DE102006057075A1

DE102006057075A1 - Chucking surface 's shape measuring method for wafer-chuck, involves reproducing mechanical contact requirements arising in chemical mechanical polishing process between wafer-chuck, backing film, wafer, polishing pad and polishing table

Info

Publication number: DE102006057075A1
Application number: DE200610057075
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Herold; Steffen Dipl.-Ing. Eckner
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-05

Abstract

The method involves measuring a chucking surface (4) of a wafer-chuck (1) for a wafer (5) to be received to be planarized using a chemical mechanical polishing (CMP) process. Mechanical contact requirements arising in the CMP process between the wafer-chuck, a backing film (7), the wafer, a polishing pad and a polishing table are reproduced, and a downforce caused by wafer processing on the surface are reproduced with an optical, electrical and/or mechanical accessibility of the surface. A shape of the surface is measured under the reproduced requirements at the wafer and/or the chuck. An independent claim is also included for a device for measuring a shape of a chucking surface of a wafer-chuck, comprising a bridge-like structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Form eines Wafer-Chucks, speziell der Aufspannfläche zur Aufnahme eines zu planarisierenden Wafers, wobei die Planarisierung der Waferoberfläche zur Schaffung eines definierten Ausgangszustands für nachfolgende Prozesse der Waferbearbeitung dient.The The invention relates to a method and a device for measuring the shape of a wafer chuck, especially the clamping surface for Image of a wafer to be planarized, wherein the planarization the wafer surface to create a defined initial state for subsequent ones Processes of wafer processing is used.

Zur Planarisierung der Waferoberfläche wird der zu bearbeitende Wafer auf einer am Wafer-Chuck vorhandenen Aufspannfläche aufgenommen und einem CMP-Prozess (Chemo-mechanical Polishing) unterzogen, indem der Wafer unter Zufuhr einer chemisch und abrasiv wirksamen Poliersuspension (slurry) über den an einer angetriebenen Spindel befestigten Wafer-Chuck auf einen ebenfalls rotierenden mit einem Polierpad beklebten Poliertisch mit einer prozesstypischen Normalkraft (Down Force) gedrückt wird und üblicherweise eine zusammengesetzte Bewegung (Rotation des Wafer-Chucks mit Wafer, Rotation des Poliertellers sowie kurzhubige radiale Schwingbewegung des Wafer-Chucks) ausführt.to Planarization of the wafer surface is the wafer to be processed on a wafer Chuck present clamping recorded and subjected to a CMP process (chemo-mechanical polishing), by supplying the wafer with a chemical and abrasive effective Polishing suspension (slurry) over attached to a driven spindle wafer chuck on a also rotating polishing pad with a polishing pad with a process-typical normal force (down force) is pressed and usually a composite movement (rotation of the wafer chuck with wafer, Rotation of the polishing plate and short-stroke radial swinging motion of the wafer chuck).

Der Abtrennvorgang auf dem Wafer erfolgt über die abrasive Wirkung der in der Poliersuspension enthaltenen Partikel auf die durch chemische Einwirkung veränderte Oberflächenschicht.Of the Separation on the wafer takes place via the abrasive effect of in the polishing suspension contained particles on by chemical Impact changed Surface layer.

Erfahrungsgemäß hat die aus der Art der Halterung des Wafers im CMP-Prozess sich ergebende Form des Wafers großen Einfluss auf das Ergebnis der CMP-Bearbeitung, insbesondere auf die gleichmäßige Verteilung des Abtrages über der Waferfläche. Das kann u. a. den Einsatz von Wafer-Chucks mit anwendungsspezifisch definierter Formabweichung von der Ebene, die Aufbringung eines Gasdruckes auf der Rückseite des Wafers oder die Anwendung spezieller aktiv deformierbarer Wafer-Chucks erforderlich machen. In diesen Fällen sind eine oder gar wiederholte Messungen der Form des Wafer-Chucks und/oder eines darauf aufgespannten Wafers zur Prozesskontrolle zweckmäßig bzw. erforderlich.Experience has shown that resulting from the way the wafer is held in the CMP process Shape of the wafer big Influence on the result of CMP processing, especially on the even distribution of the deduction over the wafer surface. That can u. a. the use of wafer chucks with application specific defined form deviation from the plane, the application of a Gas pressure on the back of the wafer or the application of special actively deformable wafer chucks make necessary. In these cases are one or even repeated measurements of the shape of the wafer chuck and / or of a wafer mounted thereon for process control appropriate or required.

Mit der Erfindung wird eine solche Messung unter anwendungsnahen Bedingungen sowohl bei der Herstellung von Wafer-Chucks als auch zur Überprüfung derselben beim Anwender ermöglicht.With The invention will be such a measurement under application conditions both in the manufacture of wafer chucks and in their verification enabled by the user.

