DE60020760T2

DE60020760T2 - Poliereinrichtung enthaltend eine Einstellkontrolle für eine Abziehvorrichtung

Info

Publication number: DE60020760T2
Application number: DE60020760T
Authority: DE
Inventors: Ichiju Fujisawa-shi Satoh; Norio Fujisawa-shi Kimura
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: DE60020760D1; EP1034886A2; JP3772946B2; US6322434B1; EP1034886B1; KR100679329B1; EP1034886A3; JP2000263416A; KR20010006781A; TW434090B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Halbleiterwaferoberfläche, insbesondere eines Halbleiterwafers mit einem Bauelementmuster darauf ausgebildet, durch Eingriff der Halbleiterwaferoberfläche mit einem Poliertuch, um eine Planarisierung der Waferoberfläche zu bewirken. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Aufbereitungsvorrichtung bzw. ein Abrichtwerkzeug zum Aufbereiten bzw. Abrichten eines Poliertuchs, das auf einem Drehtisch einer solchen Poliervorrichtung befestigt ist.
Mit dem raschen Fortschritt in der Technologie zur Herstellung hochintegrierter Halbleiterbauelemente sind die Schaltungsverdrahtungsmuster immer kleiner geworden, wodurch sich auch die Abstände zwischen den Verdrahtungsmustern verringert haben. Während sich die Verdrahtungsabstände auf weniger als 0,5 Mikron verringern, wird die Tiefenschärfe bei der Schaltungsmusterausbildung in der Photolithographie und Ähnlichem flacher. Daher müssen Oberflächen von Halbleiterwafern, auf denen Schaltungsmusterabbilder durch einen Stepper ausgebildet werden sollen, durch eine Poliervorrichtung poliert werden, um einen exzeptionell hohen Grad an Oberflächenflachheit oder Planarität zu besitzen. Als ein Verfahren für eine solche Planarisierung wurde zum Beispiel ein chemisch-mechanisches Polier-(CMP)-Verfahren verwendet, bei dem eine mechanische Politur durchgeführt wird, während eine Polierlösung mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung geliefert wird.
Bei einer herkömmlichen Poliervorrichtung zum Polieren einer Halbleiterwaferoberfläche, insbesondere eines Halbleiterwafers mit einem Bauelementemuster darauf ausgebildet, um eine Planarisierung davon zu bewirken, wird ein nicht gewebter Stoff bzw. ein Material als ein Poliertuch verwendet, das an der Oberseite eines Drehtischs befestigt ist.
Jedoch hat sich der Grad der Integration von ICs und LSIs in den letzten Jahren erhöht. Demgemäß ist es erforderlich, dass eine polierte Oberfläche auf einen noch höheren Grad planarisiert wird. Um eine solche Anforderung zu erfüllen, wurde ein relativ starres Poliertuch, zum Beispiel ein Poliertuch aus Urethanschaum verwendet.
Die Politur wird durchgeführt durch Drehen eines Drehtischs der ein Poliertuch daran befestigt besitzt, wobei das Poliertuch in Kontakt mit einem Halbleiterwafer während der Drehung des Drehtischs gehalten wird. Während des Poliervorgangs neigen jedoch abreibende Partikel (Körner) und Substanzen, die von der Waferoberfläche während des Polierens entfernt werden, dazu, an dem Poliertuch anzuhaften, was eine Verschlechterung der Qualität des Poliertuchs zur Folge hat und einen gleichzeitigen nachteiligen Effekt auf den Poliervorgang. Demgemäß wird, wenn eine Politur von Halbleiterwafern wiederholt unter Verwendung desselben Poliertuchs durchgeführt wird, die Qualität der Politur nachteilig beeinträchtigt, und es gibt eine Gefahr, dass eine Waferoberfläche nicht gleichmäßig poliert wird. Um dieses Problem zu verhindern, wird eine Konditionierung, die als „Aufbereiten" bzw. „Abrichten" bekannt ist, durchgeführt, um die Oberfläche des Poliertuchs vor, nach oder während des Polierens eines Halbleiterwafers zu normalisieren. Beim Aufbereiten eines starren Poliertuchs, das aus einem Urethanschaum oder Ähnlichem hergestellt ist, wird im Allgemeinen ein Aufbereitungswerkzeug, das ein Material mit hoher Härte, wie beispielsweise Diamant aufweist, verwendet. Das Poliertuch ist somit einem Schleifvorgang ausgesetzt, jedes Mal wenn es aufbereitet wird. Ein Poliertuch aus Urethanschaum, zum Beispiel IC1000 (hergestellt durch Rodel Nitta Company) ist so aufgebaut, dass es Toleranzen von einem Mikrometer oder weniger aufweist, jedes Mal wenn es aufbereitet wird.
Es ist absolut notwendig, dass ein Poliertuch eine flache Polieroberfläche besitzt, um in der Lage zu sein, einen Gegenstand gleichmäßig auf einen hohen Grad an Planarität zu polieren. Variationen hinsichtlich der Ausrichtung oder Lage eines Aufbereitungswerkzeugs, was eine Ungleichförmigkeit des Drucks während der Aufbereitung zur Folge hat, resultiert in einen Poliertuch, das nicht den nötigen Grad an Flachheit besitzt und das somit nicht in der Lage ist, einen Wafer auf einen erforderlichen Grad an Planarität zu polieren.
