DE60021149T2

DE60021149T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Polieren

Info

Publication number: DE60021149T2
Application number: DE60021149T
Authority: DE
Inventors: Norio Fujisawa-shi Kimura; Mitsuhiko Fujisawa-shi Shirakashi; Katsuhiko Tokushige; Masao Kawasaki-shi Asami; Naoto Yokohama-shi Miyashita; Masako Yokohama-shi Kodera; Yoshitaka Yokohama-shi Matsui; Soichi Yokohama-shi Nadahara; Hiroshi Yokohama-shi Tomita
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: DE60021149D1; JP4127926B2; KR100696732B1; EP1074343A1; JP2000294524A; US6667238B1; US7101259B2; KR20010006964A; EP1074343B1; US20040087258A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Fachgebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polierverfahren und eine Poliervorrichtung, wie in dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13 beschrieben. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind in US 5931 722A beinhaltet.
Beschreibung des Stands der Technik:
Für gewöhnlich wird, um einen Schaltkreis auf einem Halbleitersubstrat zu bilden, ein leitender Film über die Oberfläche des Substrats durch einen Sputtervorgang, oder Vergleichbares aufgetragen, und anschließend werden die unbenötigten Partien bzw. Teile von dem leitenden Film, durch einen chemischen Trockenätzungsprozess entfernt, bei dem als Maskenmuster ein Photoresist verwendet wird.
Generell wurde Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als Material zur Bildung eines Schaltkreises verwendet. Jedoch erfordert die höhere Integration von integrierten Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat in den vergangenen Jahren, eine engere Anordnung der Leiterbahnen, um folglich die Stromdichte zu erhöhen; dies führt dazu, dass man eine thermische Belastung in den Leiterbahnen erzeugt und die Temperatur der Leiterbahnen erhöht. Diese unvorteilhafte Bedingung wird noch dadurch verstärkt, dass das Leiterbahnmaterial, wie Aluminium dünner ist auf Grund von Stress- oder Elektromigration, was schließlich zu einer Unterbrechung der Leiterbahn, oder zu einem Kurzschluss führt.
Folglich, um zu verhindern, dass der Leiter extreme Hitze erzeugt, während Strom fließt, ist es nötig ein Material wie Kupfer, dass eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist, für einen Schaltkreis zu verwenden. Da sich jedoch Kupfer, oder eine Kupferlegierung nicht für den Trockenätzungsvorgang eig net, ist es schwierig die bereits zuvor genannte Methode anzuwenden, bei der das Leiterbahnmuster geformt wird, nachdem der leitende Film auf der gesamten Oberfläche des Substrats aufgebracht wurde. Daher ist einer der möglichen Vorgänge, dass Nuten für einen Schaltkreis mit vorher bestimmtem Muster geformt werden, um diese Nuten anschließend mit Kupfer oder einer Kupferlegierung zu füllen. Dieser Vorgang eliminiert den Ätzvorgang, bei dem unnötige Partien des Films entfernt wurden, und benötigt nur einen Poliervorgang, bei dem Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche beseitigt werden. Des weiteren bringt dieser Vorgang den Vorteil mit sich, dass Partien, genannt Leiterbahn- bzw. Verbindungslöcher, die eine obere Schicht mit einer unteren Schicht in einem mehrschichtigen Schaltkreis verbinden, zur gleichen Zeit erzeugt werden können.
Da jedoch die Breite der Leiterbahnen schmäler ist, besitzen solche Leiterbahn-Nuten oder Leiterbahnlöcher ein bedeutend höheres Tast- bzw. Längenverhältnis (aspect ratio; das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser oder Breite), ist es schwierig die Nuten oder Löcher, mit dem Sputtervorgang, gleichmäßig mit Metall zu füllen. Obwohl ein chemischer Dampfabscheidungsprozess (CVD) verwendet wird, um verschiedene Materialien abzuscheiden, ist es weiterhin schwierig ein entsprechendes Gas für Kupfer oder Kupferlegierung zu erzeugen, und wenn ein organisches Material dazu verwendet wird Kupfer oder eine Kupferlegierung abzuscheiden, wird Kohlenstoff (C) in den abgeschiedenen Film beigemischt um die Migration des Films zu erhöhen.
Daher wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei der ein Substrat in eine Plattier- bzw. Beschichtungslösung getaucht wird, um das Substrat durch eine elektrolytische Plattierung, oder durch eine nicht elektrolytische Plattierung mit Kupfer zu plattieren und anschließend werden unnötige Partien der Kupferschicht von dem Substrat, durch einen chemisch-mechanischen Poliervorgang (CMP) entfernt. Diese Ausbildung des Films, oder der Schicht durch die Plattierung erlaubt es, Leiterbahn-Nuten, die ein hohes Längenverhältnis besitzen, gleichmäßig mit einem Metall, mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, zu füllen. Im CMP-Vorgang wird ein Halbleiterwafer, der von einem Top-Ring gehalten wird, gegen ein Poliertuch, dass an einen Drehtisch befestigt ist, gedrückt, während eine Polierflüssigkeit aufgetragen wird, welche abreibende Partikel enthält, und somit wird die Kupferschicht auf dem Halbleiterwafer poliert.
