DE60036858T2

DE60036858T2 - Polieraufschlämmungsspender mit ultraschallwandler

Info

Publication number: DE60036858T2
Application number: DE60036858T
Authority: DE
Inventors: Liming Sunnyvale ZHANG; Samuel Vance San Jose DUNTON; Milind Ganesh San Jose WELING
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: EP1144155A3; DE60036858D1; US6196900B1; EP1144155A2; JP2003508933A; EP1144155B1; WO2001017724A3; WO2001017724A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Das Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft den Halbleiterherstellungsprozess. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Gerät für die effektivere Nutzung von Aufschlämmung zum Polieren eines Halbleiterwafers in einer chemischmechanischen Poliermaschine, wie zum Beispiel bekannt aus dem Dokument des Standes der Technik US-A-6 030 487 .
STAND DER TECHNIK
Elektronische Systeme und Schaltungen haben einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung der modernen Gesellschaft geleistet und sie werden in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, um vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen. Zahlreiche elektronische Technologien wie digitale Computer, Rechner, Audiogeräte, Videoausrüstungen und Telefonsysteme enthalten Prozessoren, welche die erhöhte Produktivität vereinfacht und die Kosten bei der Analyse und Kommunikation von Daten, Ideen und Trends in den meisten Bereichen von Wirtschaft, Wissenschaft, Bildung und Unterhaltung verringert haben. Häufig enthalten elektronische Systeme, die für die Bereitstellung dieser Ergebnisse ausgelegt sind, integrierte Schaltungen (IC – Integrated Circuit) auf Chipwafern. Normalerweise werden die Wafer durch Verfahren hergestellt, welche einen chemisch-mechanischen Polierschritt (CMP) umfassen. Üblicherweise umfassen CMP-Verfahren das Auftragen einer chemischen Aufschlämmung, welche einen chemisch/mechanischen Abrasionsschritt unterstützt, welcher den Wafer poliert und ebnet. Um effektiv zu sein und ordnungsgemäß zu funktionieren, erfordern die meisten CMP-Verfahren eine effiziente Verteilung der chemischen Aufschlämmung.
Das Ausgangsmaterial für typische ICs ist sehr hochreines Silikon. Das reine Silikonmaterial wird als ein einzelnes Kristall gezüchtet, welches die Form eines massiven Zylinders annimmt. Dieses Kristall wird dann zersägt (wie ein Laib Brot), um Wafer herzustellen, auf denen dann elektronische Komponenten konstruiert werden, indem durch ein Lithographieverfahren (z. B. Photolithographie, Röntgenstrahllitographie usw.) mehrere Schichten zu dem Wafer hinzugefügt werden. Üblicherweise wird Lithographie eingesetzt, um elektronische Komponenten herzustellen, welche Regionen unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften hinzugefügt zu den Waferschichten umfassen.
Komplexe ICs können häufig viele verschiedene aufgebaute Schichten aufweisen, wobei jede Schicht auf die vorhergehende Schicht gestapelt ist und mehrere Komponenten mit einer Vielzahl von Verbindungen umfasst. Die so entstehende Oberflächentopographie dieser komplexen ICs ist uneben (häufig sehen sie aus wie schroffe terrestrische „Bergketten" mit vielen Erhebungen oder „Hügeln" und Senken oder „Tälern"), nachdem die IC-Komponenten in Schichten aufgebaut sind.
Lithographische Techniken sind normalerweise in der Lage, eine sehr feine Oberflächegeometrie zu erzeugen, und größere Vorteile und Nutzen werden in Anwendungen realisiert, bei denen mehr Komponenten (Widerstände, Dioden, Transistoren usw.) in eine/n darunter liegende/n Chip oder IC integriert werden. Die primäre Art und Weise des Aufnehmens von mehr Komponenten in einen Chip ist, jede Komponente kleiner zu machen. Bei einem photolithographischen Verfahren haben Einschränkungen der Fokustiefe Einfluss auf die Projektion immer feinerer Bilder auf die Oberfläche der photosensitiven Schicht. Die Fokustiefenprobleme werden erschwert durch raue Topographien (z.B. die unebenen Erhebungen und Senken verursacht durch Schichten, die während lithographischer Verfahren erzeugt wurden). Die „unebene" Topographie komplexer ICs, die „Hügel" und „Täler", überhöhen die Auswirkungen einschränkender Grenzen auf die Fokustiefe, was wiederum die Anzahl der Komponenten einschränkt, welche auf einem Chip aufgenommen werden können. Somit wird zum Fokussieren gewünschter Maskenbilder, welche Submikronen-Geometrien in einer Art und Weise auf jeder der photosensitiven Zwischenschichten definieren, welche die größte Anzahl von Komponenten auf einem einzelnen Wafer erreicht, eine exakt ebene Oberfläche gewünscht. Die exakt ebene oder vollständig geebnete Oberfläche vereinfacht kleine Tiefen von Fokusoperationen enorm, und dies vereinfacht wiederum die Definition und anschließende Herstellung extrem kleiner Komponenten.
Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist das bevorzugte Verfahren zum Erhalt kompletter Ebnung einer Waferschicht. Es beinhaltet normalerweise das Entfernen eines Opferanteils von Material durch Reiben eines Polierpads bedeckt mit einer Polieraufschlämmung auf der Oberfläche des Wafers. CMP ebnet Höhenunterschiede auf der Oberfläche des Wafers, da hohe Bereiche der Topographie (Hügel) schneller entfernt werden als Bereiche niedriger Topographie (Täler). Die meisten CMP-Techniken weisen die seltene Fähigkeit auf, die Topographie über Millimeterskalen-Ebnungsdistanzen zu glätten, was nach dem Polieren in maximalen Winkeln von viel weniger als einem Grad resultiert.
Wie oben beschrieben, verwenden die meisten CMP-Verfahren eine abrasive Aufschlämmung verteilt auf einem Polierpad zum Unterstützen der glatten und vorhersehbaren Ebnung eines Wafers. Die ebnenden Attribute der Aufschlämmung bestehen üblicherweise aus einer abrasiven Reibungskomponente und einer chemischen Reaktionskomponente. Die abrasive Reibungskomponente entsteht durch abrasiver Partikel, die in der Aufschlämmung suspendiert sind. Die abrasiven Partikel erhöhen die abrasiven Eigenschaften des Polierpads, wenn es Reibungskontakt auf der Oberfläche des Wafers ausübt. Die chemische Reaktionskomponente kann Polierwirkstoffen zugeordnet werden, welche chemisch mit dem Material der Waferschicht interagieren. Die Polierwirkstoffe erweichen und/oder lösen die Oberfläche der zu polierenden Waferschicht durch chemische Reaktion damit auf. Zusammen unterstützen die abrasive Reibungskomponente und eine chemische Reaktionskomponente ein Polierpad beim Entfernen von Material von der Oberfläche des Wafers.
