DE112009002112B4

DE112009002112B4 - Polierkopf und Poliervorrichtung

Info

Publication number: DE112009002112B4
Application number: DE112009002112.3T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Masumura; Hiromasa Hashimoto; Kouji Morita; Hiromi Kishida; Satoru Arakawa
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2029-08-08
Also published as: US20110136414A1; KR20110052649A; CN102131617B; TWI441711B; US8636561B2; KR101607099B1; TW201026436A; CN102131617A; WO2010023829A1; JP4833355B2; JPWO2010023829A1; DE112009002112T5

Abstract

Polierkopf (1), der mindestens umfasst: einen starren Kreisring (4); eine Gummifolie (3), die mit dem starren Ring (4) unter gleichmäßiger Spannung verbunden ist; eine Mittenplatte (5), die mit dem starren Ring (4) vereint ist, wobei die Mittenplatte (5) zusammen mit der Gummifolie (3) und dem starren Ring (4) einen Raum (6) bildet; eine ringförmige Matrize (14), die konzentrisch zum starren Ring (4) in einem Umfangsabschnitt an einem Unterseitenbereich der Gummifolie (3) vorgesehen ist; und ein Druckeinstellmechanismus (7a, 7b, 7c) zum Verändern des Drucks in dem Raum (6),wobei der Polierkopf (1) eine Rückseite eines Werkstücks (W) am Unterseitenbereich der Gummifolie (3) haltert, einen Randabschnitt des Werkstücks (W) mit der Matrize (14) haltert und das Werkstück (W) poliert, indem eine Oberfläche des Werkstücks (W) in Gleitkontakt mit einem Polierkissen (9) gebracht wird, das an einem Drehteller (8) befestigt ist, wobeider Raum (6) durch mindestens eine Ringwand (16) unterteilt ist, die konzentrisch zum starren Ring (4) ist, um mehrere abgedichtete Räume (15a, 15b, 25a, 25b) zu bilden; wobei ein Außendurchmesser von mindestens einem inneren abgedichteten Raum (15b, 25b) der mehreren abgedichteten Räume (15a, 15b, 25a, 25b), die durch die Ringwand (16) getrennt sind, so gebildet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser eines Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks (W) und gleich oder kleiner als 102 % des Innendurchmessers der Matrize (14) ist; und der Druckeinstellmechanismus (7a, 7b) den Druck jedes der mehreren abgedichteten Räume (15a, 15b, 25a, 25b) separat steuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polierkopf zum Halten eines Werkstücks, wenn eine Oberfläche des Werkstücks poliert wird, sowie eine Poliervorrichtung, die mit dem Polierkopf ausgestattet ist, und insbesondere einen Polierkopf zum Halten des Werkstücks an einer Gummifolie und eine Poliervorrichtung, die mit dem Polierkopf versehen ist.
STAND DER TECHNIK
Als Vorrichtung zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks, wie beispielsweise eines Siliziumwafers, gibt es eine Einseitenpoliervorrichtung, bei der das Werkstück Seite für Seite poliert wird, und eine Doppelseitenpoliervorrichtung, bei der die beiden Seiten des Werkstücks gleichzeitig poliert werden.
Wie zum Beispiel in 10 gezeigt ist, umfasst eine gebräuchliche Einseitenpoliervorrichtung einen Drehteller 88, an dem ein Polierkissen 89 angebracht ist, einen Poliermittel-Zuführmechanismus 90, einen Polierkopf 81 und dergleichen. Mit dieser Poliervorrichtung 82 wird ein Werkstück W poliert, indem das Werkstück W mit dem Polierkopf 81 gehalten wird, dem Polierkissen 89 durch den Poliermittel-Zuführmechanismus 90 ein Poliermittel zugeführt wird, der Drehteller 88 bzw. der Polierkopf 81 in Drehung versetzt wird und eine Oberfläche des Werkstücks W mit dem Polierkissen 89 in Gleitkontakt gebracht wird.
Als Verfahren zum Halten des Werkstücks mittels des Polierkopfs gibt es zum Beispiel ein Verfahren zum Anbringen des Werkstücks an einer flachen, scheibenförmigen Platte mittels eines Klebstoffs, wie zum Beispiel eines Wachses. Darüber hinaus gibt es noch, insbesondere als Halterungsverfahren zur Unterbindung einer Verdickung oder Ausdünnung an einem Außenumfangsabschnitt des Werkstücks und zur Verbesserung der Ebenheit des gesamten Werkstücks, ein sogenanntes Gummieinspannverfahren, bei dem ein Werkstückhalteabschnitt aus einer elastischen Folie hergestellt wird, ein Druckfluid, wie zum Beispiel Luft, in eine Rückseite der elastischen Folie eingeblasen wird und die elastische Folie durch einen gleichmäßigen Druck aufgeblasen wird, um so das Werkstück in Richtung zum Polierkissen zu drücken (siehe zum Beispiel Patentschrift 1).
Ein Beispiel für den Aufbau eines herkömmlichen Polierkopfs nach dem Gummieinspannverfahren ist schematisch in 9 gezeigt. Ein wesentlicher Teil dieses Polierkopfs 101 besteht aus einem starren Kreisring 104, der aus SUS und dergleichen (zum Beispiel ein Edelstahl nach japanischem Materialstandard JIS, Japanese Industrial Standards) hergestellt ist, der Gummifolie 103, die mit dem starren Ring 104 verbunden ist, und einer Mittenplatte 105, die mit dem starren Ring 104 verbunden ist. Ein abgedichteter Raum 106 wird durch den starren Ring 104, die Gummifolie 103 und die Mittenplatte 105 gebildet. Eine ringförmige Matrize 114 ist konzentrisch zum starren Ring 104 in einem Umfangsabschnitt an einem Unterseitenbereich der Gummifolie 103 vorgesehen. Der Druck des Raums wird zum Beispiel durch Zuführen eines Druckfluids mittels eines Druckeinstellmechanismus 107 in der Mitte der Mittenplatte 105 eingestellt. Es ist ein Andrückmittel (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Mittenplatte 105 in Richtung zum Polierkissen 109 zu drücken.
Mit dem wie vorstehend aufgebauten Polierkopf 101 wird das Werkstück W am Unterseitenbereich der Gummifolie 103 durch einen Stützteller 113 gehalten, ein Randabschnitt des Werkstücks W wird mittels der Matrize 114 gehalten und das Werkstück W wird poliert, indem es in Gleitkontakt mit dem Polierkissen 109 gebracht wird, das an der Oberseite des Drehtellers 108 befestigt ist, indem Druck auf die Mittenplatte 105 ausgeübt wird.