Die Messung der Form von Objektoberflächen ist auf unterschiedlichste Weise möglich. In der Praxis werden zur Geradheits- bzw. Ebenheitsmessung im wesentlichen zwei grundsätzliche Prinzipe angewendet: a) Abstandsmessungen zu einem verkörperten oder optischen Geradheits- oder Ebenheitsnormal sowie b) Neigungsmessungen zu einer Referenzlinie (beispielsweise Warnecke, H.-J., Dutschke, W., Grode, H.-P.: Fertigungsmesstechnik: Handbuch für Industrie und Wissenschaft, Springer-Verlag Berlin, 1984 oder Moore , W.R.: Die Grundlagen der mechanischen Genauigkeit, Technischer Verlag Günter Großmann Stuttgart Vaihingen, 1985 ). Es ist bekannt, einen Dreifuss mit zentrisch angebrachter Messuhr (Feinzeiger) oder ein sogenanntes Ring-Sphärometer zu verwenden. Damit wird der Abstand des Kontaktpunktes der Messuhr (Feinzeiger) von der Ebene gemessen, welche durch die drei Auflagepunkte aufgespannt wird. Die Kalibrierung erfolgt auf einer bekannten Oberfläche. Je Messung wird lediglich ein lokaler Wert erfasst. ( Karow, H. H.: Fabrication Methods for Precision Optics, John Wiley & Sons New York 1993 ).The measurement of the shape of object surfaces is possible in many different ways. In practice, essentially two basic principles are used for straightness or flatness measurements: a) distance measurements to an embodied or optical straightness or flatness standard and b) inclination measurements to a reference line (for example Warnecke, H.-J., Dutschke, W., Grode, H.-P .: Metrology: Handbook for Industry and Science, Springer-Verlag Berlin, 1984 or Moore . WR: The Fundamentals of Mechanical Accuracy, Technische Verlag Günter Großmann Stuttgart Vaihingen, 1985 ). It is known to use a tribrach with a centrically mounted dial indicator (dial indicator) or a so-called ring spherometer. Thus, the distance of the contact point of the dial gauge (dial indicator) is measured from the plane, which is spanned by the three support points. The calibration is done on a known surface. Only one local value is recorded for each measurement. ( Karow, HH: Fabrication Methods for Precision Optics, John Wiley & Sons New York 1993 ).

Zur mechanischen Abtastung von Oberflächen sind auch Profilometer bekannt (z. B. Dutschke, W.: Fertigungsmesstechnik, B. G. Teubner Stuttgart, 1990 ), die im Wesentlichen aus einer hochgenauen Führung und einer verfahrbaren Pinole bestehen, an der ein hochauflösender taktiler oder optischer Abstandssensor angebracht ist. Die Signale des Abstandssensors werden aufgezeichnet und meist rechnergestützt ausgewertet.For the mechanical scanning of surfaces also profilometers are known (eg. Dutschke, W .: Production Metrology, BG Teubner Stuttgart, 1990 ), which consist essentially of a high-precision guide and a movable quill on which a high-resolution tactile or optical distance sensor is mounted. The signals of the distance sensor are recorded and evaluated mostly computer-aided.

Bekannt sind des Weiteren Rundheitsmessgeräte (z. B. Dutschke, W.: Fertigungsmesstechnik, B. G. Teubner Stuttgart, 1990 ), die im Wesentlichen aus einem hochgenauen Rundtisch und einer radial verfahrbaren Pinole bestehen. An dieser Pinole ist, wie bei Profilometern, wiederum ein vorgenannter hochauflösender Abstandssensor zur Signalauswertung angebracht.Further known are roundness measuring devices (eg Dutschke, W .: Production Metrology, BG Teubner Stuttgart, 1990 ), which consist essentially of a high-precision rotary table and a radially movable quill. As in the case of profilometers, this quill is again fitted with an aforementioned high-resolution distance sensor for signal evaluation.

Solche kommerziell verfügbaren Rundheitsmessgeräte sind in der Mehrheit so ausgestattet, dass neben der Formabweichung vom Kreis auch die Formabweichung vom Zylinder und die Formabweichung von der Gerade bzw. Ebene gemessen werden kann.Such commercially available Roundness measuring instruments are equipped in the majority so that in addition to the shape deviation from the circle also the shape deviation from the cylinder and the shape deviation can be measured from the straight line or plane.

Letztgenanntes geschieht dadurch, dass die üblicher Weise rotationssymmetrischen Teile des Rundheitsmessgerätes durch die Bewegung des Rundtisches sowie die radiale, gleichzeitige oder intermittierende Bewegung der Pinole die Stirnfläche des Messobjektes auf konzentrischen Kreisen oder einer Spiralbahn quasi-kontinuierlich abtasten. Die rechnergestützte Auswertung der sich ergebenden Punktewolke ergibt dann die Formabweichung von der Ebene.The latter happens because the usual Way rotationally symmetrical parts of the roundness by the movement of the rotary table as well as the radial, simultaneous or intermittent movement of the quill the end face of the measurement object on concentric Scanning circles or a spiral path quasi-continuously. The computer-aided evaluation the resulting point cloud then gives the shape deviation of the Level.

Weiterhin ist bekannt (z. B. Weckenmann, A.; Gawande, B.: Koordinatenmeßtechnik: flexible Meßstrategien für Maß, Form und Lage, Hanser Verlag München, 1999 ), die zu vermessende Oberfläche mittels eines Koordinatenmessgerätes an diskreten Punkten in einem kartesischem Koordinatensystem anzutasten und die ermittelte Punktwolke wiederum rechnergestützt auszuwerten.Furthermore, it is known (for example Weckenmann, A .; Gawande, B .: Coordinate measuring technology: flexible measurement strategies for measurement, shape and position, Hanser Verlag Munich, 1999 ) to touch the surface to be measured by means of a coordinate measuring machine at discrete points in a Cartesian coordinate system and to evaluate the determined point cloud again computerized.

