DE69503408T2 - Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren mit verbesserter Verteilung der Polierzusammensetzung - Google Patents

Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren mit verbesserter Verteilung der Polierzusammensetzung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des chemischen mechanischen Polierens. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum chemischen mechanischen Polieren von Substraten, wie Halbleitersubstraten, auf einem rotierenden Polierkissen in Anwesenheit einer chemisch aktiven und/oder physikalisch abschleifenden Aufschlämmung und zum Bereitstellen eines frischen Vorrats einer Aufschlämmung auf der Fläche des Substrats, an der das Polierkissen angreift, wenn das Substrat poliert wird. Die Erfindung kann zusätzlich eine Kissenabrichtvorrichtung aufweisen, um das Polierkissen abzurichten, während es zum Polieren von Substraten verwendet wird.
  • Ein chemisches mechanisches Polieren ist ein Verfahren zum Polieren von Materialien, wie Halbleitersubstrate, auf ein hohes Ausmaß von Ebenheit und Gleichförmigkeit. Das Verfahren wird verwendet, um Halbleiterscheiben planar zu machen, bevor auf ihnen eine mikroelektronische Schaltung hergestellt wird, und um auch große Höhenstrukturen zu entfernen, die während der Herstellung der mikroelektronischen Schaltung auf dem Substrat erzeugt werden. Ein typisches chemisches mechanisches Polierverfahren verwendet ein großes Polierkissen, das auf einer sich drehenden Platte angeordnet ist, gegen das ein Substrat für das Polieren angeordnet wird, sowie ein Positionierelement, welches das Substrat auf dem sich drehenden Polierkissen vorspannt und positioniert. Auf dem Polierkissen wird eine chemische Aufschlämmung, die auch Abriebsmaterialien enthalten kann, zur Modifizierung der Poliereigenschaften des Polierkissens unterhalten, um das Polieren des Substrats zu verstärken.
  • Die Verwendung des chemischen mechanischen Polierens zum Planarmachen von Halbleitersubstraten ist nicht auf universelle Akzeptanz getroffen, insbesondere dort, wo das Verfahren dazu verwendet wird, große Erhebungsstrukturen zu entfernen, die während der Herstellung einer mikroelektronischen Schaltung auf dem Substrat erzeugt werden. Ein primäres Problem, das die Verwendung des chemischen mechanischen Polierens in der Halbleiterindustrie begrenzt hat, ist die eingeschränkte Fähigkeit, die Geschwindigkeit und Gleichförmigkeit, mit der der Prozeß Material von dem Substrat entfernt, vorherzusagen, geschweige denn zu steuern. Als Folge ist das chemische mechanische Polieren ein arbeitsintensiver Prozeß, da die Dicke und die Gleichförmigkeit des Substrats dauernd überwacht werden müssen, um ein Überpolieren oder ein inkonsistentes Polieren der Substratoberfläche zu unterbinden.
  • Ein Faktor, der zur Nicht-Vorhersagbarkeit und zur Nicht- Gleichförmigkeit der Polierrate des chemischen mechanischen Polierprozesses beiträgt, ist das nicht-homogene Ergänzen der Aufschlämmung auf die Zwischenfläche von Substrat und Polierkissen. Die Aufschlämmung wird hauptsächlich verwendet, die zeitliche Materialentfernungsmenge von ausgewählten Materialien von der Substratoberfläche zu steigern. Da ein festes Aufschlämmungsvolumen in Kontakt mit dem Substrat mit den ausgewählten Materialien auf der Substratoberfläche reagiert, wird das feste Volumen der Aufschlämmung weniger reaktiv und werden die das Polieren steigernden Eigenschaften des festen Volumens der Aufschlämmung beträchtlich verringert. Eine Annäherung zur Überwindung dieses Problems besteht darin, kontinuierlich frische Aufschlämmung auf dem Polierkissen bereitzustellen. Diese Annäherung hat wenigstens zwei Schwierigkeiten. Wegen der physikalischen Gestalt der Poliervorrichtung ist das Einführen von frischer Aufschlämmung in den Kontaktbereich zwischen dem Substrat und dem Polierkissen schwierig, und noch schwieriger ist das Bereitstellen eines konsistent frischen Vorrats von Aufschlämmung für alle Teile des Substrats. Als Folge werden die Gleichförmigkeit und die Poliergesamtgeschwindigkeit beträchtlich beeinflußt, wenn die Aufschlämmung mit dem Substrat reagiert.
