DE69421248T2

DE69421248T2 - Polierteil und Wafer-Poliervorrichtung

Info

Publication number: DE69421248T2
Application number: DE69421248T
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: 1993-12-14
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2014-12-14
Also published as: EP0658401A1; US5564965A; DE69421248D1; EP0658401B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Polierelement und eine Poliervorrichtung zum Polieren von Wafern und insbesondere auf ein Polierelement und eine Poliervorrichtung, welche für die Technik des Planarspanens, welche die Verleihung einer verbesserten Flachheit von Halbleitervorrichtungen als Ziel hat, ausgelegt sind (siehe zum Beispiel EP-A-0465868).
Infolge des fortschreitenden Trends bei Halbleiterbauelementen zu einer verbesserten Integration und größeren Leistungsfähigkeit haben die Technik zur Reduzierung des Durchmessers von Drähten und die Technik zum Erhöhen der Anzahl von einzelnen Lagen von Mehrlagendrähten an Bedeutung gewonnen.
Wenn ein Draht einen verringerten Durchmesser hat, kann eine Isolierhaut nicht so leicht auf den Draht geschichtet werden oder der Draht kann nicht so leicht mit der Isolierhaut beschichtet werden, weil die Endfläche des Drahts unvermeidlich steiler wird. Wenn ein Mehrlagendraht eine größere Anzahl von einzelnen Lagen aufweist, weist er aufgrund einer Anhäufung von Unebenheiten auf den unteren Lagen oder auf der Isolierhaut schwere Oberflächenunebenheiten auf. Wenn ein Draht auf die Oberfläche dieser Lagen geschichtet werden soll, kann dieses Aufschichen nur mit herabgesetzter Verdrahtungsgenauigkeit erzielt werden, da der Stepper nicht mehr präzise auf die unebene Drahtoberfläche eingestellt ist. Auf jeden Fall tendieren diese Oberflächenunebenheiten dazu, den Draht zu brechen und die Zuverlässigkeit eines Halbleiterbauelements, welche den Mehrlagendraht verwendet, zu beeinträchtigen.
Verschiedene Techniken zum Glätten der Drahtoberflächen sind dazu entwickelt worden, dieses Problem zu lösen. Zum Beispiel hat das Glasfließverfahren die Bereitstellung eines Drahts mit einer geglätteten Oberfläche durch Bilden eines Glasfilas wie aus PSG, BPSG, usw. gemäß dem CVD-Verfahren und anschließendem Erhitzen des Glasfilms auf eine Temperatur in dem Bereich von 800 bis 1.100ºC, wobei ein viskoser Fluß des Glasfilms erzeugt wird, zum Ziel. Obwohl diese Methode ein einfaches Verfahren darstellt, besteht ein Nachteil darin, daß das für den Draht verwendete Material begrenzt ist, da eine hohe Temperatur zur Erhitzung des Glasfilms benötigt wird und daher nicht von Aluminium ausgehalten wird. Verschiedene weitere Methoden sind entwickelt worden. Sie haben Vorteile sowie Nachteile. Keiner von ihnen erreicht ausreichend das hier besprochene Ziel, die Oberfläche zu glätten.
In den letzten Jahren sind Forschungen nach einer Methode zur Herstellung einer glatten Oberfläche unter Verwendung der Waferpoliertechnik durchgeführt worden mit der Absicht, den nachteiligen bisherigen Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere haben die Forschungen beim Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements die Anwendung der Waferpoliertechnik bei der Technik des Planarspanens, die imstande ist, die Flachheit des Halbleiterbauelements zu verbessern, nämlich die Verwendung der Technik als eine Maßnahme, um die Teile, die von der Oberfläche eines Siliziumoxidfilms hervorstehen, entsprechend den auf einem Wafer verteilten Drähten zu glätten, zum Ziel. Bisher wurde diese Waferpoliertechnik hauptsächlich dazu verwendet, einen Wafer über seinen gesamten Bereich gleich zu gestalten und ist daher mit dem Ziel entwickelt worden, Teile einer größeren Wanddicke von einem Wafer zu entfernen.
Gemäß der Technik des Planarspanens bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements hat jedoch die Notwendigkeit, eine Oberflächenpoliertechnik zu entwickeln, das heißt, eine Technik, bei der ein Wafer, der gerade gespannt wird (anschließend als "Wafer W" bezeichnet), auch in dem Fall, daß er im Querschnitt Unterschiede zwischen Teilen mit einer großen Wanddicke und Teilen mit einer kleinen Wanddicke, wie in Fig. 7 gezeigt, aufweist, so poliert werden kann, daß die Oxidschicht auf der Oberfläche des Wafers W gleichmäßig abgekratzt werden kann und der Wafer W im Querschnitt eine wie in Fig. 8 gezeigte Form aufweisen kann, weitverbreitete Anerkennung gefunden.
Der Grund für diese Notwendigkeit liegt darin, daß die Waferpoliertechnik bis jetzt dazu entwickelt worden ist, um bestimmte Teile mit einer größeren Wanddicke von einem Wafer zu entfernen, wodurch der Wafer über seinen gesamten Bereich gleich dick gestaltet werden kann. Die Oberflächenpoliertechnik besteht spezifisch darin, hervorstehende Teile 33 einer Oxidschicht, das heißt Höhenunterschiede in einer Oxidschicht 32 (Zwischenlagendielektrikum) auf dem Siliziumsubstrat 31, von einem Siliziumsubstrat 31, das in Fig. 7 gezeigt wird, zu entfernen, wobei gleichzeitig die Oxidschicht 32 einheitlich dick werden kann. In Fig. 7 und Fig. 8 steht 34 für ein Element und 35 für einen verteilten Draht. In diesen Zeichnungen werden die globalen Höhen und Tiefen im Wafer W überspitzt dargestellt, um die Veranschaulichung zu vereinfachen.
Übrigens wird im allgemeinen bei der Waferpoliervorrichtung, die für die obenerwähnte Poliertechnik ausgelegt ist, ein im Handel erhältliches Poliertuch in unveränderter Form als Polierelement, das an einem Poliertisch angebracht wird, verwendet. Das Poliertuch hat zwei bekannte Arten, nämlich die Wildlederart und die Veloursart. Diese zwei Arten werden selektiv gemäß dem Polierzweck verwendet.
Das Wildleder-Poliertuch ist ein synthetisches Leder für die gewerbliche Anwendung sozusagen. Es besteht aus einer Substratschicht eines dreidimensional gebildeten Vliesstoffs, der aus synthetischen Fasern und einem besonderen synthetischen. Kautschuk gebildet wird, und einer Oberflächenschicht mit zahlreichen winzigen Poren, die in einem Harz wie Polyurethan, das besonders abriebfest ist, gebildet werden. Das Velours-Poliertuch ist ein sogenannter Monoschicht-Vliesstoff, nämlich ein dreidimensional gebildetes, poröses, plattenförmiges Material.
