DE60124424T2 - CMP-Konditionierer und Verfahren zur Anordnung von für den CMP-Konditionierer verwendeten harten Schleifkörnern - Google Patents

CMP-Konditionierer und Verfahren zur Anordnung von für den CMP-Konditionierer verwendeten harten Schleifkörnern Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen CMP-Konditionierer zum Reparieren der Beladung bzw. Beanspruchung eines Polierpads bzw. einer Polierunterlage für ein Halbleitersubstrat und zum Entfernen von Materialien, die eine Beladung bzw. Beanspruchung des Polierpads bzw. der Polierunterlage ausgelöst haben, ein Verfahren zur Anordnung von harten Schleifkörnern zur Verwendung in einem CMP-Konditionierer und ein Herstellungsverfahren für einen CMP-Konditionierer. In Fachkreisen wird der CMP-Konditionierer auch als „CMP-Abrichter" bzw. "CMP dresser" bezeichnet.
  • Ein Polierverfahren, als „CMP" (chemisch-mechanisches Polieren) bezeichnet, wurde zum Polieren von Wafern vorgeschlagen. Bei CMP wird der chemische Poliervorgang mit dem mechanischen Poliervorgang überlagert, um eine Kombination einer ausreichenden Abtragsrate mit einem fehlerfrei polierten Objekt zu erzielen und CMP wurde bisher weithin im Feinpolierschritt bzw. Endpolierschritt von Siliziumwafern verwendet.
  • Weiterhin führte in den letzten Jahren eine Zunahme der Integrationsdichte bzw. Aufbaudichte von Bauteilen zu der Notwendigkeit, die Waferoberfläche oder die Halbleitersubstratoberfläche, die einen auf der Waferoberfläche erzeugten elektrischen Leiter/eine dielektrische Schicht enthält, in einem festgelegten Arbeitsgang bei der Herstellung einer integrierten Schaltung zu polieren. Das Halbleitersubstrat wird poliert, um Oberflächendefekte, so wie hohe Überstände, Krat zer und Mikrorauhigkeit zu entfernen. Allgemein wird dieser Schritt während der Erzeugung verschiedener Elemente und integrierter Halbleiterschaltungen auf einem Wafer durchgeführt. In diesem Polierschritt sowie im Endpolierschritt eines Siliziumwafers sollte die Anforderung an Abtragsrate und Defektfreiheit kombiniert werden. Durch Einführung einer chemischen Aufschlämmung bzw. Slurry kann chemische und mechanische Glättung einer Halbleiteroberfläche mit höherer Polier-/Abtragsgeschwindigkeit und einem defektfreiem Zustand erzielt werden.
  • Ein Beispiel für den CMP-Arbeitsschritt (Prozess) ist in 6 dargestellt. Für dieses Beispiel wird eine durch Suspension hergestellte chemische Aufschlämmung bzw. Slurry 101 bereitgestellt, wobei beispielsweise Siliziumpartikel mit 5 bis 300 nm Durchmesser in einer alkalischen Lösung wie Natronlauge, Ammoniak oder Amin, zur Herstellung einer Aufschlämmung bzw. Slurry mit einem pH-Wert von etwa 9 bis 12 und ein Polierpad bzw. eine Polierunterlage 102 aus Polyurethanharz oder ähnlichem verwendet werden. Zum Zeitpunkt des Polierens wird das Halbleitersubstrat 103 gegen das Polierpad bzw. die Polierunterlage 102 unter Aufbringung eines geeigneten Drucks angedrückt, wobei dies ein Fließen und ein Verteilen der chemischen Aufschlämmung bzw. Slurry auf dem Polierpad bzw. der Polierunterlage 102 ermöglicht, und das Halbleitersubstrat 103 und das Polierpad bzw. die Polierunterlage 102 relativ zueinander, gemäß der Darstellung mit Pfeilen in der Zeichnung, rotiert werden.
  • Das Polierpad bzw. die Polierunterlage 102 wird mit einem CMP-Konditionierer konditioniert (abgerichtet), während ein Fließen von Wasser oder chemischer Aufschlämmung bzw. Slurry auf dem Polierpad bzw. der Polierunterlage 102 ermöglicht wird, um die Beladung bzw. Beanspruchung des Polierpads bzw. der Polierunterlage 102 zu reparieren und Materialien, die eine Beladung des Polierpads bzw. der Polierunterlage 102 ausgelöst haben, zu entfernen. Das Konditionieren mit einem CMP-Konditionierer wird entweder nach Vollendung des Poliervorgangs des Halbleitersubstrats 103, durch Andrücken des CMP-Konditionierers auf das Polierpad bzw. die Polierunterlage 102 durchgeführt, oder gleichzeitig mit dem Beginn des Poliervorgangs des Halbleitersubstrats 103 durch Andrücken des CMP-Konditionierers auf das Polierpad bzw. die Polierunterlage 102 in einer anderen Position als die Position, mit der das Halbleitersubstrat 103 gegen das Polierpad bzw. die Polierunterlage 102 gedrückt wurde.
