DE69620333T2

DE69620333T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Polieren von Werkstücken

Info

Publication number: DE69620333T2
Application number: DE69620333T
Authority: DE
Inventors: Norio Kimura; Hozumi Yasuda
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2016-10-10
Also published as: DE69620333D1; EP0768148B1; KR100435302B1; DE69634144T2; EP1170090B1; EP0768148A1; US6033520A; EP1170090A1; KR970063545A; JP3724869B2; DE69634144D1; US6432258B1; JPH09168964A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Polieren von Werkstücken, wie beispielsweise eines Halbleiter- Wavers zu einer flachen Spiegelendbearbeitung, und insbesondere auf eine Vorrichtung für ein Werkstück und auf ein Verfahren zum Polieren eines Werkstückes, wie beispielsweise eines Halbleiter-Wavers, die die Materialmenge steuern kann, die von einem Umfangsteil des Werkstückes durch einen Poliervorgang entfernt wird.

Beschreibung der verwandten Technik

Der schnelle Fortschritt bei den Anforderungen der Halbleitervorrichtungsintegration in letzter Zeit verlangt kleinere und kleinere Verdrahtungsmuster oder Verbindungen und auch engere Räume zwischen den Verbindungen, die aktive Gebiete verbinden. Einer der verfügbaren Prozesse zur Bildung solcher Verbindungen ist die Fotolithografie. Obwohl der fotolithografische Prozess Verbindungen bilden kann, die bis zu 0,5 Mikrometern breit sind, erfordert er, dass Oberflächen, auf den Musterbilder durch einen Schrittmotor zu fokussieren sind, so flach wie möglich sein müssen, da die Fokustiefe bzw. Tiefenschärfe des optischen Systems relativ klein ist.
Es ist daher nötig, die Oberflächen der Halbleiter-Waver für die Fotolithografie flach zu machen. Ein üblicher Weg um die Oberflächen von Halbleiter- Wavern flach zu machen ist es, sie mit einer Poliervorrichtung zu polieren.
Herkömmlicherweise hat eine Poliervorrichtung einen Drehtisch und einen oberen Ring, die sich mit jeweiligen individuellen Drehzahlen drehen. Ein Poliertuch bzw. Poliergewebe ist an der Oberseite des Drehtisches angebracht. Ein zu polierender Halbleiter-Waver wird auf dem Poliergewebe angeordnet und zwischen dem oberen Ring und dem Drehtisch festgeklemmt.
Eine abrasive bzw. abreibende Flüssigkeit, die Abriebskörner enthält, wird auf das Poliertuch geliefert und auf dem Poliertuch gehalten. Während des Betriebes übt der obere Ring einen gewissen Druck auf den Drehtisch aus, und die Oberfläche des Halbleiter-Wavers, die gegen das Poliertuch gehalten wird, wird daher zu einer flachen Spiegelendbearbeitung poliert, während sich der obere Ring und der Drehtisch drehen.
Es sind daher Versuche unternommen worden, ein elastisches Kissen aus Polyurethan oder ähnlichem auf einer Werkstückhaltefläche des oberen Rings aufzubringen, um eine Druckkraft gleichförmig zu machen, die von dem oberen Ring auf den Halbleiter-Waver aufgebracht wird. Wenn die vom oberen Ring auf den Halbleiter-Waver aufgebrachte Druckkraft vereinheitlicht wird, wird verhindert, dass der Halbleiter-Waver an einer lokalen Stelle übermäßig stark poliert wird, und wird daher auf eine besonders flache endbearbeitete Oberfläche abgeflacht.
Fig. 9 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine herkömmliche Poliervorrichtung. Wie in Fig. 9 gezeigt weist die herkömmliche Poliervorrichtung einen Drehtisch 41 mit einem abrasiven bzw. abreibenden Tuch 42 auf, das an einer Oberseite davon angebracht ist, weiter einen oberen Ring 45, um einen Halbleiter-Waver 43 zu halten, um den Halbleiter-Waver 43 gegen das abrasive Tuch 42 zu pressen, und eine Versorgungsdüse 48 für eine abrasive Flüssigkeit zur Lieferung von abrasiver Flüssigkeit Q auf das abrasive Tuch 42. Der obere Ring 45 ist mit einer Welle 49 des oberen Rings verbunden und ist mit einem elastischen Kissen 47 aus Polyurethan oder ähnlichem an der Unterseite versehen. Der Halbleiter-Waver 43 wird von dem oberen Ring 45 in Kontakt mit dem elastischen Kissen 47 gehalten. Der obere Ring 45 hat auch einen zylindrischen Haltering 46 auf seiner äußeren Umfangskante, um den Halbleiter-Waver 43 auf der Unterseite des oberen Rings 45 zu halten. Insbesondere ist der Haltering 46 an dem oberen Ring 45 befestigt und sein unteres Ende steht nach unten von der Unterseite des oberen Rings 45 vor, um den Halbleiter-Waver 43 auf dem elastischen Kissen 47 gegen eine Entfernung aus dem oberen Ring 45 unter Reibeingriff mit dem abrasiven Tuch 42 während des Polierprozesses zu halten.
Im Betrieb wird der Halbleiter-Waver 43 gegen die Unterseite des elastischen Kissens 47 gehalten, welches an der Unterseite des oberen Rings 45 angebracht ist. Der Halbleiter-Waver 43 wird dann gegen das abrasive Tuch 42 auf dem Drehteller 41 durch den oberen Ring 45 gepresst, und der Drehtisch 41 und der obere Ring 45 werden unabhängig voneinander gedreht, um das abrasive Tuch 42 und den Halbleiter-Waver 43 relativ zueinander zu bewegen, wodurch der Halbleiter-Waver 43 poliert wird. Die abrasive Flüssigkeit Q weist eine alkalische Lösung auf, die abrasive Körner beispielsweise aus feinen darin schwebenden Partikeln enthält. Der Halbleiter-Waver 43 wird durch eine zusammengesetzte Wirkung poliert, die eine chemische Polierwirkung der alkalischen Lösung und eine mechanische Polierwirkung der abrasiven Körner umfaßt.
