DE69634144T2

DE69634144T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Polieren von Werkstücken

Info

Publication number: DE69634144T2
Application number: DE69634144T
Authority: DE
Inventors: Norio Fujisawa-shi Kimura; Hozumi Fujisawa-shi Yasuda
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2016-10-10
Also published as: EP0768148B1; KR970063545A; JPH09168964A; DE69634144D1; DE69620333T2; US6033520A; JP3724869B2; KR100435302B1; DE69620333D1; US6432258B1; EP0768148A1; EP1170090A1; EP1170090B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Polieren von Werkstücken, wie beispielsweise eines Halbleiter-Wafers auf ein flaches Spiegelfinish, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstückes, wie beispielsweise eines Halbleiter-Wafers, die die Materialmenge steuern kann, die von einem Randteil des Werkstückes durch einen Poliervorgang entfernt wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Der schnelle Fortschritt bei den Anforderungen der Halbleitervorrichtungsintegration 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 denen Musterbilder durch einen Schrittmotor zu fokussieren sind, so flach wie möglich sein müssen, da die Tiefenschärfe des optischen Systems relativ klein ist.
Es ist daher nötig, die Oberflächen der Halbleiter-Wafer für die Fotolithografie flach zu machen. Ein üblicher Weg um die Oberflächen von Halbleiter-Wafern flach zu machen ist es, sie mit einer Poliervorrichtung zu polieren.
Herkömmlicherweise hat eine Poliervorrichtung einen Drehtisch und einen Topring bzw. oberen Ring, die sich mit jeweiligen individuellen Drehzahlen drehen. Ein Poliertuch bzw. Poliergewebe ist an der Oberseite des Drehtisches angebracht. Ein zu polierender Halbleiter-Wafer wird auf dem Poliergewebe angeordnet und zwischen dem oberen Ring und dem Drehtisch festgeklemmt. Eine abrasive bzw. abreibende Flüssigkeit, die abrasive bzw. abreibende Körner 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-Wafers, die gegen das Poliertuch gehalten wird, wird daher auf ein flaches Spiegelfinish poliert, während sich der obere Ring und der Drehtisch drehen.
Es sind Versuche unternommen worden, ein elastisches Kissen aus Polyurethan oder ähnlichem auf einer Werkstückhaltefläche des oberen Rings aufzubringen, um eine Druckkraft, die von dem oberen Ring auf den Halbleiter-Wafer angelegt wird, gleichförmig zu machen. Wenn die vom oberen Ring auf den Halbleiter-Wafer angelegte Druckkraft gleichmäßig gemacht wird, so verhindert dies, dass der Halbleiter-Wafer an einer lokalen Stelle übermäßig stark poliert wird, und wird daher auf ein besonders flaches Finish bzw. eine besonders flache Oberfläche abgeflacht.
9 der Zeichnungen zeigt eine herkömmliche Poliervorrichtung. Wie in 9 gezeigt ist, weist die herkömmliche Poliervorrichtung einen Drehtisch 41 mit einem abrasiven bzw. abreibenden Tuch bzw. Gewebe 42 auf, das an einer Oberseite davon angebracht ist, einen oberen Ring 45, um einen Halbleiter-Wafer 43 zu halten und ihn gegen das abrasive Tuch 42 zu pressen, sowie eine Versorgungsdüse 48 für eine abrasive Flüssigkeit zum Liefern 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-Wafer 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 an seiner äußeren Umfangskante, um den Halbleiter-Wafer 43 an 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 über die Unterseite des oberen Rings 45 vor, um den Halbleiter-Wafer 43 an dem elastischen Kissen 47 zu halten, und zwar gegen ein Lösen vom oberen Ring 45 unter einem Reibeingriff mit dem abrasiven Tuch 42 während des Polierprozesses.
