DE60104903T2 - Polierscheibe mit druckbeaufschlagter membran - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Beispiel für ein derartiges System ist in EP 920 956 A offenbart.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Bei der Fertigung von Halbleiterelementen besteht ein Bedarf an der Durchführung von chemisch-mechanischen Poliervorgängen (CMP), einschließlich dem Polieren, Schleifen und der Waferreinigung. Üblicherweise haben Bauelemente mit integrierten Schaltkreisen die Form von Strukturen mit mehreren Ebenen. Auf der Substratebene sind Transistorelemente mit Diffusionsbereichen ausgebildet. Auf anschließenden Ebenen sind metallisierte Verbindungsleitungen gebildet und mit den Transistorelementen elektrisch verbunden, um das gewünschte funktionelle Bauelement zu erhalten. Strukturierte leitende Schichten sind von anderen leitenden Schichten durch dielektrische Materialien, wie beispielsweise Siliziumdioxid, isoliert. Wenn mehr metallisierte Ebenen und zugehörige dielektrische Schichten gebildet werden, nimmt die Notwendigkeit zum Planarisieren des dielektrischen Materials zu. Ohne Planarisierung ist die Fabrikation zusätzlicher metallisierter Schichten wesentlich schwieriger, da die Oberflächentopografie größere Abweichungen aufweist. Bei anderen Anwendungen werden metallisierte Leitungsstrukturen im dielektrischen Material gebildet, und dann werden CMP-Vorgänge durchgeführt, um die überschüssige Metallisierung zu entfernen.
  • Gemäß dem Stand der Technik sind CMP-Systeme typischerweise mit bandartigen, umlaufenden oder bürstenartigen Stationen ausgestattet, in denen Bänder, Kissen oder Bürsten verwendet werden, um eine oder beide Seiten eines Wafers zu schrubben, zu schleifen und zu polieren. Um den CMP-Vorgang zu vereinfachen und zu verbessern, wird eine Aufschlämmung verwendet. Die Aufschlämmung wird üblicherweise auf eine bewegliche Bearbeitungsfläche, beispielsweise ein Band, ein Kissen, eine Bürste oder ähnliches aufgebracht und sowohl über die Bearbeitungsfläche als auch über die Oberfläche des Halbleiterwafers verteilt, der geschliffen, poliert oder auf andere Weise durch das CMP-Verfahren bearbeitet werden soll. Die Verteilung wird im Allgemeinen durch eine Kombination aus der Bewegung der Bearbeitungsfläche, der Bewegung des Halbleiterwafers und der zwischen dem Halbleiterwafer und der Bearbeitungsfläche erzeugten Reibung erzielt.
  • 1 zeigt exemplarisch ein CMP-System 10 gemäß dem Stand der Technik. Das CMP-System 10 in 1 ist ein Bandsystem, das so genannt wird, weil die Bearbeitungsfläche ein endloses Band 18 ist, das auf zwei Trommeln 24 montiert ist, die das Band 18 in eine Umlaufbewegung versetzen, wie von den Pfeilen 26 zum Andeuten der Umlaufrichtung des Bands gezeigt wird. Ein Wafer 12 ist auf einer Wafer-Halterung 14 befestigt, die in die Richtung 16 gedreht wird. Der sich drehende Wafer 12 wird dann mit einer Kraft F gegen das umlaufende Band 18 gedrückt, um ein CMP-Verfahren durchzuführen. Einige CMP-Verfahren erfordern eine erhebliche aufzuwendende Kraft F. Eine Platte 22 ist vorgesehen, um das Band 18 zu stabilisieren und um eine feste Fläche bereitzustellen, gegen die der Wafer 12 gedrückt werden kann. Die Aufschlämmung 28, die aus einer wässrigen Lösung, wie zum Beispiel NH4OH oder DI-Wasser mit darin dispergierten Schleifpartikeln zusammengesetzt ist, wird stromaufwärts des Wafers 12 zugeführt. Das Verfahren des Schrubbens, Schleifens und Polierens der Oberfläche des Wafers wird unter Verwendung eines endlosen Polierkissens, das auf das Band 18 aufgeklebt ist, erzielt. Typischerweise ist das Polierkissen aus porösen oder faserartigen Materialien zusammengesetzt und hat keine festen Schleifkörper.
