(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダーにおいて、
研磨されるウェーハの面の反対面で前記ウェーハをホルディングするためのホルディング面が形成されたプレートと、
リングタイプとして形成され、前記プレートのホルディング面を間に置き、相互分離された少なくとも二つの部分で形成されるリテーナと、
前記リテーナに結合されて前記リテーナが作動されるようにするアクチュエ−タとを含み、前記リテーナは前記ウェーハの側面から前記ウェーハをホルディングすることを特徴とする化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項２】
前記リテーナの前記少なくとも二つの部分は、前記ウェーハがホルディングされた時クローズ形態を成して前記ウェーハの前側面から前記ウェーハをホルディングすることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項３】
前記リテーナは、前記プレートに結合され、前記ウェーハをホルディングした時、前記プレートホルディング面の側面に密着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項４】
前記アクチュエータは、モータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項５】
前記ウェーハホルダーは、前記プレートに連結される真空ソースを付加的に含み、前記ウェーハは、前記真空ソースにより前記ホルディング面に真空吸着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記真空ソースと連結され、前記真空ソースにより作動されることを特徴とする請求項５に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項７】
前記ウェーハホルダーは、前記リテーナの少なくとも二つの部分と各々対応されるように前記プレートに形成される少なくとも二つのスロットと、
前記リテーナの各部分に各々結合され、前記スロットに各々位置され、前記アクチュエータと連結されて前記アクチュエータの作動により前記リテーナが移動されるようにする少なくとも二つのピンとを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項８】
前記ウェーハは、フラットゾ−ンを有し、
前記リテーナは少なくとも二つの部分の中で一つの部分にストッパーを付加的に含み、前記ウェーハが前記ウェーハホルダーにローディングされる時、前記ストッパーがフラットゾーンに位置され、前記ウェーハの側面を支えるようにすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【請求項９】
前記リテーナは、前記ウェーハの側面に密着される内面に設けられ、弾力のあるインサートを付加的に含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス(electronic devices)を製造するための装置に関するものであり、より具体的にはＣＭＰ工程が進行される間ウェーハをホルデイングするための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学的機械的平坦化（chemical-mechanical planarization； 以下ＣＭＰという）工程は、集積回路(integrated circuits)の生産でウェーハ(wafer)の表面からマテリアル(material)を除去する。このＣＭＰ工程は、化学的機械的研磨(chemicaland mechanical polishing)とも言う。このＣＭＰ工程を遂行するためのＣＭＰ機械は、Brunelli等による米国特許第５７０２２９２号明細書で詳細に説明されている。ＣＭＰ機械はウェーハをポリシングパッド(polishing pad)に接触されるように位置させる。ポリシングパッドはウェーハと相対的に回転される。
【０００３】
一般的なＣＭＰ機械で、ウェーハはウェーハホルダー（wafer holder）に受容される。このウェーハホルダーは、パッド上に研磨されるウェーハ表面に位置する。このウェーハホルダーは、ウェーハの表面とポリシングパッドとの間にバイアスフォース(bias force)を加える。このウェーハホルダーは一般に研磨のためのウェーハが位置されるリセス(recess)を有する。そして、ＣＭＰ機械作業者により、ウェーハホルダーからウェーハの移動のための適当な所で、ウェーハホルダーがポリシングパッドから上げられた時、ウェーハはウェーハホルダーに継続受容されなければならない。
【０００４】
ウェーハホルダーでウェーハをホルディングするための多様な技術が使用されている。Ｇｉｆｌによる米国特許第５０９５６６１号明細書は、真空を用いてウェーハホルダーでウェーハをホルディングする方法を使用している。ウェーハホルダーは、解除できるチャッキング手段(releasable chucking means)を提供するために、一つ又は多数のポートを通じてポンプのような真空ソース（vacuum source)に連結される。又、このウェーハホルダーにはＣＭＰ機械の軸が結合され、ウェーハをポリシングパッド上で回転又は移送できるようにする。
【０００５】