Im Betrieb wird der Halbleiter-Wafer 43 an der Unterseite des elastischen Kissens 47 gehalten, welches an der Unterseite des oberen Rings 45 angebracht ist. Der Halbleiter-Wafer 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-Wafer 43 relativ zueinander zu bewegen, wodurch der Halbleiter-Wafer 43 poliert wird. Die abrasive Flüssigkeit Q weist eine alkalische Lösung auf, die abrasive Körner beispielsweise aus feinen darin schwebenden Partikeln enthält. Der Halbleiter-Wafer 43 wird durch eine zusammengesetzte Wirkung poliert, die eine chemische Polierwirkung der alkalischen Lösung sowie eine mechanische Polierwirkung der abrasiven Körner umfaßt.
10 der Zeichnungen zeigt im Teilquerschnitt den Halbleiter-Wafer 43, das abrasive Tuch 42 und das elastische Kissen bzw. Pad 47. Wie in 10 gezeigt ist, hat der Halbleiter-Wafer 43 einen Rand- oder Umfangsbereich, der eine Grenze zwischen einem Kontakt und einem Nicht-Kontakt mit dem abrasiven Tuch 42, und auch eine Grenze zwischen dem Kontakt und dem Nicht-Kontakt mit dem elastischen Kissen 47 bildet. Im Randbereich des Halbleiter-Wafers 43 ist der Polierdruck, der auf den Halbleiter-Wafer 43 durch das abrasive Tuch 42 und das elastische Kissen 47 aufgebracht wird, nicht gleichförmig, sodass der Randbereich des Halbleiter-Wafers 43 wahrscheinlich übermäßig poliert wird. Als eine Folge wird die Umfangskante des Halbleiter-Wafers 43 oft zu runden Ecken poliert.
11 der Zeichnungen veranschaulicht die Beziehung zwischen den Radialpositionen und den Polierdrücken, wie sie nach dem Finite-Elemente-Verfahren berechnet wird, sowie die Beziehung zwischen Radialpositionen und der Dicke einer Oberflächenschicht mit Bezug auf einen 6-Zoll-Halbleiter-Wafer mit einer darauf abgelagerten Siliziumoxid-Schicht (SiO₂). In 11 stellen die weißen Punkte berechnete Werte des Polierdruckes (gf/cm²) dar, die nach von dem Finite-Elemente-Verfahren bestimmt wurden, und die schwarzen Punkte stellen gemessene Werte der Dicke der Oberflächenschicht (Å) dar, nachdem der Halbleiter-Wafer poliert wurde. Die berechneten Werte des Polierdruckes sind unregelmäßig in einem Randbereich von 70 Millimeter bis 74 Millimeter des Halbleiter-Wafers, und die gemessenen Werte der Dicke der Oberflächenschicht sind entsprechend unregelmäßig in einem Randbereich im Bereich von 70 Millimetern bis 73,5 Millimetern des Halbleiter-Wafers. Wie an den gemessenen Werten der Dicke der Oberflächenschicht zu sehen ist, wird der Randbereich des Halbleiter-Wafers übermäßig poliert.
Um zu verhindern, dass der Randbereich des Halbleiter-Wafers übermäßig poliert wird, wurde eine Poliervorrichtung mit einem Haltering, der ein Gewicht aufweist, vorgeschlagen, der vertikal bezüglich eines oberen Rings bewegbar ist, wie in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 55-157473 offenbart ist. 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 Druckkraft variieren, die den Halbleiter-Wafer gegen das abrasive Tuch drückt, und zwar abhängig von der Art des Halbleiter-Wafers 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 im Vergleich zu der eingestellten Druckkraft, die von dem oberen Ring aufgebracht wird zu groß oder zu klein sein. Als eine Folge kann der Umfangsteil oder Randbereich des Halbleiter-Wafers 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 den Haltering elastisch 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, die den Halbleiter-Wafer gegen das abrasive Tuch drückt, und zwar abhängig von der Art des Halbleiter-Wafers und den Polierzuständen, kann die von dem abrasiven Tuch durch den Haltering aufgebrachte Druckkraft nicht eingestellt werden. Folglich kann die von dem Haltering aufgebrachte Druckkraft im Vergleich zu der eingestellten Druckkraft, die von dem oberen Ring aufgebracht wird zu groß oder zu klein sein. Der Randbereich des Halbleiter-Wafers 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, die einen Führungsring besitzt, der um einen oberen Ring herum 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 Randbereich des Werkstückes übermäßig oder unzureichend poliert wird, um dadurch das Werkstück auf ein besonders ebenes Finish bzw. eine Endbearbeitung zu polieren.