  • Bei dem CMP-Konditionierer, der, wie in 7 gezeigt, für die herkömmliche Konditionierung (Bürsten) des Polierpads bzw. der Polierunterlage 102 verwendet wird, werden Diamantkörner 202 als harte Schleifkörner gleichmäßig verteilt, zum Beispiel durch manuelle Verteilung der Diamantkörner 202 auf der Oberfläche des scheibenförmigen Trägerelements 201 und dann Fixierung der Diamantkörner 202 auf den Trägerelement 201.
  • In diesem Fall ist jedoch, auch wenn die Diamantkörner 202 sorgfältig verteilt werden, die Verteilung der Diamantkörner 202 so ungünstig, dass die Diamantkörner 202 in einigen Bereichen spärlich und in anderen Bereichen dicht vorliegen. Wenn dieser Konditionier mit einer ungleichmäßigen Verteilung der Diamantkörner 202 verwendet wird, dann können die in der chemischen Aufschlämmung bzw. Slurry enthaltenen Schleifkörner in einem Bereich, in dem die Diamantkörner 202 dicht vorliegen, leicht aggregieren. Dies wirft das schwerwiegende Problem auf, dass das Schleifkornaggregat am Polierpad bzw. an der Polierunterlage (102 in 6) haftet, und als Folge davon entstehen Mikrokratzer auf dem Halbleitersubstrat (103 in 6). Weiterhin verursacht eine ungleichmäßige Verteilung der Diamantkörner 102 Unterschiede zwischen den Konditionierern und verhindert die Entwicklung konstanter Konditionierer-Eigenschaften.
  • Weiterhin entstehen deutliche Mikrokratzer bei herkömmlichen CMP-Konditionierern, da die Aufschlämmung bzw. Slurry nicht reibungslos entfernt werden kann. Um die Entfernung der Aufschlämmung bzw. Slurry, wie in 12 gezeigt, zu verbessern, werden beispielsweise Auslaufkerben 203 zur Entfernung der chemischen Aufschlämmung bzw. Slurry 101 in das Trägerelement 201 eingebracht. In diesem Fall läuft, die chemische Aufschlämmung bzw. Slurry 101 zum Zeitpunkt des Poliervorgangs durch die Auslaufkerben 203 ab. Die Bildung der Auslaufkerben 203 im Trägerelement 201 birgt jedoch die Gefahr, die CMP-Konditionierer-Eigenschaften negativ zu beeinflussen. Darüber hinaus erfordert die Herstellung von Auslaufkerben Arbeit und viel Zeit. Dies verursacht erhöhte Kosten.
  • JP-A-60-76965, das dem US Patent Nr. 4.536.195 entspricht, offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifsteins mit einer festgelegten Poliermittelverteilung. JP-A-11-77535 offenbart einen Konditionierer mit einer Schicht aus Diamantschleifkörnern in einer unregelmäßigen, streifenförmigen Form auf seiner Bearbeitungsoberfläche.
  • US-A-6 093 280 offenbart einen Konditionier-Wafer zum Konditionieren eines Polierpads bzw. einer Polierunterlage, wobei dieser mehrere Schleifpartikel auf der Konditioniereroberfläche der Platte enthält. WO 98/51448 offenbart die Positionierung von Schleifparzellen in einem Muster auf der Schneideoberfläche eines Werkzeugs bzw. einer Vorrichtung.
  • JP-2000-A-106353 offenbart einen Abrichter für ein Poliertuch für Halbleitersubstrate und JP-2000-A-52254 offenbart einen „Schleifstein" für das Schneiden von Siliziumwafern, wobei die Diamantschleifpartikel gleichmäßig verteilt sind.
  • Angesichts des Vorstehenden wurde die vorliegende Erfindung gemacht und, bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es eine Aufgabe, Mikrokratzer auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats zu vermeiden und gleichzeitig konstante CMP-Konditionierer-Eigenschaften zu schaffen.
  • Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Problem einer ungleichmäßigen Verteilung der harten Schleifkörner gelöst werden. Daher muss beim CMP-Konditionierer nicht befürchtet werden, dass in der Aufschlämmung bzw. dem Slurry enthaltene Schleifkörner, in dem Abrichter in Bereichen mit einem dichten Auftreten harter Schleifkörner aggregieren.
  • In der vorliegenden Erfindung können konstante CMP-Konditionierer-Eigenschaften und gleichzeitig das Ablaufen bzw. Entweichen der Aufschlämmung bzw. Slurry oder Ähnlichem während des Polierens ohne Bildung von Ablaufkerben oder ähnlichem, und eine Reduktion der Mikrokratzer erzielt werden.
  • Die Erfindung wird im Detail in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 ist eine erläuternde Ansicht eines CMP-Konditionierers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ist die Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung der Diamantkörner 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 ist die Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung der Diamantkörner 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4 ist die Darstellung eines Verfahrens zur Anordnung der Diamantkörner 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 5 ist die Darstellung einer Anordnungsplatte 5 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 6 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines CMP-Arbeitsschritts,
  • 7 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines herkömmlichen CMP-Konditionierers,
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht eines CMP-Konditionierers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 9 ist die Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung von Diamantkörnern 12 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 10 ist die Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung von Diamantkörnern 12 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 11 ist die Darstellung einer Anordnungsplatte 15 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 12 ist die typische Darstellung eines mit Ablaufkerben 203 versehenen CMP-Konditionierers.
  • CMP-Konditionierer gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung
  • Die Ausführungsformen des CMP-Konditionierers für Polierpads bzw. Polierunterlagen für Halbleitersubstrate, das Verfahren zur Anordnung von Schleifkörnern zur Verwendung in CMP-Konditionierern für Polierpads bzw. Polierunterlagen für Halbleitersubstrate und das Herstellungsverfahren zur Herstellung von CMP-Konditionierern gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Der CMP-Konditionierer wird zunächst in Verbindung mit 1 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, werden Diamantkörner 2 als harte Schleifkörner auf der Oberfläche eines schei benförmigen, aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem hergestellten Trägerelements 1 fixiert. Die Aufmachung des in 1 dargestellten CMP-Konditionierers ist nur ein Beispiel. Die Diamantkörner 2 müssen nicht immer über der gesamten Oberfläche des Trägerelements 1 verteilt sein. Es können zum Beispiel auf der Oberfläche des Trägerelements 1 Ablaufrinnen für den Ablauf der chemischen Aufschlämmung bzw. Slurry eingebracht werden.
  • 2 und 3 sind vergrößerte Ansichten der Oberfläche des Trägerelements 1 zur Veranschaulichung der Anordnung der Diamantkörner 2. In 2 sind die Diamantkörner 2 in einem Schachbrettmuster angeordnet. An jedem Gitterpunkt der quadratischen Elementarzelle (A) auf der Oberfläche des Trägermediums 1 ist ein Diamantkorn 2 angeordnet. Genauer gesagt wird davon ausgegangen, dass gemäß der in 2 dargestellten alternierend lang und kurz gestrichelten Linien eine erste Gruppe gerader Linien L1, die parallel in vorgegebenen Intervallen zueinander angeordnet sind und eine zweite Gruppe gerader Linien L2(die horizontalen Linien in 2), die parallel zueinander in vorgegebenen Intervallen angeordnet sind und die erste Gruppe der geraden Linien L1 in 90° schneiden, vorgesehen ist. Die Diamantkörner 2 werden auf den Schnittpunkten der ersten Gruppe gerader Linien L1 mit der zweiten Gruppe gerader Linien L2 platziert.
  • In 3 sind die Diamantkörner 2 in Honigwabenform angeordnet. Auf der Oberfläche des Trägerelements 1 wird ein Diamantkorn 2 auf jedem Gitterpunkt der Elementarzelle (B) eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Genauer gesagt wird davon ausgegangen, dass, wie durch alternierende, lange und kurze gestrichelte Linien in 3 dargestellt, eine dritte Gruppe gerader Linien L3, die in vorgegebenen Intervallen parallel zueinander angeordnet sind und eine vierte Gruppe gerader Linen L4, die in vorgegebenen Intervallen parallel zu einander angeordnet sind und die dritte Gruppe gerader Linien L3 in 120° schneiden, gebildet wird. Die Diamantkörner 2 werden an Kreuzungspunkten der dritten Gruppe gerader Linien L3 mit der vierten Gruppe gerader Linien L4 platziert.