Direkt nachdem die Kupferschicht im CMP-Vorgang poliert wurde, hat eine polierte Oberfläche, der Kupferschicht auf einem Halbleiterwafer, eine hohe Aktivität, so dass die polierte Oberfläche dazu neigt, zu oxidieren. Wenn die polierte Oberfläche auf dem Halbleiterwafer so gelassen wird wie sie ist, dann bildet sich ein Oxidfilm, durch natürliche Oxidation auf der polierten Oberfläche des Halbleiterwafers. Jedoch neigt ein solcher Oxidfilme dazu, unregelmäßig bzw. ungleichmäßig geformt zu sein, weil keinerlei Kontrolle über die Bildung des Oxidfilms besteht, und deswegen ist der gebildete Oxidfilm von schlechter Qualität. Wenn der Oxidfilm so gelassen wird wie er ist, entwickelt sich die Oxidation auf der polierten Oberfläche des Halbleiterwafers weiter. Besonders wenn Kupfer als Material zur Bildung eines Schaltkreises des Halbleiterteils verwendet wird, verändern sich die elektrischen Eigenschaften, und Produkte von geringerer Qualität werden produziert.
Des Weiteren geraten während des Polierens, eine Polierflüssigkeit oder Nebenprodukte die beim Polieren entstehen, auf die Rückseite gegenüber der polierten Seite des Halbleiterwafers und bleiben dort haften, diese können möglicherweise die Atmosphäre in einem Reinraum kontaminieren.
Des weiteren zeigt US-A-5,931,722 eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung, die eine unter Druck stehende Suspension bzw. Aufschlämmung (slurry) auf die Polierflächen aufbringt, um gute Polierergebnisse zu erzielen. Die Vorrichtung besitzt außerdem eine Düse für Reinigungslösung, die auf die polierte Oberfläche gerichtet ist, um diese zu reinigen.
Um die zuvor genannten Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 vor.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, liefert die Vorrichtung zur Versorgung mit elektrolysiertem Wasser, elektrolysiertes Wasser an die Vorder- und an die Rückseite des Substrats. Die Poliervorrichtung beinhaltet weiterhin einen Ultraschallwandler, um Ultraschallvibrationen an das elektrolysierte Wasser anzulegen, bevor das elektrolysierte Wasser an das Substrat geliefert wird.
Die Poliervorrichtung beinhaltet weiterhin eine Versorgungsvorrichtung, um verdünnte Flusssäure an das Substrat zu liefern.
Zusätzlich ist die Vorrichtung zur Lieferung von elektrolysiertem Wasser, an einer Vielzahl von Stellen, vom Polierbereich bis zum Reinigungsbereich, in der Poliervorrichtung eingerichtet.
Nachdem die Kupferschicht des Substrats, welches eine Halbleitereinrichtung aufweist, poliert wurde, wird die Vorderseite (Seite mit Kupferschicht) und die Rückseite mit elektrolysiertem Wasser, wie beispielsweise anodenelektrolysiertes Wasser (anode electrolyzed water), gereinigt.
Elektrolysiertes Wasser wird durch die Elektrolysierung von reinem Wasser, oder dadurch, dass Elektrolyte zu reinem Wasser hinzugefügt werden, gewonnen. Das elektrolysierte Wasser wird klassifiziert in anodenelektrolysiertes Wasser, welches eine hohe Oxidationsfähigkeit aufweist, und kathodenelektrolysiertes Wasser, welches eine hohe Reduktionsfähigkeit aufweist. Das anodenelektrolysierte Wasser wird bevorzugt dafür verwendet, um die Oberfläche der Kupferschicht (Film) auf dem Substrat, nach dem Polieren, zu oxidieren.
Die zuvor genannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden augenscheinlich, durch die folgende Beschreibung, wenn diese in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, herangezogen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Draufsicht einer Poliervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Poliervorrichtung;
3 zeigt einen vertikalen Querschnitt einer Poliereinheit in der Poliervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4 ist eine schematische Seitenansicht einer Reinigungseinheit in der Poliervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Eine Poliervorrichtung und ein Polierverfahren, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, werden im Folgenden, mit Bezug auf die Zeichnungen 1 bis 4, beschrieben.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist eine Poliervorrichtung ein Paar Poliereinheiten 1a, 1b auf, die an einem Ende einer rechteckigen Grundfläche positioniert sind, und die in gegenüberliegender Beziehung voneinander beabstandet sind, und ein Paar Be/Entlade-Einheiten, die am anderen Ende der Grundfläche positioniert sind und die jeweils Waferkassetten 2a, 2b besitzen, die in gegenüberliegender Beziehung von den Poliereinheiten 1a, 1b beabstandet sind. Zwei Transportroboter 4a, 4b sind beweglich auf einer Schiene 3 befestigt, die sich zwischen den Poliereinheiten 1a, 1b und den Be/Entlade-Einheiten erstreckt. Dadurch entsteht ein Transportweg entlang der Schiene 3. Die Poliervorrichtung besitzt weiterhin ein Paar Umkehreinheiten 5, 6, die auf gegenüberliegenden Seiten des Transportweges angeordnet sind, und zwei Paar Reinigungseinheiten 7a, 7b und 8a, 8b, die auf gegenüberliegenden Seiten des Transportweges angeordnet sind. Die Umkehreinheit 5 befindet sich zwischen den Reinigungseinheiten 7b und 8b und die Umkehreinheit 6 befindet sich zwischen den Reinigungseinheiten 7a und 8a. Beide Umkehreinheiten 5, 6 dienen dazu jeweils einen Halbleiterwafer zu wenden, das heißt ihn umzudrehen.