Fig. 10 der beigefüten Zeichnungen zeigt in bruchstückhaftem Querschnitt den Halbleiter-Waver 43, das abrasive Tuch 42 und das elastische Kissen 47. Wie in Fig. 10 gezeigt, hat der Halbleiter-Waver 43 einen Umfangsteil, der eine Grenze zwischen einem Kontakt und einem Nicht-Kontakt zu dem abrasiven Tuch 42 ist, und auch eine Grenze zwischen dem Kontakt und dem Nicht-Kontakt mit dem elastischen Kissen 47. Am Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 43 ist der Polierdruck, der auf den Halbleiter-Waver 43 durch das abrasive Tuch 42 und das elastische Kissen 47 aufgebracht wird, nicht gleichförmig, wobei somit der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 43 wahrscheinlich in übermäßigem Ausmaß poliert wird. Als eine Folge wird die Umfangskante des Halbleiter-Wavers 43 oft mit runden Ecken poliert.
Fig. 11 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht die Beziehung zwischen den Radialpositionen und den Polierdrücken, wie sie von dem Finite- Elemente-Verfahren berechnet wird, und die Beziehung zwischen Radialpositionen und der Dicke einer Oberflächenschicht mit Bezug auf einen Halbleiter-Waver mit 6 Inch mit einer darauf abgelagerten Siliziumoxid-Schicht (SiO&sub2;). In Fig. 11 stellen die weißen Punkte berechnete Werte des Polierdruckes (gf/cm) dar, wie von dem Finite-Elemente-Verfahren bestimmt, und die schwarzen Punkte stellen gemessene Werte der Dicke der Oberflächenschicht (Å) dar, nachdem der Halbleiter-Waver poliert wurde. Die berechneten Werte des Polierdruckes sind unregelmäßig an einem Umfangsteil im Bereich von 70 Millimeter bis 74 Millimeter auf den Halbleiter-Waver, und die gemessenen Werte der Dicke der Oberflächenlage sind entsprechend unregelmäßig an einem Umfangsteil im Bereich von 70 Millimetern bis 73,5 Millimetern auf dem Halbleiter-Waver. Wie aus den gemessenen Werten der Dicke der Oberflächenschicht zu sehen, wird der Umfangsteil des Halbleiter- Wavers übermäßig poliert.
Um zu verhindern, dass der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers übermäßig poliert wird, ist eine Poliervorrichtung mit einem Haltering vorgeschlagen worden, die ein Gewicht aufweist, welches vertikal mit Bezug auf einen oberen Ring bewegbar ist, wie in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 55-157473 offenbart. Bei dieser Poliervorrichtung wird der Haltering um den oberen Ring herum vorgesehen und aufgrund der Schwerkraft gegen ein abrasives Tuch gedrückt.
Der obere Ring der oben vorgeschlagenen Poliervorrichtung kann die Drucckraft variieren, um den Halbleiter-Waver gegen das abrasive Tuch zu drücken, und zwar abhängig von der Art des Halbleiter-Wavers und den Polierzuständen. Da jedoch der Haltering nicht seine Druckkraft variieren kann, die auf das abrasive Tuch aufgebracht wird, kann die von dem Haltering aufgebrachte Druckkraft zu groß oder zu klein im Vergleich zu der eingestellten Druckkraft sein, die von dem oberen Ring aufgebracht wird. Als eine Folge kann der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers übermäßig oder unzureichend poliert werden.
Gemäß einer weiteren vorgeschlagenen Poliervorrichtung, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-10193 offenbart wird, wird eine Feder zwischen einem oberen Ring und einem Haltering angeordnet, um elastisch den Haltering gegen ein abrasives Tuch zu drücken.
Der federvorgespannte Haltering übt eine Druckkraft aus, die nicht einstellbar ist, da die Druckkraft von der verwendeten Feder abhängt. Während daher der obere Ring seine Druckkraft variieren kann, um den Halbleiter-Waver gegen das abrasive Tuch abhängig von der Art des Halbleiter-Wavers und den Polierzuständen zu drücken, kann die von dem abrasiven Tuch durch den Haltering aufgebrachte Druckkraft nicht eingestellt werden. Folglich kann die von dem Haltering aufgebrachte Druckkraft zu groß oder zu klein im Vergleich zu der eingestellten Druckkraft sein, die von dem oberen Ring aufgebracht wird. Der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers kann somit übermäßig oder unzureichend poliert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstückes vorzusehen, wobei ein Führungsring um einen oberen Ring angeordnet ist, um eine optimale Druckkraft auf ein abrasives Tuch abhängig von der Art des Werkstückes und den Polierzuständen aufzubringen, um dadurch zu verhindern, dass ein Umfangsteil des Werkstückes übermäßig oder unzureichend poliert wird, um dadurch das Werkstück zu einer besonders ebenen Endbearbeitung zu polieren.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzusehen, um ein Werkstück zu polieren, während die Materialmenge gesteuert wird, die von einem Umfangsteil des Werkstückes durch einen Poliervorgang entfernt wird, um die Anforderungen bezüglich der Entfernung einer größeren oder kleineren Dicke des Materials vom Umfangsteil des Werkstückes als von einer inneren Region des Werkstückes zu erfüllen, und zwar abhängig von der Art des Werkstückes.