  • Zum Beibehalten von frischer Aufschlämmung an der Zwischenfläche zwischen Substrat und Polierkissen wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen. Ein Verfahren läßt es zu, daß das Substrat auf dem Polierkissen "schwimmt". Das Ziel, das Substrat auf dem Polierkissen schwimmen zu lassen, besteht darin, eine sehr kleine, abwärts gerichtete Kraft an der Trennfläche von Substrat und Polierkissen bereitzustellen, so daß die Aufschlämmung zwischen dem Substrat und dem Polierkissen strömt. Dieses Verfahren ist nicht effektiv, da die Aufschlämmung noch wesentlich daran gehindert wird, sich unter das Substrat durch die Oberflächenspannung und andere Faktoren zu bewegen, und die Verwendung einer geringen Kraft an der Trennfläche von Substrat und Polierkissen erhöht die Zykluszeit wesentlich, die zum Polieren eines Substrats erforderlich ist.
  • Ein anderes Verfahren für die Bereitstellung von Aufschlämmung an der Fläche des Substrats, die an dem Polierkissen angreift, verwendet eine Vielzahl von Löchern in der Platte, und die Aufschlämmung wird durch die Löcher und die Unterseite des Polierkissens injiziert. Ziel dieses Verfahrens ist es, zu gewährleisten, daß die Aufschlämmung an der Trennfläche von Substrat und Polierkissen durch die Unterseite des Polierkissens konstant ergänzt wird. Obwohl dieses Verfahren Aufschlämmung an der Fläche des Substrats bereitstellt, an der das Polierkissen angreift, hat es mehrere Nachteile. Das Hauptproblem, das auftritt, wenn dieses Verfahren verwendet wird, besteht darin, daß die Aufschlämmung über die gesamte Fläche des Polierkissens eingespritzt wird. Deshalb sind wesentliche Be reiche des mit Aufschlämmung benetzten Polierkissens der Außenumgebung ausgesetzt, und die Aufschlämmung, die der Umgebung ausgesetzt wird, neigt dazu, die Oberfläche des Polierkissens trocken werden zu lassen und mit Glasur zu überziehen. Dieses Glasigwerden verringert die Fähigkeit des Kissens beträchtlich, das Substrat zu polieren, und reduziert deshalb die Effektivität der Poliervorrichtung.
  • Ein weiteres Verfahren zur Bereitstellung von Aufschlämmung an dem Substratpolierkissen ist in der US-A-5,216,843 gezeigt. Bei dieser Referenz wird eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Nuten, die eine Mitte aufweisen, die mit der Drehachse des Polierkissens zusammenfällt, an der Oberseite des Polierkissens vorgesehen. Zusätzlich werden radiale "Mikronuten" in der Oberfläche des Polierkissens durch eine Polierkissen-Abrichtvorrichtung gebildet. Die Mikronuten dienen dazu, die Polierkissenoberfläche zu konditionieren. Bei der Behandlung des Substrats rotieren sowohl das Polierkissen als auch das Substrat. Da sich das Substrat dreht, laufen alle Bereiche der Oberfläche des Substrats über eine oder mehrere der Nuten während jeder Substratdrehung. Trotz der Tatsache, daß alle Bereiche des Substrats über eine oder mehrere Nuten laufen, wird jedoch die Aufschlämmung auf dem Substrat noch ungleichförmig ergänzt. Insbesondere wenn das Substrat auf dem sich drehenden Polierkissen rotiert, entstehen Zonen hoher und niedriger Aufschlämmungsergänzung auf der Fläche des Substrats, da unterschiedliche Bereiche auf dem Substrat über die unterschiedlichen Zahlen von Nuten laufen, wenn sich das Substrat dreht. Wenn das Substrat nicht gedreht wird und statt dessen in einer linearen oder bogenförmigen Bahn hin- und herbewegt wird, ändert sich die relative Verteilung der frischen Aufschlämmung, da die Distanz auf dem Substrat von einer Nut von der Nominalposition des Substrats auf dem Polierkissen aus zunimmt. Deshalb ändert sich die Frequenz, mit der frische Aufschlämmung jede Stelle auf dem Substrat erreicht, über der Fläche des Substrats, was zu Zonen mit hoher und geringer Materialentfernung auf dem Substrat führt. Insbesondere dann, wenn das Substrat linear oder bogenförmig über eine Distanz hin- und herbewegt wird, die kleiner als eine Hälfte des Abstands zwischen den konzentrischen Nuten ist, kommen Teile des Substrats nicht in Kontakt mit irgendeinem Nutbereich, so daß sich diskrete Bereiche mit sehr geringer Aufschlämmungsergänzung auf dem Substrat ergeben.
