DE60006139T2 - Verfahren und vorrichtung zum chemisch-mechanischen polieren mit einer zylinderförmigen polierscheibe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum chemisch-mechanischen polieren mit einer zylinderförmigen polierscheibe Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) und Verfahren zum Verbessern der Leistung von CMP-Vorgängen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf, Vorgänge des chemisch-mechanischen Polierens (CMP), Glanzschleifen und Waferreinigung durchzuführen. Typischerweise liegen integrierte Schaltungsbauelemente in Form von Strukturen mit mehreren Ebenen vor. Auf der Substratebene sind Transistorbauelemente mit Diffusionsbereichen ausgebildet. In anschließenden Ebenen sind Verbindungsmetallisierungsleitungen strukturiert und mit den Transistorbauelementen elektrisch verbunden, um das gewünschte funktionale Bauelement festzulegen. Wie gut bekannt ist, sind strukturierte leitende Schichten durch dielektrische Materialien wie z.B. Siliziumdioxid von anderen leitenden Schichten isoliert. Wenn mehr Metallisierungsebenen und zugehörige dielektrische Schichten ausgebildet werden, nimmt der Bedarf zum Planarisieren des dielektrischen Materials zu. Ohne Planarisierung wird die Fertigung von zusätzlichen Metallisierungsschichten aufgrund der höheren Schwankungen in der Oberflächentopographie wesentlich schwieriger. In anderen Anwendungen werden Metallisierungsleitungsstrukturen im dielektrischen Material ausgebildet und dann werden Metall-CMP-Vorgänge durchgeführt, um die überschüssige Metallisierung zu entfernen.
  • 1A zeigt ein schematisches Diagramm eines Prozesses 10 zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP), welches aus einem CMP-System 14, einem Waferreinigungssystem 16 und einer Nach-CMP-Bearbeitung 18 besteht. Nachdem ein Halbleiterwafer 12 einem CMP-Vorgang im CMP-System 14 unterzogen wird, wird der Halbleiterwafer 12 in einem Waferreinigungssystem 16 gereinigt. Der Halbleiterwafer 12 geht dann zur Nach-CMP-Bearbeitung 18 weiter, wo der Wafer einem von mehreren verschiedenen Fertigungsvorgängen unterzogen werden kann, einschließlich zusätzlicher Abscheidung von Schichten, Sputtern, Photolithographie und zugehörigem Ätzen.
  • Ein CMP-System 14 umfaßt typischerweise Systemkomponenten zum Behandeln und Polieren der Oberfläche des Wafers 12. Solche Komponenten können beispielsweise ein Umlauf- oder Drehpolierkissen oder ein Polierkissen mit geradlinigem Riemen sein. Das Kissen selbst besteht typischerweise aus einem Polyurethanmaterial. Im Betrieb wird das Riemenkissen in Bewegung versetzt und dann wird ein Aufschlämmungsmaterial aufgebracht und über der Oberfläche des Riemenkissens verteilt. Sobald sich das Riemenkissen mit Aufschlämmung auf sich mit einer gewünschten Geschwindigkeit bewegt, wird der Wafer auf die Oberfläche des Riemenkissens abgesenkt. Ebenso wird in Dreh- oder Umlauf-CMP-Systemen ein Polierkissen auf einer sich drehenden planaren Oberfläche angeordnet und Aufschlämmung wird eingeführt. Der Wafer, der auf einem Polierträger montiert ist, wird auf die Oberfläche des Polierkissens abgesenkt. In dieser Weise wird die Waferoberfläche, deren Planarisierung erwünscht ist, im wesentlichen geglättet. Der Wafer wird dann zum Reinigen in das Waferreinigungssystem 16 geschickt.
  • Mit der zunehmenden Notwendigkeit für mehrlagige komplexe Strukturen, die auf größeren Wafersubstraten hergestellt werden, ist eine genauere Messung und Steuerung des CMP-Prozesses erforderlich als von der derzeitigen Technologie bereitgestellt wird. Das Ziel des CMP-Prozesses sollte darin bestehen, die Entfernungsrate und -gleichmäßigkeit zu maximieren. Wie gut bekannt ist, kann die. Entfernungsrate durch die Preston-Gleichung ermittelt werden: Entfernungsrate = KpPV, wobei die Entfernungsrate von Material in Angström/Minute eine Funktion der Abwärtskraft (P) und der linearen Geschwindigkeit (V) ist, wobei Kp der Preston-Koeffizient ist, eine Konstante, die durch die chemische Zusammensetzung der Aufschlämmung, die Prozeßtemperatur und die Kissenoberfläche festgelegt ist.
  • Daher kann eine Weise zum Erhöhen der Entfernungsrate darin bestehen, den Wafer mit zunehmenden Mengen an Druck (d.h. Abwärtskraft) an das Polierkissen anzulegen. Wenn jedoch der Wafer mit übermäßiger Kraft an das Kissen angelegt wird, kann der Wafer insofern darunter leiden, als eine Spannung auf den brüchigen Wafer übertragen wird, die verursachen könnte, daß der Wafer bricht, und eine übermäßige Kraft kann ungleichmäßige Entfernungsraten verursachen. Außerdem ist eine hohe Abwärtskraft durch eine Haftreibung, die durch hohen Druck auf der Oberfläche des Wafers erzeugt wird, und durch das Motordrehmoment begrenzt. Ferner wurde gezeigt, daß eine zunehmende Abwärtskraft tatsächlich sowohl die lokale als auch globale Gleichmäßigkeit vermindern kann.
  • Eine weitere Art und Weise zum Erhöhen der Entfernungsraten und der Gleichmäßigkeit besteht darin, die Geschwindigkeit des Polierkissens zu erhöhen. Die Geschwindigkeitserhöhung kann auch in Verbindung mit dem Aufbringen von mehr Druck durchgeführt werden. Die begrenzenden Faktoren zum Erreichen einer erhöhten linearen Geschwindigkeit umfassen die Trägergröße und -masse, die größere physikalische Größe des CMP-Systems und das Motordrehmoment. Einige CMP-Systeme vom Riementyp können beispielsweise ziemlich groß sein, wobei somit mehr Drehmoment und Leistung erforderlich ist, um den Riemen zu bewegen. Folglich kann die lineare Geschwindigkeit in herkömmlichen CMP-Systemen nicht effizient erhöht werden.
  • Wenn die lineare Geschwindigkeit irgendwie erhöht werden würde, könnte ein Aquaplaningeffekt zwischen der Oberfläche des Wafers und dem Polierkissen beginnen aufzutreten. Es wird angenommen, daß Aquaplaning aufgrund der erhöhten linearen Geschwindigkeit des Wafers und der Tatsache, daß ein Film von Chemikalien (z.B. Aufschlämmung) die Polierkissenoberfläche bedeckt, auftritt.
