(57)【要約】  平坦な作業物、詳細には半導体ウェーハの化学的機械研磨を行う為の縦駆動スピンドルに連結された保持具であって、天井部分と側壁を有する円形筐体と、少なくとも側壁の下方部分を形成する止め輪と、筐体の底部側に配置されスピンドルに連結され頂部と底部側を有する硬質材料の保持板と、保持板の底部側に取り付けられ、保持板と共に４個以上の環状室を形成し、スピンドル軸に同心に配置された可撓性のある比較的薄い膜と、制御された圧力源又は真空源にその上方端部で接続可能であり、筐体中に案内される駆動スピンドル内部の少なくとも１個の第１チャンネルと、研磨工程中に放射方向に変化する圧力プロファイルを発生する為に、第１チャンネル及び保持板の孔を経由して室の各々に接続され、電気的制御ラインと回転トランスジューサーを経由して外部電気的制御装置に接続され、いくつかの電気的に制御可能な筐体中のオン−オフバルブとを備える保持具である。【選択図】  図１
2007507079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な作業物、詳細には半導体ウェーハの化学的機械研磨を行うための、縦駆動スピンドル（２２）に連結された保持具であって、
天井部分（１４）と側壁（１２）を有する円形筐体と、
側壁（１２）の少なくとも下方部分を形成する止め輪（２６、３２）と、
筐体の底部側に配置されスピンドル（２２）に連結され頂部と底部側を有する硬質材料の保持板（１６）と、
保持板（１６）の底部側に取り付けられ、保持板と共に４個以上の環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）を形成し、スピンドル軸に同心に配置された可撓性のある比較的薄い膜（３６）と、
制御された圧力源または真空源にその上方端部で接続可能であり、筐体中に案内される、駆動スピンドル（２２）内部の少なくとも１個の第１チャンネル（４６）と、
研磨工程中に放射方向に変化する圧力プロファイルを発生するために、第１チャンネル（４６）および保持板（１６）の孔を経由して室（ＭＫ１〜ＭＫ６）の各々に接続され、電気的制御ラインと回転トランスジューサー（５４）を経由して外部電気的制御装置に接続され、いくつかの電気的に制御可能な筐体中のオン−オフバルブ（４４、１０８）とを備える保持具。
【請求項２】
前記保持板（１６）が分配チャンネル系を有し、オン−オフバルブ（１０８）が保持板（１６）の頂部側に直接搭載され、それらが前記分配チャンネル系に連絡していることを特徴とする請求項１に記載の保持具。
【請求項３】
前記圧力センサー（６４、９８）が筐体中に配設され、前記環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）に接続され、その出力が前記回転トランスジューサー（５４）を経由してセンサーラインによって外部へ案内されることを特徴とする請求項１または２に記載の保持具。
【請求項４】
前記天井部分（１４）は静止しており、筐体の残りの部品はスピンドル（２２）と一緒に回転し、スリップリング構成の固定子（５８）は天井部分の底部側に取り付けられ、前記保持板（１６）を前記駆動スピンドル（２２）に接続するスピゴット（８２）はスリップリング構成の環状回転子（５６）を外側に保持し、そのスリップリングは前記オン−オフバルブ（それぞれ４４および１０８）および前記圧力センサー（それぞれ６４および９８）の信号出力にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項５】
平坦な作業物、特に半導体ウェーハの化学的機械研磨を行うための、縦駆動スピンドル（２２）に連結された保持具であって、
天井部分（１４）と環状側壁（１２）を有する円形筐体と、
側壁（１２）の下方部分を形成する止め輪（２６、３２）と、
筐体の底部側に配置され前記スピンドル（２２）に連結され頂部と底部側を有する硬質材料の保持板（１６）と、
前記保持板（１６）の底部側に取り付けられ、保持板と共にいくつかの環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）を形成し、前記スピンドル軸に同心に配置された可撓性のある比較的薄い膜（３６）と、
制御可能な圧力下または真空下の流体源および環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）に選択可能に接続された、個々の環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）中の圧力の量を制御する圧力分配装置とを備え、
前記膜（３６）が少なくとも前記室（ＭＫ１）〜（ＭＫ６）へ侵入不可であり、
前記保持板（１６）の底部側は、前記室（ＭＫ１〜ＭＫ６）中の圧力によって研磨工程のための放射方向に変化する圧力プロファイルが生じ、少なくとも１個の前記室（ＭＫ１〜ＭＫ６）の真空によって作業物の装着のための吸引効果が生じるように、前記室（ＭＫ１〜ＭＫ６）を画定する平坦な凹んだ凹部（３４）を有する保持具。
【請求項６】
研磨布を有する研磨皿上で半導体ウェーハに化学的機械研磨を行うための、縦駆動スピンドル（２２）に連結された保持具であって、
天井部分（１４）と環状側壁（１２）を有する円形筐体と、
前記側壁（１２）の下方部分を形成し、放射状の環状下方部分を有し、その内径は装着されたウェーハ（６０）の直径を画定し、加圧された流体源に接続可能な環状ベロー（２８）によって前記筐体内で前記保持板（１６）に対して垂直に調節可能である止め輪（２６、３２）と、
前記筐体の底部側に配置され前記スピンドル（２２）に連結され頂部と底部側を有する硬質材料の保持板（１６）と、
前記保持板（１６）の底部側に取り付けられ、前記保持板と共にいくつかの環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）を形成し、前記スピンドル軸に同心に配置された可撓性のある比較的薄い膜（３６）と、
制御可能な圧力下または真空下の流体源および環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）に接続され、それによって個々の環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）中の圧力の量が制御される圧力分配装置とを備え、