Im Hinblick auf das Polieren des Werkstücks unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Polierkopfs sind zum Zweck der Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Poliervorgangs ein Trägerkopf gemäß dem Gummieinspannverfahren, mit dem es möglich ist, einen Wafer mittels mehrerer ringförmiger, zueinander konzentrischer Abschnitte anzudrücken (siehe Patentschrift 2), und eine Substrathaltevorrichtung offenbart, bei der mehrere Druckkammern innerhalb eines Raums vorgesehen sind, der zwischen einem elastischen Teller und einem Halteelement gebildet ist (siehe Patentschrift 3). JP 2004-311 506 A offenbart eine Wafer-Poliervorrichtung die einen hohlen Polierkopf-Hauptkörper hat, der senkrecht zu der Polierkopf-Axiallinie der Antriebswelle eines Polierkopfs angeordnet ist und ein offenes unteres Ende und einen elastischen Körper (weiche Halteschicht) hat, die in dem Hauptkörper ebenfalls senkrecht zu der Axiallinie angeordnet ist, wobei der Hauptkörper aus einer scheibenartigen oberen Platte und einer zylindrischen Umfangswand besteht, die an dem Außenumfang der Platte befestigt ist. JP H11-179 652 A offenbart eine Vorrichtung die einen Drehtisch umfasst, der ein Poliertuch in eine obere Oberfläche und einen oberen Ring steckt, wobei ein Polierobjekt zwischen dem Drehtisch und dem oberen Ring angeordnet ist, und durch Drücken mit vorgeschriebener Kraft das Polierobjekt in Ebenheit poliert und hochglanzpoliert wird. US 2006/0189259 A1 offenbart Poliervorrichtungen und verwandte Verfahren die ausgerichtete erste und zweite Magnetfeldquellen verwenden, um die Druckkraft und/oder den Druck einzustellen, der von einem Trägerkopf auf ein Zielwerkstück (wie z. B. einen Wafer) ausgeübt wird, indem selektiv und steuerbar eine abstoßende oder anziehende Kraft zwischen den beiden Magnetfeldquellen erzeugt wird. DE 11 2008 002 802 T5 offenbart einen Polierkopf, mindestens umfassend: eine etwa scheibenförmige Mittelplatte; einen Gummifilm, der von der Mittelplatte gehalten wird, wobei der Gummifilm mindestens einen unteren Flächenabschnitt und einen Seitenflächenabschnitt der Mittelplatte abdeckt; und einen ringförmigen Führungsring, der in einem Rand des Gummifilms an einem unteren Abschnitt eines Polierkopfkörpers vorgesehen ist, wobei sich im Polierkopf ein erster abgedichteter Raumabschnitt befindet, der von der Mittelplatte und dem Gummifilm umgeben ist, ein Druck des ersten abgedichteten Raumabschnitts durch einen ersten Druckanpassungsmechanismus geändert werden kann, eine Rückseite eines Werkstücks an einem unteren Flächenabschnitt des Gummifilms gehalten wird und eine Oberflache des Werkstücks in Gleitkontakt mit einem Polierkissen gebracht wird, das zum Durchführen des Polierens an einem Drehtisch angebracht ist, wobei ein Endabschnitt des Gummifilms, der von der Mittelplatte gehalten wird, in O-Ringform ausgebildet ist, die Mittelplatte so ausgebildet ist, dass sie in der Lage ist, senkrecht in zwei Teile geteilt zu werden, die Mittelplatte und der Gummifilm einen Raum über mindestens die ganze Oberfläche des unteren Flächenabschnitts und des Seitenflächenabschnitts der Mittel platte haben und der Gummifilm durch Zusammendrucken des O-Ring-Endabschnitts des Gummifilms zwischen der geteilten Mittelplatte gehalten wird.
DRUCKSCHRIFTEN LISTE
PATENTLITERATUR

Patentschrift 1: JP H05-69 310 A
Patentschrift 2: JP 2004-516 644 A
Patentschrift 3: JP 2002-187 060 A.
Patentschrift 4: JP 2004 311 506 A
Patentschrift 5: JP H11- 179 652 A
Patentschrift 6: US 2006 / 0 189 259 A1
Patentschrift 7: DE 11 2008 002 802 T5

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn das Werkstück W poliert wird, indem der Polierkopf 101 verwendet wird, der das Werkstück W wie vorstehend beschrieben an der Gummifolie 103 haltert, können die Ebenheit und die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags des gesamten Werkstücks W in manchen Fällen verbessert werden. Allerdings besteht dabei das Problem, dass eine gleichbleibende Ebenheit des Werkstücks W nicht erhalten werden kann, was zum Beispiel auf einen Einfluss durch die Schwankung der Dicke des Werkstücks und der Matrize zurückzuführen ist.
Außerdem ist es in dem Fall, in dem die ursprüngliche Form des Werkstücks W vor dem Polieren nicht eben ist, notwendig, ein Polierprofil einzustellen, um die Form des Werkstücks W zu modifizieren. Mit einem herkömmlichen Polierkopf nach dem Gummieinspannverfahren kann man jedoch das Polierprofil nicht ohne Weiteres verändern, und ein derartiger Einstellvorgang ist daher schwierig.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erläuterten Probleme verwirklicht, und ihre Hauptaufgabe besteht darin, einen Polierkopf und eine mit dem Polierkopf versehene Poliervorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen man das Polierprofil auf der Grundlage der Form des Werkstücks vor dem Polieren einstellen und dauerhaft einen guten Grad an Ebenheit erhalten kann.
Um diese Aufgabe zu lösen stellt die vorliegende Erfindung einen Polierkopf zur Verfügung wie in Anspruch 1 definiert, der mindestens umfasst: einen starren Kreisring; eine Gummifolie, die mit dem starren Ring unter gleichmäßiger Spannung verbunden ist; eine Mittenplatte, die mit dem starren Ring verbunden ist, wobei die Mittenplatte zusammen mit der Gummifolie und dem starren Ring einen Raum bildet; eine ringförmige Matrize, die konzentrisch zum starren Ring in einem Umfangsabschnitt an einem Unterseitenbereich der Gummifolie vorgesehen ist; und einen Druckeinstellmechanismus zum Ändern eines Drucks in dem Raum, wobei der Polierkopf eine Rückseite eines Werkstücks am Unterseitenbereich der Gummifolie haltert, einen Randabschnitt des Werkstücks mit der Matrize haltert und das Werkstück poliert, indem eine Oberfläche des Werkstücks in Gleitkontakt mit einem Polierkissen gebracht wird, das an einem Drehteller befestigt ist, wobei der Raum durch mindestens eine Ringwand unterteilt ist, die konzentrisch zum starren Ring ist, um mehrere abgedichtete Räume zu bilden; der Außendurchmesser von mindestens einem inneren abgedichteten Raum der mehreren abgedichteten Räume, die durch die Ringwand getrennt sind, so gebildet ist, dass er gleich oder größer als der Durchmesser eines Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks und gleich oder kleiner als 102 % des Innendurchmessers der Matrize ist; und der Druckeinstellmechanismus den Druck jedes der mehreren abgedichteten Räume separat steuert.