  • Um ein weiteres Problem bei herkömmlichen CMP-Systemen darzustellen, wird nun auf die 1B1C Bezug genommen. Wie gut bekannt ist, werden derzeitige CMP-Systeme verwendet, um Metallisierungsmaterial wie z.B. Kupfer zu entfernen, um Metalleitungen in einer Oxidschicht zu isolieren. In 1B ist eine Oxidschicht 102 über einem Substrat 100 gezeigt. Gräben 102a–102d wurden in die Oxidschicht 102 geätzt, die verwendet werden, um Metalleitungen innerhalb der Oxidschicht 102 zu erzeugen. Vor dem Aufbringen der Metallschicht 104 wird eine dünne Sperr- oder Auskleidungsschicht (nicht dargestellt) über der gesamten Oberfläche abgeschieden. Wie bekannt ist, werden Materialien wie z.B. Siliziumnitrid, Titannitrid und dergleichen für die Sperre verwendet. Dann wird die Metallschicht 104 über der Oxidschicht 102 aufgebracht, die die dargestellten Gräben 102a–102d vollständig füllt. In 1C wurde herkömmliches CMP an der Metallschicht 104 durchgeführt, um das überschüssige Material und die Sperre zu entfernen und die Oberfläche an der Oxidschicht 102 zu glätten, so daß die Gräben 102a–102d mit dem restlichen Metall von der Metallschicht 104 gefüllt bleiben und durch die gesamte Oxidschicht 102 als Metalleitungen verlaufen.
  • Wie in 1C gezeigt, treten Unförmigkeiten, die als "Erosion" und "Vertiefung" bekannt sind, in der planarisierten Oberfläche an den Punkten 106 bzw. 108 auf. In CMP-Systemen der derzeitigen Technologie steht die gesamte Oberfläche des Wafers immer mit dem Polierriemen oder -kissen und der Aufschlämmung in Kontakt und wird durch diese poliert. Aufgrund der Unterschiede in der Härte der Oxid-, Sperr- und Metallschichten ändert sich die Entfernungsrate signifikant, wenn die Schichten bearbeitet werden und die verschiedenen Schichten freigelegt werden. Die weichere Metallschicht 104 wird mit einer höheren Geschwindigkeit entfernt als sowohl die härtere Sperre als auch das Oxid. Sobald die Metallschicht in den Oxidbereichen 106 zwischen den Metalleitungen 104 entfernt ist, kann eine fortgesetzte Bearbeitung zur Vertiefung führen, die in den Metalleitungen bei 108 gezeigt ist. Fortgesetzte Bearbeitung ist jedoch erforderlich, um die Sperrschicht über dem Oxid zu entfernen. Der als "Überpolieren" bekannte Prozeß ist häufig erforderlich, um Schwankungen der Dicke zu kompensieren, aber zu viel Überpolieren kann zu einer Erosion oder lokalisierten Verdünnung des Oxids führen, die an den Punkten 106 dargestellt ist. Wie gut bekannt ist, können die Vertiefung und Erosion 106 eine negative Auswirkung auf die Leistung einer aus dem Wafer hergestellten fertiggestellten integrierten Schaltung haben.
  • Angesichts des vorangehenden besteht ein Bedarf für CMP-Systeme, die ohne die Nachteile des Standes der Technik effizient Steigerungen der linearen Geschwindigkeit ermöglichen und auch ermöglichen, daß erhöhte Mengen an Kraft auf den Wafer aufgebracht werden. Die Steigerungen der linearen Geschwindigkeit und der Kraft sollten gesteuert werden, um erhöhte Entfernungsraten und eine Gleichmäßigkeit der planarisierten Oberfläche des Wafers zu erreichen.
  • Frühere Patentveröffentlichungen umfassen US-A-5 643 056 (Hirose Masayoshi et al.), das ein CMP-System und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 8 offenbart, wobei eine Walze den Wafer berührt und seine Oberfläche bearbeitet, wobei eine solche Kontaktfläche kleiner ist als die Gesamtfläche des Wafers. Ein ähnliches System ist in JP 07066160A (siehe Patent extracts of Japan Band 1995, Nr. 06, 31. Juli 1995) offenbart. Die Konfiguration eines solchen CMP-Systems ist im Vergleich zur vorliegenden Erfindung nicht platzeffizient.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Allgemein gesprochen erfüllt die vorliegende Erfindung diese Bedürfnisse durch Bereitstellung eines CMP-Systems, das erhöhte, gleichmäßige und steuerbare Entfernungsraten bereitstellt. Das CMP-System ermöglicht signifikante Steigerungen der linearen Geschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik ohne die vorher zugehörigen schädlichen Effekte der Vertiefung, Erosion und des Aquaplanings, und kann eine Echtzeitüberwachung der Materialentfernung an Ort und Stelle beinhalten, um eine genaue und steuerbare Waferbearbeitung bereitzustellen.
  • In einem Aspekt stellt die Erfindung ein System zum chemisch-mechanischen Polieren bereit, mit: einem Träger, um einen Wafer zu halten und zu drehen, wobei der Wafer eine Waferoberfläche aufweist; und einer Walze mit einer Bearbeitungsoberfläche, die dazu ausgelegt ist, sich zu drehen, wenn sich die Walze um eine Walzendrehachse dreht, wobei die Bearbeitungsoberfläche der Walze an den Wafer in einem Walzenkontaktbereich angelegt wird, wobei der Walzenkon taktbereich kleiner ist als die Waferoberfläche; dadurch gekennzeichnet, daß der Träger dazu ausgelegt ist, den Wafer in einer vertikalen Orientierung zu halten und zu drehen.
  • In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren offenbart. Nämlich ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren, das folgendes umfaßt: Drehen eines Trägers, der einen Wafer hält, wobei der Wafer eine Waferoberfläche aufweist; Drehen einer Walze um eine Drehachse, wobei die Walze eine Bearbeitungsoberfläche aufweist; und Anlegen der Bearbeitungsoberfläche der Walze an den Wafer an der Waferoberfläche in einem Walzenkontaktbereich, wobei der Walzenkontaktbereich eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Waferoberfläche; dadurch gekennzeichnet, daß der Träger dazu ausgelegt ist, den Wafer in einer vertikalen Orientierung zu halten und zu drehen.
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine effizientere und wirtschaftlichere Verwendung der kostbaren Fertigungsaufstellfläche. Die vertikale Orientierung verringert die Systemstellfläche des Standes der Technik wesentlich und verbessert die gesamte Prozeßsteuerung.
  • Vorzugsweise umfaßt das Verfahren das Drehen des Wafers und das Anlegen einer sich drehenden Oberfläche an einen Teil des Wafers. Die sich drehende Oberfläche wird dann zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich des Wafers bewegt. Das Verfahren kann ferner das Definieren einer linearen Geschwindigkeit an einer Kontaktfläche des Wafers und das Aufbringen einer Kraft auf den Wafer an der Kontaktfläche umfassen. Durch Manipulieren der Kraft und der linearen Geschwindigkeit an der Kontaktfläche wird die Entfernungsrate und folglich der Prozeß der Vorbereitung einer Oberfläche eines Wafers gesteuert. Die Entfernungsrate kann auch durch Implementieren eines Sensors, der eine Rückführungsinformation hinsichtlich der Entfernungsrate liefert, überwacht werden.
