DE19629286B4

DE19629286B4 - Polierkissen und Poliervorrichtung

Info

Publication number: DE19629286B4
Application number: DE19629286A
Authority: DE
Inventors: Rempei Kamakura Nakata; Hisashi Fujisawa Kaneko; Nobuo Yokosuka Hayasaka; Takeshi Nishioka; Yoshikuni Hiratsuka Tateyama; Yutaka Yokkaichi Nakano; Yasutaka Natori Sasaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2016-07-20
Also published as: KR970005529A; KR100236203B1; JPH0997772A; US5664989A; JP3329644B2; DE19629286A1

Abstract

Polierkissen, umfassend:
eine erste Schicht (123) mit einer zum Polieren eines Substrats (92) dienenden ersten Oberfläche auf der Vorderseite, sowie mit einer zweiten Oberfläche auf der Rückseite; und
eine zweite Schicht (124), die der zweiter Oberfläche der erster Schicht gegenüberliegt und als Abschnitt zum Halten eines Fluids ausgebildet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass im Abschnitt zum Halten eines Fluids mehrere Verstärkungselemente angeordnet sind, wobei der Abschnitt zum Halten eines Fluids (124) ein aus Fäden gewobenes Fluidpolster (124) ist, und die Verstärkungselemente Verstärkungsfäden oder Trennwände sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Poliertechnik, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird, und betrifft insbesondere ein Polierkissen, welches beim chemisch-mechanischen Polieren (CMP) verwendet wird, sowie eine Poliervorrichtung und ein Polierverfahren unter Verwendung dieses besonderen Polierkissens.
In den vergangenen Jahren wurden erhebliche Forschungsanstrengungen zu dem Zweck unternommen, verschiedene Feinbearbeitungsverfahren zu entwickeln, um den Anforderungen nach einem höheren Integrationsgrad und besseren Leistungen von LSI zu begegnen. Die CMP-Technik ist eines der Forschungsobjekte, welche durchgeführt werden, um den strengen Anforderungen in Bezug auf Verkleinerung zu genügen, und ist unbedingt bei dem Verfahren einer Mehrfachverdrahtungsherstellung erforderlich, welche die Schritte der Einebnung eines Zwischenschicht-Isolierfilms, die Herstellung eines Metallstopfens sowie die Herstellung einer vergrabenen Verdrahtungsschicht umfaßt, sowie bei dem Verfahren zur Trennung der vergrabenen Bauteile.

Eines der schwerwiegendsten Probleme bei dem CMP-Verfahren besteht in der Ungleichförmigkeit der Polierrate über die Gesamtoberfläche eines zu polierenden Gegenstands, beispielsweise eines Halbleiterwafers. Genauer gesagt verursacht eine ungleichförmige Druckverteilung über der Gesamtoberfläche eines Wafers eine ungleichförmige Polierrate des Wafers, was dazu führt, daß einige Oberflächenbereiche des Wafers zu stark poliert werden, wogegen der Poliervorgang bei anderen Oberflächenbereichen unzureichend ist. Die Ungleichförmigkeit beim Polieren stellt ein ernsthaftes Problem dar, welches in schwerwiegender Weise die Ausbeute und die Verläßlichkeit von Halbleiterelementen beeinträchtigt, insbesondere bei großen Wafern mit einem Durchmesser von beispielsweise 8 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm). In diesem Zusammenhang sollte berücksichtigt werden, daß zum Einsatz der CMP-Technik beim Herstellungsvorgang eine Halbleitervorrichtung in der Größenordnung von 0,25 μm, beispielsweise bei einem 256-DRAM, es erforderlich ist, die Filmdicke in einer Größenordnung von 0,01 μm zu kontrollieren, wodurch es äußerst wichtig ist, die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers zu verbessern.

In 1 ist dargestellt, was in Bezug auf die Ungleichförmigkeit des Poliervorgangs beim Einsatz von CMP beim Schritt der Einebnung eines Zwischenschicht-Isolierfilms geschieht. Wie aus 1A hervorgeht, wird eine untere Verdrahtungsschicht 211 mit einer Dicke von 0,4 μm oder weniger auf einem Wafer erzeugt, gefolgt von der Ablagerung eines Zwischenschicht-Isolierfilms 212 mit einer Dicke von 1 μm, um die untere Verdrahtungsschicht 211 abzudecken. Hierbei ist wesentlich, daß das Vorhandensein der unteren Verdrahtungsschicht 211 dazu führt, daß der Zwischenschicht- Isolierfilm 212 stufenförmige Abschnitte aufweist. In dem nächsten Schritt werden die vorspringenden Abschnitte des Zwischenschicht-Isolierfilms 212 mittels CMP entfernt, um den Film 212 einzuebnen, wie in 1B gezeigt ist. Dann werden ausgewählte Kontaktlöcher in dem Film 212 hergestellt, so daß die obere Oberfläche der unteren Verdrahtungsschicht 211 freigelegt wird, gefolgt von der Herstellung einer oberen Verdrahtungsschicht 214, die mit der unteren Verdrahtungsschicht 211 über Kontakte 213 verbunden ist, wie in 1C gezeigt ist.

Nunmehr wird angenommen, daß das chemisch-mechanische Polieren (CMP) bei dem voranstehend geschilderten Vorgang mit einer mittleren Polierrate von 0,5 μm und einer Gleichförmigkeit der Polierrate von ± 10 % über die Gesamtoberfläche des Wafers durchgeführt wird. In diesem Fall wird die Dicke des Zwischenschicht-Isolierfilms 212 oberhalb der unteren Verdrahtungsschicht 211, die vor dem CMP-Schritt 1 μm betrug, ungleichförmig nach dem CMP-Schritt ausgebildet, und zwar innerhalb eines Bereiches zwischen 0,45 μm und 0,55 μm (Δ = 0,1 μm).

Die Ungleichförmigkeit der Dicke des Zwischenschicht-Isolierfilms nach dem CMP-Schritt führt direkt zu einer Ungleichmäßigkeit der Ätzzeit bei RIE (reaktiver Ionenätzung) im Schritt der Herstellung von Kontaktlöchern, und zu einer Ungleichmäßigkeit der Widerstandswerte der Kontakte, die von der Ungleichförmigkeit der Durchmesser der Kontaktlöcher herrührt. Daraus folgt, daß die Ungleichförmigkeit der Dicke des Zwischenschicht-Isolierfilms nach dem CMP-Schritt zu einer niedrigen Ausbeute bei der Herstellung der Halbleiterbauteile führt. Andererseits führt, wenn die CMP-Technik bei der Herstellung einer vergrabenen Verdrahtungsschicht verwendet wird, die ungleichförmige Polierrate über der Gesamtoberfläche eines Wafers zu ungleichförmigen Widerstandswerten der Verdrahtung, und daher zu einer niedrigen Ausbeute bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen. Infolge dieser Situation ist es äußerst wichtig, die Gleichförmigkeit der Polierrate zu verbessern, um die CMP-Technik bei VLSI-Verfahren einsetzen zu können.

