DE112009002253T5 - Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren, Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren und Steuerprogramm - Google Patents

Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren, Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren und Steuerprogramm Download PDF

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Abstract

Chemisch-mechanisches Polierverfahren, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Zwischenlage-Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, zum Polieren eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei das chemisch-mechanische Polierverfahren umfasst: während ein Halbleitersubstrat und ein Polierkissen in einer gleichen Richtung rotieren, einen ersten Schritt, bei dem das Halbleitersubstrat und das Polierkissen in Berührung gebracht werden, während verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen dem gesamten Bereich einer Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert; und einen zweiten Schritt des chemisch-mechanischen Polierens des Kupfers auf dem Halbleitersubstrat durch ein Zuführen einer Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen und des Steuerns eines Drucks und einer relativen Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren, ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren und ein Steuerprogramm, die in einem Tauschierungsprozess beziehungsweise Damascene-Prozess zum Bilden eines Kupferdrahtes durch Einbetten von Kupfer in eine Zwischenlage aus einer isolierenden Schicht, die auf einer organischen Low-k-Schicht (Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante) gebildet ist.
  • Hintergrund
  • Neuere integrierte Halbleiterschaltungen, insbesondere LSI (LSI = Large Scale Integrated Circuit/Schaltung mit hohem Integrationsgrad) besitzen aus Gründen der Genauigkeit und der hohen Integration eine mehrlagige Drahtstruktur, bei der mehrere Drahtlagen einander überlagern. Bei einem herkömmlichen Drahtbildungsprozess bezüglich einer mehrlagigen Drahtstruktur wird ein Metalldrahtmuster durch Verarbeiten einer Metallschicht aus Aluminium oder Ähnlichem gebildet, die auf einer isolierenden Schicht mittels Lithographie und Trockenätzen abgeschieden wird. Allerdings besitzt der Aluminiumdraht einen hohen Widerstand bezüglich Elektromigration, einen relativ hohen elektrischen Widerstand und eine Drahtverzögerung. In diesem Zusammenhang wurde vor Kurzem ein Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes bei dem mehrlagigen Drahtbildungsprozess eingesetzt.
  • Es muss indes die Kapazität zwischen den mehrlagigen Drähten zur Erzielung einer hohen Geschwindigkeit und eines niedrigen Stromverbrauchs der LSI reduziert werden. Deshalb ist es notwendig, eine Low-k-Schicht als eine Zwischenlage aus einer isolierenden Schicht einzusetzen, die zwischen den Drähten oder zwischen den Drahtlagen eingebettet ist, um so die Drahtkapazität zu verringern. Ein anorganisches Material wie etwa eine SiOF-Schicht oder eine poröse Schicht wird als eine derartige Form einer Low-k-Schicht angesehen. Ein organisches Material wie etwa ein Fluorharz und amorphes Fluorcarbon, die eine relative Dielektrizitätskonstante gleich oder geringer als 2,5 besitzen, sind ebenfalls sehr vielversprechend.
  • Es wird nun unter Bezugnahme auf 10 ein Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes unter Verwendung einer organischen Low-k-Schicht als eine Zwischenlage einer isolierenden Schicht beschrieben.
  • Als erstes, wie in 10(a) gezeigt, werden Ätzstoppschichten 102 und 106, die aus SiCN gebildet sein können und organische Low-k-Schichten 104 und 108, die aus amorphem Fluorcarbon gebildet sein können, in der Reihenfolge 102, 104, 106 und 108 von unten an auf einem Halbleiterwafer 100, der einen Draht einer unteren Lage (nicht abgebildet) aufweist, mittels eines CVD-Verfahrens (CVD = Chemical Vapor Deposition/Chemische Gasphasenabscheidung) geschichtet.
  • Dann werden ein Lithographieprozess und ein Ätzprozess wiederholt, um Drahtnuten 110 in der organischen Low-k-Schicht 108, die eine obere Lage darstellt, und Via-Durchführungen 112 in der organischen Low-k-Schicht 108 zu bilden, die eine untere Lage darstellt. Dies ist in 10(b) abgebildet. Dabei wird eine Oberfläche des Halbleiterwafers 100 aufgrund der Drahtnut 110 und der Via-Durchführungen 112 uneben.
  • Als nächstes, wie in 10(c) gezeigt, wird ein Sperrmetall 114 auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 100, einschließlich der Via-Durchführungen 112 und der Drahtnuten 110 unter Verwendung eines CVD-Verfahrens gebildet. Das Sperrmetall 114 kann beispielsweise aus TaN gebildet sein. Es kann auch eine Keimlage aus Kupfer auf der Sperrschicht 114 unter Verwendung eines Sputterverfahrens gebildet werden.
  • Dann wird, wie in 10(d) gezeigt, Kupfer 116 auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 unter Verwendung eines ein elektrisches Feld einsetzendes Plattierverfahren abgeschieden, sodass die Innenseiten der Via-Durchführungen 112 und der Drahtnuten 110 gefüllt werden. Hierbei spiegelt sich eine unebene Form aufgrund der Drahtnuten 110 oder der Via-Durchführungen 112 auf einer Oberfläche des Kupfers 116 wider.
  • Das Kupfer 116 auf dem Halbleiterwafer 100 wird über ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) gleichförmig poliert, sodass das Kupfer 116 nur in den Via-Durchführungen 112 und den Drahtnuten 110 verbleibt, wie in 10(e) gezeigt, wodurch ein eingebetteter Kupferdraht gebildet wird.
  • Der oben beschriebene Tauschierungsprozess ist ein dualer Tauschierungsprozess, bei dem ein Kupferstopfen und ein Kupferdraht in einem Schritt durch ein gleichzeitiges Einbetten der Via-Durchführungen 112 und der Drahtnuten 110 mit einer Schicht des Kupfers 116 gebildet werden. Zwar bildet ein einzelnes Tauschierungsverfahren separat einen Kupferstopfen und einen Kupferdraht durch ein separates Einbetten der Via-Durchführungen 112 und der Drahtnuten 110 mit der Schicht aus dem Kupfer 116, aber der gleiche CMP-Prozess, mit dem das duale Tauschierungsverfahren durchgeführt wird, ist ein Prozess, bei dem unnötiges Kupfer neben dem in einer Durchführung und in einer Nut eingebetteten Kupfer entfernt wird.
  • 11 zeigt eine herkömmliche charakteristische CMP-Vorrichtung. Die CMP-Vorrichtung drückt einen rotierenden Kopf (obere Trägerplatte) 124, der den Halbleiterwafer 100 fixiert und hält, gegen einen rotierenden Tisch (untere Trägerplatte) 122, auf dem ein Poliertuch oder ein Polierkissen 120 befestigt sind.
  • Der rotierende Kopf 124 und der rotierende Tisch 122 rotieren, während aus einer Düse 124 eine Suspension beziehungsweise Slurry (Schleifmittel) dem Polierkissen 120 zugeführt wird, wodurch eine untere Oberfläche (zu bearbeitende Oberfläche) des Halbleiterwafers 100 über eine chemische Reaktion und ein mechanisches Polieren poliert und planarisiert wird.