Die Poliereinheiten 1a und 1b besitzen dieselben grundsätzlichen Eigenschaften und sind symmetrisch entlang des Transportweges angeordnet. Mindestens eine der beiden Poliereinheiten 1a und 1b bildet einen Polierabschnitt. Jede der Poliereinheiten 1a, 1b beinhalten einen Drehtisch 9, auf dem auf der Oberseite ein Poliertuch befestigt ist, einen Top Ring Kopf 10 der dazu dient einen Halbleiterwafer mit Vakuum zu halten und ihn gegen das Poliertuch auf der Oberseite des Drehtisches 9 zu drücken und einen Aufbereitungs- bzw. Abrichtkopf 11, der dazu dient das Poliertuch aufzubereiten.
3 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Poliereinheit 1a oder 1b.
Wie in 3 gezeigt, besitzt der Top Ring Kopf 10 einen Top Ring 13, der sich über dem Drehtisch 9 befindet, und dazu dient einen Halbleiterwafer 20 zu halten und gegen den Drehtisch 9 zu drücken. Der Top Ring 13 ist in Bezug auf den Drehtisch 9 nicht mittig positioniert. Der Drehtisch 9 ist, um seine eigene Achse drehbar, wie durch den Pfeil A angedeutet, durch einen Motor (nicht gezeigt) der durch eine, die Achse aufweisende Welle, mit dem Drehtisch 9 verbunden ist. Ein Poliertuch 14 das die Polierfläche bildet, ist an der Oberseite des Drehtisches 9 befestigt.
Wenn die Kupferschicht, die auf dem Halbleiterwafer ausgebildet ist, poliert wird, entsteht in manchen Fällen Hitze, abhängig von der Suspension, das heißt der Polierflüssigkeit. Durch eine solche Reaktionswärme wird der chemische Poliervorgang im Cu-Poliervorgang beschleunigt, was eine Veränderung der Polierrate bewirkt. Um dieses Problem zu vermeiden, wird bei der vorliegenden Erfindung ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit für den Drehtisch 9 verwendet, wie zum Beispiel Keramik, um die Polierrate gleichmäßig zu halten.
Die Keramik besteht vorzugsweise aus Tonerdekeramik oder Siliziumcarbonat, denn Materialien wie diese, die einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 0,294 W/(cm × °C) (0,07 cal/(cm × sec × °C)), oder höher besitzen, sind wünschenswert. Der Drehtisch 9 aus Keramik ist mit einem Flüssigkeitseinlass 9a versehen, um eine Flüssigkeit in den Drehtisch einzuführen und mit einem Flüssigkeitsauslass versehen, um die Flüssigkeit vom Drehtisch ab zu lassen, um die Temperatur des Drehtischs 9 einzustellen.
Der Top Ring 13 ist mit einem Motor (nicht gezeigt) und außerdem mit einem Hubzylinder (nicht gezeigt) verbunden. Der Top Ring 13 ist vertikal beweglich und um die eigene Achse drehbar, wie durch die Pfeile B und C dargestellt, mit Hilfe des Motors und des Hubzylinders. Der Top Ring 13 kann daher den Halbleiterwafer 20 gegen das Poliertuch 14, mit dem gewünschten Druck, pressen. Der Halbleiterwafer 20 ist durch Vakuum, oder ähnliches, an der Unterseite des Top Rings 13 befestigt. Ein Führungsring 16 ist an der äußeren Umfangskante, der tieferen Oberfläche des Top Rings 13, befestigt, um zu verhindern, dass der Halbleiterwafer 20 vom Top Ring 13 getrennt wird.
Eine Polierflüssigkeitslieferdüse 15 ist über dem Drehtisch 9 platziert um Polierflüssigkeit, welche abreibende Partikel enthält, auf das Poliertuch 14, dass auf dem Drehtisch 9 befestigt ist, aufzutragen. Ein Rahmen 17 ist um den Drehtisch 9 herum angebracht, um die Polierflüssigkeit und das Wasser aufzufangen, welches vom Drehtisch 9 abgegeben wird. Der Rahmen 17 besitzt eine Rinne 17a, die in einer Vertiefung desselben liegt und die dazu dient, die vom Drehtisch 9 abgegebene Polierflüssigkeit und Wasser abzulassen.
Der Aufbereitungskopf 11 hat eine Aufbereitungseinheit 18, um das Poliertuch 14 aufzubereiten. Die Aufbereitungseinheit 18 befindet sich oberhalb des Drehtischs 9, in diametral entgegen gesetzter Anordnung zum Top Ring 13. Das Poliertuch 14 wird mit einer Aufbereitungsflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, durch eine Aufbereitungsflüssigkeitslieferdüse 21 die sich über den Drehtisch 9 erstreckt, beliefert. Die Aufbereitungseinheit 18 ist mit einem Motor (nicht gezeigt) und mit einem Hubzylinder (nicht gezeigt) verbunden. Die Aufbereitungseinheit 18 ist vertikal beweglich und um die eigene Achse drehbar, wie durch die Pfeile D und E dargestellt, mit Hilfe des Motors und des Hubzylinders.