  • Zusätzlich zu dem Einfluß der Aufschlämmungsverteilung auf die Polierrate und Poliergleichförmigkeit werden auch die Poliereigenschaften des Polierkissens durch das Glasieren und das Komprimieren der Polierkissenoberfläche beeinträchtigt. Dieses Glasieren und Komprimieren sind natürliche Nebenprodukte des Polierprozesses und führen gewöhnlich zum Schließen von offenen Zellen auf der Polierkissenoberfläche durch (i) Kompression oder (ii) Füllen mit polierten Substratteilchen und getrockneter Aufschlämmung. Wenn einmal die Polierrate der speziellen Kissen-Aufschlämmung-Kombination ausreichend von diesen Faktoren beeinträchtigt ist, muß das Polierkissen entweder ersetzt oder mit einem Abrichtrad, Abrichtarm oder einer anderen Vorrichtung konditioniert werden. Während dieses Abrichtschritts wird das Substrat von dem Polierkissen entfernt, so daß kein Polieren erfolgt. Dies verringert den Durchsatz von Substraten durch die chemische mechanische Poliervorrichtung und führt zu höheren Behandlungskosten.
  • Die FR-A-2063961 offenbart eine chemische mechanische Poliervorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 8.
  • Diese Erfindung stellt eine chemische mechanische Poliervorrichtung zum Polieren eines Substrats bereit, das ein Polier kissen mit wenigstens einer gekrümmten Nut, mit einer Aufschlämmungsöffnung zur Bereitstellung einer Aufschlämmung für das Polierkissen und mit einem Positionierelement zum Anordnen des Substrats auf dem Polierkissen bereit, um das Substrat zu polieren, wenn die Nut an der Trennfläche des Substrats und des Polierkissens die Aufschlämmung nachfüllt, wobei die kreisförmige Nut eine Drehachse des Polierkissens umschließt und die Mitte der kreisförmigen Nut zu der Achse versetzt ist.
  • Vorzugsweise hat das Polierkissen eine Vielzahl von kreisförmigen Nuten.
  • Insbesondere kann das Polierkissen eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Nuten aufweisen.
  • In der letzteren Anordnung können die Nuten gleichförmig voneinander im Abstand angeordnet sein.
  • Bei jeder der obigen Anordnungen kann ein Substratträger angrenzend an das Polierkissen angeordnet sein, um das Substrat in Kontakt mit dem Polierkissen zu positionieren, und kann eine Kissenabrichtvorrichtung in Kontakt mit dem Polierkissen angeordnet sein, die eine langgestreckte Abrichtstange aufweist, die in Eingriff mit dem Polierkissen angeordnet ist und sich über einen ausreichenden radialen Abstand über das Polierkissen erstreckt, um gleichzeitig einen Ringbereich des Polierkissens zu polieren, dessen Breite gleich der Breite des Substrats ist, das auf dem Polierkissen aufgenommen ist.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Polieren von Substraten bereit, welches das Bereitstellen eines Polierkissens, das in seiner oberen Oberfläche eine gekrümmte Nut hat, das Vorsehen einer Aufschlämmung auf dem Polierkissen, das Drehen des Polierkissens und das Anordnen eines Substrats auf dem Polierkissen und das Polieren des Substrats aufweist, wenn die Nut die Aufschlämmung an der Trennfläche des Substrats und des Polierkissens ergänzt, wobei die Nut ein Kreis ist und die Mitte des die Nut bildenden Kreises zu der Drehachse des Polierkissens versetzt ist.