前記膜（３６）の外径は前記止め輪（２６、３２）の放射状部分の内径よりも大きく、放射状の外部圧力室（ＭＫ７）は前記膜（３６）と前記保持板（１６）の縁部領域の間に形成され、これは前記止め輪（３２）または分離輪の放射部分のいずれかに作用し、それによって外側環状室（ＭＫ７）の圧力に応じて前記ウェーハ（６０）の放射状外部の前記研磨布（７６）に直接圧力を発生させることができる保持具。
【請求項７】
前記膜（３６）はその頂部にスピンドル軸に同心のいくつかの環状伸張ベロー（１１４、１１４ａ）を有し、これは前記保持板（１６）の底部側に固定され、前記環状室（ＭＫ１〜ＭＫ６）の加圧の際に前記膜（３６）の行程を可能にし、行路に依存しない圧力制御を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項８】
前記膜（３６）は、その頂部側に前記スピンドル軸に同心に配設され前記保持板（１６）の底部側の環状窪み中に収容された頂部側に環状スリットを有する環状の中空隆起を有し、前記隆起は、前記スリット中を上方側に向かって展延する肩を有し前記保持板（１６）上のネジによって前記環状窪み（１２０）の底部に対して引っ張られて前記隆起を締め付けて固定し前記環状スリットを締め付けるための締め付け輪（１２２、１３４、１３６）を収容し、前記締め付け輪は、前記圧力分配装置に接続された少なくとも１個の縦チャンネル（１２６）を有し、第１環状室と第２環状室を形成する前記隆起の内部は隣接する隆起の間に形成され、これも前記保持板（１６）の縦孔（１４０）を経由して前記圧力分配装置に接続されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項９】
前記隆起が前記伸張ベロー（１１４ａ）によって形成され、前記環状室（ＭＫ１〜ＭＫ７）が加圧されるとき行路に依存しない圧力制御を得るために、前記膜（３６）の比較的大きな行程を可能にすることを特徴とする請求項８に記載の保持具。
【請求項１０】
前記保持板（１６）は互いに重なり合う３個の単板（８８、９０、１００）から構成され、前記膜（３６）は前記底部板（８８）に取り付けられ、前記中間板および前記上方板（９０、１００）は互いの間に分配チャンネル系を形成し、これは前記膜の個々の環状室（ＭＫ１〜ＭＫ７）に接続され、前記上方単板（１００）中の縦孔を経由してそれぞれ前記圧力分配系と前記オン−オフバルブ（４４，１０８）に接続されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項１１】
前記上方および前記中間単板（９０、１００）は、前記スピンドルに接続されたスピゴット（８２）にネジ止め結合によって接続され、前記下方単板（８８）は、前記上方単板（１００）に着座したブロック（９６）にネジ止めされ、収容した膜（３６）と一緒に分離して着脱可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項１２】
前記止め輪は環状円筒部分（２６）を有し、横方向のネジ止め結合（１５２）によって前記保持具（１０）に接続され、底部側に放射状に内部に向かうネジ止めされた環状部分（３２）を有することを特徴とする請求項１１に記載の保持具。
【請求項１３】
前記圧力センサー（９８）は少なくとも１個のブロック（９６）に取り付けられ、前記ブロック（９６）および前記保持板（１６）中のチャンネルを経由して前記環状室（ＭＫ１〜ＭＫ７）に連絡していることを特徴とする請求項３から１１のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項１４】
前記オン−オフバルブ（それぞれ４４、１０８）の入力は前記保持板（１６）中のチャンネルを経由し、かつ前記スピゴット（８２）中の縦孔を経由して前記スピンドル（２２）中のチャンネル（４６）に接続されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項１５】
前記膜（３６）はその中心に孔（６８）を有し、これは前記保持板（１６）中の孔（１７２、１１０）を経由して前記スピンドル（２２）中のさらに他のチャンネル（７０）に接続され、前記さらに他のチャンネル（７０）は圧力源または真空源に選択的に接続可能であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の保持具。
【請求項１６】
請求項１に記載の保持具でウェーハをその取り出し位置から装着する方法であって、
前記保持具をウェーハ上に降下させるステップと、
前記中間室（ＭＫ１）を予め定めた圧力に達するまで加圧された流体で充填するステップと、
前記室（ＭＫ２〜ＭＫ６）が、内部から外部へ進行する加圧された流体で徐々に充填されるように互いに逐次的に起動されるステップと、
引き続き全ての室（ＭＫ１〜ＭＫ６）が圧力から開放されるように切り替えられるステップと、
その後、全ての室（ＭＫ１〜ＭＫ６）が内部から外部へ進行して真空にされるステップと、
予め定めた遅れ時間の後、前記保持具が取り出し位置から前記ウェーハを持ち上げるステップとを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記膜が請求項１５による孔を有し、前記室（ＭＫ１〜ＭＫ６）が真空にされる前に、最初に前記孔（６８）が真空にされることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦な作業物、詳細には本発明の請求項１、５、および６に係わる化学的機械研磨のための半導体ウェーハの保持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの製造において、いわゆるウェーハは適切な装置によって平坦化または研磨される。ひとつの知られた方法は、化学的機械研磨（短縮してＣＭＰ）である。この方法において、ウェーハはプラスチック研磨布上のエッチング剤および研磨剤を用いて、研磨布とウェーハを回転させ、任意選択的に揺動させて、所定の接触圧力で研磨される。研磨工程中に、研磨剤（スラリー）は研磨布上に流れ、布とウェーハの間に層を形成する。使用されるスラリーは化学的に活性な溶液からなり、その中にシリカ等の粒子がコロイド懸濁状に加えられる。