Die bei CMP-Verfahren eingesetzte Aufschlämmung ist üblicherweise eine Mischung aus entionisiertem Wasser, Schleifmitteln und Polierwirkstoffen. Die Komponenten der Aufschlämmung sind exakt festgelegt und kontrolliert, um eine optimierte CMP-Ebnung zu bewirken. Unterschiedliche Aufschlämmungen werden für unterschiedliche Schichten des Halbleiterwafers verwendet, wobei jede Aufschlämmung spezifische Entfernungseigenschaften für jede Art von Schicht aufweist. Als solche können Aufschlämmungen, die in extrem exakten Submikronen-Verfahren (z. B. Wolfram-Damascene-Ebnung) verwendet werden, sehr teuer sein, und sie stellen häufig den teuersten Verbrauchsartikel dar, der beim CMP-Verfahren verwendet wird.
Die Reibung, die durch den Kontakt zwischen dem rotierenden Polierpad und dem rotierenden Wafer verursacht wird, in Verbindung mit den abrasiven und chemischen Eigenschaften der Aufschlämmung bewirkt das Entfernen eines oberen Abschnittes der Waferschicht und ebnet oder poliert den Wafer mit einer Nenngeschwin digkeit. Diese Geschwindigkeit wird als die Entfernungsgeschwindigkeit bezeichnet. Eine konstante und vorhersehbare Entfernungsgeschwindigkeit ist wichtig für die Gleichmäßigkeit und Leistung des Waferherstellungsverfahrens. Die Entfernungsgeschwindigkeit sollte zweckmäßig sein, jedoch genau geebnete Wafer ergeben, frei von einer rauen Oberflächentopographie. Ist die Entfernungsgeschwindigkeit zu langsam, verringert sich die Anzahl geebneter Wafer, die in einem gegebenen Zeitraum hergestellt werden, was den Waferdurchsatz des Herstellungsverfahrens verschlechtert. Ist die Entfernungsgeschwindigkeit zu schnell, ist das CMP-Ebnungsverfahren schwer zu kontrollieren und eine kleine Variation kann die Gleichmäßigkeit beeinflussen und den Ertrag des Herstellungsverfahrens verschlechtern.
Die Aufschlämmung wird normalerweise auf das Polierpad aufgetragen und durch das Pad auf die Oberfläche des Wafers transportiert. Ein Polierpad weist normalerweise eine aufgeraute Oberfläche auf, welche eine Reihe sehr kleiner Vertiefungen und Rillen umfasst, welche dem effizienten Transport der Aufschlämmung auf die zu polierende Waferoberfläche dienen. Der effiziente Transport der Aufschlämmung erzeugt eine schnelle und konsistente Entfernungsgeschwindigkeit. Die Polierpad-Struktur besteht normalerweise sowohl aus der inhärent unebenen Oberfläche des Materials, aus dem das Polierpad hergestellt ist, und vordefinierten Vertiefungen und Rillen, welche in die Oberfläche des Polierpads eingearbeitet sind. Die Vertiefungen und Rillen agieren als Taschen zum Sammeln der Aufschlämmung für den Transport zum und vom Wafer. Zur Unterstützung bei der Aufrechterhaltung der Oberflächenqualität eines Polierpads enthalten CMP-Maschinen üblicherweise einen Konditionierer, welcher verwendet wird, um die Oberfläche des Polierpads aufzurauen. Ohne die Konditionierung wird die Oberfläche des Polierpads während des Polierverfahrens geglättet und die Entfernungsgeschwindigkeiten verringern sich enorm. Da beim Polierverfahren Aufschlämmung „verbraucht" wird, haben der Transport frischer Aufschlämmung zu der Oberfläche des Wafers und die Entfernung von Poliernebenprodukten von der Oberfläche des Wafers eine große Bedeutung bei der Aufrechterhaltung der Entfernungsgeschwindigkeit.
Die Art und Weise, in welcher die Aufschlämmung auf dem Polierpad verteilt wird, hat wesentlichen Einfluss auf die Effektivität der abrasiven und chemischen Eigenschaften der Aufschlämmung bei der Unterstützung des Polierens, was wiederum Auswirkungen auf die Entfernungsgeschwindigkeiten hat. Es ist wichtig, die Aufschlämmung gleichmäßig über die Oberfläche des Pads und des Wafers zu verteilen, so dass die Entfernung der Waferschicht gleichmäßig verläuft. Wenn ein Abschnitt des Wafers dem Kontakt mit einer übermäßigen Menge Aufschlämmung ausgesetzt ist, wird er normalerweise mit einer schnelleren Geschwindigkeit entfernt, und Abschnitte, welche nicht genug Aufschlämmung ausgesetzt sind, werden normalerweise mit einer langsameren Geschwindigkeit entfernt, was eine raue Topographie anstatt einer geebneten erzeugt. Aus dem gleichen Grund sollte bevorzugt auch eine Ansammlung der Aufschlämmungspartikel vermieden werden. Die Ansammlung von Aufschlämmungspartikeln ist ein häufiges Problem bei üblichen CMP-Aufschlämmungen.
Erforderlich sind daher ein System und ein Verfahren, welche ein effizientes Auftragen einer Aufschlämmung in einer effektiven Art und Weise auf die Oberfläche eines Polierpads vereinfachen. Das System und das Verfahren sollten eine gleichmäßige und dispergierende Verteilung von Aufschlämmungspartikeln unterstützen, während der Aufschlämmungsverbrauch verringert wird. Sie sollten auch Konditionierungsverfahren unterstützen, um ein Pad für eine kontinuierliche Verwendung vorzubereiten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Aufschlämmungsabgabesystem mit Ultraschallumwandler gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8 für die effiziente Verteilung von Aufschlämmung. Die vorliegende Erfindung nutzt Ultraschallenergie zum Vereinfachen der effizienten Aufschlämmungsauftragung in einem IC-Wafer-Herstellungsverfahren, um eine konsistente Entfernungsgeschwindigkeit und eine glatte polierte Waferoberfläche zu erzeugen. Das Aufschlämmungsabgabegerät mit Ultraschallumwandler und das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterstützen ein CMP-Verfahren zum Erreichen erhöhter Waferebnung durch die Übertragung von Ultraschallenergie auf eine Aufschlämmung. Die übertragene Ultraschallenergie vereinfacht die Partikelausgabe, die Polierpad-Konditionierung und die gleichmäßige Aufschlämmungsverteilung. Das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung erlauben ver kürzte Herstellungszeiten und verringerten Aufschlämmungsverbrauch während der IC-Wafer-Herstellung.
