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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Polierkissen
und insbesondere das Bereitstellen von grob texturierten Oberflächen auf
Polierkissen, die beim chemisch-mechanischen Planarisieren
(Chemical-Mechanical Planarization, CMP) von Halbleitersubstraten
Verwendung finden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
chemisch-mechanische Polieren wird bereits seit vielen Jahren als
Verfahren zum Polieren von optischen Linsen und Halbleiterwafern
eingesetzt. In neuerer Zeit ist das chemisch-mechanische Polieren zu einem Mittel
für das
Planarisieren von Isolier-Zwischenschichten aus Siliciumdioxid zwischen
metallischen Schichten sowie zum Entfernen von Teilen leitender
Schichten innerhalb von integrierten Schaltkreisen entwickelt worden,
die auf unterschiedlichen Substraten hergestellt werden. Zum Beispiel
kann eine Schicht aus Siliciumdioxid eine Metallleitung so bedecken
und einhüllen,
dass die obere Fläche
der Siliciumdioxidschicht durch eine Reihe unebener Stufen gekennzeichnet
ist, die in Höhe
und Breite den darunter liegenden Metallleitungen entsprechen.
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Die Änderungen
der Stufenhöhe
in der oberen Fläche
der zwischen den Metallschichten liegenden Isolierschicht weisen
einige unerwünschte
Eigenschaften auf. Solche unebenen isolierenden Oberflächen können die
optische Auflösung
nachfolgender fotolithografischer Verarbeitungsschritte beeinträchtigen,
sodass es äußerst schwierig
wird, Leitungsbahnen mit hoher Auflösung aufzubringen. Ein weiteres
Problem stellt die Stufe dar, die sich beim Bedecken der zwischen
den Metallschichten liegenden Isolierschicht mit einer zweiten Metallschicht
ergeben. Wenn die Höhenstufe
relativ groß ist,
kann die Bedeckung durch das Metall unvollständig sein, sodass es in der
zweiten Metallschicht zur Entstehung von Leitungsunterbrechungen
kommen kann.
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Zur Überwindung
dieser Probleme sind unterschiedliche Verfahren zum Planarisieren
der oberen Fläche
der zwischen den Metallschichten liegenden Isolierschicht entwickelt
worden. Ein Ansatz besteht dabei darin, durch Polieren mit Schleifmittel
die hervorstehenden Stufen auf der oberen Fläche der Isolierschicht abzutragen.
Bei diesem verfahren wird ein Siliciumsubstrat mit der Frontfläche nach
unten unter einem Träger
montiert und unter Druck zwischen den Träger und einen Tisch oder eine
Auflageplatte gebracht, die mit einem Polierkissen bedeckt ist,
welches gleichmäßig mit
einem suspendierten Schleifmaterial beschichtet ist.
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Es
werden auch Mittel zum Abscheiden der Schleifsuspension auf der
oberen Fläche
des Polierkissens und zum Andrücken
des Substratwafers an das Polierkissen bereitgestellt, sodass die
Relativbewegung der Auflageplatte gegenüber dem Substratwafer in Anwesenheit
der Poliersuspension an den Kontaktstellen eine Planarisierung der
Frontfläche des
Wafers bewirkt. Sowohl der Wafer als auch der Tisch können gegeneinander
gedreht werden, um die herausragenden Stufen abzutragen. Dieser
abtragende Polierprozess wird so lange fortgesetzt, bis die obere
Fläche
der Isolierschicht im Wesentlichen eben ist.
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Polierkissen
können
auch aus einem gleichförmigen
Material wie beispielsweise Polyurethan oder aus Vlies-Fasern hergestellt
werden, die mit einem synthetischen Kunststoffbindemittel getränkt sind,
oder sie können
aus mehreren Schichten mit ungleichmäßigen physischen Eigenschaften über die Dicke
des Polierkissens hinweg gebildet werden. Die Bildung von Polyurethan-Polierkissen
erfolgt üblicherweise
durch Gießen
einer reaktiven Mischung in eine Form, Aushärten der Mischung zum Bilden
des Polierkissenmaterials und anschließendem Zerschneiden des Polierkissenmaterials
bis zur gewünschten
Größe und Form.
Die Reaktionskomponenten, die das Polyurethan oder das Kunststoffbindemittel
bilden, können
auch in einem zylinderförmigen
Behälter
zur Reaktion gebracht werden. Nach der Materialbildung wird ein
zylinderförmiges
Stück des
Polierkissenmaterials in Scheiben geschnitten, die dann als Polierkissen
verwendet werden. Ein typisches Laminatpolierkissen kann eine Vielzahl
von Schichten aufweisen, zum Beispiel eine schwammartige und elastische
mikroporöse
Polyurethanschicht, die auf eine feste, aber elastische Tragschicht
laminiert ist, welche einen porösen
Polyesterfilz mit einem Bindemittel aus Polyurethan umfasst. Die
Dicke typischer Polierkissen beträgt etwa 1,27 bis 2,03 mm (50
bis 80 mil), vorzugsweise etwa 1,4 mm (55 mil) und der Durchmesser
etwa 25,4 bis 91,4 cm (10 bis 36 Zoll), vorzugsweise etwa 57,1 cm
(22,5 Zoll).
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Polierkissen
können
auch makrotexturierte Arbeitsflächen
aufweisen, die durch Bearbeitung der Oberfläche mit verschiedenen Verfahren
erzeugt werden, die oft aufwändig
sind und unerwünschte Oberflächenmerkmale
mit stark variierenden Tiefen erzeugen. Zu diesen Oberflächenmerkmale
zählen Welligkeiten,
Löcher,
Falten, Rippen, Spalte, Vertiefungen, Erhebungen, Lücken und
Aussparungen. Einige weitere die makroskopische Oberflächentextur eines
Polierkissens beeinflussende Faktoren sind die Größe, die
Form und die Häufigkeit
oder der Abstand der Oberflächenmerkmale.
Polierkissen können üblicherweise
auch mikrotexturierte Oberflächen
haben, die durch eine aus dem Volumen des Materials herrührende mikroskopische
Textur verursacht sind, welche durch den Herstellungsprozess selbst
bedingt ist. Da das Polieren normalerweise nicht über die
gesamte Fläche
des Polierkissens hinweg erfolgt, können eine Mikrotextur des Polierkissens
und die durch die Oberflächenbearbeitung
erzeugte Makrotextur auch ausschließlich in dem Teil des Polierkissens
gebildet werden, mit dem das Polieren erfolgen soll.
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Während des
Polierprozesses neigen das von der Waferoberfläche entfernte Material und
das Schleifmittel, zum Beispiel Siliciumdioxid, in der Poliersuspension
dazu, sich zusammenzuballen und in den Aussparungen, Poren oder
anderen freien Stellen innerhalb der mikroskopischen und der makroskopischen
Materialtextur des Polierkissens an dessen Oberfläche und
in deren Nähe
abzulagern. Ein Faktor, der zu einer konstant hohen und stabilen
Polierrate führt,
besteht darin, die Oberfläche
des Polierkissens in einem sauberen Zustand zu halten. Ein anderer
Faktor besteht darin, ein Aufschwimmen (Aquaplaning) zu verhindern,
zu dem es durch das Entstehen einer Wasserschicht zwischen den gegenüberliegenden
Flächen
des Polierkissens und des Wafers kommt. Ferner hat man erkannt,
dass sich die Gleichmäßigkeit
der Politur, d.h. die Gleichmäßigkeit der
polierten Waferoberfläche,
erhöhen
lässt,
wenn man die Flexibilität
des Polierkissens kontrolliert erhöht.
