DE19901749A1 - Chemisch-mechanische Polierauflage - Google Patents
Chemisch-mechanische PolierauflageInfo
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Abstract
Eine chemisch-mechanische Polierauflage weist eine Vielzahl ringförmiger Nuten und eine Vielzahl Strömungsliniennuten auf, die nach dem Prinzip in der Hydrodynamik ausgebildet sind. Die Strömungsliniennuten der Polierauflage sind nach Strömungsmittelgleichungen ausgebildet, die von einer Quellenströmung und einer Wirbelströmung abgeleitet sind. Die Strömungsliniennuten der Polierauflage verteilen den Polierschlamm auf der Polierauflage gleichförmig. Der Winkel und die Tiefe der Strömungsliniennut, die nach dem Grenzschichteffekt der Strömungsliniennutfunktion berechnet sind, werden verwendet, um eine optimale Struktur der Polierauflage bereitzustellen.
Description
Die Erfindung betrifft eine chemisch-mechanische Polierauflage.
Für VLSI (very large scale integration)-Halbleiterbauteile oder auch
für ULSI (ultra large scale integration)Halbleiterbauteile ist das chemisch-
mechanische Polieren die einzige Technik, die eine umfassende, glibale
Planarizität oder Ebenheit gewährleistet.
Eine herkömmliche chemisch-mechanische Poliermaschine ist in den
Fig. 1A bis 1C gezeigt, wobei Fig. 1A eine Seitenansicht und Fig. 1B
eine Draufsicht darstellt. Diese chemisch-mechanische Poliermaschine weist
einen Poliertisch 10, eine Polierauflage 12 auf dem Poliertisch 10 und einen
Polierkopf 14 auf dem Poliertisch 10 auf. Während des Polierens wird der
Polierkopf 14 verwendet, um eine Halbleiterscheibe 16 zu halten und
abzustützen. Eine Leitung 17 führt Polierschlamm 18 an die Polierauflage 12
zu und das Polieren wird dadurch durchgeführt, daß der Polierkopf 18
gedreht wird, um unebene Schichten auf der Oberfläche der
Halbleiterscheibe 16 zu entfernen.
Fig. 1C ist eine schematische Schnittdarstellung, die den Aufbau des
Polierkopfes 14 zeigt, der in Fig. 1A dargestellt ist. Eine Luftkammer 20 ist
an der Oberseite des Polierkopfes 14 vorgesehen. Die Luft in der
Luftkammer 20 übt einen Druck auf einen Halbleiterscheibenträger 22 aus,
um die Halbleiterscheibe 16 in engen Kontakt mit der Polierauflage 12 zu
bringen. Der Halbleiterscheibenträger 22 hält die Halbleiterscheibe 16 fest,
um den Wirkungsgrad beim Polieren zu verbessern. Ein
Halbleiterscheibenring 24 liegt unter dem Halbleiterscheibenträger 22 und
umgibt die Halbleiterscheibe 16, sodaß die Halbleiterscheibe 16 in ihrer Lage
durch den Halbleiterscheibenring 24 fixiert ist. Zusätzlich ist eine Einlage
(nicht gezeigt) zwischen dem Scheibenträger 22 und der Halbleiterscheibe 16
vorgesehen.
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht, die die Polierauflage 12
gemäß Fig. 1B zeigt. Der Polierschlamm 18 sammelt sich leicht in den
ringförmigen Nuten um das Zentrum, wenn die Leitung 17 den
Polierschlamm 18 an die Polierauflage 12 transportiert. Dieses Phänomen
macht es schwierig, daß der Polierschlamm 18 in den Polierkopf 14 fließt.
Daher gibt es nicht genug Polierschlamm 18 in dem Polierkopf 14. Die
ungleiche Verteilung von Polierschlamm 18 beeinträchtigt die
Gleichförmigkeit und das Maß der Planarisierung der Halbleiterscheibe 16
während des Polierens.
Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine chemisch
mechanische Polierauflage bereitzustellen, bei der der Polierschlamm
gleichmäßiger verteilt wird.
