche des Toprings 1 besitzt ein halbkugelförmige Ausnehmung 1b, die mittig darinnen definiert ist. Das sphärische Lager 7 ist gleitbar in den halbkugelförmigen Ausnehmungen 8a und 1b aufgenommen. Selbst wenn die Oberseite des Drehtischs 5 leicht geneigt ist, wird der Topring 1 bezüglich der Topringwelle 8 durch das sphärische Lager 7 gekippt. Die Topringwelle 8 besitzt eine Vielzahl von Drehmomentübertragungsstiften 107, die sich radial nach außen erstrecken und in einem Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit einer Vielzahl von entsprechenden Drehmomentübertragungsstiften 108 gehalten werden, die sich von der oberen Endoberfläche des Toprings 1 nach oben erstrecken. Daher kann, selbst wenn der Topring 1 gekippt ist, das Drehmoment verlässlich von der Topringwelle 8 auf den Topring 1 übertragen werden durch den Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den Drehmomentübertragungsstiften 107 und 108.
9 der Zeichnung zeigt eine Poliervorrichtung, die durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-287976 vorgeschlagen wurde. Wie in 9 dargestellt ist, wird ein Halbleiterwafer 4 durch einen Topring 1 gehalten und gegen ein Poliertuch 6 auf einem Drehtisch 5 gedrückt. Der Halbleiterwafer 4 wird an dem Topring 1 gehalten durch einen zylindrischen Haltering 3, der um den Topring 1 herum angeordnet ist und durch Keilnuten 18 mit ihm verbunden ist. Die Keilnuten 18 erlauben, dass sich der Haltering 3 vertikal bezüglich des Toprings 1 bewegt und sich gemeinsam mit dem Topring 1 dreht. Der Haltering 3 ist drehbar durch ein Lager 19 getragen, dass durch einen Lagerhalter 20 getragen wird, der betriebsmäßig mit einer Vielzahl von (z. B. drei) umfangsmäßig beabstandeten Wellen 21 an einer Vielzahl von (z. B. drei) umfangsmäßig beabstandeten Halteringluftzylindern 22 gekoppelt ist. Die Halteringluftzylinder 22 sind fest an einem Topringkopf 9 angebracht. Der Topring 1 besitzt eine Oberseite, die Gleitkontakt mit einem sphärischen Lager 7 gehalten wird, das gleitbar an einem unteren Ende einer Topringwelle 8 getragen wird. Die Topringwelle 8 ist drehbar getragen durch den Topringkopf 9. Der Topring 1 ist vertikal bewegbar durch einen Topringluftzylinder 10, der an dem Topringkopf 9 angebracht ist und betriebsmäßig mit der Topringwelle 8 verbunden ist.
Der Topringluftzylinder 10 und die Halteringluftzylinder 22 sind mit einer Druckluftquelle 24 verbunden, und zwar jeweils über Regulatoren R1 und R2. Der Regulator bzw. Regler R1 reguliert den Luftdruck, der von der Druckluftquelle 24 zu dem Topringluftzylinder 10 geliefert wird zum Einstellen der Andrückkraft zum Drücken des Halbleiterwafers 4 gegen das Poliertuch 6 durch den Topring 1. Der Regulator bzw. Regler R2 reguliert den Luftdruck, der von der Druckluftquelle 24 an die Halteringluftzylinder 22 angelegt wird zum Einstellen der Druckkraft zum Drücken des Halterings 3 gegen das Poliertuch 6. Durch Einstellung der Andrück- bzw. Druckkraft des Halterings 3 bezüglich der Drückkraft des Toprings 1 wird die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichförmig ausgebildet von der Mitte des Halbleiterwafers 4 zu dessen Umfangskante und ferner zu der äußeren Umfangskante des Halterings 3, der um den Topring 4 herum angeordnet ist. Dem gemäß wird verhindert, dass der Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird. Der Halbleitennrafer 4 kann somit auf eine hohe Qualität und mit einer hohen Ausbeute poliert werden.