Bei dem oben beschriebenen Aufbereitungswerkzeug hat eine Verringerung der Druckmenge, die an ein Poliertuch während der Aufbereitung angelegt wird, eine Verringerung der Schleifwirkung, der das Poliertuch ausgesetzt ist, zur Folge. Dies überträgt sich in einen Anstieg der Lebenszeit des Poliertuchs.
Jedoch besitzt eine solche Verringerung der Druckmenge, die durch ein Aufbereitungswerkzeug an ein Poliertuch während der Aufbereitung angelegt wird, einen negativen Einfluss auf die Stabilität des Aufbereitungswerkzeugs, wodurch die Aufbereitung eine unebene oder wellige Oberfläche auf dem Poliertuch erzeugen kann.
Bezüglich einer Poliervorrichtung wird auf die JP 10-058308 hingewiesen, die eine Poliervorrichtung offenbart, die mit einer Lagesteuerung zum Steuern einer Lage eines Toprings zum Halten und Drücken eines zu polierenden Werkstücks gegen das Poliertuch versehen ist. Die Ausrichtung des Toprings wird mittels einer elektromagnetischen Kraft gesteuert.
Ferner offenbart die GB 2 287 422 eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Poliertuchs mit einem Oberflächenbehandlungswerkzeug, das gegen ein Poliertuch in einer sich drehenden Art und Weise gedrückt wird, während das Poliertuch selbst gedreht wird. Das Oberflächenbehandlungswerkzeug und das Poliertuch werden um beabstandete parallele Achsen gedreht.
In Anbetracht des oben Gesagten, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines Poliertuchs auf einem Drehtisch vorzusehen, bei der eine Steuerung der Lage oder Ausrichtung eines Aufbereitungswerkzeugs davon bewirkt wird durch Verwendung elektromagnetischer Kräfte, wodurch die Polieroberfläche eines Drehtischs auf einen erforderlichen hohen Grad an Flachheit poliert werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Poliervorrichtung vorzusehen, die mit einer solchen Aufbereitungsvorrichtung versehen ist.
Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine Aufbereitungsvorrichtung zum Aufbereiten einer Polieroberfläche eines Drehtisches vor, die in Gleitkontakt mit einem zu polierenden Gegenstand kommt. Die Aufbereitungsvorrichtung umfasst einen Aufbereitungskörper, der in Kontakt mit der Polieroberfläche kommt, um eine Aufbereitung zu bewirken. Eine andere Vorrichtung drückt den Aufbereitungskörper gegen die Polieroberfläche auf dem Drehtisch. Eine Lagesteuerung steuert die Lage oder Ausrichtung des Aufbereitungskörpers durch Verwendung einer elektromagnetischen Kraft.
Zusätzlich sieht die vorliegende Erfindung eine Poliervorrichtung, welche einen Drehtisch mit einer Polieroberfläche besitzt, die in Kontakt mit einem zu polierenden Gegenstand kommt, und eine Aufbereitungsvorrichtung zum Aufbereiten der Polieroberfläche vor. Die Aufbereitungsvorrichtung umfasst einen Aufbereitungskörper zum Aufbereiten der Polieroberfläche indem er in Kontakt mit der Polieroberfläche kommt. Eine Andrückvorrichtung drückt den Aufbereitungskörper gegen die Polieroberfläche des Drehtischs. Eine Lagesteuerung steuert die Lage oder Orientierung bzw. Ausrichtung des Aufbereitungskörpers durch Verwendung einer elektromagnetischen Kraft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lage oder Ausrichtung eines Aufbereitungswerkzeugs gesteuert durch Verwendung einer elektromagnetischen Kraft, um dadurch zu erlauben, dass die Aufbereitung durchgeführt wird, während eine optimale Verteilung des Oberflächendrucks auf die Polieroberfläche durch das Aufbereitungswerkzeug angelegt wird. Demgemäß ist es möglich, eine Polieroberfläche mit einem hohen Grad an Flachheit zu erhalten.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung der be vorzugten Ausführungsbeispiele davon in Verbindung mit den Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigt:
1 eine vertikale Schnittansicht, die den allgemeinen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine teilweise Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der Aufbereitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
5 ein Blockdiagramm, das die Funktionsanordnung eines Steuerteils zum Steuern einer Lagesteuerung für ein Aufbereitungswerkzeug darstellt;
6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Verkippung bzw. dem Kippwinkel α des Aufbereitungswerkzeugs bezüglich einer X-Achse und der Verkippung bzw. des Kippwinkels (dem Kippwinkel?) β des Aufbereitungswerkzeugs bezüglich einer Y-Achse darstellt;
7(a)–(c) Details der Struktur eines Aufbereitungskörpers, wobei 7(a) eine Ansicht von unten; 7(b) eine Schnittansicht entlang der Linie a-a in 7(a); und 7(c) eine vergrößerte Ansicht eines Teils b gemäß 7(b) ist;
8 eine vertikale Schnittansicht durch die allgemeine Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 8;
10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 9;
11 ein Blockdiagramm, das die Funktionsanordnung eines Steuerteils zum Steuern einer Lagesteuerung für einen Drehtisch zeigt.
Ausführungsbeispiele der Aufbereitungsvorrichtung und der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 beschrieben.