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstückes nach Anspruch 1 und Anspruch 9 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass die Verteilung der Druckkraft des Werkstückes am Umfangsteil des Werkstückes während des Polierprozesses nicht gleichförmig ist, und die Polierdrücke können über die gesamte Oberfläche des Werkstückes gleichmäßig verteilt werden. Daher wird verhindert, dass der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers übermäßig oder unzureichend poliert wird. Die gesamte Oberfläche des Werkstückes kann somit zu einer flachen spiegelartigen Endbearbeitung poliert werden. In dem Fall, wo die vorliegende Erfindung auf den Halbleiterherstellprozess angewandt wird, können die Halbleitervorrichtungen mit hoher Qualität poliert werden. Da der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers für Produkte bzw. Werkstücke verwendet werden kann, können die Ausbeuten der Halbleitervorrichtungen vergrößert werden.
In dem Fall, wo es Anforderungen bezüglich der Entfernung einer größeren oder kleineren Materialdicke vom Umfangsteil des Halbleiter-Wavers als von der inneren Region des Halbleiter-Wavers abhängig von der Art des Halbleiter-Wavers gibt, kann die Materialmenge, die vom Umfangsteil des Halbleiter-Wavers entfernt wird, absichtlich vergrößert oder verringert werden.
Die obigen und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft darstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine bruchstückhafte vertikale Querschnittsansicht, die die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A, 2B und 2C sind vergrößerte bruchstückhafte vertikale Querschnittsansichten, die das Verhalten eines abrasiven Tuches zeigen, wenn die Beziehung zwischen einer Druckkraft, die von einem oberen Ring aufgebracht wird, und einer Druckkraft, die von einem Führungsring aufgebracht wird, variiert wird.
Fig. 3A bis 3E sind Kurvendarstellungen, die die Ergebnisse eines Experimentes zeigen, bei dem der Halbleiter-Waver basierend auf den grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung poliert wurde;
Fig. 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine vergrößerte bruchstückhafte vertikale Schnittansicht der Poliervorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 ist eine vergrößerte bruchstückhafte vertikale Querschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 ist eine vergrößerte bruchstückhafte vertikale Querschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 8A bis 8D sind bruchstückhafte vergrößerte vertikale Querschnittsansichten, die ein Beispiel zeigen, bei dem die von einer Umfangskante eines Werkstückes entfernte Materialmenge kleiner ist, als die Materialmenge, die von einer inneren Region des Werkstückes entfernt wurde;
Fig. 9 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer herkömmlichen Poliervorrichtung;
Fig. 10 ist eine vergrößerte bruchstückhafte vertikale Querschnittsansicht eines Halbleiter-Wavers, eines abrasiven Tuches und eines elastischen Kissens der herkömmlichen Poliervorrichtung; und
Fig. 11 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen radialen Positionen und Polierdrücken zeigt, und die Beziehung zwischen den radialen Positionen und Dicken einer Oberflächenschicht eines Halbleiter-Wavers.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Gleiche oder entsprechende Teile werde durch gleiche oder entsprechende Bezugszeichen in den Ansichten bezeichnet. Fig. 1 zeigt die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Poliervorrichtung einen oberen Ring 1 und ein elastisches Kissen 2 aus Polyurethan oder ähnlichem, das an der Unterseite des oberen Rings 1 angebracht ist. Ein Führungsring 3 ist um den oberen Ring 1 herum angeordnet und vertikal mit Bezug auf den oberen Ring 1 bewegbar. Ein Halbleiter- Waver 4, der ein zu polierendes Werkstück ist, ist in einem Raum aufgenommen, der von der Unterseite des oberen Rings 1 und der inneren Umfangsfläche des Führungsrings 3 definiert wird.
Der obere Ring 1 bringt eine Druckkraft F&sub1; (Druck pro Flächeneinheit, gf/cm²) auf, um den Halbleiter-Waver 4 gegen ein abrasives Tuch 6 auf einem Drehteller 5 zu drücken, und der Führungsring 3 bringt eine Druckkraft F&sub2; (Druck pro Flächeneinheit, gf/cm²) auf, um das abrasive Tuch 6 anzupressen. Diese Druckkräfte F&sub1;, F&sub2; sind unabhängig voneinander variabel. Daher kann die Drukkraft F&sub2;, die auf das abrasive Tuch 6 durch den Führungsring 3 aufgebracht wird, abhängig von der Druckkraft F&sub1; verändert werden, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Waver 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken.