10 der Zeichnung illustriert die Zustände des Halbleiterwafers 4, des Poliertuchs 6 und des elastischen Kissens 2, während der Halbleiterwafer 4 durch eine herkömmliche Poliervorrichtung poliert wird. Wenn nur der Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 6 gedrückt wird, ist der Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 an einer Grenzfläche zwischen einem Kontakt und einem Nichtkontakt mit dem Poliertuch 6 angeordnet und auch an einer Grenzfläche zwischen einem Kontakt und einem Nichtkontakt mit dem elastischen Kissen 2. Daher ist an dem Umfangsteil des Halbleiterwafers 4, der an dem Halbleiterwafer 4 durch das Poliertuch 6 und das elastische Kissen 2 angelegte Polierdruck nicht gleichförmig, so dass der Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 dazu neigt auf ein übermäßiges Maß poliert zu werden. Infolgedessen wird die Umfangskante des Halbleiterwafers 4 häufig zu einer runden Kante poliert. Die in 9 gezeigte Poliervorrichtung ist wirksam, um das übermäßige Polieren der Umfangskante des Halbleiterwafers 4 zu reduzieren, da der Haltering 3 gegen das Poliertuch 6 um den Halbleiterwafer 4 herum gedrückt wird, und zwar unabhängig von dem Topring 1.
Ein weiterer vorgeschlagener Haltering weist ein ringförmiges Gewicht auf, das vertikal bewegbar um den Topring herum angeordnet ist, um das Poliertuch durch sein eigenes Gewicht zu drücken bzw. nieder zu drücken.
Bei der herkömmlichen Poliervorrichtung und auch bei der Poliervorrichtung, die in 9 gezeigt ist, welche in der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-287976 vorgeschlagen wurde, ist der Topring verkippbar, um die zu polierende Oberfläche des Halbleiterwafers parallel zu dem Poliertuch zu halten, und zwar selbst dann, wenn das Poliertuch eine Welligkeit oder andere Oberflächen Unregelmäßigkeiten aufweist. Der Topring ist kippbar ausgebildet, durch ein sphärisches Aufnahme- bzw. Karlottenlager oder eine Kugel, die gleitbar zwischen dem Topring und der Topringwelle angeordnet ist. Ein Problem des kippbaren Toprings liegt darin, dass der Topring übermäßig gekippt werden kann in Folge einer glatten Gleitbewegung und nicht parallel zu dem Poliertuch 6 gehalten werden kann. Mit anderen Worten kann der verkippbare Topring nicht stabil in seiner gewünschten Position bezüglich des Poliertuchs gehalten werden.
Das obige Problem wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf 11 der Zeichnung beschrieben. In 11 wird der Topring 1 gegen das Poliertuch 6 mit einer Druckkraft F₁ gedrückt und der Haltering 3 wird im Wesentlichen parallel nach unten gegen eine Oberseite 6a des Poliertuchs 6 gedrückt und zwar mit einer Druckkraft F₂ durch die Halteringluftzylinder 22. Der Topring 1, der innerhalb des Halterings 3 angeordnet ist, ist bezüglich des Poliertuchs 6 durch das sphärische Lager 7 kippbar, das gleitbar zwischen der Topringwelle 8 und dem Topring 1 angeordnet ist. Wenn der durch den Topring 1 gehaltene Halbleiterwafer 4 poliert wird, neigt der Topring dazu, verkippt zu werden in Folge von Reibungskräften zwischen der Unterseite des Halbleiterwafers 4 und der Oberseite 6a des Poliertuchs 6. Wenn der Topring übermäßig aus einer parallelen Beziehung zu dem Poliertuch 6 heraus gekippt wird, dann kann der an dem Topring 1 gehaltene Halbleiterwafer 4 nicht auf ein flaches Spiegelfinish poliert werden.
Das Dokument EP 0548846A zeigt eine Poliervorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, die Folgendes aufweist: einen Drehtisch mit einer Polieroberfläche, einen Topring zum Halten eines Werkstücks und zum Drücken des Werkstücks gegen die Polieroberfläche mit einer ersten Druckkraft zum Polieren des Werkstücks und einen Haltering, der außerhalb des Toprings positioniert ist zum Halten des Werkstücks an dem Topring, wobei der Haltering relativ zu dem Topring vertikal bewegbar ist.