Bei der vorliegenden Erfindung überträgt ein Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler Ultraschallenergie auf eine Aufschlämmung, während er die Aufschlämmung auf ein Polierpad abgibt. Wenn die Aufschlämmung aus dem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler fließt, wird die Ultraschallenergie von Ultraschallumwandlern, welche sich in unmittelbarer Nähe zum Polierpad befinden, auf die Aufschlämmung übertragen. Die Ultraschallenergie übt Ultraschallkräfte aus, welche die Aufschlämmungspartikel veranlassen, der Ansammlung zu widerstehen und sich in der gesamten Aufschlämmungslösung zu verteilen, sie unterstützt das Erreichen einer gleichmäßigen Dispersion der Aufschlämmungslösung auf dem Polierpad und sie unterstützt die Polierpad-Konditionierung durch das Bewegen von Abfallpartikeln.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler.
2A ist eine Draufsicht eines CMP-Systems mit Ultraschallumwandler.
2B zeigt eine Seitenansicht eines CMP-Systems mit Ultraschallumwandler.
2C zeigt eine weitere Seitenansicht eines CMP-Systems mit Ultraschallumwandler.
2D zeigt ein CMP-System mit Ultraschallumwandler, in welchem das Polierpad kreisförmige Rillen und Vertiefungen aufweist.
2E ist ein Schema einer Polierpad-Oberfläche, in welcher sich verschiedene Partikel in Vertiefungen und Rillen in dem Polierpad abgelagert haben.
2F ist ein Schema einer Polierpad-Oberfläche, nachdem Ultraschallenergie verschiedene Partikel aus den Vertiefungen und Rillen in einem Polierpad herausbewegt hat.
3A zeigt eine Draufsicht eines CMP-Systems mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler.
3B zeigt eine Seitenansicht eines CMP-Systems mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300.
Die 1, 2A–2F und 3A–3B sind Zeichnungen, welche nicht der Erfindung wie beansprucht entsprechen.
4 zeigt eine Draufsicht eines Aufschlämmungsabgabe-Trägerrings mit Ultraschallumwandler gemäß der Erfindung.
5A zeigt eine Schnittansicht durch die Ultraschallumwandler des Waferhalters des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler, wenn er einen Wafer auf einem Polierpad positioniert.
5B zeigt eine Schnittansicht durch die Aufschlämmungsabgabeschlitze einer Ausführungsform eines Waferhalters des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler, wenn er einen Wafer auf einem Polierpad positioniert.
6 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Trägerring in Bezug auf die Oberfläche eines Wafers weiter in die Oberfläche eines Polierpads hineinragt.
7 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Aufschlämmung in Bezug auf ein Polierpad durch die Aufschlämmungsabgabeschlitze in eine Region am nächsten zu der Vorderkante der Waferkurve abgegeben wird.
8 ist ein Flussdiagramm der Schritte eines Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahrens mit Ultraschallumwandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun detailliert Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, ein Aufschlämmungsabgabeverfahren und -system mit Ultraschallumwandler zum effizienten Abgeben von Aufschlämmung und Konditionieren eines Polierpads, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Während die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, dürfte verstanden werden, dass sie nicht dazu gedacht sind, die Erfindung auf diese Ausführungsformen einzuschränken. Die Erfindung soll auch Alternati ven und Modifikationen abdecken, welche durch die beigefügten Ansprüche definiert sind. Ferner werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Stellenweise wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um Aspekte der aktuellen Erfindung nicht unnötig zu überdecken.
Die vorliegende Erfindung ist ein CMP-Aufschlämmungsabgabesystem und -verfahren, welches Ultraschallenergie nutzt, um die effiziente Aufschlämmungsauftragung bei einem IC-Wafer-Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterstützen ein CMP-Verfahren, um erhöhte Waferebnung durch Vereinfachung der Partikelausgabe, Polierpad-Konditionierung und gleichmäßige Aufschlämmungsverteilung zu erreichen. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlauben verringerte/n Herstellungszeiten und Aufschlämmungsverbrauch während der IC-Wafer-Herstellung.
1 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 100. Der Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 100 umfasst die Ultraschallumwandler 111 bis 114, die Aufschlämmungskammer 130, welche die Aufschlämmungsabgabeschlitze 121 bis 123 aufweist, und das Kupplungsstück 140. Die Aufschlämmungskammer 130 ist mit den Ultraschallumwandlern 111 bis 114, den Aufschlämmungsabgabeschlitzen 121 bis 123 und dem Kupplungsstück 140 verbunden. Die Ultraschallumwandler 111 bis 114 befinden sich intermittierend entlang einer Seite des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 100, welche sich in nächster Nähe zu einem Polierpad (nicht gezeigt) befindet.
Die Komponenten des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 100 funktionieren kooperativ zum effizienten Dispergieren einer chemischen Aufschlämmung auf ein Polierpad. Das Kupplungsstück 140 stellt einen Mechanismus zum Anschließen des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 100 an einen Aufschlämmungsbehälter (nicht gezeigt) bereit. Bei einer Ausführungsform des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler und Pad-Konditionierers 100 ist das Kupplungsstück 140 mit einem Aufschlämmungsrohr (nicht gezeigt) verbunden, welches die Aufschlämmung von einem Aufschlämmungsbehälter transportiert. Die Aufschlämmungskammer 130 empfingt die Aufschlämmung über das Kupplungsstück 140 und transportiert sie zu den Aufschlämmungsabgabeschlitzen 121 bis 123. Die Aufschlämmungsabgabeschlitze 121 bis 123 tragen die Aufschlämmung auf das Polierpad auf. Die Ultraschallumwandler 111 bis 114 übertragen Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung. Die Ultraschallenergie übt Ultraschallkräfte aus, welche dafür sorgen, dass Aufschlämmungspartikel der Ansammlung widerstehen und sich in der gesamten Aufschlämmungslösung verteilen, sie unterstützen die gleichmäßige Dispersion der Aufschlämmungslösung auf einem Polierpad und sie unterstützen die Polierpad-Konditionierung durch das Bewegen von Abfallpartikeln.