Wenn theoretisch die Druckkraft F&sub1;, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Waver 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken, gleich der Druckkraft F&sub2; ist, die auf das abrasive Tuch 6 durch den Führungsring 3 aufgebracht wird, dann ist die Verteilung der aufgebrachten Polierdrücke, die aus einer Kombination der Druckkräfte F&sub1;, F&sub2; resultieren, kontinuierlich und gleichförmig von der Mitte des Halbleiter-Wavers 4 zu seiner Umfangskante und weiter zu einer äußeren Umfangskante des Führungsrings 3, die um den Halbleiter-Waver 4 angeordnet ist. Entsprechend wird verhindert, dass der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird.
Die Fig. 2A bis 2C zeigen schematisch, wie sich das abrasive Tuch 6 verhält, wenn die Beziehung zwischen der Druckkraft F&sub1; und der Druckkraft F&sub2; variiert wird. In Fig. 2A ist die Druckkraft F&sub1; größer als die Drukkraft F&sub2; (F&sub1; > F&sub2;). In Fig. 2B ist die Druckkraft F&sub1; nahezu gleich der Druckkraft F&sub2; (F&sub1; F&sub2;). In Fig. 2C ist die Druckkraft F&sub1; kleiner als die Druckkraft F&sub2; (F&sub1; < F&sub2;).
Wie in den Fig. 2A bis 2C gezeigt, wird das abrasive Tuch 6, auf welches der Führungsring 3 drückt, progressiv zusammengedrückt, wenn die von dem Führungsring 3 auf das abrasive Tuch 6 aufgebrachte Druckkraft F&sub2; progressiv vergrößert wird, wobei somit sein Kontaktzustand zum Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 verändert wird, d. h. progressiv die Kontaktfläche mit dem Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 reduziert. Wenn daher die Beziehung zwischen der Druckkraft F&sub1; und der Druckkraft F&sub2; in verschiedenen Mustern verändert wird, wird auch die Verteilung der Polierdrücke auf dem Halbleiter-Waver 4 über seinen Umfangsteil und seine innere Region auch in verschiedenen Mustern verändert.
Wie in Fig. 2A gezeigt, ist wenn die Druckkraft F, größer ist, als die Drucckraft F&sub2; (F&sub1; > F&sub2;), der auf den Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 aufgebrachte Druck größer als der Polierdruck, der auf die innere Region des Halbleiter-Wavers 4 aufgebracht wird, so dass die Materialmenge, die vom Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 entfernt wird, größer ist, als die Materialmenge, die von der inneren Region des Halbleiter-Wavers 4 entfernt wird, während der Halbleiter-Waver 4 poliert wird.
Wie in Fig. 2B gezeigt, ist wenn die Druckkraft F&sub1; im wesentlichen gleich der Druckkraft F&sub2; ist (F&sub1; F&sub2;) die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichmäßig von der Mitte des Halbleiter-Wavers 4 zu seiner Umfangskante, und weiter zur äußeren Umfangskante des Führungsrings 3, so dass die von dem Halbleiter-Waver 4 entfernte Materialmenge gleichförmig von der Umfangskante zur inneren Region des Halbleiter-Wavers 4 ist, während der Halbleiter-Waver 4 poliert wird.
Wie in Fig. 2C gezeigt, ist wenn die Druckkraft F&sub1; kleiner ist, als die Drucckraft F&sub2; (F&sub1; < F&sub2;), der auf den Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 aufgebrachte Polierdruck kleiner als der Polierdruck, der auf die innere Region des Halbleiter-Wavers 4 aufgebracht wird, so dass die vom Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 entfernte Materialmenge kleiner ist, als die Materialmenge, die von der inneren Region des Halbleiter-Wavers 4 entfernt wird, wenn der Halbleiter-Waver 4 poliert wird.
Die Druckkraft F, und die Druckkraft F&sub2; können unabhängig voneinander vor dem Polieren oder während des Polierens verändert werden.
Fig. 3A bis 3E zeigen die Ergebnisse eines Experimentes, bei dem ein Halbleiter-Waver basierend auf dem grundlegenden Prinzip der vorliegenden Erfindung poliert wurde. Der bei dem Experiment verwendete Halbleiter- Waver war ein Halbleiter-Waver mit 8 Inch. In dem Experiment war die Druckkraft (Polierdruck), die auf den Halbleiter-Waver durch den oberen Ring aufgebracht wurde, auf einem konstanten Niveau von 400 gf/cm², und die Druckkraft, die von dem Führungsring aufgebracht wurde, wurde von 600 auf 200 gf/cm² sukzessive durch Schritte von 100 gf/cm² verändert. Insbesondere war die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft 600 gf/cm² in Fig. 3A, 500 gf/cm² in Fig. 3B, 400 gf/cm² in Fig. 3C, 300 gf/cm² in Fig. 3D und 200 gf/cm² in Fig. 3E. In jeder der Fig. 3A bis 3E stellt die horizontale Achse eine Distanz (Millimeter) von der Mitte des Halbleiter- Wavers dar, und die vertikale Achse stellt eine Dicke (Å) eines Materials dar, welche von dem Halbleiter-Waver entfernt wurde.
Wie in den Fig. 3A bis 3E gezeigt, wird die Dicke des entfernten Materials an den Radialpositionen des Halbleiter-Wavers beeinflußt, wenn die Druckkraft verändert wird, die von dem Führungsring aufgebracht wird. Insbesondere wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft im Bereich von 200 bis 300 gf/cm² war, wie in den Fig. 3D und 3E gezeigt, wurde der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers übermäßig poliert. Wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft im Bereich von 400 bis 500 gf/cm² war, wie in den Fig. 3B und 3C gezeigt, ist der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers im wesentlichen gleich von der Umfangskante zur inneren Region des Halbleiter-Wavers poliert. Wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft 600 gf/cm² war, wie in Fig. 3A gezeigt, wurde der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers unzureichend poliert.