Bekannt sind ebenfalls kapazitive und optische Verfahren zur Oberflächenvermessung. Zur optischen Vermessung werden beispielsweise Interferometer (z. B. Karow, H. H.: Fabrication Methods for Precision Optics, John Wiley & Sons New York, 1993 ) eingesetzt. Lässt man Lichtwellen zwischen der zu messenden Fläche und einer bekannten Referenzfläche interferieren, so entstehen in Abhängigkeit von der Formabweichung beider Flächen typische Interferenzmuster. Diese Muster können subjektiv oder mittels Kamera und rechnergestützter Bildverarbeitung zur Messung der Formabweichung genutzt werden. Bei senkrechtem Lichteinfall auf die zu messende Fläche muss diese allerdings eine sehr geringe Lichtstreuung aufweisen (spiegelnde Oberfläche). Bei Verwendung des Verfahrens mit streifendem Lichteinfall können auch diffus reflektierende Oberflächen vermessen werden.Also known are capacitive and optical methods for surface measurement. For optical measurement, for example, interferometers (eg. Karow, HH: Fabrication Methods for Precision Optics, John Wiley & Sons New York, 1993 ) used. If light waves are allowed to interfere between the surface to be measured and a known reference surface, typical interference patterns are produced depending on the shape deviation of both surfaces. These patterns can be used subjectively or by camera and computer-aided image processing to measure the shape deviation. In the case of normal incidence of light on the surface to be measured, however, it must have very little light scattering (specular surface). When using the grazing light method, diffuse reflecting surfaces can also be measured.

Kapazitive Sensoren werden u. a. für Rundlaufmessungen an Werkzeugmaschinenspindeln eingesetzt. Bei Verwendung eines genügend genauen Positioniersystems zur Relativbewegung zwischen Sensor und Messobjekt ist damit auch eine Formmessung von Bauteiloberflächen denkbar.capacitive Sensors are u. a. For Concentricity measurements on machine tool spindles used. Using one enough exact positioning system for the relative movement between sensor and Measuring object is thus also a form measurement of component surfaces conceivable.

Allen bekannten Methoden liegt der Nachteil zu Grunde, dass die Aufspannfläche des Wafer-Chucks bzw. die Waferoberfläche separat, nicht jedoch unter Bedingungen der Waferherstellung vermessen werden kann. Durch die Kräfte im Bearbeitungsprozess wirken jedoch erhebliche den Wafer-Chuck sowie den Wafer verformende Beanspruchungen auf den Wafer-Chuck bzw. den Wafer selbst ein, so dass sich auf den Bearbeitungsprozess auswirkende Formabweichungen ergeben können, welche das Ergebnis der Waferbearbeitung beeinflussen können. In der Praxis werden deshalb wiederholt Kontrollmessungen bei der Waferfertigung durchgeführt, welche den Herstellungsaufwand erhöhen. Nachteilig ist auch, dass Forderungen von Waferherstellern, die anwenderspezifisch auf spezielle Herstellung der Wafer ausgerichtet sind und fertigungstypisch sehr unterschiedlich sein können, beim Hersteller des Wafer-Chucks, welcher keinen direkten Bezug zur Waferherstellung besitzt, so gut wie keine Berücksichtigung finden können.all known methods is based on the disadvantage that the clamping surface of the Wafer chucks or the wafer surface separately, but not below Conditions of wafer production can be measured. By the personnel In the machining process, however, the wafer chuck has a significant impact as well as the wafer deforming stresses on the wafer chuck or the wafer itself, so that affects the machining process may result in deviations in form which are the result of Can affect wafer processing. In practice, therefore, repeated control measurements in the Wafer production carried out, which increase the production cost. Another disadvantage is that Demands of wafer manufacturers who are user-specific to special Manufacture of the wafers are geared and production typical very can be different at the manufacturer of the wafer chuck, which has no direct relation for wafer production, almost no consideration can find.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Form des Wafer-Chucks, die einen wesentlichen Einfluss auf die reproduzierbare Genauigkeit bei der Oberflächenbearbeitung des Wafers hat, unter prozessäquivalenten Bedingungen der Waferherstellung zu messen. Einerseits soll dadurch der Aufwand für eine Fehlerdiagnose bei der Waferherstellung verringert werden, andererseits wäre es wünschenswert, wenn bei der Wafer-Chuck-Fertigung dessen Form betreffend unmittelbar bereits anwendungsspezifische Forderungen der Waferhersteller erfüllt werden können.Of the Invention is based on the object, the shape of the wafer chuck, which has a significant impact on reproducible accuracy in the surface treatment of the wafer has, under process equivalents Conditions of wafer production to measure. On the one hand, it should the effort for one Error diagnosis in wafer production can be reduced, on the other hand would it be desirable if in wafer chuck manufacturing its form concerning already directly application-specific Requirements of wafer manufacturers can be met.