  • In der in 2 dargestellten Anordnung entspricht der Abstand eines gegebenen Diamantkorns 2 zu jeden der vier horizontal und vertikal zu diesem Diamantkorn 2 benachbarten Diamantkörnern r, und der Abstand des gegebenen Diamantkorns 2 zu jedem der vier diagonal benachbarten Diamantkörnern (√2)r.
  • Andererseits sind in der in 3 dargestellten Anordnung alle sechs benachbarten Diamantkörner 2 äquidistant zu einem gegebenen Diamantkorn 2, d.h. der Abstand eines gegebenen Diamantkorns 2 zu jedem der sechs benachbarten Diamantkörner 2 ist r. Daher ist, bei strenger Auslegung, die Verteilung der Diamantkörner 2 in der in 3 dargestellten Anordnung homogener als die Verteilung der Diamantkörner 2 in der, in 2 dargestellten Anordnung. Daher werden mit der in 3 dargestellten Anordnung bessere CMP-Konditionierer-Eigenschaften erzielt.
  • Das Verfahren für die Anordnung von Diamantkörnern 2 entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in bezug auf 4 und 5 beschrieben. In den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen werden Diamantkörner 2 durch das nachstehende Verfahren angeordnet.
  • Im Verfahren wird, wie in 4 gezeigt, eine Oberfläche eines Trägerelements 1, die mit Lötmaterial 3 versehen ist, zuvor mit einem Kleber 4 beschichtet. Eine Anordnungsplatte 5 wird auf dem Trägerelement 1 montiert, wobei dessen Oberfläche mit dem Kleber 4 beschichtet wurde, um eine Maskierung durchzuführen.
  • Wie in 5 gezeigt, werden Durchgangslöcher 6 zur Anordnung der Diamantkörner 2 in die Anordnungs platte 5 eingebracht. Genauer gesagt werden in die Anordnungsplatte 5 Durchgangslöcher 6 in identischer Form zu der in 2 oder 3 gezeigten Anordnung angeordnet. Das Verhältnis von Durchmesser X der Durchgangslöcher 6 und der Größe D der Diamantkörner 2 erfüllt die durch die Gleichung 1·OD < X < 2·OD aufgestellten Anforderungen. Bei Erfüllung dieser Beziehung können mehrere Diamantkörner 2 daran gehindert werden, gleichzeitig in ein Durchgangsloch 6 hineinzugelangen. Ein Wall 5a zum Verhindern der Streuung ist am Kreisumfang bzw. Kreisrand der Anordnungsplatte 5 angebracht.
  • Wie in 4 gezeigt, werden in dem Stadium, in dem die Anordnungsplatte 5 auf der Oberfläche des Trägerelements 1 montiert wird, die Diamantkörner 2 über die Anordnungsplatte 5 verteilt. Zu diesem Zeitpunkt wird beispielsweise die Anordnungsplatte 5 in eine geeignete Vibration versetzt, so dass die Diamantkörner 2 in alle Durchgangslöcher 6 hineingelangen. Wenn die Diamantkörner 2 in alle Durchgangslöcher 6 hineingelangt sind, werden die überschüssigen Diamantkörner 2, die sich auf der Anordnungsplatte 5 befinden, entfernt, beispielsweise durch eine Bürste. Danach wird die Anordnungsplatte 5 von der Oberfläche des Trägerelements 1 entfernt, um die Diamantkörner 2, die auf der Oberfläche des Trägerelements 1 angebracht sind, wie in 2 oder 3 gezeigt, übrig zu lassen.
  • Nachdem die Diamantkörner 2 auf der Oberfläche des Trägerelements 1 durch das vorstehend beschriebene Verfahren angeordnet wurden, wird Löten einlagig durchgeführt, um die Diamantkörner 2 zu fixieren. Bei diesem Lötvorgang wird der Kleber 4, mit dem die Oberfläche des Trägerelements 1 beschichtet wurde, durch Erhitzen des Lötmaterials 3 sublimiert und verbleibt demnach nicht auf der Oberfläche des Trägerelements 1.
  • Im Verfahren kann ein aus Draht gewebtes Netzwerk anstelle der Anordnungsplatte 5 verwendet werden. Genauer gesagt werden die einzelnen Öffnungen bzw. Maschen des Netzwerks als Durchgangslöcher 6 in bezug auf die Anordnungsplatte 5 verwendet und die Diamantkörner 2 werden in die Öffnungen bzw. Maschen eingebracht, um die Diamantkörner 2 auf der Oberfläche des Trägerelements 1 anzuordnen.