Es wurden verschiedene Polierkissen zu dem Versuch vorgeschlagen, die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche eines Wafers zu verbessern. Beispielsweise wird in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 58-45861 sowie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-23965 vorgeschlagen, ein relativ hartes Polierkissen auf einem weichen, elastischen Material anzubringen, um so eine lokale Ebenheit sicherzustellen (oder Eindrückungen zu verhindern), und die Gleichförmigkeit des Poliervorgangs über der Gesamtoberfläche des Wafers zu verbessern. Bei den in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Verfahren wird allerdings eine ungleichmäßige Druckverteilung erzeugt, infolge der mechanischen Eigenschaften des weichen, elastischen Materials selbst, beispielsweise der Steifigkeit (oder Elastizität) in Horizontal- oder Vertikalrichtung, wodurch es schwierig wird, die Gleichförmigkeit des Poliervorgangs in zufriedenstellender Weise über der Gesamtoberfläche des Wafers zu verbessern. Zusammenfassend kann die konventionelle CMP-Technik daher nicht ausreichend die Ungleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche eines Wafers unterdrücken, was zu einer niedrigen Ausbeute und zu Beeinträchtigungen in Bezug auf die Verläßlichkeit von Halbleiterelementen führt.

Andererseits wurde ein Polierkissen, bei welchem ein Fluidpolster statt des weichen, elastischen Materials verwendet wird, beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-285825 oder 5-505769 vorgeschlagen, um die Gleichförmigkeit des Poliervorgangs bei dem Wafer weiter zu verbessern. Bei dem Fluidpolster ist die Lastverteilung auf der Bearbeitungsoberfläche auf der Grundlage des Pascal'schen Gesetzes vergleichmäßigt, um so die Gleichförmigkeit des Poliervorgangs zu verbessern. Allerdings sind bei dem Polierkissen unter Verwendung eines Fluidpolsters weitere Verbesserungen möglich, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert wird.

Im einzelnen ist ein Fluidpolster 224, welches beispielsweise durch abgedichtete Aufnahme von Gas in einem Polyethylenbeutel hergestellt wird, zwischen einem Polierkissen 223 und einem Polierbasiskörper 225 bei der in 2A gezeigten, konventionellen Poliervorrichtung angeordnet. Beim Polieren einer Waferoberfläche unter Verwendung der konventionellen Vorrichtung wird jeder Polierkopf 221, der beispielsweise einen Halbleiterwafer 222 und den Polierbasiskörper 225 der Poliervorrichtung haltert, jeweils mit 100 Umdrehungen pro Minute gedreht. Während der Drehung wird der Wafer 222 gegen das Polierkissen 223 mit einer Belastung von 300 g/cm² angedrückt, während ein Poliermittel dem Polierkissen 223 über eine Leitung oder ein Rohr 227 zugeführt wird. Allerdings werden bei der konventionellen Poliervorrichtung das Polierkissen 223 und das Fluidpolster 224 während des Poliervorgangs wesentlich verformt, wie in 2B gezeigt ist. Die Verformung führt dazu, daß der Polierkopf vibriert. Darüber hinaus wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Polierkopfes oder des Polierkissens instabil. Dies führt dazu, daß die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers nicht verbessert werden kann. Darüber hinaus ergibt sich eine Verringerung der Stabilität der Polierrate.