    (Patentreferenz 1) Japanische Patentoffenlegungsschrift 2007-12936
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Wenn jedoch eine derartige herkömmliche CMP-Vorrichtung dazu verwendet wird, Kupfer in einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes unter Verwendung einer organischen Low-k-Schicht als eine Zwischenlage einer isolierenden Schicht zu polieren, wird leicht ein Kratzer 130 in Nutform, beispielsweise wie in 12 gezeigt, eine Wölbung, bei der das Zentrum des Kupferdrahtes vertieft ist (nicht abgebildet), oder ähnliches auf der Oberfläche des Kupfers 116 nach dem CMP erzeugt werden. Wenn ein derartiger Kratzer oder eine Wölbung an einem mittels Tauschierens eingebetteten Drahtes erzeugt wird, wird ein durch die Drahtoberfläche fließender hochfrequenter Strom (Signal) stark beeinflusst und somit kann eine LSI zu einem defekten Produkt werden.
  • Die vorliegenden Erfinder haben den Erzeugungsmechanismus eines derartigen Kratzers oder einer Wölbung untersucht und haben herausgefunden, dass, wenn der Halbleiterwafer 100 auf dem Polierkissen 120 aufsetzt (berührt), scheuert das Polierkissen 120 in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleiterwafers auf einem Teil der Oberfläche (die zu bearbeitende Oberfläche) des Halbleiterwafers 100, wie in 13 gezeigt. Somit wird eine hohe Scherbelastung auf das Kupfer 116 eines zu polierenden Zielobjekts angewendet, insbesondere auf Vorsprünge 116a. Dementsprechend wird ein kleiner Riss leicht an der Oberfläche des Kupfers 116 erzeugt und die Suspension tritt in den kleinen Riss ein. In Folge wird die entsprechende Stelle übermäßig poliert, wodurch ein Kratzer oder eine Wölbung verursacht wird. Es wird angenommen, dass, da das Kupfer des zu polierenden Zielobjekts ein relativ weiches Metall ist und die organische Low-k-Schicht, welche die Zwischenlage aus einer isolierenden Schicht bildet, schwach gegenüber einer externen Belastung sind und somit sich leicht eine Scherbelastung aufbaut, wird der Riss während des Aufsetzens erzeugt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis derartiger Probleme der herkömmlichen Technologie und unter Betrachtung der Gründe dafür erfunden und sieht eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung, ein chemisch-mechanisches Polierverfahren und ein Steuerprogramm vor, die in der Lage sind, einen eingebetteten Kupferdraht mit einer ausgezeichneten Präzision hinsichtlich der Planarisierung und der Stabilität der elektrischen Charakteristika zu bilden, indem die Erzeugung eines Kratzers oder einer Wölbung verhindert wird, wenn Kupfer, das auf einer Zwischenlage als isolierender Schicht abgeschieden ist, die auf einer organischen Low-k-Schicht gebildet ist, in einem Tauschierungsprozess poliert wird.
  • Technische Lösung
  • Bei einem Verfahren gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein chemisch-mechanisches Polierverfahren zum Polieren, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei die organische Schicht (organische Low-k-Schicht), die eine niedrige Dielektrizitätskonstante besitzt, als eine isolierende Schicht-Zwischenlage auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei das chemisch-mechanische Polierverfahren aufweist: einen ersten Schritt des, während ein Halbleitersubstrat und ein Polierkissen in einer gleichen Richtung rotieren, sich gegenseitigen Berührens von Halbleitersubstrat und Polierkissen, während das Polierkissen ein Scheuern in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleiters in im Wesentlichen dem gesamten Bereich einer Zieloberfläche des Halbleitersubstrats verhindert; und einen zweiten Schritt chemisch-mechanischen Polierens eines Kupfers auf dem Halbleitersubstrat durch Zuführen einer Suspension auf eine Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen und Steuern eines Drucks und einer relativen Rotiergeschwindigkeit zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen.
  • Gemäß dem Verfahren des ersten Aspekts ist in dem ersten Schritt, da sich das Halbleitersubstrat und das Polierkissen in die gleiche Richtung drehen und das Halbleitersubstrat und das Polierkissen einander berühren, während verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Drehrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen dem gesamten Bereich der Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert, eine Scherbelastung, die auf das Kupfer einer Oberflächenlage angewendet wird, gering an jeder Stelle der Zieloberfläche und der Grad an Scherbelastung, der sich in der organischen Low-k-Schicht als die Basis aufbaut, ist gering. Dementsprechend kann das Polieren von Kupfer gestartet werden, ohne einen Riss als die Ursache eines Kratzers oder einer Wölbung in im Wesentlichen dem gesamten Bereich der Zieloberfläche auf dem Substrat zu erzeugen.
  • Bei einem Verfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein chemisch-mechanisches Polierverfahren zum Polieren bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahts, bei dem eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Isolierschichtzwischenlage auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei das chemisch-mechanische Polierverfahren aufweist: einen ersten Schritt des, während ein Halbleitersubstrat und ein Polierkissen in einer gleichen Richtung rotieren, in gegenseitigen Kontakt Bringens des Halbleitersubstrats und des Polierkissens, während die jeweilige Rotationszentrumsachse auf einer geraden Linie ausgerichtet ist; und einen zweiten Schritt chemisch-mechanischen Polierens des Kupfers auf dem Halbleitersubstrat durch Zuführen einer Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen und des Steuerns einer relativen Rotationsgeschwindigkeit und eines Drucks zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen.
  • Gemäß dem Verfahren des zweiten Aspekts ist in dem ersten Schritt, da das Halbleitersubstrat und das Polierkissen sich in die gleiche Richtung drehen und einander berühren, während die Rotationszentrumsachsen auf der geraden Linie ausgerichtet sind, eine Scherbelastung, die auf Kupfer auf einer Oberflächenlage ausgeübt wird, niedrig an jeder Stelle der Zieloberfläche und der Grad an Scherbelastung, der sich in der organischen Low-k-Schicht als Basis aufbaut, ist klein. Dementsprechend kann das Polieren von Kupfer gestartet werden, ohne einen Riss als Ursache eines Kratzers oder einer Wölbung in der im Wesentlichen gesamten Bereich der Zieloberfläche auf dem Substrat zu erzeugen.
  • Jeweils die Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats und des Polierkissens können in dem ersten Schritt gemäß einem Durchmesser des Substrats, dem Zustand der Unebenheit einer Kupferoberfläche, gemäß dem Material der organischen Low-k-Schicht, gemäß dem Material des Polierkissens oder ähnlichem geeignet eingestellt werden und können im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 50 1/min bis 300 1/min, beispielsweise von 80 1/min bis 90 1/min eingestellt werden. Alternativ können sich ihre Rotationsgeschwindigkeiten unterscheiden, aber je kleiner die Geschwindigkeitsdifferenz ist, desto bevorzugter ist es, um so einen Stoß oder eine Belastung zu reduzieren, wenn sie einander berühren und es ist am bevorzugtesten, wenn die Geschwindigkeitsdifferenz im Wesentlichen Null ist.