Die Erfindung
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Poliervorrichtung vorzusehen, bei der ein Werkstückträger, d. h. ein oberer Ring bzw. Topring verkippbar ist, um einer Welligkeit oder Oberflächenunregelmäßigkeiten eines Poliertuchs an einem Drehtisch zu folgen und wobei der Topring davon abgehalten wird sich übermäßig bezüglich des Poliertuchs zu verkippen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Poliervorrichtung nach Anspruch 1 und 5 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte fragmentarische vertikale Querschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß 1;
3 eine vergrößerte fragmentarische vertikale Querschnittsansicht einer Modifikation der Poliervorrichtung gemäß 1;
4 eine vertikale Querschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7A eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7B eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung, die ähnlich ist zu der Poliervorrichtung gemäß 7A, die aber keinen Kippunterdrückungsmechanismus aufweist, um zu verhindern, dass der Topring übermäßig gekippt wird;
8 eine vertikale Querschnittsansicht einer herkömmlichen Poliervorrichtung;
9 eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung, die durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wurde;
10 eine vergrößerte fragmentarische vertikale Querschnittsansicht, welche die Zustände eines Halbleiterwafers, eines Poliertuchs und eines elastischen Kissens zeigt, während der Halbleiterwafer durch eine herkömmliche Poliervorrichtung poliert wird; und
11 eine vergrößerte vertikale Querschnittsansicht, welche die Art und Weise zeigt, in der der Topring bei einem Poliervorgang gekippt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird eine Poliervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ähnliche oder entsprechende Teile sind mit ähnlichen oder entsprechenden Bezugszeichen über die Ansichten hinweg bezeichnet.
Die 1 und 2 zeigen eine Poliervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, besitzt ein Topring 1 eine Unterseite zum Tragen eines Halbleiterwafers 4 daran, der ein zirkulierendes Werkstück darstellt. Ein elastisches Kissen bzw. Pad 2 aus Polyurethan oder ähnlichem ist an der Unterseite des Toprings 1 befestigt. Ein Haltering 3 ist um den Topring 1 herum angeordnet und ist vertikal bewegbar bezüglich des Toprings 1. Ein Drehtisch 5 mit einem Poliertuch 6, das an einer Oberseite davon angebracht ist, ist unterhalb des Toprings 1 angeordnet. Das Poliertuch 6 bildet eine Polieroberfläche des Drehtischs 5.
Der Topring 1 ist mit einer vertikalen Topringwelle 8 verbunden, dessen unteres Ende gegen eine Kugel 7 gehalten wird, die an einer Oberseite des Toprings 1 angebracht ist. Die Topringwelle 8 ist betriebsmäßig mit einem Topringluftzylinder 10 gekoppelt, der fest an einem oberen Teil des Topringkopfs 9 angebracht ist. Die Topringwelle 8 ist vertikal bewegbar durch den Topringluftzylinder 10, um den Halbleiterwafer 4, der an dem elastischen Kissen 2 getragen wird, gegen das Poliertuch 6 auf dem Drehtisch 5 zu drücken.
Die Topringwelle 8 besitzt einen Zwischenteil, der sich durch einen drehbaren Zylinder 11 hindurch erstreckt und gemeinsam drehbar mit ihm gekoppelt ist durch eine Keilnutverbindung bzw. eine Keilnut (nicht gezeigt) und der drehbare Zylinder 11 besitzt eine Scheibe bzw. Riemenscheibe 12, die an eine Außenumfangsoberfläche davon angebracht ist. Die Scheibe 12 ist betriebsmäßig mit einem Zeitsteuerriemen 13 mit einer Zeitsteuerscheibe 15 verbunden, die an der drehbaren Welle eines Topringmotors 14 angebracht ist, der fest an einem Topringkopf 9 angebracht ist. Wenn daher der Topringmotor 14 erregt wird, werden der drehbare Zylinder 11 und die Topringwelle 8 gemeinsam bzw. integral gedreht durch die Zeitsteuerscheibe 15, den Zeitsteuerriemen 13 und die Zeitsteuerscheibe 12. Somit wird der Topring 1 gedreht. Der Topringkopf 9 wird durch eine Topringkopfwelle 16 getragen, die vertikal an einem Rahmen (nicht gezeigt) befestigt ist.
Der Haltering 3 ist gemeinsam drehbar, aber vertikal bewegbar mit dem Topring 1 gekoppelt, und zwar über Keilnuten bzw. Keilnutverbindungen 18. Der Haltering 3 ist drehbar getragen durch ein Lager 19, das an einem Lagerhalter 20 angebracht ist. Der Lagerhalter 20 ist durch vertikale Wellen 21 mit einer Vielzahl von (drei in diesem Ausführungsbeispiel) umfangsmäßig beabstandeten Halteringluftzylindern 22 verbunden. Die Halteringluftzylinder 22 sind an einem unteren Teil des Topringkopfs 9 befestigt.