Die Aufbereitungseinheit 18 besitzt eine Scheibenform, und hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Top Ring 13 und besitzt weiterhin eine Unterseite an der ein Aufbereitungswerkzeug 19 befestigt ist. Die Polierflüssigkeitslieferdüse 15 und die Aufbereitungsflüssigkeitslieferdüse 21 erstrecken sich bis zu jeweilig vorgesehenen Positionen, nahe des Drehpunkts des Drehtischs 9 und liefern die Polierflüssigkeit beziehungsweise die Aufbereitungsflüssigkeit, wie zum Beispiel reines Wasser.
Die Poliereinheit 1a oder 1b arbeitet wie folgt:
Der Halbleiterwafer 20 wird an der Unterseite des Top Rings 13 gehalten und gegen das Poliertuch 14, an der oberen Seite des Drehtischs 9, gedrückt. Der Drehtisch 9 und der Top Ring 13 werden relativ zu einander gedreht, um dadurch die untere Seite des Halbleiterwafers 20 in gleitenden Kontakt zu dem Poliertuch 14 zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Polierflüssigkeit durch die Polierflüssigkeitsdüse 15 auf das Poliertuch 14 aufgetragen. Die Unterseite des Halbleiterwafers 20 wird jetzt durch eine Kombination aus einem mechanischen Poliervorgang, durch abreibende Partikel in der Polierflüssigkeit und durch einen chemischen Poliervorgang, durch eine alkalische Lösung in der Polierflüssigkeit, poliert. Die Polierflüssigkeit, die aufgetragen wurde, um den Halbleiterwafer 20 zu polieren, wird durch die Zentrifugalkraft, die durch die Rotation des Drehtischs 9 entsteht, nach außen hin, vom Drehtisch 9 herunter, und in den Rahmen 17 hinein geschleudert, und in der Rinne 17a im unteren Teil des Rahmens 17 gesammelt. Der Poliervorgang ist zu Ende, wenn die, sich auf dem Halbleiterwafer befindende, Oberflächenschicht um eine zuvor bestimmte Dicke poliert worden ist. Wenn der Poliervorgang beendet ist, haben sich die Poliereigenschaften des Poliertuches 14 verändert und die Polierfähigkeit des Poliertuches 14 nimmt ab. Deshalb wird das Poliertuch 14 aufbereitet, durch das Aufbereitungswerkzeug 19, um die Poliereigenschaften wieder herzustellen.
Wie in 1 gezeigt besitzt jede der beiden Poliereinheiten 1a und 1b einen Schieber 12, der nahe des Transportweges 3 positioniert ist, um einen Halbleiterwafer 20 zum Top Ring 13 zu transportieren und um von dem Top Ring 13 einen Halbleiterwafer 20 zu erhalten. Der Top Ring 13 lässt sich in einer horizontalen Ebene schwenken und der Schieber 12 ist vertikal beweglich.
4 ist eine schematische Seitenansicht, die die Struktur der Reinigungseinheiten 7a, 7b zeigt. Wie in der 4 gezeigt ist, besitzt jede der Reinigungseinheiten 7a und 7b eine Vielzahl von Rollen 23, um den Rand des Halbleiterwafers 20 zu halten und den Halbleiterwafer 20 in einer horizontalen Ebene zu drehen, PVA (polyvinyl Alkohol) Reinigungsschwämme 24a, 24b, die eine zylindrische Form besitzen, um die Vorder- und Rückseite des Halbleiterwafers 20 zu schrubben, Düsen 25a, 25b zur Lieferung von elektrolysiertem Wasser, die über und unter dem Halbleiterwafer platziert sind, und DHF-Versorgungsdüsen 26a, 26b, die über und unterhalb des Halbleiterwa fers 20 platziert sind. Ein Ultraschallwandler 26 befindet sich in jeder der Leitungen der Lieferdüsen 25a, 25b für elektrolysiertes Wasser. Die Düsen 25a, 25b zur Lieferung von elektrolysiertem Wasser liefern anodenelektrolysiertes Wasser an den Halbleiterwafer 20 und die DHF-Versorgungsdüsen 26a, 26b liefern DHF (verdünnte Flusssäure) an den Halbleiterwafer. Mindestens eine der Düsen 25a, 25b zur Lieferung von elektrolysiertem Wasser bildet eine Einheit zur Lieferung von elektrolysiertem Wasser. Mindestens eine der DHF-Versorgungsdüsen 26a, 26b bildet eine Einheit zur Lieferung von verdünnter Flusssäure. Der Ultraschallwandler 26 übermittelt Ultraschallvibrationen an das anodenelektrolysierte Wasser um megaschall-anodenelektrolysiertes Wasser zu erzeugen. Es ist erstrebenswert, dass das elektrolysierte Wasser so nah wie möglich an den Versorgungsdüsen 25a, 25b für ionisches Wasser erzeugt wird, um dadurch die Lebensdauer des elektrolysierten Wassers zu verlängern, das heißt eine Veränderung der Konzentration des elektrolysierten Wassers zu verhindern. Des Weiteren ist es erstrebenswert, ein Messgerät und/oder ein Kontrollgerät zu installieren, um charakteristische Werte, wie zum Beispiel pH-Wert, oder die Ionenkonzentration in einem Generator für elektrolysiertes Wasser, zu überwachen und/oder zu steuern.
