DE69419479T2

DE69419479T2 - Verfahren zum Schleifen von Halbleiterwafern und Gerät dafür

Info

Publication number: DE69419479T2
Application number: DE69419479T
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Hashimoto; Fumio Suzuki; Kouichi Tanaka
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: EP0653270B1; US5584746A; EP0653270A1; DE69419479D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen bzw. Polieren von Halbleiterwafern, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern, das sich als sogenanntes Planarisierungsverfahren zur Verbesserung der globalen Ebenheit der Oberfläche eines Halbleiterwafers bei dessen Herstellung in einem Ultrahöchstintegrationsverfahren (VLSI-Verfahren) eignet.
Mit der weiteren Implementierung der Submikrometertechnologie durch die Halbleiterindustrie erfordern Zwischenverbindungen zwischen Komponenten auf der Oberseite eines Chips einen immer größeren, auf der Chipoberseite zu belegenden Raum. Daher spielen die Miniaturisierung von Strukturen und die Verwendung von Mehrebenen-Zwischenverbindungen eine immer wichtigere Rolle in der VLSI-Technologie. Diesem Trend in der VLSI-Technologie entsprechend, muß ein Halbleiterwafer auf einer Seite, wo andere Materialien zur Ausbildung gewünschter Schaltungen aufgebracht werden, innerhalb enger Toleranzen eben sein, d. h. auf den Halbleiterwafer wird eine dielektrische Zwischenebenenschicht zur Vorbereitung der nächsten Fotolithografie aufgebracht, um miniaturisierte Strukturen für Zwischenverbindungen auf die Oberfläche aufzudrucken.
In Richtung der Miniaturisierung folgen die Zwischenverbindungen einem Trend, wonach sich die Breite jeder Zwischenverbindung verringert, während die Dicke beibehalten wird. Nach dieser Entwicklungslinie in der Technologie wird auf einem Substrat wegen der strukturellen Schärfe der modernen Verdrahtung, die einen rechten Winkel zur dielektrischen Basisschicht oder überhängende Seiten der Verdrahtung auf dem Substrat bedeutet, der Isolator-Bedeckungsgrad auf einer Verdrahtung und um diese herum immer schlechter.
Die Fortschritte in der VLSI-Technologie stellen immer härtere Anforderungen an Planarisierungsverfahren. Diese Tendenz beschleunigt die Anwendung des chemischmechanischen Polierens von Siliciumdioxid, das als dielektrische Zwischenebenenschicht für die Herstellung von VLSI-Chips verwendet wird.
Gegenwärtig angewandte Verfahren sind unter anderem das Glasaufschmelzen, Gegenfeldsputtern und eine Anzahl von Verfahren mit Aufbringen von Material im flüssigen Zustand durch ein Schleuderverfahren. Keines dieser Verfahren planarisiert die Topographie in einer größeren Querausdehnung als 10 bis 100 um. Häufig wird phosphordotiertes Siliciumdioxid verwendet, um einen gleichmäßigen Bedeckungsgrad der nächsten leitenden Schicht sicherzustellen. Es werden chemische Beschichtungsverfahren angewandt, um die Siliciumdioxidschicht auf einem Substrat als Isolator zwischen Metallschichten zum Beispiel Zwischenverbindungen, sowie zur abschließenden Passivierung über Bauelementen und als Getterquelle zu erzeugen.
Phosphordotierte Siliciumdioxide, wie z. B. PSG und BPSG, werden auf Chips in Form einer Schicht aufgebracht, die winzige Stufenstrukturen auf der Oberfläche bedeckt, woran sich eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 800ºC bis 1100ºC anschließt, um die dotierten Siliciumdioxide als viskoses Fluid fließen zu lassen, um die rauhe Oberfläche von entstehenden Chips zu glätten.
Das Planarisierungsverfahren mittels Aufbringen einer Schicht aus dotiertem Siliciumdioxid kann folglich nur ausgeführt werden, indem man ein solches Dielektrikum bei hohen Temperaturen fließen läßt, so daß, wenn die höchste zulässige Substrattemperatur niedriger ist als die Fließtemperatur des Oxids, d. h. wenn zum Beispiel die Substratoberfläche mit Aluminium bedampft wurde, das Planarisierungsverfahren nicht angewandt werden kann. In letzter Zeit hat sich das Interesse auf chemisch-mechanische Polierverfahren zum Planarisieren in der VLSI-Technologie konzentriert, da mit dieser Technik viel ausgedehntere Oberflächenmerkmale als mit den bekannten Verfahren planarisiert werden können.
Bei dem herkömmlichen chemischmechanischen Polierverfahren gibt es eine Reihe von Problemen, die angesprochen werden müssen. Gemäß dem Verfahren kann sich die Polierunterlage an die Verbiegung und Krümmung eines Halbleiterwafers anpassen, und diese Eigenart der Unterlage ermöglicht es. Bauelementstufen auf einem Substrat einzuebnen, aber angesichts der harten Anforderung an die Ebenheit innerhalb enger Toleranzen für die Verwendung in der VLSI-Technologie ist das herkömmliche Verfahren noch unbefriedigend, gerade wegen der Eigenart des herkömmlichen Verfahrens, das sich dahingehend entwickelt hat, lediglich die Parallelität zwischen den gegenüberliegenden Flächen eines Halbleiterwafers zu verbessern und dadurch eine Ebenheit innerhalb enger Toleranzen auf einer der einander gegenüberliegenden Flächen zu erzielen.
Das Planarisierungsverfahren, dessen Entwicklung für die VLSI-Technologie benötigt wird, muß dazu dienen, ungeachtet örtlicher Schwankungen der Materialdicke eines Substrats (im folgenden als Halbleiterwafer oder einfach als Wafer W bezeichnet), wie in Fig. 4 im Schnitt während der Fertigung von Halbleiterbauelementen dargestellt, eine gleichmäßige Materialabtragung des Oberflächenbereichs zu verwirklichen. Nach Anwendung des Planarisierungsverfahrens weist der Wafer die Oberflächenbeschaffenheit auf, die in Fig. 6 im Schnitt dargestellt ist. Mit anderen Worten, bei dem neuen Ansatz wird das herkömmliche chemisch-mechanische Polierverfahren durch die Änderung seiner Grundeigenart beeinflußt und als Verfahren wiederbelebt, wobei das neue chemisch-mechanische Polierverfahren den Oberflächenbereich eines Substrats, zum Beispiel einer chemisch aufgedampften dielektrischen Schicht, auf die Oberfläche bezogen abtragen und dadurch winzige stufenartige Vorsprünge zusammen entfernen sollte, um schließlich eine planarisierte neue Oberfläche für den nächsten Prozeß zu erzielen, beispielsweise eine Metallisierung für Zwischenverbindungen.
Das so modifizierte chemisch-mechanische Polierverfahren wird nachstehend als vorderseitenbezogenes Polierverfahren bezeichnet.
In einigen Vorschlägen der neuen Ansätze für das chemisch-mechanische Polierverfahren, die zum Beispiel in der japanischen Erstanmeldung Nr. 5-69310 und anderen offenbart und beansprucht wurden, wie in Fig. 18 gezeigt, wird versucht, stufenartige Oxidvorsprünge auf der Oxidschicht 63, die gemäß der Darstellung in Fig. 4 auf einen Wafer 6 aufgebracht ist, zusammen mit einem Teil des Oberflächenbereichs zu entfernen. Das in Fig. 4 auftretende Bezugszeichen 62 bezeichnet Zwischenverbindungen, die direkt auf eine Waferoberfläche aufgebracht sind.
Die Vorrichtung, die in der obenerwähnten japanischen Erstanmeldung mit dem Titel "An apparatus for mirror-polishing wafers" (Vorrichtung zum Nochglanzpolieren von Wafern) offenbart wird, verwendet eine flexible elastische Membran 71, die einen Wafer während des Polierens trägt. Die Membran 71 wird am und entlang dem gesamten Umfang straff gespannt, wobei durch Befestigen des Umfangs am unteren runden Ende des Wafermontagekopfes 72 eine gleichmäßige Zugspannung angelegt wird. An der dem Wafer W gegenüberliegenden Seite der Membran 71 ist eine Fluidzufuhrquelle 73 angeordnet, um ein Fluid zur Einstellung eines auf den Wafer W wirkenden Drucks zuzuführen.
Die Bezugszeichen 74, 75 bzw. 76 bezeichnen eine Rotationswelle, eine an der unteren Fläche der elastischen Membran angeklebte Ringführungsplatte (oder Schablone) bzw. eine Polierdrehscheibe,
Gemäß der Veröffentlichung sollte die elastische Membran 71, die den ringförmigen Wafermontagekopf 72 hermetisch abdichtet, eine gute Flexibilität aufweisen, wodurch ein gleichmäßig verteilter Polierdruck auf einen Wafer W ausgeübt wird, so daß bei dem polierten Wafer das Auftreten einer Böschung bzw. Abschrägung A entlang dem Waferumfang verhindert wird. Die Abschrägung A ist in Fig. 22(b) dargestellt. Ein polierter Wafer ohne die Abschrägung A ist im Schnitt schematisch in Fig. 21(b) dargestellt.
Die in Fig. 20 dargestellte Poliervorrichtung weist auf: eine Wafermontageplatte 81 aus einem steifen Material, eine an der und quer über die untere Fläche der Platte 81 befestigte Montageunterlage 82, eine ringförmige Schablone 83 auf der Unterlage 82, eine weiche Polierunterlage 85 auf der oberen Fläche einer Polierdrehscheibe 84, und die Polierdrehscheibe 84.
Während des Polierens ist die Materialabtragungsgeschwindigkeit des Oberflächenbereichs eines Wafers W stark vom angelegten Polierdruck abhängig. Dementsprechend erfordert das vorderseitenbezogene Polierverfahren als unerläßliche Anwendungsbedingungen die gleichmäßige Stärkeverteilung des auf die polierte Oberfläche eines Wafers angewandten Polierdrucks, wie in Fig. 21(a) dargestellt (gleichmäßig verteilter Druck), und die Begrenzung der Druckanwendung auf den Bereich innerhalb der rückseitigen Fläche (der Fläche, die der Polierfläche gegenüberliegt) des Wafers W, wobei das Bezugszeichen 91 in Fig. 21(a) eine Wafermontageplatte und das Bezugszeichen 92 eine Polierunterlage bezeichnet.
Bei der in der obenerwähnten Erstveröffentlichung offenbarten Poliervorrichtung ist die elastische Membran 71 in gleichmäßiger Dicke ausgeführt und unter gleichmäßiger Spannung am und entlang dem gesamten Umfang am Wafermontagekopf 72 straff gespannt. Wenn daher, wie in Fig. 19 angedeutet, der Zwischenraum H zwischen der Unterseite des Umfangsabschnitts der elastischen Membran 71 und der Oberseite der Polierdrehscheibe 76 enger ist als ein bestimmter Wert, wird der im Umfangsabschnitt eines Wafers angewandte Druck für normale Anforderungen zu groß, wie in Fig. 22(a) dargestellt, wodurch am äußeren Umfang des Wafers W eine Abschrägung A auftritt. Wenn andererseits der Zwischenraum H breiter ist als der bestimmte Wert, dann ist, wie in Fig. 23(a) angedeutet, der am Umfang des Wafers W wirkende Druck viel kleiner als der im Mittelabschnitt eines Wafers angreifende Druck, so daß der Umfangsabschnitt des Wafers weniger poliert wird als der übrige Teil und eine Erhöhung oder erhöhte Stelle B stehenbleibt, wie in Fig. 23(b) angedeutet. Die genaue Einstellung des Zwischenraums H ist beim gegenwärtigen Stand der Technik ziemlich schwierig auszuführen.
Bei der in Fig. 20 dargestellten Poliervorrichtung ist die Montage eines Wafers am Montagekopf wegen der Konstruktion des Waferhalters einfach ausführbar. Die Oberflächenkontur eines polierten Wafers wird jedoch durch lokale Schwankungen der Eigenschaften der Montageunterlage 82 (wie z. B. Dicken. Elastizitäten und Verschleißgrade im Gebrauch) ungünstig beeinflußt, und eine gleichmäßige Druckverteilung über einen Wafer ist schwer realisierbar. Infolgedessen sind die in Fig. 22(b) dargestellte Abschrägung A und die in Fig. 23(b) dargestellte Erhöhung rund um den Umfangsabschnitt des Wafers die Probleme, die für die Vorrichtung gelöst werden müssen.