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Das
Erreichen einer gleichmäßigen und
qualitativ hochwertigen Politur von Waferoberflächen durch herkömmliche
Polierkissen ist also mit drei Problemen verbunden. Das erste Problem
besteht in der Ansammlung von Schleifpartikeln und Polierresten
zwischen dem Polierkissen und dem Wafer, was sowohl am Polierkissen
als auch am Wafer zu unebener Politur und zu Beschädigungen
führt.
Zweitens führt
eine unebene Politur durch Aquaplaning zwischen dem Wafer und dem
Polierkissen während herkömmlicher
Prozesse zu einem relativ hohen Ausschuss durch Beschädigung des
Wafers. Drittens rühren
eine unebene Politur und Beschädigung
des Wafers auch von zu starren Polierkissen her, die mittels Verfahren
nach dem Stand der Technik hergestellt wurden. Daher besteht ein
Bedarf nach einem Verfahren und Polierkissen, mit denen Wafer mit gleichmäßig polierten
Oberflächen
in hoher Qualität reproduzierbar
hergestellt werden können.
In der US-Patentschrift
A-6 056 851 werden ein Polierkissen gemäß der Präambel von Anspruch 1 und ein Verfahren
gemäß Präambel von
Anspruch 19 beschrieben.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Deshalb
stellt die vorliegende Erfindung ein Polierkissen gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß Anspruch 19 bereit. Die Vorrichtung
zum Herstellen des Polierkissens umfasst eine Auflageplatte mit
Positionierungsstiften zum Fixieren eines Polierkissens, damit ein Fräswerkzeug
Rillen in die Arbeitsfläche
des Polierkissens einarbeitet. Zur genauen Kontrolle der Tiefe der
in das Polierkissen eingearbeiteten Rillen sorgt ein Abstandsmechanismus
für eine
konstante und genaue Trennung zwischen der Arbeitsfläche des Polierkissens
und dem Spannfutter zum Haltern und Drehen des Fräswerkzeugs.
Eine Vorrichtung dieser Art ist in der US-Patentanmeldung 09/605
869, eingereicht am 29. Juni 2000, für ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einarbeiten von Rillen in ein Polierkissen beschrieben.
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Das
Polierkissen wird auf so auf die Halterungsfläche der Auflageplatte aufgebracht,
dass sich seine Arbeitsfläche
in einem bestimmten Abstand gegenüber dem Fräswerkzeug befindet. Das Spannfutter
des Fräsers
und der Antriebsmotor werden durch einen dem Polierkissen gegenüberliegenden
Rahmen gehaltert. Der Abstandsmechanismus umfasst mindestens einen,
vorzugsweise jedoch zwei oder mehr, Anschläge, die am Rahmen in der Nähe einer Öffnung angebracht
sind, durch welche das Fräswerkzeug
hindurchtritt. Ein äußerer Endteil
des Fräswerkzeugs
ragt über
die Anschläge
hinaus, die vorzugsweise als Stifte so in den Rahmen eingeschraubt sind,
dass sie in axialer Richtung eingestellt werden können. Ein
Unterdrucksystem sorgt für
das Einwirken eines Unterdrucks auf die Arbeitsfläche des
Polierkissens, damit dieses zuerst gegen das äußere Ende des Fräswerkzeugs
und dann gegen die Anschläge
gezogen wird.
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Die
Drehung des Fräswerkzeugs
durch den Motor während
der Einwirkung des Unterdrucks auf das Polierkissen hat zur Folge,
dass der äußere Endteil
des Fräswerkzeugs
in das Polierkissen eine erste Vertiefung (Loch) mit einer Tiefe
unterhalb seiner Arbeitsfläche
einfräst.
Während
sich das rotierende Fräswerkzeug
in das Polierkissen einfräst
und die erste Aussparung bildet, wird die Tiefe der Aussparung durch
die Anschläge
genau begrenzt, welche mit der Arbeitsfläche in Berührung kommen. Nach der Bildung
der ersten Aussparung bewirkt ein Seitenverschiebungsmechanismus
eine relative seitliche Verschiebung zwischen dem rotierenden Fräswerkzeug
und dem Polierkissen, während
das Polierkissen durch den Unterdruck in ständigem Kontakt mit den Anschlägen verbleibt.
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Diese
seitliche Bewegung bewirkt, dass das rotierende Fräswerkzeug
eine Rille in das Polierkissen fräst, die sich von der ersten
Aussparung aus erstreckt und eine Tiefe aufweist, die im wesentlichen gleich
der Tiefe der ersten Aussparung ist. Der Seitenverschiebungsmechanismus
kann obere und untere Platten umfassen, die durch einen oberen Träger gehaltert
werden, der die Relativverschiebung in der x-y-Ebene bewirkt. Zum
Beispiel kann die obere Platte am oberen Träger befestigt sein und durch
eine oder mehrere angetriebene Schrauben in x-Richtung verschoben
werden, während
der Rahmen mit dem Fräskopf
an der unteren Platte hängt,
die wiederum an der oberen Platte befestigt ist und durch eine oder mehrere
angetriebene Schrauben in y-Richtung verschoben wird. Eine Alternative
besteht darin, dass nicht der Rahmen mit dem Fräskopf, sondern dass in ähnlicher
Weise die Auflageplatte oder sowohl die Auflageplatte als auch der
Rahmen mit dem Fräskopf für eine solche
x-y-Verschiebung montiert sind. Außerdem kann die Auflageplatte
durch einen Antriebsmotor in Drehung versetzt werden, um ein zusätzliches
Mittel zum Erzeugen einer seitlichen Verschiebung zwischen dem Fräswerkzeug
und dem Polierkissen bereitzustellen.
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Aus
dem oben Gesagten ergibt sich, dass eine relative Verschiebung zwischen
den Anschlägen und
dem Polierkissen in z-Richtung (entlang der z-Achse) durch den Unterdruck
erzeugt werden kann, indem dieser das Polierkissen in Richtung des Fräswerkzeugs
und der Anschläge
zieht. Wenn das Polierkissen wegen seines großen Durchmessers und seiner
geringen Dicke biegsam ist, ist es unter Umständen nicht erforderlich, diese
Verschiebung des Polierkissens zu steuern. Außerdem kann eine starke Verschiebung
des Polierkissens entlang der z-Achse dadurch vermieden werden,
dass stattdessen das Fräswerkzeug
in Richtung der z-Achse verschoben und dann die Tiefe des Fräswerkzeugs
während
der seitlichen Verschiebung zwischen dem Fräswerkzeug und dem Polierkissen
durch das Einwirken des Unterdrucks beibehalten wird.