1 ist eine vertikale Schnittansicht, die den allgemeinen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der Aufbereitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die Poliervorrichtung einen Drehtisch 1 mit einem Poliertuch 2, der an der Oberseite davon befestigt ist, und eine Aufbereitungsvorrichtung 5 zum Aufbereiten des Poliertuchs 2. Die Aufbereitungsvorrichtung 5 umfasst ein Aufbereitungswerkzeug 6 zum Aufbereiten des Poliertuchs 2 und eine Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 zum Tragen des Aufbereitungswerkzeugs 6 und zum Anlegen einer Andrückkraft und einer Drehantriebskraft an das Aufbereitungswerkzeug 6. Die Aufbereitungsvorrichtung 5 umfasst ferner eine Universalkupplung 8 zum Übertragen einer Andrückkraft von der Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 auf das Aufbereitungswerkzeug 6, während diesen Gliedern erlaubt wird, sich relativ zueinander zu kippen bzw. zu verkippen, und eine Lagesteuerung 11 zum Steuern der Lage oder Ausrichtung des Aufbereitungswerkzeugs 6. Eine Aufbereitungsflüssigkeitslieferdüse 60 ist oberhalb des Drehtischs 1 vorgesehen, um eine Aufbereitungsflüssigkeit auf das Poliertuch 2 auf dem Drehtisch 1 zu liefern. Die Oberseite des Poliertuchs 1 bildet eine Polieroberfläche, die in Gleitkontakt mit einer Oberfläche eines zu polierenden Halbleiterwafers kommt.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst das Aufbereitungswerkzeug einen Aufbereitungskörper 9 der eine Aufbereitungsplatte 9A aufweist, die einen unteren Teil des Aufbereitungskörpers 9 bildet, und eine Anbringungsplatte 9B, die einen oberen Teil des Aufbereitungskörpers 9 bildet, der mit der Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 verbunden ist. Das Aufbereitungswerkzeug 6 umfasst ferner einen Diamantring 10, der mittels Elektroabscheidung auf einem Vorsprungsteil der Bodenoberfläche des Aufbereitungskörpers 9 angebracht ist.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 mit einem Aufbereitungswerkzeugluftzylinder 22 gekoppelt, der an einem Aufbereitungskopf 21 befestigt ist. Der Aufbereitungswerkzeugluftzylinder 22 bewirkt, dass sich die Aufbereitungswerkzeugantriebswelle vertikal bewegt, wodurch bewirkt wird, dass der aus Diamant elektro-abgeschiedene Ring 10 an der unteren Endoberfläche des Aufbereitungswerkzeugs 6 gegen den Drehtisch 1 gedrückt wird. Die Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 ist mit einem sich drehenden Zylinder 23 gekoppelt über eine Keilnutverbindung (nicht gezeigt). Der sich drehende Zylinder 23 besitzt einen Zeitsteuerriemen 24 an einem Außenumfangsteil davon. Der Zeitsteuerriemen 24 ist über einen Zeitsteuerriemen 25 mit einer Zeitsteuerscheibe 27 verbunden, die an einem Aufbereitungswerkzeugmotor 26 vorgesehen ist, der an dem Aufbereitungskopf 21 befestigt ist. Demgemäß dreht der Aufbereitungswerkzeugmotor 26 den sich drehenden Zylinder 23 antriebsmäßig und die Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 über die Zeitsteuerscheibe 27 und den Zeitsteuerriemen 25 und die Zeitsteuerscheibe 24, um dadurch das Aufbereitungswerkzeug 6 antriebsmäßig zu drehen. Der Aufbereitungskopf 21 ist durch eine Aufbereitungskopfwelle 29 fest an einem Rahmen getragen.
Das Universalgelenk 8, das eine Druckkraft von der Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 auf das Aufbereitungswerkzeug 6 überträgt, während es diesen Gliedern erlaubt sich relativ zueinander zu verkippen, besitzt einen kugelförmigen Lagermechanismus 40, der erlaubt, dass das Aufbereitungswerkzeug 6 und die Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 sich relativ zueinander verkippen. Das Universalgelenk 8 besitzt ferner einen Rotationsübertragungsmechanismus 45 zum Übertragen der Rotation der Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 an den Aufbereitungskörper 9. Der kugelförmige Lagermechanismus 40 umfasst eine kugelförmige Ausnehmung 41a, die in der Mitte der Unterseite eines Antriebsflansches 41 ausgebildet ist, der an dem unteren Ende der Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 befestigt ist. Der kugelförmige Lagermechanismus 40 umfasst ferner eine sphärische Ausnehmung 9a, die in der Mitte der Oberseite der Anbringungsplatte 9B ausgebildet ist, und ein Kugellager 42, das zwischen den zwei Ausnehmungen 41a und 9a ange ordnet ist. Das Kugellager 42 ist aus einem Material mit hoher Härte, wie beispielsweise einer Keramik hergestellt.
Der Rotationsübertragungsmechanismus 45 umfasst einen Antriebsstift (nicht gezeigt) der an dem Antriebsflansch 41 befestigt ist und einen angetriebenen Stift (nicht gezeigt) der an der Anbringungsplatte 9B befestigt ist. Der angetriebene Stift und der Antriebsstift sind vertikal relativ zueinander bewegbar. Daher werden, selbst wenn sich der Aufbereitungskörper 9 verkippt, der angetriebene Stift und der Antriebsstift in Eingriff miteinander gehalten, wobei sich ein Punktkontakt dazwischen verschiebt. Somit überträgt der Rotationsübertragungsmechanismus 45 das Drehmoment der Aufbereitungswerkzeugantriebswelle 7 auf den Aufbereitungskörper 9 in einer verlässlichen und stabilen Art und Weise.