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind viele und beträchtlich. Am merklichsten ermöglicht die erreichte Steuerung und Genauigkeit der CMP- oder Glanzschleifprozesse die Herstellung von komplexeren mehrlagigen integrierten Schal tungen. Die Fähigkeit, die lineare Geschwindigkeit und den Druck während der Bearbeitung zu erhöhen, erhöht die Entfernungsrate gegenüber dem Stand der Technik. Dies führt nicht nur zu einem höheren Bearbeitungsdurchsatz, sondern die Bearbeitung in einem Oberflächenkontaktbereich des Wafers anstelle der kontinuierlichen Bearbeitung der vollen Oberfläche des Standes der Technik ergibt auch eine besser steuerbare und gleichmäßigere planarisierte Oberfläche.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Ausführungsbeispiel, das einen Sensor umfaßt, um die Materialentfernung in Echtzeit an Ort und Stelle zu überwachen. Der Stand der Technik bewertet die Materialentfernung notwendigerweise, um die Bearbeitungsparameter zu manipulieren, aber die vorliegende Erfindung sieht die Messung und Bewertung während des Bearbeitungsvorgangs vor. Diese Fähigkeit, den Prozeß zu manipulieren, während er fortschreitet, und auf der Basis der Material- und Umgebungsbedingungen des tatsächlichen bearbeiteten Wafers, während er bearbeitet wird, macht die Bearbeitung effizienter und genauer. Der Bedarf für komplexere mehrlagige integrierte Schaltungen erfordert die Fähigkeit, mehrlagige Oberflächen genau und gleichmäßig zu planarisieren und die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf.
  • Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft die Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen leicht verstanden. Um diese Beschreibung zu erleichtern, bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Strukturelemente.
  • 1A zeigt ein schematisches Diagramm eines Prozesses zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) mit einem CMP-System, einem Waferreinigungssystem und einer Nach-CMP-Bearbeitung.
  • 1B zeigt ein typisches Substrat mit einer Metallschicht über einer Oxidschicht.
  • 1C zeigt dasselbe Substrat von 1B nach der Bearbeitung unter Verwendung der derzeit erhältlichen CMP-Technologie.
  • 2A ist eine dreidimensionale Ansicht einer CMP-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2B zeigt eine weitere dreidimensional Ansicht einer CMP-Vorrichtung mit einer Walze mit einem größeren Durchmesser als die Walze in 2A.
  • 2C ist eine Querschnittsansicht einer zu bearbeitenden Waferoberfläche, wobei zwei mögliche Kontaktbereiche gezeigt sind.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht der CMP-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 4A4C stellen noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das einen Sensor verwendet, um eine Überwachung der Materialentfernung während des CMP-Prozesses an Ort und Stelle vorzusehen.
  • 5 zeigt ein CMP-Systemdiagramm mit Regel- und Rückführungssignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 6 stellt die CMP-Vorrichtung dar, die innerhalb eines CMP-Prozeßsystemgehäuses untergebracht ist.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensvorgänge definiert, die unter Verwendung einer CMP-Vorrichtung durchgeführt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Eine Erfindung von Systemen und Verfahren zum Durchführen von CMP-Vorgängen an Schichten von Halbleiterwafern wird offenbart. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Prozeßvorgänge nicht im einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig undeutlich zu machen.
  • 2A ist eine dreidimensionale Ansicht einer CMP-Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die CMP-Vorrichtung 200 zeigt einen Träger 204, der einen Wafer 202 derart hält, daß eine Waferoberfläche 202' zur Bearbeitung freigelegt ist. Der Wafer 202 ist vorzugsweise am Träger 204 unter Verwendung einer bekannten Technologie befestigt, die sicherstellt, daß der Wafer 202 während der Bearbeitung befestigt bleibt, und im wesentlichen verhindert, daß sich der Wafer bezüglich des Trägers in drehender Weise bewegt. Eine Antriebswelle 206 ist mit einer Rückseite des Trägers 204 verbunden, die dazu ausgelegt ist, eine Rotationskomponente 207 zum Träger 204 zu liefern und daher eine Rotation des Wafers 202 um eine Waferrotationsachse 205 zu bewirken.
  • Eine Walze 210 ist an einer Welle 208 konfiguriert gezeigt. Die Welle 208 definiert eine Rotationsachse 215 der Walze, um die eine Rotationskomponente 216 aufgebracht wird. Die Rotationsachse 215 der Walze ist zur Rotationsachse des Wafers 205 im wesentlichen senkrecht. Obwohl nicht dargestellt, kann unter Verwendung von herkömmlichen Zahnrädern und herkömmlicher Motortechnologie veranlaßt werden, daß sich die Welle 208 dreht und ein gewünschtes Ausmaß eines Drehmoments ausübt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Walze 210 eine Bearbeitungsoberfläche 220 (wie in 3 gezeigt) auf, die ein Kissen, eine Bürste oder irgendein anderes geeignetes Material sein kann, das für einen gewünsch ten CMP-Vorgang, Glanzschleifen oder Reinigen funktioniert. Eine Kraft 214 wird auf die Welle 208 derart aufgebracht, daß die Bearbeitungsoberfläche 220 der Walze 210 an den Wafer 202 angelegt wird. Die Walze 210 berührt den Wafer 202 folglich nur an der Oberfläche, die zwischen den Kontaktflächenumrißlinien 212 definiert ist. Es sollte beachtet werden, daß unter Verwendung einer Walze 210 derselbe Teil des Wafers 202 nicht mit der Bearbeitungsoberfläche 220 der Walze 210 in kontinuierlichem Kontakt steht. Dies ist signifikant anders als CMP-Implementierungen des Standes der Technik, die die gesamte Oberfläche des Wafers 202 mit der Polierfläche eines Kissens oder Riemens in kontinuierlichen Kontakt bringen würden.
  • Wie dargestellt, ist die CMP-Vorrichtung 200 mit dem Wafer 202 in einer vertikalen Position orientiert, um die effiziente Nutzung des Raums in einer Fertigung zu maximieren.
  • Die rotierende Walze 210, die an den rotierenden Wafer 202 angelegt wird, erzeugt eine lineare Geschwindigkeit an der Oberfläche des Wafers 202 zwischen den Kontaktflächenumrißlinien 212. In einem Ausführungsbeispiel kann die lineare Geschwindigkeit an der Oberfläche des Wafers 202 (z.B. ist die lineare Geschwindigkeit, wie hierin verwendet, dort definiert, wo die Walze 210 auf die Oberfläche des Wafers 202 trifft) durch Erhöhen des Durchmessers der Walze 210 erhöht werden.
