DE102004063066A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Waferplanierung - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Waferplanierung werden offenbart. Die offenbarte Vorrichtung umfasst ein Flüssigstickstoff-Zuführrohr, ein mit einem Stickstoffgas-Versorgungsbehälter über ein Ventil verbundenes Stickstoffgas-Zuführrohr, ein mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr verbundenes Ätzmittel-Zuführrohr, einen mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr verbundenen Sprühdüsenteil und eine Kammer, in deren Oberteil Sprühdüsen befestigt sind und in deren Unterteil eine Waferdrehvorrichtung angeordnet ist. Die offenbarte Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren weisen den Vorteil auf, dass die ganze Waferoberfläche durch Sprühen des Ätzmitteldampfs mit hohem Druck auf die sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Waferoberfläche planiert wird.

Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Waferplanierung und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Planieren der ganzen Oberfläche eines Wafers durch Sprühen von Ätzmitteldampf unter hohem Druck auf die Waferoberfläche, wodurch der bekannte CMP-Prozess (chemisch-mechanische Polierprozess) ersetzt werden kann.
  • Die 1a bis 1c stellen eine bekannte Waferbearbeitungsvorrichtung nach dem Drehverfahren dar.
  • In 1a ist eine solche Waferbearbeitungsvorrichtung dargestellt, die die bekannten CMP-Vorrichtungen ersetzt. Sie weist einen Waferhalter 10, auf dem ein Wafer aufgespannt ist, und eine Leitung 14 zur Zuführung einer chemischen Ätzmittellösung zu einem oberen Teil des Waferhalters auf. Wenn einmal ein Wafer 12 auf dem Waferhalter 10 aufgespannt ist, dreht sich dieser Wafer, und die chemische Lösung wird dem sich drehenden Wafer über die Leitung 14 zugeführt. Die Leitung 14 bewegt sich über dem Wafer 12 hin und her. Die Stellungen 14a und 14b veranschaulichen die Leitungsstellung zwischen der Wafermitte und den Waferkanten.
  • In 1b zeigt die virtuelle Linie 18 den Bewegungsweg der Leitung 14. Die bei der Waferdrehung entstehende Zentrifugalkraft beeinflusst die dem Wafer zugeführte Ätzlösung, wobei sich diese von ersten Zuführungspunkten zu den Waferkanten bewegt. Deshalb ist das Ergebnis einer Waferbearbeitung, wie das Ätzen, Abziehen und Reinigen, in den Bereichen eines Wafers unterschiedlich.
  • In 1c ist gezeigt, dass die Waferbearbeitungschemikalie bei der Waferdrehung in der Wafermitte hohe Relativgeschwindigkeiten inbezug auf den Wafer aufweist und eine Zentrifugalkraft erfährt, die auf dem Wafer nach außen gerichtet ist. Daher bewegt sich die Chemikalie schnell im ersten Bereich (R1), der durch einen Abstand vom ersten Zuführungspunkt mit einem Radius r gekennzeichnet ist. Außerhalb dieses Bereichs beträgt die Relativgeschwindigkeit zwischen der Chemikalie und dem Wafer 12 nahezu 0, und die Bewegung in Richtung der Waferkante wird sehr gering, obwohl die Chemikalien immer noch durch die Zentrifugalkraft beeinflusst werden. Das heißt, dass sich die im zweiten Bereich (R2) zwischen dem ersten Bereich (R1) und der Waferkante ankommende Chemikalie zusammen mit dem Wafer ohne schnelle Bewegung bewegt, die zur Waferkante gerichtet ist. Dieser Unterschied in der Bewegungsgeschwindigkeit der Chemikalien in den Waferbereichen ergibt unterschiedliche Reaktionszeiten in den Bereichen. Die Reaktionszeit ist im ersten Bereich (R1) länger als im zweiten Bereich (R2). Aufgrund des Reaktionszeitunterschieds ist die Bearbeitungszeit im ersten Bereich (R1) kurz und im zweiten Bereich (R2) eines Wafers lang. Deshalb wird bei der Bearbeitung der erste Bereich (R1) dick und der zweite Bereich (R2) dünn.