Als nächstes wird die Lagesteuerung 11 zum Steuern der Lage des Aufbereitungswerkzeugs 6 unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben. 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der Aufbereitungsvorrichtung zeigt, wie oben erwähnt. 3 ist eine Ansicht in der Richtung des Pfeils III-III in 2 und 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, umfasst die Lagesteuerung 11 einen elektromagnetischen Kern 12, der an dem Aufbereitungskopf 21 befestigt ist. Vier Magnetpole 12a, 12b, 12c und 12d ragen radial nach außen aus dem elektromagnetischen Kern 12 hervor. Vier Elektromagnetspulen 13a, 13b, 13c und 13d sind auf jeweilige der Magnetpole 12a bis 12d gewickelt. Die Lagesteuerung 11 umfasst ferner einen zylindrischen Anker 14, der zu den Magnetpolen 12a bis 12d weist, und zwar über einen Spalt hinweg. Der Anker 14 ist an dem Aufbereitungskörper 9 befestigt.
Wie in 4 dargestellt ist, besitzen die Magnetpole 12a bis 12d jeweils eine U-förmige Querschnittskonfiguration mit einer 90-Grad-Drehung zueinander. Die oberen horizontal vorspringenden Teile der Magnetpole 12a bis 12d sind mit den jeweiligen Elektromagnetspulen 13a bis 13d versehen. Die Magnetpole 12a bis 12d und der Anker 14 sind aus einem magnetischen Material wie beispielsweise einem Permalloy. Wie in 3 dargestellt ist, ist die Elektromagnetspule 13a an einer Position in positiver Ausrichtung mit der X-Achse platziert. Die Elektromagnetspule 13b ist in einer Position in negativer Ausrichtung mit der X-Achse platziert. Die Elektromagnetspule 13c ist in einer Position in positiver Ausrichtung mit der Y-Achse platziert. Die Elektromagnetspule 13d ist in einer Position in negativer Ausrichtung mit der Y-Achse platziert. Vier Paare von Versetzungssensoren 15a₁ , 15a₂ ; 15b₁ , 15b₂ ; 15c₁ , 15c₂ ; und 15d₁ , 15d₂ sind auf zwei Achsen P und Q platziert, die mit einem Winkel von 45 Grad bezüglich der X- und Y-Achsen geneigt bzw. verkippt sind. Jedes Paar von Versetzungssensoren besteht aus oberen und unteren Versetzungssensoren. Jedes Versetzungssensorpaar wird durch einen Sensorhalter 17 gehalten.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionsanordnung eines Steuerteils zum Steuern der Lagesteuerung 11 zeigt. Wie in der Figur dargestellt ist, besitzt der Steuerteil ein Subtrahierglied 30 und eine Steuerung 31. Das Subtrahierglied 30 wird mit gewünschten Werten für die Lage des Aufbereitungswerkzeugs 6 beliefert und Werten α und β der Versetzung eines gesteuerten Objekts (Aufbereitungswerkzeug 6), die durch Sensoren 15 (Versetzungssensoren 15a₁ , 15a₂ ; 15b₁ , 15b₂ ; 15c₁ , 15c₂ ; und 15d₁ , 15d₂ ) detektiert werden und in einem Koordinatenwandler 35 umgewandelt werden. Unterschiede zwischen den gewünschten Werten und den Versetzungswerten α und β, die aus dem Subtrahierglied 30 abgeleitet werden, werden in die Steuerung 31 als Fehlersignale eα und eβ eingegeben. Wie in 6 dargestellt ist, zeigen α und β eine Verkippung bzw. Neigung bezüglich einer X-Achse bzw. eine Verkippung bzw. Neigung bezüglich einer Y-Achse an. Die X-Achse und die Y-Achse liegen entlang einer Horizontalebene. In diesem Fall führt das Aufbereitungswerkzeug 6 eine kombinierte Bewegung bestehend aus einer Verkippung bezüglich der X-Achse und Verkippung bezüglich der Y-Achse um das Kugellager 42 herum durch, das als Drehmittelpunkt wirkt.
Die Fehlersignale eα und eβ werden einer Kippsteuer- und Dämpfungsverarbeitung in einem PID+lokalem Phasenverschiebungsverarbeitungsabschnitt 31-1 ausgesetzt und ferner durch einen Kerb- bzw. Fallenfilter 31-2 hindurch geleitet, um Vibrationskomponenten zu entfernen und in Spannungsbefehlssignale Vα und Vβ umgewandelt. Dann werden in einem Koordinatenwandler 31-3 die Spannungsbefehlssignale Vα und Vβ in Steuersignale V_xu und V_yu umgewandelt, die durch die Lagesteuerung zur Lieferung an einen Treiberabschnitt 32 ausgegeben werden.
Der Treiberabschnitt 32 umfasst die Elektromagnetspulen 13a, 13b, 13c, 13d und Treiberschaltung 24 zum Erregen dieser Spulen. Die Steuersignale V_xu und V_yu werden an die jeweiligen Treiberschaltungen 24 angelegt, in denen sie in Erregungsströmung I_xu+, I_xu–, I_yu+ und I_yu– umgewandelt werden zum Versetzen bzw. Verschieben des Ankers 14 in irgendeine der positiven und negativen Richtungen der X- und Y-Achsen, die in 3 dargestellt sind. Die Erregungsströme I_xu+, I_xu–, I_yu+ und I_yu– werden an die Elektromagnetspulen 13a, 13b, 13c und 13d angelegt, um die Lage des gesteuerten Objekts (Aufbereitungswerkzeug 6) zu steuern. In diesem Fall ist die Drehmitte (Kugellager 42) des Aufbereitungswerkzeugs 6 und die X- und Y-Achsen des Ankers 14, die in 3 dargestellt sind, um eine vorbestimmte Höhe L zueinander versetzt. Daher kann, wenn der Anker 14 in der positiven oder negativen Richtung der X- oder Y-Achse gemäß 3 versetzt wird, der Aufbereitungskörper 9, d.h. das Aufbereitungswerkzeug 6, in der gewünschten Richtung verkippt werden bezüglich der Horizontalebene um das Kugellager 42 als Drehmittelpunkt herum.