  • 2B zeigt eine Walze 210' mit einem größeren Durchmesser als die Walze 210 von 2A. Wie vorstehend erwähnt, erzeugt der vergrößerte Durchmesser der Walze 210' in 2B eine erhöhte Geschwindigkeit der Walzenbearbeitungsoberfläche 220, die eine Steigerung der linearen Geschwindigkeit auf der Oberfläche des Wafers 202 zwischen den Kontaktoberflächenumrißlinien 212' erzeugt. Im übrigen erzeugt eine größere Walze 210' auch eine größere Auflagefläche auf der Oberfläche des Wafers 202, die durch die Erhöhung des Abstands zwischen den Kontaktflächenumrißlinien 212' dargestellt ist.
  • Es ist selbstverständlich, daß die Begriffe CMP-Vorgang und CMP-Prozeß, wie hierin verwendet, allgemeine Begriffe sind, die eine beliebige Anzahl von Prozessen umfassen, die durch eine Glanzschleif- oder Polierwirkung unter Verwendung einer CMP-Vorrichtung durchgeführt werden. Glanzschleifen wird von einem Fachmann im allgemeinen als jene Vorgänge umfassend verstanden, die eine Materialentfernungsrate von bis zu 500 Angström/Minute und in einigen Anwendungen bis zu 1000 Angström/Minute ergeben. Der Prozeß geht im allgemeinen zum Poliervorgang mit der Einführung einer chemischen Verbindung wie z.B. einer Aufschlämmung (oder irgendeiner anderen chemischen Verbindung, die zum Glanzschleifen oder Polieren geeignet ist) über und unter Verwendung derselben mechanischen Prozesse, die mit Bezug auf 2A2B beschrieben wurden, und mit höheren linearen Geschwindigkeiten und erhöhter Kraft können Entfernungsraten von bis zu 4000 Angström/Minute und höher erzielt werden.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist die Entfernungsrate eine Funktion der Kraft, linearen Geschwindigkeit und des Preston-Koeffizienten. Daher erhöht die Erhöhung der Kraft und/oder der linearen Geschwindigkeit die Entfernungsrate. Die in den 2A und 2B dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, daß die Kraft ohne die Risiken der derzeitigen Technologie für einen Wafer erhöht werden kann, da der Wafer an einer festen Oberfläche montiert ist und nicht für Durchbiegen oder eine ungleichmäßige Kraftverteilung aufgrund von Gegendruckprofilen anfällig ist. Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen auch die Fähigkeit, die lineare Geschwindigkeit zwischen den Kontaktflächenumrißlinien 212/212' leicht zu erhöhen. Die 2A und 2B zeigen die Walze 210, 210' mit den Kontaktflächenumrißlinien 212, 212' in einem mittleren Bereich des Wafers 202. Es ist auch die Fähigkeit gezeigt, eine Querbewegung 218 in die Walze 210 und die Welle 208 einzuführen. Wie am besten in 2C dargestellt, weist der Wafer 202, der unter einer Rotation 217 steht, einen Walzenkontaktbereich 212a auf. Der Walzenkontaktbereich 212a ist zwischen den Kontaktflächenumrißlinien 212 definiert. Die Kontaktflächenumrißlinien 212 sind sowohl in einem mittleren Bereich des Wafers als auch einem Kantenbereich des Wafers gezeigt, um darzustellen, daß die Walze in verschiedene Positionen über den Wafer 202 bewegt wird. Da der Wafer unter Rotation 217 steht, stellen die Bereiche 212a Beispiel-Start- und -endpositionen der Walze 210 dar, die sich in einer von einer Querrichtung 218a oder einer Querrichtung 218b bewegt.
  • In einem Ausführungsbeispiel könnte die Walze 210 dazu ausgelegt sein, im mittleren Bereich des Wafers 202 zu beginnen und sich in der Querrichtung 218a zur Kante des Wafers zu begeben. Ein weiteres Ausführungsbeispiel könnte die Walze 210 dazu auslegen, im Kantenbereich des Wafers zu beginnen und sich in der Querrichtung 218b zum mittleren Bereich zu begeben. In irgendeinem Ausführungsbeispiel bewirkt jedoch die Waferrotation 217, daß die gesamte Oberfläche des Wafers durch die Bearbeitungsoberfläche 220 der Walze 210 bearbeitet wird, und folglich stellen die Kontaktflächenumrißlinien 212 keine statischen Punkte auf der Waferoberfläche 202' dar, sondern Kontaktbereiche zwischen der rotierenden Walze 210 und dem rotierenden Wafer 202.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht der CMP-Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Querschnittsansicht stellt verschiedene Komponenten der Walze 210 dar. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Walze 210 als röhrenförmige Struktur 222 definiert. Vorzugsweise besteht die röhrenförmige Struktur 222 aus rostfreiem Stahl oder irgendeinem anderen Material, das starr genug ist, um das Aufbringen von Kraft auf einen Wafer während eines CMP-Vorgangs zu ermöglichen. Wie gezeigt, ist die Walze 210 im dargestellten Ausführungsbeispiel zylindrisch und die röhrenförmige Struktur 222 versieht die zylindrische Form mit den Vorteilen von Festigkeit, Steifigkeit und leichtem Gewicht, es kann jedoch auch eine massive Struktur verwendet werden und andere Materialien zur Konstruktion können Kunststoff, Gummi oder eine Legierung sein.
  • Die Bearbeitungsoberfläche 220 umgibt die röhrenförmige Struktur 222. Wie vorstehend erörtert, kann die Bearbeitungsoberfläche 220 ein Kissen, eine Bürste oder irgendein anderes Material sein, das sich am besten für die Anforderungen des durchzuführenden CMP-, Glanzschleif- oder Reinigungsprozesses eignet. Wie gut bekannt ist, wird der CMP-Prozeß in einer Anzahl von Anwendungen bei der Halbleiterwaferfertigung verwendet und die Bearbeitungsoberfläche 220 kann verändert oder modifiziert werden, um sie den Anforderungen am besten anzupassen. Beispiele für die Materialien der Bearbeitungsoberfläche 220 umfassen IC1000 und Porameric. IC1000 und Porameric können von Rodel in Newark, Delaware, erhalten werden.
  • Ein mittlerer Bereich 224 der Walze 210 umfaßt die Welle 208, die die Rotationsachse 215 festlegt (z.B. 2A). Die Welle 208 ist an einem Lager 226 und einem Kardanring 227 montiert. Wie vorstehend erörtert, wird Kraft 214 während der CMP-Vorgänge auf die Welle 208 aufgebracht. Die Kraft 214 wird über die Welle 208, das Lager 226 und den Kardanring 227 auf die Walze 210 übertragen. Die Walze 210 weist eine Walzendrehung 219 auf und die Bearbeitungsoberfläche 220 wird an den Wafer 202 angelegt, der auch eine Rotation 217 aufweist. Wenn die Bearbeitungsoberfläche 220 und die Waferoberfläche 202' nicht so korrekt ausgerichtet sind, daß die Oberflächen flach aneinander liegen, würde eine ungleichmäßige Bearbeitung auftreten, die ein unannehmbares Ergebnis ergeben würde. Aus diesem Grund, ist die Welle 208 an einem Kardanring 227 montiert, um eine konstante flache Ausrichtung zwischen der Bearbeitungsoberfläche 220 und der Waferoberfläche 202' während der CMP-Bearbeitungsvorgänge sicherzustellen.