Wie oben beschrieben, bleibt bei der herkömmlichen Vorrichtung zum chemischmechanischen Polieren ein Problem mangelnder Gleichmäßigkeit der Polierdruckverteilung wegen der funktionellen Unzulänglichkeit der Wafermontageplatte ungelöst, obwohl die Vorrichtung in der Absicht erfunden wurde, die Polierdruckverteilung zu verbessern. Technologisch bleibt noch ein sehr weiter Weg zu gehen, um mit Hilfe des vorderseitenbezogenen Polierverfahrens die Ebenheit der Oberfläche innerhalb der auf die VLSI- Technologie anwendbaren engen Toleranzen zu erreichen, da außer dem obenerwähnten Problem Fehler beim Zusammenbau der Maschine und eine schlechte Maßgenauigkeit von Bauteilen auszugleichen sind, um das vorderseitenbezogene Polierverfahren auf einem gegenwärtig verfügbaren Niveau zweckdienlich anzuwenden.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme bei den bekannten Verfahren entwickelt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur erfolgreichen Ausführung des vorderseitenbezogenen Polierens bereitzustellen, wobei der polierte Wafer entlang seinem Umfang keine Abschrägung oder Erhöhung wegen schlechter Wafermontage aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur erfolgreichen Ausführung des vorderseitenbezogenen Polierens bereitzustellen, wobei sich die Oberflächenebenheit des polierten Wafers nicht durch geringe Maschinengenauigkeit, schlechte Montage, begrenzte Maßgenauigkeit beim Bearbeiten der Bauteile oder thermische oder mechanische Verformung während des Betriebs der Vorrichtung verschlechtert.
Bei einem Verfahren nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Halbleiterwafer an der Unterseite einer Wafermontageplatte festgehalten, mit der die Rückseite des Wafers in Berührung ist, und auf der Rückseite der Montageplatte wird ein Druckfluid zugeführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte eine flexible Platte ist, von der ein Waferhaltebereich aus einer harten, dünnen Platte aufgebaut ist, und daß der Umfang des Wafers geometrisch mit dem Umfang des Waferhaltebereichs der Wafermontageplatte übereinstimmt, welcher der Rückseite des montierten Wafers gegenüberliegt.
Mit anderen Worten, der Einfluß des Drucks erstreckt sich nicht über den Bereich hinaus. Die Wafermontageplatte kann eine dünne, flexible, aus einem steifen Material bestehende Platte sein, auf welcher der Wafer montiert wird, wobei der Bereich der dem Wafer gegenüberliegenden flexiblen Platte in nahezu idealer geometrischer Übereinstimmung an den Wafer angepaßt werden kann.
Eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der ein Halbleiterwafer an der Unterseite einer Wafermontageplatte festgehalten wird, mit der die Rückseite des Wafers in Berührung ist, wobei auf der Rückseite der Montageplatte ein Druckfluid zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wafermontageplatte eine flexible Platte ist, wobei der Bereich der Platte, welcher der Rückseite des montierten Wafers gegenüberliegt, aus einem harten Material besteht, daß die Montageplatte verschiebbar an der Öffnung eines Waferhalters angeordnet und mit einem Wafermontagekopf verbunden ist, um die Öffnung mit einem dazwischen eingesetzten flexiblen Ringelement abzudichten, und daß der Innenraum mit einer Druckfluidquelle verbunden ist.
Der äußere Bereich der Wafermontageplatte kann so ausgelegt sein, daß er flexibler als der einem montierten Wafer gegenüberliegende Bereich ist, und der äußere Umfang der Platte kann direkt am unteren Ende des Kopfes befestigt werden.
Die Dicke quer über die Platte kann so verändert werden, daß die Platte im Außenbereich dünner ist als in dem Bereich, der dem montierten Wafer gegenüberliegt, wodurch die Flexibilität so reguliert wird, daß die Platte in dem Bereich, der einem montierten Wafer gegenüberliegt, flexibler ist als in dem äußeren Bereich.
Die Dicke wird im Hinblick auf einen beim Polieren des Wafers angewandten Druck, die Elastizität und dergleichen gewählt. Im allgemeinen liegt bei einer als Baumaterial verwendeten dünnen Hartkunststoffplatte die Dicke vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5,0 mm für den einem montierten Wafer gegenüberliegenden Bereich und zwischen 0,3 mm und 3,0 mm für den äußeren Bereich. Bei einer als Baumaterial verwendeten dünnen Hartgummiplatte liegt die Dicke vorzugsweise zwischen 1,0 mm und 8,0 mm für den einem montierten Wafer gegenüberliegenden Bereich und zwischen 0,5 mm und 4,0 mm für den äußeren Bereich. Ferner liegt bei einer dünnen Metallplatte als Baumaterial die Dicke vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1,0 mm für den einem montierten Wafer gegenüberliegenden Bereich und zwischen 0,01 mm und 0,05 mm für den äußeren Bereich.
Anstelle der lokalen Dickeneinstellung kann bei gleichmäßiger Dicke über die gesamte Platte der äußere Bereich allein viele über die Oberfläche verstreute Durchgangsbohrungen oder statt dessen viele Vertiefungen mit dünnem Boden aufweisen.
Der einem montierten Wafer gegenüberliegende Bereich kann so eingerichtet werden, daß er mehrere durchgehende Vakuumansauglöcher aufweist, die in regelmäßigen Abständen auf der Oberfläche angeordnet sind, und diese Löcher sind an der Oberseite mit vierkantigen Weichgummischnüren hermetisch abgedichtet, die in einer der vier Seitenflächen in Längsrichtung eine lange Rille aufweisen, wobei die Rillenseite auf die Oberseite der Platte aufgebracht und so angeordnet ist, daß sie die durchgehenden Vakuumansauglöcher abdeckt und folglich eine Vakuumquelle mit allen durchgehenden Vakuumansauglöchern durch einen einzigen Verbindungsschlauch verbunden werden kann, dessen unteres Ende hermetisch an einem Vakuumstutzen der Platte befestigt ist, wobei der Vakuumstutzen ferner mittels der vierkantigen Gummischnüre, wie oben beschrieben, mit allen Durchgangslöchern in Verbindung steht. Die an die Rückseite der Platte angeklebten vierkantigen Gummischnüre beeinträchtigen nicht die Gesamtflexibilität des Bereichs.
Der Innenraum des Waferhalters kann abgedichtet werden, indem der volle Umfang eines flexiblen Ringelements, das aus einer Weichgummiplatte hergestellt ist, an einem inneren Abschnitt des Kopfes befestigt wird, dessen innerer Umfang wieder an den vollen Umfang des Bereichs der Wafermontageplatte angeklebt ist.
Anstelle der vierkantigen Gummischnüre kann ein Kunststoffschwamm oder ein Aggregat aus elastischen Fasern verwendet werden, d. h. eine dreidimensional offenzellige Struktur wird direkt auf die perforierte Oberfläche aufgebracht, und ferner wird eine Gummiplatte benutzt, um den gesamten Kunststoffschwamm oder das Aggregat aus elastischen Fasern hermetisch abzudecken, und außerdem wird die Unterseite der Gummiplatte an einem oberhalb des Mittelabschnitts der Platte darauf angeordneten Vakuumstutzen pneumatisch mit einer Vakuumquelle verbunden.
Eine Weichgummiplatte, in deren Unterseite eine spiralförmige Rille ausgebildet ist, kann so über die Wafermontageplatte gelegt werden, daß die spiralförmige Rille so positioniert wird, daß sie vollständig mit allen Vakuumdurchgangslöchern verbunden ist, und ferner wird die spiralförmige Rille der Weichgummiplatte über einen Schlauch mit hermetisch mit einer Vakuumquelle verbunden.
Bisher ist bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung stets besonderer Nachdruck auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren eines Wafers auf einmal gelegt worden; es können aber auch mehrere, der Wafermontageplatte ähnliche Strukturen mit darunter montiertem Wafer sowie die dazugehörigen Bauteile in der gleichen Öffnung eines größeren Wafermontagekopfes enthalten sein.
Bei dem obenerwähnten Verfahren und der Vorrichtung zum Polieren von Wafern wird ein Wafer an der Unterseite der Wafermontageplatte montiert, dem Raum oberhalb des Wafers wird aus einer Druckfluidquelle ein Druckfluid zugeführt, zum Beispiel Luft, und der Wafer wird durch Erhöhen des Drucks in dem Raum und Verschieben der Platte unter Druck an eine Polierdrehscheibe angedrückt, so daß das Polieren des Wafers auf die nach dem Stand der Technik übliche Weise ausgeführt wird.
Das flexible Ringelement kann sich ausdehnen oder zusammenziehen, um der Verschiebung der Platte entsprechend dem in dem Raum herrschenden Fluiddruck zu folgen. Die Platte besteht in dem Bereich, der einem montierten Wafer gegenüberliegt, aus einer dünnen Platte aus Hartgummi und dergleichen, so daß der Wafer auf seiner gesamten Rückseite mit einem gleichmäßigen Polierdruck beaufschlagt wird, wobei der angelegte Druck genau auf die Rückseite des Wafers beschränkt ist und die lokale elastische Deformation der Platte genau der Oberflächenkontur der Waferrückseite folgt. Jedoch wird eine globale Deformation des Wafers, z. B. eine Krümmung, auf einer Polierunterlage unter dem Polierdruck geradegerichtet.
Ferner wird nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der innere Umfang des flexiblen Ringelements am Umfangsbereich einer Wafermontageplatte befestigt, die einem montierten Wafer gegenüberliegt, und nur der dem Wafer gegenüberliegende Bereich wird mit dem Druck beaufschlagt, so daß das Ringelement zusammen mit dem äußeren Bereich als beweglicher Bereich arbeitet und dadurch Fehler beim Zusammenbau der Maschine, schlechte Maßgenauigkeit der Bauteile oder die im Verlauf der Betriebszeit anwachsende thermische oder mechanische Verformung, die sonst unvermeidlich auf Werte in der Größenordnung von Mikrometern bis zu -zig Mikrometern im Extremfall hinauslaufen, sogar bei den in der VLSI- Technologie erforderlichen engen Toleranzen der polierten Waferoberfläche keine Auswirkung auf die Ebenheit haben.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern, in der ein Halbleiterwafer auf einer Wafermontageplatte festgehalten wird, mit der die Rückseite des Wafers in Berührung ist, und in der ein Druckfluid an der Oberseite der Montageplatte zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wafermontagekopf einen nach unten offenen zylinderförmigen Hohlkörper und einen ringförmigen, nach unten ragenden Vorsprung aufweist, daß die Wafermontageplatte konzentrisch zum unteren Ende eines kurzen Hohlzylinders angeordnet ist, daß, eine Schablone an der Unterseite der Wafermontageplatte so angeordnet ist, daß sie einen darin aufgenommenen Wafer umgibt, daß der ringförmige, nach unten ragende Vorsprung über ein Ausdehnungsrohr mit dem kurzen Hohlzylinder verbunden ist, um einen abgeschlossenen Raum zu bilden, daß der kurze Hohlzylinder außerdem über einen dazwischenliegenden flexiblen Träger mit der Innenwand des zylinderförmigen Hohlkörpers verbunden ist, und daß der abgeschlossene Raum mit einer Druckfluidquelle verbunden ist.