  • Gemäß den vorstehend genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Diamantkornverteilung gleichmäßig, da die Diamantkörner regelmäßig angeordnet sind. Die Verwendung der CMP-Konditionierer gemäß den vorstehend genannten Ausführungsformen verursacht kein ungünstiges Phänomen, daß Schleifkörner in einer Aufschlämmung bzw. Slurry in Bereichen mit hoher Diamantkorndichte aggregieren. Somit kann die Mikrokratzerbildung auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats minimiert werden. Da weiterhin Eigenschaftsunterschiede zwischen CMP-Konditionierern beseitigt werden können, können konstante CMP-Konditionierer-Eigenschaften erzielt werden.
  • In den vorstehend genannten Ausführungsformen wurden die Diamantkörner wie in 2 und 3 gezeigt angeordnet. Die Anordnung der Diamantkörner ist jedoch nicht auf die Darstellungen in 2 und 3 begrenzt, und andere Anordnungen als die in 2 und 3 gezeigten können verwendet werden, so lange die Verteilung der Diamantkörner gleichmäßig ist. In diesem Fall wird beispielsweise eine bestimmte Eingrenzung der Diamantkorndichte erzielt. Zum Beispiel gibt es auf der Oberfläche des Trägerelements 1 in Bereichen mit Diamantkörnern 2 Dichteunterschiede der Diamantkörner 2 zwischen Teilbereichen einer gegebenen Fläche, wobei im Schnitt mehrere bis mehrere Dutzend Diamantkörner 2, beispielsweise 20 Diamantkörner 2 auftreten, wobei diese auf innerhalb ± 50% begrenzt sind.
  • In den vorstehenden Ausführungsformen wurden Diamantkörner 2 als harte Schleifkörner verwendet. Alternativ dazu können andere Materialien, beispielsweise kubisches Bornitrid, Borkarbid, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid als harte Schleifkörner verwendet werden.
  • Zusätzlich zum Löten kann beispielsweise die elektrolytische Abscheidung von Nickel als Fixierung der Diamantkörner 2 auf dem Trägerelement 1 verwendet werden.
  • Die Fixierung der Diamantkörner durch Löten wird als ein geeignetes Beispiel für ein Fixierverfahren der Diamantkörner beschrieben. Eine Legierung, die 0,5 bis 20 Gewichtsprozent mindestens eines der Elemente Titan, Chrom und Zirkon enthält, und einen Schmelzpunkt von 650 °C bis 1.200 °C aufweist, wird bevorzugt als Lötmaterial verwendet. In diesem Fall bildet sich eine Karbidschicht dieses Metalls im Grenzbereich zwischen den Diamantkörnern und der Lötlegierung. Der Grund für den Anteil mindestens eines der Elemente, ausgewählt aus Titan, Chrom und Zirkon in der Legierung des Lötmaterials von bevorzugt 0,5 bis 20 Gewichtsprozent ist der folgende. Wenn der Anteil des Metalls geringer als 0,5 Gewichtsprozent ist, dann bildet das Metall keine Karbidschicht im Grenzbereich zwischen den Diamanten und der Lötlegierung. Andererseits kann sich eine Karbidschicht mit genügend hoher Bindefestigkeit bilden, wenn der Anteil des Metalls 20 Gewichtsprozent beträgt.
  • Der Grund für den Schmelzpunkt der Lötlegierung bevorzugt bei 650 °C bis 1.200 °C ist, dass die Einbindefestigkeit bei einer Löttemperatur unterhalb 650 °C nicht gewährleistet werden kann, bei einer Löttemperatur über 1.200 °C werden die Diamanten nachteilig beschädigt.
  • Die Dicke der Lötlegierung beträgt bevorzugt 0,2 bis 1,5 Mal der der Diamantkörner. Wenn die Dicke der Lötlegierung unter dem vorstehend genannten, unteren Grenzwert liegt, dann wird die Bindefestigkeit zwischen den Diamanten und der Lötlegierung verringert. Andererseits kann möglicherweise eine Trennung von Lötmaterial und Trägerelement stattfinden, wenn die Dicke der Lötlegierung über der Obergrenze des vorstehend definierten Bereichs liegt.
  • Der Durchmesser der Diamantkörner liegt vorzugsweise im Bereich von 50 μm bis 300 μm. Feine Diamantkörner mit weniger als 50 μm Durchmesser erzielen keine ausreichende Polierrate, können leicht aggregieren, und gehen leicht vom Trägerelement ab. Andererseits verursachen grobe Diamantkörner mit mehr als 300 μm Durchmesser große Spannungskonzentration bzw. Kerbwirkung zum Zeitpunkt des Polierens und gehen leicht vom Trägerelement ab.