  • 2 ist eine detaillierte Ansicht einer konventionellen Anordnung 30 aus Wafer-Halterung und Platte. Die Anordnung 30 aus Wafer-Halterung und Platte umfasst die Wafer-Halterung 14 und die unterhalb der Wafer-Halterung 14 angeordnete Platte 22. Die Wafer-Halterung 14 umfasst einen festen Haltering 32, der den Wafer 12 in seiner Position unterhalb der Wafer-Halterung 14 hält. Zwischen der Wafer-Halterung 14 und der Platte 22 befinden sich das Polierkissen und -band 18. Die Polierplatte 22 hat einen geringen Abstand vom Polierkissen oder -band 18 mit einem sehr kleinen Luftspalt, der "Luftlager" genannt wird und der zwischen der Platte 22 und dem Polierkissen 18 definiert ist. Das Luftlager zwischen der Platte 22 und dem Kissen 18 wurde in konventioneller Weise bei einem Versuch benutzt, ein gleichmäßiges Polierergebnis an der Oberfläche zu erzielen.
  • Um das Luftlager aufrechtzuerhalten, sind in der Platte 22 im allgemeinen Luftlöcher ausgebildet, die in konzentrischen Ringmustern von der Mitte der Platte 22 zum äußeren Rand der Platte 22 hin angeordnet sind. Jeder Ring bildet einen Luftzufuhrbereich, an dem von einer Luftzufuhr kommende Luft während des Polierens durch die Löcher geleitet wird, so dass das Luftlager gebildet wird. Über die Kante der Platte wird die Luft abgeleitet.
  • Durch mehrfach vorgesehene Luftzufuhrbereiche kann das Verteilprofil der Luft des Luftlagers erforderlichenfalls radial variiert werden, um ein optimales Polierergebnis durch Variieren der Polierrate in jedem Bereich zu erzielen. Unglücklicherweise sind die Verteilprofile der Bereiche nicht vollkommen unabhängig voneinander. Dies kompliziert die Einrichtung verschiedener Verteilprofile für verschiedene Bereiche.
  • Darüber hinaus ist das Luftlager sehr empfindlich gegenüber den Umgebungsbedingungen. Beispielsweise variiert der Druck des Luftlagers in Abhängigkeit von dem Spalt zwischen dem Kissen 18 und der Platte 22. Wenn das Kissen 18 in einem Bereich gegen die Platte 22 gedrückt wird, wird somit der Druck in sämtlichen Bereichen des Luftlagers beeinflusst, wodurch dem CMP-Vorgang eine unerwünschte Komplexität verliehen wird.
  • Angesichts der vorstehenden Ausführungen gibt es einen Bedarf für ein Verfahren, das größere Unabhängigkeit der Luftverteilprofile von Bereich zu Bereich er möglicht, wodurch es einfacher wird, die Polierrate in jedem Bereich von den anderen Bereichen unabhängig zu machen und dadurch die Flexibilität und Funktionalität des Herstellverfahrens zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Allgemein gesagt, erfüllt die vorliegende Erfindung diesen Bedarf, indem sie die Leistungsfähigkeit des CMP-Verfahrens durch Verwendung eines Systems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erhöht.
  • Andere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft das Prinzip der Erfindung darstellen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung sowie ihre weiteren Vorteile werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen:
  • 1 ein beispielhaftes CMP-System des Standes der Technik illustriert;
  • 2 eine detaillierte Ansicht einer konventionellen Anordnung aus Wafer-Halterung und Platte ist;
  • 3 ein Diagramm ist, das eine Plattenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ein detailliertes Diagramm ist, das eine Plattenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ein Diagramm ist, das eine Plattenanordnung mit verschiedenen ringförmigen Blasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6A eine Draufsicht auf eine Anordnung mit ringförmigen Blasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6B eine Draufsicht ist, die eine Anordnung mit ringförmigen Blasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird eine Erfindung zum Erreichen einer verbesserten Leistung eines CMP-Verfahrens offenbart, bei der mit Druck beaufschlagte Membranen und piezoelektrische Elemente als Ersatz für eine Platte mit Luftlager verwendet werden. Bei einer Ausführungsform ist eine mit Druck beaufschlagte Membran vorgesehen, die eine zonale Kontrolle während des CMP-Verfahrens mittels konzentrischer Blasen ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform sind piezoelektrische Elemente auf einer Platte vorgesehen, die eine zonale Kontrolle während des CMP-Verfahrens ermöglichen. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle diese spezifische Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Verfahrensschritte nicht im Einzelnen beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
  • 1–2 sind mit den Grundbegriffen des Standes der Technik beschrieben worden. 3 ist ein Diagramm, das eine Plattenanordnung 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Plattenanordnung 300 umfasst eine Wafer-Halterung 302 mit einem Haltering 304 und einem unterhalb der Wafer-Halterung 302 angeordneten Wafer 306. Die Plattenanordnung 300 umfasst weiterhin eine unterhalb eines Polierbandes 310 angeordnete Platte 308. Die Platte 308 umfasst eine unter Druck stehende Membran 312, die durch ringförmige Blasen 314 mit Druck beaufschlagt ist.