Jede der Reinigungseinheiten 8a, 8b umfasst eine Reinigungsmaschine, in der der Halbleiterwafer 20 durch Zugabe von reinem Wasser, oder anodenelektrolysiertem Wasser und/oder megaschall-elektrolysiertem Wasser gereinigt wird, während der Halbleiterwafer 20 an der Umfangskante gehalten und rotiert wird. Die Reinigungseinheiten 8a, 8b dienen außerdem dazu, den Halbleiterwafer 20 in einem Schleudertrocknungsprozess zu trocknen. Demzufolge wird der Halbleiterwafer 20, der zuvor poliert wurde, primär in den Reinigungseinheiten 7a, 7b gereinigt, und dann sekundär in den Reinigungseinheiten 8a, 8b gereinigt. Der Zweck des Auftragens von elektrolysiertem Wasser auf die Oberfläche des Substrats, in den jeweiligen Reinigungs- und Umkehreinheiten besteht darin, dass ein Metalloxidfilm auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird. Des Weiteren besteht der Zweck des Auftragens von DHF (verdünnte Flusssäure) auf die Oberfläche des Substrats darin, dass der Metalloxidfilm auf der Oberfläche des Substrats aufgelöst und entfernt wird.
Durch Zugabe von elektrolysiertem Wasser oder DHF an gewünschten Stellen in der Poliervorrichtung und/oder dem richtigen Timing entsprechend den Absichten, kann ein Substrat mit gleichmäßigem und qualitativ gutem Oxidfilm erhalten werden. Mindestens eine der Reinigungseinheiten 7a, 7b, 8a und 8b bildet einen Reinigungsabschnitt.
Jeder der Transportroboter 4a, 4b hat einen Gelenkarm, der auf einem Schlitten, der entlang der Schiene 3 beweglich ist, befestigt ist. Der Gelenkarm ist in einer horizontalen Ebene biegsam. Der Gelenkarm hat, jeweils auf dem unteren und oberen Teil, zwei Greifer die als Trocken- und als Nassfinger agieren können. Der Transportroboter 4a deckt ein Gebiet ab, dass von den Umkehreinheiten 5, 6 bis zu den Wafer Kassetten 2a, 2b reicht. Und der Transportroboter 4b deckt ein Gebiet ab, dass von den Umkehreinheiten 5, 6 bis zu den Poliereinheiten 1a, 1b reicht.
Die Umkehreinheiten 5, 6 werden in der gezeigten Ausführung benötigt, weil die Waferkassetten 2a, 2b die Halbleiterwafer, mit der zu polierenden, oder bereits polierten Seite nach oben weisend lagern. Jedoch können die Umkehreinheiten 5, 6 weggelassen werden, wenn die Halbleiterwafer in den Waferkassetten, mit der zu polierenden, oder bereits polierten Seite nach unten weisend gelagert werden, oder alternativ, wenn die Transportroboter 4a, 4b einen Mechanismus zum Wenden von Halbleiterwafern besitzen. In der gezeigten Ausführung dient eine der Umkehreinheiten 5, 6 dazu, trockene Halbleiterwafer zu wenden und die andere der Umkehreinheiten 5, 6 dient dazu, nasse Halbleiter zu wenden. Des weiteren kann die Umkehreinheit 5, 6 eine, oder mehrere Düsen besitzen, um reines, oder anodenelektrolysiertes Wasser, an den Halbleiterwafer 20 zu liefern, wenn dies, abhängig vom Vorgang, benötigt wird.
Als nächstes wird die Funktionsweise einer Poliervorrichtung beschrieben, die zuvor genannten Aufbau aufweist.
Die noch zu polierenden Halbleiterwafer 20 werden in den Waferkassetten 2a, 2b gelagert und nachdem alle erforderlichen Informationen in die Poliervorrichtung eingegeben wurden, beginnt diese einen automatischen Prozess.
Der Ablauf des automatischen Prozesses ist wie folgt:

a) Die Halbleiterwafer 20, die poliert werden sollen, werden in die Waferkassetten 2a, 2b eingelegt. Anschließend werden die Waferkassetten 2a, 2b auf die Be/Endlade-Einheit gestellt.
b) Der Transportroboter 4a nimmt den Halbleiterwafer 20 aus den Waferkassetten 2a, 2b heraus und befördert den Halbleiterwafer 20 zu der Umkehreinheit 5. Die Umkehreinheit 5 wendet den Halbleiterwafer 20, so dass die zu polierende Oberfläche nach unten zeigt.
c) Der Transportroboter 4b empfängt den Halbleiterwafer 20 von der Umkehreinheit 5 und transportiert ihn zu dem Schieber 12 in der Poliereinheit 1a.
d) In der Poliereinheit 1a wird der Halbleiterwafer 20 von dem Top Ring 13 durch Vakuum gehalten und eine Primärpolitur des Halbleiterwafers 20 wird ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird im wesentlichen nur die Kupferschicht auf dem Halbleiterwafer 20 poliert. Es ist denkbar, dass die Primärpolitur nur dazu dient, die Kupferschicht zu entfernen. Und die Sperrschicht dient als Stopper, abhängig von der Art der Suspension, das heißt der Polierflüssigkeit. In diesem Fall ist es nötig, die offen liegende Sperrschicht in situ, das heißt während des Poliervorgangs zu erkennen. Solch eine Erkennung kann durch Messen der Stromstärke des Motors, der den Drehtisch 9 dreht, oder eines Wirbelstroms eines Wirbelstromsensors, der im Top Ring eingebaut ist, erfolgen, oder durch Aufnahme eines Beschleunigungsmessers, oder eines Temperatursensors, der die Temperatur des Drehtischs misst.