Dazu weist die erfindungsgemäße chemisch-mechanische
Polierauflage eine Vielzahl ringförmiger Nuten und eine Vielzahl
Strömungsliniennuten auf, wobei die Strömungsliniennuten entsprechend
den Prinzipien der Hydrodynamik ausgebildet sind. Durch die
Strömungsliniennuten der chemisch-mechanischen Polierauflage kann der
Polierschlamm gleichförmig verteilt werden, um den Wirkungsgrad beim
Polieren zu erhöhen und ein hohes Maß an Planarisierung zu erreichen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Muster
der Strömungsliniennuten auf der chemisch-mechanischen Polierauflage
entsprechend den Strömungsgleichungen ausgebildet, die von einer
Quellenströmung und einer Wirbelströmung abgeleitet sind. Die
Quellenströmung und die Wirbelströmung werden erzeugt, während der
Polierschlamm auf der Polierauflage fließt. Durch die Strömungsliniennuten
in der Polierauflage wird der Polierschlamm auf der Polierauflage
gleichmäßig verteilt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein
Anstellwinkel und die Tiefe der Strömungsliniennuten, die durch den
Grenzschiedseffekt der Strömungsliniennutenfunktion berechnet werden,
ferner dazu benutzt, um eine optimale Ausführung für die Polierauflage zu
verwirklichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der
beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche chemisch-
mechanische Poliermaschine;
Fig. 1B eine schematische Seitenansicht auf eine chemisch-mechanische
Poliermaschine nach Fig. 1A;
Fig. 1C eine schematische Schnittdarstellung eines Polierkopfes 14 bei
einer Maschine nach Fig. 1A;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Polierauflage 12 bei einer
Maschine nach Fig. 1B;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine chemisch-mechanische
Polierauflage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
und
Fig. 4 eine schematische Darstellung, die einen Anfangswinkel für
eine Strömungsliniennut einer Polierauflage gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Im folgenden wird die Ausführung der Polierauflage gemäß dem
Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben. Der Polierschlammfluß
umfaßt eine Quellenströmung und eine Wirbelströmung, die durch
Gleichung (1) beschrieben werden können:
Ψ = m.θ + k.ln(r), (1)
wobei ψ eine Strömungslinienfunktion, m eine Intensitätskonstante für die
Quellenströmung, k eine Intensitätskonstante für die Wirbelströmung, ln ein
natürlicher Logarithmus und r, θ und z Koordiantenparameter sind.
Γ = ∫ v.cosα ds = 2π.k, (2)
wobei Γ die Strömungsmittelzirkulation darstellt.
Daher wird gemäß Gleichung (1) eine Strömungsliniennutenfunktion
erhalten:
r = C1.e-m θ /k, and C1 = constant = eΨ /k, (3)
wobei e eine Exponentialfunktion bedeutet. Gemäß Gleichung (3) wird ein
Muster für Strömungsliniennuten für den Polierschlamm erhalten.
Das Muster der Strömungsliniennuten in der Polierauflage für
Polierschlamm wird folglich gemäß Gleichung (1) erhalten. Eine
Polierauflage wird folglich gemäß einem optimierten Resultat für das Muster
der Strömungsliniennuten ausgeführt, sodaß die Nuten die Polierschlamm-
Flußrichtungsverteilung optimieren und den Polierschlamm unter dem
Polierkopf gleichförmig verteilen können. Der Wirkungsgrad beim Polieren
und das Maß der Planarisierung kann effektiv verbessert werden.
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht, die eine chemisch
mechanische Polierauflage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt. Gemäß Fig. 3 wird einen Polierauflage, die primäre
ringförmige Nuten 30 und Strömungsliniennuten 32 aufweist, gemäß den
Prinzipien der Hydrodynamik bereitgestellt.
Ferner kann, wenn ein Grenzschichteffekt zusätzlich in Betracht
gezogen wird, die oben beschriebene Strömungsliniennutenfunktion dazu
verwendet werden, den besten Anstellwinkel und die Tiefe der
Strömungsliniennuten zu berechnen, sodaß eine optimale Struktur für eine
Polierauflage erreicht wird. Ein Satz von Gleichungen:
wird in Betracht gezogen, wobei die Gleichungen (4), (5) und (6) Navier-
Stokes Gleichungen sind. u, v und w sind die Geschwindigkeiten für die r, θ
bzw. z Komponenten. £l ist die Dichte des Polierschlamms, £h ist die
dynamische Viskosität und p ist der Druck. Die Grenzbedingungen sind:
z = 0, u = 0, v = -ωr, w = 0; and
z = ∞, u = 0, v = 0,
z = ∞, u = 0, v = 0,
wobei ω die Winkelgeschwindigkeit ist.
Eine Formel, die in Gleichung (7) gezeigt ist, wird ebenfalls benutzt:
τω.sinθ dr ds = p.r.ω2.δ dr ds, (7)
Die folgenden Gleichungen (8) und (9):
wobei τω die Viskosität und δ die Strömungsmittelschichtdicke ist, werden
für eine variable Transformation angewendet.
Gemäß den Gleichungen (4) bis (9) können die folgenden Gleichungen
erhalten werden:
2F+H' = 0, F2+F'.H-G2-F" = 0, 2F.G+H.G'-G" = 0,
P'+H.H'-H" = 0, (10)
P'+H.H'-H" = 0, (10)
wobei die Grenzschichtbedingungen sind:
ξ = 0, F = 0, G = -1, H = 0, P = 0; und
ξ = ∞, F = 0, G = 0.
ξ = ∞, F = 0, G = 0.