【０００３】
工程中に、ウェーハは保持具または運搬具によって保持され、それによって研磨のため機械加工表面に対して押圧される。保持具は駆動装置のスピンドルに接続され、ウェーハを機械加工表面に対して動かすために高さ調節可能に搭載される。
【０００４】
保持具の下部保持面を鋼板で作製し、移動の間ウェーハを真空によって保持表面上に保つために、これに孔を設けることが知られている。保持面は均一な接触圧力を得るために自在継手を経由して加工機械のスピンドルに連結される。それらの保持具は、例えば独国特許第１００６２４９７Ａ１号（特許文献１）から知られている。さらに、保持板を保持具中に高さ調節可能に案内し、支持部分と保持板の間に環状閉膜を配置することが独国特許第１９７５５９７５Ａ１号（特許文献２）から知られている。膜の封止された内部空間はそれぞれ大気または真空または流体源に選択可能に接続される。保持具に対する保持板の調節は、圧力と真空を用いて行われる。
【０００５】
保持具の異なる実施形態は、保持具の下部に配設された可撓性材料の膜を提供する。膜は装着したウェーハに接触圧力を伝える。また、米国特許第５，９６４，６５３号（特許文献３）から、保持板と保持板の底部に取り付けられた膜を用いて、３個の室、すなわち中央の円形室と、中央の室の周りの同心状に配置された２個の輪状室とを形成することが知られ、その各々はスピンドル中のチャンネルに連絡している。加圧された流体源は、ウェーハに加えられる接触圧力を制御するために、回転トランスジューサーを経由して３個の室に接続される。ここでも、保持具は駆動装置の駆動スピンドルに自在継手を経由して連結される。類似の装置が国際公開第ＷＯ０２／００４１７２Ａ３号（特許文献４）から知られている。これは他の互いに重なり合う２個の膜を用い、その間には加圧面の上に形成される３個の室へ異なる圧力が加えられる。
【０００６】
【特許文献１】独国特許第１００６２４９７Ａ１号公報
【特許文献２】独国特許第１９７５５９７５Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許第５，９６４，６５３号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０２／００４１７２Ａ３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は平坦な作業物、特に半導体ウェーハの化学的機械研磨のための保持具を提供することを目的とし、それによってウェーハの望ましい研磨プロファイルを簡単に確保することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は特許請求項１、５、および６の特徴によって解決される。
【０００９】
本発明に係わる特許請求項１の保持具は、保持板の底部側に比較的薄い可撓性膜を提供し、保持板の底部側と共に複数の同心環状室を形成する。保持具の筐体中に、環状室の数に対応して多数のオン−オフバルブが配設され、これらは全てスピンドル中のチャンネルに共通に接続される。スピンドル中のチャンネルはその上方領域でいわゆる回転トランスジューサーに接続され、すなわち加圧された流体の静的供給を行う。任意選択的に、真空への接続が可能である。オン−オフバルブを用いて、ウェーハ表面から研磨されるべき望ましいプロファイルに応じて、多数の環状室に個別の圧力を加えることができる。実際に、異なる圧力を同時に環状室に加えることができるように、オン−オフバルブの代りに比例バルブを提供することが考えられる。しかし、保持具または運搬具の筐体中に複数の比例バルブを収容することは、そのサイズのため不可能である。無論、筐体はその寸法が制限される。したがって、オン−オフバルブへの供給はスピンドルに１個のチャンネルしか必要とせず、環状室の圧力はこの中で連続的に調節され、これは所定の時間を要する。
【００１０】
その他、代替として、駆動スピンドルを経由して環状室当たり１個の供給ラインを提供することが考えられ、駆動スピンドル中の供給ラインは回転トランスジューサーに連絡しており、静止配置の比例バルブによって起動される。したがって、圧力プロファイルを環状室を経由して同時に並行して調節することが可能である。回転トランスジューサーを備える駆動スピンドルの費用は高い。さらに、各保持具はその構造に応じて特殊な駆動スピンドルを必要とする。
【００１１】
保持具中のオン−オフバルブを起動するためには電気的信号が必要である。それらは外部からスリップリング構成を経由して筐体の内部へ伝送される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、保持板は、縦孔を経由して環状室に連絡している分配チャンネル系を有する。オン−オフバルブは保持板の頂部側に直接搭載して分配チャンネル系に接続することができるので、移動ラインまたは管を省くことができる。また、駆動スピンドルが保持板の頂部側に直接連絡しているとき、駆動スピンドル中のチャンネルを保持板の内部まで展延させることが考えられる。この場合、オン−オフバルブへの圧力媒体の供給はラインなしに行うことができる。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、環状室に接続された圧力センサーが筐体中に配設され、その出力は回転トランスジューサー装置を経由してセンサーラインによって外部へ案内される。圧力センサーはマノメータースイッチであり、例えばそれは予め定めた値に調節され、予備設定した値に到達したか、または超えたかをそれぞれ示す。したがって、個々の環状室中の圧力を恒久的に監視することができる。さらに、膜の破損を検出することができる。回転トランスジューサー素子を小さく保つために、圧力センサーの全ての出力を出力ラインに配置することができる。個々の環状室は、説明したように、圧力が直列に提供されるので、圧力センサーによって発生した信号値を同期して検出することができ、ある時に検出された圧力は、起動されたばかりのオン−オフバルブの室の圧力として有効である。マノメータースイッチが圧力センサーとして使用されるとき、それらは、全ての室がマノメータースイッチのスイッチング圧力よりも高い圧力になるときにのみ遮断することができる。しかし、この理由のため、各環状室の恒久的監視はもはや不可能である。