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Die
Verschiebung des Polierkissens entlang der z-Achse kann jedoch durch
eine Vielzahl, vorzugsweise zwei oder mehr, Stifte geführt werden,
die aus der Auflageplatte herausstehen und deren Achsen parallel
zur Rotationsachse des Fräswerkzeugs liegen.
Diese Führungsstifte
können
auch das Polierkissen fixieren, wenn die Auflageplatte durch ihren Antriebsmotor
in Drehung versetzt wird, und eignen sich besonders zum Einbringen
von Rillen in Scheiben, die nicht zum Polieren vorgesehen sind,
zum Beispiel starre Scheiben mit größerer Dicke und kleinerem Durchmesser.
Wie bereits erwähnt,
ermöglichen
die obere und die untere Platte eine seitliche Verschiebung des
Fräswerkzeugs
gegenüber
dem Polierkissen in Richtung der x-Achse und der y-Achse. Dadurch
kann das Fräswerkzeug
entsprechend den kartesischen Koordinaten x, y und z oder entsprechend
den Zylinderkoordinaten R, Θ und
Z bewegt werden.
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Durch
die oben erwähnten
seitlichen Relativbewegungen ist es möglich, in die Polierfläche oder die
entgegengesetzte Rückfläche des
Polierkissens Rillen zu fräsen,
die folgende Strukturen aufweisen: links- oder rechtsläufige Spiralmuster,
Zickzackmuster, welche auf konstanten Kreisen mit jeweils unterschiedlichen
Radien um das Polierkissen herum verlaufen, konzentrische Kreisrillen,
gekreuzte lineare Rillen, innere und äußere Kreisrillen mit dazwischen liegenden
spiralförmigen
oder zickzackförmigen
Bereichen, innere und äußere Sektoren
mit unterschiedlichen Radien und unterschiedlichen spiralförmigen oder
zickzackförmigen
Mustern oder beliebige Kombinationen dieser und anderer Muster,
um über die
Polierfläche
hinweg eine gleichmäßige Rillendichte
oder Bereiche der Polierfläche
mit unterschiedlichen Rillendichten zu erzeugen. Außerdem können die
strukturierten Teile der Polierfläche des Polierkissens ausschließlich auf
diejenigen Flächen beschränkt werden,
an denen ein Wafer poliert werden soll.
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Eine
Aufgabe des Einfräsens
von Rillenmustern in die Rückfläche des
Polierkissens besteht darin, dessen Flexibilität zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe besteht
in der Schaffung von Rückseitenrillen, die
durch gebohrte oder gefräste
Kanäle
mit den Rillen auf der Vorderfläche
oder Polierfläche
verbunden sind, um dadurch Flüssigkeitsaustrittsöffnungen
zum Ableiten der Poliersuspension aus den Rillen der Polierfläche zu bilden.
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Die
Tiefe der Vorder- und/oder Rückseitenrillen
kann auch für
unterschiedliche Muster variiert werden, indem die hervorstehende
Länge der
Anschläge,
vorzugsweise symmetrische Stifte, in axialer Richtung eingestellt
wird oder indem die hervorstehende Länge des Fräswerkzeugs in Bezug auf die axial
fixierten Anschläge
in axialer Richtung eingestellt wird. Um Polierkissen mit höherer Flexibilität herzustellen,
können
die Rillen bis zu einer Tiefe in das Polierkissen reichen, die 80%
der Dicke des Polierkissens entspricht. Die Flexibilität des Polierkissens
kann auch durch die Gesamtzahl der vorgesehenen Rillen eingestellt
werden, zum Beispiel durch ein Muster mit 8, 32 oder 64 Spiralen.
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Die
Rillen in der Arbeits- oder Polierfläche eines CMP-Polierkissens können entweder
allein oder in Kombination mit Rückseitenrillen
den Aquaplaningeffekt während
der Waferpolitur verringern, sodass eine wesentlich höhere Poliergeschwindigkeit
erreicht werden kann. Ein Muster mit einer größeren Anzahl von spiralförmigen Rillen
kann den Aquaplaningeffekt wirksamer verringern als ein Muster mit
einer kleineren Anzahl von spiralförmigen Rillen, da beim Polieren
pro Zeiteinheit mehr Rillen die Waferoberfläche überstreichen. Durch eine höhere Flexibilität des Polierkissens
infolge des gewählten
Rillenmusters kann zur verbesserten Gleichmäßigkeit der Politur der Waferoberfläche beitragen.
Auch die Rillendichte von zickzackförmigen Rillenmustern kann variiert
werden, um die Verteilung der Poliergeschwindigkeit innerhalb verschiedener
Segmente der Oberfläche
des Polierkissens zu steuern und so die Gleichmäßigkeit der Politur über die
Waferoberfläche hinweg
zu verbessern.
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Zur
weiteren Optimierung des Polierprozesse kann der Grundkörper des
Polierkissens aus einem festen oder porösen organischen Material wie beispielsweise
Polyurethan, das aufgrund seiner starken Vernetzung sehr haltbar
ist, oder aus einem organischen Fasermaterial hergestellt werden,
wie beispielsweise aus Viskoseseide oder Polyesterfasern, welches
auch ein Bindemittel sowie festes oder poröses Polyurethan enthalten kann.
Der Grundkörper
des Polierkissens kann aus einer einzigen Schicht hergestellt werden
oder mehrere Schichten umfassen, was in der US-Patentanmeldung 09/599 514,
eingereicht am 23. Juni 2000, unter dem Titel „Multilayered Polishing Pad,
Method for Fabrication, and Uses Thereof" beschrieben wird.