Die 7(a)–(c) zeigen Einzelheiten der Struktur der Aufbereitungsplatte 9A, wobei 7(a) eine Bodenansicht ist; 7(b) eine Schnittansicht entlang der Linie a-a in 7(a) ist und 7(c) eine vergrößerte Ansicht eines Teils b gemäß 7(b) ist. Die Aufbereitungsplatte 9A besitzt eine scheibenförmige Konfiguration. Ein gürtelförmiger Ringvorsprungsteil 9a mit einer vorbestimmten Breite ist an der Umfangskante der Unterseite davon ausgebildet um zu erlauben, dass feine Partikel aus Diamant daran mittels Elektroabscheidung abgeschieden werden. Somit wird ein elektroabgeschiedener Ring 10 an der Oberfläche des Vorsprungsteils 9a durch Elektroabscheidung feiner Diamantpartikel vorgesehen.
Wie es bekannt ist, wird bei einem Poliervorgang ein Halbleiterwafer, der durch einen Waferträger getragen wird, gegen das Poliertuch 2 gedrückt, während eine abreibende Flüssigkeit an das Poliertuch geliefert wird. Wenn der Poliervorgang für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgeführt wird, haften abreibende Partikel (Körner) und Substanzen, die von einem Wafer entfernt werden, an dem Poliertuch 2 an, was eine Verschlechterung der Oberfläche des Poliertuchs 2 zur Folge hat. Daher wird ein Aufbereitungs- bzw. Abrichtvorgang zur Wiederherstellung des Oberflächenzustandes oder der Polieroberfläche des Poliertuchs 2 durchgeführt durch die Verwendung der Aufbereitungsvorrichtung 5, und zwar vor, nach oder während des Polierens eines Halbleiterwafers. Noch genauer werden der Drehtisch 1 und das Aufbereitungswerkzeug 6 gedreht und eine Aufbereitungsflüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser wird aus der Aufbereitungsflüssigkeitsversorgungsdüse 60 ungefähr zur Drehmitte des Poliertuchs 2 geliefert. In diesem Zustand wird die Oberfläche des mit Diamant elektrobeschichteten Rings 10 in Kontakt mit der Poliertuchoberfläche gebracht, um dadurch die Poliertuchoberfläche zu rasieren bzw. abzureiben und eine Aufbereitung bzw. Abrichtung zu bewirken. Der mit Diamant elektrobeschichtete Ring 10 besitzt eine Struktur, in der feine Diamantpartikel an der Oberfläche des Vorsprungsteil 9a abgeschieden sind und der mit Diamant beschichtete Teil ist mit Nickel plattiert, um dadurch die feinen Diamantpartikel mit der abgeschiedenen Nickelschicht zu fixieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Aufbereitungswerkzeug 6 zum Beispiel die folgenden Abmessungen. Der Durchmesser des Aufbereitungskörpers 9 beträgt 250 mm und der mit Diamant elektrobeschichtete Ring 10 mit einer Breite von 6 mm ist an der Umfangskante der Unterseite des Aufbereitungskörpers 9 ausgebildet. Der mit Diamant elektrobeschichtete Ring 10 ist in eine Vielzahl von Teilen (8 Teilen in dem dargestellten Beispiel) unterteilt. Der Durchmesser des Aufbereitungskörpers 9 ist größer eingestellt als der Durchmesser eines Halbleiterwafers als ein zu polierender Gegenstand, so dass, wenn ein Halbleiterwafer poliert wird, die aufbereitete Oberfläche des Poliertuchs einen ausreichenden Rand bzw. Spielraum für die Oberfläche des zu polierenden Halbleiterwafers in sowohl radial nach innen als auch radial nach außen gerichteten Richtungen des Drehtischs 1 umfasst. Es sei bemerkt, dass das Diamantaufbereitungswerkzeug mit einem mit Diamant elektrobeschichteten Ring ersetzt werden kann mit einem SiC-Aufbereitungswerkzeug, das einen Ring mit einer Vielzahl von SiC-Sektoren verwendet. In diesem Fall besitzt das SiC-Aufbereitungswerkzeug eine Struktur ähnlich zu der, die in den 7(a)–(c) gezeigt ist. Das SiC-Aufbereitungswerkzeug besitzt eine große Anzahl von pyramidenförmigen Vorsprüngen von mehreren Zehnteln Mikrometer Größe an der Oberfläche davon.
Während des oben beschriebenen Aufbereitungsvorgangs wird die Lage des Aufbereitungskörpers 9 durch die Lagesteuerung 11 gesteuert. In diesem Fall wird, wie oben bemerkt, die Verkippung des Aufbereitungskörpers 9 detektiert durch Verarbeitung der Ausgänge der Versetzungssensoren 15 (15a₁ , 15a₂ ; 15b₁ , 15b₂ ; 15c₁ , 15c₂ ; und 15d₁ , 15d₂ ) und die Verkippung des Aufbereitungskörpers 9 wird korrigiert um zu Bewirken, das der Aufbereitungskörper 9 in einer Horizontalebene liegt.