Ｈｅｍｐｅｌ，Ｊｒ．による米国特許第５５９７３４６号明細書は、ウェーハホルダーのリテーナに対して取り扱っている。リテーナは、ウェーハホルダーでウェーハを受容する。リテーナは、ウェーハホルダーで真空吸着され、ウェーハが研磨工程遂行時外部へ離脱されることを防止する。
【０００６】
図１及び図２は、従来のウェーハホルダーのリテーナにウェーハが位置される状態を示すための図面である。
図１及び図２を参照すると、従来のウェーハホルダーのリテーナ３００は、クローズ形態で構成されている。リテーナ３００にはオープニング３０２が形成されているが、このオープニング３０２にはウェーハ３０４が受容される。ウェーハ３０４が受容される反対面から、オープニング３０２の上にはウェーハ３０４をホルディングするための構造が設けられる。
【０００７】
リテーナオープニング３０２の直径は、ウェーハ３０４を受容するため、ウェーハ３０４の直径より大きく形成されている。ウェーハ３０４がリテーナ３００に受容されたとき、図２に示されたように、ウェーハ３０４の側面とリテーナ３００と内面との間に間隙ｄが発生される。
【０００８】
この間隙は、ＣＭＰ工程でウェーハの研磨程度が不均一になるという問題の原因の一つである。例えば、ＣＭＰ工程が進行される時、ウェーハホルダーは高速にポリシングパッド上を移動しながら回転するようになる。ウェーハ３０４は真空吸着されてウェーハホルダーにホルディングされるが、ウェーハ３０４は、ウェーハホルダーの側面へ離脱しようとする傾向を有する。リテーナ３００は、ウェーハ３０４がウェーハホルダーの側面へ離脱することを防止する。しかし、ウェーハ３０４とリテーナ３００との間には間隙ｄがあるため、ウェーハ３０４は、リテーナオープニング３０２の上で動く。
【０００９】
従来のウェーハホルダーの構造は、ＣＭＰ工程で反復的に発生される問題の中の一つであるウェーハの研磨(polish)程度が異なるという問題の原因の一つになり、また、ウェーハの側面の損傷(broke)の原因にもなり得る。ウェーハの研磨程度が異なるということは、ウェーハの加工面上で過度に研磨された領域(over-polished areas)と研磨不十分領域(under-polished areas)が局部的に発生されるということである。
【００１０】
このウェーハの領域は、集積回路構造(integrated circuit structures)を生成するためのフォトリソグラフィックエッチング(photolithographic etching)のような工程で、この研磨程度の差が付加的に進行される。ウェーハ上で機能的にダイ(functional die)の高い収率を提供するための平坦化された層での厚さ差は、優れた解像度公差(fine resolution tolerances)を維持することは非常に難しい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、研磨工程が遂行される時、ウェーハがウェーハホルダー内で動くことを防止するための新たな形態の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダーを提供することある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の特徴によると、化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダーは、プレート、リテーナ、そしてアクチュエータ(actuator)を含むように構成される。プレートは、研磨されるウェーハの面の反対面でウェーハをホルディングするためのホルディング面が形成されている。リテーナは、リングタイプとして形成され、プレートのホルディング面を間に置き、相互分離された少なくとも二つの部分として形成される。アクチュエータは、リテーナに結合されてリテーナが作動されるようにする。
【００１３】
このようなウェーハホルダーでリテーナの少なくとも二つの部分は、ウェーハがホルディングされた時クローズ形態を成してウェーハの前側面からウェーハがホルディングできる。リテーナは、プレートに結合され、ウェーハをホルディングした時プレートホルディング面の側面に密着される。又、アクチュエータはモータでありうる。ウェーハホルダーは、プレートに連結される真空ソースを付加的に含め、アクチュエータは真空ソースと連結され、真空ソースにより作動できる。
【００１４】
ウェーハホルダーは、リテーナの少なくとも二つの部分と各々対応されるようにプレートに形成され、リテーナの各部分が動作される方向と同一に形成される少なくとも二つのスロットとリテーナの少なくとも二つの部分に各々結合され、スロットに各々位置され、アクチュエータと連結され、アクチュエータの作動によりリテーナが移動されるようにする少なくとも二つのピンを含める。
【００１５】
ウェーハはフラットゾーンを有し、リテーナは少なくとも二つの部分の中で一つの部分にストッパーを付加的に含み、ウェーハがウェーハホルダーにローディングされる時、ストッパーがフラットゾーンに位置されてウェーハの側面を支えるようにすることができる。リテーナは、ウェーハの側面に密着される内面に設けられるそして弾力があるインサートを付加的に含める。
【００１６】