In der Vorrichtung kann die Platte aus einer steifen, dünnen Platte bestehen, die eine geringere Flexibilität aufweist als der flexible Träger, der die Platte innerhalb des zylindrischen Körpers des Kopfes umgibt, wobei der flexible Träger als der einzige Bewegungsbereich innerhalb des Kopfes dient.
Ferner ist der abgeschlossene Raum im Kopf so gestaltet, daß seine Querschnittsform und -abmessungen sowohl auf der Plattenseite als auch auf der Kopfseite annähernd gleich sind.
Was die steife, dünne Platte zur Herstellung der Wafermontageplatte betrifft, können als Beispiele dünne Platten aus Hartkunststoff, Hartgummi, Metall usw. angeführt werden.
Der Hartkunststoff umfaßt hitzehärtbare Harze, wie z. B. Epoxidharz, Phenolharz, und hitzebeständige harte Harze, wie z. B. Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat. Polyimid. Polysulfon usw., die mit Glasfasern. Kohlenstoffasern bzw. Geweben oder Faservliesen daraus oder dergleichen verstärkt sein können.
Was die Dicke der aus den obigen Materialien hergestellten Platte betrifft, so haben der Hartkunststoff und das Hartgummi, einschließlich der Materialien mit Verstärkung durch die obenerwähnten Fasern und Fasergewebe oder -vliese, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, um als Platte Formelastizität aufzuweisen. Die Dicken nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind wegen der dazwischen bestehenden Strukturunterschiede um die Wafermontageplatte herum im allgemeinen geringer als die nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Im Falle von Metall wird vorzugsweise Stahl zur Verwendung ausgewählt, und rostfreier Stahl wird besonders bevorzugt. Die Dicke der Platte kann im Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm gewählt werden, um die Formelastizität einer Platte sicherzustellen.
Bei der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Waferträger im Innenraum des Wafermontagekopfes an dem Ausdehnungsrohr bzw. dem flexiblen Träger aufgehängt, die an verschiedenen Abschnitten des Kopfes befestigt sind, so daß auf eine ähnliche oder wirksamere Weise als bei der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung Fehler beim Zusammenbau der Maschine, schlechte Maßgenauigkeit der Bauteile oder die im Verlauf der Betriebszeit anwachsende thermische oder mechanische Verformung, die sonst unvermeidlich auf einen Wert in der Größenordnung von Mikrometern oder schlimmstenfalls -zig Mikrometern hinauslaufen, die Ebenheit eines polierten Wafers innerhalb enger Toleranzen nicht mehr beeinflussen und, was noch wichtiger ist, der Wafer während des Betriebs fest und sicher an die Polierunterlage angedrückt wird.
Der montierte Wafer wird direkt an der Unterseite der flexiblen Platte festgehalten, und auf die flexible Platte wird durch die Druckluft von der Oberseite her ein Druck ausgeübt. Dadurch wird die Krümmung des Wafers korrigiert, und die Platte selbst ist deformierbar und folgt der lokalen Schwankung der Waferdicke, wobei sie immer noch in direktem Kontakt mit der gesamten rückseitigen Waferoberfläche bleibt, so daß die Polierfläche des Wafers als Ganzes in engen Kontakt mit der Polierunterlage gebracht werden kann, ohne Vorsprünge oder Vertiefungen auf der Rückseite zur Vorderseite zu übertragen. Mit anderen Worten, wegen der elastischen Polsterwirkung kann sich die Platte sogar im mikroskopischen Sinne an die Oberflächenkontur der Waferrückseite geometrisch anpassen.
Der Waferträger umfaßt den kurzen, starren Hohlzylinder, der den äußeren Umfang der Platte trägt, und die Platte, die aus dem Bereich, der einem montierten Wafer gegenüberliegt, und dem Umfangsbereich besteht, der flexibler als der erstere ist und einen Bewegungsbereich bildet. Dementsprechend deformiert der flexible Träger nicht den mittleren Bereich, da die resultierende Deformation des flexiblen Trägers sich nicht über den Bewegungsbereich zum mittleren Bereich der Platte ausbreiten kann, wobei die Deformation des flexiblen Trägers durch die Spannungen verursacht wird, die während des Polierens innerhalb des Trägers hervorgerufen werden.
Die vertikale Spannungskomponente des flexiblen Trägers und das Eigengewicht des kurzen Hohlzylinders werden gemeinsam von der Schablone aufgenommen, die unterhalb des Plattenumfangsabschnitts angeordnet ist und einen Käfig bildet, um darin einen Wafer festzuhalten, und die Kraft, die den mittleren Bereich nach unten drückt, kann nur von der Druckluft herrühren, und dadurch kann der auf die vordere Polierflächewirkende Druck über die gesamte Fläche, gleichmäßig gesteuert werden.
Falls eine Querschnittsfläche des abgeschlossenen Raumes auf der Seite des Wafermontagekopfes größer ist als auf der Seite des Waferträgers, d. h. größer als die Fläche einer der Waferseiten, dann ist die Kraft, die von der Montagekopfseite aus wirkt, wegen der Gleichheit des Luftdrucks innerhalb des abgeschlossenen Raumes größer als diejenige, die den Wafer aufgrund des Drucks der Druckluft von der Waferrückseite her gegen die Polierunterlage drückt, so daß der Größenunterschied zwischen den Kräften über den kurzen Hohlzylinder auf die Schablone und gleichzeitig von der Wafermontageplatte auf den Wafer übertragen wird. Unter diesen Umständen ist die an der Schablone angreifende Kraft zu groß, um die Betriebsbedingungen für das Polieren einigermaßen einzuhalten, und dadurch wird nicht nur der Verschleiß der Polierunterlage beschleunigt, sondern auch die Zufuhr eines Polierschlamms zur Polierfläche des Wafers während des Polierens gestört, während die auf die Wafermontageplatte übertragene Kraft zu mangelnder räumlicher Gleichmäßigkeit des Drucks führt, durch den der Wafer in engen Kontakt mit der Polierunterlage gedrückt wird.
Falls eine Querschnittsfläche auf der Wafermontagekopfseite kleiner als diejenige auf der Seite des Waferträgers ist, entstehen die gleichen Probleme, wie sie unter den obigen Bedingungen hervorgerufen werden.
Falls jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur beide Querschnittsflächen, sondern auch die Querschnittsformen gleich sind, besteht die auf den Wafer wirkende Kraft ausschließlich aus der durch Luftdruck erzeugten Kraft, und dadurch kann der Polierdruck auf der Polierfläche gleichmäßig verteilt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben und in der obigen Erläuterung verständlich gemacht wurde, ist der angewandte Polierdruck gleichmäßig über die gesamte Polierfläche verteilt, und dadurch sind die Materialabtragungsgeschwindigkeiten in jedem Punkt quer über die Fläche konstant, so daß das Polieren mit vorderseitenbezogener Planarisierung in der praktischen Anwendung verwirklicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung weist weitere Vorteile auf, die in der folgenden ausführlicheren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen erörtert oder daraus ersichtlich werden.
Die obenerwähnten Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser sichtbar werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel des Hauptteils einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Wafermontageplatte;
Fig. 3 eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Wafermontageplatte;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Wafers vor dem Polieren;
Fig. 5 eine Schnittansicht, die den beim vorderseitenbezogenen Polierverfahren arbeitenden Poliermechanismus darstellt;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Wafers nach dem Polieren;
Fig. 7 eine Schnittansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel des Hauptteils einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 eine schematische Draufsicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel des Hauptteils einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 9 eine Schnittansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel des Hauptteils einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 10 eine Schnittansicht, die ein fünftes Beispiel des Hauptteils einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 11 eine Schnittansicht einer Wafermontageplatte, die in einem sechsten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Wafermontageplatte, die in einem siebenten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 13 eine Schnittansicht einer Wafermontageplatte, die in einem achten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer Wafermontageplatte, die in einem neunten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 15 eine Schnittansicht einer Wafermontageplatte, die in einem zehnten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 16 eine Schnittansicht einer Wafermontageplatte, die in einem elften Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 17 eine Schnittansicht, die den Hauptteil eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt, in der gleichzeitig mehrere Wafer zum Polieren montiert sind;
Fig. 18 eine Schnittansicht, die den Hauptteil einer herkömmlichen Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern darstellt;
Fig. 19 eine Ansicht, die den bei einem herkömmlichen Polierverfahren arbeitenden Poliermechanismus darstellt;
Fig. 20 eine schematische Schnittansicht, die den Hauptteil einer weiteren herkömmlichen Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern darstellt;
Fig. 21 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Polierzustands eines Wafers, wobei (a) ein Polierdruckverteilungsprofil auf dem Wafer und (b) eine Schnittansicht des Wafers im polierten Zustand darstellt;
Fig. 22 eine schematische Darstellung eines unerwünschten Polierzustands eines Wafers, wobei (a) ein Polierdruckverteilungsprofil auf dem Wafer und (b) eine Schnittansicht des Wafers im polierten Zustand darstellt;
Fig. 23 eine schematische Darstellung eines weiteren unerwünschten Polierzustands eines Wafers, wobei (a) ein Polierdruckverteilungsprofil auf dem Wafer und (b) eine Schnittansicht des Wafers im polierten Zustand darstellt;
Fig. 24 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Hauptteils einer Vorrichtung nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 25 eine Draufsicht einer Wafermontageplatte des in Fig. 24 dargestellten Beispiels;
Fig. 26 eine Schnittansicht der in Fig. 25 dargestellten Wafermontageplatte; und
Fig. 27 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Funktion des in Fig. 24 dargestellten Beispiels.
Anhand der in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen wird nachstehend der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung näher erläutert.