Alternativ wird Aufbereitungskörper 9 auf einen gewünschten Winkel in einer gewünschten Richtung bezüglich der Horizontalebene gesteuert. Als solches kann eine streng parallele Beziehung zwischen der Aufbereitungsoberfläche des Aufbereitungskörpers 9, d.h. der Unterseite des mit Diamant elektrobeschichteten Rings 10 und der Oberseite des Poliertuchs 12, d.h. der Polieroberfläche während des Aufbereitungsvorgangs beibehalten werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel würde eine Kraft zum Drücken des Aufbereitungskörpers 9 gegen die Polieroberfläche des Drehtischs 1 erhalten durch Übertragen der Andrückkraft des Luftzylinders 22 direkt auf das Aufbereitungswerkzeug 6. Zum Steuern der Lage des Aufbereitungswerkzeugs 6 wird der Zustand der Polieroberfläche an der Oberseite des Drehtischs 1 einschließlich von Unregelmäßigkeiten bzw. Welligkeiten oder Ähnlichem zuvor gemessen und in die Steuerung eingegeben, so dass eine optimale Lage des Aufbereitungswerkzeugs 6 auf der Basis der eingegebenen Daten vorab erhalten wird. Somit wird eine optimale Lage des Aufbereitungswerkzeugs 6 durch die Lagesteuerung 1 auf der Basis der detektierten Lage mittels der Versetzungssensoren 15 bewirkt.
Gemäß den 8 bis 11 ist eine Poliervorrichtung gezeigt, die mit einer Aufbereitungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung versehen ist. 8 ist eine vertikale Schnittansicht der Poliervorrichtung. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 8. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 9.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung einer Aufbereitungseinheit einschließlich eines Aufbereitungswerkzeugs 6 und einer Lagesteuerung 11 dieselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung eines Drehtischs. D.h. bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Drehtisch mit einer Lagesteuerung versehen.
Wie in 8 dargestellt ist, sind ein Drehtisch 101 mit einem Poliertuch 2 auf der Oberseite davon und eine Drehwelle 102 eines Motors (nicht gezeigt) miteinander gekuppelt über obere und untere Kupplungsglieder 103 und 104. Das untere Kupplungsglied 104 ist an dem oberen Ende der Drehwelle 102 des Motors befestigt. Das obere Kupplungsglied 103 ist an der Unterseite des Drehtischs 101 befestigt. Ein selbst ausrichtendes Rollen- bzw. Walzenlager 105 ist zwischen dem unteren Kupplungsglied 104 und dem oberen Kupplungsglied 103 angeordnet, um dem Drehtisch 101 und dem oberen Kupplungsglied 103 zu erlauben, sich in irgendeiner Richtung bezüglich des unteren Kupplungsgliedes 104 um das selbst ausrichtende Rollen- bzw. Walzenlager 105 zu verkippen, das als die Drehmitte dient. Das untere Kupplungsglied 104 ist mit einem kurzen säulenförmigen Stift 106 versehen, der mit einem Eingriffsloch 103a in Eingriff steht, das in dem oberen Kupplungsglied 103 vorgesehen ist, um dem Drehtisch 101 zu erlauben, sich zu drehen. Es sei bemerkt, dass ein vorbestimmter Freiraum zwischen dem Eingriffsloch 103a und dem Stift 106 ausgebildet ist, um ein Verkippen des Drehtischs 101 zu ermöglichen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Lagesteuerung 111 zur Steuerung der Lage des Drehtischs 101 vorgesehen. Die Lagesteuerung 111 umfasst einen elektromagnetischen Kern 112, der an einem Rahmen 28 befestigt ist. Der elektromagnetische Kern 112 ist mit vier Magnetpolen 112a, 112b, 112c und 112d versehen. Vier Elektromagnetspulen 113a, 113b, 113c und 113d sind auf die jeweiligen Magnetpole 112a bis 112d gewickelt. Die Lagesteuerung 111 umfasst ferner einen ringförmigen, scheibenförmigen Anker 114, der zu den Magnetpolen 112a bis 112d weist, und zwar über einen Spalt hinweg. Der Anker 114 ist an dem Drehtisch 101 befestigt.
Wie in 10 dargestellt ist, besitzt jeder der Magnetpole 112a bis 112d eine invertierte bzw. umgekehrte U-förmige Schnittkonfiguration. Die inneren Teile der invertierten U-förmigen Magnetpole 112a bis 112d sind jeweils mit den Elektromagnetspulen 113a bis 113d versehen. Die Magnetpole 112a bis 112d und der Anker 114 werden aus einem magnetischen Material, zum Beispiel Permalloy gebildet. Wie in 9 dargestellt ist, ist die Elektromagnetspule 113a an einer Position in positiver Ausrichtung mit der X-Achse platziert. Die Elektromagnetspule 113b ist in einer Position in negativer Ausrichtung mit der X-Achse platziert. Die Elektromagnetspule 113c ist in einer Position in positiver Ausrichtung mit der Y-Achse platziert. Die Elektromagnetspule 113d ist in einer Position in negativer Ausrichtung mit der Y-Achse platziert. Vier Versetzungssensoren 115a, 115b, 115c und 115d sind an zwei Achsen R und S platziert, die mit 45 Grad bezüglich der X- und Y-Achsen verkippt bzw. geneigt sind.