このような本発明の化学的機械的平坦化機械のためのウェーハホルダーは、ウェーハとリテーナとの間で間隙が発生しない。この構造はウェーハを安定的にホルディングし、ウェーハの研磨工程が遂行される時、ウェーハがウェーハのホルダー内部で動かないようにする。このウェーハホルダーは、ウェーハホルダー内でウェーハの動きにより発生される不均一の研磨面が発生するのを最小限に抑制できる。従って、平坦化された研磨面を有するウェーハを提供してチップ収率を高められる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に添付された図３乃至図１０に基づいて詳細に説明する。又、図面で同一の機能を遂行する構成要素に対しては同一の参照番号を併記する。
図３乃至図５は、本発明の実施形態によるウェーハホルダーのリテーナ(retainer)を示した図面であり、図６及び図７は図３の変形例によるウェーハホルダーのリテーナである。
【００１８】
図３乃至図５を参照すると、本発明の実施形態によるウェーハホルダーのリテーナ１０は、三部分１０−１，１０−２，１０−３によって構成されている。このリテーナの三部分１０−１，１０−２，１０−３は相互結合関係を有する。リテーナ１０は、ウェーハ１２がホルディングできるように構成されるので、リテーナの三部分１０−１，１０−２，１０−３は相互結合された時、ウェーハ１２がホルディングできるように形成される。
【００１９】
リテーナの三部分１０−１，１０−２，１０−３の結合は中間にオープニング(opening)１４を形成する。このオープニング１４にはウェーハ１２が位置されるので、リテーナの三部分１０−１，１０−２，１０−３の内面はウェーハ１２の側面形態と同じように形成される。一般的に、ウェーハ１２は円型の形態を有するので、オープニング１４は円型の形態を有する。詳細に後述するが、リテーナの三部分１０−１、１０−２、１０−３はウェーハホルダーに設けられるアクチュエータにより作動される。
【００２０】
ＣＭＰ工程で本発明の実施形態によるウェーハホルダーを使用する場合、ウェーハをホルディングする段階で、リテーナの三部分１０−１，１０−２，１０−３を作動させてウェーハ１２を側面からホルディングする段階を付加的に進行する。例えば、一般的なＣＭＰ機械でウェーハを真空吸着してホルディングする方法が使用されるウェーハホルダーは既に知られている。本実施形態のウェーハホルダーは三つの部分１０−１，１０−２，１０−３として分割されたリテーナ１０により、ウェーハ１２を側面からホルディングできる。
【００２１】
このウェーハホルダーのリテーナ１０はウェーハを受容するだけでなく、図４及び図５に示されたように、ウェーハ１２を側面からホルディングできるようにする。即ち、研磨工程が遂行されるウェーハ１２とリテーナ１０との間に間隙が発生されない。リテーナ１０の内面には弾力があるインサート（図示せず）が設けられる。このインサートは、リテーナ１０からウェーハ１２に作用される力を分散させるので、ウェーハ１２を保護する役割を果たす。
【００２２】
図６及び図７は、前述した本発明の実施形態で変形されたリテーナ１０’を示している。
図６及び図７を参照すると、リテーナ１０’の三部分１０−１’，１０−２’，１０−３’の中の一部１０−２’にはストッパー１８が形成されている。このストッパー(stopper)１８はウェーハ１２のフラットゾーン１６に位置されるように形成される。一般的に、ウェーハのフラットゾーン１６は、ウェーハ１２上に半導体素子を形成する時、ウェーハ１２の基準を設定するために非常に有効に使用される。本変形例はＣＭＰ工程を進行する時、ウェーハのフラットゾーン１６へ力が加えられる場合にリテーナ１０’で支えるようにするためである。
【００２３】
もちろん、フラットゾーンを使用しない場合には、前述した本発明の実施形態によるリテーナが設けられたウェーハホルダーを使用すればよい。このようなウェーハのフラットゾーンに結合されるストッパーを使用する場合、ウェーハホルダーに使用される重さ中心調節装置が必要としないので、ウェーハホルダーの構造を単純に構成できる。
【００２４】
図８は、前述したリテーナが設けられたウェーハホルダーを示している。
図８を参照すると、ウェーハホルダー４０はリテーナ１０，マウンティングプレート(mounting plate)２０，マニフォルドプレート(manifold plate)２２，そしてトッププレート(top plate)２４等で構成される。トッププレート２４にはＣＭＰ機械にウェーハホルダーを連結するための各種部分が形成される。一例として、トッププレート２４にはＣＭＰ機械の駆動軸２６が結合される部分が形成される。
【００２５】
ＣＭＰ機械でウェーハホルダー４０の運動方法は色々方法が知られているので、詳細な説明は省略する。例えば、ウェーハホルダー４０は、駆動軸２６により、ポリシングパッドに上へ向く力が作用され、ポリシングパッド（厳密に言えば、ベース(base)）の運動に対して相対的な運動をする。一般的に、ＣＭＰ機械は真空を用いてウェーハをホルディングする方法が使用されている。真空を用いてウェーハをホルディングするウェーハホルダーは既に知られているので、詳細な説明は省略する。
【００２６】
もちろん、ウェーハをホルディングするための他の方法が使用できることは、この分野の通常的な知識を持っている者なら自明である。トッププレート２４，マニフォルドプレート２２，そしてマウンティングプレート２０にはウェーハを真空にホルディングするために、真空ソースと連結された構造が形成される。マウンティングプレート２０は、図８に示したように、ウェーハを真空吸着してホルディングするために、ウェーハが位置する面上へ多数のホールが形成されている。マニホールドプレート２２は真空ソースとマウンティングプレート２０に形成された多数のホールを連結するための構造が形成される。