  • Während des Betriebes wird die Platte 308 gegen das Polierkissen oder -band 310 gedrückt, das die Oberfläche des Wafers 306 poliert. Um die Gleichmäßigkeit des Poliervorganges zu verbessern, kann jede Blase 314 individuell mittels einer Luftquelle mit Druck beaufschlagt werden. Die ringförmigen Blasen 314 verbessern in vorteilhafter Weise die Leistung des CMP-Verfahrens, indem die unter Druck stehende Membran 312 einer erhöhten zonalen Kontrolle unterworfen wird. Anders als ein konventionelles Luftlager vermindert die unter Druck stehende Membran 312 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die während des CMP-Verfahrens benötigte Luftmenge erheblich.
  • Darüber hinaus ist ein CMP-Verfahren, bei dem die unter Druck stehende Membran 312 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht so empfindlich gegenüber den Verfahrensbedingungen wie ein konventionelles CMP-Verfahren, bei dem Luftlager verwendet werden. Anders als bei Luftlagern unterliegt der Druck der unter Druck stehenden Membran 312 der vorliegenden Erfindung nicht so großen Schwankungen, wie sie bei Luftlagern auftreten, wenn sich der Spalt zwischen dem Polierkissen 310 und der Platte 308 ändert. Wenn das Polierkissen 310 somit in einem Bereich in Richtung der Platte 308 geschoben wird, wird der Druck in den anderen Bereichen der unter Druck stehenden Membran 312 nicht so beeinflusst, wie das in diesen anderen Bereichen bei der Verwendung eines Luftlagers der Fall wäre, da die Blasen nicht miteinander gekoppelt sind.
  • 4 ist ein detailliertes Diagramm, das eine Plattenanordnung 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Platenanordnung 400 umfasst ein Polierband 310, das oberhalb einer Platte 308 angeordnet ist, die eine unter Druck stehende Membran 312 aufweist, die von ringförmigen Blasen 314 mit Druck beaufschlagt ist. Wie in 4 gezeigt ist, umfasst jede ringförmige Blase 314 ein dünnes rohrförmiges Material 402. Bei einer Ausführungsform wird das rohrförmige Material 402 jeder ringförmigen Blase 314 durch Luft mit Druck beaufschlagt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das rohrförmige Material 402 unter Verwen dung jedes anderen Mittels mit Druck beaufschlagbar ist, das in der Lage ist, Druck auf eine ringförmige Blase 314 auszuüben, wie beispielsweise ein Fluid, wie es für einen Fachmann ersichtlich ist.
  • Die unter Druck stehende Membran 312 umfasst vorzugsweise ein glattes, flexibles Material. Geeignete Materialien sind u. a. Polyurethan, Silikon, dünne Metalle (z. B. rostfreier Stahl), Polyetheretherketon (PEEK) und Teflon. Wie zuvor erwähnt wurde, ermöglichen die ringförmigen Blasen 314 eine verbesserte zonale Kontrolle während eines CMP-Verfahrens. Um die zonale Kontrolle noch weiter zu verbessern, kann die Größe der ringförmigen Blasen 314 innerhalb der unter Druck stehenden Membran 312 variiert werden, wie nachstehend in näheren Einzelheiten erläutert wird.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Plattenanordnung 500 mit verschiedenartigen ringförmigen Blasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Plattenanordnung 500 umfasst eine Platte 308 mit einer unter Druck stehenden Membran 312, die von ringförmigen Blasen 314 mit Druck beaufschlagt ist. Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Plattenanordnung 500 ringförmige Blasen 314 mit verschiedenen Größen.
  • Genauer gesagt nimmt die Größe der ringförmigen Blasen 314 ab, je näher diese zum Rand der Platte 308 angeordnet sind. Im Allgemeinen bestehen bei einem CMP-Verfahren erhöhte Schwierigkeiten im Bereich von ca. 10–15 mm vom Rand des Wafers. Aus diesem Grund erhöht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Auflösung in der Nähe des Randes des Wafers durch Verringerung der Größe der ringförmigen Blasen 314 in der Nähe des Randes der Platte 308. Da die Mitte des Wafers typischerweise eine geringere Auflösung erfordert, sind die mittleren ringförmigen Blasen 314 in ähnlicher Weise oft größer ausgebildet als diejenigen am Rand der Platte 308.