  • Die 4A4C stellen noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das einen Sensor 234 verwendet, um eine Überwachung der Materialentfernung während des CMP-Prozesses an Ort und Stelle vorzusehen. Um Entfernungsraten zu überwachen, ist es im Stand der Technik im allgemeinen eine Anforderung, daß der CMP-Prozeß gestoppt wird, um die Materialentfernung genau zu messen. Sobald der Entfernungsgrad ermittelt ist, kann der CMP-Prozeß wieder gestartet werden, wobei somit eine Verlangsamung in der Bearbeitung auferlegt wird. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt Überwachungsfähigkeiten in Echtzeit an Ort und Stelle, die eine genaue und gleichmäßige Materialentfernung gewährleisten, während der Bearbeitungsdurchsatz verbessert wird. In 4A wird der CMP-Prozeß in einem äußeren Bereich 232a der Waferoberfläche 202' gestartet. Wie vorstehend erörtert, kann die vorliegende Erfindung dazu ausgelegt sein, die CMP-Bearbeitung in einem mittleren Bereich 232b der Waferoberfläche 202' zu beginnen, und sie kann dazu ausgelegt sein, den CMP-Prozeß in einem äußeren Bereich 232a der Waferoberfläche 202' zu beginnen. Auf die Walze 210, die eine Walzenrotation 219 aufweist, wird durch die Kraft 214 derart eingewirkt, daß die Bearbeitungsoberfläche 220 an die Waferoberfläche 202' angelegt wird, die auch eine Rotation 207 aufweist. Die Bearbeitung beginnt im äußeren Bereich 232a in der zwischen den Kontaktflächenumrißlinien 212 definierten Kontaktfläche (wie in den 2A2C gezeigt). Der Sensor 234 ist dazu ausgelegt, den bearbeiteten Bereich (hier den äußeren Bereich 232a) durch einen Rückführungsprozeß 234a zu überwachen, der einen Laser, ein Elektron oder irgendeine andere Form von Messung und Rückführung verwendet, wie auf dem Gebiet bekannt ist. In einem Beispiel kann der Sensor ein Metrologiesensor oder dergleichen sein. Noch ein anderes Beispiel eines Sensors ist ein Spektroreflektometer, das von Nova Measuring Instruments in Israel erhalten werden kann.
  • Wenn der Sensor 234 den Endpunkt des CMP-Prozesses bestimmt oder vorhersagt, bewegt sich die Walze 210 vom äußeren Bereich 232a in Richtung des mittleren Bereichs 232b. Wenn sich die Bearbeitungsoberfläche 220 entlang der Waferoberfläche 202' bewegt, bewegt sich in einem Ausführungsbeispiel auch der Sensor 234 so vom äußeren Bereich 232a in Richtung des mittleren Bereichs 232b für eine kontinuierliche Überwachung der Materialentfernung in Echtzeit an Ort und Stelle. In 4B ist zu sehen, daß sich die Walze 210 vom äußeren Bereich 232a zum mittleren Bereich 232b hin bewegt und der Sensor 234 die Bewegung spiegelt. In 4C fährt die fortschreitende Bewegung der Walze 210 und des Sensors 234 fort. Der Sensor 234 liefert kontinuierliche Daten, einschließlich der aktuellen Entfernungsrate auf einer speziellen Waferoberfläche 202', der Änderung der Entfernungsrate in verschiedenen Bereichen der Waferoberfläche 202' und des Endpunkts des CMP-Prozesses. Es wird erwartet, daß diese und zusätzliche Daten, die vom Sensor 234 geliefert werden, vom CMP-System verwendet werden, um die Kraft 214, die Walzenrotation 219, die Waferrotation 217 und andere Parameter zu verändern, um einen optimalen gleichmäßigen CMP-Prozeß zu erzielen.
  • 5 zeigt ein CMP-Systemdiagramm 250 mit Regel- und Rückführungssignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie vorstehend erörtert, sieht der Sensor 234 eine Echtzeitüberwachung des CMP-Prozesses an Ort und Stelle unter Verwendung der Rückführung 234a vor. Vom Sensor 234 gesammelte Daten werden über ein Sensorantwortsignal 260 zu einer Regelstation 252 übertragen. In einem Ausführungsbeispiel mißt der Sensor 234 die Materialtiefe auf der Waferoberfläche 202'. Die Daten werden über die Sensorreaktion 260 zur Regelstation 252 gesandt. Im dargestellten Beispiel ist die Regelstation 252 ein Computerarbeitsplatzrechner, um eine Bedienpersoneneingabe von Variablen, eine Datenauswertung, Anzeige, Drucken und andere Arbeitsplatzrechnerfunktionen zu ermöglichen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Regelstation 252 eine Hardwarekomponente sein, die Systembefehle auf der Basis von Eingangssignalen ausgibt. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Sensorantwortsignal 260 vom Sensor 234 an die Regelstation ausgegeben, wo es mit anderen Parametern wie z.B. Zeit, Temperatur, Walzenrotation 219, Waferrotation 217 und der Position des Sensors 234 auf der Waferoberfläche 202' ausgewertet wird. Diese Information wird verwendet, um die Materialentfernungsrate auf einer speziellen Waferoberfläche 202', die zugehörige lineare Geschwindigkeit, Kraftaufbringung zu berechnen und zu überwachen und um Systemparameter zu manipulieren, um eine optimale CMP-Bearbeitung zu erzielen.
  • Die Regelstation 252 verwendet die Daten, die sie sammelt, überwacht und auswertet, um die Position der Walze 210 und die Walzenrotation 219 zu befehlen. Wie vorstehend erörtert, ist die Walze 210 an der Welle 208 montiert. Die Welle 208 ist an einem Motor 253 befestigt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Motor 253 ein Wechselstrom-Servomotor sein, um eine konstante und steuerbare Rotationsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die Regelstation 252 überwacht kontinuierlich das Ausgangssignal aus dem Motor 253 über ein Regel/Rückführungssignal 256a und die Regelstation 252 gibt Befehle an den Motor 253 über das Regel/Rückführungssignal 256a aus, um die Motorgeschwindigkeit und die resultierende Walzenrotation 219 zu regeln.