In der DD 95 332 ist eine pneumatische Schleif- und Polierschale angegeben, wobei zwischen einem Unterteil als Schleif- oder Poliermittelträger und einem oberen Formkörper der in seiner Bewegungsmöglichkeit entgegengesetzt der gewünschten Druckrichtung begrenzt ist, ein flexibles regulierbares Druckgefäß angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polierkissen bereitzustellen, welches eine gleichmäßige Verteilung des Drucks über der Gesamtoberfläche, beispielsweise eines Halbleiterwafers ermöglicht, und darüber hinaus eine Verbesserung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers ermöglicht. Dieses Polierkissen soll bei einer Poliervorrichtung zum Einsatz gelangen, mit welcher dann ein Polieren erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird eine ungleichmäßige Druckverteilung im Polierkissen vermieden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß in einem Abschnitt zum Halten eines Fluids Verstärkungselemente angeordnet sind bzw. der Abschnitt in Form kleiner Beutel ausgebildet ist, oder daß ein Druckausgleichsmechanismus vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1A bis 1C Querschnittsansichten, die zusammen zeigen, wie eine Mehrschichtverdrahtung unter Verwendung einer konventionellen Poliervorrichtung hergestellt wird;
2A und 2B Querschnittsansichten, welche zusammen den Aufbau einer konventioneller Poliervorrichtung zeigen;
3 eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Aufsicht auf eine Luftzellenmatte, die bei der in 3 gezeigten Poliervorrichtung vorgesehen ist;
5 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine Aufsicht auf eine Luftzellenmatte, die bei der in 5 gezeigten Poliervorrichtung vorgesehen ist;
7 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Aufsicht auf eine Luftzellenmatte, die bei der in 7 gezeigten Poliervorrichtung vorgesehen ist;
9 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen dem Volumen der Luftzellen und der Ungleichförmigkeit der Polierrate bei der Poliervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine Aufsicht auf eine bei der Poliervorrichtung von 10 vorgesehene Luftzellenmatte;
12 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen einem Zellenverhältnis, also dem Prozentsatz der Luftzellenfläche auf der Grundlage der Gesamtoberfläche des Polierkissens, und der Ungleichförmigkeit der Polierrate;
13 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer Abänderung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14A bis 14C zusammen im einzelnen den Aufbau einer Matte, die bei einer Poliervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
15 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 eine Aufsicht auf eine bei der in 15 gezeigten Poliervorrichtung vorgesehene Luftzellenmatte;
17 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer Abänderung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19A bis 19C Querschnittsansichten, welche zusammen zeigen, wie eine Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung eingesetzt wird
20A eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer Abänderung der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20B eine schematische Aufsicht auf den Aufbau der in 20A gezeigten Poliervorrichtung;
21 eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Poliervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
22 eine Aufsicht auf die bei der in 21 gezeigten Poliervorrichtung vorgesehene Luftzellenmatte.
Bei einer Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fluidhalteabschnitt statt eines weichen, elastischen Materials verwendet, welches bei der konventionellen Vorrichtung zum Haltern eines Polierkissens eingesetzt wird. Da ein in einem Behälter abgedichtet enthaltenes Fluid den gleichen Druck an jedem Punkt innerhalb des Fluids ausübt, gestattet es der bei der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehene Fluidhalteabschnitt, daß das Polierkissen gleichförmig gegen eine Polieroberfläche eines zu polierenden Substrats über der Gesamtoberfläche des Substrats angedrückt werden kann. Der Fluidhalteabschnitt besteht aus einer Fluidmatte, in welcher kleine Beutel angeordnet sind, wobei in jedem Beutel hermetisch abgedichtet ein Fluid enthalten ist. Alternativ hierzu wird der Fluidhalteabschnitt durch Verstärkungsfäden verstärkt. Infolge dieses Aufbaus kann eine Verformung des Fluidhalteabschnitts verringert werden, wenn das Substrat gegen das Polierkissen angedrückt wird, während das Substrat und das Polierkissen gedreht werden. Dies führt dazu, daß sowohl eine Polierkissen-Halteplatte als auch eine Proben-Halteplatte mit hoher Stabilität gedreht werden können, was zu einer verbesserten Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats führt, und daher zu einer verbesserten Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiterelementen.
Nunmehr werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
3 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird ein zu bearbeitendes Substrat 92 durch einen drehbaren Probenhalter 91 mit Hilfe einer Vakuumaufspannvorrichtung gehalten, so daß die Oberfläche, die poliert werden soll, des Substrats 92 nach unten zeigt. Weiterhin wird die Polieroberfläche des Substrats gegen ein Polierkissen angedrückt, welches an einem drehbaren SUS-Basiskörper 95 befestigt ist. Wie aus der Figur hervorgeht, weist das Polierkissen eine dünne Oberflächenschicht 93 auf, die in Berührung mit der Polieroberfläche des Substrats 92 gebracht wird, sowie eine große Anzahl kleiner Beutel (Luftzellen), die an den SUS-Basiskörper 95 befestigt sind, und in denen jeweils abgedichtet Luft enthalten ist.
4 zeigt die Luftzellen in einer Aufsicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das Polierkissen aus einer dünnen geschäumten Polyurethanschicht 93 mit einer Dicke von 1,3 mm und einer Matte, die mit Luftzellen 94 versehen ist, die jeweils einen Durchmesser von 31 mm aufweisen, eine Höhe von 13 mm und ein Volumen von 8 cm³, in denen abgedichtet Luft unter Atmosphärendruck enthalten sind, und die in regelmäßiger Anordnung auf der dünnen Schicht 93 angeordnet sind. Diese Luftzellen sind so angeordnet, daß das Zellenverhältnis, also der Prozentsatz der Luftzellenfläche in Bezug auf die Gesamtoberfläche des Polierkissens, 70 % beträgt.
Eine Probe, die mit einem Siliziumoxidfilm bedeckt ist, der einen gestuften Abschnitt aufweist, wurde unter Verwendung der voranstehend geschilderten Poliervorrichtung poliert, um die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche der Probe zu beurteilen. Das verwendete Poliermittel wurde durch Dispergieren von 1 Gew.-% Ceroxid in Wasser hergestellt. Die Ungleichförmigkeit der Polierrate stellte sich als so niedrig als ± 3 % oder weniger bei der Verwendung des Polierkissens gemäß der vorliegenden Ausführungsform heraus, verglichen mit ± 10 % bei der Verwendung einer bekannten Poliereinheit (IC-100/SUBA-400; hergestellt von Rodehl-Nitta).
Ausführungsform 2
5 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, wird ein zu bearbeitendes Substrat 122 durch einen drehbaren Probenhalter 121 mit Hilfe einer Vakuumaufspannvorrichtung gehalten, so daß die zu polierende Oberfläche des Substrats 122 nach unten zeigt. Weiterhin wird die Polieroberfläche des Substrats gegen ein Polierkissen 123 gedrückt, das an einem Fluidpolster 124 befestigt ist, welches auf einem drehbaren SUS-Basiskörper 125 angebracht ist.
