DE112016004986B4

DE112016004986B4 - Waferpoliervorrichtung und dafür verwendeter Polierkopf

Info

Publication number: DE112016004986B4
Application number: DE112016004986.2T
Authority: DE
Inventors: Ryoya Terakawa; Ryuichi Tanimoto; Hironori Kaneko
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2036-10-13
Also published as: TWI606889B; US20180311783A1; US10710209B2; JP6380333B2; WO2017073318A1; CN108369903B; DE112016004986T5; CN108369903A; KR102024130B1; JP2017085045A; TW201726318A; KR20180056742A

Abstract

Waferpoliervorrichtung, die Folgendes umfasst:eine rotierende Auflageplatte, an der ein Polierpad befestigt ist; undeinen Polierkopf, der einen an das Polierpad platzierten Wafer hält, während er den Wafer drückt, wobeider Polierkopf eine Membran, die die obere Oberfläche des Wafers kontaktiert und eine Druckkraft daran anlegt, und eine Trägerplatte, die die Membran trägt, aufweist,die Membran einen Hauptflächenteil, der zur unteren Oberfläche der Trägerplatte zeigt, und einen Seitenflächenteil, der zur äußeren Umfangsrandfläche der Trägerplatte zeigt, aufweist unddie vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil der Membran größer ist als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil der Membran.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Waferpoliervorrichtung und einen dafür verwendeten Polierkopf und insbesondere einen Polierkopf vom Membrandruckbeaufschlagungstyp und eine Waferpoliervorrichtung, die den Polierkopf verwendet.
Hintergrund
Siliziumwafer werden weitgehend als ein Substratmaterial für Halbeitervorrichtungen verwendet. Die Siliziumwafer werden hergestellt, indem sequenziell Prozesse, wie etwa Außenumfangsschliff, Schneiden, Läppen, Ätzen, Doppelseiten-Politur, Einseiten-Politur, Waschen usw., auf einen Silizium-Einzelkristall-Ingot angewendet werden. Unter den obigen Prozessen ist die Einseiten-Politur ein Prozess, der benötigt wird, um eine Unebenheit oder Welligkeit der Waferoberfläche zu entfernen und somit die Ebenheit zu verbessern, und bei der ein Hochglanzpolieren durch ein CMP (chemischmechanisches Polieren)-Verfahren durchgeführt wird.
Typischerweise wird beim Einseiten-Polierprozess für einen Siliziumwafer eine einzige Waferpoliervorrichtung (CMP-Vorrichtung) verwendet. Die Waferpoliervorrichtung beinhaltet eine rotierende Auflageplatte, an der ein Polierpad befestigt ist, und einen Polierkopf, der einen Wafer an das Polierpad hält, während er den Wafer drückt. Die Vorrichtung poliert eine Seite des Wafers durch Drehen der rotierenden Auflageplatte und des Polierkopfes, während eine Aufschlämmung zugeführt wird.
Um die Gleichförmigkeit des Polierausmaßes in einer Waferoberfläche zu verbessern, indem die gesamte Oberfläche des Wafers gleichförmig drückt, wird eine Waferpoliervorrichtung verwendet, die einen Polierkopf vom Membrandruckbeaufschlagungstyp verwendet. Die JP 2003 - 25 217 A beschreibt zum Beispiel eine Waferpoliervorrichtung mit einer Membran, die eine Druckkraft zu einem Wafer am Polierpad überträgt, und einem Zugspannungseinstellmittel zum Einstellen einer Zugspannung der Membran. Um das Polierausmaß in einer Waferoberfläche gleichförmig zu gestalten, beschreibt die JP 2007 - 12 918 A ferner einen Polierkopf, bei dem Bereiche mit unterschiedlicher Oberflächenrauigkeit konzentrisch auf einer Waferhaltefläche einer Membran (einem Film mit elastischem Grundkörper) angeordnet sind. Die Bereiche beinhalten einen ersten Bereich, der von der äußeren Peripherie der Membran zu einem Abschnitt von 10 % bis 80 % des Radius davon ausgebildet ist und einen arithmetischen Mittenrauigkeitswert Ra von 5,0 µm bis 50,0 µm aufweist, und einen zweiten Bereich, der innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet ist und einen arithmetischen Mittenrauigkeitswert Ra von weniger als 5,0 µm aufweist. Des Weiteren beschreibt die JP 2005 79 465 A eine Membran für einen Polierkopf mit einem kreisförmigen unteren Teil, einem Wandteil, der aus dem Außenrand des kreisförmigen unteren Teils aufsteigt, einen ringförmigen Teil, der sich vom oberen Ende des Wandteils zur zentralen Richtung eines Kreises erstreckt, und einen Vorsprungsteil, der sich am Anschlussende des ringförmigen Teils befindet. Die US 6 508 696 B1 , die US 2006 / 0 105 685 A1 und die KR 10 2010 0 007 649 A offenbaren jeweils Polierköpfe mit einer Membran. In der US 2006 / 0 105 685 A1 wird dabei eine Zugspannung durch einen reduzierten Durchmesser verringert. In der KR 10 2010 0 007 649 A ist eine Rauigkeit der inneren Oberfläche der Membran zur Verbesserung der Haftung der Membran an einem Träger erhöht.