  • Wie vorstehend erörtert, weist die Walze 210 eine Walzenrotation 219 auf und weist auch eine Bewegung in einer Querrichtung 218 auf. Wenn der Wafer 202 bearbeitet wird, bewegt sich die Walze 210 entlang des Wafers 202 vom äußeren Bereich 232a zum mittleren Bereich 232b, vom mittleren Bereich 232b zum äußeren Bereich 232a oder in einer beliebigen Richtung, welche auch immer die Bedürfnisse einer speziellen Bearbeitung erfordern (siehe 2C). Die Welle 208 ist an einer Trägerstruktur 254 montiert, die die Bewegung in der Querrichtung 218 ermöglicht. Die Trägerstruktur 254 wird von der Regelstation 252 über ein Regel/Rückführungssignal 256b überwacht und die Regelstation 252 befiehlt die Querbewegung 218 der Trägerstruktur 254 über dasselbe Regel/Rückführungssignal 256b. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Trägerstruktur 254 auch das Aufbringen von Kraft 214 auf die Welle 208, die auf die Walze 210 übertragen wird, und führt dazu, daß die Bearbeitungsoberfläche 220 an die Waferoberfläche 202' angelegt wird. Das Regel/Rückführungssignal 256b wird zwischen der Trägerstruktur 254 und der Regelstation 252 aufrechterhalten, um das Aufbringen der Kraft 214 zu regeln.
  • Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt auch den variablen Parameter der Waferrotation 217, wie durch die Regelstation 252 überwacht und geregelt. Ein Trägerrotationsregel- und -rückführungssignal 258 gibt die Trägerrotation in die Regelstation 252 ein und die Regelstation 252 gibt Regelsignale über das Trägerrotationsregel- und -rückführungssignal 258 aus, wobei die Rotation 217 eingestellt wird. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel von vielen Konfigurationen für die Regelung und Rückführung der vorliegenden Erfindung. Es wird erwartet, daß zusätzlich zu den dargestellten Parametern die Regelstation 252 auch solche Variablen wie Temperatur und Druck in der Bearbeitungsumgebung überwacht und eine optimale CMP-Bearbeitung durch Echtzeitmessung und Auswertung von Bearbeitungsdaten und eine präzise Regelung der Systemvariablen erzielt.
  • 6 stellt die CMP-Vorrichtung 200 dar, die innerhalb eines CMP-Rrozeßsystemgehäuses 270 untergebracht ist. Es wird erwartet, daß das CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 aus Stahl, einer Legierung oder irgendeinem anderen wenig Teilchen erzeugenden Material konstruiert wäre, das eine Struktur, Abstüt zung und die Fähigkeit, Bearbeitungsmaterialien wie Aufschlämmung und Chemikalien einzuführen und Nebenprodukte zu entfernen, vorsehen würde. Das CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 ist dazu ausgelegt, die CMP-Vorrichtung 200 aufzunehmen, Wafer 202 zu und aus der CMP-Vorrichtung 200 zu liefern, die erforderliche Bearbeitungsumgebung aufrechtzuerhalten und irgendwelche anderen Funktionen zu erfüllen, die erforderlich sind, um eine sichere und effiziente CMP-Bearbeitung zu erleichtern.
  • Wie vorher erörtert, werden gemäß der Erfindung der Wafer 202 und der Träger 204 in einer vertikalen Position orientiert. Das CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 sieht die Struktur und die Abstützung vor, um die CMP-Vorrichtung 200 zu betreiben, und sieht die erforderlichen Einrichtungen zur Bearbeitung wie z.B. elektrische Leistung, Wasser, Luft und andere Bearbeitungschemikalien, Gase und andere Materialien vor. Wafer zur Bearbeitung werden durch ein beliebiges Verfahren, welches auch immer an die Einrichtungen, Prozesse und Betriebsmittel einer speziellen Fertigung am besten angepaßt ist, zum CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 transportiert und in die Bearbeitungsumgebung eingeführt. Beispiele solcher Verfahren umfassen Endeffektoren, Kassettenladevorrichtungen, Roboter und dergleichen. Das CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 führt die erforderlichen Bearbeitungsmaterialien wie z.B. DI-Wasser, Luft und Chemikalien, Gase und Verbindungen für die Aufschlämmung ein und transportiert auch die Nebenprodukte der Bearbeitung aus der Bearbeitungsumgebung. Das CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 hält auch die Umgebungsbedingungen der Prozeßumgebung wie z.B. Temperatur und Druck gemäß den Anforderungen eines speziellen Prozesses aufrecht. Wie vorstehend, ermöglicht das CMP-Prozeßsystemgehäuse 270 auch den Transport der bearbeiteten Wafer aus der Bearbeitungsumgebung. Wie gut bekannt ist, können die Wafer durch einen Seiteneintrittspunkt, einen oberen Eintrittspunkt oder irgendeinen anderen Eintrittspunkt eingeführt werden, welcher den Transport von Wafern hinein und heraus erleichtert, während eine geringe Teilchenerzeugung aufrechterhalten wird. Die Eintrittspunkte können durch eine Tür oder einen Lukendeckel gesteuert werden, welcher die Präzisionssteuerung der inneren Umgebung während der Bearbeitung ermöglicht, wie vorstehend beschrieben.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm 280, das Verfahrensvorgänge definiert, die unter Verwendung einer CMP-Vorrichtung durchgeführt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt mit einem Vorgang 282, in dem ein in einem Vorgang zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) zu bearbeitender Wafer vorgesehen wird. Wie gut bekannt ist, werden Wafer üblicherweise in Kassetten gelagert und während der Fertigung zu verschiedenen Stationen transportiert, um den gewünschten Prozeßvorgang zu vollenden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Wafer somit von einer Kassette geliefert werden und von einem Endeffektor zur sicheren Lieferung zur CMP-Vorrichtung behandelt werden. Sobald der Wafer geliefert ist, begibt sich das Verfahren zu einem Vorgang 284, in dem ein Träger vorgesehen wird, um den Wafer während CMP-Vorgängen zu halten. Der Träger ist ein Teil der CMP-Vorrichtung und in einem Ausführungsbeispiel weist der Träger eine feste Oberfläche auf, auf die ein Wafer gelegt wird. Obwohl eine beliebige Trägerstruktur, die eine starre Auflage für einen Wafer bereitstellt, verwendet werden kann, nähert sich der Träger vorzugsweise dem Durchmesser und der Form eines bei der Halbleiterfertigung verwendeten Siliziumwafers oder von anderen ähnlichen Substraten. Ferner wird erwartet, daß der Träger aus einem Material mit ausreichend Festigkeit und Steifigkeit konstruiert wäre, um das Aufbringen von Kraft auf die Waferoberfläche während des CMP-Prozesses auszuhalten. Der Träger sollte auch aus einem leichtgewichtigen Material bestehen, da der Träger während des CMP gedreht wird. Beispielmaterialien können harte Kunststoffe, Aluminium, rostfreien Stahl usw. umfassen.