  • Diese und andere Ziele und Vorteile der Ausführungen der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen
  • Fig. 1 eine teilweise geschnitte perspektivische Ansicht einer chemischen mechanischen Poliervorrichtung ist,
  • Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Polierkissens nach der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1 ist,
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform des Polierkissens von Fig. 2 ist,
  • Fig. 4 eine Teilschnittansicht der chemischen mechanischen Poliervorrichtung von Fig. 1 ist, und
  • Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Polierkissen-Abrichtvorrichtung ist.
  • Die vorliegende Erfindung besteht im chemischen mechanischen Polieren, bei welchem eine Aufschlämmung kontinuierlich an der Fläche ergänzt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Poliervorrichtung 10 insgesamt eine Basis 20, auf der eine Drehplatte 22 abgestützt ist, ein Polierkissen 14, das auf der Platte 22 aufgenommen ist, einen Träger 24, der das Substrat 12 an dem Polierkissen 14 positioniert und selektiv dagegen belastet, und eine Antriebsanordnung 46, welche den Träger 24 antreibt, um das Substrat auf dem Polierkissen 14 zu bewegen. Der Träger 24 hat eine Aussparung, welche ein Montierkissen 25 aufweist, gegen welches das Substrat 12 während des Polierens gehalten ist. Das Polierkissen 14 hat vorzugsweise ein Größe bis zu 30 cm im Radius, und in ihm sind ein oder mehrere Nuten 26 enthalten, um frische Aufschlämmung an der Fläche des Substrats 12 bereitzustellen, die an dem Polierkissen 14 angreift. Die Aufschlämmung kann für das Polierkissen 14 durch eine Aufschlämmungsöffnung 27 oder durch die Unterseite des Polierkissens 14 bereitgestellt werden. Die Nut 26 erstreckt sich wenigstens teilweise in einer Radialrichtung in der Oberfläche des Polierkissens 14 über einen Abstand, der ausreicht, zu gewährleisten, daß es sich von der radial innersten zur radial äußersten Position des Substrats 12 auf dem Kissen 14 erstreckt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann sich die Nut vollständig radial, d. h. in einer geradlinigen Bahn längs eines Radius erstrecken, der von der Mitte des Polierkissens 14 nach außen verläuft. Zusätzlich kann sich die Nut in einer geraden Linie, jedoch nicht längs eines Radius erstrecken, der von der Mitte des Polierkissens 14 aus verläuft, und erstreckt sich somit sowohl radial als auch in Umfangsrichtung, jedoch nicht bogenförmig in dem Polierkissen 14. Die Zusammensetzung des Polierkissens 14 ist vorzugsweise ein gewebtes Polyurethanmaterial, wie IC 1000 oder Suba IV, erhältlich von Rodel, Newark, Pennsylvania. Die Aufschlämmung wird so gewählt, daß die Poliereigenschaften des Polierkissens 14 verstärkt werden, und sie kann Komponenten einschließen, um das Polieren von einem oder mehreren der auf der Oberfläche des Substrats 12 angeordneten Materialien zu steigern. Eine Aufschlämmungszusammensetzung, die für ein verstärktes selektives Polieren von Materialien sorgt, die auf der Oberfläche des Substrats 12 abgeschieden sind, ist eine wäßrige Lösung mit 5% NaOH, 5% KOH und kolloidalem Siliciumdioxid mit einer Größe von etwa 200 nm. Der Fachmann kann das Material des Polierkissens 14 und die Aufschlämmungszusammensetzung in einfacher Weise variieren, um für das gewünschte Polieren der Oberfläche des Substrats 12 zu sorgen.