Kurzdarstellung der Erfindung
[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
Bei einem herkömmlichen Polierkopf vom Membrandruckbeaufschlagungstyp wird die Membran auf einer scheibenförmigen Trägerplatte getragen. Der Durchmesser der Innenseite der Membran wird gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Trägerplatte gesetzt und die Höhe der Innenseite des Membran-Gummis wird gleich der Höhe der Trägerplatte gesetzt. Eine derartige Membran wird einer Druckluftbeaufschlagung ausgesetzt, um eine elastische Kraft an der Druckfläche der Membran, die zum Wafer zeigt, anzulegen, wodurch die gesamte Oberfläche des Wafers gleichförmig mit Druck beaufschlagt wird.
In einem Fall, bei dem der Durchmesser der Innenseite der Membran jedoch kleiner als der Durchmesser der Trägerplatte ist und die Höhe der Innenseite der Membran im Wesentlichen gleich der Höhe der Trägerplatte ist, ist eine horizontale Zugspannung (eine laterale Zugspannung) aufgrund dessen, dass der Hauptflächenteil der Membran den Wafer kontaktiert, größer als eine vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil der Membran, sodass eine Variation in einer In-Ebenen-Verteilung der Druckkraft durch die Membran stattfindet, was nachteilig eine In-Ebenen-Variation des Polierausmaßes (die Bearbeitungszugabe) des Wafers erhöht.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Waferpoliervorrichtung und einen dafür verwendeten Polierkopf bereitzustellen, die bzw. der in der Lage ist, die Gleichförmigkeit des Polierausmaßes in der Waferoberfläche zu verbessern.
Um das oben stehende Problem zu lösen, beinhaltet eine Waferpoliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine rotierende Auflageplatte, an der ein Polierpad befestigt ist, und einen Polierkopf, der einen an das Polierpad platzierten Wafer hält, während er den Wafer drückt, wobei der Polierkopf eine Membran, die die obere Oberfläche des Wafers kontaktiert mit einer Druckkraft beaufschlagt, und eine Trägerplatte, die die Membran trägt, aufweist, wobei die Membran einen Hauptflächenteil, der zur unteren Oberfläche der Trägerplatte zeigt, und einen Seitenflächenteil, der zur äußeren Umfangsrandfläche der Trägerplatte zeigt, aufweist und die vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil der Membran größer ist als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil der Membran.
Der Polierkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Polierkopf, der einen Wafer hält, der an einer rotierenden Auflageplatte, an der ein Polierpad befestigt ist, platziert ist, während er den Wafer drückt, wobei der Polierkopf eine Membran, die die obere Oberfläche des Wafers kontaktiert und eine Druckkraft daran anlegt, und eine Trägerplatte, die die Membran trägt, aufweist, wobei die Membran einen Hauptflächenteil, der zur unteren Oberfläche der Trägerplatte zeigt, und einen Seitenflächenteil, der zur äußeren Umfangsrandfläche der Trägerplatte zeigt, aufweist und die vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil der Membran größer ist als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil der Membran.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Degradation der Ebenheit um den Eckteil herum aufgrund eines Ziehens des Eckteils zum Hauptflächenteil hin durch eine laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil der Membran zu verhindern. Dies ermöglicht, einen Durchhang der Membran zu verhindern und einen Druck gleichmäßig zu machen, der in der Waferdruckfläche der Membran erzeugt wird, wodurch die Gleichförmigkeit einer Verteilung einer Bearbeitungszugabe des Wafers in der Ebene verbessert wird.
In der vorliegenden Erfindung ist das Abmessungsverhältnis (Mh/Ph) der Höhe (Mh) der Innenseite des Seitenflächenteils der Membran bezüglich der Dicke (Ph) der Trägerplatte vorzugsweise größer als 0,75 und kleiner als 1. Des Weiteren ist das Abmessungsverhältnis (Md/Pd) des Durchmessers (Md) der Innenseite des Hauptflächenteils der Membran bezüglich des Durchmessers (Pd) der Trägerplatte vorzugsweise größer als 0,95 und kleiner als oder gleich 1. Wenn das Abmessungsverhältnis des Innendurchmessers der Membran bezüglich der Trägerplatte innerhalb des obigen Bereichs fällt, ist es möglich, eine Variation im Waferpolierausmaß aufgrund von Durchhang der Membran zu unterdrücken und eine Situation zu vermeiden, bei der die Membran aufgrund einer extrem kleinen Größe der Membran nicht an der Trägerplatte angebracht werden kann.