BEISPIEL 1

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Vorrichtung zum Polieren eines Halbleiterwafers, wobei nur ein Wafer auf einmal poliert wird. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Wafermontageplatte (nachstehend als Montageplatte bezeichnet). Fig. 3 zeigt die Schnittansicht der Montageplatte.
In der Ausführungsform arbeitet die Montageplatte als Vakuumansaugplatte mit mehreren darin angebrachten Vakuumansauglöchern und gemäß der Darstellung in Fig. 1. Der Waferhalter 11, der einen daran angebrachten Wafer trägt und dreht, ist der Polierunterlage 32 zugewandt und so angepaßt, daß er nach oben und unten verschiebbar ist. Der Wafermontagekopf 16 und die Montageplatte 19 sind die Hauptteile der Konstruktion einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Waferhalter 11 weist auf: eine Rotationswelle 14, in der die durchgehenden Kanäle 12 und 13 ausgebildet sind,
den hohlen und zylinderförmigen Wafermontagekopf 16, der am unteren Ende der Rotationswelle 14 befestigt ist, den ringförmigen Vorsprung 15, der sich horizontal nach innen erstreckt und einstückig an der inneren Umfangswand des Wafermontagekopfes 16 angebracht ist, und die Wafermontageplatte 19. Die Rotationswelle 14 ist so angepaßt, daß sie durch einen äußeren Antrieb drehbar und vertikal verschiebbar ist.
Die Kanäle 12 und 13 stehen in Verbindung mit einer Vakuumpumpe bzw. einem Kompressor (beide nicht dargestellt).
Der ringförmige Vorsprung 15 des Waferhalters 16 dient als die Stelle, wo der obere Flansch eines flexiblen Ringelements 17, das aus einer pfannenförmigen hochelastischen Platte konstruiert ist, z. B. einer Gummiplatte (im folgenden wird das flexible Ringelement auch als pfannenförmige hochelastische Platte oder als Gummiplatte mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet), mit Schrauben und einem über dem oberen Flansch der pfannenförmigen Platte 17 liegenden ringförmigen Montageelement 18 befestigt ist, wobei die pfannenförmige Platte 17 im Mittelabschnitt eine nach unten gerichtete runde Öffnung aufweist und den ringförmigen Befestigungsteil am oberen Flansch des ringförmigen Vorsprungs 15 mit ihrer Eigenelastizität wirksam abdichtet. Die nach unten gerichtete runde Öffnung der Platte 17 hat den gleichen Durchmesser wie der zu polierende Wafer. Die Wafermontageplatte 19 ist aus einer runden dünnen Scheibe aus einem harten Material konstruiert, wie z. B. Hartkunststoff. Hartgummi. Metall und dergleichen, und ist dadurch flexibel gestaltet. Die Wafermontageplatte 19 weist einen runden Waferhaltebereich (einen Abschnitt, der einem montierten Wafer gegenüberliegt) im Mittelabschnitt und den äußeren ringförmigen Bereich 21 auf, der flexibler als der Waferhaltebereich 20 ausgelegt ist und einen Bewegungsbereich bildet. Der Flexibilitätsunterschied zwischen dem Waferhaltebereich 20 und dem Bewegungsbereich 21 wird zum Beispiel durch eine dünnere Ausführung des Bewegungsbereichs 21 oder durch Anbringen mehrerer Durchgangsbohrungen im äußeren ringförmigen Bereich 21 realisiert, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Die Marke m in Fig. 1 und 2 zeigt die Grenze zwischen dem Waferhaltebereich 20 und dem Bewegungsbereich 21 an, und die Marke n zeigt die Grenze zwischen dem Bewegungsbereich 21 und dem inneren Umfang des unteren Endes des Montagekopfes 16 an, wobei die Montageplatte 19 gleichfalls an dem unteren Ende befestigt ist.
Der Haltebereich 20 der Montageplatte 19 weist mehrere durchgehende Vakuumansauglöcher 22 (im folgenden als Ansauglöcher bezeichnet) auf, wie in Fig. 2 dargestellt. In diesem Falle bestehen die Ansauglöcher aus einem Loch im Mittelabschnitt der Halteplatte und weiteren, die auf mehreren konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt angeordnet sind. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die dünnen, schmalen Weichgummischnüre 24 (oder Weichkunststoffschnüre) mit einer langen Rille 23 an einer der vier Seiten an die obere Fläche der Montageplatte 19 angeklebt, d. h. an die der Wafermontagefläche entgegengesetzte Fläche, und dichten dadurch alle Ansauglöcher 22 einschließlich eines Vakuumlochs 22c im Mittelabschnitt ab, um jedes der Ansauglöcher 22 hermetisch mit allen anderen Löchern 22 zu verbinden.
Das hohle Verbindungsstück 25 (siehe Fig. 1 und 3) ist als Vakuumstutzen an dem Ansaugloch 22c im Mittelabschnitt montiert. Ein weiteres hohles Verbindungsstück 26 ist als Vakuumstutzen an dem Öffnungsende des in der Rotationswelle 14 ausgebildeten Kanals 12 montiert, und der aus einem Gummischlauch hergestellte Schlauch 27 ist zwischen den Verbindungsstücken 25 und 26 als hermetisch dichte Verbindung angebracht.
Der äußere Umfang der Halteplatte 19 ist mit Schrauben entlang dem unteren Ende des Wafermontagekopfes 16 befestigt. Der Waferhaltebereich 20 der Halteplatte 19 ist am ganzen äußeren Umfang des ringförmigen unteren Endes der Gummiplatte 17 angeklebt, um einen abgeschlossenen Raum 29 innerhalb des Waferhalters 11 herzustellen.
Die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion des Waferhalters 11 kann vorzugsweise in zwei Abschnitte, eine obere und eine untere Hälfte, unterteilt werden, um ihre Überholung oder ihren Zusammenbau zu erleichtern. Zum Beispiel ist die Konstruktion so gestaltet, daß sie in zwei Abschnitte zerlegt wird, die an einer horizontalen Schnittebene entlang der strichpunktierten Linie L-L in Fig. 1 aneinanderpassen und bei der Montage mit geeigneten Befestigungsmitteln, wie z. B. Schrauben und Muttern, zusammenzusetzen sind.
In diesem Falle läßt sich eine leichte und schnelle Montage in den folgenden Schritten ausführen: Befestigen der Montageplatte 19 an der unteren Hälfte des Wafermontagekopfes 16. Verbinden des Schlauchs 27 mit den Vakuumstutzen 25 und 26, schließlich Zusammenfügen und Befestigen der beiden Hälften aneinander.
Die Montageplatte 19 weist den Waferhaltebereich 20 und den Bewegungsbereich 21 auf, der eine höhere Flexibilität als der Waferhaltebereich aufweist (die Beispiele werden später erläutert), und der gesamte Umfang des Haltebereichs 20 wird an der Gummiplatte 17 befestigt, und außerdem wird der Umfang der Montageplatte 19 am unteren Ende des Wafermontagekopfes 16 befestigt. Fehler beim Zusammenbau der Maschine, schlechte Maßgenauigkeit bei der Herstellung der Bauteile oder die im Verlauf der Betriebszeit anwachsende thermische oder mechanische Verformung, die auf Werte in der Größenordnung von Mikrometern oder im schlimmsten Falle -zig Mikrometern hinauslaufen, werden bei der gerade erläuterten erfindungsgemäßen Konstruktion ausgeglichen, und dadurch kann die Konstruktion das vorderseitenbezogene Polieren richtig ausführen, wobei zusätzlich zu den obigen Vorteilen der zu polierende Wafer wegen der erfindungsgemäßen Spezialkonstruktion gegen die beim Polieren auftretende Reibung eine unveränderliche Position beibehalten kann.
Anstelle der Gummiplatte 17 als pfannenförmiger Platte kann eine balgförmige Kunststoffplatte verwendet werden. Material und Konstruktion der pfannenförmigen Platte unterliegen einer Beschränkung der Art, daß sich die Platte entsprechend dem Fluiddruck innerhalb des Waferhalters 11 frei zusammenziehen oder ausdehnen kann.