【００１４】
駆動スピンドルにスリップリングトランスジューサーの回転子を取り付け、スピンドル用のベアリング筐体上に固定子を取り付けることが考えられる。この目的のための本発明の他の実施形態は、従来の構造とは対照的に筐体の天井壁が静止している。静止天井壁の底部壁上にスリップリング構成の固定子が取り付けられる。スピンドルまたは保持板に固定された駆動スピンドルのベアリングスピゴットに、スリップリング構成の回転子が外側に取り付けられる。スリップリングは制御ラインを経由してそれぞれオン−オフバルブと圧力センサーの信号出力に連絡している。スリップリング構成は保持具筐体の内部に保護されて配置され、スピンドルを通過するケーブルによって複数の電気的ラインを筐体の内部に案内する必要はない。
【００１５】
本発明に係わる特許請求項５による解決において、それぞれ平坦な窪みまたは溝として形成されることが好ましい、複数の環状の平坦な窪みが保持板の底部側にスピンドル軸に同心に配設して提供される。それらは、保持具の筐体内部の圧力分配装置を経由して、または駆動スピンドルを経由して、圧力源または真空へ選択的に接続可能である。また、ウェーハ用の保持具はウェーハを移動しなければならず、通常負の圧力によって行われることは既に最初に指摘した。負の圧力は膜の孔または保持板の孔によって直接ウェーハに伝えることができる。本発明において、可撓性膜を用いて吸引効果が発生され、ウェーハの吸引効果を与えるために、起動に応じて、１個だけの環状室またはいくつかの環状室に真空が提供される。環状室はむしろ平坦であり、最大１〜２ｍｍの深さである。
【００１６】
本発明に係わる特許請求項６による解決において、保持板の底部側に保持された膜の外部直径はそれぞれ作業物または止め輪の内径よりも大きい。研磨中に保持具に対してウェーハが滑るのを防ぐために、保持具にいわゆる止め輪を設けることは知られており、その内径はウェーハの外径とほぼ等しい。また、止め輪を保持具に対して高さ調節可能にし、適切な調節装置、例えば回転膜等を提供することも知られており、それによってウェーハが保持具によって作業物表面に対して押圧されるとき、止め輪は研磨布に対していくらかの接触圧力で押圧される。本発明による実施において、特定の接触圧力を研磨布に加えるために、膜の外部端は保持板と共に止め輪の下部部分に配設された圧力室を形成し、それによって、望ましい高さで止め輪上またはこの領域に配設された他の輪の上に圧力が加わる。ウェーハは研磨の間、所定量研磨布に押圧される。したがって、対策を講じないときはウェーハの縁部領域がより強く研磨されることは避けがたい。ここで、外部環状室を用いて、ウェーハの縁部に隣接する領域で研磨布が所望量押し下げられる。研磨布がさらに強く押し下げられると、ウェーハの縁部はほんの僅か研磨され、または研磨されない。したがって、ウェーハの縁部領域の研磨量は、膜の外部環状室を用いることによって所望の値に調節することができる。
【００１７】
ウェーハを装着した保持具は、研磨工程の間、ウェーハが研磨布の表面まで非常に近距離、例えば１ｍｍ未満の距離に位置するように、最初にいわゆる電気的軸を介して作業面上方の下部点へ動かすことが知られている。その最終点までの動きの中で、縦または軸のスピンドルの緩みを考慮しなければならない。これは無論ゼロではない。さらに、研磨工程中一定の時間の後、研磨布は摩滅によって高さを減じるので、ウェーハの底部側と研磨布の上部側の間の距離が時間の経過で大きくなり、ウェーハは作業面に対して押圧するためにより大きな行程を通過しなければならない。しかし、これらの変動にかかわらず、研磨布の接触圧力は望ましい値でなければならない。この目的のために、本発明の一実施形態は、膜がスピンドル軸に同心に、その上部に、保持板の底部側に固定され、環状室に圧力が加わった際に膜行程の最大高さを予め決定するいくつかの環状伸張ベローを有する形態を提供する。伸張ベローは膜の比較的大きな行程を可能にするので、膜によって形成される行程は、いずれの場合でも駆動スピンドルの最大縦公差および一緒に発生する作業面の最大許容磨耗よりも大きい。したがって、それらの構造を用いることによって、行路に依存しない研磨力を大きな行程領域で実現することができる。
【００１８】
上部側に環状スリットを有する環状隆起としての環状伸張ベローは、同時に保持具板上に膜を固定する働きをし、伸張ベローまたは隆起は、それぞれ保持板の底部側の環状窪みの中に収容される。隆起または伸張ベローは、直径の距離に上方へ突出する突起を有する締め付け輪を収容し、これはスリットを通して上方へ伸張し、保持板中のネジによって環状窪みの底部に向かって引っ張られる。これによって、伸張ベローは保持板に固定される。さらに、締め付け輪はスリットを締め付け、環状室を互いに分離する働きをする。ここで、伸張ベローまたは環状隆起は、隣接する隆起の間にそれぞれ第１の種類の内部環状室と第２の種類の環状室を形成し、各々少なくとも１個の縦孔を経由して圧力分配装置に接続される。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、保持板は互いに重なり合う３個の単板からなり、その下方の１個は膜を保持し、分配チャンネル系が中間と上方の単板の間に形成され、一方で膜の個々の環状室に接続され、他方、圧力分配系を備える上方の単板中の縦孔を経由してそれぞれオン−オフバルブへ接続される。
【００２０】