In der vorliegenden Erfindung ist die Membran vorzugsweise nicht in mehrere Druckbeaufschlagungszonen unterteilt, die unabhängig voneinander hinsichtlich der Druckbeaufschlagung gesteuert werden können, sondern bildet eine einzige Druckbeaufschlagungszone. Des Weiteren wird bevorzugt, dass der Polierkopf ferner einen Rückhaltering aufweist, der an die äußere Umfangsrandfläche des Wafers anstößt, um eine horizontale Bewegung des Wafers einzuschränken, und dass die untere Oberfläche des Rückhalterings nicht die Oberfläche des Polierpads kontaktiert. Die oben beschriebenen Effekte der vorliegenden Erfindung sind groß, wenn die Waferpoliervorrichtung einen sogenannten Waferdruckbeaufschlagungsmechanismus des Typs der Einzonendruckbeaufschlagung oder einen nicht mit Masse verbundenen Rückhaltering anwendet, wodurch die Gleichförmigkeit des Polierausmaßes in der Waferoberfläche zusätzlich verbessert wird.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Waferpoliervorrichtung und ein dafür verwendeter Polierkopf bereitgestellt sein, die bzw. der in der Lage ist, die Gleichförmigkeit des Polierausmaßes in der Waferoberfläche zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Waferpoliervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2A bis 2C sind jeweils eine seitliche Querschnittsansicht, die die Strukturen der Membran und der Trägerplatte veranschaulicht, 2A veranschaulicht einen Zustand, bei dem die Membran 16 an der Trägerplatte 15 angebracht ist, 2B veranschaulicht die Membran 16 alleine und 2C veranschaulicht die Trägerplatte 15 alleine;
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Veränderung im vertikalen Abmessungsverhältnis der Membran 16 bezüglich der Trägerplatte 15 und einer Variation im Polierausmaß des Wafers W in die Umfangsrichtung veranschaulicht; und
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Veränderung im lateralen Abmessungsverhältnis der Membran 16 bezüglich der Trägerplatte 15 und einer Variation im Polierausmaß des Wafers W in die Radialrichtung veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Folgenden ausführlich beschrieben.
1 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Waferpoliervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 1 veranschaulicht, weist eine Waferpoliervorrichtung 1 eine rotierende Auflageplatte 21, an der ein Polierpad 22 befestigt ist, und einen Polierkopf 10 vom Membrandruckbeaufschlagungstyp, der einen an das Polierpad 22 platzierten Wafer W hält, während er den Wafer W drückt, auf. Durch das Drehen der rotierenden Auflageplatte 21 und des Wafers W, der durch den Polierkopf 10 gehalten wird, während eine Aufschlämmung (slurry) auf das Polierpad 22 zugeführt wird, kann eine Oberfläche des Wafers W, die das Polierpad 22 kontaktiert, poliert werden.
Der Polierkopf 10 weist eine hochstellbar gestützte Drehwelle 11, einen rostfreien Druckbeaufschlagungsflansch 12, der mit dem unteren Ende der Drehwelle 11 verbunden ist, einen Rückhaltering 14, der über einen Höheneinstellungsabstandhalter 13 an der unteren Oberfläche des Druckbeaufschlagungsflansches 12 angebracht ist, eine Trägerplatte 15, die am Druckbeaufschlagungsflansch 12 angebracht ist, und eine Membran 16, die an der Trägerplatte 15 angebracht ist, auf. Die Trägerplatte 15 ist mit dem Druckbeaufschlagungsflansch 12 über einen Antriebsübertragungsstift 17 verbunden und dazu ausgelegt, zusammen mit dem Druckbeaufschlagungsflansch 12 gedreht zu werden. Der Polierkopf 10 weist ferner eine Membrandruckbeaufschlagungsleitung 18, um Luft in die Membran 16 einzuspeisen, ein Membranhöheneinstellrohr 19 und einen Membranhöheneinstellungsabstandhalter 20 auf. Die Membran 16 wird an ihrem oberen Ende durch den Membranhöheneinstellungsabstandhalter 20 für eine Befestigung von dieser gedrückt.