  • Diese Waferbearbeitungsvorrichtung nach dem Drehprinzip weist den Vorteil auf, dass die Waferoberfläche ohne Verwendung der bekannten CMP-Vorrichtung planiert werden kann. Durch das Vermeiden eines mechanischen Polierens mittels Reibung mit einem Polierbausch der CMP-Vorrichtung können Beschädigungen, wie Kratzer, verhindert werden. Ferner brauchen keine Waschschlämme verwendet werden, so dass die Herstellungskosten und die Kosten für die Bearbeitungsnebenprodukte eingespart werden können.
  • Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Waferbearbeitungsvorrichtung nach dem Drehprinzip haben jedoch die Ätzchemikalien nur in einem begrenzten Waferbereich eine ausreichende Reaktionszeit. Daher ist es schwierig, die ganze Waferoberfläche in gleicher Stärke zu planieren. Um dieses Problem zu lösen, ist eine Wiederholung der Waferbearbeitung unter sich ändernden Bearbeitungsbedingungen nötig. Beispielsweise sollte während des Wegätzvorgangs einer oberen Oxidschicht nach der Durchführung der ersten Bearbeitung der zweite Ätzvorgang unter der Bedingung stattfinden, dass dem ersten Bereich (R1) mit einer stärkeren Oxidschicht eine längere Reaktionszeit und dem zweiten Bereich (R2) mit einer dünneren Oxidschicht eine kürzere Reaktionszeit gegeben wird. Dieser zweistufige Bearbeitungsvorgang ist der Hauptgrund, warum die Waferbearbeitungszeit erhöht werden muss und damit die Produktivität bei der Halbleiterherstellung vermindert wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist deshalb auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Waferplanierung gerichtet, die beide ein oder mehrere Probleme hinsichtlich der Begrenzungen und der Nachteile der bekannten Vorrichtungen und Verfahren lösen.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Planierung der ganzen Oberfläche eines Wafers durch Sprühen von Ätzmitteldampf hohen Drucks auf die Waferoberfläche zu schaffen, wobei der bekannte CMP-Prozess ersetzt werden kann und ein oder mehrere Probleme hinsichtlich der Begrenzungen und Nachteile der bekannten Vorrichtungen und Verfahren im Wesentlichen vermieden werden.
  • Lösung dieser Aufgabe umfasst die Vorrichtung zur Waferplanierung, wie sie hier vekörpert und ausführlich beschrieben ist, in Übereinstimmung mit dem Zweck der Erfindung einen Flüssigstickstoff-Versorgungsbehälter, ein über ein Ventil mit dem Flüssigstickstoff-Versorgungsbehälter verbundenes Stickstoffgas-Zuführrohr, ein mit dem Flüssigstickstoff-Versorgungsbehälter verbundenes führrohr, einen ein Ätzmittel enthaltenden und mit dem Ätzmittel-Zuführrohr verbundenen Ätzmittel-Versorgungsbehälter, eine Kammer mit einem Sprühdüsenteil, der mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr verbunden ist, das am oberen Teil der Kammer befestigt ist, und eine Waferdrehvorrichtung, die im unteren Teil der Kammer angeordnet ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Waferplanierung folgende Schritte auf: Stickstoffgas wird in ein Zuführrohr geschickt, das zugeführte Stickstoffgas wird mit einem Ätzmittel gemischt, ein Wafer wird dadurch planiert, dass das gemischte Ätzmittel auf die ganze Waferoberfläche über einen Sprühdüsenteil der Kammer gesprüht wird, und der Wafer wird gereinigt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die beigefügten Zeichnungen sollen zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen, bilden einen Teil dieser Patentanmeldung, stellen Ausführungen der Erfindung im Zusammenhang mit der Beschreibung dar und sollen das Prinzip der Erfindung erklären. In diesen Zeichnungen zeigen:
  • 1a bis 1c eine bekannte, nach dem Drehprinzip arbeitende Waferbearbeitungsvorrichtung und
  • 2a und 2b eine Waferplanierungsvorrichtung, die Ätzmitteldampf hohen Drucks in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung verwendet.
    •
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung
  • Es wird nun auf bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
  • Die 2a und 2b zeigen eine Waferplanierungsvorrichtung, die mit hohem Druck des Ätzmitteldampfs arbeitet.
  • In 2a ist eine Skizze dargestellt, die eine Waferplanierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Waferplanierungsvorrichtung umfasst einen Versorgungsteil zur Versorgung von Ätzmitteldampf hohen Drucks und einen Kammerteil 50 zur Waferplanierung. Der Versorgungsteil weist einen Flüssigstickstoff-(LN2)-Versorgungsbehälter 20, einen Ätzmittel-Versorgungsbehälter 30 und einen Sprühdüsenteil 40 auf; der Kammerteil 50 weist eine Waferdrehvorrichtung 45 und eine nicht gezeigte Reinigungseinheit auf.