Wenn das Werkstück mittels der Gummifolie gehalten wird, die viel größer als das Werkstück ist; der Raum durch mindestens eine Ringwand unterteilt ist, die konzentrisch zum starren Ring ist, um mehrere abgedichtete Räume zu bilden; der Außendurchmesser des mindestens einen inneren abgedichteten Raums der mehreren abgedichteten Räume, die durch die Ringwand getrennt sind, so gebildet ist, dass er gleich oder größer als der Durchmesser eines Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks ist; und der Druckeinstellmechanismus den Druck jedes der mehreren abgedichteten Räume separat steuert, kann auf diese Weise das Polieren ausgeführt werden, während das Werkstück innerhalb des Durchmessers des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks ohne den Einfluss einer Druckänderung aufgrund einer Druckeinstellung jedes der abgedichteten Räume mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt wird.
Im Ergebnis können selbst bei Vorhandensein einer gewissen Dickenschwankung des Werkstücks und der Matrize stets eine gute Ebenheit und Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden. Für den Fall, dass die Form des Werkstücks vor dem Polieren nicht eben ist, kann das Polierprofil ohne Weiteres geändert werden, indem der Druck jedes der abgedichteten Räume auf der Grundlage von dessen Form eingestellt wird, und die Form des Werkstücks kann in eine flache Form gebracht werden.
In diesem Fall kann darüber hinaus mindestens ein weiterer abgedichteter Raum, der konzentrisch zum starren Ring ist, innerhalb des abgedichteten Raums ausgebildet sein, dessen Außendurchmesser derart ausgestaltet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks ist.
Wenn darüber hinaus mindestens ein weiterer, zum starren Ring konzentrischer abgedichteter Raum innerhalb des abgedichteten Raums gebildet ist, dessen Außendurchmesser so gestaltet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks ist, kann auf diese Weise der Poliervorgang ausgeführt werden, während das Werkstück mit einem gleichmäßigeren Polierdruck beaufschlagt wird, und es können ein besserer Grad an Ebenheit und eine bessere Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden. Darüber hinaus kann für den Fall, dass die Form des Werkstücks vor dem Polieren nicht eben ist, der Druck jedes der abgedichteten Räume auf der Grundlage von dessen Form genauer eingestellt werden, und die Form des Werkstücks kann in eine flachere Form gebracht werden.
In diesem Fall kann es sich bei dem zu polierenden Werkstück um einen Silizium-Einkristallwafer mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr handeln.
Auf diese Weise kann, selbst wenn das zu polierende Werkstück ein Silizium-Einkristallwafer mit einem großen Durchmesser von 300 mm oder mehr ist, das Polieren durchgeführt werden, während gemäß der vorliegenden Erfindung die gesamte Oberfläche des Werkstücks mit einem gleichmäßigeren Polierdruck beaufschlagt ist, so dass eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt ist.
Dabei ist der Außendurchmesser des mindestens einen inneren abgedichteten Raums der mehreren abgedichteten Räume, die durch die Ringwand getrennt sind, gleich oder kleiner als 102 % des Innendurchmessers der Matrize, wie in Anspruch 1 definiert.
Wenn der Außendurchmesser des mindestens einen inneren abgedichteten Raums der mehreren abgedichteten Räume, die durch die Ringwand getrennt sind, gleich oder kleiner als 102 % eines Innendurchmessers der Matrize ist, wie in Anspruch 1 definiert, kann auf diese Weise die Druckänderung auf das Werkstück übertragen werden, wobei der Einfluss der Steifigkeit der Matrize unterdrückt ist, und der Polierdruck auf das Werkstück kann wirksam eingestellt werden.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Poliervorrichtung bereit, die zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks verwendet wird und mindestens ein an einem Drehteller befestigtes Polierkissen, einen Poliermittel-Zuführmechanismus, um dem Polierkissen ein Poliermittel zuzuführen, und den Polierkopf gemäß der vorliegenden Erfindung als Polierkopf zum Halten des Werkstücks umfasst.
Wenn das Werkstück unter Verwendung der Poliervorrichtung poliert wird, die mit dem Polierkopf gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, kann auf diese Weise das Polieren durchgeführt werden, während das Werkstück mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt wird, und selbst bei Vorliegen einer gewissen Schwankung der Dicke des Werkstücks und der Matrize können stets ein guter Grad an Ebenheit und eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden. Für den Fall, dass die Form des Werkstücks vor dem Polieren nicht eben ist, kann das Polierprofil ohne Weiteres durch Einstellung des Drucks jedes der abgedichteten Räume auf der Grundlage von dessen Form verändert werden, und die Form des Werkstücks kann in eine flache Form gebracht werden.
Bei dem Polierkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Raum durch mindestens eine Ringwand unterteilt, die konzentrisch zum starren Ring ist, um mehrere abgedichtete Räume zu bilden; der Außendurchmesser von mindestens einem inneren abgedichteten Raum der mehreren, durch die Ringwand getrennten abgedichteten Räume ist so ausgebildet, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser eines Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks ist; und der Druckeinstellmechanismus steuert den Druck jedes der mehreren abgedichteten Räume separat. Dadurch kann das Polieren durchgeführt werden, während das Werkstück mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt ist, und selbst wenn eine gewisse Schwankung der Dicke des Werkstücks und der Matrize vorliegen sollte, können stets eine gute Ebenheit und eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden. Darüber hinaus kann für den Fall, dass die Form des Werkstücks vor dem Polieren nicht eben ist, das Polierprofil ohne Weiteres verändert werden, indem der Druck des abgedichteten Raums auf der Grundlage von dessen Form eingestellt wird, und die Form des Werkstücks kann in eine flache Form gebracht werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Polierkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Polierkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Ansicht, die die Ergebnisse des Polierdrucks in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
5 ist eine Ansicht, die die Ergebnisse des Polierdrucks in Beispiel 1 und Beispiel 2 zeigt;
6 ist eine Ansicht, die die Ergebnisse der jeweiligen Beziehung zwischen der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags und dem Druck P2 des abgedichteten Raums für das Beispiel 1, Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
7 ist eine Ansicht, die die Ergebnisse eines jeweiligen Minimalwerts der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags gegenüber dem Außendurchmesser LD des abgedichteten Raums für das Beispiel 1, Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
8 ist eine Ansicht, die die Ergebnisse der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags für das Beispiel 1, Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
9 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Polierkopfs zeigt; und
10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen Einseitenpoliervorrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht hierauf beschränkt ist.