Der Rückhaltering 14 ist ein Führungsglied, das an der unteren Oberfläche des Druckbeaufschlagungsflansches 12 befestigt ist. Während eines Polierprozesses kontaktiert die untere Oberfläche des Rückhalterings 14 der vorliegenden Ausführungsform nicht die Oberfläche des Polierpads 22, sondern es wird eine Lücke G mit einer vorbestimmten Breite zwischen diesen beibehalten. Der Rückhaltering 14 ist kein Glied, das unabhängig vom Druckbeaufschlagungsflansch 12 betrieben werden kann, wie die Membran 16, sodass, selbst wenn die untere Oberfläche des Rückhalterings 14 nicht gegen das Polierpad 22 gedrückt wird, eine horizontale Bewegung des Wafers W eingeschränkt werden kann, indem verursacht wird, dass die äußere Umfangsrandfläche des Wafers W an den Rückhaltering 14 anstößt, wodurch ermöglicht wird, zu verhindern, dass der Wafer zur Außenseite des Polierkopfes 10 vorsteht.
Die Membran 16 ist ein flexibles Glied und wird vorzugsweise aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) oder Silikonkautschuk hergestellt. Die Dicke der Membran 16 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,5 mm und die Gummihärte von dieser beträgt vorzugsweise 30 Grad bis 60 Grad (JIS K 6253 Typ A).
Die Hauptfläche (untere Oberfläche) der Membran 16 weist eine kreisförmige planare Form auf, die mit der Größe des Wafers W übereinstimmt und im Wesentlichen die gesamte obere Oberfläche des Wafers W kontaktiert. Die Hauptfläche der Membran 16 bildet eine Druckfläche, die die obere Oberfläche des Wafers W drückt, und der Wafer W wird durch die Membran 16, die nach unten zu drücken ist, einer Luftdruckbeaufschlagung ausgesetzt. Eine Lücke zwischen der Membran 16 und der Trägerplatte 15 bildet einen versiegelten Raum und Luft wird in den versiegelten Raum über die Membrandruckbeaufschlagungsleitung 18 eingespeist, wodurch eine Zugspannung an die Membran 16 angelegt werden kann und die elastische Kraft der Druckfläche der Membran 16, die zum Wafer W zeigt, verbessert werden kann.
Der versiegelte Raum zwischen der Membran 16 und der Trägerplatte 15 bildet eine einzelne Kammer, ohne in kleine Abteile getrennt zu werden, sodass die gesamte Membran 16 durch die Luft, die durch die Membrandruckbeaufschlagungsleitung 18 eingespeist wird, ausgedehnt wird, mit der Folge, dass eine gleichförmige Druckkraft an der oberen Oberfläche des Wafers W, die die Membran 16 kontaktiert, angelegt wird. Das heißt, der Waferdruckbeaufschlagungsmechanismus der vorliegenden Ausführungsform, der die Membran 16 verwendet, wendet kein Mehrzonen-Druckbeaufschlagungssystem an, das mehrere Druckbeaufschlagungszonen aufweist, die unabhängig voneinander hinsichtlich der Druckbeaufschlagung gesteuert werden können, sondern wendet ein Einzonen-Druckbeaufschlagungssystem mit einer einzigen Druckbeaufschlagungszone an. Im Mehrzonen-Druckbeaufschlagungssystem beeinträchtigt die laterale Zugspannung der Membran 16 weniger die In-Ebenen-Verteilung der Druckkraft gegen den Wafer W; während im Einzonen-Druckbeaufschlagungssystem die laterale Zugspannung der Membran 16 erheblich die In-Ebenen-Verteilung der Druckkraft gegen den Wafer W beeinträchtigt, was die Variation des Polierausmaßes (die Bearbeitungszugabe) des Wafers in der Ebene erhöhen kann. Dies bedeutet, dass Effekte der vorliegenden Erfindung bemerkenswert sind.
Die 2A bis 2C sind jeweils eine seitliche Querschnittsansicht, die die Strukturen der Membran 16 und der Trägerplatte 15 veranschaulicht. 2A veranschaulicht einen Zustand, bei dem die Membran 16 an der Trägerplatte 15 angebracht ist, 2B veranschaulicht die Membran 16 alleine und 2C veranschaulicht die Trägerplatte 15 alleine.