  • Als nächstes geht das Verfahren zu einem Vorgang 286 weiter, bei dem der Wafer am Träger befestigt wird. Die Befestigung kann in einer beliebigen Weise durchgeführt werden, die den Wafer während des CMP-Vorgangs sicher an der Stelle halten würde. Einige Beispiele für die Befestigung des Wafers am Träger umfassen Vakuum, elektrostatische Kraft, Oberflächenspannung oder mechanisches Festklemmen. Welches Verfahren auch immer verwendet wird, die Befestigung muß eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um den Wafer an der Stelle zu halten, während der Träger gedreht wird, und unter dem Aufbringen von Kraft durch eine Walze. Sobald der Wafer befestigt ist, geht das Verfahren zu einem Vorgang 288 weiter, bei dem, wie vorstehend erwähnt, der Träger gedreht wird. Da der Wafer am Träger befestigt ist, dreht sich der Wafer mit dem Träger.
  • Ein nächster Vorgang 290 ist das Anlegen einer rotierenden Walze mit einer Bearbeitungsoberfläche an und über die Waferoberfläche. Der Vorgang 290 geschieht in einer Bearbeitungsumgebung, in die Chemikalien oder chemische Verbindungen oder Gemische usw. eingeführt wurden, um den Polier-, Glanzschleif- oder Reinigungsvorgang zu erleichtern. Der Kontaktbereich ist dort definiert, wo die Bearbeitungsoberfläche, die die Walze bedeckt, mit dem Wafer in Kontakt steht. Gemäß dem Verfahren, wie bereits beschrieben, dreht sich der Wafer. Wenn die Bearbeitungsoberfläche an den Wafer angelegt wird, definiert sie folglich keinen Kontaktbereich als singuläres, statisches Band oder Sehne über den kreisförmigen Wafer. In Abhängigkeit von der Anordnung der Walze über dem Wafer gibt es folglich bei jeder Rotation des Wafers Fälle, in denen nur die äußeren Teile des Wafers bearbeitet werden (z.B. ist die Walze über einem äußeren Teil des Wafers angeordnet), und Fälle, in denen die gesamte Waferoberfläche bearbeitet wird (z.B. ist die Walze über der Mitte des Wafers angeordnet). Im Gegensatz zu Konstruktionen des Standes der Technik sollte es selbstverständlich sein, daß die Bearbeitungsoberfläche der Walze tatsächlich nicht jederzeit mit der gesamten Oberfläche des Wafers in Kontakt steht. Das heißt, die Walze steht nur mit einem Teil der Waferoberfläche (z.B. Kontaktbereich) während der Zeit, in der ein spezieller Teil der Waferoberfläche sich über die rotierende Bearbeitungsoberfläche der Walze dreht, in Kontakt. Die Ausnahme besteht dann, wenn die Walze direkt über der Mitte des Wafers angeordnet ist und ein gewisser mittlerer Teil (durch einen kleinen Punkt in der Mitte definiert) mit dem Wafer in ständigem Kontakt steht. Die Walze wird nur am Beginn oder Ende des Prozesses in der Mitte angeordnet, in Abhängigkeit davon, ob die Walze vom äußeren Bereich zum mittleren Bereich oder vom mittleren Bereich zum äußeren Bereich bewegt wird.
  • Das Verfahren geht dann zu einem Vorgang 292 weiter, bei dem die rotierende Walze über die Oberfläche des Wafers bewegt wird, wie in 2C dargestellt. Die Walze kann sich vom mittleren Bereich zum äußeren Bereich bewegen oder die Walze kann sich vom äußeren Bereich zum mittleren Bereich bewegen, oder die Walze kann sich in einer beliebigen Richtung über einen beliebigen Bereich der Waferoberfläche bewegen, wie die Anforderungen des Prozesses es vorgeben. Dies kann erforderlich sein, wenn gewisse bekannte topographischen Schwankungen entfernt werden müssen. Die Bewegung der Walze über die Oberfläche des Wafers bewegt die Kontaktfläche über die Oberfläche des Wafers und schreitet von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich fort, bis der CMP-Prozeß bis zum gewünschten Ergebnis, beendet ist. Dies ist der Endvorgang des CMP-Prozesses, und wenn er vollständig ist, wird der Wafer vom Träger entfernt und zur nächsten Stufe des Waferfertigungsprozesses transportiert. Die nächste Stufe nach einem CMP-Vorgang kann beispielsweise eine Reinigungsstufe sein, in der der Rest des CMP entfernt wird und der Wafer für das Aufbringen einer Photoresistschicht vorbereitet wird. Der CMP-Vorgang kann natürlich einige weitere Male für verschiedene Schichten (z.B. Oxid, Metall und dergleichen) während der Fertigung des Wafers zu integrierten Schaltungen wiederholt werden. Sobald er beendet ist, wird der Wafer in Chips geschnitten, wobei jeder Chip einen integrierten Schaltungschip darstellt. Die Chips werden dann in geeigneten Gehäusen angeordnet und zu einem gewünschten Endbauelement, wie z.B. einem elektronischen Verbraucherendprodukt, integriert.
  • Obwohl diese Erfindung hinsichtlich verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß Fachleute nach Lesen der vorangehenden Spezifikationen und Studieren der Zeichnungen verschiedene Änderungen, Zusätze, Vertauschungen und Äquivalente derselben erkennen. Es ist daher vorgesehen, daß die vorliegende Erfindung alle derartigen Änderungen, Zusätze, Vertauschungen und Äquivalente umfaßt, solange sie in den Schutzbereich der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, fallen.

Claims (19)

  1. System (250) zum chemisch-mechanischen Polieren mit: einem Träger (204), um einen Wafer (202) zu halten und zu drehen, wobei der Wafer eine Waferoberfläche (202') aufweist; und einer Walze (210) mit einer Bearbeitungsoberfläche (220), die dazu ausgelegt ist, sich zu drehen, wenn sich die Walze um eine Walzendrehachse dreht, wobei die Bearbeitungsoberfläche (220) der Walze (210) an den Wafer (202) in einem Walzenkontaktbereich (212) angelegt wird, wobei der Walzenkontaktbereich kleiner ist als die Waferoberfläche; dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (204) dazu ausgelegt ist, den Wafer (202) in einer vertikalen Orientierung zu halten und zu drehen.
  2. System zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 1, welches ferner folgendes umfaßt: eine Antriebswelle (206), die mit einer Rückseite des Trägers verbunden ist und dazu ausgelegt ist, die Drehung des Wafers zu bewirken.
  3. System zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Walze (210) eine lineare Geschwindigkeitskomponente aufweist, die durch einen Durchmesser der Walze gesteuert wird, wobei die lineare Geschwindigkeitskomponente dazu ausgelegt ist, zuzunehmen, wenn der Durchmesser der Walze zunimmt.
  4. System zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches ferner folgendes umfaßt: eine Welle (208), die durch die Walze (210) hindurch definiert ist und dazu ausgelegt ist, die Walze abzustützen, wenn sie im Walzenkontaktbereich (212) an den Wafer (202) angelegt wird.