e) Nachdem der der Poliervorgang des Halbleiterwafers 20 beendet ist, wird der Halbleiterwafer 20, der vom Top Ring 13 in der Poliereinheit 1a gehalten wird, zurück zum Schieber 12 gebracht. Anschließend wird der Halbleiterwafer 20 vom Schieber 12 durch den Transportroboter 4b empfangen und zur Reinigungseinheit 7a gebracht.
f) In der Reinigungseinheit 7a wird die Vorder- und Rückseite des Halbleiterwafers 20 in einem Schrubbreinigungsprozess durch die PVA (polyvinyl Alkohol) Reinigungsschwämme 24a, 24b gereinigt. In der Reinigungseinheit 7a wird der Schrubbreinigungsprozess nur mit reinem Wasser durchgeführt. Die Vorder- und Rückseite des Halbleiterwafers 20 werden simultan gereinigt, um die Suspension, das heißt die Polierflüssigkeit, welche noch von dem Primärpoliervorgang dem Halbleiterwafer 20 anhaftet, zu entfernen. Zu diesem Zeitpunkt kann anodenelektrolysiertes Wasser, oder kathodenelektrolysiertes Wasser, abhängig von der Art der Suspension, an den Halbleiterwafer 20, durch die Lieferdüsen 25a, 25b für elektrolysiertes Wasser geliefert werden. Des Weiteren können Chemikalien, wie oberflächenaktive Stoffe bzw. Tenside, Ammoniak, oder Zitronensäure an den Halbleiterwafer 20, durch eine oder mehrere Düsen (nicht gezeigt), geliefert werden.
g) Nachdem das Reinigen des Halbleiterwafers 20 beendet ist, wird der Halbleiterwafer 20 von der Reinigungseinheit 7a durch den Transportroboter 4b empfangen und zum Schieber 12 in der Poliereinheit 1b transportiert.
h) Der Halbleiterwafer 20 wird durch Vakuum von dem Top Ring 13 in der Poliereinheit 1b gehalten und ein Sekundärpoliervorgang des Halbleiterwafers 20 wird in der Poliereinheit 1b ausgeführt. In vielen Fällen wird die Sperrschicht im Sekundärpoliervorgang poliert. Der Poliervorgang wird ausgeführt, wobei der Keramikdrehtisch dazu verwendet wird den chemischen Poliervorgang zu stabilisieren. In diesem Fall wird der Endpunkt des Poliervorgangs durch die Einrichtungen, die in Stufe d) beschrieben wurden, detektiert.

Während des Prozessablaufs der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Halbleiterwafers 20 oxidiert, durch das anodenelektrolysierte Wasser in der Reinigungseinheit, die den Reinigungsvorgang, im Anschluss an den Po liervorgang, durchführt. Je nach Art des Oxidationsmittels, kann im Sekundärpoliervorgang, Oxidationsmittel, das, beispielsweise anodenelektrolysiertes Wasser aufweist, zugeführt werden, um die Oberfläche der Kupferschicht auf dem Halbleitersubstrat 20 zwangsweise zu oxidieren, nachdem die Zufuhr der Suspension (Polierflüssigkeit) gestoppt wurde. In diesem Fall ist eine Lieferdüse für elektrolysiertem Wasser, die in 4 gezeigt ist, in der Poliereinheit 1b, die den Polierabschnitt bildet, vorgesehen.

i) Nachdem der Poliervorgang beendet ist, wird der Halbleiterwafer 20 von dem Top Ring 13 in der Poliereinheit 1b zu dem Schieber 12 transportiert und dort von dem Transportroboter 4b entgegengenommen. So lange wie der Halbleiterwafer 20 über dem Schieber 12, während des Transports zum Schieber 12, bereit steht, kann dem Halbleiterwafer 20 über dem Schieber 12 anodenelektrolysiertes Wasser zugeführt werden.
j) Der Halbleiterwafer wird von dem Transportroboter 4b zur Reinigungseinheit 7b transportiert und dort wird die Vorder- und Rückseite des Halbleiterwafers 20 in einem Schrubbreinigungsvorgang durch die Reinigungseinheit 7b gereinigt. In diesem Fall wird zu erst die Suspension (Polierflüssigkeit) von der Vorder- und Rückseite des Halbleiterwafers 20, durch Schrubben der Oberflächen des Halbleiterwafers 20 mit PVA Schwammelementen 24a, 24b, entfernt. Zu diesem Zeitpunkt kann reines Wasser zugegeben werden, oder anodenelektrolysiertes Wasser kann von außen, oder dem inneren jeder der PVA Schwammelementen zugeführt werden, um die Reinigungszeit zu verkürzen.
k) In beiden Fällen, ob reines Wasser zugegeben wird, oder nicht, wird als nächstes anodenelektrolysiertes Wasser zur Vorder- und Rückseite des Halbleiterwafers 20, durch Lieferdüsen 25a, 25b für elektrolysiertes Wasser, zugeführt, um die Oberfläche der Kupferschicht an dem Halbleiterwafers 20 zu oxidieren. Zu diesem Zeitpunkt ist es erstrebenswert megaschall-anodenelekrolysiertes Wasser, dass durch Übertragung von Ultraschallvibrationen an anodenelektrolysiertes Wasser durch den Ultraschallwandler 26 er zeugt wird, zu verwenden, um einen Kupferoxidfilm zu bilden der eine gute Qualität besitzt.