Wie in den 2A bis 2C veranschaulicht, weist die Membran 16 einen kreisförmigen Hauptflächenteil 16a, einen Seitenflächenteil 16b, der vom äußeren Umfangsende des kreisförmigen Hauptflächenteils 16a mit im Wesentlichen rechten Winkeln nach oben gebogen ist, und einen ringförmigen oberen Oberflächenteil 16c, der vom oberen Ende des Seitenflächenteils 16b mit im Wesentlichen rechten Winkeln radial nach innen gebogen ist, auf. Der obere Oberflächenteil 16c weist einen Abwärtsvorsprungsteil 16d an seinem vorderen Ende auf. Der Hauptflächenteil 16a ist ein Teil, der zu einer unteren Oberfläche 15b der Trägerplatte 15 zeigt, und die Außenfläche (untere Oberfläche) davon bildet eine Druckfläche, die im Wesentlichen die gesamte obere Oberfläche des Wafers W, der an das Polierpad 22 platziert wird, kontaktiert und den Wafer W drückt. Der Seitenflächenteil 16b der Membran 16 ist ein Teil, der zu einer äußeren Umfangsrandfläche 15c der Trägerplatte 15 zeigt.
Eine Öffnung 16f ist radial innerhalb des ringförmigen oberen Oberflächenteils 16c ausgebildet. Der Durchmesser der Öffnung 16f ist etwas kleiner als der Durchmesser der Trägerplatte 15, sodass die Trägerplatte 15 durch die Öffnung 16f in den Innenrahmen der Membran 16 eingepasst werden kann. Das heißt, die Membran 16 wird so an der Trägerplatte 15 angebracht, dass die untere Oberfläche der Trägerplatte 15 bedeckt ist. Des Weiteren ist der ringförmige obere Oberflächenteil 16c der Membran 16 eng an der oberen Oberfläche der Trägerplatte 15 angepasst und der ringförmige Vorsprungsteil 16d greift an eine Eingriffsnut 15d an, die an der oberen Oberfläche der Trägerplatte 15 ausgebildet ist. Des Weiteren, wie in 1 veranschaulicht, wird der ringförmige obere Oberflächenteil 16c der Membran 16 durch das Einstellrohr 19 und den Einstellungsabstandhalter 20 gedrückt, wodurch das obere Ende des Seitenflächenteils 16b der Membran 16 an der Trägerplatte 15 fixiert wird.
Ein ringförmiger Abwärtsvorsprung 15a ist in der unteren Oberfläche 15b der scheibenförmigen Trägerplatte 15 entlang der äußeren Peripherie der unteren Oberfläche 15b ausgebildet. Somit ist der Hauptflächenteil 16a der Membran 16 nicht fest an der unteren Oberfläche der Trägerplatte 15 angepasst, sondern es wird eine Lücke S zwischen der Membran 16 und der Trägerplatte 15 ausgebildet, wodurch ermöglicht wird, dass Luft gleichmäßig in die Membran 16 eintritt. Die Membrandruckbeaufschlagungsleitung 18 kommuniziert mit einem Lüftungsloch 15e, das die Trägerplatte 15 durchstößt, und die Membran wird durch die Luft, die vom Lüftungsloch 15e in den versiegelten Raum eingespeist wird, mit Druck beaufschlagt.
Die Innengröße der Membran 16 ist gleich der oder kleiner als die Größe der Trägerplatte 15, sodass die Membran 16 etwas gestreckt werden muss, damit sie an der Trägerplatte 15 angebracht werden kann, und in diesem Fall treten eine laterale Zugspannung und eine vertikale Zugspannung im Hauptflächenteil 16a bzw. im Seitenflächenteil 16b der Membran 16, die an der Trägerplatte 15 angebracht ist, auf.
Die vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil 16b der Membran 16 muss größer sein als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil 16a der Membran 16. Wenn die vertikale Zugspannung gleich der oder kleiner als die laterale Zugspannung ist, wird ein Eckteil 16e der Membran 16 zur Mitte gezogen, sodass die Ebenheit um die äußere Peripherie des Hauptflächenteils 16a herum degradiert wird, was es wahrscheinlich macht, dass eine Variation im Polierausmaß im äußeren Umfangsteil des Wafers auftritt. Andererseits wird, wenn die vertikale Zugspannung der Membran 16 größer ist als die laterale Zugspannung von dieser, der Eckteil 16e der Membran 16 zur äußeren Umfangsseite gezogen, sodass die Ebenheit des gesamten Hauptflächenteils 16a einschließlich der Umgebung von dessen äußerer Peripherie verbessert wird, was ermöglicht, das Polierausmaß in der Waferoberfläche gleichmäßig zu machen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Abmessungsverhältnis (vertikale Abmessungsverhältnis) einer Höhe Mh der Innenseite (des Innenrahmens) der Membran 16 bezüglich einer Dicke Ph der Trägerplatte 15 vorzugsweise gleich oder größer als 0,75 und kleiner als 1 (0,75 ≤ Mh/Ph < 1). Wenn Mh/Ph gleich oder größer als 1 ist, wird eine Variation im Waferpolierausmaß in die Umfangsrichtung aufgrund eines Durchhangs der Membran erhöht; andererseits, wenn Mh/Ph kleiner als 0,75 ist, wird die vertikale Zugspannung aufgrund einer extrem kleinen Höhenabmessung der Innenseite der Membran 16 zu groß, was es sehr schwierig gestaltet, die Membran 16 an der Trägerplatte 15 anzubringen.