上方および中間の単板はスピンドルまたはスピンドルスピゴットにネジ継手を介してそれぞれ直接接続することができるが、下方単板は上方単板に着座する少なくとも１個のブロックにネジ止めされ、収容された膜と一緒に分離して取り外し可能である。膜は磨耗部品であるので、膜を交換するには下方単板のみを取り外すべきである。これを行うために筐体の天井部分の対応する孔を通してネジを起動することが可能であり、各々、下方単板中のネジ孔でそれらをネジ止めするために１個のブロック中に案内される。通常、止め輪の下方の放射状部分は、保持板の下部に配設され、本発明の場合、膜の外部縁部の下部にそれぞれ配設されるので、止め輪用の保持輪が個別にネジをゆるめて取り外し可能な環状部品で実施されるとき、底部単板を取り外すとき最初に取り外すことが有利である。また、上方単板に互いにネジ止めされた、説明したブロックは、圧力センサーの筐体の搭載にも役立ち、保持ブロック中の縦孔は、圧力センサーを上方および中間単板中の分配チャンネル系に同時に接続するチャンネルを形成する。これによって、個々の環状室へ接続する圧力センサー用のラインまたは管も不要になる。
【００２１】
本発明の他の実施形態は、膜がその中心に、保持板中の孔を経由してスピンドル中の追加のチャンネルへ接続された孔を有し、追加のチャンネルは圧力源または真空源に選択的に接続可能である形態を提供する。真空にすることによって、ウェーハが膜に近接しているかどうかを検出することができる。したがって、ウェーハが装着作業の後に実際に装着されたかどうかのフィードバックが得られる。研磨作業の間、中心孔に所定の圧力が加えられ、孔の領域の磨耗が防止される。したがって、流体圧力は孔の領域の膜の欠如を相殺する。
【００２２】
本発明による保持具を用いて、ウェーハの表面を測定した後、測定によって研磨または磨耗プロファイルをそれぞれ確立することが可能である。研磨作業の間に研磨された層の層厚さを測定することが知られている。したがって、本発明において、研磨および磨耗プロファイルを再調節することが可能である。ウェーハの様々な機械加工工程において、無論異なるウェーハ表面があり、その結果異なる磨耗プロファイルの必要性がある。ここでも、適切な調節を本発明で実施することができる。
【００２３】
以下で、本発明の実施例を図面によってさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１において、半導体ウェーハ用保持具１０の概要図が示される。それは、環状壁部分１２を備える筐体と、ディスク状天井部分１４と、筐体の下部領域に下方板１８と上方板２０から構成され互いに重なり合って固定されて接続可能な保持板１６とを有する。駆動スピンドル２２は、回転と任意選択的な直線水平方向の動きのための適切な駆動装置（図示していない）に接続され、保持具１０の筐体の内部に天井部分１４を経由して案内され、上方板２０に固定して取り付けられる。天井部分１４は２４で示すように静止している。これは以下でさらに取り扱う。
【００２５】
保持輪２６は、内部側に向かって引っ張られた部分で壁部分１２の内部側に配設され、この部分と壁部分１２の肩の間にベロー２８が配設される。保持輪２６はスプリング３０によってベロー２８に向かって上方に予備張力がかかっている。保持輪２６は、その底部側で放射状に内部に向かって展延し、下方板１８部分の下部に向かって展延する止め輪３２を支持する。
【００２６】
下方板１８は、その底部側に、スピンドル軸に同心に配設された６個の環状で平坦な異なる幅の凹部を有する。その断面がレンズ状である凹部は比較的平坦であり、例えば最大深さ１〜１．５ｍｍである。円形膜３６は下方板１８の底部側に配設される。適切な実施と板１８中の窪みによって、上部側にフランジ４０を形成する膜３６のブリッジ３８が板１８に結合される。これにより、膜は下方板１８にしっかり保持される。このようにして、凹部３４と膜３６は６個の環状室ＭＫ１〜ＭＫ６を形成する。ＭＫ１〜ＭＫ６の各室は、板１８と２０中の少なくとも１個の縦孔４２を経由して保持具１０の筐体内のオン−オフバルブ４４に接続される。図１において、オン−オフバルブは単なる記号として示されている。
【００２７】
スピンドル２２中の第１の軸状チャンネル４６は、回転継手４８を経由して静止ライン５０に連絡しており、そのライン５０は、図示していない制御された圧力源または任意選択的な真空に接続することができる。チャンネル４６は保持具１０の筐体の内部で外方向に案内され、オン−オフバルブ４４の全ての入力に接続されたライン５２に接続される。ライン５０に存在する圧力は、オン−オフバルブを開いた室ＭＫ１〜ＭＫ６に伝達される。このようにして、望ましい圧力を個々の室ＭＫ１〜ＭＫ６中に徐々に加えることが可能である。オン−オフバルブ４４の起動は、例えばスリップリングによって回転トランスジューサー５４を経由して行われる。回転トランスジューサー５４の回転子５６は、スピンドル２２に固定して接続され、２個の固定子部分５８が回転子５６と協働する。本実施例の場合、各々２×５個のブラシが１０個のスリップリングと協働し、８番目のスリップリングが７個のオン−オフバルブ５４の起動に必要である。固定子５８の、天井部分１４に接続された電気的結合はここには示していない。本実施例の場合、対応する天井部分の貫通孔を通して固定子部分５８に案内される２個のケーブルが必要である。１個の固定子だけが設けられる場合には、１個のケーブルで十分であろう。
【００２８】
図において、半導体ウェーハ６０は膜３６の底部側に固着することをさらに理解することができる。その横方向位置は止め輪３２によって画定され、その内径はウェーハ６０の外径よりも極僅かに大きい。図１におけるさらに他の理解は、膜３６の直径がウェーハ６０の直径よりも大きく、それが戻り部を有する止め輪３２部分の周りに展延することである。したがって、さらに他の室ＭＫ７が止め輪３２の上に形成され、これもチャンネル６２を経由してオン−オフバルブ４４に連絡している。
【００２９】
保持具１０の筐体の他の部分に、７個の圧力センサー６４が配設され、縦孔６６を経由して圧力室ＭＫ１〜ＭＫ７に接続される。圧力センサー６４は圧力室ＭＫ１〜ＭＫ７の圧力を検出する。圧力センサー６４の信号出力は、スリップリングトランスジューサー５４を経由して、信号を評価する外部制御装置（図示しない）に連絡している。したがって、室ＭＫ１〜ＭＫ７中に望ましい圧力が存在するかどうかを求めることができる。場合によって、次いで再調整を行うことができる。さらに、圧力センサーを用いて膜３６が正常に作動するかどうかを求めることができる。無論、圧力センサー６４からの個々の単一ラインは、回転トランスジューサー５４を経由して外部へ案内することが可能である。しかし、これは全部で８個のラインを必要とする。本実施例の場合、２個のスリップリングだけがやはり配設されている。したがって、圧力センサー６４の全ての信号は２個のラインを経由して外部へ案内される。しかし、圧力室ＭＫ１〜ＭＫ７は、圧力変化が望まれるとき連続的に圧力を提供することができるので、この圧力を圧力センサー６４によって同期して測定するには十分である。