Erfindungsgemäß wird der Aufbau zur Oberflächenbearbeitung des Wafers mit der im CMP-Bearbeitungsvorgang auf die Aufspannfläche des Wafer-Chucks wirkenden Normalkraft nachgebildet und die Form des Wafer-Chucks vermessen, so dass für diesen Messvorgang die im CMP-Prozess zwischen dem Wafer-Chuck, einem Backingfilm, dem Wafer, einem Polierpad und einem Poliertisch auftretenden mechanischen Kontaktbedingungen (Belastung des Wafer-Chucks) mit einer optischen, elektrischen, und/oder mechanischen Zugänglichkeit der Aufspannfläche des Wafer-Chucks mit oder ohne Wafers (bzw. dessen Nachbildung) selbst unter für die nachfolgende Waferbearbeitung reellen Anwendungsbedingungen simuliert werden. Unter diesen Anwendungsbedingungen, welche im CMP-Prozess den Wafer-Chuck belasten und ggf. verformen, wird die bei der Oberflächenbearbeitung des aufzunehmenden bzw. aufgenommenen Wafers wirksame Form der Aufspannfläche direkt (oder indirekt über den Wafer bzw. dessen Nachbildung) gemessen.According to the invention Surface treatment of the wafer with the CMP machining operation on the clamping surface of the Wafer-Chucks acting normal force and the shape of the Measure wafer chucks, so that for this measuring process in the CMP process between the wafer chuck, a backing film, the wafer, a Polishing pad and a polishing table occurring mechanical contact conditions (Loading of the wafer chuck) with an optical, electrical, and / or mechanical accessibility the clamping surface the wafer chuck with or without wafers (or its replica) even under for the subsequent wafer processing real conditions of use be simulated. Under these conditions of use, which in CMP process load the wafer chuck and possibly deform, which is at the surface treatment the recorded or recorded wafer effective shape of the clamping surface directly (or indirectly via the wafer or its replica).

Werden bei der Messung Formabweichungen festgestellt, so kann die Oberfläche der Aufspannfläche des Wafer-Chucks formgebend verändert werden. So kann insbesondere bei einem formeinstellbaren Wafer-Chuck die Aufspannfläche beispielsweise durch vorhandene Piezo-Aktoren entsprechend eingestellt werden. Bei formstarren Wafer-Chucks wird die Aufspannfläche im Ergebnis der besagten Messungen ggf. mechanisch nachbearbeitet.Become detected in the measurement form deviations, the surface of the clamping the shape of the wafer chuck changed shape become. Thus, in particular with a shape-adjustable wafer chuck the clamping surface For example, adjusted by existing piezo actuators accordingly become. For rigid wafer chucks becomes the clamping surface possibly mechanically reworked as a result of said measurements.

Die Messung kann sowohl für den Herstellungsprozess von Wafer-Chucks durchgeführt werden als auch unmittelbar zur Kontrolle von Wafer-Chucks beim Anwender.The Measurement can be both for the manufacturing process of wafer chucks as well as directly to the control of wafer Chucks at the user.

Der nachgebildete Aufbau zur Formmessung des Wafer-Chucks weist erfindungsgemäß eine optische, elektrische, und/oder mechanische Zugänglichkeit der Aufspannfläche des Wafer-Chucks auf, so dass diese trotz Einwirkung der im Wesentlichen nachgebildeten Normalkraft des simulierten Wafer-Bearbeitungsprozesses durch einen oder mehrere Sensoren abgetastet werden kann, ohne die mechanische Stabilität und die Kontaktbedingungen des CMP-Prozesses nennenswert zu beeinträchtigen. Beispielsweise wird hierfür bei einer mechanischen Zugänglichkeit der Aufspannfläche des Wafer-Chucks durch eine Nut eine taktile Messung realisiert.Of the modeled structure for measuring the shape of the wafer chuck has according to the invention an optical, electrical and / or mechanical accessibility of the clamping surface of the Wafer Chucks on, so this despite the effect of essentially replicated Normal force of the simulated wafer processing process by a or multiple sensors can be scanned without the mechanical stability and appreciably affect the contact conditions of the CMP process. For example will do this at a mechanical accessibility the clamping surface the wafer chuck realized by a groove tactile measurement.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to the drawing embodiments be explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Prinzipdarstellung eines an sich bekannten Wafer-Chucks mit einem für einen Polierprozess aufgenommenen Wafer 1 : Schematic representation of a be knew wafer chucks with a wafer taken for a polishing process

2: beispielhafte Vorrichtung in Front- und Seitendarstellung mit über die Aufspannfläche des Wafer-Chucks verschiebbaren Abstandssensoren 2 : Exemplary device in front and side view with displaceable over the clamping surface of the wafer Chucks distance sensors

3: Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 2 mit geteilter Grundplatte zur Ausbildung eines Spaltes für verschiebbare Abstandssensoren 3 : Top view of the device according to 2 with divided base plate for forming a gap for displaceable distance sensors

4: Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 2 mit in Längsrichtung begrenzter Nut zur Ausbildung eines Spaltes in der Grundplatte für verschiebbare Abstandssensoren 4 : Top view of the device according to 2 with longitudinally delimited groove for forming a gap in the base plate for displaceable distance sensors

5: Draufsicht auf die Grundplatte einer beispielhaften Vorrichtung mit mehreren Durchbrüchen für ortsfest angeordnete Abstandssensoren 5 : Top view of the base plate of an exemplary device with multiple openings for fixedly arranged distance sensors

6: beispielhafte Vorrichtung zur interferometrischen Formmessung der Aufspannfläche des Wafer-Chucks 6 : Exemplary device for interferometric shape measurement of the clamping surface of the wafer chuck

1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Wafer-Chucks 1 mit einem Anschlussteil 2 zu einer aus Übersichtsgründen nicht dargestellten Antriebsspindel in einer Poliermaschine und mit einem Retaining-Ring 3. An einer Aufspannfläche 4 des Wafer-Chucks 1 wird ein Wafer 5 für den Polierprozess aufgenommen, welcher durch ein Vakuum-Spannsystem 6 des Wafer-Chucks 1 gehalten wird zwecks Handling des Wafers 5 vor und nach dem Polieren (CMP-Prozess). Der Retaining-Ring 3 verhindert während des Poliervorgangs die radiale Verschiebung des aufgenommenen Wafers 5 relativ zum Wafer-Chuck. 1 shows a simplified representation of a wafer chuck 1 with a connection part 2 to a drive spindle, not shown for reasons of clarity in a polishing machine and with a retaining ring 3 , On a clamping surface 4 the wafer chuck 1 becomes a wafer 5 taken up for the polishing process, which by a vacuum clamping system 6 the wafer chuck 1 is held for the purpose of handling the wafer 5 before and after polishing (CMP process). The retaining ring 3 prevents during the polishing process, the radial displacement of the recorded wafer 5 relative to the wafer chuck.