【００２７】
マウンティングプレート２０でウェーハが真空吸着される部分（holding side；以下、ホルディング面）はリテーナ１０のオープニング１４に位置される。即ち、リテーナ１０はリングタイプに形成され、マウンティングプレート２０のホルディング面を間に置き、位置される。結論的に、本発明の実施形態によるウェーハホルダー４０でウェーハはマウンティングプレート２０のホルディング面に真空吸着され、リテーナ１０により両側面からホルディングされる。
【００２８】
図９及び図１０は、本発明の実施形態によるウェーハホルダーでリテーナを動作させるための方法を示した図面である。
図９及び図１０を参照すると、リテーナ１０はマウンティングプレート２０上に配置されるシリンダ３６によりホルディング／分離動作をする。シリンダ３６は、リテーナ１０を動作させるためのアクチュエータである。例えば、アクチュエータは、電気及び油圧モータ又はポンプ等と多様な形態として連結できることは、この分野の従事者は理解されやすいことである。又、アクチュエータの動力源は、多様な形態が使用できる。
【００２９】
本実施形態でシリンダ３６はウェーハホルダー４０で使用される真空ソースと連結されて作動される。シリンダ３６の制御は、ウェーハホルダー４０を制御するコントローラ（図示せず）を使用すると、簡単に適用できることである。これはこの分野の通常的な知識を持っている者なら自明である。シリンダ３６は、リテーナ１０と連結されて設けられる三つのピン３２と連結されたロッカー３４と連結されている。ロッカー３４はリテーナ１０が安定して作動するように、シリンダ３６と三つのピン３２を連結させる。リテーナ１０は前述したように、二つの以上の部分によって構成できる。
【００３０】
従って、ピン３２は、リテーナ１０の部分に各々構成される。ピン３２は、マウンティングプレート２０に形成されたスロット３０を通じてロッカー３４に結合される。スロット３０の長さはリテーナ１０部分の各ストローク(stroke)に合わせて設定できる。ピン３２とスロット３０は、リテーナ１０を安定的に動作させるように構成する。本実施形態でピン３２はリテーナ１０の各部分で三つずつ設けた。スロット３０にピン３２が各々位置する。シリンダ３６は、リテーナ１０の部分の数に従って設けられるものである。
【００３１】
【発明の効果】
このような本発明を適用すると、ウェーハホルダーとリテーナとの間で間隙が発生されないため、ウェーハを安定してホルディングし、ウェーハの研磨工程が遂行される時、ウェーハがウェーハのホルダー内部で動かないようにすることができる。ウェーハホルダーは、ウェーハホルダー内でウェーハの動きにより発生される、不均一の研磨面が発生するのを最小限に抑制できる。
【００３２】
従って、平坦化された研磨面を有するウェーハを提供してチップの高い収率が提供できる。一方、ウェーハのフラットゾーンに結合されるストッパーを使用する場合、ウェーハホルダーに使用される重さ中心調節装置が必要とされないので、ウェーハホルダーの構造が単純に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の化学的機械的平坦化機械でウェーハホルダーのリテーナにウェーハがローディングされた状態を説明するための図面である。
【図２】  図１の断面１Ｂ−１Ｂを示した断面図である。
【図３】  ウェーハがローディングされる前、本発明の実施形態による化学的機械的平坦化機械でウェーハホルダーのリテーナの状態を説明するための図面である。
【図４】  図３のリテーナにウェーハがローディングされた後の状態を説明するための図面である。
【図５】  図４の断面３Ｂ−３Ｂを示した断面図である。
【図６】  図３の変形例によるウェーハホルダーのリテーナを説明するための図面である。
【図７】  図３の変形例によるウェーハホルダーのリテーナを説明するための図面である。
【図８】  図３のリテーナが適用されたウェーハホルダーの断面図である。
【図９】  図７のリテーナの動作を説明するための図面である。
【図１０】  図７のリテーナの動作を説明するための図面である。
【符号の説明】
１０，１０’  リテーナ
１０−１，１０−１’  第１リテーナ部分
１０−２，１０−２’  第２リテーナ部分
１０−３，１０−３’  第３リテーナ部分
１２  ウェーハ
１４，１４’  オープニング
１６  フラットゾーン
１８  ストッパー
２０  マウンティングプレート
２２  マニホールドプレート
２４  トッププレート
２６  駆動軸
３０  スロット
３２  ピン
３４  ロッカー
３６  シリンダ
４０  ウェーハホルダー
【図１】
0003834444.tif 000002
【図２】
0003834444.tif 000003
【図３】
0003834444.tif 000004
【図４】
0003834444.tif 000005
【図５】
0003834444.tif 000006
【図６】
0003834444.tif 000007
【図７】
0003834444.tif 000008
【図８】
0003834444.tif 000009
【図９】
0003834444.tif 000010
【図１０】
0003834444.tif 000011