11 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionsanordnung eines Steuerteils zum Steuern der Lagesteuerung 111 zeigt. Wie in der Figur dargestellt ist, besitzen der Drehtischsteuerteil und der Aufbereitungswerkzeugsteuerteil jeweils eine Anordnung, die ähnlich zu dem Steuerteil gemäß 5 ist. Die Anordnung gemäß 11 ist zusätzlich mit einer Rechnereinheit versehen zum präzisen Detektieren relativer Positionen des Aufbereitungswerkzeugs und des Drehtischs auf der Basis von Signaleingängen von dem Aufbereitungswerkzeugsteuerteil und dem Drehtischsteuerteil.
Wie in 11 dargestellt ist, besitzt der Aufbereitungswerkzeugsteuerteil eine Subtraktionseinheit 30 und eine Steuerung 31. Die Subtraktionseinheit 30 wird mit gewünschten Werten für die Lage des Aufbereitungswerkzeugs und Versetzungswerten α und β des gesteuerten Gegenstandes, die detektiert werden durch Sensoren 15 und in einem Koordinatenwandler 35 umgewandelt und ferner durch eine Berechnungseinheit 36 korrigiert werden, auf der Basis von Information hinsichtlich der Verkippung des Drehtischs versehen. Unterschiede zwischen den gewünschten Werten bzw. Sollwerten und den Versetzungswerten α und β, die aus der Subtraktionseinheit 30 abgeleitet werden, werden als Fehlersignale eα und eβ in die Steuerung 31 eingegeben.
Der Drehtischsteuerteil besitzt eine Subtraktionseinheit 30' und eine Steuerung 31'. Die Subtraktionseinheit 30' wird mit gewünschten Werten für die Lage des Drehtischs und Versetzungswerten α' und β' des gesteuerten Objekts versehen, die detektiert werden durch Sensoren 115 (Versetzungssensoren 115a, 115b, 115c und 115d) und in einem Koordinatenwandler 35' umgewandelt und ferner durch die Berechnungseinheit 36 modifiziert werden auf der Basis von Information betreffend die Verkippung des Aufbereitungswerkzeugs. Unterschiede zwischen den gewünschten bzw. Sollwerten und den Versetzungswerten α' und β', die aus der Subtraktionseinheit 30' abgeleitet werden, werden als Fehlersignale eα' und eβ' in die Steuerung 31 eingegeben. Die Berechnungseinheit 36 berechnet relative Fehler aus Information hinsichtlich der Verkippung des Aufbereitungswerkzeugs und Information hinsichtlich der Verkippung des Drehtischs, um verbesserte Versetzungswerte α, β, α' und β' zu erzeugen, um dadurch zu erlauben, dass die Steuerung mit einem hohen Grad an Genauigkeit durchgeführt wird. Normalerweise kann der Grad der Genauigkeit angehoben werden durch Korrigieren der gewünschten Position des Aufbereitungswerkzeugs bezüglich der Verkippung des Drehtischs. Somit kann die Rückkopplung R1 zu dem Aufbereitungswerkzeug weggelassen werden. Ferner kann die Berechnungseinheit weggelassen werden. Wie in 9 dargestellt ist, zeigen α' und β' eine Verkippung bezüglich einer X-Achse bzw. eine Verkippung bezüglich einer Y-Achse an. In diesem Fall führt der Drehtisch 101 eine kombinierte Bewegung durch, bestehend aus einer Verkippung bezüglich der X-Achse und einer Verkippung bezüglich der Y-Achse, und zwar um das selbst ausrichtende Rollen- bzw. Walzenlager 105, das als die Drehmitte dient.
Die Fehlersignale eα' und eβ' werden einer Kippsteuerung und Dämpfungsverarbeitung ausgesetzt in einem PID+lokalen Phasenverschiebungsverarbeitungsabschnitt 31'-1 und ferner durch einen Kerbfilter 31'-2 hindurch geleitet, um Vibrationskomponenten zu entfernen, um dadurch in Spannungsbefehlssignale Vα' und Vβ' umgewandelt zu sein. Dann werden in einem Koordinatenwandler 31'-3 die Spannungsbefehlssignale Vα' und Vβ' in Steuersignale V_x1 und V_y1 für die Lagesteuerung umgewandelt, welche an einen Treiberabschnitt 32' geliefert werden.
Der Treiberabschnitt 32' umfasst die Elektromagnetspulen 113a, 113b, 113c und 113d und die Treiberschaltungen 24' zum Erregen dieser Spulen. Die Steuersignale V_x1 und V_y1 werden an die jeweiligen Treiberschaltungen 24' angelegt, in denen sie in Erregungsströme I_x1+, I_x1–, I_y1+ und I_y1– umgewandelt werden zum Versetzen des Ankers 114 in irgendeine der positiven und negativen Richtungen der X- und Y-Achsen, die in 8 gezeigt sind. Die Erregungsströme I_x1+, I_x1–, I_y1+ und I_y1– werden an die Elektromagnetspulen 113a, 113b, 113c und 113d angelegt, um die Lage des gesteuerten Objekts (Drehtisch 101) 33' zu steuern.