Das Abmessungsverhältnis (laterale Abmessungsverhältnis) eines Durchmessers Md der Innenseite (des Innenrahmens) der Membran 16 bezüglich eines Durchmessers Pd der Trägerplatte 15 ist vorzugsweise gleich oder größer als 0,95 und gleich oder kleiner als 1 (0,95 ≤ Md/Pd ≤ 1). Wenn Md/Pd größer als 1 ist, wird eine Variation im Waferpolierausmaß in die Radialrichtung aufgrund eines Durchhangs der Membran erhöht; andererseits, wenn Md/Pd kleiner als 0,95 ist, wird die laterale Zugspannung aufgrund einer extrem kleinen Durchmesserabmessung der Innenseite der Membran 16 zu groß, was es sehr schwierig gestaltet, die Membran 16 an der Trägerplatte 15 anzubringen.
Das Folgende wird aus den Ergebnissen ersichtlich, die durch eine Simulation einer Spannungsverteilung, die an die an der Trägerplatte 15 angebrachten Membran 16 angelegt wird, erhalten werden. Das heißt zum Beispiel, dass in einer herkömmlichen Membranstruktur, bei der Mh/Ph auf 0,99 gesetzt wird und Md/Pd auf 0,99 gesetzt wird, sich eine Zugspannung am Eckteil der Membran 16 konzentriert, sodass die Oberfläche des Hauptflächenteils um den Eckteil herum erheblich verzerrt wird, um die Gleichförmigkeit der Waferdruckkraft zu degradieren. Andererseits konzentriert sich in einer Membranstruktur der vorliegenden Erfindung, bei der Mh/Ph auf 0,75 gesetzt wird und Md/Pd auf 1,0 gesetzt wird, eine Zugspannung am Seitenflächenteil der Membran 16, um eine Verzerrung der Oberfläche des Hauptflächenteils um den Eckteil herum zu verringern, wodurch die Gleichförmigkeit der Waferdruckkraft verbessert wird.
Wie oben beschrieben, weist die Waferpoliervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung den Polierkopf 10 des Membrandruckbeaufschlagungstyps auf, und die vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil 16b der Membran 16 ist größer als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil 16a der Membran 16. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen Durchhang des Hauptflächenteils 16a der Membran 16 zu unterdrücken, um dadurch eine gleichförmige Druckkraft am Wafer W anzulegen. Des Weiteren ist das Abmessungsverhältnis Mh/Ph der Höhe Mh der Innenseite der Membran 16 bezüglich der Dicke Ph der Trägerplatte 15 kleiner als das Abmessungsverhältnis Md/Pd des Durchmessers Md der Innenseite der Membran 16 bezüglich des Durchmessers Pd der Trägerplatte 15, sodass es möglich ist, einen Druck gleichmäßig zu machen, der in der Waferdruckfläche der Membran erzeugt wird. Somit ist es möglich, einen Durchhang der Membran 16 zu verhindern, um dadurch die Gleichförmigkeit des Polierausmaßes in der Waferoberfläche zu verbessern.
Während oben bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Verschiedene Modifikationen können an den Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es ist unnötig zu erwähnen, dass solche Modifikationen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung erfasst sind.
In der obigen Ausführungsform ist zum Beispiel der Rückhaltering 14 des Polierkopfes 10 am Druckbeaufschlagungsflansch 12 befestigt; der Rückhaltering 14 kann jedoch so konfiguriert sein, dass er unabhängig vom Druckbeaufschlagungsflansch 12 vertikal bewegt werden kann, wie die Membran 16.
[Beispiel]
Es wurde evaluiert, wie das Seitenverhältnis der Membran bezüglich der Trägerplatte die In-Ebenen-Verteilung des Waferpolierausmaßes beeinflusst. In diesem Evaluierungstest wurden P-Typ-Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 450 mm und einer Dicke von 925 µm, die aus einem Silizium-Einzelkristall-Ingot mit (100)-Kristallorientierung, das durch das Czochralski-Verfahren gewachsen wurde, ausgeschnitten und einer Doppelseiten-Politur ausgesetzt wurden, hergestellt und eine Waferpoliervorrichtung mit einem Polierkopf vom Membrandruckbeaufschlagungstyp wurde verwendet, um ein Hochglanzpolieren auf die Wafer anzuwenden. Beim Polierprozess wurde eine Aufschlämmung mit einer Siliziumdioxidkonzentration von 0,3 Gew.-% und einem Siliziumteilchendurchmesser von 35 mm verwendet und ein Polierpad eines Veloursleder-Typs wurde verwendet. Die Drehgeschwindigkeit des Polierkopfes der rotierenden Auflageplatte wurde auf 40 U/min gesetzt, ein Membrandruck wurde auf 10 kPa gesetzt und ein Ziel-Polierausmaß (eine Bearbeitungszugabe) wurde auf 1 µm gesetzt.