  • In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher in dem Polierkissen 14 eine kreisförmige versetzte Nut 26b vorgesehen ist. Die kreisförmige versetzte Nut 26b erstreckt sich vollständig um die Oberseite des Polierkissens 14 herum, das Zentrum des die kreisförmige versetzte Nut 26b bildenden Kreisbogens ist jedoch zur Drehachse 11 des Polierkissens 14 versetzt. An jedem festen Bezugspunkt bezüglich der Vorrichtungsbasis 20 scheint sich deshalb die kreisförmige versetzte Nut 26b radial nach innen und nach außen zu bewegen, wenn sich das Polierkissen 14 dreht. Obwohl das Polierkissen 14 mit nur einer kreisförmigen versetzten Nut 26b zweckmäßig ist, wird eine Vielzahl von konzentrischen, kreisförmigen versetzten Nuten 26b bevorzugt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die kreisförmigen versetzten Nuten 26b müssen so im Abstand angeordnet sein, daß die maximalen und minimalen Radialpositionen der kreisförmigen, versetzten Nuten 26b sich etwas jenseits der Positionsgrenzen des Substrats 12 auf dem Polierkissen 14 erstrecken, um zu gewährleisten, daß Aufschlämmung in allen Bereichen des Substrats 12 ergänzt wird, wenn sich das Polierkissen 14 dreht.
  • Die hier vorgesehenen Nutausgestaltungen ergeben alle eine verstärkte Aufschlämmungsverteilung unter einem Substrat 12 auf einem rotierenden Polierkissen 14 und sind dort zweckmäßig, wo sich das Substrat 12 auf dem Polierkissen 14 dreht, darauf vibriert, umläuft oder auf andere Weise bewegt wird. Die auf dem Polierkissen 14 gehaltene Aufschlämmung geht unter dem Substrat 12 hindurch und stellt frische Aufschlämmung kontinuierlich für alle Bereiche des Substrats 12, wenn es po liert wird, bereit, unabhängig von der Bewegung des Substrats 12 auf dem Polierkissen 14. Deshalb ist die Gestaltung des Polierkissens 14 der vorliegenden Erfindung besonders für Anwendungen geeignet, bei denen sich das Substrat nicht oder mit sehr kleiner Geschwindigkeit dreht. Dadurch ermöglicht die Polierkissenausgestaltung der vorliegenden Erfindung den Einsatz einer orbitalen Substratbewegung oder einer hin- und hergehenden linearen oder gebogenen Substratbewegung, wie einer Vibration oder Oszillation, während gewährleistet ist, daß der Aufschlämmungsergänzungseffekt der Nutgestaltungen keine Bereiche mit hoher und niedriger Aufschlämmungsnachfüllung auf dem Substrat 12 erzeugt.
  • Die Ausführung einer linearen oder gekrümmten Hin- und Herbewegung eines Substrats, beispielsweise durch Vibrieren oder Oszillieren des Trägers 24, ist leicht mit linearen Oszillatoren oder versetzten Nocken erreichbar. Das Umlaufen eines Substrats 12 auf einem rotierenden Polierkissen 14 ist jedoch ein schwierigerer Vorschlag, insbesondere wenn die Drehgeschwindigkeit gesteuert werden muß. In Fig. 1 ist die gesamte Ausgestaltung eines Orbitalantriebssystems 48 mit gesteuerter Drehung für den Umlauf eines Trägers 24 und ein darin aufgenommenes Substrat 12 gezeigt. Das Umlaufantriebssystem 48 hat insgesamt einen Antriebsmotor 76, der so gestaltet ist, daß er dem Träger 24 eine Orbitalbewegung gibt, einen Steuermotor 78, der so gestaltet ist, daß er dem Träger 24, wenn er umläuft, eine selektive Drehbewegung gibt, und eine Antriebsanordnung 48, die mit dem Antriebsmotor 76 und dem Steuermotor 78 sowie dem Träger 24 gekoppelt und so gestaltet ist, daß er die Drehbewegung des Antriebsmotors 76 und des Steuermotors 78 in eine orbitale und gesteuerte Drehbewegung des Trägers 24 umwandelt. Durch Umlaufenlassen des Trägers 24, während die Drehbewegung des Trägers 24 gesteuert wird, kann der Träger 24 ohne Drehung umlaufen oder er kann mit gesteuerter Drehung umlaufen gelas sen werden. Vorzugsweise gibt die Dreh- und Umlaufbewegung des Trägers 24 zusätzlich zu der Drehbewegung des Polierkissens 14 eine Relativgeschwindigkeit an der Fläche des Substrats 12, die an dem Polierkissen 14 angreift, von 1800 bis 4800 cm/min. Zusätzlich bevorzugt man, daß die Drehgeschwindigkeit des Polierkissens 14 nicht mehr als 10 UpM, vorzugsweise 5 UpM, und daß der Umlaufradius des Substrats 12 nicht mehr als 2,5 cm (1 Zoll) beträgt.