  • In 2a wird Flüssigstickstoff bei äußerst niedriger Temperatur in einem Versorgungsbehälter 20 unter hohem Druck gelagert. Wenn ein Behälterventil öffnet, sinkt der Druck so schnell, dass der Dreifachpunkt, bei dem alle drei Aggregatzustände, nämlich der Festzustand, Flüssigzustand und Gaszustand, auftreten können, gebildet und hoher Druck erzeugt wird. Dieser hohe Druck verursacht das Verdampfen des Stickstoffgases des Flüssigstickstoffs, wobei der Stickstoffgasdampf einem Stickstoffgas-Zuführrohr 21 zugeführt wird. Dieses Zuführrohr 21 ist mit einem Ätzmittel-Zuführrohr 33 verbunden, das wiederum mit dem ein Ätzmittel beinhaltenden Ätzmittel-Versorgungsbehälter 30 verbunden ist. Beim Zusammenströmen der Gase aus dem Stickstoffgas-Zuführrohr 21 und dem Ätzmittel-Zuführrohr 33 wird aufgrund des mit hoher Geschwindigkeit durch das Zuführrohr 21 strömenden Stickstoffgases ein hoher Druck erzeugt. Daher tritt ein bedeutender Druckunterschied zwischen dem Zusammenfluss bei nidrigem atmosphärischen Druck und dem Ätzmittel-Zuführrohr 33 bei atmosphärischem Druck auf. Dieser bedeutende Druckunterschied verursacht, dass das Ätzmittel 31 des Ätzmittel-Versorgungsbehälters 30 im Ätzmittel-Zuführrohr 30 hochsteigt und sich mit dem Stickstoffgas mischt. Das Ätzmittel 31 wird gespeichert und mit entionisiertem Wasser verdünnt; ein im Ätzmittel-Versorgungsbehälter 30 befestigter Sensor 32 kann das im Behälter 30 verbleibende Ätzmittelvolumen feststellen. Ferner ist der Ausgang des Ätzmittel-Zuführrohrs 33 am Zusammenfluss als Düse ausgebildet, so dass sich das in diesem Ätzmittel-Zuführrohr 33 aufsteigende Ätzmittel in feine Teilchen umwandelt; diese Teilchen werden mit dem Stickstoffgas gemischt. Dieses Stickstoffgas spielt die Rolle eines Trägers. Die feinen Teilchen des Ätzmittels werden durch das Stickstoffgas getragen, strömen durch das mit dem Kammerteil 50 verbundene Zuführrohr 21 und kommen dann am Sprühdüsenteil 40 an, der am oberen Teil des Innern des Kammerteils 50 befestigt ist. Im Sprühdüsenteil 40 können mehrere Düsen vorhanden sein, so dass das Ätzmittel auf der ganzen Waferoberfläche über diese Düsen gleichmäßig versprüht werden kann. Das Ätzmittel wird auf den sich drehenden Wafer unter hoher Geschwindigkeit wie Rauch oder feine Teilchen bei hoher Geschwindigkeit aufgrund der feinen Löcher der Düsen und des hohen Drucks des Stickstoffgases gesprüht.
  • Weitere Ätzvorgänge erfolgen in folgender Weise. Beispielsweise ist Siliziumoxid (SiO2) auf einer Waferoberfläche vorhanden, und als Ätzmittel wird Flusssäure (HF) verwendet. Das Silitziumoxid reagiert mit der Flusssäure (HF) als Dampf gemäß folgendem Ausdruck: SiO2 + HF SiO4 + H2O
  • Die obige Reaktion verursacht nur ein isotropes Ätzen, das für die Planierung ungeeignet ist. Deshalb wird der Wafer zur Einführung eines anisotropen Ätzens mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Durch das Drehen des Wafers mit hoher Geschwindigkeit und durch das gleichmäßige Aufsprühen des Ätzmittels in Form von feinen Teilchen im Dampf wird der Wafer in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Wafers anisotrop geätzt und planiert.