Im Polierprozess wurden mehrere Membranproben mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen zum Polieren des Wafers verwendet. Das vertikale Abmessungsverhältnis Mh/Ph der Membran bezüglich der Trägerplatte wurde auf fünf Werte gesetzt: 1,01, 1,0, 0,90, 0,8 und 0,75. Das laterale Abmessungsverhältnis Md/Pd der Membran bezüglich der Trägerplatte wurde auf vier Werte gesetzt: 1,01, 1,0, 0,98 und 0,95.
Danach wurde eine Waferebenheitsmessvorrichtung („Nanometro 450TT“, hergestellt durch Kuroda Precision Industries Ltd.) verwendet, um die Variation des Polierausmaßes jedes Wafers in der Ebene zu evaluieren. Die Ergebnisse sind in den 3 und 4 veranschaulicht.
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Veränderung im vertikalen Abmessungsverhältnis der Membran 16 bezüglich der Trägerplatte 15 und einer Variation im Polierausmaß des Wafers W in die Umfangsrichtung veranschaulicht. Die horizontale Achse gibt das vertikale Abmessungsverhältnis Mh/Ph an und die vertikale Achse gibt eine Variation (nm) in der Dicke des Wafers in die Umfangsrichtung an. Bei der Messung der Dickenvariation in die Umfangsrichtung wurde der Wafer in acht Sektoren mit einem Abstand von 45° unterteilt und ein Durchschnittsprofil in der Bearbeitungszugabenverteilung jedes Sektors wurde bei einer 223-mm-Position von der Wafermitte berechnet. Dann wurde eine Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert des Durchschnittsprofils als die Dickenvariation in die Umfangsrichtung des Wafers verwendet.
Wie in 3 veranschaulicht, zeigte die Variation im Waferpolierausmaß in die Umfangsrichtung, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis der Membran 1,01 war, einen großen Wert, der ungeachtet des lateralen Abmessungsverhältnisses der Membran gleich oder mehr als 50 nm ist. Des Weiteren zeigte die Variation im Waferpolierausmaß in die Umfangsrichtung, wenn das laterale Abmessungsverhältnis der Membran 1,01 war, einen großen Wert, der ungeachtet des vertikalen Abmessungsverhältnisses der Membran gleich oder mehr als 50 nm ist. Andererseits war die Variation im Waferpolierausmaß in die Umfangsrichtung, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis der Membran gleich oder kleiner als 1,0 war, klein, außer, wenn das laterale Abmessungsverhältnis der Membran „1,01“ war. Insbesondere wurde herausgefunden, dass die Variation im Polierausmaß dazu neigt, kleiner zu werden, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis der Membran kleiner wird.
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Veränderung im lateralen Abmessungsverhältnis der Membran 16 bezüglich der Trägerplatte 15 und einer Variation im Polierausmaß des Wafers W in die Radialrichtung veranschaulicht. Die horizontale Achse gibt das laterale Abmessungsverhältnis Md/Pd an und die vertikale Achse gibt eine Variation (nm) in der Dicke des Wafers in die Radialrichtung an. Als die Variation im Polierausmaß des Wafers in die Radialrichtung wurde eine Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert der Variation in radialer Richtung für jeden Sektor verwendet.
Wie in 4 veranschaulicht, zeigte die Variation im Waferpolierausmaß in die Radialrichtung, wenn das laterale Abmessungsverhältnis der Membran 1,01 war, einen großen Wert, der ungeachtet des vertikalen Abmessungsverhältnisses der Membran gleich oder mehr als 200 nm ist. Des Weiteren zeigte die Variation im Waferpolierausmaß in die Radialrichtung, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis der Membran 1,01 war, einen großen Wert, der ungeachtet des lateralen Abmessungsverhältnisses der Membran gleich oder mehr als 250 nm ist. Andererseits war die Variation im Waferpolierausmaß in die Radialrichtung, wenn das laterale Abmessungsverhältnis der Membran gleich oder kleiner als 1,0 war, klein, außer, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis der Membran „1,01“ war. Insbesondere wurde herausgefunden, dass die Variation im Polierausmaß dazu neigt, kleiner zu werden, wenn das laterale Abmessungsverhältnis der Membran größer wird.