Die herausgezogene Detailvergrößerung zeigt die Aufspannfläche 4 an der Unterseite des Wafer-Chucks 1 zur Aufnahme des Wafers 5. Auf die Aufspannfläche 4 wird zur Realisierung geeigneter Kontaktbedingungen (elastische Auflage, Reibkontakt) ein sogenannter Backingfilm 7 aufgeklebt, an welchem der Wafer 5 mit seiner Rückseite anliegt. Durch die Geometrie der Aufspannfläche 4 am Wafer-Chuck wird die Druckverteilung am Wafer 5 während des CMP-Prozesses und damit das Polierergebnis maßgeblich beeinflusst. Aus diesem Grund soll die Geometrie der Aufspannfläche 4 durch nachfolgend beschriebene beispielhafte Vorrichtungen unter Bedingungen, die denen des Poliervorgangs weitgehend ähnlich sind, vermessen werden.The extended detail enlargement shows the clamping surface 4 at the bottom of the wafer chuck 1 for receiving the wafer 5 , On the clamping surface 4 is to realize suitable contact conditions (elastic support, frictional contact) a so-called backing film 7 glued to which the wafer 5 with its back resting. Due to the geometry of the clamping surface 4 on the wafer chuck the pressure distribution on the wafer becomes 5 during the CMP process and thus significantly influenced the polishing result. For this reason, the geometry of the clamping surface 4 be measured by exemplary devices described below under conditions that are substantially similar to those of the polishing process.

Eine erste Vorrichtung, mit welcher die im CMP-Prozess auftretenden und kräftemäßig auf die Aufspannfläche 4 des Wafer-Chucks 1 einwirkenden Anwendungsbedingungen nachgebildet werden, zeigt 2 sowohl in Front- als auch in Seitenansicht.A first device with which the forces occurring in the CMP process and in terms of power on the clamping surface 4 the wafer chuck 1 shows reproduced application conditions shows 2 both in front and in side view.

Die Vorrichtung enthält eine auf einem Untergestell 8 abgestützte Grundplatte 9, auf dessen Auflagefläche sich der Wafer-Chuck 1 befindet. Über der Grundplatte 9 ist ein brückenartiger Aufbau 10 angeordnet mit einer Gewindespindel 11 zur Aufbringung einer entsprechend dem Poliervorgang nachgebildeten prozesstypischen Normalkraft (Downforce) auf den Wafer-Chuck 1. Diese Kraftaufbringung durch Gewindespindel 11 kann mit einem Kraftsensor 12 gemessen bzw. kontrolliert werden.The device includes one on a base 8th supported base plate 9 , on whose bearing surface the wafer chuck 1 located. Above the base plate 9 is a bridge-like construction 10 arranged with a threaded spindle 11 for applying a process-typical normal force (downforce) simulated in accordance with the polishing process to the wafer chuck 1 , This force application by threaded spindle 11 can with a force sensor 12 be measured or controlled.

Zur Nachbildung der für das besagte Polierverfahren prozesstypischen Kontaktverhältnisse zwischen dem Wafer-Chuck 1 und einem für den CMP-Prozess aufzunehmenden Wafer ist bei den Vorrichtungen nach 2 bis 6 auf der Grundplatte 9 ein Polierpad 13 aufgeklebt, auf dem der zu messende Wafer-Chuck 1 ggf. einschließlich eines nicht in der Zeichnung dargestellten Testwafers und eines eventuellen Backingfilms (vgl. 1) aufliegt.To simulate the process conditions for the said polishing process typical contact conditions between the wafer chuck 1 and a wafer to be picked up for the CMP process is in the devices 2 to 6 on the base plate 9 a polishing pad 13 glued on which the wafer chuck to be measured 1 if applicable, including a test wafer not shown in the drawing and a possible backing film (cf. 1 ) rests.

Die Grundplatte 9 ermöglicht durch ihre Gestaltung eine freie Zugänglichkeit der Aufspannfläche 4 des Wafer-Chucks 1 durch ein Messsystem, welches in 2 durch einen in einem Spalt 14 der Grundplatte 9 über ein an sich bekanntes Positioniersystem 15 (Linearantrieb) bewegbaren Abstandssensor 16 realisiert ist. Auf diese Weise kann unter den nachgebildeten Belastungs- und Kontaktbedingungen, die im Polierprozess auf den Wafer-Chuck 1 mit seiner Aufspannfläche 4 einwirken würden, die Form bzw. Ebenheit der Aufspannfläche 4 exakt gemessen werden, indem der Abstandssensor 16 in dem Spalt 14 über die für die Messung zugängliche Aufspannfläche 4 bewegt wird. Für diese Formmessung durch Abstands-Messung gegenüber einer Referenz können ein oder mehrere an sich bekannte mechanisch-taktile, pneumatische, elektrische und optische Abstandssensoren Verwendung finden.The base plate 9 allows by its design a free accessibility of the clamping surface 4 the wafer chuck 1 by a measuring system, which in 2 through one in a crack 14 the base plate 9 via a known positioning system 15 (Linear actuator) movable distance sensor 16 is realized. In this way, under the simulated load and contact conditions, in the polishing process on the wafer chuck 1 with its clamping surface 4 would affect the shape or flatness of the clamping surface 4 be measured exactly by the distance sensor 16 in the gap 14 via the clamping surface accessible for the measurement 4 is moved. For this shape measurement by distance measurement relative to a reference one or more known per se mechanical-tactile, pneumatic, electrical and optical distance sensors can be used.