  • In Fig. 4 ist die bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung für den Umlauf des Substrats 12 auf dem Polierkissen 14 im einzelnen gezeigt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Träger 24 durch eine Antriebsanordnung 46 orbital angetrieben, die von einem Querträger 36 nach unten hängt, und wird bezüglich der Rotation durch eine Kompensationsanordnung 80 gesteuert, die von der Antriebsanordnung 46 gebildet wird. Die Antriebsanordnung 46 hat eine drehbare Antriebswelle 38 und ein Gehäuse 40, das an dem Querträger 36 aufgehängt ist, durch den sich die Antriebswelle 38 erstreckt. Das Gehäuse 40 hat eine innere festgelegte Nabe 70, die mit dem Querträger 36 verbunden ist, um das Gehäuse 40 starr an dem Querträger 36 festzulegen, und eine äußere drehbare Nabe 72, die über der festgelegten Nabe 70 an Lagern aufgenommen ist. Die äußere Nabe 72 ist mit dem Steuermotor 78 durch einen Antriebsriemen verbunden, wie es am besten in Fig. 1 gezeigt ist. Die Antriebswelle 38 erstreckt sich durch die innere festgelegte Nabe 70 und ist darin an Lagern abgestützt. Das obere Ende der Antriebswelle 38 erstreckt sich über den Querträger 36 und ist mit dem Antriebsmotor 76 über einen Antriebsriemen verbunden, wie am besten in Fig. 1 gezeigt ist. Das untere Ende der Antriebswelle 38 erstreckt sich unter das Gehäuse 40. Ein Ende des Querträgers 42 ist an dem unteren Ende der Antriebswelle 38 aufgenommen, und eine zweite Welle 44 ist an dem gegenüberliegenden Ende des Querarms 42 aufgenommen und erstreckt sich davon nach unten. Das untere Ende der zweiten Welle 44 steht mit dem Träger 24 in Eingriff, um die Orbitalbewegung in den Träger 24 zu übertragen.
  • Wenn die Antriebswelle 38 von dem Antriebsmotor 76 gedreht wird, schwenkt er den Querarm 42 auf einer kreisförmigen Bahn, was seinerseits die zweite Welle 44 und den daran befestigten Träger 24 durch eine Orbitalbahn bewegt. Der Radius dieser Bahn ist gleich dem Abstand zwischen der Mitte der Antriebswelle 38 und der Mitte der zweiten Welle 44 an dem Querarm 42. Das untere Ende der zweiten Welle 44 ist vorzugsweise ein Kupplungselement mit niedriger Reibung, das in einer entsprechend angepaßten Kupplung in dem Träger 24 aufgenommen ist, um dem Träger 24 oder dem Substrat 12 darin eine minimale Drehung zu vermitteln. Vorausgesetzt, daß die Koppelung der zweiten Welle 44 mit dem Träger 24 sowie des Substrats 12 in dem Träger 24 mit dem Polierkissen 14 reibungsfrei ist, kann sich jedoch das Substrat 12 in einer Drehrichtung bewegen, wenn es durch die Orbitalbahn geht.