Zum Polieren eines Wafers wird ein Verfahren verwendet, das daraus besteht, einen Wafer, der mittels eines Haltemittels unter einem vorgegeben Druck gehalten wird, gegen ein auf dem Poliertisch befestigtes Poliertuch zu drücken und den Wafer zu polieren, während ein geeignetes Poliermittel auf das Poliertuch geführt wird.
Das für das Primär- und Sekundärpolieren eines Wafers verwendete Poliertuch besteht aus einem derart harten Stoff, daß mögliche Unterschiede in der Wanddicke des polierten Wafers möglichst gering gehalten werden und ist so ausgeführt, um vorzugsweise die Teile mit einer großen Wanddicke durch Polieren zu entfernen. Bei der mit diesem wie oben beschriebenen Poliertuch ausgestalteten Waferpoliervorrichtung wird daher das oben beschriebene Oberflächenpolieren nur mit Schwierigkeiten durchgeführt.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen wird zum Beispiel eine in Fig. 13 dargestellte Poliervorrichtung und eine "Hochglanzpoliervorrichtung für einen Wafer", die in JP-A-05-69,310 offenbart wird, vorgeschlagen.
Die Poliervorrichtung aus Fig. 13 besteht aus einem Druckteil 71 aus einem harten Material, einer weichen Montageplatte 72, die als Waferhalteplatte an der unteren Fläche des Druckteils 71 befestigt wird, einer ringförmigen Schablone 73, die an der unteren Fläche der Platte 72 angebracht wird und einem weichen Poliertuch 75, das auf der Oberfläche eines Poliertisches 74 angebracht wird. Die oben beschriebene in JP-A-05-69,310 dargelegte Poliervorrichtung, die in Fig. 14 dargestellt wird, besteht aus einem weichen elastischen Film 51, der eine ebene Fläche aufweist, um den Wafer W zu halten, einem ringförmigen Trommelteil 52, an dem der elastische Film 51 mit einheitlicher Spannung befestigt ist, und einem Flüssigkeitszufuhrmittel 53 zum Speisen eines Fluids, um den Druck einzustellen, der auf den Wafer W von der Oberfläche des elastischen Films 51, die der Oberfläche, auf welcher der Wafer W gehalten wird, entgegengesetzt ist, ausgeübt wird. In der Zeichnung steht 54 für die Drehwelle, 55 für ein ringförmiges Führungsblech (eine Schablone), das an der unteren Fläche des elastischen Films 51 befestigt ist, und 56 für einen ortsfesten Poliertisch.
Übrigens hängt die Menge des Wafers, die durch Polieren entfernt werden soll, weitgehend vom Polierdruck ab. Bei der oben erwähnten Oberflächenpoliertechnik ist es daher äußerst wichtig, daß der Wafer so poliert wird, daß die zu entfernende Menge über die gesamte Oberfläche, wie in Fig. 15(b) dargestellt, durch eine gleichmäßige Verteilung D des Polierdrucks, der auf die hintere Oberfläche des Wafers W (gleichmäßig verteilte Last) ausgeübt wird, wie in Fig. 15(a) dargestellt, einheitlich ist. In Fig. 15(a) steht 61 für ein Waferhalteelement und 62 für ein Poliertuch.
Trotz des Vorteils einer einfachen Ausführung zum Halten des Wafers, leidet die in Fig. 13 gezeigte Poliervorrichtung leicht unter Ungleichmäßigkeiten der typischen Eigenschaften (Dicke, Elastizität und eine Neigung zur Verschlechterung) und sie kann nicht leicht einen einheitlichen Polierdruck erreichen. Hinsichtlich der Verteilung D des Polierdrucks ist daher der Polierdruck auf der Waferoberfläche nicht gleichmäßig, wie in Fig. 16(a) gezeigt und der polierte Wafer W weist eine Welle A auf, wie in Fig. 16(b) gezeigt, wenn die zu verwendende Montageplatte eine uneinheitliche Dicke aufweist, ein hervorstehender Teil B wird im Umfangsbereich des Wafers W erzeugt, wie in Fig. 17(b) gezeigt, wenn der Polierdruck im Umfangsbereich des Wafers zu klein ist, wie in Fig. 17(a) gezeigt, und eine Biegung C wird im Umfangsbereich des polierten Wafers W erzeugt, wie in Fig. 18(b) gezeigt, wenn der Polierdruck im Außenumfangsbereich des Wafers zu groß ist, wie in Fig. 18(a) gezeigt.
Bei der oben beschriebenen in JP-A-05-69,310 offenbarten Poliervorrichtung muß der Abstand zwischen der unteren Fläche des äußeren Kantenteils des elastischen Films 51 und der oberen Fläche des Poliertisches 56 präzise innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eingestellt werden, damit das Bilden einer abnormalen Form im Umfangsbereich des Wafers, wie in Fig. 17(b) und 18(b) gezeigt, aufgrund der hohen Flexibilität des elastischen Films 51, der als Dichtung für den ringförmigen Trommelteil 52 dient, vermieden werden kann.
Wenn dieser Abstand zu groß ist, wird der polierte Wafer W im Querschnitt eine wie in Fig. 17(b) gezeigte Form haben, weil der Mittelteil des elastischen Films 51 unter dem Flüssigkeitsdruck eine konvexe Oberfläche bildet. Wenn der Abstand zu klein ist, wird der polierte Wafer W aufgrund der vom Trommelteil 52 nach unten gerichteten Last oder des zwischen dem Wafer W und dem Trommelteil 52 ausgeübten Flüssigkeitsdrucks im Querschnitt eine wie in Fig. 18(b) gezeigte Form haben. In beiden Fällen kann die Oxidschicht des Wafers nicht einheitlich dick bleiben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung wurde zur Beseitigung der oben erwähnten Nachteile des bisherigen Stands der Technik entwickelt. Es ist ein Hauptziel dieser Erfindung, ein Polierelement und eine Waferpoliervorrichtung bereitzustellen, welche imstande sind, das Oberflächenpolieren durchzuführen, ohne daß eine wellenförmige Oberfläche, ein hervorstehender Teil im Umfangsbereich oder eine Biegung im Umfangsbereich des Wafers erzeugt wird.
Dieses Ziel kann mit einem Polierelement gemäß Anspruch 1 oder 2 und einer Poliervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5 gelöst werden. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Der erste Aspekt dieser Erfindung beschreibt ein Polierelement, das auf einem Poliertisch angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß es eine laminierte Schaumstoffplatte aus weichem, kautschukartigem Elastomer und einem Poliertuch aufweist.
Der zweite Aspekt der Erfindung beschreibt ein Polierelement, das auf einem Poliertisch angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß es ein flexibles, plattenartiges Element aus einer harten, dünnen Platte, die zwischen einer Schaumstoffplatte aus weichem, kautschukartigem Elastomer und einem Poliertuch liegt, aufweist.