Die obigen Ergebnisse legen offen, dass, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis Mh/Ph und das laterale Abmessungsverhältnis Md/Pd der Membran innerhalb eines Bereichs von 0,75 bis 1,0 bzw. eines Bereichs von 0,95 bis 1,0 liegen, die Variation im Polierausmaß in der Waferoberfläche unterdrückt werden kann, um eine ausreichende Ebenheit zu gewährleisten. Des Weiteren, wenn das vertikale Abmessungsverhältnis Mh/Ph der Membran bezüglich der Trägerplatte kleiner als das laterale Abmessungsverhältnis Md/Pd ist, kann die Gleichförmigkeit des Polierausmaßes in der Waferoberfläche weiter verbessert werden, und dieser Effekt wird größer, wenn sich eine Differenz zwischen dem vertikalen Abmessungsverhältnis Mh/Ph und dem lateralen Abmessungsverhältnis Md/Pd erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Waferpoliervorrichtung
10: Polierkopf
11: Drehwelle
12: Druckbeaufschlagungsflansch
13: Höheneinstellungsabstandhalter
14: Rückhaltering
15: Trägerplatte
15a: Vorsprung der Trägerplatte
15b: untere Oberfläche der Trägerplatte
15c: äußere Umfangsrandfläche der Trägerplatte
15d: Eingriffsnut der Trägerplatte
15e: Lüftungsloch der Trägerplatte
16: Membran
16a: Hauptflächenteil der Membran
16b: Seitenflächenteil der Membran
16c: oberer Oberflächenteil der Membran
16d: Vorsprungsteil der Membran
16e: Eckteil der Membran
16f: Öffnung der Membran
17: Antriebsübertragungsstift
18: Membrandruckbeaufschlagungsleitung
19: Membranhöheneinstellrohr
20: Membranhöheneinstellungsabstandhalter
21: rotierende Auflageplatte
22: Polierpad
W: Wafer

Claims

Waferpoliervorrichtung, die Folgendes umfasst: eine rotierende Auflageplatte, an der ein Polierpad befestigt ist; und einen Polierkopf, der einen an das Polierpad platzierten Wafer hält, während er den Wafer drückt, wobei der Polierkopf eine Membran, die die obere Oberfläche des Wafers kontaktiert und eine Druckkraft daran anlegt, und eine Trägerplatte, die die Membran trägt, aufweist, die Membran einen Hauptflächenteil, der zur unteren Oberfläche der Trägerplatte zeigt, und einen Seitenflächenteil, der zur äußeren Umfangsrandfläche der Trägerplatte zeigt, aufweist und die vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil der Membran größer ist als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil der Membran.
Waferpoliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Abmessungsverhältnis (Mh/Ph) der Höhe (Mh) der Innenseite des Seitenflächenteils der Membran bezüglich der Dicke (Ph) der Trägerplatte größer als 0,75 und kleiner als 1 ist.
Waferpoliervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abmessungsverhältnis (Md/Pd) des Durchmessers (Md) der Innenseite des Hauptflächenteils der Membran bezüglich des Durchmessers (Pd) der Trägerplatte größer als 0,95 und gleich oder kleiner als 1 ist.
Waferpoliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Membran eine einzige Druckbeaufschlagungszone bildet, ohne in mehrere Druckbeaufschlagungszonen unterteilt zu sein, die unabhängig voneinander hinsichtlich der Druckbeaufschlagung gesteuert werden können.
Waferpoliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Polierkopf ferner einen Rückhaltering aufweist, der an die äußere Umfangsrandfläche des Wafers anstößt und eine horizontale Bewegung des Wafers einschränkt, und die untere Oberfläche des Rückhalterings nicht die Oberfläche des Polierpads kontaktiert.
Polierkopf für eine Waferpoliervorrichtung, der einen Wafer hält, der an einer rotierenden Auflageplatte, an der ein Polierpad befestigt ist, platziert wird, während er den Wafer drückt, umfassend: eine Membran, die die obere Oberfläche des Wafers kontaktiert und eine Druckkraft daran anlegt; und eine Trägerplatte, die die Membran trägt, wobei die Membran einen Hauptflächenteil, der zur unteren Oberfläche der Trägerplatte zeigt, und einen Seitenflächenteil, der zur äußeren Umfangsrandfläche der Trägerplatte zeigt, aufweist und die vertikale Zugspannung durch den Seitenflächenteil der Membran größer ist als die laterale Zugspannung durch den Hauptflächenteil der Membran.