DE69813678T2

DE69813678T2 - Kombinierter Polieraufschlämmungspender und Spülarm

Info

Publication number: DE69813678T2
Application number: DE69813678T
Authority: DE
Inventors: Kennedy San Jose Daniel; Fuksshimov San Jose Boris; Victor Sunnyvale Belitsky; Kyle Sunnyvale Brown; Tom Mountainview Osterheld; Jeff Campbell Beeler; Ginetto Berkeley Addiego; Boris San Carlos Fishkin
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2018-06-24
Also published as: JPH1170464A; JP2003229393A; DE69813678D1; KR100328607B1; US6280299B1; SG67505A1; EP0887153B1; US6139406A; KR19990007262A; TW385500B; EP0887153A2; EP0887153A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chemisch-mechanisches Polieren von Wafern und insbesondere eine Schlamm-Ausgabeeinrichtung und einen Spülarm.
Integrierte Schaltungen sind typischerweise auf Substraten, insbesondere auf Silizumwafern, durch die aufeinander folgende Abscheidung von leitenden, halbleitenden oder isolierenden Schichten ausgebildet. Nachdem jeweils eine Schicht abgeschieden worden ist, wird die Schicht geätzt, um Schaltungsformen zu erzeugen. Wenn eine Reihe von Schichten aufeinander folgend abgeschieden und geätzt worden ist, kann die oberste Oberfläche des Substrats, das heißt, die frei liegende Oberfläche des Substrats, quer über ihre Oberfläche nicht-planar geworden sein und eine Planarisierung benötigen. Dies passiert, wenn die Dicke der auf dem Substrat ausgebildeten Schichten als Ergebnis der nicht gleichförmigen Geometrie der darauf ausgebildeten Schaltkreise quer über die Substratoberfläche variiert. Bei Anwendungen mit mehreren gemusterten, unterlagernden Schichten wird die Höhendifferenz zwischen den Spitzen und den Tälern noch heftiger und kann mehrere Micron erreichen.
Ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist ein für die Planarisierung akzeptiertes Verfahren. In einem typischen CMP-System, wie dies in 1 gezeigt ist, wird ein Substrat 12 mit seiner Oberseite nach unten auf ein Polierpad 14 gelegt, das auf einer großen Drehplatte 16 angeordnet ist. Ein Träger 18 hält das Substrat und übt einen Druck auf die Hinterseite des Substrats auf, um das Substrat während des Poliervorganges an dem Polierpad zu halten. Ein Rückhaltering 20 ist typischerweise um den äußeren Umfang des Substrats herum angeordnet, um das Substrat daran zu hindern, während des Poliervorgangs seitlich weg zu rutschen. Ein Schlamm wird an das Zentrum des Polierpads abgegeben, um den gerade polierten Film chemisch zu passivieren oder zu oxidieren und die Oberfläche des Films abrasiv weg zu nehmen, bzw. zu polieren. Ein reaktives Mittel in dem Schlamm reagiert mit dem Film auf der Oberfläche des Substrats, um den Poliervorgang zu erleichtern. Die Interaktion des Polierpads, der abrasiven Teilchen und des reaktiven Mittels mit der Oberfläche des Substrats führt zu einem kontrollierten Polieren des gewünschten Films.
Ein Problem, dem bei einem CMP begegnet wird, besteht darin, dass die an das Polierpad abgegebenen Schlämme koagulieren können und zusammen mit dem von dem Substrat weg genommenen Material die Rillen oder anderen Merkmale auf dem Pad zusetzen können, wodurch die Wirksamkeit der nachfolgenden Polierschritte verringert und die Wahrscheinlichkeit einer schlechten, fehlerhaften Durchführung zunimmt. Deshalb wurden Spülarme in einige CMP-Systeme eingebaut, um deionisiertes Wasser oder andere Spülmittel an das Pad abzugeben, um ein Freispülen des Pads von koaguliertem Schlamm und anderem Material in den Rillen und auf der Oberfläche des Pads zu erleichtern. Ein Spülarm, der im US Patent Nr. 5,578,529 offenbart ist, umfasst einen Spülarm mit Sprühdüsen, die entlang seiner Länge positioniert sind, um ein Spülmittel auf die Oberfläche des Pads mit einem Druck abzugeben, der ein wenig höher ist als der Umgebungsdruck. Eine weitere Spüleinheit, die von Applied Materials, Inc., Santa Clara, California, bereit gestellt wird, kombiniert eine Spülleitung und ein oder mehrere Schlamm-Zuführleitungen in einem einzelnen Fluid-Zuführarm, welcher das Spülmittel und/oder den Schlamm an das Zentrum des Pads abgibt. Diese Einheit ist in der EP 0 774 323 beschrieben.