Die experimentellen Ergebnisse, die in den Fig. 3A bis 3E gezeigt sind, zeigen an, dass die von dem Umfangsteil des Halbleiter-Wavers entfernte Materialmenge eingestellt werden kann, indem die Druckkraft variiert wird, die von dem Führungsring aufgebracht wird, und zwar unabhängig von der Druckkraft, die von dem oberen Ring aufgebracht wird. Vom theoretischen Standpunkt sollte der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers optimal poliert werden, wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft gleich der Druckkraft ist, die von dem oberen Ring aufgebracht wird. Da jedoch die Polierwirkung von der Art des Halbleiter-Wavers und den Polierzuständen abhängt, wird die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft so ausgewählt, dass sie einen optimalen Wert hat, und zwar basierend auf der Drucckraft, die von dem oberen Ring aufgebracht wird, und zwar abhängig von der Art des Halbleiter-Wavers und den Polierzuständen.
Es gibt Anforderungen zur Entfernung einer größeren oder kleineren Materialdicke vom Umfangsteil des Halbleiter-Wavers in anderer Weise als von der inneren Region des Halbleiter-Wavers abhängig von der Art des Halbleiter- Wavers. Um solche Anforderungen zu erfüllen wird die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft so ausgewählt, dass sie ein optimaler Wert ist, und zwar basierend auf der von dem oberen Ring aufgebrachten Druckkraft, um absichtlich die Materialmenge zu vergrößern oder zu verringern, die vom Umfangsteil des Halbleiter-Wavers entfernt wird.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Poliervorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, hat ein oberer Ring 1 eine Unterseite, um einen Halbleiter-Waver 4 darauf zu tragen, der ein zu polierendes Werkstück ist. Ein elastisches Kissen 2 aus Polyurethan oder ähnlichem ist an der Unterseite des oberen Rings 1 angebracht. Ein Führungsring 3 ist um den oberen Ring 1 herum angeordnet und vertikal mit Bezug auf den oberen Ring 1 bewegbar. Ein Drehtisch 5 mit einem abrasiven Tuch 6, das an einer Oberseite davon angebracht ist, ist unter dem oberen Ring 1 angeordnet.
Der obere Ring 1 ist mit einer vertikalen Welle 8 für den oberen Ring verbunden, deren unteres Ende gegen eine Kugel 7 gehalten wird, die auf einer Oberseite des oberen Rings 1 montiert ist. Die Welle 8 für den oberen Ring ist betriebsmäßig mit einem Luftzylinder 10 für den oberen Ring gekoppelt, der an einer Oberseite des Kopfes 9 des oberen Rings montiert ist. Die Welle 8 für den oberen Ring ist vertikal durch den Luftzylinder 10 für den oberen Ring bewegbar, um den Halbleiter-Waver 4, der von dem elastischen Kissen 2 getragen wird, gegen das abrasive Tuch 6 auf dem Drehtisch 5 zu pressen.
Die Welle 8 für den oberen Ring hat einen Zwischenteil, der sich durch einen drehbaren Zylinder 11 erstreckt und damit in gemeinsam drehender Weise durch eine (nicht gezeigte) Feder gekoppelt ist, und der drehbare Zylinder 11 hat eine Rolle 12, die an seiner äußeren Umfangsfläche montiert ist. Die Rolle 12 ist betriebsmäßig mit einem Zeitsteuerriemen 13 durch eine Zeitsteuerrolle 15 verbunden, die auf der drehbaren Welle eines Motors 14 für den oberen Ring montiert ist, der fest an dem Kopf 9 des oberen Rings befestigt ist. Wenn daher der Motor 14 für den oberen Ring erregt wird, werden der drehbare Zylinder 11 und die Welle 8 für den oberen Ring integral durch die Zeitsteuerrolle 15, den Zeitsteuerriemen 13 und die Zeitsteuerrolle 12 gedreht. Somit wird der obere Ring 1 gedreht. Der Kopf 9 des oberen Rings wird von einer Kopfwelle 16 für den oberen Ring getragen, die vertikal an einem (nicht gezeigten) Rahmen befestigt ist.
Der Führungsring 3 ist in gemeinsam drehender Weise jedoch vertikal bewegbar mit dem oberen Ring 1 durch eine Feder 18 gekoppelt. Der Führungsring 3 wird drehbar von einem Lager 19 getragen, welches auf einer Lagerschulter 20 montiert ist. Der Lagerhalter 20 ist durch vertikale Wellen mit einer Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Luftzylindern 22 für den Führungsring verbunden (in diesem Ausführungsbeispiel mit drei). Die Luftzylinder 22 des Führungsrings sind an einer Unterseite des Kopfes 9 des oberen Rings befestigt.
Der Luftzylinder 10 des oberen Rings und die Luftzylinder 22 des Führungsrings sind pneumatisch mit einer Quelle 24 für komprimierte Luft jeweils durch Regler R1, R2 verbunden. Der Regler R1 regelt einen Luftdruck, der von der Quelle 24 für komprimierte Luft zum Luftzylinder 10 des oberen Rings geliefert wird, um die Druckkraft einzustellen, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Waver 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken. Der Regler R2 regelt auch den Luftdruck, der von der Quelle 24 für komprimierte Luft zum Luftzylinder 22 des Führungsrings geliefert wird, um die Druckkraft einzustellen, die von dem Führungsring 3 aufgebracht wird, um auf das abrasive Tuch 6 zu drücken. Die Regler R1 und R2 werden durch eine (in Fig. 4 nicht gezeigte) Steuervorrichtung gesteuert.