Baumaterialien der Montageplatte 19 müssen in jeweils geeignetem Grade Eigenschaften wie z. B. mechanische Festigkeit, Flexibilität. Elastizität und Hitzebeständigkeit aufweisen. Unter den Kunststoffen werden zum Beispiel hitzehärtbares Harz, hitzebeständiges thermoplastisches Harz, darunter mit Glasfaser oder Kunststoffaser vermischte, verstärkte Harze oder mit Fasern oder Papier verstärkte Laminatplatten aus diesen Harzen bevorzugt.
Eine dünne Platte, die aus Hartgummi oder dünnem Metallblech mit Korrosionsschutz hergestellt oder aufgebaut ist, kann als Ersatz für eine Kunststoffplatte verwendet werden.
Die auf der Polierdrehscheibe 31 montierte Polierunterlage 32 sollte sich nicht plastisch verformen und kann vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Polierunterlagen aufweist, die aus geschlossenzelligem Polyurethanschaumstoff, mit Polyurethan imprägniertem Polyesterfaservlies und dergleichen Materialien besteht, die nach dem Stand der Technik bekannt sind.
Als nächstes wird anhand der Fig. 1 bis 6 die Arbeitsweise der obenerwähnten Poliervorrichtung erläutert. Die Vakuumpumpe wird in Gang gesetzt, um die Luft in den Bohrungen der Montageplatte 19 und im Zwischenraum zwischen der Montageplatte 19 und dem Wafer W durch den Kanal 12 abzusaugen, wodurch der Wafer, wie in Fig. 5 dargestellt (wobei zum besseren Verständnis die wellenförmige Oberfläche und winzige stufenförmige Vorsprünge übertrieben dargestellt sind), mittels Vakuum an die Montageplatte 19 angesaugt wird. Hierbei ist wichtig, daß der Waferumfang mit dem Umfang des Waferhaltebereichs 20 der Montageplatte 19 übereinstimmt.
Ferner wird der Kompressor gestartet, um dem abgeschlossenen Raum 29 Druckluft zuzuführen, die auf einen vorgegebenen Druck geregelt ist, und dadurch werden die Montageplatte 19 und die Gummiplatte 17 verschoben, wobei ihre gegenseitigen Relativpositionen unverändert bleiben, um den zu polierenden Wafer auf die Polierunterlage 32 zu drücken und unter dem bekannten Mechanismus in vorgegebener Zeit polieren zu lassen.
Dabei werden die Gummischnüre 24 verwendet, um die Vakuumansauglöcher 22 in der Platte miteinander zu verbinden, so daß an dem Waferhaltebereich 20 der Montageplatte 19 kein Flexibilitätsverlust hervorgerufen wird, und außerdem wird zum Evakuieren der Schlauch 27 als Verbindungsglied zwischen der Montageplatte 19 und dem Kanal 12 verwendet, und infolgedessen ist die Montageplatte 19 entsprechend dem Druck der durch den Kanal 13 zugeführten Druckluft in ihrer Position frei verschiebbar.
Überdies ist die Wafermontageplatte 19 am unteren Ende des Wafermontagekopfes 16 befestigt, wodurch der Wafer gegen die an der Polierfläche des Wafers angreifende Reibungskraft eine konstante Position beibehalten kann.
Durch die obigen Kunstgriffe wird die Oxidschicht 63, welche die Vorderseite des Wafers bedeckt, wie in Fig. 5 gezeigt, auf der gesamten Oberfläche in beständigem engem Kontakt mit der Polierunterlage 32 gehalten und in vorgegebener Zeit so poliert, daß die Montageplatte 19 an der gesamten Oberseite unter gleichmäßigem Polierdruck gehalten wird, und dies in einem Zustand, in dem der durch den Polierdruck beeinflußte Bereich genau auf den Raum hinter der Rückseite des Wafers begrenzt ist und außerdem die Montageplatte 19 so deformiert ist, daß sie die rückseitige Waferfläche in einer in allen Einzelheiten daran angepaßten Oberflächenmorphologie kopiert. Auf der Vorderseite des Wafers W werden nach dem Polieren, wie oben beschrieben, die in Fig. 4 dargestellten winzigen stufenförmigen Vorsprünge auf der Oxidschicht 64, die auf der vorhergehenden Oberfläche aufgebrachten Zwischenverbindungen 62 umkehrbar eindeutig zuzuordnen sind, schneller und mit weniger Materialabtragung auf der übrigen Fläche selektiv poliert, und dies ohne Abschrägungen am äußeren Umfang infolge höherer lokaler Abtragungsgeschwindigkeiten oder Erhöhungen infolge niedriger lokaler Abtragungsgeschwindigkeiten rund um den Umfangsbereich des Wafers, wodurch während des Polierens nach der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Dicke des Oxids 63 eben und parallel zur vorhergehenden Fläche bleibt.
Eine weitere Ausführungsform nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird anhand des nachstehend beschriebenen Beispiels erläutert. Die Poliervorrichtung weist eine Wafermontageplatte 19 auf, die räumlich in den Waferhaltebereich 20 und einen Bewegungsbereich 21 von höherer Flexibilität als der des Waferhaltebereichs 20 unterteilt ist.

BEISPIEL 2

In dem Beispiel ist die Montageplatte 19 aus ein und demselben Material aufgebaut, und wie in Fig. 7 dargestellt, ist der Bewegungsbereich 21 dünner als der Haltebereich 20. Der bevorzugte Dickenbereich der Montageplatte 19 wird durch den Polierdruck eines Wafers und die Elastizität des Baumaterials der Montageplatte beeinflußt. Unter gewöhnlichen Polierbedingungen kann bei einer dünnen Hartkunststoffplatte die Dicke vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm-5,0 mm für den Haltebereich 20 und im Bereich von 0,3 mm-3,0 mm für den Bewegungsbereich 21 gewählt werden, bei einer dünnen Hartgummiplatte im Bereich von 1,0 mm-8,0 mm für den Haltebereich 20 und im Bereich von 0,5 mm-4,0 mm für den Bewegungsbereich 21, und bei einer dünnen Metallplatte im Bereich von 0,1 mm-1,0 mm für den Haltebereich 20 und im Bereich von 0,01 mm-0,05 mm für den Bewegungsbereich 21.
Im Vergleich zu einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der weiter unten im Anschluß an den ersten Aspekt erläutert wird, verwendet eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt im allgemeinen eine dickere Platte im Hinblick sowohl auf den Waferhaltebereich 20 als auch auf den Bewegungsbereich 21, da beim ersten Aspekt der kurze Hohlzylinder gemäß dem zweiten Aspekt fehlt, der die Montageplatte 19 umgibt und während der Bewegung völlig mit der Platte integriert bleibt.

BEISPIELE 3 UND 4

Im Beispiel 3 der Ausführungsform besteht die Wafermontageplatte 19, wie in Fig. 8 dargestellt, aus ein und demselben Material und aus einer dünnen Platte von gleichmäßiger Dicke und schließt einen Bewegungsbereich 21 mit mehreren Durchgangsbohrungen 28 in Ellipsen-. Kreis- oder Kreissegmentform ein, wobei anstelle der Durchgangsbohrungen 28 mehrere Vertiefungen in den gleichen Formen und mit dünnem Vertiefungsboden verwendet werden können, und wobei mehrere Vertiefungen fast über den gesamten Bewegungsbereich 21 verstreut sind und letzten Endes die mittlere Dicke des Bereichs verringern.
Im Beispiel 4 der Ausführungsform besteht die Montageplatte 19, wie in Fig. 9 dargestellt, aus zwei verschiedenen Materialien, von denen eines ein Hartkunststoff für den Haltebereich 20 und das andere eine mit Kunststoffasern. Kunststoffgeweben oder gewirkter Kunststoffolie vermischte Gummiplatte für den Bewegungsbereich 21 ist. Die beiden Bereiche sind entlang ihrem gesamten Umfang miteinander verbunden.