  • Wie vorstehend beschrieben bewirkt die Verwendung der CMP-Konditionierer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine Gefahr, daß in der Aufschlämmung bzw. Slurry enthaltene Schleifkörner im CMP-Konditionierer in den Teilbereichen hoher harter Schleifkorndichte aggregieren. Resultierend daraus kann die Mikrokratzerbildung auf der Oberfläche der Halbleitersubstrate minimiert werden. Weiterhin können die Eigenschaftsunterschiede zwischen CMP-Konditionierern beseitigt werden und damit konstante CMP-Konditionierer-Eigenschaften erzielt werden.
  • CMP-Konditionierer gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung
  • Die Ausführungsformen des CMP-Konditionierers für Polierpads bzw. Polierunterlagen für Halbleitersubstrate gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Das Verfahren zur Anordnung von harten Schleifkörnern für die Verwendung bei CMP-Konditionierern für Polierpads bzw. Polierunterlagen für Halbleitersubstrate und die Herstellung der CMP-Konditionierer in dieser Ausführungsform können dieselben Verfahren wie für die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sein, außer dass die in 11 dargestellte Anordnungsplatte 15 anstatt der in 11 dargestellten Anordnungsplatte 5 zum Einsatz kommt. Daher wird, außer in diesem Punkt, die vorstehende Beschreibung in bezug auf die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch auf die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet.
  • Der CMP-Konditionierer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in bezug auf 8 beschrieben. Wie in 8 dargestellt, wurden die Diamantkörner als harte Schleifkörner auf der Oberfläche eines scheibenförmigen Trägerelements 11 aus rostfreiem Stahl oder Ähnlichem fixiert.
  • 9 und 10 sind schematische Darstellungen, die die Anordnung der Diamantkörner 12 auf der Oberfläche des Trägerelements 11 zeigen. Die in 9 gezeigte Ausführungsform wird unter der Voraussetzung, dass sie mit mehreren geraden Linien (alternierend kurz und lang gestrichelte Linien L) versehen wird, die radial vom Mittelpunkt des scheibenförmigen Trägerelements 11 verlaufen, auf diesen geraden Linien mit Diamantkörnern 12 versehen. In diesem CMP-Konditionierer sind die Diamantkörner 12 so angeordnet, dass die Dichte der Diamantkörner 12 von der Innenseite des Trägerelements 11 zur Außenseite des Trägerelements 11 abnimmt. Teilbereiche, in denen keine Diamantkörner 12 auftreten, sind radial auf der Oberfläche des Trägerelements 11 gewährleistet.
  • Andererseits wird die in 10 dargestellte Ausführungsform unter der Voraussetzung, dass sie mit vielen gekrümmten Linien (alternierend kurz und lang gestrichelte Linien L) versehen wird, die radial vom Mittelpunkt des scheibenförmigen Trägerelements 11 verlaufen, auf diesen gekrümmten Linien mit Diamantkörnern 12 versehen. In diesem CMP-Konditionierer sind die Diamantkörner 12 so angeordnet, dass die Dichte der Diamantkörner 12 von der Innenseite des Trägerelements 11 zur Außenseite des Trägerelements 11 abnimmt. Teilbereiche, in denen keine Diamantkörner 12 auftreten, sind radial auf der Oberfläche des Trägerelements 11 gewährleistet. Der Ausdruck „im wesentlichen radial" in bezug auf die vorliegende Erfindung wird für die in 9 dargestellte Ausführungsform angewandt, wobei die Diamantkörner 12 radial in einer geraden Linienform angeordnet sind, sowie für die in 10 dargestellte Ausführungsform, wobei die Diamantkörner 12 radial in gekrümmter Linienform vorliegen.
  • Die Ausmaße der tatsächlichen Diamantkörner 12 sind viel kleiner als die des Trägerelements 11. In 8, 9 und 12, die später beschrieben werden, werden jedoch die Diamantkörner 12 mit größeren Ausmaßen als die Ausmaße der tatsächlichen Diamantkörner 12 zur vereinfachten Erläuterung dargestellt. Darüber hinaus liegen die geraden und die gekrümmten Linien tatsächlich radial in einem dichteren Zustand vor. In 9 und 10 jedoch ist die Anzahl der geraden und die gekrümmten Linien in vereinfachter Form dargestellt.