In 3 (Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 2) ist die Grundplatte 9 zwecks Ausbildung des Spaltes 14 für den oder die Abstandssensoren 16 durch zwei auf dem Untergestell 8 aufliegende Elemente 9a und 9b geteilt ausgeführt, wodurch eine über die gesamte Grundplatte 9 durchgehende Spaltausbildung realisiert wird.In 3 (Top view of the device according to 2 ) is the base plate 9 for the purpose of forming the gap 14 for the distance sensor (s) 16 by two on the base 8th overlying elements 9a and 9b Run divided, creating one over the entire base plate 9 continuous gap formation is realized.

Im Unterschied zu 3 zeigt 4 die Grundplatte 9 der Vorrichtung gemäß 2 aus einem einzigen Teil und mit in der Längenausdehnung begrenzter Spaltausbildung, indem die Grundplatte 9 eine, beispielhaft durch Ausfräsung in diese eingebrachte, Nut 17 aufweist. In der Nut 17 sind der oder die Abstandssensoren 16 in beschriebener Weise über die somit frei zugängliche Aufspannfläche 4 des Wafer-Chucks 1 bewegbar (vgl. 2).In contrast to 3 shows 4 the base plate 9 the device according to 2 from a single part and with limited longitudinal expansion in the gap formation by the base plate 9 a, introduced by milling in this example, groove 17 having. In the groove 17 are the distance sensor (s) 16 in the manner described on the thus freely accessible clamping surface 4 the wafer chuck 1 movable (cf. 2 ).

Eine andere Möglichkeit zur Abstandsmessung mittels mehrerer in Bohrungen 18 ortsfest in eine Grundplatte 19 eingebrachten Abstandssensoren zeigt 5. Bei einer solchen Vorrichtung werden die Abstandssensoren 16 (vgl. 2) nicht mit einem Schlitten (siehe Positioniersystem 15) über die Aufspannfläche 4 des Wafer-Chucks 1 bewegt, sondern die Form oder Ebenheit der Aufspannfläche 4 wird an ausgewählten Stellen derselben jeweils ortsfest durch die in den Bohrungen 18 befindlichen (in 5 nicht explizit dargestellten) Abstandssensoren gemessen bzw. kontrolliert.Another possibility for distance measurement by means of several holes 18 stationary in a base plate 19 introduced distance sensors shows 5 , In such a device, the distance sensors 16 (see. 2 ) not with a carriage (see positioning system 15 ) over the clamping surface 4 the wafer chuck 1 moves, but the shape or planarity of the clamping surface 4 is at each selected location of the same by the in the holes 18 located (in 5 not explicitly shown) distance sensors measured or controlled.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 3 bis 5 ist zu beachten, dass durch die Dimensionierung des Spaltes 14, der Nut 17 bzw. der Bohrungen 18 die Kontaktverhältnisse am Wafer-Chuck 1 nur geringfügig beeinflusst werden, was insbesondere durch minimale Spalt- bzw. Nutbreiten oder geringe Querschnittsflächen der Durchbrüche gewährleistet werden kann.In the embodiments according to 3 to 5 It should be noted that by sizing the gap 14 , the groove 17 or the holes 18 the contact conditions on the wafer chuck 1 only slightly influenced, which can be ensured in particular by minimal gap or groove widths or small cross-sectional areas of the openings.

Vor einer Messung wird das Messsystem mit einer Form- bzw. Ebenheitsverkörperung (Form- oder Ebenheitsnormal) kalibriert.In front A measurement becomes the measuring system with a shape or flatness embodiment (Form or flatness standard) calibrated.

Zur Messung der Form des Wafer-Chucks 1 wird dieser mit seiner Aufspannfläche 4 auf die mit dem Polierpad 13 beklebte Grundplatte 9 gelegt, wobei auf eine symmetrische Ausrichtung zu achten ist. Mit der Gewindespindel 11 wird die prozesstypische Normalkraft aufgebracht und mit dem Kraftsensor 12 kontrolliert.To measure the shape of the wafer chuck 1 this is with its clamping surface 4 on the with the polishing pad 13 pasted base plate 9 while maintaining symmetrical alignment. With the threaded spindle 11 the process-typical normal force is applied and with the force sensor 12 controlled.

Die besagte Formmessung gemäß den Ausführungsbeispielen nach 2 bis 4 erfolgt dann, indem ein oder mehrere Abstandssensoren 16 mit dem Positioniersystem 15 verschoben und jeweils der Abstand zur Aufspannfläche 4 erfasst werden. Die Abstandsmesswerte werden auf radiale Positionswerte bezogen ausgewertet.The said shape measurement according to the embodiments according to 2 to 4 is then done by one or more distance sensors 16 with the positioning system 15 shifted and in each case the distance to the clamping surface 4 be recorded. The distance measurement values are evaluated based on radial position values.