Es ist erstrebenswert eine Oxidationsbehandlung so bald wie möglich nach dem Poliervorgang durchzuführen, daher besitzt die Poliervorrichtung einen derartigen Aufbau, dass elektrolysiertes Wasser, innerhalb von fünf Minuten nach dem Poliervorgang, dem Substrat zu geführt werden kann. In dieser Poliervorrichtung kann anodenelektrolysiertes Wasser auf beiden Seiten des Halbleiterwafers 20 zugeführt werden.

l) Danach wird dem Halbleiterwafer 20 DHF (verdünnte Flusssäure) zugeführt, um den Oxidfilm auf dem Halbleiterwafer 20 zu entfernen. Durch diesen Prozess ist die Cu-Adhäsion auf der Siliziumoberfläche kleiner, oder gleich 1 × 10¹¹ Atome/cm².

In der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, besitzt die Reinigungseinheit 7b nicht nur Lieferdüsen 25a, 25b für elektrolysiertes Wasser, sondern auch DHF-Versorgungsdüsen 26a, 26b, so dass dem Halbleiterwafer 20 DHF zugeführt werden kann, direkt nachdem elektrolysiertes Wasser zugeführt wurde.

m) Nachdem der Oxidfilm von dem Halbleiterwafer 20 entfernt wurde, wird der Halbleiterwafer 20 durch den Transportroboter 4b von der Reinigungseinheit 7b empfangen und zur Umkehreinheit 6 transportiert. In der Umkehreinheit 6 wird der Halbleiterwafer 20 gewendet.
n) Der Halbleiterwafer 20 wird durch den Transportroboter 4a von der Umkehreinheit 6 empfangen und zur Reinigungseinheit 8a oder 8b transportiert.
o) Danach wird der Halbleiterwafer 20 durch einen Schleudertrocknungsvorgang getrocknet und durch den Transportroboter 4a von der Reinigungseinheit 8a oder 8b empfangen und zu den Waferkassetten 2a oder 2b zurück transportiert.

In dem zuvor genannten System wird die Kupferschicht auf dem Substrat in einem Zwei-Stufen Poliervorgang, das heißt einem Primär- und einem Sekundärpoliervorgang, poliert. Jedoch können vom Standpunkt der Prozesseffizienz aus gesehen, wenn eine Suspension (Polierflüssigkeit) entwickelt wird, mit der die Kupferschicht und das Substrat, auf einer einzigen Polierfläche auf einem Drehtisch poliert werden kann, die Schritte d) bis g) der Schritte a) bis o, weggelassen werden.
Daher kann die Poliervorrichtung mit den Poliereinheiten 1a, 1b nicht nur im zuvor genannten Serienprozess arbeiten, sondern auch parallel.
In diesem Fall kann die Änderung des Prozesses nicht durch eine Ersetzung der Software, sondern durch Betätigung eines Umschalthebels auf der Bedienertafel durchgeführt werden.
Der Prozessablauf beim parallelen Vorgang ist wie folgt:
Einer der Halbleiterwafer 20 wird in der folgenden Reihenfolge behandelt: Waferkassette 2a oder 2b → Umkehreinheit 5 → Poliereinheit 1a → Reinigungseinheit 7a → Umkehreinheit 6 → Reinigungseinheit 8a → Waferkassette 2a oder 2b.
Der andere Halbleiterwafer 20 wird in der folgenden Reihenfolge behandelt: Waferkassette 2a oder 2b → Umkehreinheit 5 → Poliereinheit 1b → Reinigungseinheit 7b → Umkehreinheit 6 → Reinigungseinheit 8b → Waferkassette 2a oder 2b.
Eine der Umkehreinheiten 5 und 6 handhabt einen trockenen Halbleiterwafer und die andere der Umkehreinheiten 5 und 6 handhabt einen nassen Halbleiterwafer, auf die gleiche Art und Weise wie im Serienprozess. Die Reinigungseinheiten, die sich auf beiden Seiten des Transportweges befinden, können in der parallelen Behandlung verwendet werden.
Bei der parallelen Behandlung können die Polierbedingungen in den Poliereinheiten 1a, 1b gleich sein und die Reinigungsbedingungen in den Reinigungseinheiten 8a, 8b können auch gleich sein. Nachdem der Halbleiterwafer 20 in den Reinigungseinheiten 8a, 8b gereinigt und trocken geschleudert wurde, wird er zurück zu den Waferkassetten 2a oder 2b gebracht.
Die Poliervorrichtung befindet sich komplett in einem Gehäuse, welches eine Auslassleitung besitzt, und folglich werden zu behandelnde Substrate, in einem trockenen Zustand, in die Poliervorrichtung eingeführt, und polierte und gereinigte Substrate werden aus der Poliervorrichtung, in trockenem Zustand, herausgeholt. Die Poliervorrichtung kann somit von einer „trocken rein und trocken raus" („dry-in and dry-out") Art sein, um Substrate, wie zum Beispiel Halbleiterwafer mit einer Kupferschicht, die sich in einem trockenen Zustand befinden, einzuführen, und polierte und gereinigte Substrate, die einen Kupferschaltkreis besitzen, in einem trockenen Zustand herauszuholen.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem die Kupferschicht (oder -film), die auf dem Substrat ausgebildet ist, poliert wurde, eine Schicht (oder Film) mit gleichmäßiger Qualität erlangt werden. Außerdem kann das Substrat, das poliert wurde, zu den Waferkassetten zurück transportiert werden ohne, dass es mit Kupfer kontaminiert wird.