Das Fluidpolster 124 besteht aus einem großen Tuchbeutel, der aus Fäden gewoben ist, und Verstärkungsfäden, die an dem Tuchbeutel befestigt sind. Der Umfangsabschnitt des Tuchbeutels ist mit Gummi imprägniert, um die Luftdichtigkeit des Beutels sicher zu stellen. Luft wird in den Tuchbeutel durch eine Luftversorgungsöffnung 131 eingeblasen, damit das Fluidpolster ordnungsgemäß seine Aufgabe erfüllen kann. 6 zeigt das Polierkissen 123 und das Fluidpolster 124 in einer Ansicht von oben.
Ein 8-Zoll-Wafer, der mit einem Siliziumoxidfilm bedeckt ist, der einen stufenförmigen Abschnitt aufweist, wurde von der voranstehend geschilderten Poliervorrichtung poliert, um die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers zu bewerten. Der Druck innerhalb des Fluidpolsters 124 wurde auf 1,2 kg/cm² eingestellt, um das Polierkissen 123 zu befestigen, welches aus geschäumtem Polyurethan bestand und auf der Oberfläche des Fluidpolsters 124 angeordnet wurde. Das verwendete Poliermittel wurde dadurch hergestellt, daß 1 Gew.-% Ceroxid in Wasser dispergiert wurde. Während des Poliervorgangs wurde die Probe gegen das Polierkissen mit einem Druck von 0,3 kg/cm² angedrückt. Sowohl der Probenhalter 121 als auch die Polierbasisplatte 125 wurden mit einer Geschwindigkeit von 100 Umdrehungen pro Minute gedreht.
Die Ungleichförmigkeit der Polierrate betrug ± 10 % im Falle der Verwendung einer Poliervorrichtung, bei welcher ein Polierkissen, welches aus geschäumtem Polyurethan bestand, an einem normalen Basiskörper befestigt war, und ± 25 % im Falle der Verwendung einer Poliervorrichtung, bei welcher ein Polierkissen aus geschäumtem Polyurethan an einem konventionellen Fluidpolster befestigt war, bei welchem keine Verstärkungsfäden verwendet wurden, und in welchem Luft mit 1,0 kg/cm² enthalten war. Andererseits war die Ungleichförmigkeit so niedrig wie ± 4 % im Falle der Verwendung der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die wie in den 5 und 6 gezeigt aufgebaut war.
Der Grund für die voranstehend angegebene, hervorragende Gleichförmigkeit der Polierrate, die bei der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, liegt offenbar an folgendem. In Bezug auf das konventionelle Fluidpolster stellte sich heraus, daß das Polierkissen wesentlich verformt wurde, wenn der Innendruck des Fluidpolsters erhöht wurde, so daß er den Atmosphärendruck überschritt. Genauer gesagt verformte sich das Fluidpolster wesentlich, wenn vorher Luft in das Fluidpolster eingeblasen wurde, und ein Innendruck oberhalb des Atmosphärendrucks eingestellt wurde, und wenn das zu behandelnde Substrat gegen das Polierkissen angedrückt wurde, was zu ernsthaften Schwierigkeiten führte. Erstens stellte sich heraus, daß der Polierkopf während des Poliervorgangs in Schwingungen versetzt wurde. Darüber hinaus war die Umdrehungsgeschwindigkeit des Polierkopfes oder des Polierkissens nicht stabil. Infolge dieser Schwierigkeiten ergab sich eine ungleichmäßige Lastverteilung über die Gesamtoberfläche des Substrats, was zu einer geringen Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats führte.
Bei der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch eine große Anzahl an Verstärkungsfäden innerhalb des Fluidpolsters befestigt, was dazu führte, daß das Polierkissen daran gehindert wurde, sich zu verformen, selbst wenn der Innendruck des Fluidpolsters auf mehr als Atmosphärendruck erhöht wurde. Mit anderen Worten war es möglich, vorher die Luft in das Fluidpolster einzublasen, so daß der Innendruck des Fluidpolsters den Atmosphärendruck überstieg. Dies führte dazu, daß eine Verformung des Fluidpolsters unterdrückt wurde, selbst wenn das zu behandelnde Substrat gegen das Polierkissen gedrückt wurde, was es ermöglichte, zu verhindern, daß der Polierkopf während des Poliervorgangs in Schwingungen versetzt wurde, und was eine stabile Drehung des Polierkopfes oder des Polierkissens sicherstellte. Selbstverständlich wurde die Lastverteilung über die Arbeitsoberfläche vergleichmäßigt, was zu einer besseren Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats führte.
Bei der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform wurde das Fluidpolster 124 dadurch hergestellt, daß Verstärkungsfäden an einem großen Tuchbeutel befestigt wurden, der aus Fäden gewebt war. Alternativ hierzu können Trennwände oder dergleichen statt der Verstärkungsfäden verwendet werden, um eine Verformung des Fluidpolsters zu verhindern, wobei ebenfalls die hervorstechenden Auswirkungen der vorliegenden Erfindung wie voranstehend geschildert erzielt wurden.
Weiterhin war bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform Luft abgedichtet in dem Fluidpolster enthalten. Jedoch kann auch ein anderes Gas wie beispielsweise Stickstoffgas oder Sauerstoffgas in dem Gaspolster vorgesehen werden, wobei im wesentlichen dieselben Effekte erzielt werden. Darüber hinaus kann eine Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser abgedichtet in dem Fluidpolster enthalten sein, obwohl ein gasförmiges Fluid wie beispielsweise Luft sich als besser herausstellte als ein flüssiges Fluid, in Bezug auf die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats. Darüber hinaus stellte sich die deutlichste Gleichförmigkeit der Polierrate heraus, wenn der Gasdruck innerhalb des Fluidpolsters auf höher als Atmosphärendruck eingestellt wurde, nämlich auf Atmosphärendruck plus Arbeitsdruck.
Bei der Ausführungsform 2 ist die Luft abgedichtet in dem Fluidpolster enthalten. Allerdings kann auch eine Fluiddrucksteuer- oder Regelvorrichtung vorgesehen werden, statt die Luft abgedichtet innerhalb des Fluidpolsters zu halten, wobei im wesentlichen dieselben Auswirkungen erzielt wurden.
Ausführungsform 3
7 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, wird ein zu bearbeitendes Substrat 222 durch einen drehbaren Probenhalter 221 mit Hilfe einer Vakuumaufspannvorrichtung gehalten, so daß die zu polierende Oberfläche des Substrats 222 nach unten zeigt. Weiterhin wird die Polieroberfläche des Substrats gegen ein Polierkissen angedrückt, welches auf einem drehbaren SUS-Basiskörper 225 angeordnet ist und aus einer dünnen Schicht 223 aus geschäumtem Polyurethan besteht, welches eine Dicke von 1,3 mm aufweist, und aus einer Luftzellenmatte 224 unterhalb der dünnen, geschäumten Polyurethanschicht 223. Selbstverständlich wird ein Poliermittel auf der Oberfläche der geschäumten dünnen Polyurethanschicht 223 festgehalten. Die Matte 224 besteht aus einer großen Anzahl unabhängiger Polyethylenzellen, in denen jeweils Luft unter Atmosphärendruck abgedichtet enthalten ist. Diese Zellen weisen eine gleichmäßige Höhe auf, nämlich 10 mm, und haben Querschnittsflächen, die innerhalb eines Bereiches von 10 × 10 mm und 55 × 55 mm liegen, und weisen Volumina innerhalb eines Bereichs zwischen 1 cm³ und 30 cm³ auf. 8 zeigt eine Aufsicht auf das Polierkissen mit dem voranstehend geschilderten Aufbau.