  • In der zweiten Ausführung dieser Erfindung kann die Anordnung der Diamantkörner 12 und die Herstellung des CMP-Konditionierers wie den vorstehend beschriebenen Verfahren in bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, mit der Ausnahme, dass die in 11 dargestellte Anordnungsplatte 15 anstatt der in 5 verwendeten Anordnungsplatte 5 verwendet wird. Wie in 11 dargestellt, werden Durchgangslöcher 16 für die Anordnung der Diamantkörner 12 in die Anordnungsplatte 15 eingebracht. Genauer gesagt, werden in 11, wie in den in 9 und 10 dargestellten Anordnungen, Durchgangslöcher 16 in der Anordnungsplatte 15 angeordnet. Das Verhältnis zwischen Durchmesser (X) der Durchgangslöcher 16 und der Größe (D) der Diamantkörner 12 erfüllt die durch die Formel 1·OD < X < 2·OD darge stellte Anforderung. Wird das Verhältnis erfüllt, dann kann verhindert werden, dass mehrere Diamantkörner 12 gleichzeitig in ein Durchgangsloch eindringen. Ein Wall 15a zur Verhinderung der Streuung wird am Außendurchmesser bzw. Außenrand der Anordnungsplatte 15 angebracht.
  • Wie oben beschrieben können in dieser Ausführungsform, da die Diamantkörner 12 regelmäßig angeordnet sind, Eigenschaftsunterschiede zwischen den CMP-Konditionierern vermieden werden. Daher können konstante CMP-Konditionierer-Eigenschaften realisiert werden. Weiterhin sind in dieser Ausführungsform die Diamantkörner 12 im wesentlichen radial vom Mittelpunkt des Trägerelements 11 angeordnet, so dass die Dichte der Diamantkörner 12 von der Innenseite des Trägerelements 11 zur Außenseite des Trägerelements 11 abnimmt. Weiterhin sind Bereiche, in denen keine Diamantkörner 12 auftreten, radial auf der Oberfläche des Trägerelements 11 gewährleistet. Basierend auf der Verwendung dieser Konstruktion kann zum Zeitpunkt des Polierens die Aufschlämmung bzw. Slurry in Richtung zur Außenseite des Trägerelements 11 entweichen, wobei dies zu einer verringerten Mikrokratzerbildung beiträgt. Weiterhin können Arbeit, Zeit und Kosten der Bearbeitung reduziert werden, da auf die Notwendigkeit zur Anwendung einer Sonderbearbeitung des Trägerelements 11 zur Entfernung der Aufschlämmung verzichtet werden kann.
  • Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Unterschied in den Eigenschaften zwischen den CMP-Konditionierern beseitigt und es können konstante bzw. stabile CMP-Konditionierer-Eigenschaften erzielt werden. Daher kann eine konstante CMP-Massenproduktion realisiert werden. Weiterhin wird die Mikrokratzerbildung verringert, da die Aufschlämmung bzw. Slurry zum Zeitpunkt des Polierens entweichen kann. Da darüber hinaus keine Notwendigkeit für eine Sonderbearbeitung für das Trägerelement zur Entfernung der Aufschlämmung bzw. Slurry besteht, können Arbeit, Zeit und Kosten der Bearbeitung reduziert werden.
  • Beispiele
  • Die nachstehenden Beispiele erläutern die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, aber grenzen sie nicht ein.
  • Diamantkörner mit 150 bis 210 μm Durchmesser wurden bereitgestellt. Ein Trägerelement aus ferritischem rostfreiem Stahl wurde ebenfalls bereitgestellt. Um die Diamantkörner am Trägerelement zu fixieren, wurde ein Lötvorgang einlagig mit einem Lötmaterial aus Ag-Cu-3Zr (Schmelzpunkt: 800 °C) durchgeführt, indem die Anordnung im Vakuum von 10–5 Torr 30 Minuten bei einer Löttemperatur von 850 °C gehalten wurde. Zehn CMP-Konditionierer wurden für jeden der drei Typen vorbereitet: Typ A (ein konventioneller Typ, wobei die Diamantkörner manuell verteilt wurden), Typ B (Anordnung in Schachbrettform, wie in 2 dargestellt) und Typ C (Anordnung in Honigwabenstruktur, wie in 3 dargestellt).
  • Für jeden CMP-Konditionierer wurde ein Polierexperiment an zehn Halbleiterwafern mit TEOS-Film durchgeführt. Genauer gesagt wurde das Polieren an 100 Wafern für jeden der Typen A, B und C durchgeführt. Das Abrichten wurde einmal 2 Minuten lang für jeden Poliervorgang durchgeführt.