Die Gleichung für den ursprünglichen Angriffswinkel der
Strömungsliniennuten wird ebenfalls benutzt:
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines ursprünglichen
Anstellwinkels einer Strömungsliniennut in der Polierauflage gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß Fig. 4 ist der
Winkel zwischen der Strömungsliniennut 32, welches der Tangente zu L1 an
dem Mittelpunkt 0 ist, und L2, welches der Strömungsliniennut 32
gegenüberliegt, der ursprüngliche Anstellwinkel der Strömungsliniennut ϕ0.
Claims (11)
1. Chemisch-mechanische Polierauflage, gekennzeichnet durch
eine Vielzahl ringförmiger Nuten und eine Vielzahl Strömungsliniennuten,
wobei die Strömungsliniennuten nach den Prinzipien der Hydrodynamik
ausgebildet sind.
2. Polierauflage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsmittennuten der Polierauflage (12) gemäß
Strömungsgleichungen ausgebildet sind, die aus einer Quellenströmung und
einer Wirbelströmung abgeleitet sind, wobei die Quellenströmung und die
Wirbelströmung erzeugt werden, während ein Polierschlamm (18) auf der
Polierauflage (12) fließt.
3. Polierauflage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsgleichung lautet:
ψ = m.θ + k.ln(r),
wobei Ψ eine Strömungslinienfunktion, m eine Intensitätskonstante der Quellenströmung, k eine Intensitätskonstante der Wirbelströmung, ln ein natürlicher Logarithmus und r, θ, und z Koordinatenparameter sind.
ψ = m.θ + k.ln(r),
wobei Ψ eine Strömungslinienfunktion, m eine Intensitätskonstante der Quellenströmung, k eine Intensitätskonstante der Wirbelströmung, ln ein natürlicher Logarithmus und r, θ, und z Koordinatenparameter sind.
4. Polierauflage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Strömungsliniennutfunktion:
r = C1.e-m θ /k
gemäß der Strömungsgleichung erhalten wird, wobei e eine Exponentialfunktion und C1 eine Konstante eΨ /k ist und die Strömungsliniennuten entsprechend der Strömungsliniennutenfunktion ausgebildet.
r = C1.e-m θ /k
gemäß der Strömungsgleichung erhalten wird, wobei e eine Exponentialfunktion und C1 eine Konstante eΨ /k ist und die Strömungsliniennuten entsprechend der Strömungsliniennutenfunktion ausgebildet.
5. Polierauflage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Navier-Stokes Gleichungen und Grenzflächenbedingungen eingeführt
werden, um einen Winkel und eine Höhe der Strömungsliniennuten zu
erhalten.
6. Polierauflage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Navier-Stokes Gleichungen wie folgt lauten:
wobei u, v und w die Geschwindigkeit für die r, θ bzw. z Komponenten sind, £l die Dichte des Polierschlamms, £h die dynamische Viscosität, p der Druck und r sowie z Koordinatenparameter sind.
wobei u, v und w die Geschwindigkeit für die r, θ bzw. z Komponenten sind, £l die Dichte des Polierschlamms, £h die dynamische Viscosität, p der Druck und r sowie z Koordinatenparameter sind.
7. Polierauflage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grenzschichtbedingungen lauten:
z = 0, u = 0, v = -ωr, w = 0; and
z = ∞, u = 0, v = 0,
where ω die Winkelgeschwindigkeit des Polierschlamms ist.
z = 0, u = 0, v = -ωr, w = 0; and
z = ∞, u = 0, v = 0,
where ω die Winkelgeschwindigkeit des Polierschlamms ist.
8. Polierauflage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichung für einen ursprünglichen Angriffswinkel der
Strömungsliniennuten wie folgt lautet:
wobei ϕ0 ein ursprünglicher Angriffswinkel der Strömungsliniennut ist, so daß die folgenden Gleichungen:
wobei δ die Strömungsschichtdicke des Polierschlamms ist, als variable Transformation angewendet werden, um eine variable Transformationsfunktion von F und G zu erhalten.
wobei ϕ0 ein ursprünglicher Angriffswinkel der Strömungsliniennut ist, so daß die folgenden Gleichungen:
wobei δ die Strömungsschichtdicke des Polierschlamms ist, als variable Transformation angewendet werden, um eine variable Transformationsfunktion von F und G zu erhalten.
9. Polierauflage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grenzschichtbedingungen wie folgt lauten:
ξ = 0, F = 0, G = -1, H = 0, P = 0; und
ξ = ∞, F = 0, G = 0.
ξ = 0, F = 0, G = -1, H = 0, P = 0; und
ξ = ∞, F = 0, G = 0.
10. Polierauflage, gekennzeichnet durch eine Vielzahl
ringförmiger Nuten und eine Vielzahl Strömungsmittelnuten.
11. Polierauflage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsliniennuten nach einer Strömungsgleichung gebildet sind,
die von einer Quellenströmung und einem Wirbelströmung abgeleitet ist,
und daß die Quellenströmung und die Wirbelströmung erzeugt werden,
während der Polierschlamm auf der Polierauflage fließt.
Priority Applications (6)
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