  • Um die Drehgeschwindigkeit des Substrats 12 zu steuern, ist das untere Ende des Gehäuses 40 wie die Kompensationsanordnung 80 gestaltet. Diese Kompensationsanordnung 80 hat ein Ringzahnrad 50, das um den äußeren Umfang der Basis der äußeren Nabe 72 des Gehäuses 40 vorgesehen ist, und ein Ritzel 52, das an dem oberen Ende der zweiten Welle 44 angrenzend an den Querarm 42 vorgesehen ist. Das Ritzel 52 kämmt mit dem Ringzahnrad 50 und ist auch über eine Vielzahl von Pendeleinsatzstiften 56 mit dem Träger 24 gekoppelt. Durch Drehen der äußeren Nabe 72 des Gehäuses 40 bei gleichzeitiger Drehung der Antriebswelle 38 kann die wirksame Drehbewegung des Ritzels 52 um die zweite Welle 44 und des daran befestigten Trägers 24 gesteuert werden. Wenn beispielsweise das Ringzahnrad 50 mit einer Drehzahl dreht, die ausreicht, um das Ritzel 52 eine vollständige Umdrehung machen zu lassen, wenn der Träger 24 einen Umlauf macht, drehen sich das Ritzel 52 und somit der daran befestigte umlaufende Träger 24 nicht bezüglich eines festen Bezugspunkts, beispielsweise der Basis 10. Außerdem kann die Drehgeschwindigkeit des Trägers 24 an die Drehgeschwindigkeit des Polierkissens 14 angepaßt oder dazu unterschiedlich gemacht werden, indem die relativen Drehgeschwindigkeiten der Antriebswelle 38 und der äußeren drehbaren Nabe 72 des Gehäuses 40 geändert werden.
  • Die Verwendung des Polierkissens 14 der vorliegenden Erfindung sorgt für eine konstante Ergänzung von Aufschlämmung auf der Oberfläche des Substrats 12, die an dem Polierkissen 14 angreift. Da jedoch die Drehposition des Substrats 12 auf dem Polierkissen 14 im wesentlichen fixiert ist, bildet sich ein ringförmiger Bereich von komprimiertem oder gefülltem Material des Polierkissens 14, wo das Substrat 12 an dem Polierkissen 14 angreift. In Fig. 5 ist eine Kissenabrichtvorrichtung 100 gezeigt zum kontinuierlichen Abrichten des Polierkissens 14 durch Abtragen einer Oberfläche während der Behandlung von Substraten 12 auf ihm. Die Polierkissenabrichtvorrichtung 100 hat eine Montageanordnung 102, die eine Kissenabrichtstange 104 auf dem Polierkissen 14 positioniert, wenn sich das Polierkissen 14 dreht. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die Montageanordnung 102 eine insgesamt langgestreckte Tragstange 106, die an einem Schaft 108 abgestützt ist. Die Enden des Schaftes 108 sind in einem Paar von abgefederten Lagerböcken 110 aufgenommen, die an der Basis 10 der Vorrichtung angeordnet sind. Die Lagerböcke 110 haben vorzugsweise einen Metallmantel mit darin befindlichen konformen Hülsen für die Aufnahmen der Enden des Schafts 108. Die Hülsen dämpfen jede Schwingbewegung des Schafts 108, um die Lebensdauer des Lagerbocks 110 zu steigern.
  • Der Lagerbock 110 dient als Schwenklager für die Tragstange 106. Auf der Basisseite des Schwenklagers sind eine Vibratoranordnung 112 und ein Belastungselement 114 in Kontakt mit der Tragstange 106 vorgesehen. Die Vibratoranordnung 112 hat eine versetzte Stange 116, die sich in eine kreisförmige Öffnung 118 in der Stange 106 erstreckt. Die Stange 116 wird mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse gedreht, die zu ihrer Längsachse versetzt ist. Deshalb greift ein Teil der Stange 116 an der Wand der Öffnung 118 an und kommt aus diesem Eingriff frei, was die Tragstange 106 zum Vibrieren bringt. Das Belastungselement 114 ist vorzugsweise ein Druckluftkolben, der an der Vorrichtungsbasis angebracht ist und eine Kolbenstange 120 hat, die an der Unterseite der Tragstange 106 angreift, um das gegenüberliegende Ende der Tragstange 106 nach unten vorzuspannen.