Der dritte Aspekt dieser Erfindung beschreibt ein Polierelement gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt dieser Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaumstoffplatte ein geschlossenzelliger Schaumstoff ist, der aus Naturkautschuk, Kunstkautschuk oder thermoplastischem Elastomer besteht und durch das in seinen Zellen beinhaltete Gas flexibel ist und die Schaumstoffplatte (1) eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm, (2) einen Zelldurchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm, (3) einem Poreninhalt (das Verhältnis des Gesamtvolumens der Zellen zum Gesamtvolumen der Schaumstoffplatte) in dem Bereich von 70 bis 98% und (4) einen Kompressionsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm² aufweist.
Der vierte Aspekt dieser Erfindung beschreibt ein Polierelement gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt dieser Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Poliertuch aus Wildleder oder Velours ist.
Der fünfte Aspekt dieser Erfindung beschreibt eine Waferpoliervorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Schaumstoffplatte aus weichem, kautschukartigem Elastomer fest an der Oberfläche eines Poliertisches angebracht ist und ein Poliertuch auf die Schaumstoffplatte laminiert ist.
Der sechste Aspekt dieser Erfindung beschreibt eine Waferpoliervorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Schaumstoffplatte aus weichem, kautschukartigem Elastomer fest an der Oberfläche eines Poliertisches angebracht wird, ein flexibles, plattenartiges Element aus einer harten, dünnen Platte auf der Schaumstoffplatte laminiert ist und ein Poliertuch auf dem flexiblen, plattenartigen Element laminiert ist.
Der siebte Aspekt dieser Erfindung beschreibt eine Waferpoliervorrichtung gemäß dem fünften oder sechsten Aspekt dieser Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaumstoffplatte ein geschlossenzelliger Schaumstoff ist, der aus Naturkautschuk, Kunstkautschuk oder thermoplatischem Elastomer besteht und durch das in seinen Zellen beinhaltete Gas flexibel ist und die Schaumstoffplatte (1) eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm, (2) einen Zelldurchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm, (3) einen Poreninhalt (das Verhältnis des Gesamtvolumens der Zellen zum Gesamtvolumen der Schaumstoffplatte) in dem Bereich von 70 bis 98% und (4) einen Kompressionsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm² aufweist.
Der achte Aspekt dieser Erfindung beschreibt eine Waferpoliervorrichtung gemäß dem fünften oder sechsten Aspekt dieser Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Poliertuch aus Wildleder oder Velours ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird besser verstanden werden und die Ziele und Merkmale, die anders als die oben beschriebenen sind, werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung ersichtlich, welche sich auf die beigelegten Zeichnungen bezieht, in denen:
Fig. 1 ein Querschnitt ist, der den wesentlichen Teil eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Waferpoliervorrichtung schematisch zeigt.
Fig. 2 ein erläuternder Querschnitt ist, welcher die Funktion der Waferpoliervorrichtung aus Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 ein Querschnitt ist, welcher den wesentlichen Teil eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Waferpoliervorrichtung schematisch zeigt.
Fig. 4 ein erläuternder Querschnitt ist, welcher die Funktion der Waferpoliervorrichtung aus Fig. 3 zeigt.
Fig. 5 ein Diagramm ist, welches einen Teil des Diagrams aus Fig. 4 vergrößert zeigt.
Fig. 6 ein erläuternder Querschnitt ist, welcher die Funktion einer Waferpoliervorrichung, die kein flexibles, plattenartiges Element verwendet, zeigt.
Fig. 7 ein Querschnitt ist, welcher einen noch zu polierenden Wafer zeigt.
Fig. 8 ein Querschnitt ist, welcher den Wafer zeigt, nachdem er poliert worden ist.
Fig. 9 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse des Testbeispiels 1 dieser Erfindung zeigt.
Fig. 10 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse des Vergleichsbeispiels 1 zeigt.
Fig. 11 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse des Beispiels 2 dieser Erfindung zeigt.
Fig. 12 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse des Vergleichsbeispiels 2 zeigt.
Fig. 13 ein Querschnitt ist, welcher den wesentlichen Teil einer typischen herkömmlichen Waferpoliervorrichtung schematisch zeigt.
Fig. 14 ein Querschnitt ist, welcher den wesentlichen Teil einer weiteren typischen herkömmlichen Waferpoliervorrichtung schematisch zeigt.
Fig. 15 bevorzugte Polierbedingungen veranschaulicht, wobei (a) ein erläuterndes Diagramm der Verteilung des Polierdrucks zeigt und (b) einen Querschnitt, welcher einen polierten Wafer zeigt.
Fig. 16 ein Beispiel unerwünschter Polierbedingungen zeigt, wobei (a) ein erläuterndes Diagram der Verteilung des Polierdrucks ist und (b) einen Querschnitt, welcher einen polierten Wafer zeigt, ist.
Fig. 17 ein weiteres Beispiel unerwünschter Polierbedingungen veranschaulicht, wobei (a) ein erläuterndes Diagramm der Verteilung des Polierdrucks zeigt und (b) einen Querschnitt, welcher einen polierten Wafer zeigt, ist.
Fig. 18 ein weiteres Beispiel unerwünschter Polierbedingungen veranschaulicht, wobei (a) ein erläuterndes Diagramm der Verteilung des Polierdrucks zeigt und (b) einen Querschnitt, welcher einen polierten Wafer zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Als die Schaumstoffplatte, die beim erfindungsgemäßen Polierelement verwendet wird, wird vorzugsweise ein geschlossenzelliger Schaumstoff verwendet, der im dritten Aspekt dieser Erfindung beschrieben wird. Als konkrete Beispiele des Materials, das als geschlossenzelliger Schaumstoff verwendeten werden kann, können Naturkautschuke, Kunstkautschuke, wie Chloroprenkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk und Butylkautschuk und thermoplastische Elastomere des Styrentyps, Estertyps und Urethantyps angeführt werden. Die Härte (mit der Shore-Härteskala A gemessen) des Naturkautschuks, Kunstkautschuks oder thermoplastischen Elastomers (in ungeschäumtem Zustand) liegt vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 90.