  • Die 2b stellt eine Waferdrehvorrichtung 45 dar. Ein Wafer 51 wird zwischen dem Oberteil einer Klammer 52 und einer Waferbühne 53 zur Festlegung mittels einer Hubvorrichtung zum Laden und Entladen gelegt. Die Klammer 52 ist an der Oberkante der Bühne 53 positioniert, um den Wafer zu befestigen. Die Bühne 53 ist am Oberteil der Hubvorrichtung positioniert, auf dem der Wafer angeordnet ist. Die Hubvorrichtung 54 ist am Oberteil der Drehvorrichtung angebracht. Der Wafer 51 dreht sich dann mit einer Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung 55, die ein Motor ist. Nachdem der Wafer 51 durch das Dampfätzen planiert wurde, wird er mit entionisiertem Wasser gereinigt, das von einer nicht gezeigten Reinigungsdüse versprüht wird.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungen sind nur beispielhaft und sollen die vorliegende Erfindung konstruktiv nicht einschränken. Die beschriebenen Lehren können auch bei anderen Vorrichtungsarten angewandt werden. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll nur erläuternd sein und den Schutzumfang der Ansprüche nicht begrenzen. Viele Alternativen, Abänderungen und Variationen liegen für den Fachmann klar auf der Hand.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Waferplanierung mit einem Flüssigstickstoff-Versorgungsbehälter, einem Stickstoffgas-Zuführrohr das mit dem Flüssigstickstoff-Versorgungsbehälter über ein Ventil verbunden ist, einem Ätzmittel-Zuführrohr, das mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr vebunden ist, einem ein Ätzmittel aufweisenden Ätzmittel-Versorgungsbehälter, der mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr verbunden ist, und einer Kammer mit einem Sprühdüsenteil, der mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr verbunden ist, das am Oberteil des Sprühdüsenteils befestigt ist, und mit einer Waferdrehvorrichtung im unteren Teil des Sprühdüsenteils.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Feststellung des im Ätzmittel-Versorgungsbehälter verbleibenden Ätzmittelvolumens am Ätzmittel-Versorgungsbehälter angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Ätzmittel-Zuführrohr eine Düse aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühdüsenteil mehrere Düsen aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühdüsenteil folgendes aufweist: einen Drehbewegungserzeuger mit einem Motor, eine Hubvorrichtung zum Laden und Entladen eines Wafers am Oberfeil des Drehbewegungserzeugers, eine Waferbühne am Oberteil der Hubvorrichtung, wobei auf der Waferbühne der Wafer positioniert ist, eine Klammer an der Oberkante der Waferbühne zur Befestigung des Wafers und eine Reinigungsdüse zur Zuführung von entionisiertem Wasser zum Wafer.
  6. Verfahren zur Waferplanierung mit folgenden Schritten: Stickstoffgas wird zu einem Stickstoffgas-Zuführrohr geschickt, das geschickte Stickstoffgas wird mit einem Ätzmittel gemischt, ein Wafer wird dadurch planiert, dass das gemischte Ätzmittel von einem Sprühdüsenteil, der mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr verbunden ist, auf die ganze Waferoberfläche gesprüht wird, und der Wafer wird gereinigt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stickstoffgas mit hoher Geschwindigkeit aus einem Flüssigstickstoff-Versorgungsbehälter zum Stickstoffgas-Zuführrohr geschickt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Mischung des Stickstoffgases und des Ätzmitels folgende Schritte aufweist: das Ätzmittel wird zum Aufsteigen gebracht, gespeichert und mit entionisiertem Wasser in einem Ätzmittel-Versorgungsbehälter verdünnt, wobei das Aufsteigen und Speichern durch den Druckunterschied zwischen dem Stickstoffgas-Zuführrohr bei niedrigem Druck und einem Ätzmittel-Zuführrohr bei hohem Druck erfolgt und wobei das Ätzmittel-Zuführrohr mit dem Stickstoffgas-Zuführrohr und mit dem Ätzmittel-Zuführbehälter verbunden ist, und feine Teilchen des über eine Düse am Ende der Ätzmittel-Zuführrohrs versprühten Ätzmittels werden mit dem ausgeschickten Stickstoffgas vermischt.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Waferplanierschritt folgende Schritte aufweist: das vom Sprühdüsenteil versprühte Ätzmittel wird mittels des Stickstoffs bei hohem Druck umgebildet, das Ätzmittel wird im Dampf auf die ganze Oberfläche des sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Wafers gleichmäßig versprüht, und der Wafer wird in derselben Richtung wie die Waferdrehrichtung anisotrop geätzt.
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