DE19723060C2 - Verfahren und Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polierverfah­ ren zum Planarisieren eines Halbleitersubstrats und insbe­ sondere auf ein chemisch-mechanisches Polierverfahren und eine Vorrichtung dafür, welche selektiv oder durchgehend verschiedene Arten von Poliereinrichtungen verwenden, welche unterschiedliche Charakteristika aufweisen, um ein geeigne­ tes Polierverfahren gemäß dem zu polierenden Objekt durchzu­ führen, und um Poliercharakteristika zu verbessern.
Im allgemeinen wird beim Verfahren des Ansammelns mehrerer Schichten auf einem Wafer ein erwünschtes Halbleiterbau­ element in einem begrenzten Raum gemäß der hohen Integration des Halbleiterbauelements hergestellt, derart, daß die Pla­ narisierung einer Halbleiteroberfläche zum Durchführen des Verfahrens ein wichtiger Parameter ist, um den Ertrag des Verfahrens zu steigern.
Das chemisch-mechanische Polieren (nachfolgend als CMP be­ zeichnet; CMP = Chemical Mechanical Polishing) ist ein typi­ sches Verfahren für die Planarisierung eines Wafers.
Bei einer CMP-Vorrichtung wird ein Halbleitersubstrat, das in einem Träger enthalten ist, durch Reibung mit einer Po­ liereinrichtung auf einem Poliertisch poliert, wobei dassel­ be leichter poliert werden kann, wenn ein Schleifmittel in der Poliereinrichtung vorgesehen ist.
Es existieren Verbesserungen bezüglich der Struktur der CMP-Vorrichtung und bezüglich des Polierverfahrens, um die Gleichmäßigkeitsrate des Polierens und die Polierrate zu steigern. Der wichtigste Parameter, um den Zweck zu errei­ chen, ist jedoch die Struktur der Poliereinrichtung, die sich in Kontakt mit einem Wafer befindet.
Das U. S. Patent Nr. 5 212 910 bezieht sich auf die Struktur einer komplexen Poliereinrichtung, bei der Materialien mit komplexen Charakteristika angesammelt sind, und auf das ver­ wandte Polierverfahren.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsstruktur einer herkömmlichen Poliereinrichtung, die bei einer chemisch-mechanischen Po­ liervorrichtung verwendet wird.
Gemäß Fig. 1 umfaßt eine herkömmliche Poliereinrichtung 11, die auf einen Poliertisch 10 gelegt ist, eine erste Schicht 20, die aus einem elastischen Material, wie z. B. einem Schwamm, besteht, eine zweite Schicht 22 auf der ersten Schicht 20, die in Abschnitte eines harten Materials und in vorbestimmte Leerräume geteilt ist, und eine dritte Schicht 23 auf der zweiten Schicht 22, die aus dem harten Material besteht, auf der eine Polierlösung bewegt werden kann.
Ein Wafer wird durch Reibung mit der dritten Schicht 23 der Poliereinrichtung auf einem Poliertisch durch Drehung des Poliertisches 10 und durch eine optionale Polierlösung, die auf der Oberfläche des Wafers vorgesehen ist, welcher po­ liert wird, poliert, und zwar aufgrund der strukturellen Charakteristik der dritten Schicht 23 der Poliereinrichtung.
Der Teil der Poliereinrichtung, der in Kontakt mit dem Wafer ist, hat eine Charakteristik, derart, daß derselbe nur eine Art eines Materials aufweist, weshalb Verbesserungen bezüg­ lich der Charakteristik des Polierens begrenzt sind. Falls die Schicht, die auf dem Wafer gebildet ist, mit dem Polier­ verfahren variiert, ist die Poliereinrichtung mit einer ein­ zigen Charakteristik nicht zum Polieren mehrerer Materialien auf dem Wafer geeignet.
Die polierten Materialien sollten gemäß ihrer speziellen Beschaffenheit korrekt poliert werden. Um dieses Problem zu lösen, muß die Poliereinrichtung während des Polierverfah­ rens ersetzt werden, wodurch der Betriebswirkungsgrad re­ duziert wird.