Ein 8-Zoll-Siliziumwafer, der mit einer Siliziumoxidschicht bedeckt ist, die einen stufenförmigen Abschnitt aufweist, wurde unter Verwendung des Polierkissens mit dem voranstehend geschilderten Aufbau poliert, um die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers zu beurteilen. Das verwendete Poliermittel wurde dadurch hergestellt, daß 1 Gew.-% Ceroxid in Wasser dispergiert wurde. 9 ist ein Diagramm, welches das Ergebnis in Bezug auf die Beziehung zwischen dem Volumen der Luftzelle, die in der Polyethylenzellenmatte 224 vorgesehen ist, und der Ungleichförmigkeit der Polierrate zeigt. Wie aus diesem Diagramm deutlich wird, war die Ungleichförmigkeit der Polierrate kleiner als ± 10 % im Falle der Verwendung eines Polierkissens, welches aus einer dünnen, geschäumten Polyurethanschicht und einer Matte bestand, die Luftzellen aufwiesen, die jeweils ein Volumen von 15 cm³ hatten, also 39 × 39 × 10 mm. Hierbei betrug die Ungleichförmigkeit der Polierrate ± 10 % im Falle der Verwendung eines Polierkissens 223, welches nur aus einer dünnen, geschäumten Polyurethanschicht bestand, woraus deutlich wird, daß das Polierkissen der vorliegenden Erfindung, welches die Luftzellenmatte 224 aufwies, eine Verbesserung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats ermöglichte. Andererseits war die Ungleichförmigkeit der Polierrate so niedrig wie ± 5 % oder weniger im Falle der Verwendung eines Polierkissens, welches aus einer dünnen, geschäumten Polyurethanschicht und einer Matte mit Luftzellen bestand, die jeweils ein Volumen von 10 cm³ aufwiesen, also Abmessungen von 32 × 32 × 10 mm, woraus deutlich wird, daß die Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine deutliche Verbesserung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats ermöglicht. Weiterhin stellte sich heraus, daß das Polierkissen in Bezug auf die Standzeit verbesserungswürdig war, falls das Volumen der Luftzelle kleiner oder gleich 0,1 cm³ ist.
Die in 9 gezeigten Versuchsergebnisse zeigen deutlich, daß es wünschenswert ist, daß die in der Matte 224 vorgesehene Luftzelle ein Volumen aufweist, das innerhalb eines Bereiches von 0,1 cm³ bis 15 cm³ liegt, vorzugsweise zwischen 0,1 cm³ und 10 cm³. Wenn das Luftzellenvolumen größer als 15 cm³ wird, so ergaben sich ernsthafte Schwingungen des Polierkissens.
Wenn die Luftzelle eine kleine Querschnittsfläche aufweist, kann offenbar der Polierkopf daran gehindert werden, in Schwingungen versetzt zu werden, was zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers führt. Weiterhin kann man sich überlegen, daß dann, wenn die Luftzelle eine kleine Querschnittsfläche aufweist, der Probehalter oder das Polierkissen mit hoher Stabilität gedreht werden kann, so daß die Lastverteilung über der Bearbeitungsoberfläche des zu behandelnden Substrats verbessert wird, was zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers führt.
Ausführungsform 4
10 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie aus der Figur deutlich wird, wird ein zu bearbeitendes Substrat 222 durch einen drehbaren Probenhalter 221 mit Hilfe einer Vakuumaufspannvorrichtung gehalten, so daß die Oberfläche, die poliert werden soll, des Substrats 222 nach unten weist. Weiterhin wird die Polieroberfläche des Substrats gegen ein Polierkissen angedrückt, welches auf einem drehbaren SUS-Basiskörper 225 angebracht ist, und aus einer dünnen, geschäumten Polyurethanschicht 223 mit einer Dicke von 1,3 mm und einer Luftzellenmatte 224 besteht, die unterhalb der dünnen geschäumten Polyurethanschicht 223 angeordnet ist. Selbstverständlich wird ein Poliermittel auf der Oberfläche der geschäumten, dünnen Polyurethanschicht 223 festgehalten.
Die Matte 224 besteht aus einer großen Anzahl unabhängiger, säulenförmiger Polyethylenzellen, in denen jeweils Luft mit Atmosphärendruck abgedichtet enthalten ist. Jede dieser Zellen weist einen Durchmesser von 31 mm und eine Höhe von 13 mm auf, und hat daher ein Volumen von 9,8 cm³. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Zellen in einem Zellverhältnis von 72 % angeordnet sind. 11 zeigt eine Aufsicht auf das Polierkissen mit dem voranstehend geschilderten Aufbau.
Ein 8-Zoll-Siliziumwafer, der mit einer Siliziumoxidschicht abgedeckt ist, der einen stufenförmigen Abschnitt aufweist, wurde unter Verwendung des Polierkissens mit dem voranstehend geschilderten Aufbau poliert, um die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Wafers zu beurteilen. Das verwendete Poliermittel wurde dadurch hergestellt, daß 1 Gew.-% Ceroxid in Wasser dispergiert wurde. Es stellte sich eine Ungleichförmigkeit der Polierrate von so gering wie ± 3 % im Falle der Verwendung eines Polierkissens mit dem in den 10 und 11 gezeigten Aufbau heraus, im Gegensatz zu ± 10 % im Falle der Verwendung eines Polierkissens, das nur aus einer dünnen, geschäumten Polyurethanschicht bestand.
Es wird darauf hingewiesen, daß sich das Polierkissen gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Gleichförmigkeit der Polierrate als besser herausstellt als das Polierkissen bei der dritten Ausführungsform. Der Grund für diesen deutlichen, von der vierten Ausführungsform erzeugten Effekt konnte noch nicht vollständig aufgeklärt werden, jedoch kann man sich folgendes überlegen. Bei der vierten Ausführungsform sind die benachbarten Zellen voneinander getrennt angeordnet, was dazu führt, daß eine Verformung oder Schwingung, die in einer der Luftzellen des Polierkissens auftritt, kaum auf benachbarte Zellen übertragen wird. Offenbar deswegen tritt bei der vierten Ausführungsform die Auswirkung auf, daß Schwingungen des Polierkissens wirksamer als bei der dritten Ausführungsform verhindert werden. Andererseits kann man sich überlegen, daß die besondere Konstruktion gemäß der vierten Ausführungsform eine stabile Drehung des Probenhalters oder des Polierkissens auf wirksamere Weise als bei der dritten Ausführungsform ermöglicht, was zu dem deutlichen Effekt führt, der durch die vierte Ausführungsform hervorgerufen wird.
Es wurde ein zusätzlicher Versuch durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Zellenverhältnis, also dem Prozensatz der Luftzellenfläche in Bezug auf die Gesamtoberfläche des Polierkissens, und der Gleichförmigkeit der Polierrate herauszufinden. Die Luftzelle war säulenförmig, wies einen Durchmesser von 31 mm und eine Höhe von 13 mm auf, und daher ein Volumen von 9,8 cm³. Der Versuch wurde unter Verwendung verschiedener Polierkissen durchgeführt, die ein Luftzellenverhältnis innerhalb eines Bereichs von 50 % und 100 % aufwiesen. 12 zeigt als Diagramm die Ergebnisse der Versuche. Wie aus 12 hervorgeht, ergab sich eine Ungleichförmigkeit der Polierrate von weniger als 10 %. Die Ungleichförmigkeit, die etwa 10 % bei einem Zellenverhältnis von 50 % betrug, sank allmählich bei einer Erhöhung des Zellenverhältnisses ab, und erreichte die geringste Ungleichförmigkeit (oder höchste Gleichförmigkeit) bei einem Zellenverhältnis von 60 %. Die geringste Ungleichförmigkeit wurde beibehalten, bis das Zellenverhältnis soweit erhöht wurde, daß es 90 % erreichte. Wenn das Zellenverhältnis kleiner als 50 % war, wurde die Lastverteilung ungleichförmig ausgebildet, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats führte. Es wird deutlich, daß das Zellenverhältnis zumindest 50 % betragen sollte, vorzugsweise 60 bis 90 %.
Hierbei stellte sich der Optimalwert für das Zellenverhältnis als abhängig von der Form der Luftzelle heraus, von der Biegesteifigkeit des Materials der oberen Schicht des Polierkissens, und von der auf die Arbeitsoberfläche ausgeübten Belastung. Offenbar liegt der Grund dafür, daß die Änderung des optimalen Zellenverhältnisses von der Form der Zelle, der Biegesteifigkeit und der Last abhängt, wie voranstehend erwähnt, darin, daß die Zellenform usw. Änderungen der Kissenverformung hervorruft, und die Art und Weise der Übertragung von Schwingungen auf die benachbarte Zelle ändert. Es läßt sich ebenfalls verstehen, daß die Lastverteilung über der Arbeitsoberfläche durch das Zellenverhältnis, die Biegefestigkeit usw. geändert wird, und zu der voranstehend angegebenen Art und Weise der Änderung des optimalen Zellenverhältnisses führt.