Die Elastizität der Schaumstoffplatte ist die Summe der Elastizität des Materials selbst und der Elastizität des im Schaum eingeschlossenen Gases. Aufgrund der innewohnenden Viskoelastizität des Materials ist die Elastizität der Schaumstoffplatte unvermeidlich gegen altersbedingte Verschlechterung anfällig. Das im Schaumstoff eingeschlossene Gas erfährt praktisch keine altersbedingte Verschlechterung, weil das Gasgesetz (Volumen · Druck = Konstante) im wesentlichen für das im Schaumstoff eingeschlossene Gas gilt. Weiterhin wird, wenn die Steifigkeit des Materials für den Schaumstoff selbst herabgesetzt wird, indem zum Beispiel die Zellwände des Schaumstoffs dünner gemacht werden, die Eigenschaft des Gases im Schaumstoff deutlich bemerkbar und dient dazu, die ganze Schaumstoffplatte weichzumachen. Sogar wenn die Zellwände dünner gemacht werden, verhindern die einzelnen im Schaumstoff eingeschlossenen Gasperlen gemeinsam ein Zerdrücken der Schaumstoffplatte bei Gebrauch.
Die Schaumstoffplatte ist also ein Material, welches den Vorteil hat, daß es die Eigenschaft des Gases in den geschlossenen Zellen des Schaumstoffs ausnutzt, um den Kompressionsmodul herabzusetzen und um die altersbedingte Verschlechterung zu reduzieren.
Die Dicke der Schaumstoffplatte liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm. Wenn die Dicke kleiner als 0,2 mm ist, wird sich die Schaumstoffplatte nicht gemäß der Kontur des Wafers verformen. Wenn die Dicke 2 mm übersteigt, wird die Schaumstoffplatte beim Poliervorgang dazu neigen, örtliche Verformungen zu bilden und der Wafer wird nicht sehr genau poliert werden.
Der Zelldurchmesser in der Schaumstoffplatte liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm. Wenn der Zelldurchmesser kleiner als 0,05 mm ist, kann die Schaumstoffplatte nicht einen wünschenswerten hohen Poreninhalt erreichen oder die wünschenswerte Dämpfungseigenschaft beibehalten. Wenn er 1 mm übersteigt, kann die Schaumstoffplatte nicht leicht unter Druck eine einheitliche Verformung bilden.
Der Poreninhalt der Schaumstoffplatte wird wünschenswerterweise in einem Bereich von 70 bis 98% eingestellt. Wenn der Poreninhalt weniger als 70% beträgt, wird die Dämpfungseigenschaft der Schaumstoffplatte unzulänglich sein. Wenn er 98% übersteigt, wird die Schaumstoffplatte eine lange und wiederholte Nutzung nicht aushalten, weil die Menge des Materials, das die Zellwände des Schaumstoffs bildet, zu klein ist.
Der Kompressionsmodul der Schaumstoffplatte wird vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm² eingestellt. Wenn der Kompressionsmodul weniger als 10 g/mm² beträgt, kann die Schaumstoffplatte aufgrund der Wirkung des in den Zellen beinhalteten Gases keine verbesserte Weichheit aufweisen. Wenn er 100 g/mm² übersteigt, wird die Schaumstoffplatte zu hart und nicht mehr eine bemerkenswerte Dämpfungseigenschaft aufweisen.
Für das flexible, plattenartige Element aus einer harten, dünnen Platte, das für diese Erfindung gedacht ist, sind beispielsweise dünne Platten von harten Kunststoffen, hartem Kautschuk und Metallen verwendbar.
Als harte Kunststoffe werden hitzehärtbare Harze wie Epoxidharz und Phenolharz und hitzebeständige, harte Harze wie Polyethylenterephthalat, Polybutylentelephthalat, Polyimid und Polysulfone vorteilhafterweise verwendet. Diese harten Kunststoffmaterialien können durch Glasfasern, Kohlenstoffasern, Synthesefasern oder durch Webstoffe oder Vliesstoffe aus solchen Fasern verstärkt werden.
Das flexible, plattenartige Element, das aus hartem Kunststoff oder hartem Kautschuk (inklusive der Art, die durch die oben erwähnten Fasern verstärkt ist) besteht, hat vorzugsweise eine Dicke in dem Bereich von 0,1 bis 1,0 mm, so daß es die für die Platte benötigte Flexibilität sicher aufweist.
Als das Metall können verschiedene Stahlarten wie rostfreier Stahl günstig verwendet werden. Das flexible, plattenartige Element, das aus einem solchen Stahl besteht, hat vorzugsweise eine Dicke in dem Bereich von 0,05 bis 0,2 mm, so daß es die für die Platte benötigte Flexibilität sicher aufweist.
Die Waferpoliervorrichtung, die im fünften Aspekt der Erfindung beschrieben wird, wird so konstruiert, um ein Poliertuch 3 zu haben, das mittels einer Schaumstoffplatte 2 aus einem weichen, kautschukartigen Elastomer an einem Poliertisch 1 angebracht wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn ein Wafer W mittels eines Druckteils 14 nach unten gedrückt wird, kann somit der Wafer mit einem über die gesamte hintere Oberfläche des Wafers gleichmäßig verteilten Polierdruck poliert werden und ein Polierelement 5 kann entsprechend den globalen Höhen und Tiefen auf der Waferoberfläche gebogen werden (durch Anpassen an die verschiedenen Wanddicken des Wafers).
Die im sechsten Aspekt dieser Erfindung beschriebene Waferpoliervorrichtung ist so konstruiert, daß das Polierelement 5, das gebildet wird, indem die Schaumstoffplatte 2, ein flexibles, plattenartiges Element 4 aus einer dünnen Platte aus hartem Kunststoff oder dergleichen und das Poliertuch 3 in der in Fig. 4 gezeigten Reihenfolge aufeinandergelegt werden, fest am Poliertisch 1 befestigt wird. Wenn der Wafer W mittels des Druckteils 14 nach unten gedrückt wird, kann er somit mit einem über der gesamten hinteren Oberfläche des Wafers gleichmäßig verteilten Polierdruck poliert werden und das Polierelement 5 kann entsprechend den Höhen und den Tiefen auf der Waferoberfläche verformt werden.
In Abwesenheit des zwischenliegenden flexiblen, plattenartigen Elements drücken die hervorstehenden Teile 33 der Oxidschicht aufgrund der Flexibilität des Poliertuchs 3 in die Schaumstoffplatte 2 hinein, wie in Fig. 6 gezeigt, und der Druck wird nicht leicht auf diese hervorstehende Teile 33 der Oxidschicht ausgeübt. Mit einer erfindungsgemäßen Konstruktion wird das flexible, plattenartige Element 4 mit einem großen Krümmungsradius anstelle einer örtlichen Verformung verformt, obwohl die obere Schicht des Poliertuchs 3 bis zu einer Größe, die ungefähr der Größe der hervorstehenden Teile 33 der Oxidschicht gleicht, konvex verformt wird (örtlich verformt), wie in Fig. 5 gezeigt. Das flexible, plattenartige Element 4 verformt sich somit derart, daß die Verformung des Poliertuchs 3 im benachbarten Bereich verstreut wird, der Druck schnell auf den hervorstehenden Teilen der Oxidschicht konzentriert wird und die hervorstehenden Teile der Oxidschicht leicht geglättet werden.
Die erfindungsgemäße Waferpoliervorrichtung ist imstande, die hervorstehenden Teile der Oxidschicht schnell zu glätten, während die einheitliche Dicke der Oxidschicht, wie oben beschrieben, beibehalten wird.
Nun wird diese Erfindung unter Bezugnahme auf die in den beigelegten Zeichnungen gezeigten Konstruktionsbeispiele näher beschrieben.