Eine Versorgungsdüse 25 für eine abrasive Flüssigkeit ist über dem Drehtisch 5 positioniert, um eine abrasive Flüssigkeit Q auf das abrasive Tuch 6 auf dem Drehtisch 5 zu liefern.
Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Poliervorrichtung arbeitet wie folgt: Der zu polierende Halbleiter-Waver 4 wird unter dem oberen Ring gegen das elastische Kissen 2 gehalten, und der Luftzylinder 10 für den oberen Ring wird betätigt, um den oberen Ring 1 zu dem Drehtisch 5 hin abzusenken, bis der Halbleiter-Waver 4 gegen das abrasive Tuch 6 auf der Oberseite des sich drehenden Drehtisches 5 gedrückt wird. Der obere Ring 1 und der Führungsring 3 werden von dem Motor 14 für den oberen Ring durch die Welle 8 für den oberen Ring gedreht. Da die abrasive Flüssigkeit Q auf das abrasive Tuch 6 durch die Versorgungsdüse 25 für die abrasive Flüssigkeit geliefert wird, wird die abrasive Flüssigkeit Q auf dem abrasiven Tuch 6 gehalten. Daher wird die Unterseite des Halbleiter-Wavers 4 mit der abrasiven Flüssigkeit Q poliert, die zwischen der Unterseite des Halbleiter-Wavers 4 und dem abrasiven Tuch 6 vorhanden ist.
Abhängig von der Druckkraft, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, der von dem Luftzylinder 10 für den oberen Ring betätigt wird, ist die Drucckraft, die von dem abrasiven Tuch 6 durch den Führungsring 3 aufgebracht wird, der von den Luftzylindern 22 für den Führungsring betätigt wird, eingestellt, während der Halbleiter-Waver 4 poliert wird. Während des Polierprozesses kann die Druckkraft F&sub1; (siehe Fig. 1) die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Waver 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken, durch den Regler R1 eingestellt werden, und die Druckkraft F&sub2;, die von dem Führungsring 3 aufgebracht wird, um auf das abrasive Tuch 6 zu drücken, kann von dem Regler R2 eingestellt werden. Während des Polierprozesses kann daher die Druckkraft F&sub2;, die von dem Führungsring 3 aufgebracht wird, um auf das abrasive Tuch 6 zu drücken, abhängig von der Druckkraft F&sub1; verändert werden, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Waver 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken. Durch Einstellen der Druckkraft F&sub2; mit Bezug auf die Druckkraft F, wird die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichförmig von der Mitte des Halbleiter-Wavers 4 zu seiner Umfangskante und weiter zur äußeren Umfangskante des Führungsrings 3 gemacht, der um den Halbleiter-Waver 4 herum angeordnet ist. Folglich wird verhindert, dass der Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird. Der Halbleiter-Waver 4 kann so mit einer hohen Qualität und einer hohen Ausbeute poliert werden.
Wenn eine größere oder kleinere Materialdicke von dem Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 entfernt werden soll als von der inneren Region des Halbleiter-Wavers 4, dann wird die von dem Führungsring 3 aufgebrachte Druckkraft F&sub2; so ausgewählt, dass sie ein geeigneter Wert basierend auf der Druckkraft F&sub1; ist, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um absichtlich die Materialmenge zu vergrößern oder zu verkleinern, die von dem Umfangsteil des Halbleiter-Wavers 4 entfernt wird.
Fig. 6 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Führungsring 3, der um den oberen Ring 1 herum angeordnet ist, von einem Führungsringhalter 26 gehalten, der durch eine Vielzahl von Rollen 27 nach unten gedrückt werden kann. Die Rollen 27 werden drehbar durch jeweilige Wellen 28 getragen, die mit den jeweiligen Luftzylindern 22 für den Führungsring verbunden sind, die an der Unterseite des Kopfes 9 des oberen Rings befestigt sind. Der Führungsring 3 ist vertikal mit Bezug auf den oberen Ring 1 bewegbar und ist in Einheit mit dem oberen Ring 1 drehbar, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist.
Während in Betrieb der obere Ring 1 und der Führungsring 3 gedreht werden, werden die Rollen 27 um ihre eigene Achse gedreht, während die Rollen 27 in Roll- bzw. Wälzkontakt mit dem Führungsringhalter 26 sind. Zu diesem Zeitpunkt wird der Führungsring 3 von den Rollen 27 nach unten gedrückt, die von den Luftzylindern 22 für den Führungsring abgesenkt werden, wodurch sie auf das abrasive Tuch 6 drücken.
Andere strukturelle und funktionelle Details der Poliervorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels sind identisch mit jenem der Poliervorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels.
In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird die Druckkraft von den Luftzylindern 22 des Führungsrings zum Führungsring 3 durch die Wellen 21, 28 übertragen, die unabhängig um die Welle 8 des oberen Rings herum positioniert sind und nicht integral mit der Welle 8 des oberen Rings gedreht werden. Folglich ist es möglich, die Druckkraft zu variieren, die von dem Führungsring 3 während des Polierprozesses aufgebracht wird, d. h. während der Halbleiter-Waver 4 poliert wird.