Der Topringluftzylinder 10 und die Halteringluftzylinder 22 sind pneumatisch mit einer Druckluftquelle 24 verbunden über Regler bzw. Regulatoren R1 bzw. R2. Der Regler R1 reguliert einen Luftdruck, der von der Druckluftquelle 24 an den Topringluftzylinder 10 geliefert wird, um die Druck- bzw. Andruckkraft einzustellen, welche durch den Topring 1 angelegt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 6 zu drücken. Der Regler R2 reguliert auch den Luftdruck, der von der Druckluftquelle 24 an die Halteringluftzylinder 22 angelegt wird, um die Druckkraft einzustellen, welche durch den Haltering 3 angelegt wird, um gegen das Poliertuch 6 zu drücken. Die Regler R1 und R2 werden durch eine Steuerung (nicht gezeigt in 1) gesteuert.
Eine Versorgungsdüse 25 für abreibende Flüssigkeit ist oberhalb des Drehtischs 5 positioniert zum Liefern einer abreibenden Flüssigkeit Q auf das Poliertuch 6 auf dem Drehtisch 5.
Die Poliervorrichtung gemäß den 1 und 2 arbeitet wie folgt: der zu polierende Halbleiterwafer 4 wird unter dem Topring gegen das elastische Kissen 2 gehalten und der Topringluftzylinder 10 wird betätigt, um den Topring 1 zu dem Drehtisch 5 abzusenken, bis der Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 6 auf der Oberseite des sich drehendenden Drehtischs 5 drückt. Der Topring 1 und der Haltering 3 werden durch den Topringmotor 14 durch die Topringwelle 8 gedreht. Da die abreibende Flüssigkeit Q auf das Poliertuch 6 durch die Versorgungsdüse 25 für abreibende Flüssigkeit geliefert wird, wird die abreibende Flüssigkeit Q auf dem Poliertuch 6 gehalten. Daher wird die Unterseite des Halbleiterwafers 4 mit der abreibenden Flüssigkeit Q poliert, die sich zwischen der Unterseite des Halbleiterwafers 4 und dem Poliertuch 6 befindet.
In Abhängigkeit von der Andruckkraft, die durch den Topring 1, betätigt durch den Topringluftzylinder 10, angelegt wird, wird die Andruckkraft, die an das Poliertuch 6 durch den Haltering 3, betätigt durch die Halteringluftzylinder 22, angelegt wird, eingestellt während der Halbleiterwafer 4 poliert wird. Während des Poliervorgangs kann die Andruckkraft F₁ (siehe 1), die durch den Topring 1 angelegt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 6 zu drücken, eingestellt werden durch den Regler R1 und die Andruckkraft F₂, die durch den Haltering 3 angelegt wird, um gegen das Poliertuch 6 zu drücken, kann durch den Regler R2 eingestellt werden. Daher kann während des Poliervorgangs die Andrückkraft F₂, die durch den Haltering 3 angelegt wird, um gegen das Poliertuch 6 zu drücken, ver verändert werden in Abhängigkeit von der Andruckkraft F₁, die durch den Topring 1 angelegt wird, um den Halbleiterwafer 4 gegen das Poliertuch 6 zu drücken. Durch Einstellen der Andruckkraft F₂ bezüglich der Andruckkraft F₁ kann die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichförmig ausgebildet werden und zwar von der Mitte des Halbleiterwafers 4 zu dessen Umfangskante und weiter zu der Außenumfangskante des Halterrings 3, der um den Halbleiterwafer 4 herum angeordnet ist. Dem gemäß wird verhindert, dass der Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird. Der Halbleiterwafer 4 kann somit mit hoher Qualität und mit einer hohen Ausbeute bzw. einem hohen Ertrag poliert werden.
Wenn eine größere oder geringere Materialdicke von dem Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 entfernt werden soll, als von dem Innenbereich des Halbleiterwafers 4, dann wird die Andruckkraft F₂, die durch den Haltering 3 angelegt wird, so ausgewählt, dass sie auf einen geeigneten Wert liegt, basierend auf der Andruckkraft F₁, die durch den Topring 1 angelegt wird, um gewollt eine Materialmenge, die von dem Umfangsteil des Halbleiterwafers 4 abgenommen wird zu erhöhen oder zu reduzieren.