Ein zusätzlicher Versuch wurde durchgeführt, bei welchem eine Verstärkungsschicht, beispielsweise eine dünne Edelstahlplatte 230, zwischen der geschäumten, dünnen Polyurethanschicht 223 und der Matte 224 angeordnet wurde, wie dies in 13 gezeigt ist, wobei im wesentlichen dieselben Ergebnisse erhalten wurden.
Dann wurde eine Spiegelpolitur bei dem 8-Zoll-Siliziumwafer unter Verwendung eines Polierkissens durchgeführt, bei welchem ein nicht gewebter Stoff mit einer Dicke von 1 mm die dünne, geschäumte Polyurethanschicht 223 ersetzte, um die Ebenheits-TTV (TTV: Total Thickness Variation; Gesamtdickenänderung) der Waferoberfläche zu beurteilen. Eine Aufschwemmung aus kolloidalem Silikatpulver mit einem pH-Wert von 11 wurde als Poliermittel verwendet. Die Ebenheits-TTV stellte sich als 3 μm oder geringer in jenem Fall heraus, in welchem das Polierkissen mit einem einschichtigen Aufbau verwendet wurde, das nur aus dem nicht gewebten Stoff bestand, im Gegensatz von nur 1 μm oder weniger bei der Verwendung des Polierkissens gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 14A bis 14C zeigen den Aufbau der Luftzellen, die bei der Poliervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wurden. Im einzelnen zeigt 14A eine einstückige Polyethylenluftzelle, in welcher abgedichtet Luft unter Atmosphärendruck enthalten ist. 14B zeigt eine Luftzelle, die durch Druckverbindung zweier einander überlagerter dünner Polyethylenschichten hergestellt wurde. Weiterhin zeigt 14C eine Luftzelle, die durch Druckverbindung dreier übereinanderliegender dünner Polyethylenschichten hergestellt wurde. Die Luftzelle, die in einer der 14B und 14C gezeigt ist, wies eine bessere Lebensdauer auf als die in 14A gezeigte Luftzelle. Weiterhin stellte sich heraus, daß die Lebensdauer der Luftzelle dadurch verbessert werden kann, daß dem Polyurethan Vinylacetat hinzugefügt wird. Weiterhin stellte sich eine bessere Lebensdauer heraus, wenn die obere und untere Oberfläche im wesentlichen eben sind, im drucklosen Zustand, wie dies bei der vierten Ausführungsform der Fall ist, als in anderen Fällen.
Bei der voranstehend geschilderten vierten Ausführungsform wurde eine dünne geschäumte Polyurethanschicht oder ein ungewebter Stoff als obere Schicht des Polierkissens verwendet, die in direkten Kontakt mit dem zu polierenden Substrat gebracht wird. Allerdings ist es ebenfalls möglich, eine dünne Polyvinylchloridschicht oder eine dünne Polyethylenschicht statt der dünnen geschäumten Polyurethanschicht oder des ungewebten Stoffes zu verwenden, wobei im wesentlichen dieselben Auswirkungen erzielt werden. Weiterhin kann eine Verarbeitung vorgesehen werden, bei welcher die dünne Schicht, welche die obere Schicht des Polierkissens bildet, mit kleinen Einbuchtungen versehen wird, wobei im wesentlichen dieselben Effekte erzielt werden. Weiterhin ist es möglich, dem Luftzellenabschnitt eine Poliermittelhaltefunktion zu verleihen, wobei ebenfalls ähnliche Effekte wie voranstehend geschildert erzielt werden.
Ausführungsform 5
15 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, weist die Poliervorrichtung einen Polierbasiskörper auf, der durch Befestigung eines nicht gewebten Stoffes 228, der eine abwechselnd mit Vorsprüngen und Ausnehmungen gemusterte Oberfläche aufweist, und mit Gummi imprägniert ist, an einer drehbaren SUS-Platte 225 befestigt wird. Der ungewebte Stoff 228 mit dem genannten Aufbau ist durch Schrauben 230 an der SUS-Platte 225 befestigt, um so Luftzellen auszubilden, in welchem abgedichtet Luft mit einem höheren Druck als Atmosphärendruck vorgesehen ist. Weiterhin wird ein Polierkissen 223, welches zum Festhalten eines Poliermittels dient, an dem Polierbasiskörper befestigt. Während des Poliervorgangs wird das Polierkissen gegen das zu polierende Substrat angedrückt, während ein Poliermittel der oberen Oberfläche des Polierkissens 223 zugeführt wird. 16 zeigt eine Aufsicht auf das Polierkissen 223 und die Polierbasisplatte 225.
Bei der vorliegenden Ausführungsform waren säulenförmige Luftzellen, jeweils mit einem Durchmesser von 31 mm und einer Höhe von 13 mm (also einem Volumen von 9,8 cm³) auf dem Polierbasiskörper in einem Zellenverhältnis von 70 % angeordnet. Weiterhin wurde eine dünne Polyurethanschicht 223 mit einer Dicke von 1,3 mm als Polierkissen verwendet.
Eine Probe aus einem 8-Zoll-Siliziumwafer, der mit einem Siliziumoxidfilm bedeckt war, der einen stufenförmigen Abschnitt aufwies, wurde unter Verwendung der voranstehend geschilderten Poliervorrichtung poliert, um die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche der Probe zu beurteilen. Das verwendete Poliermittel wurde dadurch hergestellt, daß 1 Gew.-% Ceroxid in Wasser dispergiert wurde. Es stellte sich eine Ungleichförmigkeit der Polierrate von so wenig wie ± 3 % oder weniger heraus, im Falle der Verwendung des Polierkissens gemäß der vorliegenden Ausführungsform, im Vergleich zu ± 10 % in einem Fall, in welchem nicht das Polierkissen gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wurde.
17 zeigt eine Abänderung der in den 15 und 16 dargestellten Poliervorrichtung. Bei dieser Abänderung ist eine Fluidversorgungsvorrichtung 232 an die Luftzelle angeschlossen. Weiterhin ist ein übliches Ventil oder Rückschlagventil 231 an der Fluidversorgungsvorrichtung 232 angebracht, um die Luftzelle hermetisch abzudichten, wie in der Figur gezeigt ist. Es stellte sich bei dieser Abänderung heraus, daß sie hervorragende Eigenschaften aufwies, ähnlich jenen, die bei der in den 16 und 17 gezeigten Vorrichtung auftraten.
Ausführungsform 6
18 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau einer Poliervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, wird ein zu behandelndes Substrat 22 durch einen drehbaren Probenhalter 21 mit Hilfe einer Vakuumaufspannvorrichtung gehaltert, so daß die zu polierende Oberfläche des Substrats 22 nach unten zeigt. Weiterhin wird die Polieroberfläche des Substrats gegen ein Polierkissen 23 angedrückt, welches an einem Fluidpolster 24 befestigt ist, das auf einem drehbaren SUS-Basiskörper 25 angeordnet ist. Das Fluidpolster 24 besteht aus einem Beutel aus weichem Polyvinylchloridharz, der mit Wasser gefüllt ist.
Die Seitenoberfläche des SUS-Basiskörpers 25 ist von einem Stützgestell 25a umgeben, welches von der oberen Oberfläche des SUS-Basiskörpers 25 nach oben vorspringt. Dies führt dazu, daß eine Ausnehmung, die oberhalb der oberen Oberfläche des SUS-Basiskörpers 25 liegt, durch das Stützgestell 25a gebildet wird. Die Ausnehmung ist tief genug, um das Polster 24 mit dem darauf angebrachten Polierkissen aufzunehmen. Alternativ hierzu ist es möglich, die Höhe des Stützgestells 25a zu erhöhen, um darin das Poliermittel in dem Polierschritt aufzubewahren, so daß das Polierkissen in das gespeicherte Poliermittel eingetaucht wird. Weiterhin ist es möglich, daß der SUS-Basiskörper 25 eine kreisförmige Bewegung oder eine exzentrische Bewegung mit kleinen Kreisen durchführt.