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks vorzusehen, die ermöglicht, dass die Materialmenge gesteuert wird, die von einem Randbereich des Werkstückes durch einen Poliervorgang entfernt wird, um Anforderungen hinsichtlich einer Entfernung einer größeren oder kleineren Dicke des Materials vom Randbereich des Werkstückes im Vergleich zu einem mittleren Bereich des Werkstückes zu erfüllen, und zwar abhängig von der Art des Werkstückes.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstückes nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass die Verteilung der Druckkraft des Werkstückes im Randbereich 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 Randbereich des Halbleiter-Wafers übermäßig oder unzureichend poliert wird. Die gesamte Oberfläche des Werkstückes kann somit auf ein flaches spiegelartiges Finish poliert werden. In dem Fall, in dem die vorliegende Erfindung auf Halbleiterherstellprozesse angewandt wird, können die Halbleitervorrichtungen mit hoher Qualität poliert werden. Da der Randbereich des Halbleiter-Wafers für Produkte bzw. Bauelemente verwendet werden kann, kann die Ausbeuten der Halbleiterbauelemente vergrößert werden.
In dem Fall, wo es Anforderungen bezüglich der Entfernung einer größeren oder kleineren Materialdicke im Randbereich des Halbleiter-Wafers im Vergleich zum Innenbereich des Halbleiter-Wafers, und zwar abhängig von der Art des Halbleiter-Wafers, gibt, kann die Materialmenge, die im Randbereich des Halbleiter-Wafers 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
1 ist eine vertikale Teilquerschnittsansicht, die die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A, 2B und 2C sind vergrößerte vertikale Teilquerschnittsansichten, 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.
3A bis 3E sind Kurvendarstellungen, die die Ergebnisse eines Experimentes zeigen, bei dem der Halbleiter-Wafer basierend auf den grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung poliert wurde;
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine vergrößerte vertikale Teilquerschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 ist eine vergrößerte vertikale Teilquerschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 ist eine vergrößerte vertikale Teilquerschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
8A bis 8D sind vergrößerte vertikale Teilquerschnittsansichten, die ein Beispiel zeigen, bei dem die in einem Randbereich eines Werkstückes entfernte Materialmenge kleiner ist, als die Materialmenge, die von einem Innenbereich des Werkstückes entfernt wurde;
9 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer herkömmlichen Poliervorrichtung;
10 ist eine vergrößerte vertikale Teilquerschnittsansicht eines Halbleiter-Wafers, eines abrasiven Tuches und eines elastischen Kissens der herkömmlichen Poliervorrichtung; und
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-Wafers.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Gleiche oder entsprechende Teile werden durch gleiche oder entsprechende Bezugszeichen in den Ansichten bezeichnet.
1 zeigt die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, hat die Poliervorrichtung einen Topring der 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 zum oberen Ring 1 bewegbar. Ein Halbleiter-Wafer 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 legt eine Druckkraft F₁ (Druck pro Flächeneinheit, gf/cm²) an, um den Halbleiter-Wafer 4 gegen ein abrasives Tuch 6 auf einem Drehteller 5 zu drücken, und der Führungsring 3 legt eine Druckkraft F₂ (Druck pro Flächeneinheit, gf/cm²) an, um das abrasive Tuch 6 anzupressen. Diese Druckkräfte F₁, F₂ sind unabhängig voneinander variabel. Daher kann die Druckkraft F₂, die durch den Führungsring 3 an das abrasive Tuch 6 angelegt wird, abhängig von der Druckkraft F₁ verändert werden, die von dem oberen Ring 1 angelegt wird, um den Halbleiter-Wafer 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken.