Die US 5 543 106 betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Halbleiter-Wafern. Die Vorrichtung dient unter anderem zum chemischen Polieren von Wafern, wobei Polierscheiben verwendet werden, die separate Abschnitte aufweisen, wobei ein Abschnitt zum groben Polieren dient, wohingegen ein anderer Abschnitt zum feinen Polieren dient. Während des Betriebs arbeitet diese Vorrichtung derart, daß sowohl der zu polierende Wafer als auch die Polierscheibe gedreht werden, so daß der Wafer abwechselnd einem groben und einem feinen Polieren ausgesetzt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Po­ lieren zu schaffen, die selektiv oder durchgehend viele Ar­ ten von Poliereinrichtungen verwenden, welche unterschiedli­ che Charakteristika aufweisen, um ein geeignetes Polierver­ fahren gemäß dem speziellen zu polierenden Objekt durchzuführen, und um die Poliercharakteristika zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsstruktur einer herkömmlichen Po­ liereinrichtung, die bei einer chemisch-mechani­ schen Poliervorrichtung verwendet wird;
Fig. 2 eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels einer chemisch-mechanischen Poliervorrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang einer Linie a-a' von Fig. 2;
Fig. 4 eine Draufsicht eines weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels einer chemisch-mechanischen Polier­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang einer Linie b-b' von Fig. 4.
Wie es in Fig. 2 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, umfaßt eine Vorrich­ tung zum chemisch-mechanischen Polieren einen Poliertisch 30, der drehbar ist, und der auf sich eine Poliereinrichtung 32 aufweist, einen Träger 34, der über der Poliereinrichtung positioniert ist, und einen Trägerkopf 35, der an dem Träger befestigt ist, wobei der Trägerkopf in der Lage ist, sich zu drehen, während er einen Wafer 1 ergreift, wobei die Polier­ einrichtung in mehrere Teile geteilt ist, und die gleichen oder zumindest zwei Arten von Materialien vorgesehen sind.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf das Beispiel des wünschenswerten Betriebs gemäß den Fig. 2 und 3.
Das chemisch-mechanische Polierverfahren umfaßt die Polier­ einrichtung 32, die aus mehreren Materialarten besteht und auf dem drehbaren Poliertisch 30 positioniert ist, wobei der Trägerkopf 34 über der Poliereinrichtung 32 befestigt ist und den Wafer 1 ergreift, wobei eine Reibung zwischen dem Wafer 1 und der Poliereinrichtung 32 aufgrund der Drehung des Trägerkopfs 34 auftritt, derart, daß eine Polierlösung, die auf der Poliereinrichtung 32 vorgesehen sein kann, die Oberfläche des Wafers 1 ohne weiteres poliert.
Dabei ist die Poliereinrichtung 32 in mehrere Teile aufge­ teilt, wobei eine Mehrzahl von kleinen Rillen (nicht darge­ stellt) zusätzlich zwischen Teilen der Poliereinrichtung vorgesehen ist, derart, daß durch die Rillen eine Verunrei­ nigung von der Oberfläche des Wafers ohne weiteres entfernt wird, wodurch ein gleichmäßiges und reines Polieren geschaf­ fen wird.
Zusätzlich kann die Vorrichtung, die die mehreren Teile der Poliereinrichtung aufweist, die aus den Materialien mit se­ riell unterschiedlichen Charakteristika bestehen, ihre Po­ lierrate und ihre Poliergleichmäßigkeitsrate auf die folgen­ den Arten und Weisen steigern: 1) serielles oder wiederhol­ tes Anordnen der Poliereinrichtung gemäß dem Zustand ihrer Oberfläche, d. h. von ihrer rauheren Oberfläche zu ihrer feineren Oberfläche, und 2) serielles oder wiederholtes An­ ordnen der Poliereinrichtung gemäß dem Material der Polier­ einrichtung von ihrem härteren Material zu ihrem weicheren Material.