Ein Mechanismus zum Unterdrücken einer Verkippung des Toprings 1 (nachfolgend als Kippunterdrückungsmechanismus 70 bezeichnet) ist in der Innenumfangsoberfläche des Halterings 3 angeordnet und wird in Eingriff mit der Außenumfangsoberfläche des Toprings 1 gehalten. Der Kippunterdrückungsmechanismus 70 bildet einen Stabilisierungsmechanismus und dient dazu, zu verhindern, dass sich der Topring 1 übermäßig verkippt bezüglich der Topringwelle 8 und somit bezüglich des Poliertuchs 6. Der Topringluftzylinder 10 legt die nach unten gerichtete Kraft F₁ durch das Kugellager 7 an dem unteren Ende der Topringwelle 8 an. Der Topring 1 ist um das Kugellager 7 herum verkippbar innerhalb eines schmalen Spalts, der zwischen der Außenumfangsobertläche des Toprings 1 und der Innenumfangsoberfläche des Halterings 3 vorgesehen ist. Während der Halbleiterwafer 4 poliert wird, ist der Topring 1 horizontalen Reibungskräften ausgesetzt infolge des Reibungskontakts zwischen dem Halbleiterwafer 4 und dem Poliertuch 6 und er neigt dazu sich um das Kugellager 7 unter einem Moment bzw.
Drehmoment zu verkippen, das durch solche horizontalen Reibungskräfte bewirkt wird. Der Kippunterdrückungsmechanismus wirkt zwischen der Außenumfangsoberfläche des Toprings 1 und der Innenumfangsoberfläche des Halterings 3, um einen vorbestimmten Spalt dazwischen beizubehalten, um den Topring 1 im Wesentlichen winkelmäßig stabilisiert innerhalb des Halterings 3 zu halten, um dadurch zu verhindern, dass der Topring 1 übermäßig gekippt wird, d. h. das der Topring 1 im Wesentlichen horizontal gehalten wird.
2 zeigt den Kippunterdrückungsmechanismus 70 im Detail. Der Haltering 3 besitzt eine ringförmige Ausnehmung 71, die in der Innenumfangsoberfläche davon definiert ist. Der Kippunterdrückungsmechanismus 70 weist eine Vielzahl von (z. B. sechs) Rollen 72 auf, die drehbar in der ringförmigen Ausnehmung 71 gehalten sind, durch jeweilige Wellen 73. Die Rollen 72 werden in Rollkontakt mit der Außenumfangsoberfläche des Toprings 1 gehalten, um den Topring 1 im Wesentlichen winkelmäßig stabilisiert innerhalb des Halterings 3 zu halten. Die Rollen 72 sind umfangsmäßig mit geeigneten Winkelintervallen um den Topring 1 herum beabstandet, um dadurch zu verhindern, dass der Topring 1 übermäßig um das Kugellager 7 herum gekippt wird. Dem gemäß werden selbst unter Reibungskraft zwischen dem Halbleiterwafer 4 und dem Poliertuch 6 die Unterseite des Halterings 3 und die untere Endoberfläche des Toprings 1, welche den Halbleiterwafer 4 trägt bzw. hält, im Wesentlichen parallel zu der Oberseite des Poliertuchs 6 gehalten. Ferner dient der Kippunterdrückungsmechanismus 70 dazu, den unstabilen Topring 1 in Kooperation mit dem Haltering 3 zu stabilisieren. D. h. selbst wenn der Topring 1 leicht vibriert, dämpft der Kippunterdrückungsmechanismus 70 die Vibration des Toprings 1. Die Rollen 72 sind vorzugsweise aus einem synthetischen Harz, wie beispielsweise Nylon, Polyethylen oder Polypropylen hergestellt.
3 zeigt einen modifizierten Kippunterdrückungsmechanismus 70 im Detail. Wie in 3 dargestellt ist, besitzt ein Haltering 3 eine ringförmige Ausnehmung 75, die in der Innenumfangsoberfläche davon definiert ist. Der modifizierte Kippunterdrückungsmechanismus 70 weist einen elastischen Ring 76, wie beispielsweise einen O-Ring aus Gummi auf, der in die ringförmige Ausnehmung 75 eingepasst ist. Der elastische Ring 76 ragt radial nach innen von der Innenumfangsoberfläche des Halterings 3 vor, und zwar in Kontakt mit der Außenumfangsoberfläche eines Toprings 1, um den Topring 1 im Wesentlichen winkelmäßig stabilisiert innerhalb des Halterings 3 zu halten. Da die Außenumfangsoberfläche des Toprings 1 elastisch bezüglich des Halterings 3 durch den elastischen Ring 76 gesichert ist, wird verhindert, dass sich der Topring 1 übermäßig verkippt und er wird somit im Wesentlichen parallel zu dem Poliertuch 6 gehalten, und zwar selbst unter Reibungskräften zwischen dem Halbleiterwafer 4 und dem Poliertuch 6.