2A ist eine Draufsicht eines CMP-Systems 200A. Das CMP-System 200 umfasst einen Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210, einen Waferhalter 220, eine Polierpad-Komponente 230, einen Polierpad-Konditionierer 240 und eine CMP-Maschine 250. Die CMP-Maschine 250 ist mit dem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210, einem Waferhalter 220, einer Polierpad-Komponente 230 und dem Polierpad-Konditionierer 240 verbunden. Die Komponenten des CMP-Systems 200 funktionieren kooperativ, um einen IC-Wafer zu ebnen. Der Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210 überträgt Ultraschallenergie auf eine Aufschlämmung und gibt sie auf die Polierpad-Komponente 230 ab. Der Waferhalter 220 hält den IC-Wafer gegen die Polierpad-Komponente 230. Die Polierpad-Komponente 230 poliert und ebnet den IC-Wafer durch das Aufbringen der Aufschlämmung und physikalischer Reibungskraft auf die Oberfläche des Wafers. Der Polierpad-Konditionierer 240 konditioniert die Oberfläche der Polierpad-Komponente 230.
2B zeigt eine Seitenansicht des CMP-Systems mit Ultraschallumwandler 200B. 2C zeigt eine weitere Seitenansicht des CMP-Systems mit Ultraschallumwandler 200B. 2B ist ein Schnittbild durch die Linie BB, und 2C ist ein Schnittbild durch die Linie CC. Das CMP-System mit Ultraschallumwandler 200B umfasst den Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210, den Waferhalter 220, die Polierpad-Komponente 230, den Polierpad-Konditionierer 240 und die CMP- Maschine 250. Die CMP-Maschine 250 ist mit dem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210, dem Waferhalter 220, der Polierpad-Komponente 230 und dem Polierpad-Konditionierer 240 verbunden. Die Komponenten des CMP-Systems mit Ultraschallumwandler 200B funktionieren kooperativ zum Polieren und Ebnen eines IC-Wafers 224.
Die Polierpad-Komponente 230 wird verwendet, um eine Aufschlämmung zu einem Wafer (z.B. Wafer 224) zu transportieren und eine abrasive Reibungskraft auf die Oberfläche des Wafers aufzubringen. Die Polierpad-Komponente 230 umfasst ein Polierpad 232 und die Drehscheibenplatte 231. Das Polierpad 232 ist mit der Drehscheibenplatte 231 verbunden. Die Drehscheibenplatte 231 ist angepasst, das Polierpad 232 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu drehen. Das Polierpad 232 ist mit mehreren vorbestimmten Rillen und Vertiefungen strukturiert, um das Polierverfahren durch den Transport einer Aufschlämmung zur Oberfläche des Wafers 224 zu unterstützen. 2D zeigt das CMP-System mit Ultraschallumwandler 200B, bei welchem das Polierpad 232 kreisförmige Rillen (z.B. die Rille 297) und Vertiefungen (z.B. die Vertiefung 298) aufweist.
Der Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210 überträgt Ultraschallenergie auf eine Aufschlämmung und gibt die Aufschlämmung auf das Polierpad 232 ab. Der Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 210 umfasst die Ultraschallumwandler 211 bis 214, die Aufschlämmungskammer 218, welche die Aufschlämmungsabgabeschlitze 215 bis 217 aufweist, und den Kupplungsarm 219. Die Aufschlämmungskammer 218 ist mit den Ultraschallumwandlern 211 bis 214, den Aufschlämmungsabgabeschlitzen 215 bis 217 und dem Kupplungsarm 219 verbunden. Die Ultraschallumwandler 211 bis 214 befinden sich intermittierend entlang einer Seite des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 210, welche sich in nächster Nähe zum Polierpad 232 befindet.
Die Komponenten des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 210 funktionieren kooperativ zum effizienten Verteilen eines chemischen Aufschlämmungsflusses auf ein Polierpad. Der Kupplungsarm 219 stellt einen Mechanismus zum Verbinden des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 210 mit einem Auf schlämmungsbehälter (nicht gezeigt) bereit. Bei einer Ausführungsform des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 210 ist der Kupplungsarm 219 angepasst, um Aufschlämmung von einem Aufschlämmungsbehälter zu transportieren. Die Aufschlämmungskammer 218 empfangt Aufschlämmung über den Kupplungsarm 219 und transportiert sie zu den Aufschlämmungsabgabeschlitzen 215 bis 217. Die Aufschlämmungsabgabeschlitze 215 bis 217 geben einen Fluss der Aufschlämmung auf das Polierpad 232 ab. Die Ultraschallumwandler 211 bis 214 übertragen Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung. Die Ultraschallenergie übt Ultraschallkräfte aus, welche die Aufschlämmungspartikel veranlasst, der Ansammlung zu widerstehen und sich in der gesamten Aufschlämmungslösung zu verteilen, sie unterstützen die gleichmäßige Dispersion der Aufschlämmungslösung auf einem Polierpad und sie unterstützen die Polierpad-Konditionierung durch das Bewegen von Abfallpartikeln.
Der Waferhalter 220 nimmt einen Wafer (z.B. den Wafer 224) auf und hält ihn auf dem Polierpad 232 an Ort und Stelle. Der Waferhalter 220 umfasst einen Halterarm 221, einen Träger 222 und einen Trägerring 223. Der Halterarm 221 ist mit der CMP-Maschine 250 und dem Träger 222 verbunden, welcher wiederum mit dem Trägerring 223 verbunden ist. Die Unterseite des Wafers 224 ruht auf dem Polierpad 232. Die Oberseite des Wafers 224 wird gegen die Unterseite des Trägers gehalten 222. Wenn sich das Polierpad 232 dreht, dreht der Träger 222 auch den Wafer 224 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, während er den Wafer mit einer vorbestimmten Anpresskraft auf das Polierpad 232 drückt. Die Abrasion entstehend aus der Reibungskraft verursacht durch die Drehbewegung sowohl des Polierpads 232 als auch des Wafers 224 (unterstützt durch die Aufschlämmung) bewirkt das Polieren und Ebnen des Wafers 224.