Beispiel 1:

Fig. 1 ist ein Querschnitt, welcher den wesentlichen Teil einer Poliervorrichtung schematisch zeigt. Eine Schaumstoffplatte 2 aus weichem, kautschukartigem Elastomer wird fest an der Oberfläche eines Poliertisches 1 befestigt und ein wohlbekanntes Poliertuch 3 aus Wildleder, aus Velours und dergleichen wird fest an der Schaumstoffplatte 2 befestigt. Ein plattenartiges Polierelement 5 besteht aus der Schaumstoffplatte 2 und dem Poliertuch 3. Eine Vorrichtung 11 zum Halten und Drehen eines Wafers W besteht aus einer senkrecht nach oben und nach unten beweglichen Drehwelle 13, welche innen eine Vakuumfließbahn 12 aufweist und im unteren Ende mit einem Druckteil 14 aus einem harten Material versehen ist, eine Vakuumsaugplatte 15, die am unteren Endteil des Druckteils 14 angebracht ist, und eine Schablone 16, die an der äußeren Umfangsseite der Saugplatte angebracht ist. Die Valuumfließbahn ist mit der Saugöffnung der Vakuumsaugplatte 15 verbunden.
Es ist wünschenswert, daß das Polierelement 5 voher erhalten wird, indem die Schaumstoffplatte 2 und das Poliertuch 3 laminiert werden und dieses Polierelement 5 anschließend mittels der Schaumstoffplatte 2 am Poliertisch 1 befestigt wird. Im Vergleich zu einem Verfahren, wobei zuerst die Schaumstoffplatte 2 an der Oberfläche des Poliertisches 1 befestigt wird und das Poliertuch 3 dann mit diesem verbunden wird, vereinfacht dieses Verfahren das Befestigen des Polierelements 5, unterdrückt deutlich das Auftreten von Falten im Polierelement 5 und ermöglicht, daß das Ziel dieser Erfindung sicher erreicht wird.