Wie es in den Fig. 4 und 5 gezeichnet ist, umfaßt bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung einen Poliertisch, der in mehrere Teile gemäß jedem Teil der Po­ liereinrichtung aufgeteilt ist, wobei eine Gleiteinrichtung 47 innerhalb des Poliertisches positioniert ist, um den Teil des Poliertisches, der eine entsprechende Poliereinrichtung trägt, während des Verfahrens abzusenken, um den nicht ver­ wendeten Teil der Poliereinrichtung aus dem Polierverfahren auszuschließen.
Demgemäß kann der unnötige Teil der Poliereinrichtung nach unten bewegt werden, derart, daß das Material der Polierein­ richtung gemäß der Charakteristik des polierten Objekts se­ lektiv verwendet werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren für eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung, die einen dreh­ baren Poliertisch (30; 40) mit einer Mehrzahl von un­ terschiedlichen darauf aufbringbaren Poliereinrich­ tungen (32; 42), einen Träger (35; 44) und einen Trä­ gerkopf (34; 43) aufweist, welche einen Wafer (1) dreh­ bar halten, wobei die Mehrzahl von Poliereinrichtungen zum Polieren des Wafers (1) mehrere unterschiedliche Polier- und Härtegrade aufweisen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Auswählen von Poliereinrichtungen (32; 42) aus der Mehrzahl von Poliereinrichtungen mit unterschiedlichen Polier- und Härtegraden abhängig von der Charakteristik des zu polierenden Wafers (1);
Anordnen und Befestigen der ausgewählten Poliereinrich­ tungen (32; 42) auf dem Poliertisch (30; 40) gemäß ihrem Poliergrad; und
Polieren des Wafers (1) durch Drehen desselben auf den an dem Poliertisch (30; 40) befestigten Poliereinrich­ tungen (32; 42), mittels dem Träger (35; 44) und dem Trägerkopf (34; 43).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Poliereinrich­ tungen (32) auf dem Poliertisch (30) in der gleichen Ebene derart angeordnet und befestigt werden, daß die Höhe der Poliereinrichtungen (32) gleichmäßig ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner den Schritt des Absenkens eines Teils (41) des Poliertisches (40) um­ faßt, der eine ausgewählte Poliereinrichtung (42) trägt, so daß eine nicht benötigte Poliereinrichtung (42) niedriger als andere Poliereinrichtungen (42) an­ geordnet ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die ausgewählten Poliereinrichtungen derart auf dem Poliertisch angeord­ net und befestigt sind, daß eine Mehrzahl von kleinen Rillen zwischen den Poliereinrichtungen auf dem Polier­ tisch (30) entstehen, durch die eine Verunreinigung von der Oberfläche des Wafers (1) ohne weiteres entfernbar ist.
5. Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren eines Wafers (1), mit folgenden Merkmalen:
einem drehbaren Poliertisch (40), auf dem eine Mehrzahl von Poliereinrichtungen (42) aufbringbar ist; und
einem Träger (44) und einem Trägerkopf (43), die den Wafer (1) drehbar halten;
wobei der Poliertisch (40) in eine vorbestimmte Anzahl von Abschnitten aufgeteilt ist, wobei jeder Abschnitt unterschiedliche Arten von Poliereinrichtungen (42) aufweist, die sich gemäß ihrem Polier- oder Härtegrad unterscheiden und gemäß ihrem Polier- und Härtegrad auf den jeweiligen Teilen des Poliertisches vorgesehen sind, wobei der Poliertisch (40) eine Gleiteinrichtung (47) aufweist, um die Höhe der unterschiedlichen Poliereinrichtungen einzustellen,
wobei die Vorrichtung durch Drehen des Wafers (1) auf den an dem Poliertisch (30; 40) befestigten Polierein­ richtungen (32; 42), mittels dem Träger (35; 44) und dem Trägerkopf (34; 43) ein Polieren des Wafers be­ wirkt.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Poliertisch (40) fest angeordnet ist, wenn das Polieren des Wafers (1) erfolgt.
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