【００３０】
スピンドル２２において、回転結合４８を経由してライン６６に接続された第２室６４が提供され、前記ライン６６も圧力源に接続可能である。筐体の内部で、室６４はベロー２８に接続される。その結果、止め輪３２はベロー２８によって高さを調製することができる。
【００３１】
図１において、膜３６はその中心に孔６８を有し、板１８、２０中の縦孔を経由してスピンドル２２中の第３室７０に連絡している。回転接合４８を経由して、室７０は圧力源または任意選択的に真空源へ導くライン７２に接続される。下方板１８はテーパーを付けて孔の上の７４に凹部が設けられる。凹部は縦孔に接続される。その結果、真空の場合、孔６８で負の圧力が発生する。これにより、ウェーハ６０が保持具１０によって装着されたかどうかを求めることができる。研磨の場合、この領域に膜３６が欠如することを相殺するために孔６８に圧力が加えられる。
【００３２】
以下で、図１による保持具の動作を図２〜図５と共に説明する。
【００３３】
保持具１０が予め配置したウェーハ上に降下するとき、ウェーハ６０は止め輪３２の内部に中心に置かれ、ライン５０およびオン−オフバルブ４４を経由して負の圧力が全ての環状室ＭＫ１〜ＭＫ６、またはいくつかの環状室に発生し、膜３６がそれ自体部分的にまたは完全に平坦な凹部３４中に湾曲するので、ウェーハ６０は吸引効果によって保持される。この間、スプリング３０は止め輪３２をその最上部に押圧し、ベロー２８は圧力がない。保持具１０はウェーハ６０を図２〜図５に７４で示した研磨皿に移動する。皿は研磨布７６を支持し、知られているように、図示していない軸の周りを回転駆動される。研磨皿７４の上に、保持具１０はスピンドル２２によって研磨布７６の上部側のわずかに上方の点、例えば、１ｍｍまたはそれ未満の距離まで降される。これはウェーハ６０に関して図２に示される。その後、ライン７２を経由してベロー２８に圧力が与えられ、圧力は止め輪３２を移動して研磨布２６と緊密に接触させる。この間に、研磨皿７４ならびに保持具１０は回転を開始することを述べなければならない。室ＭＫ１〜ＭＫ６を加圧することによって、膜３６はここで下方向に動き、ウェーハ６０に種々の研磨が得られるために、個々の室中の対応する圧力分配による圧力プロファイルがウェーハ６０に働く。既に述べたように、室ＭＫ１〜ＭＫ６の圧力は、それが１個のライン５０からだけ供給され、ライン５０は制御可能な圧力センサー、比例バルブ等に接続されるので、徐々に高まる。圧力源６４を用いて、それぞれの予備設定された圧力に実際に到達したかどうかを求めることができる。
【００３４】
図４から、ウェーハ６０が対応する圧力で研磨布７６に少量押圧されることが理解できる。止め輪３２が示した位置に留まるとき、ウェーハ６０の縁部の研磨が大きくなる。これは望ましいときも望ましくないときもある。研磨の増加を回避したいとき、または縁部の研磨を少なく留めたいとき、図５に示したように室ＭＫ７に対応する圧力を発生させ、それによって止め輪３２は研磨布７６を所定量圧縮し、そうすることで研磨布をウェーハ６０の外側縁部から動かす。
【００３５】
研磨工程を完了した後、室ＭＫ１〜ＭＫ７から圧力を抜き、その後ウェーハを研磨皿７４から持ち上げるために室ＭＫ１〜ＭＫ７を真空下におく。この作業中、および研磨皿への移動中に、ライン６６を経由して膜３６の孔６８が真空にされ、それによってウェーハが実際に保持具１０に近接して着座しているかどうかが検査される。研磨工程中、対照的に少量の過剰の圧力が孔６８に加えられ、それによってウェーハ６０の研磨が少なくなることが防止される。
【００３６】
説明した保持具を用いてウェーハを研磨工程にかける前に、ウェーハを取り出し位置から装着しなければならない。このとき、ウェーハの前面と背面はしばしばスラリーおよび／または水で濡らされる。ウェーハの装着には以下のステップが行われる。
内部環状室ＭＫ１を図示していない制御装置によって予め定めた圧力にする。割り当てた圧力センサーからフィードバックが与えられるまで待つ。
その後、制御装置は、環状室ＭＫ１〜ＭＫ６が逐次時間遅れで、すなわち内部から外部側へ予め定めた圧力が加わるようにオン−オフバルブ４４を起動する。こうすることによってウェーハ表面に残った液体は外側へ向けて取り除かれる。
外側環状室ＭＫ６を加圧した後、全ての環状室ＭＫ１〜ＭＫ６から圧力を取り除く。さらに、それぞれ孔ＭＫ０または６８を真空にする。
対応する遅れ時間の後、膜室ＭＫ２、ＭＫ３、およびＭＫ４を真空にして、ウェーハを膜３６に付着させる。
繰り返し遅れの後、保持具はウェーハを取り出し位置から持ち上げ、それを研磨装置へ移動する。
【００３７】
図６〜図９によって、保持具の構造がより詳細に描かれ、それらは完全に同一の構造で実施されないが、図１〜図５には類似の部品が同じ参照番号で提供される。
【００３８】
図７および図９において、スピンドル２２が筐体８０中に搭載されることが理解できる。さらに、保持具１０の天井部分１４は筐体８０に固定して取り付けられ、したがって、それは保持具１０の残りの部品と一緒に回転しない。スピゴット８２はスピンドル２２と一緒に固定してネジ止めされ、ローラーベアリング８４によって筐体８０に回転可能に搭載され、下方側へ向かって展延する。スリップリング構成の回転子５６はスピゴット８２に着座し、これは特に図７および図９において特に良く理解できる。後者の図において、天井部分１４に接続された固定子は示されていない。スリップ構成５４はシェル８６の内部に位置し、それによってスリップリング構成５４の磨耗した材料が保持具１０の筐体内部に広がることが防止される。
【００３９】