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Das
durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Polierkissen eignet
sich ideal zum Polieren von Wafern aus isolierendem Material wie
z.B. Siliciumdioxid, diamantähnlichem
Kohlenstoff (diamond-like carbon, DLC), aufgeschleudertem Glas (spin-on-glass,
SOG), Polysilicium und Siliciumnitrid. Die Polierkissen können auch
zum Polieren anderer Wafer oder Platten wie etwa solchen aus Kupfer,
Aluminium, Wolfram und deren Legierungen sowie aus anderen Metallen
eingesetzt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, die Funktionsweise und die Vorteile der Erfindung lassen
sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsarten
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen,
in denen:
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1 eine
Teilquerschnittsansicht der Erfindung ist, in welcher deren Hauptkomponenten
bildlich dargestellt sind;
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2 eine
ebene Querschnittsansicht entlang Linie 2-2 von 1 ist;
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3 eine
vergrößerte Teilquerschnittsansicht
eines Teils von 1 ist;
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4 ein
Polierkissen zeigt, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde und bei welchem das Rillenmuster 8 linksdrehende
spiralförmige
Rillen umfasst, die etwa in der Mitte des Polierkissens beginnen
und etwa bis zum Außenrand
der Arbeitsfläche
des Polierkissens reichen;
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5 ein
Polierkissen zeigt, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde und bei welchem das Rillenmuster 32 linksdrehende
spiralförmige
Rillen umfasst, die etwa in der Mitte des Polierkissens beginnen
und etwa bis zum Außenrand der
Arbeitsfläche
des Polierkissens reichen;
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6 ein
Polierkissen zeigt, das gemäß der Erfindung
hergestellt wurde und bei welchem das Rillenmuster 64 rechtsdrehende
spiralförmige
Rillen umfasst, die etwa in der Mitte des Polierkissens beginnen
und etwa bis zum Außenrand
der Arbeitsfläche
des Polierkissens reichen;
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7 ein
Polierkissen zeigt, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde und bei welchem das Rillenmuster eine
Vielzahl von in einem radialen Abstand voneinander angeordneten
zickzackförmigen
Rillen umfasst, die jeweils symmetrisch auf einem Umfang mit einem
im Wesentlichen konstanten Radius über die Oberfläche des
Polierkissens hinweg gebildet sind und deren Rillendichte sich für den innersten
und den äußersten
Radius untereinander und von der Rillendichte der mittleren Rillen unterscheidet;
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8 eine
Rückseitenrille
bildlich darstellt, die durch einen Kanal mit einem rillenfreien
Teil der Polierfläche
eines Polierkissens verbunden ist;
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9 eine
Rückseitenrille
bildlich darstellt, die durch einen Kanal mit Vorderseitenrille
der Polierfläche
eines Polierkissens verbunden ist;
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10 sich
kreuzende Rillen auf der Rückseite
eines Polierkissens bildlich darstellt;
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11 unterschiedliche
Querschnittsformen der Rillen in der Polierfläche eines Polierkissens bildlich
darstellt, welches aus einer einzigen Schicht aus einem einheitlichen
Material besteht;
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12 Rillen
unterschiedlicher Tiefe in der Polierfläche eines Polierkissens aus
Verbundmaterial bildlich darstellt, welches aus oberen Polierkissen aus
einem Material und einem unteren Polierkissen aus einem anderen
Material hergestellt wurde;
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13 unterschiedliche
Querschnittsformen der Rillen in der Polierfläche eines Polierkissens aus Verbundmaterial
bildlich darstellt, welches aus einem oberen Polierkissen aus einem
Material und einem unteren Polierkissen aus einem anderen Material hergestellt
wurde; und
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14 ein
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks mittels eines Polierkissens
mit Rillen veranschaulicht, welches gemäß der Erfindung hergestellt
wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
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Das
Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Herstellen
von Rillen in einem Polierkissen werden sehr gut in 1 bis 3 veranschaulicht.
Die Poliervorrichtung weist eine Auflageplatte 10 auf,
auf welcher ein Polierkissen 12 angebracht ist, das durch
eine Vielzahl von Haltestiften 14 in einer radial fixierten
Position gehalten wird. Jeder dieser Haltestifte 14 ragt
in einen Kanal oder eine Aussparung 16 (4),
die im Grundkörper
oder im Rand des Polierkissens gebildet ist und sich in der Weise
parallel zur Mittelachse C des Polierkissens erstreckt, dass das
Polierkissen zur axialen Verschiebung von der Oberfläche der
Auflageplatte weg geführt
werden kann, was in 3 durch die Pfeile Z und den
Luftspalt 17 dargestellt ist. Damit jedoch bei axial einstellbaren
Fräswerkzeugen
und/oder flexiblen Polierkissen mit hinreichend großem Durchmesser
und geringer Dicke die Verschiebung des gerade gefrästen Teils
möglich
ist, können
die Haltestifte 14 durch Klammern ohne Führungsfunktion
ersetzt werden.
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Gegenüber der
Arbeitsfläche 22 des
Polierkissens 12 ist ein Fräswerkzeug 24 angeordnet,
das durch ein Spannfutter 26 austauschbar gehaltert und durch
einen Fräsermotor 28 in
Drehung versetzt wird. Der Antriebsmotor 28 ist auf einem
Rahmen 30 befestigt, der so von einem Gehäuse 32 umgeben
ist, dass zwischen den konzentrischen Wänden des Rahmens und des Gehäuses, welche
beide vorzugsweise zylindrisch sind, ein ringförmiger Zwischenraum 34 entsteht.
In dem ringförmigen
Zwischenraum 34 wird durch ein mittels eines flexiblen Schlauchs 38 am
Gehäuse 32 angebrachtes
Gebläse 36 ein
durch die Pfeile V, V dargestellter Unterdruck erzeugt. Die Auflageplatte 10 wird
durch eine mittels eines Auflageplattenmotors 20 angetriebene Antriebswelle 18 in
einer beliebigen Richtung in Drehung versetzt. Die Motoren 20 und 28 können ihre Drehrichtung
wechseln, sodass das Fräswerkzeug
in eine durch den Pfeil R1 gekennzeichnete beliebige Richtung in
Drehung versetzt werden kann, während die
Auflageplatte 10 ebenfalls beliebig in einer durch den
Pfeil R2 gekennzeichneten Richtung in Drehung versetzt werden kann.
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An
der unteren Wand 31 des Rahmens 30 sind in der
Nähe einer
Durchgangsöffnung 35 für das Fräswerkzeug 24 eine
Vielzahl von Anschlagstiften 33 angebracht, die parallel
zum Fräswerkzeug
um einen Abstand herausragen, der kleiner ist als die Strecke, um
die das Fräswerkzeug
herausragt. Die Differenz zwischen dem Überstand der Stifte 33 und
dem Überstand
des Fräswerkzeugs
definiert die Länge
eines Endteils 37 des Fräswerkzeugs, welche gleich der
gewünschten
Tiefe der durch diesen Endteil auszufräsenden Rille ist, was in Verbindung
mit der Funktionsweise der Erfindung genauer beschrieben wird. Die
Länge des Überstandes
des Endteils 37 des Fräswerkzeugs
kann durch ein Paar Ritzel 27, 27 gemäß 1 geändert werden,
die in ein Paar am Fräsermotor 28 angebrachter
Zahnstangen 29, 29 eingreifen. Die Stifte 33 sind
zur axialen Einstellung vorzugsweise in die untere Wand 31 eingeschraubt,
sodass ein alternatives Mittel zur Änderung der hervorstehenden
Länge des
Endteils 37 des Fräswerkzeugs
zur Verfügung
steht. Die Stifte 33 können
einen Sechskantteil 39 aufweisen, damit sie mittels eines
geeigneten Werkzeugs gedreht werden können.
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Die
Fräsvorrichtung
ist über
einen Mechanismus 42 zum seitlichen Bewegen an einer oberen
Halterung oder einem Träger 40 angebracht,
um das Fräswerkzeug
in einer zur Drehachse des Fräswerkzeugs
und zur entsprechenden Mittelachse C des Polierkissens senkrechten
x-y-Ebene seitlich zu verschieben. Der Mechanismus 42 zum
seitlichen Bewegen kann aus einer beliebigen Struktur bestehen, die
in der Lage ist, eine präzise
Seitenbewegung des Fräswerkzeugs 24 zu
bewirken, jedoch ist dieser Mechanismus in solchen Fällen nicht
erforderlich, in denen das Halterungsbauteil 40 der Fräsvorrichtung selbst
in der x-y-Ebene verschoben werden kann, zum Beispiel wenn das Bauteil 40 an
einem präzise gesteuerten
Roboterarm angebracht oder dessen Bestandteil ist.