BEISPIEL 5

Im Beispiel 5 ist die Wafermontageplatte 19 am Wafermontagekopf 16 mit einer dazwischen eingefügten ringförmigen Weichgummiplatte 42 befestigt, wie in Fig. 10 dargestellt. Beispiele vakuumbezogener Strukturen der Wafermontageplatte 19 werden in der folgenden Beschreibung erläutert.

BEISPIEL 6

In diesem Beispiel sind mehrere Vakuumansauglöcher 22 auf der Wafermontageseite der Wafermontageplatte 19 angeordnet. Die Vakuumansauglöcher weisen eine Tiefe bis zur Mitte der Plattendicke auf und sind so angeordnet, daß ein Loch im Mittelpunkt der Platte und die anderen auf konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt liegen.
In der oberen Fläche der Montageplatte 19 ist bis zur halben Plattentiefe eine spiralförmige Rille 43 ausgebildet, die mit den Vakuumansauglöchern 22 in Verbindung steht. Die spiralförmige Rille 43 ist mit einem spiralförmig angeordneten Schnurelement 44 abgedichtet, das aus Weichgummi oder weichem Kunststoff besteht. Ein Vakuumstutzen 25 ist im Mittelabschnitt angeordnet, wo sich auch der Mittelpunkt der spiralförmigen Rille 43 befindet. Der Vakuumstutzen 25 ist mit dem Schlauch verbunden.

BEISPIEL 7

In dem in Fig. 12 dargestellten Beispiel sind die Vakuumansauglöcher 22 der Montageplatte 19 im Plattenvolumen als Durchgangsbohrungen ausgebildet und an der Oberseite der Montageplatte 19 mit Kunststoffschwamm 45 (oder einem Aggregat aus elastischen Fasern) abgedeckt. Der Schwamm 45 ist wiederum mit einer Weichgummiabdeckung 46 versehen, in deren Mittelabschnitt eine Durchgangsbohrung 47 angebracht ist. Die Durchgangsbohrung 47 ist über einen Vakuumstutzen 25 und einen dahinter in dieser Reihenfolge angeordneten Schlauch 27 mit einer Vakuumquelle verbunden.

BEISPIEL 8

In dem in Fig. 13 dargestellten Beispiel sind die Vakuumansauglöcher 22 als Durchgangsbohrungen im Volumen der Montageplatte 19 ausgebildet. Ein aus Weichgummi hergestelltes Plattenelement 49, in dem eine spiralförmige bodenlose Rille 48 ausgebildet ist, wird so über die Oberseite der Montageplatte 19 gelegt, daß die Vakuumlöcher alle mit der spiralförmigen bodenlosen Rille 48 verbunden sind. Ferner wird eine Weichgummiabdeckung 51, die im Mittelabschnitt eine Durchgangsbohrung 50 aufweist, zum Abdecken auf das Plattenelement 49 aufgelegt. Dabei wird die Durchgangsbohrung 50 seitlich so eingestellt, daß sie mit einem Teil der spiralförmigen bodenlosen Rille 48 in Verbindung steht und ferner über einen Vakuumstutzen 25 und einen Schlauch 27 mit einer Vakuumquelle verbunden ist.

BEISPIEL 9

In diesem in Fig. 14 dargestellten Beispiel weist eine Wafermontageplatte 19 an der Vorderseite eine spiralförmige Rille 43 und im Mittelabschnitt eine Durchgangsbohrung 52 auf. Die spiralförmige Rille 43 und die Durchgangsbohrung 52 können miteinander verbunden werden. Die Durchgangsbohrung 52 ist ferner über einen Vakuumstutzen 25 und einen Schlauch 27 mit einer Vakuumquelle verbunden.

BEISPIEL 10

In diesem in Fig. 15 dargestellten Beispiel weist eine Wafermontageplatte 19 mehrere darin ausgebildete Durchgangsbohrungen 22 auf. Eine aus Weichgummi hergestellte Abdeckung 53 weist auf der Unterseite eine spiralförmige Rille 43 und im Mittelpunkt der spiralförmigen Rille 43 eine Durchgangsbohrung 52 auf, wobei die Rille und die Durchgangsbohrung 52 miteinander in Verbindung stehen. Außerdem wird die Abdeckung 53 auf die Oberseite der Montageplatte 19 aufgelegt und seitlich so eingestellt, daß sie mit der spiralförmigen Rille 43 verbunden ist, und zusätzlich wird die Durchgangsbohrung 52 über einen Vakuumstutzen 25 und einen Schlauch, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, mit einer Vakuumquelle verbunden.

BEISPIEL 11

In diesem in Fig. 16 dargestellten Beispiel sind Vakuumlöcher 22 als Durchgangsbohrungen in der Montageplatte 19 ausgebildet, die ferner mit einem Verteiler 54 aus Weichgummi oder weichem Harz verbunden sind, wobei der Verteiler außerdem über einen Schlauch (nicht dargestellt) mit einer Vakuumquelle verbunden ist.
Die obenerwähnten Beispiele sind alle Einzelwafer-Poliervorrichtungen, die so konstruiert sind, daß sie einen Wafer auf einmal polieren. Eine der anderen bevorzugten Ausführungsformen nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 17 dargestellt ist, weist jedoch mehrere Montageelemente 18 und pfannenförmige Gummiplatten 17 auf, die an einem Wafermontagekopf 16 befestigt sind, und außerdem sind mehrere Wafermontageplatten 19 mit dem unteren Ende des Wafermontagekopfes 16 verbunden, der mit mehreren nach unten gerichteten Öffnungen versehen ist. Bei diesem Typ einer Poliervorrichtung nehmen die Montageplatten 19 jeweils mehrere Wafer zum Polieren in ein und demselben Durchgang auf, wobei innerhalb des Wafermontagekopfes 16 ein größerer abgeschlossener Raum 29 zur gemeinsamen Verwendung ausgebildet ist.
In der obenerwähnten Vorrichtung sind alle Montageplatten 19 vom Vakuumansaugtyp, aber für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern kann die Anwendung einer weiteren Montageart zulässig sein, die noch innerhalb des Grundgedankens und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt und bei der die Rückseite eines Wafers zur Befestigung an eine befeuchtete elastische Schicht angedrückt wird, die in der Oberfläche eine mikroskopische offenporige Struktur aufweist (im folgenden als Befestigen auf einer Trägerunterlage bezeichnet). Beim Befestigen auf einer Trägerunterlage ist die Anziehungskraft zwischen der Schicht und dem Wafer zu schwach, um Scherkräften beim Polieren zu widerstehen, und daher muß die Waferkante in einem Haltering oder einer Schablone eingeschlossen werden, der bzw. die am Umfang der unteren Fläche der Wafermontageplatte 19 befestigt ist.
Nachstehend wird der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert, die der Patentbeschreibung beigefügt sind.