Bei der Vorrichtung nach 5 werden die Abstandsmesswerte der ortsfesten Abstandssensoren parallel oder seriell erfasst und dann unter Beachtung der bekannten Positionen der Abstandssensoren bezogen auf den Wafer-Chuck ausgewertet.In the device according to 5 the distance measured values of the stationary distance sensors are detected in parallel or in series and then evaluated taking into account the known positions of the distance sensors with respect to the wafer chuck.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach 6 wird das Interferenzstreifenmuster eines an sich bekannten Interferometers 20 mit streifendem Lichteinfall und bekannten Algorithmen visuell subjektiv oder rechnergestützt ausgewertet und daraus die Information über die Form der abgetasteten Aufspannfläche 4 gewonnen.In an embodiment according to 6 becomes the interference fringe pattern of a per se known interferometer 20 with grazing incidence of light and known algorithms evaluated visually subjective or computer-aided and from this the information about the shape of the scanned clamping surface 4 won.

Durch Messung in unterschiedlichen angularen Positionen des Wafer-Chucks 1 kann die gesamte Aufspannfläche 4 beurteilt werden, womit Aussagen über eine eventuelle Asymmetrie möglich sind.By measuring in different angular positions of the wafer chuck 1 can the entire clamping surface 4 be judged, with which statements about a possible asymmetry are possible.

Die Formmessung der Aufspannfläche 4 kann in drei Varianten erfolgen, wobei entsprechend den vorliegenden bzw. zugänglichen Oberflächen unterschiedliche Sensoren zur Messung eingesetzt werden können:

1. direkte Formmessung der Aufspannfläche: Es können mechanisch-taktile, pneumatische, elektrische und optische Abstandssensoren sowie Interferometer mit streifendem Lichteinfall eingesetzt werden.
2. Formmessung unter Einbeziehung eines Backing-Films: Die Messung erfolgt vorzugsweise mit mechanisch-taktilen oder elektrischen Abstandssensoren.
3. Formmessung unter Einbeziehung des Backing-Films und eines Testwafers: Es können mechanisch-taktile, pneumatische, elektrische und optische Abstandssensoren sowie Interferometer mit streifendem Lichteinfall eingesetzt werden.

The shape measurement of the clamping surface 4 can be carried out in three variants, wherein according to the present or accessible surfaces different sensors can be used for the measurement:

1. Direct form measurement of the clamping surface: Mechanical-tactile, pneumatic, electrical and optical distance sensors as well as interferometers with grazing incidence of light can be used.
2. Form measurement involving a backing film: The measurement is preferably carried out with mechanical-tactile or electrical distance sensors.
3. Form measurement involving the backing film and a test wafer: Mechanical-tactile, pneumatic, electrical and optical distance sensors as well as interferometers with grazing incidence of light can be used.

11: Wafer-ChuckWafer chuck
22: Anschlussteil zu einer Antriebsspindel in einer Poliermaschineconnector to a drive spindle in a polishing machine
33: Retaining-RingRetaining Ring
44: Aufspannfläche des Wafer-Chucks 1 Clamping surface of the wafer chuck 1
55: Waferwafer
66: Vakuum-Spannsystem des Wafer-Chucks 1 Vacuum clamping system of the wafer chuck 1
77: BackingfilmBacking film
88th: Untergestellundercarriage
9, 19, 219 19, 21: Grundplatte mit Auflagefläche für den Wafer-Chuck 1 Base plate with bearing surface for the wafer chuck 1
9a, 9b9a 9b: Element der Grundplatte 9 Element of the base plate 9
1010: brückenartiger Aufbaubridge-like construction
1111: Gewindespindel zur Kraftaufbringung auf den Wafer-Chuck 1 Threaded spindle for applying force to the wafer chuck 1
1212: Kraftsensorforce sensor
1313: Polierpadpolishing
1414: Spalt in der Grundplatte 9 (bzw. 9a, 9b)Gap in the base plate 9 (respectively. 9a . 9b )
1515: Positioniersystem (Linearantrieb)positioning (Linear actuator)
1616: Abstandssensordistance sensor
1717: Nut (Ausfräsung) in Grundplatte 9 Groove (cut-out) in base plate 9
1818: Bohrung in Grundplatte 19 für ortsfeste AbstandssensorenBore in base plate 19 for fixed distance sensors
2020: Interferometer mit streifendem Lichteinfallinterferometer with grazing light

Claims

A method of measuring the shape in which the clamping surface of the wafer chuck for a male and means CMP process (chemo-mechanical polishing) is measured to be planarized wafer optically, electrically, pneumatically and / or mechanically-tactile a wafer chuck, characterized characterized in that for the measuring process the mechanical contact conditions occurring in the CMP process between the wafer chuck, a backing film, the wafer, a polishing pad and a polishing table and thus the optical force (downforce) acting on the clamping surface of the wafer chuck during wafer processing with an optical, electrical and / or or mechanical accessibility of the chuck face of the wafer chuck with or without the wafer itself, and that on the wafer chuck and / or the wafer itself measure the shape of the chuck face for the wafer being processed under the simulated contact conditions of the CMP process becomes.

Method according to claim 1, characterized in that in the CMP process for wafer processing on the clamping surface the wafer chuck acting normal force is measured and that in the simulation of the mechanical contact conditions such Normal force by an auxiliary device, such as a hydraulic system or a threaded spindle, applied to the clamping surface of the wafer chuck becomes.