Damit die Gesamtoberfläche des Polierkissens gleichförmig druckbeaufschlagt wird, um zu verhindern, daß das Polster 24 wesentlich verformt wird, ist ein Dummy-Druckbeaufschlagungsmechanismus 26 um den Probenhalter 21 herum so angeordnet, daß er die Bewegung des Probenhalters 21 nicht stört. Ein Poliermittelversorgungsrohr 27 verläuft schräg nach unten von einem Poliermittelbehälter (nicht gezeigt) aus zu einem Bereich oberhalb der oberen Oberfläche des SUS-Basiskörpers 25, wodurch die Liefermenge des Poliermittels gesteuert werden kann. Das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendete Polierkissen wurde dadurch hergestellt, daß geschäumte Polyurethanstücke jeweils mit Abmessungen von 1 cm × 1 cm × 1,3 mm in Abständen von 1,1 mm regelmäßig angeordnet wurden, so daß sich eine Nut mit einer Breite von 1 mm bildete und ein Gitter ausgebildet wurde.
Die 19A bis 19C zeigen zusammen Querschnittsansichten des Vorgangs, bei welchem eine Oberfläche mit einem stufenförmigen Abschnitt durch die Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung poliert wurde. In dem ersten Schritt wurde ein Siliziumoxidfilm 2 mit einer Dicke von etwa 1 μm auf einem Siliziumsubstrat 1 hergestellt, wie in 19A gezeigt ist. Dann wurde eine Nut 2a zur Ausbildung einer Verdrahtungsschicht in dem Oberflächenbereich des Siliziumoxidfilms 2 mit einer Breite von 0,4 bis 10 μm und einer Tiefe von 0,4 μm hergestellt. Weiterhin wurde ein Kontaktloch 2b ausgebildet, durch den Siliziumoxidfilm 2 hindurch, um die obere Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 freizulegen. Die Nut 2a und das Kontaktloch 2b wurden durch ein übliches Lithographieverfahren sowie reaktives Ionenätzen hergestellt. Im nächsten Schritt wurde ein TiN-Film 3 mit einer Dicke von etwa 50 nm durch ein Gleichspannungs-Magnetron-Sputterverfahren hergestellt, gefolgt von der Ausbildung eines Kupferfilms 4 mit einer Dicke von etwa 600 nm durch das Gleichspannungs-Magnetron-Sputterverfahren, wie in 19B gezeigt. Nach der Ausbildung des TiN-Films 3 und des Cu-Films 4 wurden diese Filme 3 und 4 selektiv durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) entfernt, unter Verwendung der in 18 gezeigten Vorrichtung, so daß diese TiN- und Cu-Filme 3 und 4 nur innerhalb der Nut 2a und des Kontaktloches 2b übrigblieben, wie in 19C gezeigt ist.
Das Poliermittel, welches bei dem CMP-Verfahren verwendet wurde, wurde dadurch hergestellt, daß 5 Gew.-% Silikatteilchen in einer Mischlösung dispergiert wurden, die aus einer wässrigen Lösung mit 0,12 Mol-% Glyzin und 0,44 Mol-% Wasserstoffperoxid bestand, wobei eine weitere Dispersion von 0,001 Mol-% Benzotriazol (BTA) als Inhibitor bei der sich ergebenden Silikatdispersion erfolgte.
Eine Probe gemäß 19B durchlief einen CMP-Vorgang unter Verwendung der in 18 gezeigten Vorrichtung. Während des Poliervorgangs wurden der SUS-Basiskörper 25 und das Poliermittel, welches in der Ausnehmung oberhalb des SUS-Basiskörpers 25 aufbewahrt wurde, auf konstanten 25 °C gehalten. Der Polierdruck wurde auf 300 g/cm² eingestellt. Sowohl der SUS-Basiskörper 25 als auch der Probenhalter 21 wurden mit einer Geschwindigkeit von 60 Umdrehungen pro Minute gedreht. Die Temperatur im Versuchsraum betrug 25 °C.
Es ergab sich eine mittlere Polierrate des Cu-Films von etwa 120 nm pro Minute. Andererseits ergab sich eine mittlere Polierrate für den TiN-Film von etwa 30 nm/Minute. Die Ungleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche der Waferprobe betrug ± 4 %, im Vergleich zu einem so hohen Wert wie 15 % im Falle der Verwendung einer konventionellen Poliervorrichtung. Hierbei wurde die Ungleichförmigkeit der Polierrate bestimmt durch: (Max – Min)/(Max + Min) × 100, wobei "Max" die maximale Polierrate bezeichnet, und "Min" die minimale Polierrate.
20A und 20B sind eine Querschnittsansicht bzw. Seitenansicht einer Abänderung der Poliervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform (18) der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Abänderung sind mehrere Probenhalter 21 in Berührung mit dem Polster 24 angeordnet. Selbstverständlich kann bei der abgeänderten Vorrichtung das gleichzeitige Polieren mehrerer Substrate 22 erfolgen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehend geschilderten Ausführungsformen beschränkt. Im einzelnen wurden ein Siliziumoxidfilm, ein TiN-Film und ein Cu-Film mit dem CMP-Verfahren bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen bearbeitet. Allerdings läßt sich die Poliertechnik gemäß der vorliegenden Erfindung auch in zufriedenstellender Weise bei Filmen aus verschiedenen anderen Materialien einsetzen, beispielsweise aus Al, polykristallinem Silizium, W und Ru. Selbstverständlich hängt die Polierrate und die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats, welche poliert werden soll, beispielsweise von der Poliermittelhaltefähigkeit des Polierkissens auf der Oberfläche in direkter Berührung mit dem Substrat und von der Art des verwendeten Poliermittels ab.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen 3 bis 5 war Luft unter Atmosphärendruck abgedichtet in den Luftzellen enthalten. Allerdings können andere Gase oder flüssige Materialien abgedichtet in den Zellen enthalten sein, mit zufriedenstellenden Auswirkungen, obwohl ein gasförmiges Fluid wie etwa Luft sich als besser herausstellte als ein flüssiges Fluid, in Bezug auf die Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche des Substrats. Weiterhin wurde eine gute Gleichförmigkeit der Polierrate dann erzielt, wenn der Gasdruck innerhalb des Fluidpolsters etwas höher als Atmosphärendruck eingestellt wurde.
Weiterhin waren bei den Ausführungsformen 3 bis 5 Luftzellen mit derselben Form unterhalb des Polierkissens angeordnet. Allerdings ist es ebenfalls möglich, kombiniert Luftzellen mit großem und kleinem Durchmesser einzusetzen, wie in den 21 und 22 gezeigt ist.
Weiterhin wurden eine dünne Polyethylenschicht oder ein ungewebter Stoff, der mit Gummi imprägniert war, zur Ausbildung der Luftzellen bei den hier geschilderten Ausführungsformen verwendet. Allerdings ist es ebenfalls möglich, andere Materialien zur Ausbildung der Luftzellen zu verwenden, soweit die Ausdehnung der sich ergebenden Zelle bei Aufnahme einer vorbestimmten Last nicht größer als 10 % ist.
Selbstverständlich sind verschiedene andere Modifikationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich.
Wie voranstehend im einzelnen beschrieben wurde, wird ein Polierkissen durch einen Fluidhalteabschnitt in der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gehaltert, was es ermöglicht, eine gleichmäßige Druckverteilung über der Gesamtoberfläche des zu polierenden Substrats zu erzielen, beispielsweise eines Halbleiterwafers, was zu einer deutlichen Verbesserung der Gleichförmigkeit der Polierrate über der Gesamtoberfläche der Substratoberfläche führt. Daraus ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen sowie eine Verbesserung der Verläßlichkeit der hergestellten Halbleiterbauteile ermöglicht.
Fachleuten auf diesem Gebiet werden sofort zusätzliche Vorteile und Abänderungen einfallen. Daher ist die Erfindung in ihrem Gesamtaspekt nicht auf die spezifischen Einzelheiten, beispielhaften Vorrichtungen und dargestellten Beispiele beschränkt, die hier gezeigt und beschrieben wurden. Es lassen sich daher verschiedene Abänderungen durchführen, ohne vom Wesen und Umfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, welches sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergibt, und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein soll.