  5. System zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 4, wobei die Walze (210) einen Kardanmechanismus (227) aufweist, der mit der Antriebswelle (208) gekoppelt ist, wobei der Kardanmechanismus dazu ausgelegt ist, Fehlausrichtungen zwischen dem Wafer (202) und der Walze zu kompensieren, wenn die Walze an den Wafer angelegt wird.
  6. System zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Walze (210) an den Wafer (202) im Walzenkontaktbereich (212) mit einer steuerbaren Kraft angelegt wird.
  7. System zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Walze (210) in einer Querrichtung zwischen einem ersten Bereich des Wafers und einem zweiten Bereich des Wafers bewegt wird.
  8. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren, umfassend: Drehen eines Trägers (204), der einen Wafer (202) hält, wobei der Wafer eine Waferoberfläche (202') aufweist; Drehen einer Walze (210) um eine Drehachse, wobei die Walze eine Bearbeitungsoberfläche (220) aufweist; und Anlegen der Bearbeitungsoberfläche (220) der Walze (210) an den Wafer (202) an der Waferoberfläche in einem Walzenkontaktbereich (212), wobei der Walzenkontaktbereich eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Waferoberfläche; dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (204) dazu ausgelegt ist, den Wafer (202) in einer vertikalen Orientierung zu halten und zu drehen.
  9. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 8, wobei die Drehung des Wafers (202) durch eine Antriebswelle (206) bewirkt wird, die mit einer Rückseite des Trägers (204) verbunden ist, welcher durch die Antriebswelle gedreht wird, wobei das Halten des Wafers in der vertikalen Orientierung dazu ausgelegt ist, im wesentlichen zu verhindern, daß sich der Wafer bezüglich des Trägers in einer Drehung bewegt.
  10. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 8 oder 9, welches ferner umfaßt: Definieren einer linearen Geschwindigkeitskomponente, die durch einen Durchmesser der Walze (210) gesteuert wird, wobei die lineare Geschwindigkeitskomponente zunimmt, wenn der Durchmesser der Walze zunimmt.
  11. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 8, 9 oder 10, welches ferner folgendes umfaßt: Abstützen der Walze durch eine Welle (208), die durch die Walze (210) hindurch definiert ist, wobei die Welle die Walze abstützt, wenn sie im Walzenkontaktbereich (212) an den Wafer (202) angelegt wird.
  12. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 11, welches ferner umfaßt: Festlegen eines Kardanrings (227) in der Walze, um Fehlausrichtungen zwischen dem Wafer und der Walze zu kompensieren, wenn die Walze (210) an den Wafer (202) angelegt wird.
  13. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, welches ferner umfaßt: Aufbringen einer Kraft auf die Walze und während des Anlegens, wobei die Kraft eine steuerbare Kraft ist.
  14. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, welches ferner folgendes umfaßt: Bewegen der Walze (210) in einer Querrichtung über die Waferoberfläche, wobei die Querrichtung von einem ersten Bereich des Wafers zu einem zweiten Bereich des Wafers definiert ist.
  15. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 10, welches ferner folgendes umfaßt: Manipulieren der linearen Geschwindigkeitskomponente, um das chemisch-mechanische Polieren des Wafers (202) zu steuern.
  16. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 15, welches ferner folgendes umfaßt: Definieren einer Kraft im Walzenkontaktbereich (212) des Wafers, wobei die Kraft durch die sich drehende Bearbeitungsoberfläche der Walze auf den Walzenkontaktbereich des Wafers aufgebracht wird; und Manipulieren der Kraft, um das chemisch-mechanische Polieren des Wafers zu steuern.
  17. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 16, welches ferner folgendes umfaßt: Manipulieren der linearen Geschwindigkeit und der Kraft im Kontaktbereich des Wafers, um das chemisch-mechanische Polieren des Wafers zu steuern.
  18. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach Anspruch 17, welches ferner folgendes umfaßt: Berechnen einer Entfernungsrate, die während des chemisch-mechanischen Polierens des Wafers erreicht wird; und Manipulieren der linearen Geschwindigkeit und der Kraft im Kontaktbereich des Wafers, um das chemisch-mechanische Polieren des Wafers zu steuern.
  19. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, welches ferner folgendes umfaßt: Einführen einer chemischen Verbindung auf eine Oberfläche des Wafers während des chemisch-mechanischen Polierens; und Anlegen der Bearbeitungsoberfläche an den Walzenkontaktbereich mit der chemischen Verbindung auf der Oberfläche des Wafers.
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PCT/US2000/022786 WO2001019567A1 (en) 1999-09-13 2000-08-17 Method and system for chemical mechanical polishing with a cylindrical polishing pad

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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624642B1 (en) * 2001-12-10 2003-09-23 Advanced Micro Devices, Inc. Metal bridging monitor for etch and CMP endpoint detection
US6620029B2 (en) * 2002-01-30 2003-09-16 International Business Machines Corporation Apparatus and method for front side chemical mechanical planarization (CMP) of semiconductor workpieces
US6800494B1 (en) * 2002-05-17 2004-10-05 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for controlling copper barrier/seed deposition processes
US6916233B2 (en) * 2002-11-28 2005-07-12 Tsc Corporation Polishing and cleaning compound device
US7050880B2 (en) * 2003-12-30 2006-05-23 Sc Solutions Chemical-mechanical planarization controller
JP7317532B2 (ja) * 2019-03-19 2023-07-31 キオクシア株式会社 研磨装置及び研磨方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57194866A (en) 1981-05-21 1982-11-30 Shin Etsu Chem Co Ltd Lapping device
JPH0637025B2 (ja) * 1987-09-14 1994-05-18 スピードファム株式会社 ウエハの鏡面加工装置
US5083401A (en) * 1988-08-08 1992-01-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of polishing
US4934102A (en) * 1988-10-04 1990-06-19 International Business Machines Corporation System for mechanical planarization
JPH0766160A (ja) 1993-08-24 1995-03-10 Sony Corp 半導体基板の研磨方法及び研磨装置
US5700180A (en) 1993-08-25 1997-12-23 Micron Technology, Inc. System for real-time control of semiconductor wafer polishing
JP3566417B2 (ja) * 1994-10-31 2004-09-15 株式会社荏原製作所 ポリッシング装置
US5643044A (en) * 1994-11-01 1997-07-01 Lund; Douglas E. Automatic chemical and mechanical polishing system for semiconductor wafers
JP3601910B2 (ja) * 1995-07-20 2004-12-15 株式会社荏原製作所 ポリッシング装置及び方法
JPH10554A (ja) * 1996-06-12 1998-01-06 Nippon Steel Corp 局所研磨装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070087169A (ko) 2007-08-27
DE60006139D1 (de) 2003-11-27
WO2001019567A1 (en) 2001-03-22
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