Method according to claim 1, characterized in that the shape of the clamping surface of the wafer Chucks by at least one mechanically scanning the clamping surface Distance sensors is measured.

Method according to claim 1, characterized in that the shape of the clamping surface of the wafer Chucks by at least one sensor optically scanning the clamping surface, For example, an optical distance sensor or an interferometric Device is measured.

Method according to claim 1, characterized in that the shape of the clamping surface of the wafer Chucks by at least one electrically scanning the clamping surface Distance sensor is measured.

Method according to claim 1, characterized in that the shape of the clamping surface of the wafer Chucks by at least one pneumatically scanning the clamping surface Distance sensor is measured.

Method according to claim 4, characterized in that the shape of the clamping surface on the wafer Chuck is measured by interferometer with grazing incidence of light.

Process according to claims 2 to 4, characterized in that the or the distance sensors with a positioning system are moved relative to the clamping surface of the wafer Chucks.

Method according to claim 1, characterized in that the simulation of the CMP process between the wafer chuck, the backing film, the wafer, the polishing pad and the polishing table occurring mechanical contact conditions a replica of the wafer to be processed in the CMP process used becomes.

Device for measuring the shape of a wafer chuck, in which the clamping surface ( 4 ) of the wafer chuck ( 1 ) is optically, electrically and / or mechanically measured for a wafer which is to be planarized by means of a CMP (Chemo-Mechanical Polishing) process, comprising - a means for optical, electrical and / or mechanical accessibility of the clamping surface ( 4 ) by a measuring system ( 16 . 20 ) having base plate ( 9 . 9a . 9b . 19 . 21 ) as support surface for the wafer chuck ( 1 ), - a bridge-like structure ( 10 ) above the base plate ( 9 . 9a . 9b . 19 . 21 ) with a loading device ( 11 ) for simulating the wafers on the clamping surface ( 4 ) of the wafer chuck ( 1 ) acting normal force (downforce), - one or more electrical, optical, mechanical or pneumatic sensors ( 16 ) for distance or shape measurement of the clamping surface ( 4 ) of the wafer chuck ( 1 ).

Apparatus according to claim 10, characterized in that the optical, electrical and / or mechanical accessibility of the clamping surface ( 4 ) by a in the radial direction of the wafer chuck ( 1 ) formed gap-shaped interruption ( 14 . 17 ) as a support surface for the wafer chuck ( 1 ) base plate ( 9 . 9a . 9b . 19 ), resulting from a two-part base plate is ensured, the gap-shaped interruption ( 14 . 17 ) the accessibility of the clamping surface ( 4 ) for their shape or flatness measurement by one or more along the slit-shaped interruption ( 14 . 17 ) moving distance sensors ( 16 ).

Apparatus according to claim 11, characterized in that the at least one slit-shaped interruption ( 14 . 17 ) of the support surface for the wafer chuck ( 1 ) extends over the entire extent of the support surface and in particular by a one or more times divided base plate ( 9a . 9b ) with space ( 14 . 17 ) is trained.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the at least one gap-shaped interruption of the support surface for the wafer chuck ( 1 ) of a limited in its longitudinal extent groove ( 17 ), for example a cutout.

Apparatus according to claim 10, characterized ge indicates that the means for optical, electrical and / or mechanical accessibility of the clamping surface ( 4 ) from several breakthroughs ( 18 ) in the support surface for the wafer chuck ( 1 ) base plate ( 19 ) for receiving or accessing discrete stationary distance sensors for measuring the shape or flatness of the clamping surface ( 4 ) consists.

Device according to claim 14, characterized in that the apertures ( 18 ) are arranged along a line.

Device according to claim 14, characterized in that the apertures ( 18 ) are arranged along a plurality of preferably parallel lines.

Device according to claim 14, characterized in that the apertures ( 18 ) are arranged areally, for example in rotationally symmetrical alignment.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the means for optical accessibility of the clamping surface ( 4 ) of the wafer chuck ( 1 ) from an optical sensor, for example an interferometric measuring system ( 20 ), translucent base plate ( 21 ) consist.

Device according to claim 10, characterized in that the base plate ( 9 . 9a . 9b . 19 . 21 ) with positive, material and / or non-positively connected support and support elements ( 8th ) is coupled.

Device according to claim 19, characterized in that the support and support elements ( 8th ) are adjustable to one another, for example by mechanical adjusting elements, such as screws, eccentrics or other adjusting elements.

Device according to claim 11, characterized in that in the at least one slot-shaped interruption ( 14 . 17 ) as a support surface for the wafer chuck ( 1 ) base plate ( 9 . 9a . 9b . 19 ) one or more distance sensors ( 16 ) with a positioning system ( 15 ) are arranged displaceably.

Device according to claim 11, characterized in that in the at least one slot-shaped interruption ( 14 . 17 ) as a support surface for the wafer chuck ( 1 ) base plate ( 9 . 9a . 9b . 19 ) an interferometer with grazing incidence of light ( 20 ) is arranged.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the loading device by mechanically on the wafer chuck ( 1 ) force-acting means, for example a threaded spindle ( 11 ), is realized.

Device according to claim 10, characterized in that the loading device by hydraulic Force generating means, such as a piston-cylinder combination realized is.

Device according to claim 10, characterized in that the loading device by pneumatic Force generating means, such as a piston-cylinder combination realized is.

Device according to claim 10, characterized in that the loading device by electrical Force generating means, such as a linear motor realized is.