Beispiel 2:

Fig. 3 ist ein Querschnitt, welcher den wesentlichen Teil einer Poliervorrichtung schematisch zeigt. Bei dieser Vorrichtung wird ein plattenartiges Polierelement 5 dadurch konstruiert, daß eine Schaumstoffplatte 2 aus weichem, kautschukartigem Elastomer an der Oberfläche eines Poliertisches 1 befestigt wird, ein flexibles, plattenartiges Element 4 aus einer dünnen Platte eines mit Glasfasern verstärkten Epoxidharzes auf die Schaumstoffplatte 2 gelegt wird und dann ein wohlbekanntes Poliertuch 3 aus Wildleder, Velours und dergleichen auf das flexible, plattenartige Element 4 gelegt wird.
Eine Vorrichtung 11 zum Halten und Drehen eines Wafers W besteht aus einer senkrecht nach oben und nach unten beweglichen Drehwelle 13, die innen eine Vakuumfließbahn 12 aufweist und im unteren Ende mit einem Druckteil 14 aus einem harten Material versehen ist und einer Saugplatte 15, die am unteren Ende des Druckteils 14 angebracht ist. Die Vakuumfließbahn ist mit der Saugöffnung der Vakuumsaugplatte 15 verbunden.
Es ist wünschenswert, daß das Polierelement 5 voher erhalten wird, indem die Schaumstoffplatte 2, das flexible, plattenartige Element 4 und das Poliertuch 3 laminiert werden und dieses Polierelement 5 anschließend mittels der Schaumstoffplatte 2 am Poliertisch 1 befestigt wird. Im Vergleich zu einem Verfahren, wobei die Schaumstoffplatte 2 und die anderen Teile nacheinander an der Oberfläche des Poliertisches 1 befestigt werden, vereinfacht dieses Verfahrens das Befestigen des Polierelements 5, unterdrückt deutlich das Auftreten von Falten im Polierelement 5 und erlaubt, daß das Ziel dieser Erfindung sicher erreicht wird.
Das flexible, plattenartige Element 4 und die Schaumstoffplatte 2 können permanent am Poliertisch 1 befestigt sein und nur das Poliertuch 3 mit einem neuen ausgetauscht werden. Durch diese Maßnahme kann man die Kosten für ein Polierelement 5 sparen.
Nun werden Testbeispiele der Verwendung der erfindungsgemäßen Poliervorrichtung und Vergleichsbeispiele der Verwendung einer herkömmlichen Poliervorrichtung unten beschrieben.

Testbeispiel 1:

Bei einem an einem Poliertisch 1 befestigten Polierelement mit der unten beschriebenen Konstruktion, wie in Fig. 1 gezeigt, wurde ein Siliziumwafer W, der im Querschnitt eine wie in Fig. 7 abgebildete Form hat und der eine Dicke von rund 660 um und einen Durchmesser von rund 150 mm hat (der durch Auflegen einer thermischen Oxidschicht in einer Dicke von 1,2 um auf die Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit einer Hochglanzoberfläche erhalten wurde), unter normalen Bedingungen unter Verwendung Kolloidsiliziums als Schleifmittel poliert. Die Formen des Wafers im Querschnitt vor und nach dem Polieren wurden verglichen.

[Polierelement]

Schaumstoffplatte:
Material Chloroprenkautschuk
Dicke 0,8 mm
Relative Dichte 0,23
Zelldurchmesser 0,05 bis 0,16 mm (mit einem Elektronenmiskroskop gemessen)
Poreninhalt ungefähr 80%
Kompressionsmodul 60 g/mm² vor Gebrauch 12 g/mm² nach Gebrauch
Poliertuch, Velours (Vliesstoff):
Dicke 1,27 mm

[Polierbedingungen]

Polierdruck 500 gf/cm²
Relative Geschwindigkeit 110 m/min (zwischen Polierelement und Wafer)
Polierzeit 30 Minuten
Die Ergebnisse des Polierens sind in Fig. 9 gezeigt. Im Diagramm stellt die Kurve Lb die Beziehung zwischen der Durchmesserposition und der Dicke des Wafers vor dem Polieren dar und die Kurve La stellt dieselbe Beziehung des Wafers nach dem Polieren dar. Die Dicke des Wafers wurde mittels eines Elektronenmikroskops gemessen.
Es geht aus einem Vergleich der Kurven Lb und La deutlich hervor, daß der Wafer, der vor dem Polieren globale Höhen und Tiefen auf der Oberfläche aufweist, poliert werden könnte, wobei die Höhen und Tiefen in Form und Ausmaß intakt blieben. Erfindungsgemäß kann somit selbst ein Wafer von uneinheitlicher Dicke poliert werden, ohne daß dessen Form im Querschnitt beeinträchtigt wird, was dafür spricht, daß die Waferoberfläche über deren gesamten Bereich einheitlich entfernt werden kann. Anders ausgedrückt kann, wenn eine thermische Oxidschicht von einheitlicher Dicke auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats von uneinheitlicher Dicke gebildet wird, das Oberflächenpolieren, welches imstande ist, die Einheitlichkeit der Dicke der thermischen Oxidschicht beizubehalten, erfindungsgemäß sicher durchgeführt werden.
Das Diagramm aus Fig. 9 zeigt, daß das Polieren eine Verbiegung des Wafers in seinem äußersten Umfangsbereich und eine leichte Verunstaltung verursacht hat. Diese Deffekte stellen kein Problem dar, da der obere Bereich des Wafers, der diese Deffekte aufweist, nicht für den Gebrauch gedacht ist. Die Verbiegung kann durch ein geeignetes Verfahren, in das diese Patentschrift nicht eingeht, beseitigt werden. Das vorliegende Beispiel verwendet die Vakuumsaugplatte 15 aus hartem Material zum Fixieren des Wafers. Es ist bestätigt worden, daß der Wafer ebenfalls effektiv mittels eines Montageplatte- Schablone-Verfahrens fixiert werden kann.