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1 und 2 zeigen
ein Beispiel, bei dem die Verschiebungsvorrichtung eine untere Platte 44 umfasst,
die durch zwei Paar Gewindeösen 48, 48 und 50, 50 an
einer oberen Platte 46 aufgehängt ist. Die obere Platte 46 wiederum
ist durch zwei weitere Paar Gewindeösen 54, 54 und 56, 56 an
zwei Paar Stützen 52, 52 und 53, 53 aufgehängt. Das
Gewinde jedes Paars der Gewindeösen
nimmt eine entsprechende Antriebsschraube 58 auf, die in
Richtung der y-Achse durch einen Motor 59 mit umschaltbarer Drehrichtung
angetrieben wird, um die untere Platte 44 entlang der y-Achse
hin- und herzubewegen, was durch den Doppelpfeil Y angezeigt wird.
Desgleichen nimmt das Gewinde jedes Paars der Gewindeösen eine
entsprechende Antriebsschraube 60 auf, die in Richtung
der x-Achse durch
einen Elektromotor 62 mit umschaltbarer Drehrichtung angetrieben
wird, um die obere Platte 46 entlang der y-Achse hin- und
herzubewegen, was in 2 durch den Doppelpfeil X angezeigt
wird.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Fräsen der
Rillen eines Polierkissens unter Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Das
Gebläse 36 wird
eingeschaltet, um im ringförmigen
Zwischenraum 34 einen Unterdruck V zu erzeugen. Dieser
Unterdruck erzeugt eine in Richtung der Pfeile Z, Z aufwärts gerichtete
Kraft, durch die das Polierkissen 12 angehoben und/oder
gegen die in axialer Richtung verstellbaren Anschlagstifte 33 gedrückt wird,
welche dadurch die Rillentiefe steuern. Das Fräswerkzeug 24 ragt
um die Länge
des Endteils 37 des Fräswerkzeugs über die
Enden der Anschlagstifte 33 hinaus und fräst das Polierkissen 12,
wenn das Fräswerkzeug
durch Einschalten des Fräsmotors
in Drehung versetzt wird. Die Fräsvorrichtung wird
vorzugsweise erst eingeschaltet und vertikal eingestellt, nachdem
der Unterdruck einwirkt. Jede Aufwärtsbewegung des Polierkissens
durch das Anlegen des Unterdrucks V wird dadurch geführt, dass die
Haltstifte 14 in den entsprechenden Aussparungen oder Kanälen 16 laufen,
die sich im Grundkörper oder
im Rand des Polierkissens 12 befinden können. Der Endteil 37 des
Fräswerkzeugs 24 kann
um eine Strecke über
die Spitzen der Stifte 33 hinausragen, die bis zu 80% der
Dicke des Polierkissens entspricht, sodass der Endteil des Fräswerkzeugs
bis zu 80% der Dicke des Polierkissens in dieses eindringen kann.
Die Länge
des vorspringenden Endteils 37 des Fräswerkzeugs kann zur Änderung
der Rillentiefe verändert
werden, indem die entweder die Ritzel 27, 27 oder
die Stifte 33, 33 gedreht werden oder eine Kombination
dieser Einstellungen vorgenommen wird.
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Nachdem
das Fräswerkzeug 24 bis
zu einer Tiefe vollständig
in das Polierkissen eingedrungen ist, die durch das Anstoßen der
Spitzen der Anschlagstifte 33 an die Arbeitsfläche 22 des
Polierkissens 12 bestimmt ist, wird das Fräswerkzeug
gegenüber
dem Polierkissen in einer x-y-Ebene in radialer Richtung bewegt,
was durch die Doppelpfeile X und Y in 2 dargestellt
ist. Diese x-y-Bewegung lässt sich
allein dadurch erreichen, dass die untere Platte 44 und
die obere Platte 46 mittels der Motoren 59 und 62 relativ
zueinander verschoben werden, jedoch können zur Erzeugung von spiralförmigen Rillen
diese seitlichen Bewegungen auch mit einer Drehung der Auflageplatte 10 um
die Mittelachse C kombiniert werden, während sich das Fräswerkzeug 24 in
radialer Richtung bewegt.
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Die
seitliche Verschiebung der unteren Platte 44 entlang der
y-Achse wird durch die Drehung der Schrauben 58, 58 bewirkt,
die durch die Gewinde der Ösen 48, 48 bzw. 50, 50 verlaufen.
Die seitliche Verschiebung der oberen Platte 46 entlang
der x-Achse wird
durch die Drehung der Schrauben 60, 60 bewirkt,
die durch die Gewinde der Ösen 54, 54 bzw. 56, 56 verlaufen.
Die Drehung der Auflageplatte 10 erfolgt durch Drehung
der Welle 18 mittels des Auflageplattenmotors 20.
Dementsprechend kann das Fräswerkzeug 24 entlang
der kartesischen Koordinaten x und y oder entlang der zylindrischen
Koordinaten R, Θ in
der x-y-Ebene gegenüber dem
Polierkissen verschoben werden. Außerdem kann das Fräswerkzeug
sowohl im kartesischen als auch im zylindrischen Koordinatensystem
entlang der z-Achse auf und ab bewegt werden, indem die Ritzel 27 durch (nicht
gezeigte) herkömmliche
Mechanismen entweder manuell oder durch Motorantrieb gedreht werden.
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Die
Bewegung sowohl im kartesischen als auch im zylindrischen Koordinatensystem
entlang der z-Achse nach oben wird auch durch die Bewegung des Polierkissens 12 von
der Oberfläche 22 der Auflageplatte 10 weg
gegen die Spitzen der Stifte 33 bewirkt, weil im Innern
des ringförmigen
Zwischenraums 34 ein Unterdruck erzeugt wird. Das Polierkissen
wird entlang der z- Achse
nach unten bewegt, wenn das Gebläse 36 ausgeschaltet
wird und das der Unterdruck geringer wird. Eine solche Bewegung
des Polierkissens 12 entlang der z-Achse wird daher durch
den Druckunterschied hervorgerufen, der durch den Unterdruck V über die
Dicke des Polierkissens erzeugt wird. Alternativ kann zum Auslösen dieser
Bewegung des Polierkissens ein Druckunterschied erzeugt werden,
indem Druckluft durch eine Reihe von (nicht gezeigten) Luftöffnungen
oder -düsen
unter das Polierkissen geblasen wird.
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Die
durch die vorliegende Erfindung gebildeten spiralförmigen Rillen
beginnen vorzugsweise (aber nicht unbedingt) in der Mitte des Polierkissens und
reichen etwa bis zu dessen Außenrand.