Der Kippunterdrückungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist erforderlich, um die Außenumfangsoberfläche des Toprings 1 an der Innenumfangsoberfläche des Halterings 3 zu sichern, während zur selben Zeit erlaubt wird, dass sich der Topring 1 und der Haltering 3 vertikal bezüglich zueinander bewegen und auch erlauben, dass sich der Topring 1 gemeinsam mit dem Haltering 3 dreht. Sofern dieses Erfordernis erfüllt wird, ist der Kippunterdrückungsmechanismus nicht auf die Rollen 72 oder den elastischen Ring 76 beschränkt, sondern kann auch unterschiedliche andere Elemente aufweisen.
4 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 dargestellt ist, ist der Haltering 3 um den Topring 1 herum angeordnet und wird durch einen Halteringhalter 76 gehalten, der durch eine Vielzahl von Rollen 27 nach unten gedrückt werden kann. Die Rollen 27 sind drehbar getragen durch jeweilige Wellen 28, welche mit den jeweiligen Halteringluftzylindern 22 verbunden sind, die an dem unteren Teil des Topringkopfs 9 befestigt sind. Der Haltering 3 ist vertikal bewegbar bezüglich des Toprings 1 und gemeinsam drehbar mit dem Topring 1 durch Keilnuten bzw. Keilnutverbindungen 18, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das in den 1 und 2 dargestellt ist.
Im Betrieb werden, während sich der Topring 1 und der Haltering 3 drehen, die Rollen 27 um ihre eigenen Achsen gedreht, während die Rollen 27 in Rollkontakt mit dem Halteringhalter 26 stehen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Haltering 3 nach unten gedrückt durch die Rollen 27, welche durch die Halteringluftzylinder 22 ab gesenkt werden, um dadurch gegen das Poliertuch 6 zu drücken, und zwar mit einem vorgegebenen Druck. Die Poliervorrichtung besitzt einen Kippunterdrückungsmechanismus 70 zum Halten des Toprings 1 im Wesentlichen winkelmäßig stabilisiert innerhalb des Halterrings 3, um zu verhindern, dass der Topring 1 übermäßig verkippt wird. Der Kippunterdrückungsmechanismus 70 weist vorzugsweise ein elastisches Glied, wie beispielsweise einen O-Ring aus Gummi oder ähnlichem auf, da der Topring 1 und der Haltering 3 drehbar sind.
5 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 5 dargestellt ist, besitzt ein Topring 1 einen ringförmigen Halteteil 1a, der sich entlang dessen Außenumfangskante erstreckt und nach unten hervorragt von der Unterseite davon. Der ringförmige Halteteil 1a und die Unterseite des Toprings 1 definieren gemeinsam einen Raum zum Halten eines Halbleiterwafers 4 darinnen. D. h. die untere Endoberfläche des Toprings 1 hält die Oberseite des Halbleiterwafers 4 und der Halteteil 1a hält die Außenumfangskante des Halbleiterwafers 4, um zu verhindern, dass sich der Halbleiterwafer 4 von dem Topring 1 löst. Ein Druckring 3A ist vertikal bewegbar um den Topring 1 herum angeordnet.
Der Druckring 3A ist gemeinsam drehbar aber vertikal bewegbar mit dem Topring 1 gekoppelt durch Keilnuten bzw. eine Keilnutverbindung 18. Der Druckring 3A ist drehbar getragen durch ein Lager 19, das an einem Lagerhalter 20 angebracht ist. Der Lagerhalter 20 ist durch vertikale Wellen 21 mit einer Vielzahl von (drei in diesem Ausführungsbeispiel) umfangsmäßig beabstandeten Druckringluftzylindern 23 verbunden. Die Druckringluftzylinder 23 sind an einer Unterseite des Topringkopfs 9 befestigt. Andere Einzelheiten der in 5. gezeigten Poliervorrichtung sind identisch zu denen der in 1 gezeigten Poliervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Poliervorrichtung gemäß 5 besitzt einen Kippunterdrückungsmechanismus 70 zum Halten des Toprings 1 im Wesentlichen winkelmäßig stabilisiert innerhalb des Druckrings 3A um zu verhindern, dass sich der Topring 1 übermäßig verkippt. Der Kippunterdrückungsmechanismus 70 weist vorzugsweise ein elastisches Glied, wie beispielsweise einen O-Ring aus Gummi oder ähnlichem auf, da der Topring 1 und der Druckring 3A drehbar sind. In dem dritten Ausführungsbeispiel kann der Druckring 3A nicht drehbar ausgestaltet sein, d. h. stationär und nur der Topring 1 kann drehbar sein. Bei einer solchen Modifikation weist der Kippunterdrückungsmechanismus 70 vorzugsweise eine Vielzahl von Rollen auf, wie in 2 dargestellt ist.