  • Es ist hier nicht bevorzugt, die Rotation des Halbleitersubstrats und des Polierkissens zu stoppen, um die Geschwindigkeitsdifferenz auf im Wesentlichen Null einzustellen. Dies liegt daran, dass, wenn der Prozess zu dem zweiten Schritt fortschreitet, nachdem die Geschwindigkeitsdifferenz durch Stoppen der Rotation auf Null eingestellt wurde und sich dann das Halbleitersubstrat und das Polierkissen berühren, die Reibungskraft, die zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen anliegt, im statischen Zustand höher ist als die Reibungskraft im bewegten Zustand und somit kann die Zieloberfläche des Halbleitersubstrats stark beschädigt werden.
  • Bei dem chemisch mechanischen Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird, um keine erhebliche Veränderung einer Scherbelastung auf das Kupfer und die organische Low-k-Schicht auf dem Halbleitersubstrat in dem zweiten Schritt auszuüben, das Halbleitersubstrat und das Polierkissen im Wesentlichen in die gleiche Richtung rotiert. Es ist auch bevorzugter, dass verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Drehrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen dem gesamten Bereich der Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert oder dass die Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens auf einer geraden Linie ausgerichtet sind.
  • Nachdem jedoch ein Vorsprung des Kupfers (zu bearbeitende Schicht) etwas oder beträchtlich in einer Anfangsphase des zweiten Schritts poliert ist, wird ein Kratzer schwerlich erzeugt, auch wenn der Polierdruck oder die Scherbelastung erhöht werden. Dementsprechend ist es möglich, die Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens gegeneinander zu versetzen und ferner die Versatzstelle des Halbleitersubstrats bezüglich des Polierkissens zu variieren. Die Poliereffizienz kann hierbei erhöht werden, indem ein Polierkissen verwendet wird, das einen ausreichend größeren Durchmesser als das Halbleitersubstrat besitzt.
  • Auch kann in dem zweiten Schritt die relative Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen entsprechend dem Durchmesser des Substrats, dem Zustand der Unebenheit der Kupferoberfläche, dem Material der organischen Low-k-Schicht, dem Material des Polierkissens oder ähnlichem geeignet eingestellt werden. Es ist sehr geeignet, die relative Rotationsgeschwindigkeit durch Verringern der Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats so zu steuern, dass sie niedriger als die Rotationsgeschwindigkeit in dem ersten Schritt ist, während die Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens gleichförmig beibehalten wird oder die relative Rotationsgeschwindigkeit kann variiert werden. Auch kann der auf die Kontaktfläche ausgeübte Druck fortschreitend vergrößert werden.
  • In dem zweiten Schritt kann auch der auf die Kontaktstelle zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen ausgeübte Druck beliebig gemäß den gleichen obigen Bedingungen gesteuert werden, im Allgemeinen aber kann ein Verfahren zum fortschreitenden Vergrößern des Drucks eingesetzt werden.
  • Das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung kann auch ferner einen dritten Schritt des Separierens des Halbleitersubstrats und des Polierkissens aufweisen, während sie in der gleichen Richtung rotieren, um das Polieren des Kupfers auf dem Halbleitersubstrat als sehr geeignete Ausführungsform zu beenden. Dazu ist es bevorzugt, keine bemerkenswerte Veränderung der Scherbelastung auf die Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen auch in dem letzten Schritt auszuüben. Dementsprechend ist es bevorzugter, dass in dem dritten Schritt verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in dem im Wesentlichen gesamten Bereich der Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert oder dass die Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens auf der geraden Linie ausgerichtet sind. Alternativ kann in dem dritten Schritt ein Verfahren zum gegenseitigen Versetzen der Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und der Rotationszentrumsachse des Polierkissens eingesetzt werden.
  • Bei einer Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung zum Polieren, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als Isolierschichtzwischenlage auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, eines auf der organischen Schicht abgeschiedenen Kupfers vorgesehen, wobei die chemisch-mechanische Poliervorrichtung aufweist: eine erste Trägerplatte, die ein Halbleitersubstrat aufnimmt, das abnehmbar ist und die so eingerichtet ist, dass sie rotierbar ist; ein erster Rotierantrieb, der die erste Trägerplatte mit einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; eine zweite Trägerplatte, an der ein Polierkissen befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, rotierbar zu sein; ein zweiter rotierender Antrieb, der die zweite Halbträgerplatte mit einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; ein erster Aktuator, der die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte relativ zueinander separiert oder mit Druck beaufschlagt und kontaktiert; ein Steuerabschnitt, der den ersten rotierenden Antrieb, den zweiten rotierenden Antrieb und den ersten Aktuator steuert, um die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte in einer gleichen Richtung zu rotieren und ein gegenseitiges Berühren des Halbleitersubstrats und des Polierkissens bewirkt, während verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in einem im Wesentlichen gesamten Bereich einer Zieloberfläche des Halbleitersubstrat scheuert und dann Kupfer auf dem Halbleitersubstrat chemisch-mechanisch poliert; und ein Suspensionszuführabschnitt, der eine Suspension einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen zuführt.
  • Gemäß der Konfiguration der oben genannten Vorrichtung kann das chemisch-mechanische Polierverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, sehr geeignet durchgeführt werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung zum Polieren, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Zwischenlage-Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, eines auf der organischen Schicht abgeschiedenen Kupfers vorgesehen, wobei die chemisch-mechanische Poliervorrichtung aufweist: eine erste Trägerplatte, die ein Halbleitersubstrat aufnimmt, das abnehmbar ist und die so eingerichtet ist, dass sie rotierbar ist; ein erster rotierender Antrieb, der die erste Trägerplatte bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; eine zweite Trägerplatte, an der ein Polierkissen befestigt ist und die so eingerichtet ist, dass sie rotierbar ist; ein zweiter rotierender Antrieb, der die zweite Trägerplatte bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit dreht, ein erster Aktuator, der die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte relativ voneinander separiert oder mit Druck beaufschlagt und kontaktiert; einen Steuerabschnitt, der den ersten Rotationsantrieb, den zweiten Rotationsantrieb und den ersten Aktuator steuert, um die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte in eine gleiche Richtung zu rotieren und die erste und die zweite Trägerplatte miteinander in Berührung bringt, während die jeweiligen Rotationszentrumsachsen auf einer geraden Linie ausgerichtet sind und dann das Kupfer auf dem Halbleitersubstrat chemisch-mechanisch zu polieren; und ein Suspensionszuführabschnitt, der eine Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen zuführt.
  • Gemäß der Konfiguration der obigen Vorrichtung kann das chemisch-mechanische Polierverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben sehr geeignet durchgeführt werden.
  • Die chemisch-mechanische Poliervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner einen zweiten Aktuator aufweisen, der die zweite Trägerplatte relativ bezüglich der ersten Trägerplatte in einer Richtung senkrecht zu der Rotationszentrumsachse als eine sehr geeignete Ausführungsform bewegt. Demgemäß kann bei dem zweiten und dem dritten Schritt der Versatz zwischen der Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und der Rotationszentrumsachse des Polierkissens sehr geeignet durchgeführt werden.
  • Ein Steuerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Computer betrieben und steuert eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung mittels des Computers so, dass ein chemisch-mechanisches Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung während der Ausführung durchgeführt werden kann.