Die Richtung des spiralförmigen
Musters kann entweder links- oder rechtsdrehend sein, was durch
die acht spiralförmigen
Rillen in 4 und die 32 spiralförmigen Rillen
in 5 bzw. durch die 64 spiralförmigen Rillen in 6 dargestellt
wird. In den 4 bis 7 sind die
Rillen zur Verdeutlichung durch dicke schwarze Linien dargestellt,
da die gegenüberliegenden
Ränder
der eigentlichen Rillen zu dicht beieinander liegen und nicht als
Doppellinien dargestellt werden können. Eine gründliche
Betrachtung zeigt, dass das Muster 70 von 4,
das Muster 72 von 5 und das
Muster 74 von 6 durch eine einzige durchgehende
Rille gebildet sind, sodass das Fräswerkzeug einmal abgesenkt
und erst dann wieder angehoben wird, wenn das Muster vollständig ist.
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Die
spiralförmigen
Rillen in der Oberfläche des
Polierkissens verringern den Aquaplaningeffekt während des Poliervorgangs und
bewirken somit eine wesentlich höhere
Poliergeschwindigkeit. Durch eine größere Anzahl von spiralförmigen Rillen
auf derselben Fläche
kann der Aquaplaningeffekt wirksamer verringert werden als durch
eine kleinere Anzahl von spiralförmigen
Rillen, da pro Zeiteinheit mehr Rillen über die Oberfläche eines
Wafers laufen, der während
des Poliervorgangs gegen die Oberfläche des Polierkissens gedrückt wird.
Darauf folgt, dass die zusammen mit dem Polierkissen zum Polieren des
Wafers verwendete Poliersuspension umso schneller abgeleitet wird,
je mehr spiralförmige
Rillen pro Flächeneinheit
der Arbeitsfläche
des Polierkissens vorhanden sind. Durch eine große Anzahl von Rillen kann das
Polierkissen auch flexibler werden, wodurch die Gleichmäßigkeit
der Waferpolitur verbessert werden kann.
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7 veranschaulicht
ein zickzackförmiges Rillenmuster,
das aus einer äußeren Rille 76,
einer inneren Rille 78 und drei dazwischen liegenden Rillen 80, 81 und 82 besteht.
Diese Rillen werden einzeln erzeugt, indem das Gebläse ausgeschaltet
wird, um das Fräswerkzeug
vom Polierkissen abzuheben, das Fräswerkzeug gegenüber dem
Polierkissen neu positioniert wird und dann das Gebläse erneut
eingeschaltet wird, damit das Fräswerkzeug
in das Polierkissen eindringt. Die Rillen 76, 78, 80, 81 und 82 können jedoch
auch miteinander verbunden sein, wobei in diesem Fall das Muster
als eine durchgehende Rille erzeugt werden kann und das zwischenzeitliche Abheben
des Fräswerkzeugs
vom Polierkissen entfällt.
Das Rillenmuster von 7 veranschaulicht, dass verschiedene
Teile der Oberfläche
des Polierkissens eine unterschiedliche Rillendichte haben können. Durch
solche unterschiedlichen Rillendichten lässt sich die Verteilung der
Poliergeschwindigkeit steuern, wenn ein Wafer gegen die Oberfläche des
Polierkissens gedrückt
wird, was wiederum die Gleichmäßigkeit
der Waferpolitur verbessern kann. Um die in den 4 bis 7 gezeigten Muster
und andere komplexe Rillenmuster zu erzeugen, werden die Stellmotoren 20, 59 und 62 vorzugsweise
durch einen (nicht gezeigten) Mikroprozessor gesteuert.
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Die
Gleichmäßigkeit
der Politur wird üblicherweise
durch Änderung
von Parametern wie z.B. der Drehzahl des Wafers, der Drehzahl des
Polierkissens oder des Polierbandes, den durch Änderung des Drucks auf den
Wafer oder das Polierkissen bzw. das Polierband ausgeübten Polierdruck
oder durch Änderung
anderer Werkzeugparameter gesteuert. Weitere Variablen, welche die
Gleichmäßigkeit
der Politur beeinflussen, stellen die Eigenschaften der Verbrauchsmaterialien
(d.h. Polierkissen, Polierkissenunterlagen und Poliersuspensionen)
dar.
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Bei
der Verwendung von Poliersuspensionen in Verbindung mit einem Polierkissen
oder -band können
die Größe und Art
der Schleifpartikel (z.B. unterschiedliche Phasen und Formen von
Aluminiumoxid-, Ceroxid- oder Siliciumoxidpartikeln) variiert werden, um
unterschiedliche Polier- und Planarisierungsrate zu erzielen. Der
Poliersuspension können
chemische Zusätze
beigefügt
werden, um die Schleifpartikel der Suspension in der Schwebe zu
halten, die Polierrate zu verbessern, die relativen Polierrate verschiedener Materialien
zu verändern
und das polierte Werkstück vor
Zerkratzen und Korrosion zu schützen.
Das Gemisch aus Chemikalien und Schleifkörpern in der Poliersuspension
kann sich in der Weise auf die Gleichmäßigkeit der Politur auswirken,
dass die Polierrate am Rand des Wafers erhöht und in der Mitte verringert
wird und umgekehrt. Oft spielen wichtigen Parameter wie z.B. die
Selektivität
zwischen den Polierraten unterschiedlicher Materialien eine ausschlaggebende
Rolle bei der Wahl der Zusammensetzung der Poliersuspension und
können
dazu beitragen, eine definierte Gleichmäßigkeit der Politur zu erreichen. Außerdem ist
es fast unmöglich,
Poliersuspensionen mit geringfügig
veränderter
Zusammensetzung zu entwickeln und einzusetzen, welche für die unterschiedlichen
gegenwärtig
in der Industrie eingesetzten Polierwerkzeugkombinationen optimiert
sind.
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Bei
den Polierkissen und den Polierkissenunterlagen stellen die Härte und
die Porosität
der Polierkissen die gebräuchlichsten
Eigenschaften dar, mit denen die Gleichmäßigkeit der Politur beeinflusst werden
kann. Oft sind über
die Oberfläche
des Polierkissens hinweg Löcher,
Rillen oder Vertiefungen verteilt, um während des Poliervorganges die
gleichmäßige Verteilung
der Poliersuspension über
die Waferoberfläche
zu gewährleisten
und so an allen Stellen des Wafers gleichmäßige Abtragungsgeschwindigkeiten
zu erzielen. Bei den gegenwärtig
eingesetzten Polierkissen mit Rillenstruktur werden generell gleichmäßige Muster
von äquidistanten
geraden Linien, konzentrischen Kreise oder Gittermuster angewendet.
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Die
vorliegende Erfindung variiert wahlweise die Rillendichte über das
Polierkissen hinweg, um die Gleichmäßigkeit der Politur zu verbessern.
Die Auswirkungen der veränderlichen
Rillendichte auf die Gleichmäßigkeit
der Politur werden im Folgenden beschrieben. Wenn die Rillendichte
in einem Bereich der Polierfläche
des Polierkissens höher
ist als in einem anderen Bereich, kann auf die Bereiche mit höherer Rillendichte
mehr Poliersuspension verteilt werden als auf die Bereiche mit geringerer
Rillendichte. Somit können
in den Bereichen mit höherer
Rillendichte höhere
Abtragungsraten erreicht werden als in den Bereichen mit geringerer Rillendichte.