  • Die Tragstange 106 erstreckt sich von den Lagerböcken 110 über das Polierkissen 14 zu einer radialen Position, die so positioniert ist, daß der Bereich des Polierkissens 14, der von der Abrichtvorrichtung 100 abgerichtet wurde, unter dem Substrat 12 hindurchgeht, wenn es auf dem Polierkissen 14 poliert wird. Die Abrichtstange 104 ist an dem Ende der Tragstange 106 angebracht und berührt das Polierkissen 14. An der Unterseite der Abrichtstange 104 ist ein Siliciumdioxid mit einer Körnung von 600 oder ein anderes Schleifmittel für das Angreifen an der Oberseite des Polierkissens 14 vorgesehen, wenn sich das Polierkissen darunter dreht. Die Abrichtstange 104 ist etwas länger als der Umfang des Substrats 12, so daß das Schleifmittel eine Ringfläche abrichtet, die größer ist als der Umfang des Substrats 12. Somit wird das Polierkissen 14 kontinuierlich abgerichtet, wenn es ein Substrat 12 poliert, was die Notwendigkeit beseitigt, das Polierkissen 14 gesondert abzurichten, nachdem auf ihm ein Substrat oder mehrere Substrate poliert worden sind. Obwohl die Abrichtstange 104 so beschrieben ist, daß sie ein Siliciumdioxid-Schleifmittelkorn verwendet, können auch andere Materialien zum Abrichten des Polierkissens 14 eingesetzt werden, beispielsweise mit Diamant besetzte Stifte oder Klingen oder andere Schleifmittel.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können gleichzeitig oder unabhängig eingesetzt werden, um die Gleichförmigkeit und die Geschwindigkeit zu maximieren, mit denen Substrate poliert werden.

Claims (9)

1. Chemische mechanische Poliervorrichtung zum Polieren eines Substrats (12)
- mit einem Polierkissen (14), das wenigstens eine gekrümmte Nut (26) hat,
- mit einer Aufschlämmungsöffnung (27) zur Bereitstellung einer Aufschlämmung für das Polierkissen und
- mit einem Positionierelement zum Anordnen des Substrats auf dem Polierkissen, um das Substrat zu polieren, wenn die Nut an der Trennfläche des Substrats und des Polierkissens die Aufschlämmung nachfüllt, dadurch gekennzeichnet,
- daß eine kreisförmige Nut (26b) eine Drehachse (11) des Polierkissens umschließt, wobei die Mitte der kreisförmigen Nut zu der Achse versetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierkissen (14) eine Vielzahl von kreisförmigen Nuten (26b) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierkissen (14) eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Nuten (26b) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (26b) im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (26b) in die Oberseite des Polierkissens geschnitten ist oder daß die Nuten (26b) in die Oberseite des Polierkissens geschnitten sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratträger (22) angrenzend an das Polierkissen angeordnet ist, um das Substrat (12) in Kontakt mit dem Polierkissen (14) zu positionieren, und daß eine Kissenabrichtvorrichtung (100) in Kontakt mit dem Polierkissen (14) angeordnet ist, die eine langgestreckte Abrichtstange (104) aufweist, welche in Eingriff mit dem Polierkissen angeordnet ist und sich über einen ausreichenden radialen Abstand über das Polierkissen erstreckt, um gleichzeitig einen Ringbereich des Polierkissens zu polieren, dessen Breite gleich der Breite des Substrats ist, das auf dem Polierkissen aufgenommen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abrichtstange (104) ein Abrichtschleifmittel angeordnet ist, das mit der Oberfläche des Polierkissens in Eingriff bringbar ist.
8. Verfahren zum Polieren von Substraten, bei welchem
- ein Polierkissen bereitgestellt wird, das in seiner oberen Oberfläche eine gekrümmte Nut hat,
- auf dem Polierkissen eine Aufschlämmung vorgesehen wird,
- das Polierkissen gedreht wird und
- ein Substrat auf dem Polierkissen angeordnet und das Substrat poliert wird, wenn die Nut die Aufschlämmung an der Trennfläche des Substrats und des Polierkissens nachfüllt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Nut ein Kreis ist und
- daß die Mitte des die Nut bildenden Kreises zu der Drehachse des Polierkissens versetzt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiterhin den Schritt aufweist, das Polierkissen abzurichten, wenn das Substrat auf dem Polierkissen poliert wird.
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