  • Vorteilhafte Effekte
  • Gemäß einer chemisch-mechanischen Poliervorrichtung, einem chemisch-mechanischen Polierverfahren oder einem Steuerprogramm der vorliegenden Erfindung wird die Erzeugung eines Kratzers oder einer Wölbung mittels der obigen Konfiguration verhindert und es wird bewirkt, dass, wenn Kupfer, das auf einer Zwischenlageisolierschicht abgeschieden ist, die auf einer organischen Low-k-Schicht gebildet ist, während eines Tauschierungsprozesses poliert wird, ein eingebetteter Kupferdraht gebildet wird, der eine ausgezeichnete Genauigkeit hinsichtlich der Planarität und der Stabilität elektrischer Charakteristika aufweist.
  • Beste Art zum Ausführen der Erfindung
  • Im Folgenden werden sehr geeignete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben.
  • 1 ist ein Diagramm, das die Hauptelemente einer CMP-Vorrichtung (CMP = chemisch-mechanisches Polieren) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die CMP-Vorrichtung kann sehr geeignet bei einem Tauschierungsprozess zum Bilden eines eingebetteten Kupferdrahtes verwendet werden und kann beispielsweise bei dem CMP-Prozess ((d)–(e) der 10) zum planaren Polieren des Kupfers 116 verwendet werden, das auf der organischen Low-k-Schicht (Zwischenlageisolierschicht) 108 des Halbleiterwafers 100 in dem Tauschierungsprozess der 10 abgeschieden ist.
  • Bei der CMP-Vorrichtung ist ein Polierkissen 12 an einem rotierenden Kopf (obere Trägerplatte) 10 befestigt, der drehbar und anhebbar ist. Ein Halbleiterwafer 100 ist mit der Oberseite nach oben auf einem rotierenden Tisch (untere Trägerplatte) 14 angeordnet, die drehbar und stationär ist. Der rotierende Tisch 14 weist Haltemittel, wie beispielsweise eine Vakuumansaugung beziehungsweise einen Vakuumchuck (nicht abgebildet) zum Aufnehmen des Halbleiterwafers 100 derart auf, dass er frei abnehmbar ist. Der rotierende Kopf 10 ist mit einer rotierenden Achse 16a eines oberen Motors 16 verbunden. Der rotierende Tisch 14 ist mit einer rotierenden Achse 18a eines unteren Motors 18 verbunden. Wie gezeigt, befinden sich eine Rotationszentrumsachse des rotierenden Kopfs 10, das heißt die Rotationsachse 16a des oberen Motors 16 und eine Rotationszentrumsachse des rotierenden Tischs 14, das heißt die rotierende Achse 18a des unteren Motors 18, auf der gleichen vertikalen Linie N. Somit liegen sich der rotierende Kopf 10 und der rotierende Tisch 14 direkt gegenüber.
  • Ein Steuerabschnitt 20 für die obere Trägerplatte und ein Steuerabschnitt 22 für die untere Trägerplatte besitzen eine Motorantriebsschaltung zum Zuführen eines Antriebsstroms jeweils für den oberen Motor 16 und den unteren Motor 18 und steuern jeweils die Rotationsoperationen (Start/Stopp der Rotation, Rotationsgeschwindigkeit, etc.) des rotierenden Kopfs 10 und des rotierenden Tischs 14 gemäß einem Steuersignal von einem Hauptsteuerabschnitt 24.
  • Der Rotationskopf 10 und der obere Motor 16 sind mit einer Antriebsachse 28a eines Aktuators 28 für Anheben/für Druckbeaufschlagung verbunden, der an einem Halter oder einem Rahmen 26 befestigt ist. Der Aktuator 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung ist beispielsweise aus einem Luftzylinder oder einem motorisierten eingebauten Linearaktuator gebildet und die Antriebsachse 28a ist mit der vertikalen Linie N ausgerichtet. Ein Steuerabschnitt 30 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung weist eine pneumatische Schaltung oder eine Antriebsschaltung zum Zuführen komprimierter Luft oder eines Antriebsstromes zu dem Aktuator 28 auf und steuert die Anhebungs- und Druckbeaufschlagungsstärke des rotierenden Kopfes 10 gemäß Anweisungen des Hauptsteuerabschnitts 24.
  • Ein Suspensionszuführabschnitt 32 weist beispielsweise einen Tank, der eine Suspension (Schleifmittel) speichert, die aus einer Polierflüssigkeit gebildet ist, die Aluminumkörner aufweist, und eine Pumpe auf, welche die Suspension aus dem Tank befördert. Eine Auslassseite der Pumpe ist mit einem Ende eines Suspensionszuführungsrohres 34 verbunden. Das andere Ende des Suspensionszuführungsrohres 34 ist mit einem Suspensionseinführungsabschnitt (nicht gezeigt) innerhalb des Rotationskopfes 10 über eine Drehverbindung 36 verbunden, die mit der rotierenden Achse 16a des oberen Motors 16 verbunden ist. Eine Suspensionsdurchführung (nicht gezeigt), die von dem Suspensionseinführungsabschnitt zu dem Polierkissen führt, ist ebenfalls in dem rotierenden Kopf 1O vorgesehen. Die von dem Suspensionszuführungsabschnitt 32 hinausbeförderte Suspension wird zu dem Polierkissen 12 durch das Suspensionszuführungsrohr 34, die Drehverbindung 36 und den Suspensionseinführungsabschnitt und die Suspensionsdurchführung in dem rotierenden Kopf 10 übertragen und tritt von der gesamten Oberfläche des Polierkissens 12 aus.
  • Der Hauptsteuerabschnitt 24 weist einen Mikrocomputer auf und steuert Arbeitsvorgänge jedes Elements in der Vorrichtung, insbesondere des rotierenden Kopfes 10, des rotierenden Tisches 14, des Aktuators 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung und des Suspensionszuführungsabschnitts 32 und Arbeitsvorgänge (Sequenzen) der gesamten Vorrichtung gemäß einer Software (Programm), das in einem externen Speicher oder einem internen Speicher gespeichert ist.
  • Als nächstes wird der Betrieb der CMP-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben. 2 zeigt die Hauptschritte eines Steuerprogramms, das in dem Hauptsteuerabschnitt 24 für den CMP-Prozess während des Tauschierungsprozesses zum Bilden eines eingebetteten Kupferdrahtes ausgeführt wird. 3 zeigt eine Zustandsveränderung oder die Veränderung einer physikalischen Menge jedes Elements bezüglich der Zeit in dem CMP-Prozess.
  • Im Anfangszustand, wie in 1 gezeigt, ist der rotierende Kopf 10 an einer ursprünglichen Stelle angeordnet, die oberhalb des rotierenden Tischs 14 eingerichtet ist und das Polierkissen 12 ist von dem Halbleiterwafer 100 auf dem rotierenden Tisch 14 separiert.
  • Der Hauptsteuerabschnitt 24 aktiviert zuerst jeweils den oberen Motor 16 und den unteren Motor 18 durch den Steuerabschnitt 20 für die obere Trägerplatte und den Steuerabschnitt 22 für die untere Trägerplatte, um so jeweils die Rotationsgeschwindigkeiten des rotierenden Kopfs (obere Trägerplatte) 10 und des rotierenden Tisches (untere Trägerplatte) 14 auf Geschwindigkeiten V10a und V14a für ein Absetzen (Berühren) zu erhöhen (Schritte S1 und S2).