Wenn die Druckkraft F₁, die von dem oberen Ring 1 angelegt wird, um den Halbleiter-Wafer 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken, gleich der Druckkraft F₂ ist, die durch den Führungsring 3 an das abrasive Tuch 6 angelegt wird, dann ist die Verteilung der aufgebrachten Polierdrücke, die aus einer Kombination der Druckkräfte F₁, F₂ resultieren, theoretisch kontinuierlich und gleichförmig von der Mitte des Halbleiter-Wafers 4 zu seiner Umfangskante und weiter zu einer äußeren Umfangskante des Führungsrings 3, der um den Halbleiter-Wafer 4 herum angeordnet ist. Entsprechend wird verhindert, dass der Randbereich bzw. Umfangsteil des Halbleiter-Wafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird.
Die 2A bis 2C zeigen schematisch, wie sich das abrasive Tuch 6 verhält, wenn die Beziehung zwischen der Druckkraft F₁ und der Druckkraft F₂ variiert wird. In 2A ist die Druckkraft F₁ größer als die Drukkraft F₂ (F₁ > F₂). In 2B ist die Druckkraft F₁ nahezu gleich der Druckkraft F₂ (F₁ ≒ F₂). In 2C ist die Druckkraft F₁ kleiner als die Druckkraft F₂ (F₁ < F₂).
Wie in den 2A bis 2C gezeigt, wird das abrasive Tuch 6, auf das der Führungsring 3 drückt, progressiv stärker zusammengedrückt, wenn die von dem Führungsring 3 an das abrasive Tuch 6 angelegte Druckkraft F₂ progressiv vergrößert wird, wodurch sein Kontaktzustand zum Umfangsteil des Halbleiter-Wafers 4 progressiv verändert wird, d.h. die Kontaktfläche mit dem Umfangsteil des Halbleiter-Wafers 4 wird progressiv reduziert. Wenn daher die Beziehung zwischen der Druckkraft F₁ und der Druckkraft F₂ mit verschiedenen Mustern verändert wird, wird auch die Verteilung der Polierdrücke an dem Halbleiter-Wafer 4 zwischen seinen Randbereich und seinem Innenbereich auch mit verschiedenen Mustern verändert.
Wenn, wie in 2A gezeigt ist, die Druckkraft F₁ größer ist, als die Druckkraft F₂ (F₁ > F₂), dann ist der im Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 aufgebrachte Polierdruck größer als der Polierdruck, der im Innenbereich des Halbleiter-Wafers 4 aufgebracht wird, sodass die Materialmenge, die im Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 entfernt wird, größer ist, als die Materialmenge, die im Innenbereich des Halbleiter-Wafers 4 entfernt wird, während der Halbleiter-Wafer 4 poliert wird.
Wenn, wie in 2B gezeigt ist, die Druckkraft F₁ im wesentlichen gleich der Druckkraft F₂ ist (F₁ ≒ F₂), dann ist die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichmäßig von der Mitte des Halbleiter-Wafers 4 zu seiner Umfangskante, und weiter zur äußeren Umfangskante des Führungsrings 3, sodass die von dem Halbleiter-Wafer 4 entfernte Materialmenge gleichförmig von der Umfangskante zum Innenbereich, des von der Umfangskante zum Innenbereich, des Halbleiter-Wafers 4 ist, während der Halbleiter-Wafer 4 poliert wird.
Wenn, wie in 2C gezeigt ist, die Druckkraft F₁ kleiner ist, als die Druckkraft F₂ (F₁ < F₂), dann ist im Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 aufgebrachte Polierdruck kleiner als der Polierdruck, der im Innenbereich des Halbleiter-Wafers 4 aufgebracht wird, so dass die im Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 entfernte Materialmenge kleiner ist, als die Materialmenge, die im Innenbereich des Halbleiter-Wafers 4 entfernt wird, wenn der Halbleiter-Wafer 4 poliert wird.
Die Druckkraft F₁ und die Druckkraft F₂ können unabhängig voneinander vor dem Polieren oder während des Polierens verändert werden.