Durch solche ungleichmäßigen Rillendichten
auf den Polierkissen können
eine von Mängeln
der Polierwerkzeuge und Poliersuspensionen herrührende unzureichende Gleichmäßigkeit
der Politur und sogar Schichten ungleichmäßiger Dicke, die sich vor dem
Polieren auf der Oberfläche
befanden, oder aus vorangegangenen Arbeitsgängen herrührende ungleichmäßige Politureigenschaften
ausgeglichen werden. Zum Beispiel kann auf einem Wafer mit einer
Schicht, die zu Anfang am Rand dick und in der Mitte dünn ist,
durch Polieren eine gleichmäßige Schichtdicke über den Wafer
hinweg erreicht werden, indem ein Polierkissen nach 7 verwendet
wird, bei dem die Rillendichte am Rand und in der Mitte des Polierkissens (d.h.
am Innen- und am Außenrand
der Waferspur während
des Polierens) hoch ist.
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Ein
Polierkissen mit einer höheren
Rillendichte in der Mitte als am Rand würde hingegen zu einer höheren Poliergeschwindigkeit
in der Mitte führen und
könnte
Schichten mit einem dickeren Profil in der Mitte ausgleichen. Darüber hinaus
kann dieses Konzept veränderlicher
Rillendichten über
ein Polierkissen hinweg auf lineare Polierbänder oder -kissen und auf unterschiedliche
Poliermuster und -formen angewendet werden. Als weitere mögliche Poliermuster, aber
nicht ausschließlich,
kommen in Frage: eine einzige durchgehende spiralförmige Rille ähnlich den
in 4 bis 6 gezeigten, bei der die Abstände zwischen
benachbarten Spiralen in unterschiedlichen Bereichen des Polierkissens
verändert
sind, um unterschiedliche Rillendichten zu erzielen; oder konzentrische
Kreise (oder gerade Linien bei einem bandförmigen Polierkissen), die in
bestimmten Bereichen des Polierkissens kleinere und in anderen Bereichen
größere Abstände aufweisen.
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Durch
Variieren der Dichte des Rillenmusters können auch die Eigenschaften
des Polierkissens beeinflusst werden. 8 und 9 zeigen,
dass auf der Rückseite
des Polierkissens Rillen 84 angebracht werden können, entweder
allein oder in Kombination mit Rillen 86 an der Vorderseite.
Rillen 84 und 85 gemäß 10 können dann
ausschließlich auf
der Rückseite
angebracht werden, um die Flexibilität des Polierkissens zu erhöhen, wenn
zum Beispiel auf der Vorderseite keine Rillen erwünscht sind. Die
Rillen auf der Rückseite
des Polierkissens können über eine
oder mehrere durch das Polierkissen führende Öffnungen 88 (8)
auch mit der Vorderseite des Polierkissens in Verbindung stehen,
um Wasser leichter abzusaugen oder um Luft, ein Gas oder eine Flüssigkeit
oder eine Kombination davon von der Rückseite zur Vorderseite des
Polierkissens zu befördern.
Außerdem
können
von den Rillen an der Rückseite
zu den Rillen an der Vorderseite führende Löcher oder Öffnungen zum Aufnehmen von Sonden
dienen, welche den Endpunkt oder die Beendigung des Polierprozesses
oder das Erreichen einer Mindestrillentiefe erkennen können, welche
eine übermäßige Abnutzung
des Polierkissens anzeigt. Solche Löcher oder Öffnungen können auch ohne Rillen auf der
Rückseite
verwendet werden und stattdessen mit Ableitungslöchern oder -kanälen in der Auflageplatte
verbunden sein, auf welcher das Polierkissen befestigt ist. Die
Rillen auf der Rückseite des
Polierkissens können
gemäß 9 über eine oder
mehrere Öffnungen 89 mit
Rillen auf der Polierfläche
in Verbindung stehen, um das Ansaugen des Wafers zu mindern, wenn
zum Beispiel das Ende der Rille auf der Vorderseite geschlossen
ist. Das ist ein wichtiger Gesichtspunkt, da sich ein angesaugter Wafer
nach Beendigung des CMP-Schrittes nur schwer vom Polierkissen abnehmen
lässt.
Ein Luft- oder Flüssigkeitsstoß von der Rückseite
durch die Verbindungsleitung kann dafür sorgen, dass der Wafer rasch
vom Polierkissen abgenommen werden kann.
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Darüber hinaus
brauchen die Profile der Rillen auf der Vorderseite und auf der
Rückseite
nicht rechteckig zu sein (S2), sondern können gemäß 11 und 13 auch
halbkreisförmig
(S2) oder rechteckig mit abgerundeten Ecken (S3) sein, damit die
Ansammlung von Polierresten im Innern der Rille erschwert und/oder
die Reinigung der Rille von Polierresten erleichtert wird. Um die
Flexibilität
eines Polierkissens mit einem Grundkörper 90 aus Verbundwerkstoff
zu optimieren, kann die Tiefe der Rillen kleiner, gleich oder größer als
die Dicke eines oberen Polierkissens 92 sein, die auf die
obere Fläche
einer Polierkissenunterlage 94 aufgeklebt oder anderweitig
daran befestigt ist, was durch die entsprechenden Rillen G1, G2
und G3 in 12 veranschaulicht ist. Bei 13 wird
davon ausgegangen, dass die Polierkissenunterlage 94 oder
eine zwischen dem Polierkissen 92 und der Polierkissenunterlage 94 befindliche
Zwischenschicht eine andere Farbe als das Polierkissen 92 haben
kann, um in situ über
ein Mittel zu verfügen,
um die maximal zulässige Abnutzung
des Polierkissens zu ermitteln, die für die Polierfähigkeit
des Polierkissens noch akzeptiert werden kann. Alternativ kann zu
diesem Zweck ein eingefärbter
Teil des Rillenbodens oder ein Farbindikator unterschiedlicher Ausführung am
Rillenboden oder in dessen Nähe
vorgesehen werden. Zum Optimieren der Gleichmäßigkeit der Politur und zum
Minimieren des Aquaplaningeffektes kann die Rille durchgehend (mit
offenen Enden) oder in ein oder mehrere aufeinanderfolgende Segmente
mit geschlossenen Enden aufgeteilt sein.
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Die
obigen Beschreibungen beziehen sich auf Verfahren zum Optimieren
der Leistungsfähigkeit von
CMP-Polierkissen. Wenn diese optimierten Polierkissen mit ausgewählten Poliersuspensionen
mit geeigneter Schleifpartikelgröße, geeignetem pH-Wert
usw. kombiniert werden, kann eine weitere Verbesserung des CMP-Polierprozesses
für Isolier- und
die Metallschichten erreicht werden. Zur weiteren Optimierung des
Polierprozesses kann der Grundkörper
des Polierkissens aus festem oder porösem organischem Material wie
beispielsweise Polyurethan hergestellt werden, das aufgrund seiner starken
Vernetzung sehr beständig
ist, oder aus einem organischen Fasermaterial wie beispielsweise Viskoseseide
und Polyesterfasern, das auch ein Bindemittel sowie festes oder
poröses
Polyurethan enthalten kann.