  • Hierbei können die Rotationsgeschwindigkeiten V10a und V14a für ein Aufsetzen des rotierenden Kopfs 10 und des rotierenden Tischs 14 auf einen geeigneten Wert gemäß einem Durchmesser des Halbleiterwafers 100, einem Zustand der Unebenheit der Oberfläche des Halbleiterwafers 100, einem Material des Polierkissens 12 oder ähnlichem eingestellt werden, können aber im Allgemeinen in einem Bereich von 50 1/min bis 300 1/min, beispielsweise von 80 1/min bis 90 1/min, eingestellt werden. Es spielt keine Rolle, wenn V10a > V14a oder V10a < V14a, es ist aber bevorzugt, dass V10a = V14a.
  • Der Steuerabschnitt 20 für die obere Trägerplatte und der Steuerabschnitt 22 für die untere Trägerplatte sind in der Lage, die Rotationsgeschwindigkeiten des Polierkissens 12 und des rotierenden Tischs 14 in einem Rückkopplungsverfahren zu steuern, indem ein Rotationsgeschwindigkeitsdetektor, beispielsweise ein Rotationsencoder (nicht abgebildet) oder ähnliches verwendet wird und die genannten Abschnitte sind in der Lage, den Hauptsteuerabschnitt 24 für die Zustände an einem Zeitpunkt zu benachrichtigen, wenn die Rotationsgeschwindigkeiten jeweils die Sollwerte V10a und V14a jeweils erreicht haben oder stabilisiert sind, indem ein Statorsignal oder ähnliches verwendet wird.
  • Als nächstes senkt der Hauptsteuerabschnitt 24 den rotierenden Kopf 10 ab, indem der Aktuator 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung über den Steuerabschnitt 30 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung verwendet wird (Schritt S3) und instruiert den Suspensionszuführungsabschnitt 32 dahingehend, das Entladen der Suspension gemäß einer vorgegebenen Zeitvorgabe auf der Basis einer Absenkentfernung oder einer Höhenposition des rotierenden Kopfs 10 zu starten, vorzugsweise unmittelbar bevor das Polierkissen 12 den Halbleiterwafer 100 auf dem rotierenden Tisch 14 berührt (Zeit t1) (Schritt S4). Wie oben beschrieben, wird die von dem Suspensionszuführungsabschnitt 32 entladene Suspension zu dem Polierkissen 12 durch das Suspensionszuführungsrohr 34, die Drehverbindung 36 und den Suspensionseinführungsabschnitt sowie die Suspensionsdurchführung in den rotierenden Kopf 10 übertragen und tritt auf der gesamten Oberfläche des Polierkissens 12 aus.
  • Danach überprüft der Hauptsteuerabschnitt 24 das Berühren des Polierkissens 12 und des Halbleiterwafers 100 (Schritt S5, Zeit t2). Das Überprüfen der Berührung kann beispielsweise auf der verkleinerten Entfernung oder der Höhenposition des Drehkopfs 10 basieren. Es ist jedoch bevorzugt, dass ein Verfahren zum Detektieren einer Veränderung eines Drehmoments auf den oberen Motor 16 eingesetzt wird. 4 zeigt den Zustand des Polierkissens 12, das den Halbleiterwafer 100 berührt oder kontaktiert.
  • Nachdem die Berührung überprüft ist, steuert der Hauptsteuerabschnitt 24 die relative Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden Kopf 10 und dem rotierenden Tisch 14 auf einen vorgegebenen Wert, der für ein Polieren geeignet ist (Schritt S6). Wie in 3 gezeigt ist, wird beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Tischs 14 linear bis zu einem Sollwert V14b verringert, der geringer ist als der Sollwert V14a für das Berühren, während die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Kopfs 10 an dem Sollwert V10a für das Berühren gehalten wird, wodurch die relative Rotationsgeschwindigkeit an einem Sollwert VS für das Polieren erhöht wird (Zeit t3 bis Zeit t4). Der Sollwert VS der relativen Rotationsgeschwindigkeit für das Polieren kann so gewählt werden, dass es ein geeigneter Wert ist, beispielsweise von 3 bis 30 1/min, gemäß dem Durchmesser des Halbleiterwafers 100, dem Zustand der Unebenheit der Oberfläche, dem Material des Polierkissens 12 oder Ähnliches oder kann während des Polierens variiert werden.
  • Währenddessen steuert der Hauptsteuerabschnitt 24 die Anpressstärke, das heißt, den Polierdruck des Polierkissens 12 gegen den Halbleiterwafer 100 (Schritt S7) unter Verwendung des Aktuators 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung durch den Steuerabschnitt 30 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung und erhöht im Allgemeinen fortschreitend (beispielsweise linear) die Anpressstärke mit fortschreitender Prozesszeit.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Rotationszentren des Halbleiterwafers 100 und des Polierkissens 12 auf der gleichen geraden Linie N ausgerichtet und werden in der gleichen Richtung gedreht, wie in 5 gezeigt, während des Absetzens. Dementsprechend ist bei einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterwafer 100 und dem Polierkissen 12, da das Polierkissen 12 nicht in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleiterwafers auf dem gesamten Bereich der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 scheuert, auch wenn das Polierkissen 12 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 100, wie in 6 gezeigt, drückt und kontaktiert, die auf das Kupfer 116, insbesondere in den Vorsprung 116a ausgeübte Scherbelastung klein an jeder Stelle einer Zieloberfläche und der Grad der Scherbelastung, der sich in den organischen Low-k-Schichten 108 und 104 als Basis aufbaut, ist ebenfalls klein. Somit kann das Polieren des Kupfers 116 gestartet werden, ohne einen Riss als Grund für einen Kratzer oder eine Wölbung in dem gesamten Bereich der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 zu erzeugen.
  • Ebenfalls ist bei der vorliegenden Ausführungsform, da die relative Rotationsgeschwindigkeit und der Polierdruck fortschreitend variiert oder eingestellt werden, während der Halbleiterwafer 100 und das Polierkissen 12 in der gleichen Richtung gedreht werden, nachdem die Rotationszentren auf der gleichen geraden Linie aus N ausgerichtet sind, wie in 5 gezeigt, auch nach der Berührung, die Scherbelastung nicht außergewöhnlich verändert in einem beliebigen Teil der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 und das Polieren des Kupfers 116 kann stabil durchgeführt werden.
  • Wenn eine vorgegebene Polierprozesszeit (Einstellzeit) TS nach der Zeit des Aufsetzens (Zeit t2) vergangen ist (Schritt S8, Zeit t5), schaltet der Hauptsteuerabschnitt 24 die relative Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden Kopf 10 und dem rotierenden Tisch 14 auf eine Rotationsgeschwindigkeit VE für eine Separierung (Schritte S9 und S10) mittels des Steuerabschnitts 20 der oberen Trägerplatte und des Steuerabschnitts 22 der unteren Trägerplatte, um das Polieren zu beenden. Die Rotationsgeschwindigkeit VE für eine Separierung kann vorzugsweise so klein wie möglich sein und kann am bevorzugtesten auf Null eingestellt werden (VE = Null). In diesem Beispiel wird die relative Rotationsgeschwindigkeit auf den Sollwert VE (Null) eingestellt, indem die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Kopfes 10 von der Rotationsgeschwindigkeit V10a zu diesem Zeitpunkt auf den Sollwert V10b (V10b = V14b) für die Separierung verringert (Zeit t5 bis Zeit t6).