Wenn das Werkstück mittels eines herkömmlichen Polierkopfs so poliert wird, dass es an einer elastischen Folie gehaltert ist, besteht ein Problem dahingehend, dass eine gute Ebenheit nicht gleichbleibend erhalten werden kann, was zum Beispiel auf den Einfluss durch die Schwankung der Dicke des Werkstücks und der Matrize zurückzuführen ist. Außerdem ist es für den Fall, dass die Form des Werkstücks vor dem Polieren nicht eben ist, notwendig, das Polierprofil so einzustellen, dass die Form des Werkstücks modifiziert wird. Es besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass mit einem herkömmlichen Polierkopf das Polierprofil nicht ohne Weiteres eingestellt werden kann, und von daher ist es notwendig, den Polierkopf selbst so zu verändern, dass er zu einem Polierkopf mit einem gewünschten Polierprofil wird, um dann in der Praxis polieren zu können.
Im Hinblick darauf haben die vorliegenden Erfinder wiederholt und mit besonderer Sorgfalt Experimente und Untersuchungen durchgeführt, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen.
Im Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder Folgendes herausgefunden.
Wenn nämlich die Größe der Gummifolie zum Halten des zu polierenden Werkstücks ungefähr gleich groß oder etwas größer als das Werkstück ist, treten Fälle auf, bei denen der auf das Werkstück ausgeübte Polierdruck ungleichmäßig wird, und zwar insbesondere am Außenumfangsabschnitt des Werkstücks.
Wenn außerdem eine Position der Unterseite der Matrize, die den Randabschnitt des Werkstücks hält, unterhalb einer Position der Unterseite des zu polierenden Werkstücks liegt, d.h. wenn die Unterseite der Matrize über die Unterseite des Werkstücks vorsteht, erhält der Außenumfang aufgrund einer Abnahme des Polierdrucks am Außenumfangsabschnitt des Werkstücks eine verdickte Form. Wenn dagegen die Position der Unterseite der Matrize oberhalb der Position der Unterseite des Werkstücks liegt, d.h. wenn die Unterseite des Werkstücks über die Unterseite der Matrize vorsteht, erfährt der Außenumfang eine Ausdünnung, was auf eine Zunahme des Polierdrucks am Außenumfangsabschnitt des Werkstücks zurückzuführen ist.
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass wegen der vorstehend beschriebenen Ungleichmäßigkeit des Polierdrucks des Werkstücks keine Ebenheit erzielt werden kann.
Die vorliegenden Erfinder haben auch herausgefunden, dass das Werkstück theoretisch mit einer gleichmäßigen Polierandrucklast beaufschlagt werden kann, indem man die Dicke des Werkstücks und der Matrize in sehr engen Grenzen fertigt und die Position der Unterseite der Matrize und die Position der Unterseite des Werkstücks so eingestellt werden, dass sie zueinander gleich sind und dass das Werkstück in eine ebene Form gebracht werden kann, indem die Dicke der Matrize auf der Grundlage einer Bearbeitungsform des Werkstücks eingestellt wird.
Wenn das Werkstück zum Beispiel ein Siliziumwafer ist, variiert aber die Dicke des Werkstücks im Bereich von mehreren Mikrometern, und auch die Dicke der Matrize variiert im Bereich von mehreren Mikrometern. Es ist daher schwierig, die Position der Unterseite der Matrize und die Position der Unterseite des Werkstücks immer so einzustellen, dass sie in der Praxis gleich sind. Es ist auch schwierig, die Dicke der Matrize auf der Grundlage der vor dem Polieren bestehenden Form des Werkstücks einzustellen.
Die vorliegenden Erfinder haben daraufhin mit großer Sorgfalt noch weitere Experimente und Untersuchungen durchgeführt und dabei herausgefunden, dass die Gleichmäßigkeit des Polierdrucks auf das Werkstück verbessert werden kann, indem eine Gummifolie zum Halten des Werkstücks verwendet wird, wobei die Gummifolie viel größer als das Werkstück ist, und dass dadurch die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags verbessert werden kann. Darüber hinaus haben die vorliegenden Erfinder in Bezug auf den Außenumfangsabschnitt des Werkstücks, in welchem die Druckänderung hauptsächlich auftritt, festgestellt, dass die Verteilung des Polierdrucks ohne Weiteres in einer Ebene des Werkstücks eingestellt werden kann, indem der Raum unterteilt wird, der durch den starren Ring; die Mittenplatte, die mit dem starren Ring verbunden ist; und die Gummifolie gebildet ist, wobei die Unterteilung durch mehrere Wände so erfolgt, dass ein abgedichteter Raum mit einem Durchmesser ausgebildet wird, der größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks und insbesondere größer als der Außendurchmesser des Werkstücks ist, und dass der Druck separat eingestellt werden kann, und indem der Druck jedes der abgedichteten Räume mit dem Druckeinstellmechanismus eingestellt wird. Damit ist die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Polierkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Polierkopf 1 einen starren Kreisring 4 aus einem starren Material wie zum Beispiel SUS (rostfreier Stahl), die Gummifolie 3 (eine elastische Folie), die mit dem starren Ring 4 unter gleichmäßiger Spannung verbunden ist und eine ebene Unterseite hat, und die Mittenplatte 5, die mit dem starren Ring 4 beispielsweise mittels Schrauben verbunden ist.
Durch den starren Ring 4, die Gummifolie 3 und die Mittenplatte 5 ist ein abgedichteter Raum 6 ausgebildet.
Dabei sind das Material und die Form der Mittenplatte 5 nicht besonders eingeschränkt, solange der Raum 6 zusammen mit dem starren Ring 4 und der Gummifolie 3 gebildet werden kann.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der Polierkopf 1 außerdem noch die Druckeinstellmechanismen 7a und 7b auf, um den Druck im Raum 6 zu verändern.
Die ringförmige Matrize 14 ist konzentrisch zum starren Ring 4 im Umfangsabschnitt des Unterseitenbereichs der Gummifolie 3 vorgesehen. Diese Matrize 14 hält den Randbereich des Werkstücks W und ist so vorgesehen, dass sie entlang des Au-ßenumfangsabschnitts des Unterseitenbereichs der Gummifolie 3 nach unten vorsteht.
Auf diese Weise sind die Gummifolie 3 und die Matrize 14 so ausgelegt, dass sie einen solchen Aufbau haben, bei dem die Gummifolie 3 viel größer als das Werkstück W ist.
Bei diesem Aufbau, bei dem die Gummifolie 3 viel größer als das Werkstück W ist, wird es möglich, die Gleichmäßigkeit des Polierdrucks auf das Werkstück W beim Polieren zu verbessern, so dass dadurch die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags verbessert werden kann.
Hierbei kann die Matrize 14 so gestaltet sein, dass ihr Außendurchmesser größer als zumindest der Innendurchmesser des starren Rings 4 ist und ihr Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des starren Rings 4 ist.
Durch diese Gestaltung kann der Poliervorgang durchgeführt werden, während die gesamte Oberfläche des Werkstücks mit einer gleichmäßigeren Andruckkraft beaufschlagt ist.