Vergleichsbeispiel 1:

Ein Testpolieren wurde gemäß dem Verfahren aus Testbeispiel 1 unter Verwendung des Poliertuchs aus Testbeispiel 1 allein als Polierelement durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Polierens werden in Fig. 10 gezeigt. In diesem Diagramm stellt die Kurve Mb die Beziehung zwischen der Durchmesserposition und der Dicke des Wafers vor dem Polieren dar und die Kurve Ma stellt dieselbe Beziehung des Wafers nach dem Polieren dar.
Es geht aus einem Vergleich der Kurven Mb und Ma deutlich hervor, daß die im Wafer vor dem Polieren vorhandenen globalen Höhen und Tiefen nach dem Polieren ganz verschwunden waren, was dafür spricht, daß das Polieren nur mit Schwierigkeiten eine einheitliche Entfernung der Waferoberfläche über deren gesamten Bereich erreicht hat.

Testbeispiel 2:

Mit einem an einem Poliertisch 1 befestigten Polierelement mit der unten beschriebenen Konstruktion, wie in Fig. 3 dargestellt, wurde ein Siliziumwafer W, der im Querschnitt eine wie in Fig. 7 gezeigte Form hat und der eine Dicke von rund 660 um und einen Durchmesser von rund 150 mm hat (der durch Auflegen einer thermischen Oxidschicht in einer Dicke von 1,3 um auf die Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit einer Hochglanzoberfläche erhalten wurde) unter normalen Bedingungen unter Verwendung eines rauchenden Siliziumschleifmittels (unter dem Warenzeichen "Semisperse TM-25" vertrieben) hochglanzpoliert wurde. Die Formen des Wafers im Querschnitt vor und nach dem Polieren wurden verglichen.

[Polierelement]

Schaumstoffplatte:
Material Chloroprenkautschuk
Dicke 0,8 mm
Relative Dichte 0,23
Zelldurchmesser 0,05 bis 0,16 mm (mittels eines Elektronenmikroskops gemessen)
Poreninhalt ungefähr 80%
Kompressionsmodul 60 g/mm vor Gebrauch 12 g/mm² nach Gebrauch
Flexibles, plattenartiges Element:
Material Glasfasern beinhaltende Epoxidharzplatte
Dicke 0,3 mm
Poliertuch, Velours (Vliesstoff zur Verwendung beim Primärpolieren):
Dicke 1,27 mm

[Polierbedingungen

Polierdruck 300 gf/cm²
Relative Geschwindigkeit 80 m/min (zwischen Polierelement und Wafer)
Polierzeit 30 Minuten
Die Ergebnisse des Polierens werden in Fig. 11 gezeigt. Im Diagramm stellt die Kurve L die Beziehung zwischen der Durchmesserposition und der Dicke des Siliziumsubstrats des Wafers vor dem Polieren dar, die Kurve M stellt die Beziehung zwischen der Durchmesserposition und der Dicke der Oxidschicht des Wafers nach dem Polieren dar und die Kurve N stellt dieselbe Beziehung des Wafers wie die durch die Kurve M gezeigte nach dem Polieren dar. Die Dicke des Wafers wurde mittels eines Ellipsometers gemessen.
Es geht aus einem Vergleich dieser Kurven deutlich hervor, daß der Wafer mit einem Siliziumsubstrat, der vor dem Polieren eine uneinheitliche Dicke aufweist, mit einer im wesentlichen einheitlichen Entfernung der Waferoberfläche über deren gesamten Bereich poliert wurde. Anders ausgedrückt kann, wenn die Oxidschicht mit einer einheitlichen Dicke auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit einer uneinheitlichen Dicke gebildet wird, das Oberflächenpolieren, das imstande ist, die Einheitlichkeit der Dicke der Oxidschicht beizubehalten, erfindungsgemäß sicher durchgeführt werden.
Das vorliegende Beispiel verwendet die Vakuumsaugplatte 15 aus hartem Material zum Fixieren des Wafers. Es ist bestätigt worden, daß der Wafer ebenfalls effektiv unter Verwendung des Montageplatte-Schablone-Verfahrens fixiert werden kann.

Vergleichsbeispiel 2:

Ein Testpolieren wurde gemäß dem Verfahren aus Beispiel 2 unter Verwendung des Poliertuchs aus Testbeispiel 2 allein als ein Polierelement durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Polierens werden in Fig. 12 gezeigt. In diesem Diagramm entsprechen P, Q und R jeweils den Kurven L, M und N aus Fig. 11.
Es geht aus einem Vergleich der Kurven Q und R deutlich hervor, daß, obwohl die Oxidschicht des Wafers vor dem Polieren eine einheitliche Dicke hatte, diese nach dem Polieren sehr uneinheitlich war. Diese Tatsache spricht dafür, daß beim Polieren die Einheitlichkeit der Dicke nicht beibehalten werden konnte.