  • Um die Zeitgebung für das Beenden des Polierens zu erhalten, kann auch ein Verfahren angewendet werden, das die Veränderung des Drehmoments detektiert, wenn das Polierkissen 12 das Sperrmetall 114 auf der organischen Low-k-Schicht 108 poliert, mittels des Steuerabschnitts 20 der oberen Trägerplatte oder des Steuerabschnitts 22 der unteren Trägerplatte.
  • Als nächstes separiert der Hauptsteuerabschnitt 24 den Halbleiterwafer 100 und das Polierkissen 12, indem der rotierende Kopf 10 unter Verwendung des Aktuators 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung durch den Steuerabschnitt 30 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung angehoben wird (Schritt S11, Zeit t7). Zu der nahezu gleichen Zeit instruiert auch der Hauptsteuerabschnitt 24 den Suspensionszuführungsabschnitt 32 dahingehend, dass die Zuführung der Suspension gestoppt wird (Schritt S12). Dann werden die Rotationen des rotierenden Kopfs 10 und des rotierenden Tischs 14 gestoppt (Schritt S13), indem der Steuerabschnitt 20 der oberen Trägerplatte und der Steuerabschnitt 22 der unteren Trägerplatte verwendet wird.
  • Wie oben beschrieben, können bei der vorliegenden Ausführungsform, da sich der Halbleiterwafer 100 und das Polierkissen 12 auch in dem Schritt des Beendens des Polierens in die gleiche Richtung drehen, während die Rotationszentren auf der gleichen geraden Linie N, wie in 5 gezeigt, ausgerichtet sind und ferner sanft voneinander separiert werden, indem die relative Rotationsgeschwindigkeit (vorzugsweise auf Null) reduziert wird, die Möglichkeit einer Risserzeugung auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 (die Oberfläche des Kupfers 116 und die Oberfläche der organischen Low-k-Schicht 108) soweit wie möglich reduziert werden.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Hauptkonfiguration einer CMP-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Ziffer 2 zeigt. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen die Elemente, welche die gleiche Konfiguration oder Funktion wie bei der CMP-Vorrichtung (1) der Ausführungsform Ziffer 1 haben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Halbleiterwafer 100 mit der Oberseite nach unten auf dem rotierenden Kopf (obere Trägerplatte) 10 angeordnet und das Polierkissen 12 ist auf dem rotierenden Tisch (untere Trägerplatte 14) befestigt, die einen bemerkenswert größeren Durchmesser besitzt, beispielsweise das Zweifache des rotierenden Kopfs 10. Es ist auch möglich, die Rotationszentrumsachsen des rotierenden Kopfs 10 und die Rotationszentrumsachse des rotierenden Tischs 14 auf der gleichen Achse auszurichten oder willkürlich die Rotationszentrumsachsen des rotierenden Kopfs 10 und des rotierenden Tischs 14 zu versetzen.
  • Im Detail ist der Aktuator 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung mit dem rotierenden Kopf 10 über den oberen Motor 16 verbunden und in einer horizontalen Richtung (X-Richtung) beweglich und die Position des Aktuators 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung sowie die Position des rotierenden Kopfs 10 sind in einer horizontalen Richtung variabel, indem ein horizontaler Bewegungsmechanismus 40 oberhalb eines Teils des Aktuators 28 zur Anhebung/Druckbeaufschlagung vorgesehen ist.
  • Der rotierende Kopf 10 weist Aufnahmemittel, beispielsweise eine Vakuumansaugung beziehungsweise einen Vakuumchuck (nicht abgebildet) zum Aufnehmen des Halbleiterwafers 10 auf, der frei abgenommen werden kann. Das Suspensionszuführungsrohr 34 ist mit einem Suspensionseinführungsabschnitt (nicht abgebildet) in dem rotierenden Tisch 14 durch die Drehverbindung 36 verbunden, die mit der rotierenden Achse 18a des unteren Motors 18 verbunden ist. Eine Suspensionsdurchführung (nicht abgebildet), welche von dem Suspensionseinführungsabschnitt zu dem Polierkissen verläuft, ist in dem rotierenden Tisch 14 vorgesehen. Die von dem Suspensionszuführungsabschnitt 32 entladene Suspension wird zu dem Polierkissen 12 durch das Suspensionszuführungsrohr 34, die Drehverbindung 36 und dem Suspensionseinführungsabschnitt sowie die Suspensionsdurchführung in dem rotierenden Tisch 14 übertragen und tritt auf der gesamten Oberfläche des Polierkissens 12 hervor.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform können, wenn ein CMP-Prozess gestartet wird, der rotierende Kopf 10 und der rotierende Tisch 14 einander berühren, während sie in die gleiche Richtung rotieren und jede der Rotationszentrumsachsen ausgerichtet sind, auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform 1. Dementsprechend ist in der Kontaktfläche des Halbleiterwafers 100 und des Polierkissens 12, da das Polierkissen 12 nicht in eine Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleiterwafers 100 in einen beliebigen Teil des Halbleiterwafers 100 scheuert, auch wenn das Polierkissen 12 auf die Oberfläche (Zieloberfläche) des Halbleiterwafers 100 drückt und diese kontaktiert, wie in 6 gezeigt, die Scherbelastung, die auf das Kupfer 116 (insbesondere den Vorsprung 116a) auf einer Oberflächenlage ausgeübt wird, klein und der Grad der in den organischen Low-k-Schichten 108 und 104 als Basis aufgebaute Scherbelastung ist klein. Somit kann das Polieren des Kupfers 116 ohne das Erzeugen eines Risses als Ursache für einen Kratzer oder eine Wölbung auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 100 gestartet werden.
  • Auch nachdem eine vorgegebene Zeit seit der Zeit des Aufsetzens vergangen ist, während die relative Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden Kopf 10 und dem rotierenden Tisch 14 auf den Sollwert VS eingestellt wird, vorzugsweise nachdem der Vorsprung 116a des Kupfers 116 auf dem Halbleiterwafer 100 beträchtlich poliert worden ist, wird der horizontale Bewegungsmechanismus 40 aktiviert. Dann wird mittels des horizontalen Bewegungsmechanismus 40 die Rotationszentrumsachse des Halbleiterwafers 100 gegenüber der Rotationszentrumsachse des Polierkissens 12, wie in 8 gezeigt, versetzt und der Polierprozess wird mit der versetzten Position fortgesetzt.
  • Hierbei kann sich, wie in 8 gezeigt, die Offset-Position des rotierenden Kopfs 10 (des Halbleiterwafers 100) bezüglich des rotierenden Tischs 14 (des Polierkissens 12) auf einer geraden Linie in eine Richtung bewegen, die durch einen Pfeil X angezeigt wird, oder kann sich auf einem ringförmigen Muster in einer Richtung bewegen, die durch den Pfeil θ angezeigt ist.