Außerdem ist es bevorzugt, dass das Material der Matrize 14 weicher als das Werkstück W ist, so dass das Werkstück W nicht verunreinigt wird und dass es keine Kratzer oder Abdrücke erhält, und dass es sich dabei um ein Material mit hoher Abrasionsfestigkeit handelt, das durch den Gleitkontakt mit dem Polierkissen 9 während des Polierens kaum einem Verschleiß unterliegt.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Raum 6 durch die zum starren Ring 4 konzentrische Ringwand 16 unterteilt, um mehrere abgedichtete Räume 15a und 15b zu bilden. In einem in 1 gezeigten Beispiel des Polierkopfs 1 sind zwei abgedichtete Räume gebildet. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar, und es können zwei oder mehr abgedichtete Räume ausgebildet sein.
Hierbei ist, wie in 1 gezeigt, die Wand 16 so ausgebildet, dass sie am oberen Endabschnitt einen ebenen, nach innen verlaufenden Rand aufweist, und ein Teil dieses Rands ist an die Mittenplatte 5 angeschlossen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt, solange es sich hierbei um eine solche Form handelt, mit der die abgedichteten Räume gebildet werden können.
Das Material der Wand 16 kann darüber hinaus dasselbe wie das Material der Gummifolie 3 sein, und sie können aus einem Stück bestehen. Alternativ kann an die Gummifolie 3 ein anderes Material angeklebt oder über eine Schmelzverbindung mit dieser verbunden werden, wobei es sich vorzugsweise um ein weiches Material wie bei der Gummifolie 3 handelt.
Außerdem unterliegt auch die Dicke der Wand 16 keiner besonderen Einschränkung, und eine geeignete Dicke kann in passender Weise gemäß dem Aufbau des Polierkopfs 1 ausgewählt werden. Es kann sich zum Beispiel um eine Dicke von ca. 1 mm handeln.
Der Außendurchmesser LD des inneren abgedichteten Raums 15b der mehreren, durch die Ringwand 16 getrennten abgedichteten Räume ist so ausgebildet, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks W ist.
Wenn die abgedichteten Räume 15a und 15b wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, kann der Polierdruck auf das Werkstück W eingestellt werden, indem ein Druckunterschied zwischen den beiden durch die Wand 16 abgeteilten, abgedichteten Räumen 15a und 15b erzeugt wird.
Wenn der Druckunterschied zwischen den beiden abgedichteten Räumen 15a und 15b groß ist, ergibt sich eine große Druckänderung an einer Position der Wand 16, bei der es sich um ein Begrenzungsteil handelt. Wenn der Außendurchmesser des abgedichteten Raums 15b gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks W ist und insbesondere gleich oder größer als dessen Außendurchmesser ist, kann verhindert werden, dass die Gleichmäßigkeit innerhalb des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks W direkt einem schlechten Einfluss durch die Druckänderung ausgesetzt ist. Darüber hinaus kann, wenn der Außendurchmesser LD des abgedichteten Raums 15b gleich oder kleiner als 102 % des Innendurchmessers TD der Matrize 14 ist, wie in Anspruch 1 definiert, und insbesondere gleich oder kleiner als der Innendurchmesser TD der Matrize 14 ist, verhindert werden, dass sich eine starke Druckänderung am Werkstück W ergibt, was dadurch erfolgen soll, dass eine Bewegung der Gummifolie 3 durch den Einfluss der Starrheit der Matrize 14 unterdrückt wird. Das heißt, dass mit dem Polierkopf der Polierdruck auf das Werkstück W effizient eingestellt werden kann.
Zur Druckeinstellung sind Durchgangsbohrungen 12a und 12b vorgesehen, die jeweils mit den abgedichteten Räumen 15a und 15b in Verbindung stehen und an die Druckeinstellmechanismen 7a und 7b angeschlossen sind. Der Druck jedes der abgedichteten Räume 15a und 15b kann mit den Druckeinstellmechanismen 7a und 7b separat gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem Polierkopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung die Gummifolie 3 größer als das Werkstück W und ist der Außendurchmesser LD des mindestens einen inneren abgedichteten Raums 15b der mehreren, durch die Ringwand getrennten abgedichteten Räume 15a und 15b so gebildet, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks W ist, und insbesondere so, dass er gleich oder größer als der Außendurchmesser ist. Durch separates Steuern des Drucks jedes der abgedichteten Räume 15a und 15b mit den Druckeinstellmechanismen 7a und 7b kann der Poliervorgang daher ausgeführt werden, während das Werkstück W mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt ist, ohne innerhalb des Werkstücks W direkt einen Einfluss der Druckänderung aufgrund der Druckeinstellung in jedem der abgedichteten Räume zu erzeugen, und selbst wenn eine gewisse Schwankung der Dicke des Werkstücks W und der Matrize 14 vorhanden sein sollte, kann stets eine gute Ebenheit sichergestellt werden und es kann auch eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags von zum Beispiel 2,5 % oder weniger gewährleistet werden.
Für den Fall, dass die Form des Werkstücks W vor dem Polieren nicht eben ist, kann das Polierprofil außerdem ohne Weiteres verändert werden, indem der Druck jedes der abgedichteten Räume auf der Grundlage von dessen Form eingestellt wird, und die Form des Werkstücks kann in eine flache Form gebracht werden. Das heißt, dass ein Überstandsmaß am Umfang des Werkstücks W gegenüber der Unterseite der Matrize 14 eingestellt werden kann und dadurch ein Polierbetrag am Umfang des Werkstücks W eingestellt werden kann.
In diesem Fall kann ein Stützteller 13 so angebracht sein, dass er an der Unterseite der Gummifolie 3 vorgesehen ist. Der Stützteller 13 ist so ausgebildet, dass er Wasser enthält, so dass er das Werkstück W an einer Werkstückhaltefläche der Gummifolie 3 befestigt und dort hält. Der Stützteller 13 kann hier zum Beispiel aus Polyurethan bestehen. Dadurch, dass man den vorstehend beschriebenen Stützteller 13 vorsieht und ihn Wasser aufnehmen lässt, kann das Werkstück W durch die Oberflächenspannung des im Stützteller 13 enthaltenen Wassers sicher gehalten werden.
Es ist zu beachten, dass in 1 eine Ausführungsform im Hinblick auf die Anbringung der Matrize 14 an der Gummifolie 3 durch den Stützteller 13 und dergleichen gezeigt ist, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht den Fall ausschließt, in dem die Matrize 14 direkt an der Gummifolie 3 angebracht wird.
Der Polierkopf 1 ist um seine Achse drehbar.
Dabei kann, wie in 2 gezeigt ist, der Polierkopf 1 so ausgelegt sein, dass zusätzlich ein weiterer, zum starren Ring 4 konzentrischer, abgedichteter Raum 25c innerhalb des abgedichteten Raums 25b gebildet ist, dessen Außendurchmesser LD1 so ausgebildet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks W ist.
Der Druck des abgedichteten Raums 25b kann eingestellt werden, indem man ihn im Vergleich zu dem Druck des abgedichteten Raums 25c geringfügig verändert.