Gemäß dem in den 8 bis 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich die Lage des Drehtischs 101 zusätzlich zur Lage des Aufbereitungswerkzeugs 6 zu steuern. Daher ist es möglich, eine Aufbereitung durchzuführen, während die Aufbereitungsoberfläche des Aufbereitungskörpers 9 und die Polieroberfläche auf dem Drehtisch 101 in einem optimalen Zustand gehalten werden.
Wie oben bemerkt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Lage des Aufbereitungswerkzeugs gesteuert durch Verwendung von Elektromagnetkräften, um dadurch zu erlauben, dass eine Aufbereitung durchgeführt wird, während eine optimale Verteilung von Oberflächendruck auf die Polieroberfläche durch das Aufbereitungswerkzeug angelegt wird. Demgemäß ist es möglich, eine Polieroberfläche mit einem hohen Grad an Flachheit zu erhalten.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Druckkraft, mit der die Aufbereitungsoberfläche des Aufbereitungskörpers gegen die Polieroberfläche des Drehtischs gedrückt wird, erhalten durch Übertragen der Andrückkraft des Luftzylinders direkt auf das Aufbereitungswerkzeug. Nur die Steuerung der Verkippung des Aufbereitungswerkzeugs wird durch die Lagesteuerung durch Verwendung von Elektromagnetkräften bewirkt. Daher ist die Lagesteuerung in der Lage, eine kompakte Größe und einen einfachen Aufbau zu besitzen.

Claims

Aufbereitungsvorrichtung bzw. Abrichtwerkzeug (5) zum Aufbereiten bzw. Abrichten einer Polieroberfläche an einem Drehtisch (1), der in Gleitkontakt mit einem zu polierenden Gegenstand kommt, wobei die Aufbereitungsvorrichtung (5) Folgendes aufweist: einen Aufbereitungs- bzw. Abrichtkörper (9) zum Aufbereiten bzw. Abrichten der Polieroberfläche durch Kontakt mit der Polieroberfläche; und Andrückmittel zum Andrücken des Aufbereitungskörpers (9) gegen die Polieroberfläche des Drehtischs (1), gekennzeichnet durch: Lagesteuermittel zum Steuern einer Lage oder Ausrichtung des Aufbereitungskörpers (9) mittels einer elektromagnetischen Kraft.
Aufbereitungsvorrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei der Aufbereitungskörper (9) eine Aufbereitungsoberfläche aufweist, die an einer Unterseite davon ausgebildet ist und in der Lage ist, mit der Polieroberfläche in Eingriff zu kommen, und wobei die Lagesteuermittel in der Lage sind, einen Kippwinkel der Aufbereitungsoberfläche bezüglich der Polieroberfläche in eine Laufrichtung des Drehtischs (1) zu steuern.
Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Andrückmittel eine Antriebswelle (7) sind, zum antriebsmäßigen Drehen des Aufbereitungskörpers (9), und wobei die Aufbereitungsvorrichtung (5) ein Universalgelenk umfasst, das die Antriebswelle und den Aufbereitungskörper (9) in einer solchen Art und Weise verbindet, dass der Aufbereitungskörper (9) sich relativ zur Antriebswelle (7) neigen bzw. verkippen kann.
Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Aufbereitungsvorrichtung (5) einen Rahmen aufweist zum Tragen der Antriebswelle in einer solchen Art und Weise, dass sich die Antriebswelle um ihre Achse drehen kann und wobei die Lagesteuerung (11) Folgendes aufweist: eine elektromagnetische Einrichtung, die fest an dem Rahmen vorgesehen ist, und Ankermittel, die fest an dem Aufbereitungskörper vorgesehen sind, und die in der Lage sind mittels einer elektromagnetischen Kraft bewegt zu werden, die durch die elektromagnetische Einrichtung erzeugt wird.
Aufbereitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagesteuerung (11) Sensormittel umfasst zum Abfühlen der Lage oder Ausrichtung des Aufbereitungskörpers (9), so dass die Lagesteuerung (11) in der Lage ist, die Lage des Aufbereitungskörpers (9) ansprechend auf die abgefühlte Lage oder Ausrichtung zu steuern.
Eine Poliervorrichtung mit einem Drehtisch (11) mit einer Polieroberfläche, die in Gleitkontakt mit einem zu polierenden Gegenstand kommt, und einer Aufbereitungs- bzw. Abrichtvorrichtung (5) zum Aufbereiten der Polieroberfläche nach einem der Ansprüche (1) bis (5).
Poliervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Poliervorrichtung ferner Folgendes aufweist: eine Drehtischantriebswelle zum antriebsmäßigen Drehen des Drehtischs (1), ein Gelenk zum Verbinden der Antriebswelle (7) mit dem Drehtisch (1) in einer solchen Art und Weise, dass der Drehtisch (1) gedreht werden kann während ihm erlaubt wird, sich relativ zu der Drehtischantriebswelle zu kippen, und eine Drehtischlagesteuerung (11) zum steuerbaren Kippen des Drehtischs um das Gelenk mittels einer elektromagnetischen Kraft.
Poliervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Drehvorrichtung einen stationären Rahmen umfasst und wobei die Drehtischlagesteuerung (11) Folgendes aufweist: eine elektromagnetische Einrichtung, die fest an dem stationären Rahmen der Poliervorrichtung vorgesehen ist, und Ankermittel, die fest an dem Drehtisch (1) vorgesehen sind und die in der Lage sind mittels einer elektromagnetischen Kraft bewegt zu werden, die durch die elektromagnetische Einrichtung erzeugt wird.