Der Polierpad-Konditionierer 240 hilft bei der Erhaltung der abrasiven Eigenschaften des Polierpads 232. Der Polierpad-Konditionierer 240 umfasst einen Konditioniererarm 240, welcher sich über den Radius des Polierpads 232 erstreckt, und einen Endeffektor 241. Der Konditioniererarm 240 ist mit dem Endeffektor 241 und der CMP-Maschine 250 verbunden. Der Endeffektor 241 umfasst eine Konditionierungsscheibe 243, welche verwendet wird, um die Oberfläche des Polierpads 232 aufzurauen. Die Konditionierungsscheibe 243 wird durch den Konditioniererarm 242 gedreht und trans latorisch in Richtung der Mitte des Polierpads und weg von der Mitte des Polierpads 232 bewegt, so dass die Konditionierungsscheibe 241 den Radius des Polierpads 232 abdeckt, wodurch nahezu der gesamte Oberflächenbereich des Polierpads 232 abgedeckt ist, wenn sich das Polierpad 232 dreht. Der Endeffektor 243 vereinfacht das Entfernen der abgenutzten Oberfläche des Polierpads 232 und die Rekonstruktion von Rillen und Vertiefungen in der Oberfläche des Polierpads 232. Ein Polierpad mit einer kontinuierlich aufgerauten Oberfläche erzeugt eine konstantere und häufig relativ schnellere Entfernungsgeschwindigkeit als ein nicht gepflegtes Polierpad.
2E ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Polierpad-Oberfläche, in welcher sich verschiedene Partikel 283 in den Vertiefungen 281 und den Rillen 282 abgelagert haben. Ohne Konditionierung wird die Oberfläche eines Polierpads während des Polierverfahrens glatter und die Entfernungsgeschwindigkeit bei einigen Beispielen verringert sich enorm. Die Ultraschallenergie übertragen durch den Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 218 unterstützt den Konditionierungsprozess. Die Ultraschallenergie hilft dabei, dass verschiedene Partikel (z.B. verbrauchte Aufschlämmungspartikel, Abfall-Waferpartikel entfernt durch das Polieren usw.), welche sich auf der Oberfläche des Polierpads ansammeln, die Rillen und Vertiefungen in der Oberfläche des Polierpads nicht verstopfen. 2F ist eine schematische Darstellung einer Polierpad-Oberfläche, nachdem die Ultraschallenergie verschiedene Partikel 283 aus den Vertiefungen 281 und den Rillen 282 herausbewegt hat. Die übertragene Ultraschallenergie bewegt ausreichend Abfallpartikel aus den Vertiefungen und Rillen in der Oberfläche eines Polierpads heraus, so dass kein separater Konditionierer (z.B. die Konditionierer-Komponente 240) erforderlich ist, um das Polierpad zu reinigen und zu konditionieren.
Die CMP-Maschine 250 fungiert als die/der primäre Schnittstelle und Motormechanismus des CMP-Systems mit Ultraschallumwandler 200B. Die CMP-Maschine 250 umfasst einen Motor, welcher die Polierpad-Komponente 230 dreht. In einem Beispiel des CMP-Systems mit Ultraschallumwandler 200B umfasst die CMP-Maschine 250 ein Computersystem, welches die CMP-Operationen wie die Flussgeschwindigkeit der Aufschlämmung, die Anpresskraft und Drehgeschwindigkeit des Trä gers 222 und die Anpresskraft und Drehgeschwindigkeit der Polierpad-Komponente 230 steuert.
3A zeigt eine Draufsicht eines CMP-Systems mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300 und 3B zeigt eine Seitenansicht eines CMP-Systems mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300. Das CMP-System mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300 ist ähnlich dem CMP-System mit Ultraschallumwandler 200A, außer dass ein Ultraschall-Aufschlämmungsverteilungssystem in den Waferring integriert ist. Das CMP-System mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300 umfasst den Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320, die Polierpad-Komponente 230, den Polierpad-Konditionierer 240 und die CMP-Maschine 250. Die CMP-Maschine 250 ist mit dem Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320, der Polierpad-Komponente 230 und dem Polierpad-Konditionierer 240 verbunden. Die Komponenten des CMP-Systems mit Ultraschallumwandler 300 funktionieren kooperativ, um einen integrierten Wafer 224 in einer ähnlichen Art und Weise wie das CMP-System mit Ultraschallumwandler 200A zu polieren und zu ebnen, außer dass sowohl die Waferhalte- als auch die Aufschlämmungsabgabe-Funktion durch den Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320 erfolgt.
Der Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320 nimmt einen Wafer (z.B. den Wafer 224) auf, hält ihn auf dem Polierpad 232 an Ort und Stelle, gibt einen Aufschlämmungsfluss auf das Polierpad 232 ab und überträgt Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung. Der Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320 umfasst einen Halterarm 321, einen Träger 322 und einen Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323, welcher Aufschlämmungsabgabeschlitze aufweist. Der Halterarm 321 ist mit der CMP-Maschine 250 und dem Träger 322 verbunden, welcher wiederum mit dem Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 223 verbunden ist. Der Halterarm 321 ist angepasst, sich zu drehen, um einen Wafer aufzunehmen. Die Unterseite des Wafers 224 ruht auf dem Polierpad 232. Die Oberseite des Wafers 224 wird gegen die Unterseite des Trägers 322 gehalten. Wenn sich das Polierpad 232 dreht, dreht der Träger 322 auch den Wafer 224 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, während er den Wafer 224 mit einer vorbestimmten Anpresskraft auf das Polierpad 232 drückt. Die Abrasion, die aus der Reibungskraft verursacht durch die Drehbewegung sowohl des Polierpads 232 als auch des Wafers 224 (unterstützt durch die Aufschlämmung) entsteht, bewirkt das Polieren und Ebnen des Wafers 224. Die Aufschlämmung wird vom Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 abgegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet das CMP-System mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300 den Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323, um den Wafer 224 auf dem Polierpad 232 in eine Drehbewegung zu versetzen, während Aufschlämmung auf das Polierpad abgegeben und Ultraschallenergie übertragen wird. Die durch den Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 abgegebene Aufschlämmung wird effektiv genutzt. Sie wird „gezielt" auf den Wafer 224 gerichtet, was den Bedarf an der Beschichtung der gesamten Oberfläche des Polierpads 232 mit Aufschlämmung eliminiert. Die Aufschlämmung kommt nahezu umgehend in Kontakt mit dem Wafer 224, und eine Ultraschallkraft wird auf die Aufschlämmung aufgebracht, um die gleichmäßige Verteilung auf dem Polierpad 232 zu vereinfachen. Diese effizienten Attribute des CMP-Systems mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300 verringern die Verschwendung von Aufschlämmung während der CMP-Verfahren und machen die CMP-Verfahren kostengünstiger. Wenn die Aufschlämmung abgegeben wird, wird sie gleichmäßig und mit minimaler Ansammlung über die raue Oberflächenstruktur des Polierpads 232 verteilt, und sie wird unter die Oberfläche des Wafers 224 transportiert, da sich sowohl das Polierpad 232 als auch der Wafer 224 drehen. Außerdem werden verbrauchte Aufschlämmung und Poliernebenprodukte, welche an den Rillen und Vertiefungen in der Oberfläche des Polierpads 232 haften, während es sich entlang des Wafers 224 bewegt, für eine einfache Entfernung in der „Abfall"-Lösung resuspendiert. Die Ultraschallenergie wird so auf Abfallpartikel angewandt, wenn diese von der Oberfläche des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 224 weg transportiert werden.