Wenn der Polierkopf 1 wie vorstehend beschrieben so ausgelegt ist, dass zusätzlich noch ein weiterer abgedichteter Raum 25c, der zum starren Ring 4 konzentrisch ist, innerhalb des abgedichteten Raums 25b gebildet ist, dessen Außendurchmesser LD1 so ausgebildet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks W ist und insbesondere gleich oder größer als der Außendurchmesser des Werkstücks W ist, kann der Druck des abgedichteten Raums 25b eingestellt werden, indem man ihn im Vergleich zu dem Druck des abgedichteten Raums 25c geringfügig verändert, kann das Polieren erfolgen, während das Werkstück W mit einem gleichmäßigeren Polierdruck beaufschlagt ist, und können eine bessere Ebenheit und eine bessere Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden.
Darüber hinaus kann das Überstandsmaß des Werkstücks W gegenüber der Matrize 14 mit hoher Präzision eingestellt werden, indem zum Beispiel der Druck der abgedichteten Räume 25a, 25b und 25c mit den Druckeinstellmechanismen 7a, 7b bzw. 7c verändert wird, und der Außenumfangsabschnitt des Werkstücks W kann dadurch eine verdickte oder ausgedünnte Form erhalten. Außerdem kann das Polierprofil verändert werden, indem der Druck in den abgedichteten Räumen 25a, 25b und 25c auf der Basis der vor dem Polieren bestehenden Form des Werkstücks W optimiert wird, ohne die Dicke der Matrize 14 und dergleichen zu verändern, und die Form des Werkstücks W kann effektiver in eine ebene Form gebracht werden.
Dabei kann das zu polierende Werkstück W ein Silizium-Einkristallwafer mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr sein.
Selbst wenn das zu polierende Werkstück W wie vorstehend beschrieben ein Silizium-Einkristallwafer mit einem großen Durchmesser von 300 mm oder mehr ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Polieren ausgeführt werden, während die gesamte Oberfläche des Werkstücks W mit einem gleichmäßigeren Polierdruck beaufschlagt ist, und es kann eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Poliervorrichtung zeigt, die mit dem Polierkopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Poliervorrichtung 2 den in 2 gezeigten Polierkopf 1 und den Drehteller 8. Der Drehteller 8 ist scheibenförmig, und das Polierkissen 9 zum Polieren des Werkstücks W ist an seiner Oberseite angebracht. Eine Antriebswelle 11 ist vertikal an einen unteren Abschnitt des Drehtellers 8 angekoppelt. Der Drehteller 8 ist so ausgelegt, dass er durch einen Drehteller-Antriebsmotor (nicht gezeigt) in Drehung versetzt wird, der mit einem unteren Abschnitt der Antriebswelle 11 verbunden ist.
Der Polierkopf 1 ist über dem Drehteller 8 angeordnet.
Hier umfasst die in 3 gezeigte Poliervorrichtung 2 einen Polierkopf, kann aber auch mehrere Polierköpfe aufweisen.
Die Poliervorrichtung verfügt auch über ein Mittenplatten-Andrückmittel (nicht gezeigt), um die Mittenplatte 5 gegen das Polierkissen 9 zu drücken.
Bei der wie vorstehend beschrieben ausgelegten Poliervorrichtung 2 wird die Mittenplatte 5 durch das Mittenplatten-Andrückmittel (nicht gezeigt) gegen das auf dem Drehteller 8 angebrachte Polierkissen 9 gedrückt, und die Oberfläche des Werkstücks W wird poliert, indem sie in Gleitkontakt mit dem Polierkissen 9 gebracht wird, während das Poliermittel durch den Poliermittel-Zuführmechanismus 10 zugeführt wird. Dabei ist das Mittenplatten-Andrückmittel vorzugsweise dazu in der Lage, die Mittenplatte 5 über die gesamte Oberfläche mit einem gleichmäßigen Druck anzudrücken.
Wenn das Werkstück W auf diese Weise unter Verwendung der Poliervorrichtung 2 poliert wird, die mit dem Polierkopf gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, kann der Poliervorgang ausgeführt werden, während das Werkstück W mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt ist, und selbst bei Vorhandensein einer gewissen Schwankung der Dicke des Werkstücks W und der Matrize 14 kann das Überstandsmaß des Werkstücks W gegenüber der Matrize 14 eingestellt werden, und es lässt sich stets eine gute Ebenheit und eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sicherstellen. Außerdem kann für den Fall, dass die Form des Werkstücks W vor dem Polieren nicht eben ist, das Polierprofil ohne Weiteres verändert werden, indem der Druck jedes der abgedichteten Räume auf der Grundlage von dessen Form eingestellt wird, und die Form des Werkstücks kann in eine ebene Form gebracht werden.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung auf der Grundlage von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert, wobei die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
(Beispiel 1)
Der in 1 gezeigte Polierkopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und die mit dem Polierkopf versehene Poliervorrichtung wurden dazu verwendet, das Werkstück W zu polieren, und es wurden die Druckverteilung des Werkstücks während des Polierens sowie die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags bestimmt.
Der Aufbau des verwendeten Polierkopfs 1 war wie folgt.
Der starre Ring 4 hatte einen Außendurchmesser von 358 mm und einen Innendurchmesser von 320 mm und war aus SUS hergestellt. Die Gummifolie 3 bestand aus Silikongummi mit einer Asker C Härte von 70 (nach JIS K6253; 2012 (ISO7267) und hatte eine Dicke von 1 mm.
Darüber hinaus war der Raum 6 durch die zum starren Ring 4 konzentrische Ringwand 16 unterteilt, um zwei abgedichtete Räume 15a und 15b zu bilden. Der Außendurchmesser LD des inneren abgedichteten Raums 15b betrug 300 mm. Dabei hatte die Wand 16 eine Dicke von 1 mm und war aus demselben Material wie die Gummifolie 3 hergestellt.
Außerdem war der Stützteller 13 mittels eines doppelseitigen Klebebands so angebracht, dass er an der Unterseite der Gummifolie 3 vorgesehen war. An die Unterseite des Stütztellers 13 wurde mit einem doppelseitigen Klebeband eine Matrizenanordnung angeklebt, in der die aus einem Flächenkörper aus laminierten Glas-Epoxid-Schichten bestehende Matrize 14 mit einer Dicke von 800 µm eingebunden war. Der Außendurchmesser der Matrize 14 betrug 355 mm und ihr Innendurchmesser TD betrug 302 mm. Hier wurde eine Oberfläche der mit Silikongummi gebildeten Gummifolie 3 einer Beschichtungsbearbeitung mit einer dünnen Polyurethanfolie mit einer Dicke im Bereich von einigen Mikrometern unterzogen, um die Haftfähigkeit gegenüber dem doppelseitigen Klebeband zu verbessern.