BEISPIEL 12

Fig. 24 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Hauptteils einer Poliervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Fig. 25 zeigt eine Draufsicht einer Wafermontageplatte 102 des Beispiels. Fig. 26 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 25 dargestellten Wafermontageplatte 102.
Wie in Fig. 24 dargestellt, ist oberhalb der Polierdrehscheibe 31 ein Waferhalter 111 angeordnet, in dem ein Wafer zur Drehung zusammen mit dem Waferhalter aufgenommen wird und der nach oben oder nach unten verschiebbar ist.
Der Waferhalter 111 weist auf: eine Rotationswelle 14 mit darin ausgebildeten Kanälen 12 und 13, einen Wafermontagekopf 106, der fest am unteren Ende der Rotationswelle 14 angebracht ist, einen zylinderförmigen, nach unten offenen Hohlkörper 106a und einen ringförmigen, nach unten ragenden Vorsprung 106b rund um den Mittelpunkt der Decke des inneren Raumes, die beide als integrale Teile des Wafermontagekopfes 106 ausgebildet sind, und einen Waferträger 104 einschließlich einer Wafermontageplatte 102. Der Waferträger 104, dessen Konstruktion weiter unten ausführlich beschrieben wird, ist an dem Wafermontagekopf 106 befestigt.
Genauer gesagt, der Waferträger 104 besteht aus der Wafermontageplatte 102 (im folgenden als Montageplatte bezeichnet) und einer ringförmigen Schablone 103, die an der Unterseite der Wafermontageplatte 102 befestigt ist. Ein kurzer Hohlzylinder 101, der eine Komponente des Waferträgers 104 bildet, ist zumindest an der inneren Umfangswand zum Abdichten mit dem nach unten gerichteten ringförmigen Vorsprung verbunden, um schließlich einen abgeschlossenen Raum 107 auszubilden. Der kurze Hohlzylinder 101 ist andererseits mit dem zylinderförmigen Hohlkörper 106a in der Nähe seines unteren Endes über einen dazwischenliegenden flexiblen Träger 108 verbunden, der aus mehreren hochflexiblen dünnen Metalldrähten, die in allen radialen Richtungen rund um den kurzen Hohlzylinder 101 von diesem ausgehen und zu einer ringförmigen Platte zusammengefaßt sind, oder alternativ aus einer dünnen ringförmigen Platte aus Gummi, Kunststoff, Metall oder dergleichen hergestellt werden kann. Auf diese Weise kann der Waferträger 104 wegen der Spezialkonstruktion der Aufhängung in der Luft innerhalb des Wafermontagekopfes 106 seine Position in drei Dimensionen frei verändern.
Der Kanal 12 ist über ein Rohr und ein Ventil (beide nicht dargestellt) mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden, und wie in den Fig. 25 und 26 gezeigt, sind Vakuumansauglöcher 22 (im folgenden als Ansauglöcher bezeichnet) in der Montageplatte 102 mit dem Fluidkanal 12 durch einen im Mittelabschnitt der Montageplatte 102 angeordneten Vakuumstutzen 25, einen Schlauch 27 und einen Vakuumstutzen 26 verbunden, der im Mittelabschnitt der Decke des abgeschlossenen Raumes 107 angeordnet ist.
Der Kanal 12 ist über ein Rohr und ein Ventil (beide nicht dargestellt) mit einem Kompressor (nicht dargestellt) verbunden und ermöglicht außerdem die Zufuhr von Druckluft zu dem abgeschlossenen Raum 107.
Mehrere Ansauglöcher 22, die in der Montageplatte 102 als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, bestehen aus einem Loch im Mittelabschnitt der Montageplatte 102 und den übrigen Löchern auf und entlang konzentrischen Kreisen um das eine Loch im Mittel abschnitt herum.
Weichgummischnüre 24 (oder Weichgummibänder von geringer Breite und Dicke), die auf einer Seite eine in Längsrichtung verlaufende lange Rille aufweisen, sind an die Oberseite der Montageplatte 102 angeklebt, d. h. an die Seite, die derjenigen gegenüberliegt, auf der ein Wafer angesaugt wird, um nicht nur alle Ansauglöcher abzudichten, sondern auch das Ansaugloch 22c im Mittelabschnitt mit allen anderen Löchern 22 zu verbinden. Der Vakuumstutzen 25 ist am Ansaugloch 22c im Mittelabschnitt der Montageplatte 102 angeordnet.
Andererseits ist, wie in Fig. 24 gezeigt, der Vakuumstutzen 26 am offenen Ende des Kanals 12 angeordnet. Der Schlauch 27, wie z. B. ein Gummischlauch und dergleichen, ist zwischen den Vakuumstutzen 25 und 26 angeschlossen.
Die Montageplatte 102 besteht vollständig aus einer Hartkunststoffplatte, einer Hartgummiplatte, einer Metallplatte oder dergleichen, die als physikalische Eigenschaft eine geeignete Flexibilität aufweisen. Für die zwei Bereiche, die aus einem weniger flexiblen Waferhaltebereich 102a, mit dem die Rückseite eines Wafers in Kontakt gehalten wird, und einem ringförmigen, flexibleren Bewegungsbereich 102b besteht, der den nicht als Waferhaltebereich dienenden Abchnitt bildet (wie in den Fig. 24-26 dargestellt), können vorzugsweise unterschiedliche Flexibilitäten verwendet werden. Beide Bereiche stehen gleichzeitig unter Drucklufteinfluß. Die Marke m in den Fig. 24-26 bezeichnet eine Grenze, an der die Montageplatte 102 in den Waferhaltebereich 102a und den Bewegungsbereich 102b unterteilt ist, und die Marke n bezeichnet eine Grenze zwischen dem Bewegungsbereich 102b und einem Befestigungsabschnitt in dem kurzen Hohlzylinder 101.
Mit zunehmender Breite des Bewegungsbereichs 102b verschlechtert sich die Gleichmäßigkeit des Stärkeverteilungsprofils der an dem Wafer angreifenden Kraft, und daher ist die resultierende Leistung bei der obigen Konstruktion um so besser, je geringer die Breite und/oder je höher die Flexibilität des Bewegungsbereichs 102b ist.
Für die Hartkunststoffplatte zur Herstellung der Montageplatte 102 werden hitzehärtbare Kunststoffe oder hitzebeständiges thermoplastisches Harz mit Elastizitätsmodul n für eine Zugspannung oder eine Biegespannung von jeweils mehr als 5000 kgf/cm² und mit einer Dicke im Bereich von 0,1 mm-1,0 mm ausgewählt.
Für die dünne Hartgummiplatte wird eine Platte mit einer Dicke im Bereich von 0,1 mm-8 mm aus Ebonit oder ähnlichen Materialien von gleicher Härte wie Ebonit gewählt.
Für die dünne Metallplatte wird rostfreier Stahl mit einer Dicke von 0,05 mm bis 0,20 mm als Material gewählt.
Der Bewegungsbereich 102b wird vorzugsweise mit so geringer Breite wie möglich bemessen. Der dickere Waferhaltebereich 102a kann zum Beispiel so gewählt werden, daß die relative Flexibilität des Bewegungsbereichs 102b über die des Waferhaltebereichs 102a erhöht wird. Es ist sehr leicht, den Flexibilitätsunterschied zwischen den Bereichen mit Hilfe des Dickendifferenzeffekts einzustellen.
Das Ausdehnungsrohr 105 wird beispielsweise aus einer Weichgummiplatte oder aus der mit Kunststoffasern verstärkten Weichgummiplatte hergestellt. Der hochflexible Träger 108 kann aus radial angeordneten, dünnen Metall drähten oder einer dünnen Platte aus Gummi, Kunststoff oder Metall hergestellt werden. Der abgeschlossene Raum 107 stimmt vorzugsweise sowohl auf der Seite des Waferträgers 104 als auch auf der Seite des Wafermontagekopfes 106 in Querschnittsform und -abmessungen mit einem montierten Wafer überein.
Als nächstes sind die Polierwirkung und die Wirkungen der obenerwähnten Poliervorrichtung anhand der Fig. 24-27 und der Fig. 4-6 zu beschreiben.
Ein in Fig. 4 im Schnitt dargestellter Wafer W wird durch Betätigen einer Vakuumpumpe an die Wafermontageplatte 102 durch Vakuum angesaugt. Falls die gesamte Montageplatte 102 aus Hartkunststoff und dergleichen von einheitlicher Dicke besteht, kann ein Wafer W an die untere Fläche der Montageplatte 102 angesaugt werden, wobei zwischen dem Wafer und dem inneren Umfang der Schablone 103 ein angemessener Zwischenraum verbleibt. Dabei ist die Ansaugposition an der Montageplatte nicht speziell vorgeschrieben, wenn aber die Montageplatte 102 aus dem Haltebereich 102a und dem flexibleren Bewegungsbereich 102b aufgebaut ist, muß der Umfang des Wafers W so angeordnet werden, daß er genau mit dem Umfang des Haltebereichs 20 zusammenfällt.
Auf einen bestimmten Druck geregelte Druckluft wird dem abgeschlossenen Raum 107 zugeführt, um Druck auf die Oberseite der Montageplatte 102 auszuüben und ferner den Waferträger 104 zu verschieben, der den Wafer W an eine Polierunterlage 32 auf einer Polierdrehscheibe 31 andrückt, so daß der Wafer danach unter den gleichen Bedingungen wie bei den bekannten Verfahren poliert wird.
In der Vorrichtung ist der Waferträger 104 durch die dehnbaren und hochflexiblen Elemente 105 und 108 am Wafermontagekopf 106 aufgehängt, die Gummischnüre 24 dienen dazu, die Ansauglöcher 22 der Montageplatte 102 so miteinander zu verbinden, daß kein Flexibilitätsverlust der Montageplatte 102 zustande kommt.
Die am Waferträger 104 angreifende Last ist so bemessen, daß sie durch die Schablone 103 aufgenommen wird, die an einem Teil der unteren Stirnfläche der Montageplatte 102 angeordnet ist. Der Waferhaltebereich 102a ist flexibel ausgelegt, und der Schlauch 27 ist vorgesehen, um die Vakuumansauglöcher 22 mit dem Vakuumkanal 12 zu verbinden, so daß die Wafermontageplatte 102, wie in Fig. 27 dargestellt entsprechend dem von der Druckluft ausgeübten Druck frei verschiebbar sowie in Übereinstimmung mit der Oberflächenkontur der Rückseite des Wafers W deformierbar ist; die gesamte Oxidschicht 63 an der Vorderseite des Wafers W wird, wie in Fig. 5 gezeigt, in engen Kontakt mit der Oberfläche der Polierunterlage 32 gebracht, und es ergibt sich ein gleichmäßiges Polierdruckverteilungsprofil D an der gesamten Rückseite des Wafers.
Unter solchen Bedingungen für die Vorrichtung werden Vorsprünge, wie z. B. winzige Stufen oder Erhöhungen der Oxidschicht 64, selektiv wegpoliert, ohne daß am oder entlang dem äußeren Umfang Abschrägungen wegen lokal zu starken Polierens oder, im Gegensatz dazu, vorspringende Teile wegen lokal schlechten Polierens entstehen, und dadurch wird die Oxidschicht 63 unter Bedingungen wegpoliert, bei denen die Abtragungsgeschwindigkeiten auf der gesamten Oberfläche überall gleich sind. Bei dem polierten Wafer W kann, wie in Fig. 6 dargestellt, eine auf der gesamten Oberfläche gleiche Dicke der Oxidschicht 63 erzielt werden.
In dem Fall, wo die Wafermontageplatte 102 aus dem Waferhaltebereich 102a mit niedrigerer und dem Bewegungsbereich 102b mit höherer Flexibilität besteht und außerdem der Umfang des Wafers W so angeordnet wird, daß er mit dem Umfang des Waferhaltebereichs 102a zusammenfällt, kann der Druck in der Nähe des Waferumfangs leichter auf die gleiche Stärke wie im übrigen Teil geregelt werden als in einem Fall, wo die gesamte Montageplatte 102 aus einem homogenen flexiblen Hartkunststoff und dergleichen hergestellt wird. Infolgedessen lassen sich leichter eine einheitliche Gesamtdicke der Oxidschicht 63 sowie Ebenheit innerhalb enger Toleranzen quer über die Waferoberfläche erzielen, die für eine bessere Leistung der optischen Lithographie bei der Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauelements erforderlich sind.
Was die Wafermontageplatte 102 betrifft, so kann ebenso wie bei ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Wafermontageplatte 102 durch eine andere Wafermontageplatte mit Befestigung auf einer Trägerunterlage ersetzt werden, wie beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung ersichtlich, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung ein Druckanwendungsbereich räumlich auf die vordere Polierfläche eines montierten Wafers beschränkt ist, und daß ein Waferhaltebereich flexibel ist und aus einer Hartkunststoffplatte, besteht, so daß der Polierdruck in einem auf dem gesamten Wafer gleichmäßigen Verteilungsprofil angreift und so beschränkt wird, daß er außerhalb der rückseitigen Waferfläche keinen Einfluß ausübt, und daß dadurch der Wafer poliert wird, wobei die Wafermontageplatte in Übereinstimmung mit der globalen Oberflächenkontur der Waferrückseite flexibel deformiert wird. Folglich wird nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die sogenannte Planarisierung, die beim Herstellungsverfahren eines Halbleiterbauelements anzuwenden ist, im praktischen Sinne erfolgreich ausgeführt, und dadurch läßt sich auf einem Wafer oder Substrat eine Oxidschicht oder eine dielektrische Zwischenebenenschicht von gleichmäßiger Dicke und Ebenheit innerhalb enger Toleranzen erzielen, ohne daß irgendwelche winzige Erhöhungen nach dem Polieren zurückbleiben. Das so ausgeführte Planarisierungsverfahren kann die Verarbeitungsausbeute bei Mehrebenen-Zwischenverbindungen der VLSI-Technologie verbessern und die Zuverlässigkeit eines Halbleiterbauelementprodukts erhöhen.
Ferner wird gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Wafermontageplatte indirekt durch den flexiblen Träger mit dem dazwischenliegenden kurzen Balgzylinder getragen, welche die Übertragung der durch Deformation im flexiblen Träger verursachten Spannung auf die Wafermontageplatte stören, ist zusammen mit den anderen Teilen des Waferträgers in drei Dimensionen frei verschiebbar und wird außerdem während eines Poliervorgangs unter einem gleichmäßigem Stärkeverteilungsprofil des Polierdrucks über den gesamten Wafer elastisch deformiert, um sich an die globale Oberflächenkontur der Waferrückseite anzupassen, so daß ein polierter Wafer ohne Abschrägungen wegen zu starken Polierens bzw. ohne Erhöhungen wegen zu schwachen Polierens entlang oder in der Nähe des Umfangs hergestellt werden kann, wodurch nach dem zweiten Aspekt eine höhere Leistung beim vorderseitenbezogenen Polieren sichergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist zwar insbesondere anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden, aber der Fachmann wird erkennen, daß die vorstehenden und weitere Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zum Polieren von Halbleiterwafern, wobei ein Halbleiterwafer (W) an der Unterseite einer Wafermontageplatte (19) festgehalten wird, mit der die Rückseite des Wafers in Berührung ist, und wobei auf der Rückseite der Montageplatte ein Druckfluid zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (19) eine flexible Platte ist, von der ein Waferhaltebereich (20) aus einer harten, dünnen Platte aufgebaut ist, und daß der Umfang des Wafers geometrisch mit dem Umfang des Waferhaltebereichs (20) der Wafermontageplatte übereinstimmt, welcher der Rückseite des montierten Wafers zugewandt ist.

2. Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern, wobei ein Halbleiterwafer (W) an der Unterseite einer Wafermontageplatte (19) festgehalten wird, mit der die Rückseite des Wafers in Berührung ist, und wobei auf der Rückseite der Montageplatte ein Druckfluid zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wafermontageplatte (19) eine flexible Platte ist, deren der Rückseite des montierten Wafers zugewandter Bereich aus einem harten Material besteht, daß die Montageplatte verschiebbar an der Öffnung eines Waferhalters (11) angeordnet und mit einem Wafermontagekopf (16) verbunden ist, um die Öffnung mit einem dazwischengelegten flexiblen Ringelement (17) abzudichten, und daß der Innenraum (29) mit einer Druckfluidquelle verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt der Wafermontageplatte (19) ein Waferhaltebereich (20) ist, daß der innere Umfang des flexiblen Ringelements (17) geometrische mit dem Umfang des Waferhaltebereichs übereinstimmt und an und entlang dem Umfang befestigt ist, daß der Waferhaltebereich eine geringere Flexibilität als der äußere Bereich aufweist, der als Bewegungsbereich (21) dient, und daß der Umfang der Wafermontageplatte an dem Waferhalter (11) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Wafermontageplatte (19) aus ein und demselben Material besteht, daß der Bewegungsbereich (21) eine geringere Dicke als der Waferhaltebereich (20) aufweist oder mehrere Aussparungen mit dünnem Boden im Bewegungsbereich (21) angeordnet sind, der die gleiche Dicke wie der Waferhaltebereich (20) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Wafermontageplatte (19) aus ein und demselben Material von durchweg gleichmäßiger Dicke besteht und daß der Bewegungsbereich (21) perforiert ist und mehrere Durchgangsbohrungen (28) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Wafermontageplatte (19) am Wafermontagekopf (16) befestigt ist, mit einem Weichgummibereich als dem äußeren Bereich (21) in und entlang seinem Umfangsabschnitt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wafermontageplatte (19) so angeordnet ist, daß sie als Vakuumansaugplatte arbeitet, die perforiert ist und mehrere Vakuumansauglöcher (22) in einer der Flächen aufweist, und daß die Vakuumansauglöcher über einen flexiblen Schlauch (27) mit einer Vakuumquelle in Verbindung stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumansauglöcher (22) als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, von denen mindestens eine (22c) im zentralen Abschnitt der Wafermontageplatte (19) angeordnet ist und viele andere um die eine Durchgangsbohrung (22c) im zentralen Abschnitt herum über die Oberfläche verteilt sind, daß Weichgummischnüre (24) oder Schnüre aus weichem Kunststoff auf der Oberseite der Wafermontageplatte befestigt sind, wobei in einer Seite der darauf angeordneten vierkantigen Schnur eine lange Rille (23) ausgebildet ist, die der Montageplatte (19) zugewandt ist, so daß alle Vakuumansauglöcher (22) miteinander in Verbindung stehen und das im zentralen Abschnitt angeordnete Vakuumansaugloch (22c) über den flexiblen Schlauch (27) mit der Vakuumquelle verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumansauglöcher (22) als Durchgangsbohrungen ausgebildet und über einen Teil der Oberseite der Wafermontageplatte (19), wo die Vakuumlöcher angeordnet sind, mit Kunststoffschwamm (45) oder einem Aggregat aus elastischen Fasern abgedeckt sind, daß der Schwamm oder das Aggregat mit einer Abdeckung (46) aus Weichgummi bedeckt ist und eine im zentralen Teil der Abdeckung (46) angeordnete Durchgangsbohrung (47) durch den flexiblen Schlauch (27) mit der Vakuumquelle in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumansauglöcher (22) als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, daß eine Weichgummiplatte (49), in deren Unterseite eine spiralförmige bodenlose Rille (48) ausgebildet ist, auf die Oberseite der Montageplatte (19) aufgelegt ist, wobei die Rille (48) der Montageplatte zugewandt ist, so daß die Vakuumansauglöcher (22) mit der bodenlosen Rille (48) in Verbindung stehen, daß eine Weichgummiabdeckung (51) auf die Weichgummiplatte (49) aufgelegt ist und eine Durchgangsbohrung der Abdeckung mit der bodenlosen Rille (48) in Verbindung steht, und daß dadurch die Durchgangsbohrungen (22) der Montageplatte (19) über den flexiblen Schlauch (27) mit der Vakuumquelle verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Wafermontageplatte (19) mehrere Waferhaltebereiche ausgebildet und individuell mit Hilfe von flexiblen Ringelementen (17) an dem Wafermontagekopf (16) befestigt sind.

12. Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterwafern, wobei ein Halbleiterwafer (W) auf einer Wafermontageplatte (102) festgehalten wird, mit der die Rückseite des Wafers in Berührung ist, und wobei ein Druckfluid an der Oberseite der Montageplatte zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wafermontagekopf (106) einen nach unten offenen zylinderförmigen Hohlkörper (106a) und einen ringförmigen, nach unten ragenden Vorsprung (106b) aufweist, daß die Wafermontageplatte (102) konzentrisch mit dem unteren Ende eines kurzen Hohlzylinders (101) angeordnet ist, daß eine Schablone (103) an der unteren Fläche der Wafermontageplatte (106) so angeordnet ist, daß sie einen darin aufgenommenen Wafer umgibt, daß der ringförmige, nach unten ragende Vorsprung (106b) über ein Ausgleichsrohr (105) mit dem kurzen Hohlzylinder (101) verbunden ist, um einen geschlossenen Raum (107) zu bilden, daß der kurze Hohlzylinder (101) außerdem über einen dazwischenliegenden flexiblen Träger (108) mit der Innenwand des zylinderförmigen Hohlkörpers (106a) verbunden ist, und daß der geschlossene Raum (107) mit einer Druckfluidquelle verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wafermontageplatte (102) aus einer flexiblen, harten, dünnen Platte aufgebaut ist, daß die Montageplatte bezüglich des Materials oder der Konstruktion so ausgelegt ist, daß sie in einem Waferhaltebereich (102a) der Platte, welcher der Rückseite eines darauf montierten Wafers (W) zugewandt ist, eine geringere Flexibilität als in dem ringförmigen Bereich außerhalb des Waferhaltebereichs aufweist, wobei der ringförmige Bereich als Bewegungsbereich (102b) dient.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und die Abmessungen im Querschnitt des geschlossenen Raums (107) im allgemeinen sowohl auf der Seite der Wafermontageplatte (102) als auch auf der Seite des Wafermontagekopfes (106) mit denen des Wafers (W) übereinstimmen.