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14 zeigt
die Politur eines Wafers 95 mit einer Poliersuspension
S und einem Polierkissen 96 mit zwei spiralförmigen Rillen 97 und 98,
welches an einer Auflageplatte 100 befestigt ist. Oberhalb
des Polierkissens 96 befindet sich eine Halterung 102 zum
Haltern des Wafers 95, um diesen gegen die Polierfläche 99 des
Polierkissens 96 zu drücken.
Während
des Polierens kann die Halterung 102 durch eine Antriebswelle 104 und
die Auflageplatte 100 durch eine Antriebswelle 106 in
Drehung versetzt werden. Die Halterung 102 und die Auflageplatte 100 können entsprechend
den durch die Pfeile R1 und R2 gezeigten Richtungen im Uhrzeigersinn
oder entgegengesetzt gedreht werden, wobei die Halterung entweder
in derselben Richtung wie die Auflageplatte 100 oder in
entgegengesetzter Richtung gedreht werden kann. Vorzugsweise werden
die Halterung 102 und die Auflageplatte 100 in
derselben Richtung, in der eine spiralförmige Rille von innen nach
außen verläuft, gedreht,
zum Beispiel entsprechend den in 14 gezeigten
Rillen entgegen dem Uhrzeigersinn. 14 zeigt
auch die Austrittsöffnungen
(offenen Enden) 114 und 116 der Rillen 97 und 98,
die Löcher 118 und 120 an
den inneren Enden der Rillen des Polierkissens 96 und die
Flüssigkeitskanäle 122 und 124 der
Auflageplatte 100, die als Strömungskanäle zum Ableiten der Poliersuspension
aus den Rillen dienen.
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Während sich
die Halterung und die Auflageplatte in Drehung befinden, kann die
Halterung 102 entlang der durch den Pfeil O1 angezeigten
Richtung über
das Polierkissen hin- und herbewegt werden. Auf die Polierfläche 99 wird
eine durch einen Schlauch 110 zugeführte Poliersuspension mit Schleifpartikeln
in Form eines Nebels S durch eine Düse 108 aufgebracht.
Die Düse 108 ist
an einem sich hin- und herbewegenden Bauteil 112 angebracht,
sodass auch der Nebel S in der durch den Pfeil O2 angezeigten Richtung über das
Polierkissen hin- und herbewegt werden kann.
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Für das chemisch-mechanische
Polieren sind üblicherweise
für jede
Waferart oder andere Werkstückmaterialien
spezielle Poliersuspensionen mit jeweils anderen Schleifmitteln,
beispielsweise W, SiO2, Al oder Cu, und
extra Polierkissen entwickelt worden. Einer der Hauptnachteile dieses
Ansatzes besteht darin, dass das CMP-Verfahren sowohl von der chemischen
Reaktion zwischen der Poliersuspension und dem Werkstück als auch
von der mechanischen Wechselwirkung zwischen dem Polierkissen, der
Poliersuspension und dem Werkstück
abhängt.
Das hat zur Entwicklung von Polierkissen der vorliegenden Erfindung
mit eingefrästen
Rillen geführt,
um die Strömung
der Poliersuspension zur Polierfläche des Polierkissens und in
entgegengesetzter Richtung zu verbessern und unerwünschte mechanische
Effekte wie beispielsweise das Aquaplaning zu verhindern, weil das
Polierkissen und das zu polierende Werkstück sonst fast reibungslos übereinander
hinweggleiten und nur eine geringe Polierwirkung erzielt wird.
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Durch
die Auswahl einer bestimmten Kombination von Poliersuspension/Polierkissen
kann der Polierprozess deutlich verbessert werden, indem man die
Strömung
der Poliersuspension zu dem zu polierenden Material und in entgegengesetzter
Richtung verbessert und durch das Verhindern von Aquaplaningbereichen
die mechanische Reibung verstärkt.
Ein Beispiel hierfür
stellt die Verwendung von Polierkissen aus Polyurethan mit Rillen
und von Poliersuspensionen auf Grundlage von Siliciumdioxid zum
Polieren von oxidischen Wafern dar. Ein weiteres Beispiel sind Polierkissen,
die aus Fasern hergestellt und mit einem Bindemittel und/oder Polyurethan
getränkt
sind und zum Polieren von Cu und W mit Poliersuspensionen auf Grundlage
von Aluminiumoxid eingesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass man
das Zerreißen
der aus Naturfasern oder weichen Synthesefasern hergestellten Verbundmaterial-Polierkissen
vermeiden kann, wenn man zur Herstellung des Polierkissens und zum
Einfräsen
der Rillen mit Polyurethan beschichtete Fasern verwendet. Somit
erzielt man durch die Kombination der optimalen Polierchemie für ein bestimmtes
Material eines Werkstücks
mit den Rillen-Polierkissen
der Erfindung den Vorteil einer hohen Poliergeschwindigkeit und
einer hohen Gleichmäßigkeit
der Politur.
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Der
Fachmann kann der vorliegenden Erfindung entnehmen, dass man an
den Elementen und Schritten der Erfindung diverse Änderungen
und Abwandlungen vornehmen kann, ohne deren Funktionen wesentlich
zu beeinflussen. Zum Beispiel sind die Halterungsstruktur für das Polierkissen
und das Fräswerkzeug,
die Art und die Form der Anschlagbauteile zur Steuerung der Rillentiefe,
die Anordnung zum Ausüben
eines Differenzdrucks zum Andrücken des
Polierkissens gegen die Anschlagbauteile und die Strukturen zum
Ausführen
einer relativen seitlichen Bewegung zwischen dem Fräswerkzeug
und dem Polierkissen lediglich als Beispiel beschrieben worden und
können
gemäß der gegenwärtigen und zukünftigen
Technologie innerhalb weiter Grenzen variiert werden, um die Funktionen
dieser Systeme und Komponenten zu gewährleisten. Zum Beispiel kann
die Auflageplatte eine Anordnung von Luftkanälen und -austrittsöffnungen
zur Erzeugung eines Druckluftkissens unter dem Polierkissen enthalten, damit
der gesamte Differenzdruck oder ein Teil davon das Polierkissen
gegen die Anschlagbauteile drückt. Ferner
können
die Auflageplatte und das Polierkissen nicht nur in Drehung versetzt,
sondern auch in einer x-y-Ebene verschoben werden, indem der Antriebsmotor
für die
Auflageplatte an einem Seitenverschiebungsmechanismus angebracht
wird, welcher dem oben beschriebenen Mechanismus 42 zur
Befestigung des Fräsermotors ähnlich ist.
Außerdem können weitere
Kombinationen von Rillenmustern auf der Vorder- und/oder Rückseite, Tiefen und/oder Formen
zusätzlich
zu den oben beschriebenen sowie andere Arten von Flüssigkeitskanälen im Polierkissen
und/oder in der Auflageplatte wünschenswert sein.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsarten
anhand von Beispielen gezeigt und ausführlich beschrieben wurden,
sind folglich weitere Abwandlungen und Ausführungsarten möglich, ohne
von dem in den beiliegenden Ansprüchen dargelegten Geltungsbereich
abzuweichen.