6 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 dargestellt ist, besitzt der Topring 1 einen ringförmigen Halteteil 1A, der sich entlang seiner Außenumfangskante erstreckt und nach unten von der Unterseite davon vorsteht. Der Halbleiterwafer 4 wird durch die untere Endoberfläche des Toprings 1 und den Halteteil 1a gehalten und davon abgehalten, sich von dem Topring 1 zu lösen. Ein Druckring 3A ist vertikal bewegbar um den Topring 1 herum angeordnet. Der Druckring 3A wird durch einen Druckringhalter 26 gehalten, der durch eine Vielzahl von Rollen 27 gedrückt bzw. angedrückt wird. Die Rollen 27 sind durch jeweilige Wellen 28 mit Druckringluftzylinder 23 verbunden, die fest an einer Unterseite eines Topringkopfs 9 befestigt sind. Der Druckring 3A ist vertikal bewegbar bezüglich des Toprings 1 und gemeinsam drehbar mit dem Topring 1 über Keilnuten bzw. Keilnutverbindungen 18. Andere Details, der in 6 dargestellten Poliervorrichtung, sind identisch zu denen, der in 4 gezeigten Poliervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Poliervorrichtung gemäß 6 besitzt einen Kippunterdrückungsmechanismus 70 zum Halten des Toprings 1 im Wesentlichen winkelmäßig stabilisiert innerhalb des Druckrings 3A, um zu verhindern, dass sich der Topring 1 übermäßig verkippt.
7A illustriert eine Poliervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7B zeigt eine Poliervorrichtung, die ähnlich zu der Poliervorrichtung gemäß 7A ist, die aber keinen Kippunterdrückungsmechanismus zum Verhindern, dass sich der Topring übermäßig verkippt, aufweist. In
7B wird ein Haltering 3 gegen ein Poliertuch 6 gedrückt, und zwar unabhängig von einem Topring 1, der einen zu polierenden Halbleiterwafer 4 hält. Der Haltering 3 drückt das Poliertuch 6, um den Halbleiterwafer 4 herum nach unten, durch sein eigenes Gewicht, um dadurch die Erzeugung einer Stufe zu verhindern zwischen der Oberfläche des Poliertuchs 6, die den Halbleiterwafer 4 kontaktiert und der Oberfläche des Poliertuchs 6, welche den Halbleiterwafer 4 umgibt. Da der Topring 1 und der Haltering 3 unabhängig voneinander sind, wird, wenn der Topring 1 verkippt wird, der Topring 1 nicht durch den Haltering 3 gehalten und kann übermäßig aus einer parallelen Beziehung zu der Oberfläche des Poliertuchs 6 verkippt werden. Andererseits besitzt die Poliervorrichtung gemäß 7A einen Kippunterdrückungsmechanismus 70, der eine Vielzahl von elastischen Rollen 72 aufweist, die drehbar durch den Haltering 3 getragen werden und in Rolleingriff mit dem Topring 1 gehalten werden, um zu verhindern, dass sich der Topring 1 übermäßig in dem Haltering 3 verkippt.
Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele wurde das durch die Poliervorrichtung zu polierende Werkstück als ein Halbleiterwafer beschrieben. Die Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch verwendet werden zum Polieren anderer Werkstücke einschließlich eines Glasprodukts, einer Flüssigkristallanzeige, eines keramischen Produkts usw. Während der Topring 1, der Haltering 3 und der Druckring 3A durch Luftzylinder in den dargestellten Ausführungsbeispielen angedrückt werden, können sie auch durch Hydraulikzylinder angedrückt werden. Alternativ können der Topring 1, der Haltering 3 und der Druckring 3A durch elektrische Bauteile, wie beispielsweise piezoelektrische Bauteile oder elektromagnetische Bauteile anstelle von mechanischen Bauteilen angedrückt werden.
Obwohl der Kippunterdrückungsmechanismus an dem Haltering oder dem Druckring in jedem der obigen Ausführungsbeispiele angebracht ist, könnte der Kippunterdrückungsmechanismus auch an dem Topring angebracht sein.