Außerdem ist das Abwasser, das durch elektrolysiertes Wasser entsteht, extrem sauber im Vergleich zu dem, welches entsteht wenn andere Chemikalien verwendet werden. Und deshalb ist keine spezielle Behandlung erforderlich und dadurch wird die Belastung für Abwasseraufbereitungsanlagen verringert.
Auch wenn bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele detailliert gezeigt und beschrieben wurden, sollte klar sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen daran, im Rahmen der anhängenden Ansprüche, gemacht werden können.

Claims

Polierverfahren, das Folgendes aufweist: Polieren einer Oberfläche eines Substrats durch Halten des Substrats und Drücken des Substrats gegen eine Polieroberfläche auf einem Drehtisch (9), wobei die Oberfläche des Substrats eine Halbleitereinrichtung darauf besitzt, gekennzeichnet durch Reinigen wenigstens einer polierten Oberfläche des Substrats während elektrolysiertes Wasser an das Substrat geliefert wird, so dass ein Metalloxidfilm auf der polierten Oberfläche des Substrats durch Liefern des elektrolysierten Wassers gebildet wird.
Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrolysierte Wasser an die polierte Oberfläche und eine Rückseite, die der polierten Oberfläche gegenüberliegt, geliefert wird.
Polierverfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner das Anlegen von Ultraschallvibrationen an das elektrolysierte Wasser vor dem Liefern des elektrolysierten Wassers an das Substrat aufweist.
Polierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner das Liefern von verdünnter Flusssäure an das Substrat aufweist, und zwar nach dem Reinigen und dem Liefern des elektrolysierten Wassers.
Polierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner die folgenden Schritte aufweist: Sekundäres Polieren der polierten Oberfläche des Substrats durch Halten des Substrats und Drücken des Substrats gegen eine weitere Polieroberfläche eines weiteren Drehtischs (9).
Polierverfahren nach Anspruch 5, wobei das elektrolysierte Wasser anodenelektrolysiertes Wasser aufweist.
Polierverfahren nach Anspruch 5, das ferner das Liefern von elektrolysierten Wasser an das Substrat aufweist, das sekundär poliert wurde, während das Substrat für einen nachfolgenden Vorgang ruht.
Polierverfahren nach Anspruch 5, das ferner das reinigende Substrat aufweist, das sekundär poliert wurde, und zwar in einem Schrubreinigungsvorgang.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Reinigen des sekundär polierten Substrats aufweist durch Liefern von elektrolysiertem Wasser.
Polierverfahren nach Anspruch 9, wobei das elektrolysierte Wasser, das an das sekundär polierte Substrat geliefert wird anodenelektrolysiertes Wasser aufweist.
Polierverfahren nach Anspruch 9, das ferner das Anlegen von Ultraschallvibrationen an das elektrolysierte Wasser aufweist, das an das sekundär polierte Substrat geliefert wird, und zwar vor dem Liefern des elektrolysierten Wassers an das Substrat.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes aufweist: Reinigen des sekundär polierten Substrats und anschließendes Trocknen des gereinigten Substrats; und Übertragen des gereinigten und getrockneten Substrats zu einer Aufnahme bzw. Kassette (21a, 21b).
Poliervorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Polierabschnitt (1a, 1b) zum Polieren einer Oberfläche eines Substrats durch Halten des Substrats und durch Drücken des Substrats gegen eine Polieroberfläche, wobei die Oberfläche des Substrats eine Halbleitervorrichtung darauf besitzt, gekennzeichnet durch einen Reinigungsabschnitt (7a, 7b, 8a, 8b) zum Reinigen wenigstens einer polierten Oberfläche des Substrats während elektrolysiertes Was ser an das Substrat geliefert wird, durch eine Versorgungseinrichtung (25a, 25b) für elektrolysiertes Wasser, so dass ein Metalloxidfilm an der polierten Oberfläche des Substrats ausgebildet wird, in dem elektrolysiertes Wasser geliefert wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Versorgungsvorrichtung für elektrolysiertes Wasser das elektrolysierte Wasser an die polierte Oberfläche und einer Rückseite, die der polierten Oberfläche des Substrats gegenüberliegt, liefert.
Poliervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, die ferner einen Ultraschallwandler (26) aufweist, zum Anlegen von Ultraschallvibrationen an das elektrolysierte Wasser, bevor das elektrolysierte Wasser an das Substrat geliefert wird.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, die ferner eine Versorgungsvorrichtung (26a, 26b) für das Liefern verdünnter Flusssäure an das Substrat aufweist.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Substrat eine Kupferschicht darauf besitzt.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei der Polierabschnitt ferner eine weitere Polieroberfläche aufweist zum Durchführen einer Sekundärpolitur der polierten Oberfläche des Substrats durch Halten des Substrats und Drücken des Substrats gegen die weitere Polieroberfläche.