3A bis 3E zeigen die Ergebnisse eines Experimentes, bei dem ein Halbleiter-Wafer basierend auf dem grundlegenden Prinzip der vorliegenden Erfindung poliert wurde. Der bei dem Experiment verwendete Halbleiter-Wafer war ein 8-Zoll-Halbleiter-Wafer. Bei dem Experiment war die Druckkraft (Polierdruck), die auf den Halbleiter-Wafer 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 betrug die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft 600 gf/cm² in 3A, 500 gf/cm² in 3B, 400 gf/cm² in 3C, 300 gf/cm² in 3D und 200 gf/cm² in 3E. In jeder der 3A bis 3E stellt die horizontale Achse einen Abstand (Millimeter) von der Mitte des Halbleiter-Wafers dar, und die vertikale Achse stellt eine Dicke (Å) eines Materials dar, das von dem Halbleiter-Wafer entfernt wurde.
Wie in den 3A bis 3E gezeigt ist, wird die Dicke des entfernten Materials an den Radialpositionen des Halbleiter-Wafers beeinflußt, wenn die Druckkraft verändert wurde, die von dem Führungsring aufgebracht wird. Insbesondere wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft im Bereich von 200 bis 300 gf/cm² lag, wurde wie in den 3D und 3E gezeigt ist, der Randbereich des Halbleiter-Wafers übermäßig poliert. Wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft im Bereich von 400 bis 500 gf/cm² lag, wurde wie in den 3B und 3C gezeigt ist, der Randbereich des Halbleiter-Wafers im wesentlichen gleich von der Umfangskante zum Innenbereich des Halbleiter-Wafers poliert. Wenn die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft 600 gf/cm² war, wurde, wie in 3A gezeigt ist, der Randbereich des Halbleiter-Wafers unzureichend poliert.
Die experimentellen Ergebnisse, die in den 3A bis 3E gezeigt sind, zeigen, dass die vom Randbereich des Halbleiter-Wafers entfernte Materialmenge eingestellt werden kann, indem die Druckkraft, die von dem Führungsring aufgebracht wird, unabhängig von der Druckkraft, die von dem oberen Ring aufgebracht wird, variiert wird. Vom theoretischen Standpunkt sollte der Randbereich des Halbleiter-Wafers 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-Wafers und den Polierzuständen abhängt, wird die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft so ausgewählt, dass sie einen optimalen Wert hat, und zwar basierend auf der Druckkraft, die von dem oberen Ring aufgebracht wird und abhängig von der Art des Halbleiter-Wafers und den Polierzuständen.
Es gibt Anforderungen zur Entfernung einer größeren oder kleineren Materialdicke im Randbereich des Halbleiter-Wafers im Vergleich zum Innenbereich des Halbleiter-Wafers, und zwar abhängig von der Art des Halbleiter-Wafers. Um solche Anforderungen zu erfüllen wird die von dem Führungsring aufgebrachte Druckkraft so ausgewählt, dass sie einen optimalen Wert besitzt, und zwar basierend auf der von dem oberen Ring aufgebrachten Druckkraft, um absichtlich die Materialmenge zu vergrößern oder zu verringern, die im Randbereich des Halbleiter-Wafers entfernt wird.
4 und 5 zeigen eine Poliervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, hat ein oberer Ring 1 eine Unterseite, um einen Halbleiter-Wafer 4 daran 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 zum 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 (Topring) ist mit einer vertikalen Welle (Topringwelle) 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 (Topringkopf) 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-Wafer 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 bzw. einen Keil gekoppelt ist, und der drehbare Zylinder 11 hat eine Scheibe bzw. Riemenscheibe 12, die an seiner äußeren Umfangsfläche montiert ist. Die Scheibe 12 ist betriebsmäßig über einem Zeitsteuerriemen 13 mit einer Zeitsteuerscheibe 15 verbunden, die an 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 angesteuert wird, werden der drehbare Zylinder 11 und die Welle 8 für den oberen Ring integral durch die Zeitsteuerscheibe 15, den Zeitsteuerriemen 13 und die Zeitsteuerscheibe 12 gedreht. Somit wird der obere Ring 1 gedreht. Der Kopf 9 des oberen Rings wird von einer Welle 16 für den Kopf des oberen Rings 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, das an einem Lagerhalter 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 Druckluftquelle 24 über Regler R1 bzw. R2 verbunden. Der Regler R1 regelt einen Luftdruck, der von der Luftdruckquelle 24 zum Luftzylinder 10 des oberen Rings geliefert wird, um die Druckkraft einzustellen, die von dem oberen Ring 1 angelegt wird, um den Halbleiter-Wafer 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken. Der Regler R2 regelt den Luftdruck, der von der Luftdruckquelle 24 für komprimierte Luft zum Luftzylinder 22 des Führungsrings geliefert wird, um die Druckkraft einzustellen, die von dem Führungsring 3 angelegt wird, um auf das abrasive Tuch 6 zu drücken. Die Regler R1 und R2 werden durch eine (in 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 4 und 5 gezeigte Poliervorrichtung arbeitet wie folgt: Der zu polierende Halbleiter-Wafer 4 wird unter dem oberen Ring an dem elastischen 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-Wafer 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 über die Welle 8 für den oberen Ring gedreht. Da die abrasive Flüssigkeit Q durch die Versorgungsdüse 25 für die abrasive Flüssigkeit auf das abrasive Tuch 6 geliefert wird, wird die abrasive Flüssigkeit Q auf dem abrasiven Tuch 6 gehalten. Daher wird die Unterseite des Halbleiter-Wafers 4 mit der abrasiven Flüssigkeit Q poliert, die zwischen der Unterseite des Halbleiter-Wafers 4 und dem abrasiven Tuch 6 vorhanden ist.