4A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform des Aufschlämmungsabgabe-Trägerrings mit Ultraschallumwandler 323. Der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 umfasst den Trägerringkörper 450, welcher die Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 aufweist, die Ultraschallumwandler 420 bis 427 und die Trägerring-Innenfläche 470. Der Trägerringkörper 450 ist mit den Aufschlämmungsabgabeschlitzen 410 bis 417, den Ultraschallumwandlern 420 bis 427 und der Trägerring-Innenfläche 470 verbunden. Die Aufschlämmung wird vom Träger 322 nach unten zum Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 geleitet, welcher die Aufschlämmung durch die Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 verteilt. Die Ultraschallumwandler 420 bis 427 übertragen Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung.
Wie in 4 dargestellt, weist der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 der vorliegenden Ausführungsform einen Trägerringkörper mit einem Durchmesser 403 und einer Unterseite 406, welche im wesentlichen parallel zu der Ebene definiert durch den Durchmesser 403 ist, und einer Innenradiusfläche 402, welche im wesentlichen orthogonal zu der Ebene definiert durch den Durchmesser 403 ist, auf. Die Innenradiusfläche 402 ist angepasst, um den Halbleiterwafer (z.B. den Wafer 224) einzuschließen. Eine Außenradiusfläche 401 befindet sich gegenüber der Innenradiusfläche 402. Eine Oberseite 405 befindet sich gegenüber der Unterseite 406. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich mehrere Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 durch den Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 von der Oberseite 405 bis zur Unterseite 406, wobei die Aufschlämmungsabgabeschlitze angepasst sind, das Fließen der Aufschlämmung von dem CMP-System 300 zu der Unterseite 406 zuzulassen, so dass die Aufschlämmung in Kontakt mit dem Wafer 224 kommt, welcher innerhalb der Innenradiusfläche 402 eingeschlossen ist.
5A zeigt eine Schnittdarstellung durch die Ultraschallumwandler einer Ausführungsform des Waferhalters des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320, wenn er den Wafer 224 auf dem Polierpad 232 positioniert. 5B zeigt eine Schnittdarstellung durch die Aufschlämmungsabgabeschlitze einer Ausführungsform des Waferhalters des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320, wenn er den Wafer 224 auf dem Polierpad 232 positioniert. Der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 nimmt eine Anpresskraft vom Träger 322 auf und wird in die Oberfläche des Polierpads 232 gedrückt. Der Wafer 224 wird durch die Innenradiusfläche 402 auf dem Polierpad 232 an Ort und Stelle gehalten. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polierpad 232 ein Aufschlämmungsrohr 510, welches sich an verschiedenen Stellen in Aufschlämmungskanäle (z.B. die Aufschlämmungskanäle 511 bis 515) verzweigt, die an jedem der Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 ausgerichtet sind. Das CMP-System 300 pumpt Aufschlämmung durch das Aufschlämmungsrohr 510 und aus den Aufschlämmungsabgabeschlitzen 410 bis 417 heraus und auf das Polierpad 232.
6 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Trägerring in Bezug auf die Oberfläche des Wafers 224 weiter in die Oberfläche des Polierpads 232 hineinragt. Wie in 6 gezeigt, wird die Unterseite des Aufschlämmungsabgabe-Trägerrings mit Ultraschallumwandler 223 weiter in die Oberfläche des Polierpads 232 gedrückt als die Unterseite des Wafers 224. Dieses erhöhte Herausragen des Trägerrings wird eingesetzt, um Ungleichmäßigkeiten in Situationen zu verringern, in denen die Kanten des Wafers 224 dazu neigen, schneller wegpoliert zu werden als die Mitte des Wafers 224. Viele CMP-Maschinen verwenden dieses erhöhte Herausragen des Trägerringes zum Verringern der relativen Kraft, welche durch das Polierpad 232 gegen die Kanten des Wafers 224 ausgeübt wird, im Vergleich zu der Kraft, welche gegen die Mitte des Wafers 224 ausgeübt wird. Dies wirkt der Tatsache entgegen, dass die Kanten des Wafers 224 eine größere Winkelgeschwindigkeit (z.B. aufgrund der Drehung des Wafers 224 durch den Trägerarm 322) auf dem Polierpad 232 aufweisen als die Mitte des Wafers 224. Der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 der vorliegenden Erfindung vereinfacht die gleichmäßige Aufschlämmungsbereitstellung an den Wafer 224 ohne Interferenz durch das erhöhte Herausragen des Trägerrings in ein Polierpad, da die Aufschlämmung vom Boden des Trägerringes aus fließt und die Vorderkante des Trägerringes den Transport der Aufschlämmung zum Wafer nicht behindert.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Aufschlämmung in einer symmetrischen oder asymmetrischen Art und Weise durch den Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 gepumpt werden kann. In dem Fall, wo die Aufschlämmung in symmetrischer Art und Weise durch den Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 gepumpt wird, erhält jeder der Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 eine Menge der Aufschlämmung aus dem Aufschlämmungsrohr 510. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert jeder der Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 etwa die gleiche Menge Aufschlämmung an das Polierpad 232. In dem Fall, wo die Aufschlämmung in asymmetrischer Art und Weise durch den Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 gepumpt wird, erhält jeder der Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 in einer bestimmten Region des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 Aufschlämmung, wenn der Wafer 224 poliert wird.
Bei einer Ausführungsform des CMP-Systems mit einem Aufschlämmungsspender mit Ultraschallumwandler 300 wird die Aufschlämmung von einem Bereich des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 abgegeben, welcher die Vorderkante umfasst, wenn das Polierpad 232 daran vorbeiläuft. Zum Beispiel kann, wenn sich das Polierpad 232 unter dem Wafer 224 dreht, die Aufschlämmung zu irgendeinem der Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 gepumpt werden, der sich in Bezug auf das Polierpad 232 an der „Vorderkante" des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 befindet. Dies bietet den Vorteil, Aufschlämmung in einem Bereich auf das Polierpad zu injizieren, welcher sich am nächsten an der Vorderkante des Wafers 224 befindet. Wenn das Polierpad und der Wafer ihre Drehung fortsetzen, steht die Aufschlämmung anschließend in Kontakt mit der kompletten Oberfläche des Wafers 224 mit sogar noch weniger Abfall.