  • Bei einem derartigen Versatz weist die Oberfläche (Zieloberfläche) des Halbleiterwafers 100 einen Teil auf, bei dem das Polierkissen 12 in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleiters scheuert und einen Teil, bei dem das Polierkissen 12 in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung des Halbleiterwafers scheuert. Es wird jedoch kein Riss in der Oberfläche erzeugt, da der Vorsprung 116a (6) des Kupfers 116 in der zu bearbeitenden Schicht beträchtlich poliert ist und somit eine Befürchtung hinsichtlich der Erzeugung eines Kratzers oder einer Wölbung gering ist, auch wenn eine relativ große Scherbelastung darauf ausgeübt wird.
  • Währenddessen kann bei dem Versatzverfahren die Zuführungsgeschwindigkeit der Suspension oder eine Poliergeschwindigkeit erhöht werden, da eine große Fläche des Polierkissens 12, das einen großen Durchmesser besitzt, effizient dazu verwendet werden kann, den Halbleiterwafer 100 zu polieren.
  • Wenn das Polieren endet, ist es möglich, den Halbleiterwafer 100 von dem Polierkissen 12 an der Versatzposition zu separieren, aber es ist bevorzugt, den Halbleiterwafer 100 von dem Polierkissen 12 zu separieren, indem das Zentrum des rotierenden Kopfs 10 zurück zu dem Zentrum des rotierenden Tischs 14 geführt wird und die relative Rotationsgeschwindigkeit (vorzugsweise auf Null) reduziert wird. Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit einer Risserzeugung auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 (der Oberfläche des Kupfers 116 und der Oberfläche der organischen Low-k-Schicht 108) soweit wie möglich reduziert werden, wenn das Polieren endet.
  • 9 zeigt eine beispielhafte Konfiguration des Hauptsteuerabschnitts 24 zum Steuern jedes Elements und der gesamten Sequenz der CMP-Vorrichtung (1 und 7), um das Verfahren des CMP-Prozesses gemäß der obigen Ausführungsform durchzuführen.
  • Der Hauptsteuerabschnitt 24 des Konfigurationsbeispiels weist einen Prozessor (CPU) 52, einen internen Speicher (RAM) 54, eine Programmsteuervorrichtung (HDD) 56, ein externes Speicherlaufwerk (DRV) 58 wie etwa einen Flashspeicher und eine optische Disk, eine Eingabevorrichtung (KEY) 60 wie etwa eine Tastatur und eine Maus, eine Anzeigevorrichtung (DIS) 62, ein Netzwerk und eine Schnittstelle (COM) 64 und eine periphere Schnittstelle (I/F) 66 auf, die über einen Bus 50 verbunden sind.
  • Die Prozessor-CPU 52 liest einen Code eines benötigten Programms von einem Speichermedium 68 aus wie etwa einen Flashspeicher und eine optische Disk in dem externen Speicherlaufwerk (DRV) 58 und speichert den Code in der HDD 56. Alternativ kann das benötigte Programm von einem Netzwerk über das Netzwerk und die Schnittstelle 64 heruntergeladen werden. Der Prozessor (CPU) 52 lädt auch einen Code eines Programms, das in jedem Schritt oder in jedem Vorgang benötigt wird, von der HDD 56 in den Arbeitsspeicher (RAM) 54, um so jeden Schritt auszuführen und führt einen benötigten Betriebsprozess durch, um jedes Element in der Vorrichtung durch die periphere Schnittstelle 66 zu steuern. Programme zum Ausführen des CMP-Verfahrens sind in den obigen Ausführungsformen beschrieben und werden alle in diesem Computersystem ausgeführt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das die Hauptelemente einer CMP-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Hauptschritte eines Steuerprogramms für einen CMP-Prozess gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 3 ist ein Kurvendiagramm, das Veränderungen in einer Zustandsveränderung oder eine physikalische Größenveränderung jedes Elements hinsichtlich der Zeit in dem CMP-Prozess gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 4 ist ein Diagramm, das einen Zustand eines Polierkissens zeigt, das einen Halbleiterwafer in einer CMP-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsvorrichtung berührt oder kontaktiert;
  • 5 ist eine Draufsicht, die die Rotationsrichtungen und eine relative Positionsbeziehung eines Halbleiterwafers und eines Polierkissens in einer CMP gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch eine Kontaktfläche zeigt, unmittelbar nachdem ein Polierkissen einen Halbleiterwafer in der CMP gemäß einer Ausführungsform berührt;
  • 7 ist ein Diagramm, das die Hauptelemente einer CMP-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform Ziffer 2 zeigt;
  • 8 ist eine Draufsicht, die Rotationsrichtungen und eine relative Positionsbeziehung eines Halbleiterwafers und eines Polierkissens gemäß einer Ausführungsform 2 zeigt;
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Hauptsteuerabschnitts in einer CMP-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 10 sind Ansichten, die Prozesse eines Tauschierungsprozesses eines Kupferdrahts unter Verwendung einer organischen Low-k-Schicht als eine Zwischenlage-Isolierschicht zeigt;
  • 11 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer herkömmlichen beispielhaften CMP-Vorrichtung zeigt;
  • 12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Defekts zeigt, der in einer konventionellen CMP-Vorrichtung erzeugt wird; und
  • 13 ist eine Draufsicht, die Rotationsrichtungen und eine relative Positionsbeziehung eines Halbleiterwafers und eines Polierkissens bei einer herkömmlichen CMP-Vorrichtung zeigt;
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Rotationskopf (obere Trägerplatte)
    12
    Polierkissen
    14
    rotierender Tisch (untere Trägerplatte)
    16
    oberer Motor
    18
    unterer Motor
    20
    Steuerabschnitt für die obere Trägerplatte
    22
    Steuerabschnitt für die untere Trägerplatte
    24
    Hauptsteuerabschnitt
    28
    Aktuator zur Anhebung/Druckbeaufschlagung
    30
    Steuerabschnitt zur Anhebung/Druckbeaufschlagung
    32
    Suspensionszuführungsabschnitt
    34
    Suspensionszuführungsrohr
    36
    Drehverbindung
    40
    horizontaler Bewegungsmechanismus
    100
    Halbleiterwafer
    104, 108
    Low-k-Schicht (Zwischenlage-Isolierschicht)
    106
    Kupfer
  • Zusammenfassung
  • Die Erzeugung von Kratzern und einer Wölbung werden verhindert, wenn Kupfer, das auf einer Zwischenlage-Isolierschicht abgeschieden ist, die auf einer organischen Low-k-Schicht gebildet ist, während eines Tauschierungsprozesses poliert wird. Bei der CMP-Vorrichtung wird, während eine Rotationszentrumsachse eines rotierenden Kopfes, an dem ein Polierkissen befestigt ist und eine Rotationszentrumsachse eines rotierenden Tisches, auf dem ein Halbleiterwafer mit der Oberseite nach oben angeordnet ist, auf der gleichen vertikalen Linie ausgerichtet werden und der rotierende Kopf und der rotierende Tisch in die gleiche Richtung drehen, wird der rotierende Kopf abgesenkt und das Polierkissen berührt den Halbleiterwafer auf dem rotierenden Tisch. Dementsprechend wird verhindert, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleiterwafers in der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers scheuert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-12936 [0012]

Claims (22)

  1. Chemisch-mechanisches Polierverfahren, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Zwischenlage-Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, zum Polieren eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei das chemisch-mechanische Polierverfahren umfasst: während ein Halbleitersubstrat und ein Polierkissen in einer gleichen Richtung rotieren, einen ersten Schritt, bei dem das Halbleitersubstrat und das Polierkissen in Berührung gebracht werden, während verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen dem gesamten Bereich einer Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert; und einen zweiten Schritt des chemisch-mechanischen Polierens des Kupfers auf dem Halbleitersubstrat durch ein Zuführen einer Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen und des Steuerns eines Drucks und einer relativen Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen.