  • Danach wurde ein polierter Wafer für jeden Typ aus jeweils 10 polierten Wafern der 100 polierten Wafer ausgewählt. Das heißt, für jeden Typ wurden insgesamt 10 polierte Wafer aus den 100 polierten Wafern ausgewählt. Bei den 10 ausgewählten Wafern jedes Typs wurde die Anzahl der Mikrokratzer gezählt. Als Ergebnis war, wenn eine Anzahl der Mikrokratzer im Fall der Verwendung eines CMP-Konditionierers (Abrichter) vom Typ A von 100 angenommen wurde, der relative Wert der An zahl der Mikrokratzer im Falle einer Verwendung eines CMP-Konditionierers (Abrichters) vom Typ B bzw. der relative Wert der Anzahl der Mikrokratzer im Falle einer Verwendung des CMP-Konditionierers (Abrichters) vom Typ C jeweils 26 und 17.
  • Diese Ergebnisse zeigen, dass bei den CMP-Konditionierern des Typs B und C im Vergleich zum herkömmlichen Konditionierer des Typs A die Anzahl der Mikrokratzer auf der Waferoberfläche maßgeblich verringert werden kann. Weiterhin ist der Unterschied der Eigenschaften zwischen den CMP-Konditionierern so klein, dass eine konstante CMP-Massenproduktion ermöglicht werden kann.

Claims (9)

  1. CMP-Konditionierer, enthaltend: ein Trägerelement (1) und mehrere harte Schleifkörner (2) auf einer Oberfläche des Trägerelements, wobei: die mehreren harten Schleifkörner (2) gleichmäßig auf der Oberfläche des Trägerelements (1) in einem vorgegebenen Muster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Schleifkörner (2) in einem vorgegebenen Abstand in Bezug auf jedes der benachbarten Körner (2) angeordnet ist.
  2. CMP-Konditionierer gemäß Anspruch 1, wobei die harten Schleifkörner (2) an jeweiligen Gitterpunkten einer Elementarzelle angeordnet sind, welche aus einem Quadrat auf der Oberfläche des Trägerelements (1) ausgebildet ist.
  3. CMP-Konditionierer gemäß Anspruch 1, wobei die harten Schleifkörner (2) an jeweiligen Gitterpunkten einer Elementarzelle angeordnet sind, welche aus einem gleichseitigen Dreieck auf der Oberfläche des Trägerelements (1) ausgebildet ist.
  4. CMP-Konditionierer gemäß Anspruch 1, wobei die Dichteschwankungen der harten Schleifkörner (2) zwischen Bereichen mit einer gegebenen Fläche, wo die harten Schleifkörner auftreten, innerhalb ± 50% liegen.
  5. CMP-Konditionierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die harten Schleifkörner (2) Diamantkörner sind.
  6. CMP-Konditionierer gemäß Anspruch 5, wobei die Diamantkörner (2) in einer einzigen Lage auf das Trägerelement (1) gelötet sind, wobei das Lot aus einem Metall und/oder einer Legierung besteht, wobei die Legierung 0,5 bis 20 Gewichtsprozent mindestens eines der Elemente der aus Titan, Chrom und Zirkon bestehenden Gruppe enthält, und einen Schmelzpunkt von 650 °C bis 1.200 °C aufweist, zur Bildung einer Schicht aus einem Karbid eines Metalls, das aus der aus Titan, Chrom und Zirkon bestehenden Gruppe ausgewählt ist, im Grenzbereich zwischen den Diamantkörnern und der Legierung.
  7. Verfahren zur Anordnung harter Schleifkörner zur Verwendung in dem CMP-Konditionierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den nachstehenden Schritten: Positionieren eines Anordnungselements 5 in dünner Plattenform, versehen mit mehreren, gleichmäßig angeordneten Durchgangslöchern (6), auf einer Oberfläche zur Anordnung der Schleifkörner, und Platzieren eines harten Schleifkorns in jedem Durchgangsloch des Anordnungselements.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Oberfläche zur Anordnung der Schleifkörner eine Oberfläche eines Trägerelements (1) zur Bildung des CMP-Konditionierers darstellt.
  9. Verfahren zur Herstellung eines CMP-Konditionierers mit den Schritten: Anwenden des Verfahrens zur Anordnung von harten Schleifkörnern (2) zur Verwendung in einem CMP-Konditionierer gemäß Anspruch 7 oder 8 zum Anordnen der harten Schleifkörner (2) auf der Oberfläche des Trägerelements (1) und anschließendes Fixieren der harten Schleifkörner (2) auf der Oberfläche des Trägerelements (1).
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