7 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Aufschlämmung durch die Aufschlämmungsabgabeschlitze in der Region 701 abgegeben wird, welche in Bezug auf das Polierpad 232 eine Region am nächsten an der Vorderkante der Waferkurve ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 dreht, wenn er über die Ober fläche des Polierpads 232 gleitet. Dementsprechend werden ständig neue Aufschlämmungsabgabeschlitze in die Abgaberegion 701 gedreht (wobei die Region 701 fest an der Vorderkante des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 verbleibt), und die Aufschlämmungsabgabeschlitze 410 bis 417 werden ständig aus der Abgaberegion 701 herausgedreht.
Die Vorderkanten-Aufschlämmungsinjektion bietet den Vorteil, dass sichergestellt wird, dass keine Aufschlämmung unter die Hinterkante des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 injiziert und so verschwendet wird. Wenn Aufschlämmung, die unter die Hinterkante des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 injiziert wurde, schnell vom Wafer 224 weg fließt, wird sie nicht so effizient genutzt wie Aufschlämmung, die unter die Vorderkante des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 injiziert wurde. Die Ultraschallumwandler 420 bis 427 übertragen weiterhin Ultraschallenergie, wenn sich der Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 dreht. So werden abrasive Aufschlämmungspartikel gleichmäßig über die Vorderkante verteilt, wenn Aufschlämmung aufgetragen wird, und Abfallpartikel werden bewegt, wenn sie die Hinterkante verlassen.
Zusätzlich zur Abfallminimierung sollte verstanden werden, dass der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 der vorliegenden Erfindung die Menge atmosphärischer Aussetzung, der die Aufschlämmung ausgesetzt wird, stark verringert wird. Einige in dem CMP-Verfahren verwendete Aufschlämmungen neigen dazu, mit Sauerstoff in der Luft zu reagieren. Viele Aufschlämmungen neigen auch dazu, sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen zu sein. Durch die exakt gezielte Bereitstellung der Aufschlämmung an die Oberfläche des Wafers 224 ist die Aussetzung gegenüber der Atmosphäre eingeschränkt und die Temperatur der Aufschlämmung kann viel genauer kontrolliert werden. Dies verringert den Bedarf an CMP-Maschinen beaufschlagt mit exotischen Gasen (z.B. Stickstoff-beaufschlagte CMP-Maschinengehäuse) sowie den Bedarf an teurer Temperaturregelungsausrüstung. Außerdem verwenden einige moderne CMP-Verfahren mehr und mehr höhere Polierpad-Drehgeschwindigkeiten. Durch die erhöhten Polierpad-Geschwindigkeiten kommt der gezielten Bereitstellung der Aufschlämmung sogar eine noch größere Bedeutung zu. Zum Beispiel erhöhen bei CMP-Maschinen des Standes der Technik hohe Polierpad-Drehgeschwindigkeiten die Zentrifugalkraft, die auf die Aufschlämmung einwirkt, wodurch die Tendenz erhöht wird, Aufschlämmung vom Polierpad herunter zu schleudern, bevor sie durch den Wafer 224 genutzt werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass es mehrere Mittel gibt, um eine Abgaberegion innerhalb des Aufschlämmungsabgabe-Trägerringes mit Ultraschallumwandler 323 zu implementieren. Zum Beispiel kann der Träger 322 eine Verteilung angepasst zum Bereitstellen von Aufschlämmung nur zu den Schlitzen 410 bis 417 umfassen, welche sich in der richtigen Region befinden (z.B. innerhalb der Abgaberegion 701). Diese Verteilung bleibt feststehend, selbst wenn der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring mit Ultraschallumwandler 323 und der Wafer 224 in Bezug auf das Polierpad 232 gedreht werden.
8 ist ein Flussdiagramm der Schritte eines Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahrens mit Ultraschallumwandler 800 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahren mit Ultraschallumwandler 800 setzt Ultraschallenergie ein, um die effiziente Aufschlämmungsaufbringung bei einem IC-Wafer-Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterstützt ein CMP-Verfahren zum Erreichen besserer Waferebnung durch Vereinfachung der Partikelabgabe, der Polierpad-Konditionierung und der gleichmäßigen Aufschlämmungsverteilung. Das Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahren mit Ultraschallumwandler 800 der vorliegenden Erfindung erlaubt verkürzte Herstellungszeiten und verringerten Aufschlämmungsverbrauch während der IC-Wafer-Herstellung.
In Schritt 810 wird die Aufschlämmung auf ein Polierpad (z.B. das Polierpad 23) abgegeben, was die Aufschlämmung mit einem Wafer (z.B. Wafer 224) in Kontakt bringt. Bei einer Ausführungsform wird die Aufschlämmung über einen Aufschlämmungsabgabeschlitz (z.B. die Aufschlämmungsabgabeschlitze 121 bis 123 oder 420 bis 427 usw.) auf das Polierpad gegossen. Die Aufschlämmung beschichtet die Oberfläche des Polierpads 232 innerhalb des Durchmessers des Abgaberinges 323 und beschichtet schnell die Unterseite des Wafers 244.
In Schritt 820 wird ein Wafer auf dem Polierpad eines CMP-Systems positioniert. Bei einer Ausführungsform des Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahrens mit Ultraschallumwandler 800 wird der Wafer 224 durch den Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 220 auf dem Polierpad 232 positioniert. Bei einer weiteren Ausführungsform des Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahrens mit Ultraschallumwandler 800 wird der Wafer 224 durch den Waferhalter des Aufschlämmungsspenders mit Ultraschallumwandler 320 auf dem Polierpad 232 positioniert.
Ultraschallenergie wird in Schritt 830 auf die Aufschlämmung übertragen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ultraschallenergie durch Ultraschallumwandler übertragen. Bei einer Ausführungsform des Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahrens mit Ultraschallumwandler 800 zum Beispiel übertragen die Ultraschallumwandler 111 bis 114 Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung, und bei einer weiteren Ausführungsform übertragen die Ultraschallumwandler 420 bis 427 Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ultraschallenergie auch auf das Polierpad angewandt.