  2. Chemisch-mechanisches Polierverfahren, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Zwischenlage-Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, zum Polieren eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei das chemisch-mechanische Polierverfahren umfasst: während ein Halbleitersubstrat und ein Polierkissen in einer gleichen Richtung rotieren, einen ersten Schritt, bei dem das Halbleitersubstrat und das Polierkissen miteinander in Berührung gebracht werden, während die jeweilige Rotationszentrumsachse auf einer geraden Linie ausgerichtet ist; und einen zweiten Schritt des chemisch-mechanischen Polierens des Kupfers auf dem Halbleitersubstrat durch Zuführen einer Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen und des Steuerns einer relativen Rotationsgeschwindigkeit und eines Drucks zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen.
  3. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem ersten Schritt jeweils die Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats und des Polierkissens innerhalb eines Bereichs von 500 1/min bis 300 1/min eingestellt werden.
  4. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 3, wobei bei dem ersten Schritt jeweils die Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats und des Polierkissens innerhalb eines Bereichs von 80 1/min bis 90 1/min eingestellt sind.
  5. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem ersten Schritt eine Differenz zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats und der Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens im Wesentlichen Null ist.
  6. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem zweiten Schritt das Halbleitersubstrat und das Polierkissen in einer gleichen Richtung rotieren.
  7. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem zweiten Schritt verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen dem gesamten Bereich der Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert.
  8. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem zweiten Schritt die Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens auf einer geraden Linie ausgerichtet sind.
  9. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem zweiten Schritt die Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens versetzt sind.
  10. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 9, wobei bei dem zweiten Schritt die Versatzposition des Halbleitersubstrats bezüglich des Polierkissens variiert wird.
  11. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem zweiten Schritt die Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens gleichförmig erhalten bleibt und die Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats niedriger als die Rotationsgeschwindigkeit in dem ersten Prozess ist.
  12. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, Wobei bei dem zweiten Schritt die relative Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats und des Polierkissens variiert wird.
  13. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem zweiten Schritt der auf die Kontaktfläche ausgeübte Druck fortschreitend vergrößert wird.
  14. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen dritten Schritt des Separierens des Halbleitersubstrats und des Polierkissens, während sie in einer gleichen Richtung rotieren, um so das Polieren des Kupfers auf dem Halbleitersubstrat zu beenden.
  15. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 14, wobei bei dem dritten Schritt verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen im gesamten Bereich der Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert.
  16. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 14, wobei bei dem dritten Schritt die Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens auf einer geraden Linie ausgerichtet sind.
  17. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 14, wobei bei dem dritten Schritt der Rotationszentrumsachse des Halbleitersubstrats und die Rotationszentrumsachse des Polierkissens versetzt sind.
  18. Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 14, wobei bei dem dritten Schritt eine Differenz zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des Halbleitersubstrats und eine Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens im Wesentlichen Null ist.
  19. Computerausführbares Programm, aufgezeichnet auf einem Aufzeichnungsmedium für einen Computer zum Steuern einer chemisch-mechanischen Poliervorrichtung, sodass das chemisch-mechanische Polierverfahren nach Anspruch 1 während der Ausführung durchgeführt wird.
  20. Chemisch-mechanisches Poliervorrichtung, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Zwischenlage-Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, zum Polieren eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei die chemisch-mechanische Poliervorrichtung umfasst: eine erste Trägerplatte, die ein Halbleitersubstrat aufnimmt, das abnehmbar ist und die so eingerichtet, dass sie rotierbar ist; einen ersten Rotationsantrieb, der die erste Trägerplatte bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; eine zweite Trägerplatte, an der ein Polierkissen befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, rotierbar zu sein; ein zweiter Rotationsantrieb, der die zweite Trägerplatte bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; ein erster Aktuator, der die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte relativ separiert oder druckbeaufschlagt und kontaktiert; ein Steuerabschnitt, der den ersten Rotationsantrieb, den zweiten Rotationsantrieb sowie den ersten Aktuator so steuert, dass die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte in einer gleichen Richtung rotieren und das Halbleitersubstrat und das Polierkissen einander berühren, während verhindert wird, dass das Polierkissen in einer Richtung gegenläufig zu der Rotationsrichtung des Halbleitersubstrats in im Wesentlichen dem gesamten Bereich einer Zieloberfläche des Halbleitersubstrats scheuert und dann Kupfer auf dem Halbleitersubstrat chemisch-mechanisch poliert; und ein Suspensionszuführungsabschnitt, der eine Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen zuführt.
  21. Chemisch-mechanische Poliervorrichtung, bei einem Tauschierungsprozess eines Kupferdrahtes, wobei eine organische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als eine Zwischenlage-Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, zum Polieren eines Kupfers, das auf der organischen Schicht abgeschieden ist, wobei die chemisch-mechanische Poliervorrichtung umfasst: eine erste Trägerplatte, die ein Halbleitersubstrat aufnimmt, das abnehmbar ist und die so eingerichtet ist, dass sie drehbar ist; ein erster Rotationsantrieb, der die erste Trägerplatte bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; eine zweite Trägerplatte, an der ein Polierkissen befestigt ist und die so eingerichtet ist, dass sie rotierbar ist; ein zweiter Rotationsantrieb, der die zweite Trägerplatte bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit rotiert; ein erster, Aktuator, der die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte relativ separiert oder mit Druck beaufschlagt und kontaktiert; ein Steuerabschnitt, der den ersten Rotationsantrieb, den zweiten Rotationsantrieb und den ersten Aktuator so steuert, dass die erste Trägerplatte und die zweite Trägerplatte in eine gleiche Richtung rotieren und sich die erste und die zweite Trägerplatten einander berühren, während jede Rotationszentrumsachse auf einer geraden Linie ausgerichtet ist und dann das Kupfer auf dem Halbleitersubstrat chemisch-mechanisch poliert wird; und einen Suspensionszuführungsabschnitt, der eine Suspension zu einer Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Polierkissen zuführt.
  22. Chemisch-mechanische Poliervorrichtung nach Anspruch 20, ferner umfassend: einen zweiten Aktuator, der die zweite Trägerplatte bezüglich der ersten Trägerplatte in eine Richtung senkrecht zu der Rotationszentrumsachse bewegt.
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