Testbeispiel 3:

Ein Testpolieren wurde genau gemäß dem Verfahren aus Testbeispiel 1 unter Verwendung eines Siliziumwafers, der eine Dicke von rund 660 um und einen Durchmesser von rund 150 mm aufweist und ein Hochglanzfinish hat, wobei linear hervorstehende Teile von 100 um Breite und 1 um Höhe auf der Oberfläche des Siliziumwafers gebildet wurden und wobei weiterhin eine Oxidschicht von 3 um Dicke mittels eines CVD-Verfahrens unter normalem Druck aufgelegt wurde, und mit einer Polierzeit von 5 Minuten durchgeführt.
Es zeigte sich, daß das Polieren die linear hervorstehenden Teile bis zu einer Höhe von 0,1 um glätten konnte. In Abwesenheit des flexiblen, plattenartigen Element betrug die Höhe der linear hervorstehenden Teile nach dem Polieren 0,3 um. Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß das flexible, plattenartige Element bei der Durchführung dieser Erfindung effektiv ist.
Die Höhe der linear hervorstehenden Teile wurde mittels eines Rauheittestgeräts des Kontakttyps gemessen.
Es geht aus der obigen Erläuterung deutlich hervor, daß die im fünften Aspekt der Erfindung beschriebene Waferpoliervorrichtung einen gegebenen Wafer polieren kann, indem sie die Waferoberfläche über deren gesamten Bereich einheitlich entfernt, wobei der Polierdruck über den gesamten hinteren Bereich des Wafers gleichmäßig verteilt ist und das Polierelement entsprechend den globalen Höhen und Tiefen der Waferoberfläche verbogen wird. Sogar beim Polieren einer Oxidschicht, die einheitlich dick auf einem Siliziumsubstrat mit einer uneinheitlichen Wanddicke gebildet wird, bewirkt die Waferpoliervorrichtung das erwünschte Polieren, während die Einheitlichkeit der Dicke der Oxidschicht intakt bleibt.
Eine im sechsten Aspekt dieser Erfindung beschriebene Waferpoliervorrichtung ist so konstruiert, daß sie ein Polierelement, das fest an einem Poliertisch befestigt ist, aufweist, das durch Auflegen einer Schaumstoffplatte, eines flexiblen, plattenartigen Elements aus einer dünnen Platte aus zum Beispiel hartem Kautschuk und eines Poliertuchs in dieser Reihenfolge gebildet wird. Sie poliert somit einen Wafer, indem sie die Waferoberfläche über die gesamte hintere Oberfläche des Wafers einheitlich entfernt, wobei der Polierdruck über die gesamte hintere Oberfläche des Wafers gleichmäßig verteilt ist und wobei das Polierelement entsprechend den globalen Höhen und Tiefen der Waferoberfläche verbogen wird. Sogar wenn eine Oxidschicht mit einer einheitlichen Dicke auf einem Siliziumsubstrat mit einer uneinheitlichen Dicke gebildet wird, bewirkt diese Waferpoliervorrichtung sicher das Oberflächenpolieren, das imstande ist, die Einheitlichkeit der Dicke der Oxidschicht beizubehalten. Des weiteren kann, da sich das flexible, plattenartige Element 23 derart verformt, daß die Verformung des Poliertuchs in den benachbarten Bereich verstreut wird und der Druck auf die hervorstehenden Teile der Oxidschicht konzentriert wird, diese Poliervorrichtung die glättende Funktion verbessern.

Claims

1. Ein Polierelement (5), das auf einem Poliertisch (1) angeordnet ist und eine elastische Schicht und ein laminiertes Poliertuch (3), aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß:

die elastische Schicht aus einer Schaumstoffplatte (2) aus weichem, gummiartigem Elastomer besteht; und dadurch, daß:

die Schaumstoffplatte (2) ein geschlossenzelliger Schaumstoff ist, der aus Naturgummi, Synthesegummi oder thermoplastischem Elastomer besteht und durch das in seinen Zellen beinhaltete Gas flexibel ist, und die Schaumstoffplatte folgendes aufweist:

(1) eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm;

(2) einen Zelldurchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm;

(3) einen Poreninhalt, d. h. das Verhältnis des Gesamtvolumens der Zellen zum Gesamtvolumen der Schaumstoffplatte, in dem Bereich von 70 bis 98%; und

(4) einen Kompressionsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm².

2. Ein Polierelement (5), das auf einem Poliertisch (1) angebracht ist, das ein flexibles, plattenartiges Element (4) aufweist, welches aus einer harten, dünnen Platte besteht, die zwischen eine elastische Schicht und ein Poliertuch (3) eingeschoben wird; dadurch gekennzeichnet, daß:

(1) eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm;

(2) einen Zelldurchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm;

(4) einen Kompressionsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm².

3. Ein Polierelement gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Poliertuch (3) aus Wildleder oder Velours ist.

4. Eine Poliervorrichtung, die eine fest an der Oberfläche eines Poliertisches (1) elastische Schicht und ein laminiertes Poliertuch (3), aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß:

(1) eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm;

(2) einen Zelldurchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm;

(3) einen Poreninhalt, d. h. das Verhältnis des Gesamtvolumens der Zellen zum Gesamtvolumen der Schaumstoffplatte in dem Bereich von 70 bis 98%; und

(4) einen Kompressionsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm².

5. Eine Waferpoliervorrichtung, die eine fest an der Oberfläche eines Poliertisches (1) angebrachte elastische Schicht, ein flexibles, plattenartiges Element (4) aus einer harten, dünnen Platte, das an der elastischen Schicht laminiert ist, und ein Poliertuch (3), das am flexiblen, plattenartigen Element (4) laminiert ist, aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß:

die Schaumstoffplatte (2) ein geschlossenzelliger Schaumstoff ist, der aus Naturgummi, Synthesegummi oder thermoplatischem Elastomer besteht und durch das in seinen Zellen beinhaltete Gas flexibel ist, und die Schaumstoffplatte folgendes aufweist:

(1) eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 2 mm;

(2) einen Zelldurchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 1 mm;

(4) einen Kompressionsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 g/mm².

6. Eine Waferpoliervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei das Poliertuch (3) aus Wildleder oder Velours ist.