In Schritt 840 wird der Wafer mit Hilfe des Polierpads, unterstützt durch die Aufschlämmung, poliert. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polieren das Reiben eines Wafer gegen eine Oberfläche des Polierpads, welche mit abrasiver Aufschlämmung beschichtet ist. Zum Beispiel transportiert die Polierpad-Komponente 230 eine Aufschlämmung zu einem Wafer (z.B. Wafer 224) und wendet eine abrasive Reibungskraft auf die Oberfläche des Wafers an. Die Polierpad-Komponente 230 umfasst ein Polierpad 232 und die Drehscheibenplatte 231. Die Polierpad-Komponente dreht sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und besteht aus einem Material, welches mit mehreren vorbestimmten Rillen und Vertiefungen strukturiert ist, um das Polierverfahren zu unterstützen, indem eine Aufschlämmung zur Oberfläche des Wafers transportiert wird. Wenn das Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahren mit Ultraschallumwandler 800 fortgesetzt wird, wird kontinuierlich über schüssiges Material von der Oberfläche dieses Wafers entfernt, wodurch die gewünschte Ebenheit erreicht wird.
In Schritt 850 wird der Wafer vom Polierpad entfernt, wenn der Wafer vollständig geebnet wurde. Bei einer Ausführungsform des Aufschlämmungsabgabe-CMP-Verfahrens mit Ultraschallumwandler 800 leitet eine CMP-Maschine anschließend den Wafer in einem polierten Zustand weiter in die Herstellungslinie für den nächsten Schritt der Verarbeitung und bereitet sich für einen nächsten Wafer aus einer Warteschlange vor.
Somit stellt der Aufschlämmungsabgabe-Trägerring der vorliegenden Erfindung ein Gerät bereit, welches die Verschwendung von Aufschlämmung in dem CMP-Verfahren einer CMP-Maschine verringert. Die vorliegende Erfindung stellt ein Gerät bereit, welches die verschwendete Menge an Aufschlämmung reduziert, und zwar ohne die Nachteile der Aufschlämmungsrecyclingschemata des Standes der Technik. Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Gerät bereit, welches das CMP-Verfahren kostengünstiger macht, indem Aufschlämmung in der effizientesten Art und Weise verwendet wird.
Die vorangegangenen Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgestellt. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehre möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu erklären, und es somit anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen bestmöglich zu nutzen, die für die bestimmte angedachte Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hierzu beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

System zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) mit Ultraschallaufschlämmungsabgabe zum Ebnen eines Wafers für integrierte Schaltungen (224), umfassend: – eine CMP-Maschine angepasst zum Fungieren als die/der primäre Schnittstelle und Motormechanismus des Ultraschall-CMP-Systems; – eine Polierpad-Komponente (232) verbunden mit der CMP-Maschine, wobei das Polierpad angepasst ist, einen Wafer für integrierte Schaltungen (IC) zu polieren und zu ebnen; – einen Waferhalter (320) verbunden mit der CMP-Maschine, wobei der Waferhalter angepasst ist, den IC-Wafer gegen die Polierpad-Komponente zu halten, und die Ultraschallenergie auf eine Aufschlämmung zu übertragen und die Aufschlämmung auf die Polierpad-Komponente abzugeben, wobei der Waferhalter ferner Folgendes umfasst: – einen Halterarm (322) verbunden mit der CMP-Maschine, wobei der Halterarm angepasst ist, sich zu drehen und einen Wafer aufzunehmen, – einen Träger verbunden mit dem Halterarm, wobei der Träger angepasst ist, den Wafer mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit zu drehen, während er den Wafer mit einer vorherbestimmten Anpresskraft auf das Polierpad (232) drückt, – einen Aufschlämmungsabgabe-Trägerring (323) mit einem Ultraschallumwandler (420) verbunden mit dem Träger und angepasst zum Abgeben von Aufschlämmung auf das Polierpad und Übertragen der Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring angepasst ist, den Wafer auf dem Polierpad in eine Drehbewegung zu versetzen, während Aufschlämmung auf das Polierpad abgegeben und die Ultraschallenergie übertragen wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Trägerring die Aufschlämmung in einer asymmetrischen Art und Weise abgibt, wobei eine Aufschlämmungsabgabe Aufschlämmung in einer bestimmten Abgaberegion des Trägerringes aufnimmt.
System nach Anspruch 2, wobei die Abgaberegion des Trägerringes, von der die Aufschlämmung abgegeben wird, die Vorderkante umfasst, wenn das Polierpad daran vorbeiläuft.
System nach Anspruch 3, wobei sich der Trägerring so dreht, dass einige Aufschlämmungsabgabeschlitze zum Abgeben der Aufschlämmung in die Abgaberegion gedreht werden, während andere aus der Abgaberegion heraus gedreht werden, wobei die Region fest an der Vorderkante des Trägerringes verbleibt.
System nach Anspruch 1, wobei der Waferhalter mit Mitteln zum Herausstrecken des Trägerringes in eine Oberfläche des Polierpads in Bezug auf eine Oberfläche des IC-Wafers versehen ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Trägerring mit mehreren Aufschlämmungsabgabeschlitzen versehen ist, welche sich durch den Trägerring von einer Oberseite zu einer Unterseite davon erstrecken, und welche angepasst sind, um den Fluss der Aufschlämmung zu der Unterseite so zuzulassen, dass die Aufschlämmung mit dem Wafer eingeschlossen innerhalb des Trägerringes in Kontakt kommt.
System nach Anspruch 5, wobei sich ein Ultraschallumwandler angepasst zum Übertragen der Ultraschallenergie zwischen einem ersten und einem zweiten benachbarten Aufschlämmungsabgabeschlitz befindet.
Verfahren zum chemisch-mechanisches Polieren (CMP) mit einer Aufschlämmungsabgabe mit Ultraschallumwandler unter Verwendung des Systems nach einem der vorhergehenden Ansprüche und folgende Schritte umfassend: – das Positionieren eines Wafers (224) auf dem Polierpad (232), – das Abgeben von Aufschlämmung auf das Polierpad, welches die Aufschlämmung mit dem Wafer in Kontakt bringt, – das Übertragen von Ultraschallenergie auf die Aufschlämmung, – das Polieren des Wafers mit Hilfe des Polierpads, unterstützt durch die Aufschlämmung, und – das Entfernen des Wafers von dem Polierpad, wenn der Wafer vollständig geebnet wurde.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Aufschlämmung durch Aufschlämmungsabgabeschlitze abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner den Schritt des Anwendens von Ultraschallenergie auf das Polierpad umfasst.