図６〜図９において、図１による保持板１６は３個の単板８８、９０、１００から構成されることが理解できる。板９０、１００は１０２で示されるように互いにネジ止めされる。それらは一緒に分配チャンネル系を形成するが、後で取り扱う。図６からわかるように、板９０と１００からのユニットはスピゴット８２と共にネジ止めされる。ネジの１個は図６中に９２で示される。ネジ９４を用いて２個の縦型ブロック９６が上方単板１００の上部側に固定される（図８でも認識される）。それらの断面はほぼ台形である。ブロック９６は圧力センサーを取り付ける働きをし、図８に９８で示される。図１の圧力センサー６４に対応して全部で７個の圧力センサー９８が搭載され、図８の右側上部の圧力センサー９８を除いて２個ごとに互いの上部に配設される。ブロック９６中には縦チャンネル（図８では点線でのみ示される）が形成されて圧力センサー９８の入力に接続され、環状室（図１のＭＫ１〜ＭＫ７）に接続するために、さらに図示していない分配チャンネル系の一部へ板ユニット９０、１００の下部へ下降する。圧力センサー９８の電気出力１０６は全てが互いに接続されたスリップリング構成５４へ向かい、２個のスリップリング構成５４だけがそれらに占拠される。
【００４０】
図８において、７個のオン−オフバルブ１０８は上方単板１００に取り付けられることがさらに理解できる。オン−オフバルブ１０８の入力ならびに出力は、板１００と９０の間の分配チャンネル系に接続され、それらは図１に示すように圧力源または真空源に接続することができる。
【００４１】
板９０は、上方側に向かって突出する軸状カラーを有し、これは上方板１００の開口を通って展延し、孔１１０を有する。
【００４２】
下方板８８の底部側には膜３６が取り付けられる。膜３６は図１０でより良好に認識することができる。膜３６は薄い平坦部分１１２を有し、これは１１４で示したようにその縁部で伸張ベローと同様にして実施される。平坦部分１１２の上部側に、スピンドル２２の軸に同心に配設された３個の環状伸張ベロー１１４ａが形成される。それらはその上部に環状スリット１１６を有する。図６〜図９と併せて、平坦部分１１２の外径は止め輪３２の内径よりもわずかに小さいことが理解できる。伸張ベロー縁１１４と外部環状伸張ベロー１１４の間に環状プライ１１８が形成される。下方板８８への膜３６の搭載は図１１で最も良く理解することができる。
【００４３】
下方板８８は３個の環状同心窪み１２０を有し、環状伸張ベロー１１４ａを収容する。環状伸張ベロー１１４ａは、それ自体、断面が逆Ｔ形状に形成されスリット１１６を経由して導入される環状レッジ１２２を収容する。外辺部で環状レッジ１２２の上方部分は、図７および図９に１２４で認識できるように、下方板８８にネジ止めされる。さらに、上方部分は外辺部に環状レッジ１２２の環状溝１２８に合流する縦孔１２６を有する。上方側に向かって、孔１２６は下方板８８の孔１３０に向かって導かれ、これはそれ自体、任意選択的に圧力または真空を孔１２６に与えるために、図示していない板９０、１００の分配チャンネル系に連絡している。これによって、その条件は伸張ベロー１１４ａの内部に伝達される。環状レッジ１２２によって、板８８に対する十分な封止が達成される。
【００４４】
板８８の縁部に、いくらか大きな環状窪み１３２が形成され、伸張ベロー１１４ならびに環状プライ１１８を収容する。その断面がＬ形状である第１環状レッジ１３４は板１１８の下部を掴まえる。それは図示していないネジによって窪み１３２の底部に対して押圧することができる。プライ１１８と伸張ベロー縁１１４の間に、その断面が逆Ｌ形状の輪１３６が着座し、これは輪１３４によって窪み１３２の底部に向かって押圧され、したがって伸張ベロー縁１１４を締め付けによって固定する。このようにして、図１による環状室ＭＫ６に対応する外部環状室は、環状伸張ベロー１１４ａとプライ１１８の間に形成される。プライ１１８と伸張ベロー縁１１４の間に、図１による室ＭＫ７に対応する最外室が形成される。室ＭＫ１〜ＭＫ６は膜３６の平坦部分１３２に面するが、最外室ＭＫ７は止め輪３２上で動作する。プライ１１６と伸張ベロー縁１１４の接合部の下部の膜３６のいくらか引っ込んだ部分は、図１１で特に良く認識できるように、止め輪３２の上部側に配置される。
【００４５】
締め付け輪１２２、１３４は、その底部側にホゾ穴１３５を有し、そこを通って環状室の周辺に流体分配が行われる。
【００４６】
その結果、環状伸張ベロー１１４ａの内部および伸張ベロー１１４ａの間に膜３６を用いて環状ＭＫ１〜ＭＫ６が形成される。図６、図７、図９に示したように、例えば、伸張ベロー１１４ａ間の環状室も、それ自体板８０、１００の分配チャンネル系に接続された縦孔１４０に接続される。
【００４７】
図９から理解できるように、膜３６は、説明したようにして、板８８を保持具１０に搭載する前に板８８に接続することができる。搭載は、ブロック９６内部のスリーブ１４４、および対応する板９０、１００の開口を通して案内されたより長いネジボルト１４２（図９参照）を用いて行われ、板８８の上部側のネジ孔１４６中にネジ止めされる。ネジボルト１４２のネジ付き部分は、ネジボルトを保持するために上方板１００のネジ孔に固定することができる。ネジボルト１４２の起動は、図９の左側に認識できるように、天井部分１４の開口を経由して行われ、いわゆる六角ソケットネジキーが１４８で示される。ネジ止めの後、孔は蓋１５０で閉じることができる。
【００４８】
図９において、保持輪２６および止め輪３２は単一ユニットとして予備搭載され、環状組み立て体片１５４に頭なしネジ１５２を用いて横方向に固定され、これは筐体の内部に高さ調節可能に搭載され、膜２８によって起動されることがさらに理解できる。したがって、止め輪３２は下方向へ移動することができるが、図９では認識できないスプリングによって上方へ向かって予め張力が加えられる。保持輪２６および止め輪３２を簡単に取り外すことによって、また、下方板９８のネジを簡単に緩めることによって、膜３６は容易に交換することができる。膜３６は磨耗部品であり、適宜交換しなければならない。
【００４９】