Bei den Anordnungen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wird der Topring, der das zu polierende Werkstück trägt, davon abgehalten, übermäßig verkippt zu werden und somit davon abgehalten eine ungleichförmige Druckvertei lung zu entwickeln. Der Topring ist in der Lage, einen gleichmäßigen Druck über die gesamte Oberfläche des Werkstücks zum Polieren der gesamten Oberfläche des Werkstücks auf ein flaches Spiegelfinish anzulegen. Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Poliervorrichtung bei der Herstellung von Halbleiterwafern verwendet wird, der Halbleiterwafer auf ein flaches Spiegelfinish über seine gesamte Oberfläche hinweg poliert werden und zwar einschließlich der äußeren Umfangskanten davon. Daher können alle Teile einschließlich der Außenumfangskanten des so polierten Halbleiterwafers als Produkte verwendet werden, und der Ertrag des Halbleiterbauelements bzw. von Halbleiterbauelementen kann erhöht werden.
Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurden, sei bemerkt, dass unterschiedliche Änderungen und Modifikationen daran durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Poliervorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, die Folgendes aufweist: einen Drehtisch (5) mit einer Polieroberfläche (6); einen oberen Ring bzw. Topring (1) zum Halten eines Werkstücks (4) und zum Drücken des Werkstücks gegen die Polieroberfläche mit einer ersten Druckkraft zum Polieren des Werkstücks; einen Haltering (3), der außerhalb des Toprings positioniert ist zum Halten des Werkstücks an dem Topring, wobei der Haltering vertikal relativ zum Topring bewegbar ist; ein Druckmechanismus (22) zum Drücken des Halterings (3) gegen die Polieroberfläche (6) mit einer zweiten Druckkraft; und ein Kippunterdrückungsmechanismus (70), der zwischen einer Innenumfangsfläche des Halterings und einer Außenumfangsfläche des Toprings angeordnet ist, um zu verhindern, dass der Topring übermäßig bezüglich der Polieroberfläche gekippt wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kippunterdrückungsmechanismus (70) den Topring (1) winkelmäßig stabilisiert hält und verhindert, dass der Topring übermäßig innerhalb des Halterings (3) gekippt wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kippunterdrückungsmechanismus (70) eine Vielzahl von Rollen (72) aufweist, die drehbar an der Innenumfangsfläche des Halterings (3) getragen sind und in Rollkontakt mit der Außenumfangsfläche des Toprings (1) gehalten werden um zu verhindern, dass der Topring übermäßig innerhalb des Halterings (3) kippt.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kippunterdrückungsmechanismus (70) ein elastisches Glied aufweist, das an der Innenumfangsfläche des Halterings (3) getragen ist und in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Toprings (1) gehalten ist, um zu verhindern, dass der Topring (1) übermäßig innerhalb des Halterings (3) gekippt wird.
Poliervorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Drehtisch (5) mit einer Polieroberfläche; einen oberen Ring bzw. Topring (1) zum Halten eines Werkstücks und zum Drücken des Werkstücks gegen die Polieroberfläche mit einer ersten Druckkraft zum Polieren des Werkstücks, wobei der Topring einen Halteteil zum Halten einer Außenumfangskante des Werkstücks besitzt; einen Druckring (3A), der außerhalb des Halteteils positioniert ist, wobei der Druckring vertikal relativ zum Topring bewegbar ist; ein Druckmechanismus (22) zum Drücken des Druckrings (3A) gegen die Polieroberfläche mit einer zweiten Druckkraft; und einen Kippunterdrückungsmechanismus (70), angeordnet zwischen einer Innenumfangsfläche des Druckrings und einer Außenumfangsfläche des Toprings, um zu verhindern, dass der Topring übermäßig bezüglich der Polieroberfläche gekippt wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Kippunterdrückungsmechanismus (70) den Topring winkelmäßig stabilisiert hält und verhindert, dass der Topring (1) übermäßig innerhalb des Druckrings (3A) gekippt wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Kippunterdrückungsmechanismus (70) eine Vielzahl von Rollen aufweist, die drehbar an der Innenumfangsfläche des Druckrings getragen werden und in Rollkontakt mit der Außenumfangsfläche des Toprings gehalten werden um zu verhindern, dass der Topring übermäßig innerhalb des Druckrings (3A) gekippt wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Kippunterdrückungsmechanismus (70) ein elastisches Glied aufweist, das an der Innenumfangsfläche des Druckrings getragen ist und in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Toprings gehalten wird zum Verhindern, dass der Topring übermäßig innerhalb des Druckrings gekippt wird.