Mit den Druckeinstellmechanismen 7a und 7b wurde der Druck P1 des abgedichteten Raums 15b auf 15 kPa eingestellt, und der Druck P2 des abgedichteten Raums 15a wurde auf 16,13 kPa eingestellt, so dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags einen Minimalwert annahm.
Als Werkstück W wurde ein Silizium-Einkristallwafer mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 775 µm poliert. Es ist zu beachten, dass beide Oberflächen des verwendeten Silizium-Einkristallwafers vorher einem ersten Poliervorgang unterzogen wurden; auch sein Randbereich wurde auch einem Poliervorgang unterzogen.
Es wurde die Poliervorrichtung verwendet, die mit dem Polierkopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen war, wie vorstehend beschrieben. Der verwendete Drehteller der Poliervorrichtung hatte einen Durchmesser von 800 mm. Das verwendete Polierkissen bestand aus einem urethanhaltigen Vliesstoff, und sein Elastizitätsmodul betrug 2,2 MPa.
Mittels dieser Poliervorrichtung wurde der Wafer gemäß dem folgenden Verfahren poliert.
Zuerst wurden der Polierkopf 1 und der Drehteller mit 31 bzw. 29 min^-1 in Drehung versetzt. Während das Poliermittel durch den Poliermittel-Zuführmechanismus zugeführt wurde, wurde die Mittenplatte 5 mit einem Druck von 17 kPa durch das Mittenplatten-Andrückmittel gleichmäßig angedrückt, so dass der Wafer in Gleitkontakt mit dem Polierkissen gebracht wurde, um den Wafer zu polieren. Hierbei wurde als Poliermittel eine alkalische Lösung verwendet, die kolloidales Siliziumdioxid enthielt. Die Polierdauer betrug 3 Minuten.
Die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags und die Polierdruckverteilung an dem wie vorstehend beschrieben polierten Wafer wurden bestimmt. Es ist zu beachten, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags erhalten wird, indem als Ebenheitsqualitätsbereich die Dicke des Werkstücks vor und nach dem Polieren in einem Bereich mit Ausnahme eines äußersten, 2 mm breiten Umfangsbereichs gemessen wird, und zwar mit einem Ebenheitsmessinstrument in einer Durchmesserrichtung des Wafers und unter Erfassung einer Dickendifferenz. Dieser Wert stellt sich durch die Formel dar: Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags in % = (maximaler Poliermaterialabtrag in Durchmesserrichtung - minimaler Poliermaterialabtrag in Durchmesserrichtung) / gemittelter Poliermaterialabtrag in Durchmesserrichtung.
4 zeigt das Ergebnis der Polierdruckverteilung des Wafers im Bereich von 120 bis 148 mm ausgehend von seinem Mittelpunkt in der Durchmesserrichtung. Es ist zu beachten, dass die Polierdruckverteilung durch die folgende Umrechnung erhalten wurde: Poliermaterialabtrag an jeder Position / Poliermaterialabtrag am Mittelpunkt des Wafers x Polierandrucklast (15 kPa).
Wie in 4 dargestellt ist, zeigte sich, dass die Gleichmäßigkeit des Polierdrucks im Vergleich zu dem später noch zu beschreibenden Vergleichsbeispiel 1 verbessert war.
Demzufolge bestätigte sich, dass, da der Druck P2 des abgedichteten Raums 15a, der sich über dem Außenbereich des Wafers befindet, so eingestellt ist, dass er höher als der Druck P1 des abgedichteten Raums 15b ist, der sich über dem Innenbereich des Wafers befindet, eine Abnahme des Polierdrucks am Außenumfangsabschnitt, die durch die Schwankung der Position der Unterseite des Wafers und der Matrize hervorgerufen wird, bei der vorliegenden Erfindung kompensiert und dadurch ein gleichmäßiger Polierdruck erhalten werden kann.
7 zeigt das Ergebnis der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags. Wie in 7 dargestellt ist, hat sich gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags ungefähr 0,9 % betrug und dass dies ein sehr gutes Ergebnis von 1 % oder darunter darstellt.
Anhand der vorstehend beschriebenen Ergebnisse bestätigt sich, dass mit dem Polierkopf und der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Werkstück poliert werden kann, während das Werkstück mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt ist, und selbst bei Vorliegen einer gewissen Schwankung der Dicke des Werkstücks und der Matrize stets eine gute Ebenheit und eine hohe Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags sichergestellt werden kann.
(Beispiel 2)
Ein Wafer wurde wie bei Beispiel 1 poliert, mit der Ausnahme, dass der Druck P2 des abgedichteten Raums 15a auf 15 kPa, 16,13 kPa, 16,5 kPa und 18 kPa geändert wurde, und es wurde die Polierdruckverteilung bestimmt.
5 zeigt das Ergebnis. Wie in 5 gezeigt ist, bestätigt sich, dass der Polierdruck am Außenumfangsabschnitt des Wafers verändert und die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags durch Verändern des Drucks P2 eingestellt werden kann.
(Beispiel 3)
Ein Wafer wurde wie bei Beispiel 1 poliert, mit der Ausnahme, dass der Polierkopf 1 mit dem inneren abgedichteten Raum 15b mit einem Außendurchmesser LD von 296 mm, 301 mm, 302 mm, 304 mm und 308 mm verwendet wurde und dass der Druck P2 des abgedichteten Raums 15a im Bereich von 15 bis 30 kPa verändert wurde; dann wurde die Polierdruckverteilung bestimmt.
6 zeigt das Ergebnis der Beziehung zwischen der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags und dem Druck P2 des abgedichteten Raums 15a bei einem Außendurchmesser LD von 304 mm und 308 mm. Wie in 6 dargestellt ist, zeigte sich, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags durch Einstellung des Drucks P2 verbessert werden kann. 7 zeigt die Ergebnisse von Minimalwerten der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags für jeden Außendurchmesser LD. Wie in 7 dargestellt ist, hat sich gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags jeweils im Vergleich zu dem Ergebnis des nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiels 2 besser war, und die Werte ein gutes Ergebnis von 2,5 % oder darunter annahmen.
(Beispiel 4)
Mit dem wie in 2 gezeigten Polierkopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und der mit dem Polierkopf 1 versehenen Poliervorrichtung wurde ein Werkstück W poliert, und es wurden die Druckverteilung des Werkstücks W während des Polierens und die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags bestimmt.
Es wurde der Polierkopf 1 verwendet, der denselben Aufbau wie in Beispiel 1 hatte, mit der Ausnahme, dass der Raum 6 durch drei abgedichtete Räume 25a, 25b und 25c gebildet war, wie nachstehend beschrieben, und dass der Druck jedes der abgedichteten Räume mittels der Druckeinstellmechanismen 7a, 7b und 7c separat eingestellt wurde.