Abhängig von der Druckkraft, die von dem oberen Ring 1, betätigt vom Luftzylinder 10 für den oberen Ring, angelegt wird, wird die Druckkraft, 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-Wafer 4 poliert wird. Während des Polierprozesses kann die Druckkraft F₁ (siehe 1) die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Wafer 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken, durch den Regler R1 eingestellt werden, und die Druckkraft F₂, 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 F₂, die von dem Führungsring 3 aufgebracht wird, um auf das abrasive Tuch 6 zu drücken, abhängig von der Druckkraft F₁ verändert werden, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um den Halbleiter-Wafer 4 gegen das abrasive Tuch 6 zu drücken. Durch Einstellen der Druckkraft F₂ mit Bezug auf die Druckkraft F₁ wird die Verteilung der Polierdrücke kontinuierlich und gleichförmig gemacht, und zwar von der Mitte des Halbleiter-Wafers 4 zu seiner Umfangskante und weiter zur äußeren Umfangskante des Führungsrings 3, der um den Halbleiter-Wafer 4 herum angeordnet ist. Folglich wird verhindert, dass der Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 übermäßig oder unzureichend poliert wird. Der Halbleiter-Wafer 4 kann so mit einer hohen Qualität und einer hohen Ausbeute poliert werden.
Wenn eine größere oder kleinere Materialdicke im Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 entfernt werden soll als im Innenbereich des Halbleiter-Wafers 4, dann wird die von dem Führungsring 3 aufgebrachte Druckkraft F₂ so ausgewählt, dass sie ein geeigneter Wert basierend auf der Druckkraft F₁ ist, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird, um absichtlich die Materialmenge zu vergrößern oder zu verkleinern, die im Randbereich des Halbleiter-Wafers 4 entfernt wird.
6 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 6 gezeigt ist, 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 zum oberen Ring 1 bewegbar und ist gemeinsam mit dem oberen Ring 1 drehbar, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, welches in den 4 und 5 gezeigt ist.
Während im 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 Rollkontakt mit dem Führungsringhalter 26 stehen. 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 er auf das abrasive Tuch 6 drückt.
Andere strukturelle und funktionelle Details der Poliervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind identisch mit denen der Poliervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird die Druckkraft von den Luftzylindern 22 des Führungsrings zum Führungsring 3 über 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-Wafer 4 poliert wird.
7 zeigt eine Poliervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 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 Druckluftquelle 24 durch einen Verbindungsdurchlaß 8a, der axial in der Welle 8 für den oberen Ring definiert ist, durch eine Drehverbindung 32, die mit dem oberen Ende der Welle 8 für den oberen Ring montiert ist, und durch den Regler R2 verbunden.
Der Luftzylinder 10 für den oberen Ring ist pneumatisch mit der Druckluftquelle 24 durch den Regler R1 verbunden. Die Regler R1, R2 sind elektrisch mit einer Steuervorrichtung 33 verbunden.