Fig. 7 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist der um den oberen Ring 1 herum angeordnete Führungsring 3 mit einer Vielzahl von Luftzylindern 31 für den Führungsring verbunden, die fest an dem oberen Ring 1 montiert sind. Die Luftzylinder 31 für den Führungsring sind pneumatisch mit der Quelle 24 für komprimierte Luft durch einen Verbindungsdurchlaß 8a verbunden, der axial in der Welle 8 für den oberen Ring definiert ist, weiter durch eine Drehverbindung 32, die mit dem oberen Ende der Welle 8 für den oberen Ring montiert ist, und durch den Regler R2.
Der Luftzylinder 10 für den oberen Ring ist pneumatisch mit der Quelle 24 für komprimierte Luft durch den Regler R1 verbunden. Die Regler R1, R2 sind elektrisch mit einer Steuervorrichtung 33 verbunden.
Die Poliervorrichtung gemäß des dritten Ausführungsbeispiels arbeitet wie folgt: Der Halbleiter-Waver 4 wird poliert, indem er gegen das abrasive Tuch 6 unter der Druckkraft gepresst wird, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, die von dem Luftzylinder 10 für den oberen Ring betätigt wird. Der Führungsring 3 wird gegen das abrasive Tuch 6 gedrückt, der Führungsring 3 wird Reaktionskräften unterworfen, die die Druckkraft beeinflussen, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird. Um ein solches Problem gemäß des dritten Ausführungsbeispiels zu vermeiden, können Einstellpunkte für die vom oberen Ring 1 und dem Führungsring 3 aufzubringenden Druckkräfte in die Steuervorrichtung 33 eingegeben werden, welche die Luftdrücke berechnet, die zu dem Luftzylinder 10 für den oberen Ring und den Luftzylindern 31 für den Führungsring zu liefern sind. Die Steuervorrichtung 33 steuert dann die Regler R1, R2, um die berechneten Luftdrücke zu dem Luftzylinder 10 für den oberen Ring bzw. den Luftzylindern 31 für den Führungsring zu liefern. Daher können der obere Ring 1 und der Führungsring 3 erwünschte Drucckräfte auf den Halbleiter-Waver 4 bzw. das abrasive Tuch 6 aufbringen. Die Druckkräfte, die von dem oberen Ring 1 und dem Führungsring 3 aufgebracht werden, können somit unabhängig voneinander verändert werden, während der Halbleiter-Waver 4 poliert wird.
Andere strukturelle und funktionelle Details der Poliervorrichtung gemäß des dritten Ausführungsbeispiels sind identisch mit jenen der Poliervorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird die komprimierte Luft von der Quelle 24 für komprimierte Luft durch die Drehverbindung 32 zu den Luftzylindern 31 des Führungsrings geliefert. Als eine Folge kann die von dem Führungsring 3 aufgebrachte Druckkraft während des Polierprozesses verändert werden, d. h. während der Halbleiter-Waver 4 poliert wird.
Fig. 8A bis 8D zeigen ein Beispiel, bei dem eine Materialmenge, die von einem Umfangsteil eines Werkstückes entfernt wird, kleiner ist, als die Materialmenge, die von einer inneren Region des Werkstückes entfernt wird. Wie in den Fig. 8A bis 8D gezeigt, weist eine Halbleitervorrichtung als zu polierendes Werkstück ein Substrat 36 aus Silizium auf, weiter eine Oxidschicht 37, die auf dem Substrat 36 abgelagert wurde, eine Metallschicht 38, die auf der Oxidschicht 37 abgelagert wurde, und eine Oxidschicht 39, die auf der Metallschicht 38 abgelagert wurde. Fig. 8A veranschaulicht die Halbleitervorrichtung bevor sie poliert wird, und Fig. 8B veranschaulicht die Halbleitervorrichtung, nachdem sie poliert wurde. Nachdem die Halbleitervorrichtung poliert wurde, wird die Metalllage 38 an ihrer Umfangskante freigelegt. Wenn die polierte Halbleitervorrichtung mit einer Chemikalie gewaschen wird, erodiert die freigelegte Metallschicht 38 durch die Chemikalie, wie in Fig. 8C gezeigt. Um zu verhindern, dass die Metallschicht 38 von der Chemikalie erodiert wird, ist es vorzuziehen, die Halbleitervorrichtung so zu polieren, dass die vom Umfangsteil der Halbleitervorrichtung entfernte Materialmenge kleiner sein wird, als die Materialmenge, die von der inneren Region der Halbleitervorrichtung entfernt wurde, wodurch die Oxidschicht 39 als eine dicke Schicht auf dem Umfangsteil der Halbleitervorrichtung übrig gelassen wird. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind geeignet, um die Halbleitervorrichtung zu polieren, um eine Oxidschicht 39 als eine dicke Schicht auf dem Umfangsteil der Halbleitervorrichtung übrig zu lassen.
Während das gemäß der vorliegenden Erfindung zu polierende Werkstück als Halbleiter-Waver veranschaulicht worden ist, kann es ein Glasprodukt sein, eine Flüssigkristalltafel (LCD), ein keramisches Produkt, usw. Der obere Ring und der Führungsring können durch Hydraulikzylinder anstelle der veranschaulichten Luftzylinder angepresst werden. Der Führungsring kann durch elektrische Vorrichtungen angepresst werden, wie beispielsweise piezzoelektrische oder elektromagnetische Vorrichtungen anstelle der veranschaulichten rein mechanischen Vorrichtungen.
Obwohl gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt wurden und im Detail beschrieben wurden, sei bemerkt, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Polieren eines Werkstückes, wobei folgendes vorgesehen ist:

ein Drehtisch (5) mit einem an der oberen Oberfläche davon angebrachten abreibenden bzw. abrasiven Tuch (Abriebtuch);

ein oberer Ring (1) zum Halten des Werkstücks (4) und zum Pressen des Werkstücks (4) gegen das Abriebtuch bzw. abrasive Tuch mit einer ersten Druckkraft um das Werkstück (4) zu polieren;

ein Führungsring (3) zum Halten des Werkstücks (4) unter dem oberen Ring (1) wobei der Führungsring (3) vertikal beweglich um den erwähnten oberen Ring herum angeordnet ist; und

eine Druckvorrichtung zum Pressen des Führungsrings gegen das erwähnte Abriebtuch mit einer zweiten Druckkraft;

wobei die erste und die zweite Druckkraft unabhängig voneinander variabel sind; und

wobei die zweite Druckkraft durch einen Strömungsmitteldruck ausgeübt wird, und zwar geliefert von einer Strömungsmitteldruckquelle (24) durch eine Drehverbindung (32).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Druckkraft basierend auf der ersten Druckkraft bestimmt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Druckkraft im Wesentlichen gleich der ersten Druckkraft ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Druckkraft kleiner ist als die erwähnte erste Druckkraft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Druckkraft größer ist als die erwähnte erste Druckkraft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Druckkraft durch einen Strömungsmitteldruckzylinder ausgeübt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Strömungsmitteldruckzylinder an dem oberen Ring befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Druckkraft durch einen Verbindungsdurchlaß geliefert wird und zwar definiert axial in der Welle des oberen Rings, die mit dem oberen Ring verbunden ist.

9. Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, wobei folgendes vorgesehen ist:

ein Drehtisch (5) mit einem abrasiven Tuch, angebracht an einer oberen Oberfläche desselben;

ein oberer Ring (1) zum Halten des Werkstücks (4) und zum Pressen des Werkstücks (4) gegen das abrasive Tuch mit einer ersten Druckkraft um das Werkstück zu polieren;

ein Führungsring (3) zum Halten des Werkstücks (4) unter dem erwähnten oberen Ring, wobei der Führungsring (3) vertikal beweglich um den oberen Ring herum angeordnet ist; und

eine Druckvorrichtung zum Pressen des Führungsrings gegen das Abriebtuch bzw. abrasive Tuch mit einer zweiten Druckkraft;

wobei die zweite Druckkraft durch eine Strömungsmittelkammer ausgeübt wird, die an einem stationären Glied befestigt ist und an die ein unter Druck stehendes Strömungsmittel von einer Strömungsmitteldruckquelle (24) geliefert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Druckkraft basierend auf der ersten Druckkraft bestimmt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zweite Druckkraft im Wesentlichen gleich der ersten Druckkraft ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zweite Druckkraft kleiner ist als die erste Druckkraft.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zweite Druckkraft größer ist als die erste Druckkraft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erwähnte Strömungsmittelkammer einen Strömungsmitteldruckzylinder aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der obere Ring durch einen Kopf des oberen Rings getragen wird und wobei der Strömungsmitteldruckzylinder an dem erwähnten Kopf des oberen Rings befestigt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Druckkraft über mindestens ein Lager zu dem Führungsring übertragen wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ferner folgendes vorgesehen ist:

ein Lagerhalter (20) positioniert um den erwähnten Führungsring (3) herum und befestigt an einem stationären Glied; und

ein Lager (19) untergebracht in dem erwähnten Lagerhalter zwischen dem Lagerhalter und dem Führungsring derart, dass der Führungsring relativ zum Lagerhalter drehbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei ferner eine Druckvorrichtung vorgesehen ist, die den Lagerhalter (20) an dem stationären Glied festlegt und betätigbar ist, um gegen den Lagerhalter zu pressen und dadurch den erwähnten Führungsring zu den Abriebmitteln bzw. abrasiven Mitteln hin zu pressen.