Claims

Polierkissen, umfassend: eine erste Schicht (123) mit einer zum Polieren eines Substrats (92) dienenden ersten Oberfläche auf der Vorderseite, sowie mit einer zweiten Oberfläche auf der Rückseite; und eine zweite Schicht (124), die der zweiter Oberfläche der erster Schicht gegenüberliegt und als Abschnitt zum Halten eines Fluids ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass im Abschnitt zum Halten eines Fluids mehrere Verstärkungselemente angeordnet sind, wobei der Abschnitt zum Halten eines Fluids (124) ein aus Fäden gewobenes Fluidpolster (124) ist, und die Verstärkungselemente Verstärkungsfäden oder Trennwände sind.
Polierkissen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abschnitt zum Halten eines Fluids (124) Gas mit höherem Druck als Atmosphärendruck hermetisch abgedichtet enthalten ist.
Polierkissen, umfassend: eine erste Schicht (93) mit einer zum Polieren eines Substrats (92) dienenden ersten Oberfläche auf der Varderseite, sowie mit einer zweiten Oberfläche auf der Rückseite; und eine zweite Schicht, die der zweiten Oberfläche der ersten Schicht gegenüberliegt und als Abschnitt zum Halten eines Fluids ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt zum Halten eines Fluids in Form kleiner Beutel. (94) ausgebildet ist, in welchen ein Fluid hermetisch abgedichtet enthalten ist.
Polierkissen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Beutel (94) positionsmäßig relativ zueinander fixiert sind und voneinander isoliert sind.
Polierkissen nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid gasförmig ist.
Polierkissen nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der kleinen Beutel (94) eine im wesentlichen ebene obere Oberfläche und eine im wesentlichen ebene untere Oberfläche aufweist.
Polierkissen nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozentsatz der Fläche kleiner Beutel (94) in Bezug auf die Gesamtoberfläche des Polierkissens zumindest 50 % beträgt.
Polierkissen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozentsatz der Fläche kleiner Beutel (94) in Bezug auf die Gesamtaberfläche des Polierkissens im Bereich zwischen 60 % und 90 % liegt.
Polierkissen nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Beutel (94) regelmäßig angeordnet sind.
Polierkissen nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der kleinen Beutel ein Volumen im Bereich zwischen 0,1 cm³ und 15 cm³ aufweist.
Polierkissen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der kleinen Beutel (94) ein Volumen im Bereich zwischen 0,1 cm³ und 10 cm³ aufweist.
Polierkissen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine Schicht (223) aus geschäumten Polyurethan ist und die zweite Schicht eine Luftzellenmatte (224) ist.
Polierkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 12; dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkungsschicht (230) zwischen der ersten Schicht (223)und der zweiten Schicht (224) angeordntet ist.
Poliervorrichtung mit einem Polierkissen nach einem der Ansprüche 3 bis 13, umfassend: eine Vorrichtuntg (91) zum Haltern oder Andrücken eines zu polierenden Substrats (92), und einen Basiskörper (95) zum Haltern des Polierkissens, wobei das Polierkissen zwischen der Vorrichtung (91) zum Haltern oder Andrücken des Substrats und dem Basiskörper (95) angeordnet ist, und die kleinen Beutel (94) zwischen dem Basiskörper (95) und der ersten Schicht (93) angeordnet sind.
Poliervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (95) eine drehbare Platte ist.
Poliervorrichtung umfassend: eine Vorrichtung (21) zum Haltern oder Andrücken eines zu polierenden Substrats (22), einen Basiskörper (25) zum Haltern eines Polierkissens, wobei das Polierkissen an einem Fluidpolster (24) befestigt ist, das auf dem Basiskörper (95) angeordnet ist, und das Fluidpolster von einem Stützgestell (25a) umgeben wird, und mindestens ein Druckausgleichsmechanismus (26) zum Verhindern einer Beschädigung des Fluidpolsters (24).
Poliervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichmechanismus (26) ein Blindelement ist.
Poliervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichmechanismus (26) eine weitere Vorrichtung (21) zum Haltern oder Andrücken eines zu polierenden Substrats (22) ist.