Die Poliervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt: Der Halbleiter-Wafer 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. Wenn der Führungsring 3 gegen das abrasive Tuch 6 gedrückt wird, ist er Reaktionskräften ausgesetzt, die die Druckkraft beeinflussen, die von dem oberen Ring 1 aufgebracht wird. Um ein solches Problem zu vermeiden, können gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel 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 Reg ler R1, R2, um die berechneten Luftdrücke zu dem Luftzylinder 10 für den oberen Ring bzw. zu den Luftzylindern 31 für den Führungsring zu liefern. Daher können der obere Ring 1 und der Führungsring 3 erwünschte Druckkräfte an den Halbleiter-Wafer 4 bzw. das abrasive Tuch 6 anlegen. Die Druckkräfte, die von dem oberen Ring 1 und dem Führungsring 3 angelegt werden, können somit unabhängig voneinander verändert werden, während der Halbleiter-Wafer 4 poliert wird.
Andere strukturelle und funktionelle Details der Poliervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind identisch mit jenen der Poliervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird die komprimierte Luft von der Druckluftquelle 24 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-Wafer 4 poliert wird.
Die 8A bis 8D zeigen ein Beispiel, bei dem eine Materialmenge, die im Randbereich eines Werkstückes entfernt wird, kleiner ist, als die Materialmenge, die im Innenbereich des Werkstückes entfernt wird. Wie in den 8A bis 8D gezeigt ist, weist eine Halbleitervorrichtung als zu polierendes Werkstück ein Substrat 36 aus Silizium, 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 auf. 8A veranschaulicht die Halbleitervorrichtung bevor sie poliert wird, und 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 8C gezeigt ist. Um zu verhindern, dass die Metallschicht 38 von der Chemikalie erodiert wird, ist es vorzuziehen, die Halbleitervorrichtung so zu polieren, dass die im Randbereich der Halbleitervorrichtung entfernte Materialmenge kleiner ist, als die Materialmenge, die im Innenbereich der Halbleitervorrichtung entfernt wurde, wodurch die Oxidschicht 39 als eine dicke Schicht auf dem Randbereich der Halbleitervorrichtung übrig gelassen wird. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind geeignet, die Halbleitervorrichtung derart zu polieren, das eine Oxidschicht 39 als eine dicke Schicht im Randbereich der Halbleitervorrichtung verbleibt.
Während das gemäß der vorliegenden Erfindung zu polierende Werkstück als Halbleiter-Wafer dargestellt wurde, kann es auch ein Glasprodukt sein, eine Flüssigkristalltafel bzw. -anzeige (LCD), ein keramisches Produkt, usw. sein. 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 und im Detail beschrieben wurden, sei bemerkt, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen 18832.

Claims

Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, die Folgendes aufweist: einen Drehtisch (5) mit einem abreibenden Tuch oder Element (6), das an der Oberfläche davon angebracht ist; einen oberen Ring bzw. Topring (1) zum Halten eines Werkstücks; erste Druckmittel (10) zum Drücken des Werkstücks, gegen das abreibende Tuch (6) mit einer ersten Druckkraft (F1); einen Führungsring (3) zum Halten des Werkstücks, das durch den Topring (1) gehalten wird, wobei der Führungsring vertikal bewegbar um den Topring herum angeordnet ist; und zweite Druckmittel (22) zum Drücken des Führungsrings gegen das abreibende Tuch mit einer zweiten Druckkraft (F2), die variabel ist; gekennzeichnet durch einen ersten Regulator bzw. Regler (R1) zum Regulieren eines Drucks der ersten Druckmittel; einen zweiten Regulator bzw. Regler (R2) zum Regulieren eines Drucks der zweiten Druckmittel; und eine Steuerung zum Berechnen jeder der Drücke und zum Steuern der ersten und zweiten Regler zum Anlegen gewünschter Druckkräfte an das Werkstück bzw. den Führungsring.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Druckmittel und die zweiten Druckmittel mit einer gemeinsamen Luftquelle (24) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten Druckmittel und die zweiten Druckmittel mit der gemeinsamen Luftquelle über jeweilige Regler verbunden sind.