Der Raum 6 des Polierkopfs 1 war durch die zum starren Ring 4 konzentrische Ringwand 16 unterteilt, um den abgedichteten Raum 25b mit einem Außendurchmesser LD1 von 300 mm zu bilden. Innerhalb des abgedichteten Raums 25b war zusätzlich eine weitere zum starren Ring 4 konzentrische Ringwand 16 angeordnet, so dass der Innendurchmesser LD2 des am weitesten innen liegenden, abgedichteten Raums 25c 278 mm betrug. Hierbei lag die Dicke der Wand 16 bei 1 mm, und die Wand bestand aus demselben Material wie die Gummifolie 3.
Der Druck P1 des abgedichteten Raums 25c, der Druck P2 des abgedichteten Raums 25a und der Druck P3 des abgedichteten Raums 25b wurde mit den Druckeinstellmechanismen 7a, 7b und 7c auf 15 kPa, 16,13 kPa bzw. 14,6 kPa eingestellt.
Mit der Poliervorrichtung, die denselben Aufbau wie in Beispiel 1 hatte, mit der Ausnahme dass dieser Polierkopf 1 vorgesehen war, wurde dasselbe Werkstück W wie in Beispiel 1 durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 poliert, und es wurde die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags bestimmt.
8 zeigt das Ergebnis. Wie in 8 dargestellt ist, hat sich gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags im Vergleich zu dem Ergebnis von Beispiel 1 noch weiter verbessert wurde und sie auf einem Niveau von 1 % oder darunter lag.
(Vergleichsbeispiel 1)
Es wurde ein Silizium-Einkristallwafer unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 poliert, mit der Ausnahme, dass ein wie in 9 gezeigter, herkömmlicher Polierkopf und eine mit dem herkömmlichen Polierkopf versehene, herkömmliche Poliervorrichtung verwendet wurden; dann wurden die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags und die Polierdruckverteilung bestimmt.
4 zeigt das Ergebnis der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags. Wie in 4 dargestellt ist, hat sich gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags im Vergleich zum Ergebnis von Beispiel 1 schlechter war.
Es kann davon ausgegangen werden, dass dies durch eine Abnahme des Drucks am Außenumfangsabschnitt des Wafers verursacht wurde, da die Matrize mit einer Dicke von 800 µm dicker als der Wafer mit einer Dicke von 775 µm war, so dass die Position der Unterseite der Matrize gegenüber der Position der Unterseite des Wafers nach unten vorstand.
8 zeigt das Ergebnis der Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags. Wie in 8 dargestellt ist, hat sich gezeigt, dass die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags bei ungefähr 7,7 % lag; verglichen mit den Ergebnissen der Beispiele 1 und 2 war dies deutlich schlechter.
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein Wafer wurde wie bei Beispiel 1 poliert, mit der Ausnahme, dass der Polierkopf mit dem inneren abgedichteten Raum mit einem Außendurchmesser LD von 292 mm verwendet wurde; dann wurde die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags bestimmt.
7 zeigt das Ergebnis. Wie in 7 gezeigt ist, war die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags im Vergleich mit dem Ergebnis von 7,7 % des Vergleichsbeispiels 1 durch die Unterteilung des Raums mittels der Wand zur Bildung der abgedichteten Räume und durch Einstellung des Drucks jedes der abgedichteten Räume etwas besser. Die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags wurde jedoch im Vergleich zu den Ergebnissen der Beispiele 1 und 3 schlechter.
Dementsprechend bestätigt sich, dass der Außendurchmesser eines inneren abgedichteten Raums der mehreren abgedichteten Räume, die durch die Ringwand des Polierkopfs unterteilt sind, so gebildet werden muss, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks ist, um ein gutes Ergebnis in Bezug auf die Gleichmäßigkeit des Poliermaterialabtrags zu erhalten.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend genannte Ausführungsform beschränkt ist. Bei der Ausführungsform handelt es sich nur um eine beispielhafte Darstellung, und alle Beispiele, die im Wesentlichen dieselben Merkmale haben und dieselben Funktionen und Wirkungen wie diejenigen in dem in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzept zeigen, sind vom technischen Umfang der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
So ist zum Beispiel der Polierkopf, der nach einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, nicht auf die in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann die Form der Mittenplatte in geeigneter Weise gestaltet werden.

Claims

Polierkopf (1), der mindestens umfasst: einen starren Kreisring (4); eine Gummifolie (3), die mit dem starren Ring (4) unter gleichmäßiger Spannung verbunden ist; eine Mittenplatte (5), die mit dem starren Ring (4) vereint ist, wobei die Mittenplatte (5) zusammen mit der Gummifolie (3) und dem starren Ring (4) einen Raum (6) bildet; eine ringförmige Matrize (14), die konzentrisch zum starren Ring (4) in einem Umfangsabschnitt an einem Unterseitenbereich der Gummifolie (3) vorgesehen ist; und ein Druckeinstellmechanismus (7a, 7b, 7c) zum Verändern des Drucks in dem Raum (6), wobei der Polierkopf (1) eine Rückseite eines Werkstücks (W) am Unterseitenbereich der Gummifolie (3) haltert, einen Randabschnitt des Werkstücks (W) mit der Matrize (14) haltert und das Werkstück (W) poliert, indem eine Oberfläche des Werkstücks (W) in Gleitkontakt mit einem Polierkissen (9) gebracht wird, das an einem Drehteller (8) befestigt ist, wobei der Raum (6) durch mindestens eine Ringwand (16) unterteilt ist, die konzentrisch zum starren Ring (4) ist, um mehrere abgedichtete Räume (15a, 15b, 25a, 25b) zu bilden; wobei ein Außendurchmesser von mindestens einem inneren abgedichteten Raum (15b, 25b) der mehreren abgedichteten Räume (15a, 15b, 25a, 25b), die durch die Ringwand (16) getrennt sind, so gebildet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser eines Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks (W) und gleich oder kleiner als 102 % des Innendurchmessers der Matrize (14) ist; und der Druckeinstellmechanismus (7a, 7b) den Druck jedes der mehreren abgedichteten Räume (15a, 15b, 25a, 25b) separat steuert.
Polierkopf (1) nach Anspruch 1, wobei darüber hinaus mindestens ein weiterer abgedichteter Raum (25c), der konzentrisch zum starren Ring (4) ist, innerhalb des abgedichteten Raums (25b) gebildet ist, dessen Außendurchmesser so ausgebildet ist, dass er gleich dem oder größer als der Durchmesser des Bereichs garantierter Ebenheit des Werkstücks (W) ist.
Polierkopf (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das zu polierende Werkstück (W) ein Silizium-Einkristallwafer mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr ist.
Poliervorrichtung (2), die zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks (W) verwendet wird und mindestens ein an einem Drehteller (8) befestigtes Polierkissen (9), einen Poliermittel-Zuführmechanismus (10), um dem Polierkissen (9) ein Poliermittel zuzuführen, und den Polierkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Polierkopf (1) zum Halten des Werkstücks (W) aufweist.