  • 6A ist eine Draufsicht auf eine ringförmige Blasenanordnung 600a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die ringförmige Blasenanordnung 600a umfasst die ringförmige Blasenanordnung; diese bildet einen vollständi gen Kreis um das Zentrum der Platte. Auf diese Weise kann jede ringförmige Blase 314a individuell mit Druck beaufschlagt werden, um eine zonale Kontrolle während des CMP-Verfahrens zu ermöglichen. Um die zonale Kontrolle während des CMP-Verfahrens weiter zu erhöhen, kann die Länge jeder ringförmigen Blase reduziert werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 6B erläutert wird.
  • 6B ist eine Draufsicht, die eine ringförmige Blasenanordnung 600b gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die ringförmige Blasenanordnung 600b umfasst konzentrische ringförmige Blasen 314b. Anders als die Ausführungsform von 6A bildet jede der konzentrischen ringförmigen Blasen 314b der ringförmigen Blasenanordnung 600b keinen vollständigen Kreis um das Zentrum der Platte. Jede konzentrische ringförmige Blase 314b der ringförmigen Blasenanordnung 600b variiert hinsichtlich ihrer Größe in Abhängigkeit von der jeweiligen Nähe der ringförmigen Blase 314 zum Rand der Platte.
  • Wie oben erwähnt wurde, ergeben sich während eines CMP-Verfahrens häufiger Schwierigkeiten in einem Bereich von 10–15 mm vom Rand des Wafers. Aus diesem Grund erhöht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Auflösung in der Nähe des Randes des Wafers durch Verringerung der Größe der ringförmigen Blasen 314b in der Nähe des Randes der Platte. Da das Zentrum des Wafers typischerweise eine geringere Auflösung erfordert, sind die mittleren ringförmigen Blasen 314b in ähnlicher Weise oft größer ausgebildet als diejenigen am Rand der Platte.
  • Vorteilhafterweise verbessern die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Leistung bei CMP-Anwendungen, indem sie eine erhöhte zonale Kontrolle über eine unter Druck stehende Membran ermöglichen, bei der innere ringförmige Blasen verwendet werden.
  • Obwohl die vorstehende Erfindung mit gewissen Einzelheiten zum Zweck des klareren Verständnisses beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass gewisse Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfanges der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können. Demgemäss sind die vorliegenden Ausführungsfor men als beschreibend und nicht als beschränkend anzusehen, und die Erfindung ist nicht auf die darin dargestellten Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfanges der beigefügten Ansprüche geändert werden.

Claims (8)

  1. System zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei chemisch-mechanischen-Polier (CMP) – Anwendungen, umfassend: – eine Wafer-Halterung (302), die zur Aufnahme eines Wafers (306) geeignet ist, – ein Polierband (310), das unterhalb der Wafer-Halterung (302) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Platte (308) vorgesehen ist, die eine Membran (312) aufweist, die unterhalb des Polierbandes (310) positioniert ist, wobei die Platte (308) weiterhin ringförmige, unter der Membran (312) angeordnete Blasen (314) aufweist, wobei die ringförmigen Blasen (314) geeignet sind, Kraft auf die Membran (312) auszuüben.
  2. System nach Anspruch 1, worin die Membran (312) der Platte weiches und flexibles Material umfasst.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, worin die ringförmigen Blasen (314) verschiedene Ausdehnungen haben.
  4. System nach Anspruch 3, worin die ringförmigen Blasen (314) in der Nähe eines Randes der Platte kleiner sind als ringförmige Blasen in der Nähe des Zentrums der Platte.
  5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin jede ringförmige Blase (314) individuell mit Druck beaufschlagbar ist, um Kraft auf die Membran (312) auszuüben.
  6. System nach Anspruch 5, worin die auf die Membran ausgeübte Kraft auf das Polierband (310) übertragen wird, um eine zonale Kontrolle während eines CMP-Verfahrens auszuüben.
  7. System nach Anspruch 5 oder 6, worin jede ringförmige Blase (314) mittels eines Gases mit Druck beaufschlagt wird.
  8. System nach Anspruch 5 oder 6, worin jede ringförmige Blase (314) mittels einer Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird.
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