膜３６の構成から、室ＭＫ１〜ＭＫ７がしかるべく加圧されたとき、伸張ベロー１１４ａと伸張ベロー縁１１４の締め付けによって、それが比較的大きな行程を有することが理解される。個々の環状室ＭＫ１〜ＭＫ７は互いに分離されており、それぞれ分配チャンネル系を経由してオン−オフバルブ４４（図１）または１０８（図８）に接続される。圧力センサー９８ならびにオン−オフバルブ１０８は、ラインに接続されないが、板９０、１００の分配チャンネル系、またはそれぞれスピゴット８２の対応する穴に直接接続することによって、スピンドル２２中のラインまたはチャンネル４６、６４（図１）に接続される。
【００５０】
図１１に示すように、止め輪３２がネジ１５６を用いて保持輪２６にネジ止めされる場合、下方板８８を取り除くために保持輪２６を取り外す必要がない。止め輪３２も磨耗部品であり、したがって、簡単に交換することができる。
【００５１】
図６において、２個のケーブル１６０、１６２の各々は対応する接合と導線を経由して保持具１０の天井部分１４に接続され、個々のワイヤはそれぞれオン−オフバルブ４４と１０８を起動するため、およびそれぞれ圧力センサー６４と９８からの信号を伝達するために、固定子５８とそのブラシに接続される。しかしこれに関して、ここではさらに詳細には取り扱わない。
【００５２】
図６、図７、図９から、保持具１０は適切なネジ止め接合によってスピンドルに取り付けることができることを見ることができる。例えば、他の保持具はスピンドル２２に取り付けることができ、または、必要であれば、保持具１０を簡単に取り外して保守と検査作業を行うことができる。スピゴット８２とスピンドル２２の対応する接合端部は、保持具１０がスピンドル２２へ正確な回転位置にねじ込まれるように実施されるので、３個のチャンネル４６、６４、７０はスピゴット８２の対応する孔に整列されることを理解すべきである。既に述べたように、スピゴット８２の孔は板９０、１００の分配チャンネル系に接続されるので、スピンドル２２のチャンネルは、それぞれオン−オフバルブ４４または１０８、およびそれぞれ圧力センサー６４または９８に接続される。加えて、分配チャンネル系は、オン−オフバルブの出力が個々の環状室ＭＫ１〜ＭＫ７に接続され、予め定めた放射方向の圧力プロファイルに従って、これらの室中の望ましい圧力を発生させ、装着されたウェーハ６０に対する膜３６の適切な接触圧力を提供する。図６において、中心孔１７０は上方板１００の中心孔１１０と整列され、またそれに整列された下方板８８の孔１７２に整列される。後者は再び膜３６の中心孔６８に整列される。この構成によって、既に述べたように、膜３６の底部側のウェーハ６０の存在を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係わる保持具の断面の概要図である。
【図２】研磨工程直前の研磨皿に関する本発明に係わる保持具の一部を示す図である。
【図３】作業面に装着されたウェーハを備える図２と同様の図である。
【図４】止め輪が第１の位置を占める、作業面に対するウェーハの接触圧力を示す図である。
【図５】止め輪が第２の位置を占める、図４と同様の図である。
【図６】本発明に係わる保持具の断面を全て詳細に示す図である。
【図７】いくつかの詳細を省いた図６と同様の図である。
【図８】図６および図７による保持具を天井部分を除去して示す平面図である。
【図９】組み立て部品を分解して示す図７と同様の図である。
【図１０】図６〜図９による保持具の膜を示す図である。
【図１１】図６または図７による保持具の縁部領域の拡大図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０                    保持具
１２                    円形筐体側壁
１４                    円形筐体天井部
１６                    保持板
２２                    縦駆動スピンドル
２６，３２              止め輪
３４                    環状室凹部
３６                    膜
４４，１０８            オン−オフバルブ
４６                    第１チャンネル
５４                    回転トランスジューサー
５６                    環状回転子
５８                    固定子
６０                    ウェーハ
６４，９８              圧力センサー
６８                    孔
７０                    チャンネル
７６                    研磨布
８２                    スピゴット
８８，９０，１００      単板
９６                    ブロック
１１４  １１４ａ        環状伸張ベロー
１２０                  環状窪み
１２２，１３４，１３６  締め付け輪
１２６                  縦チャンネル
１４０                  縦孔
１５２                  ネジ
ＭＫ１〜ＭＫ６          環状室
【図１】
2007507079.tif 000003
【図２】
2007507079.tif 000004
【図３】
2007507079.tif 000005
【図４】
2007507079.tif 000006
【図５】
2007507079.tif 000007
【図６】
2007507079.tif 000008
【図７】
2007507079.tif 000009
【図８】
2007507079.tif 000010
【図９】
2007507079.tif 000011
【図１０】
2007507079.tif 000012
【図１１】
2007507079.tif 000013
【国際調査報告】
2007507079.tif 000014
2007507079.tif 000015
2007507079.tif 000016
2007507079.tif 000017
2007507079.tif 000018
2007507079.tif 000019