Jede dieser Spüleinheiten hat jedoch mehrere Nachteile. Erstens neigt der in dem angegebenen Patent offenbarte Spülarm zu einem Spritzen, wodurch Teilchen oder anderes unerwünschtes Debris von einem Polierpad zu einem benachbarten Polierpad übertragen werden kann. Zudem ist der Spülarm in seiner Position über dem Pad so fixiert, dass das Pad nicht in einfacher Weise entfernt werden kann. Darüber hinaus muss der Spülarm über dem Zentrum des Pads angeordnet sein, um das Spülmittel an diesen Bereich des Pads abzugeben. In Abhängigkeit von der Lage des Substratsträgers in Bezug zum Pad kann ein Spülen des zentralen Bereichs des Pads solange nicht erreicht werden, bis sich der Substratträger von dem Pad weg bewegt hat, so dass die Polierschritte diskontinuierlich sind.
Die Spüleinheit aus EP 0 774 323 ist dahin gehend beschränkt, dass das Spülmittel an das Pad entlang der Länge des Spülarms nicht mit Kraft abgegeben wird. Zudem wird das Spülmittel am Zentrum des Pads abgegeben oder wo auch immer das Ausgabeende des Zuführkanals positioniert ist.
Die US-A-5,421,768 offenbart einen drehenden, mit einem abrasiven Tuch bespannten Abrichten, welcher in die abrasiven Tücher eingesaugte Reaktionsprodukte ablagern kann, um Halbleiterwafer ohne Verstreuung der Reaktionsprodukte zu polieren. Der mit einem abrasiven Tuch bespannte Abrichter umfasst einen hohlen Schwingarm, einen Hochdruck-Reinwasserstrahlkopf an einem distalen Ende des Arms, eine Haube an dem distalen Ende, an welchem der Druck-Reinwasserstrahlkopf angeordnet ist, und eine von der Haube herab hängende Bürste. Der Hochdruck-Reinwasserstrahlkopf umfasst eine Strahldüse, die innerhalb der Bürste angeordnet ist, durch welche Reinwasser unter Hochdruck so abgegeben wird, dass dieses auf Reaktionsprodukte auftrifft, die in einem abrasiven Tuch eingesaugt sind. Die Bürste hat eine Borstendichte, welche an einer Stelle nahe dem Zentrum der Hochdruck-Reinwasserinjektion geringer ist, woanders aber höher ist. Das verbrauchte Reinwasser und die verbrauchten Reaktionsprodukte werden durch die Bürste in einem Reinwasser-Auffangbereich aufgenommen, wonach das seiner Energie verlustig gewordene Reinwasser und die Reaktionsprodukte durch eine weniger dichte Region der Bürstenborsten hindurch abgeführt werden, ohne die Umgebung zu bespritzen.
Es besteht ein Bedürfnis, ein Spül- und Schlamm-Zuführsystem zu schaffen, welches das Spülmittel über der gesamten Oberfläche des Polierpads abgibt, ohne über dem gesamten Pad angeordnet sein zu müssen.
Diese Erfindung liefert eine Vorrichtung zum Zuführen eines oder mehrerer Fluide an eine Oberfläche, mit einer Basis, einem Zuführarm, der auf der Basis für eine Drehung um eine von der Basis gebildeten Achse angeordnet ist, wobei sich der Arm in eine radiale Richtung von der Basis aus erstreckt, und mit ein oder mehreren Zuführleitungen für den Schlamm oder das Spülmittel, die sich wenigstens teilweise über die Länge des Zuführarms erstrecken, wobei der Arm separate Zuführleitungen für den Schlamm und für das Spülmittel hat, die sich wenigstens teilweise über die Länge des Zuführarms erstrecken, wobei der Arm eine Vielzahl von Düsen hat, die längs des Arms angeordnet und mit einer oder mehreren der Spülmittel-Zuführleitungen verbunden sind, um auf die Oberfläche ein Spülmittel abzugeben, und wobei ein Abschirmelement von dem Zuführarm auf wenigstens einer Seite desselben, angrenzend an die Spülmittel-Zuführdüsen herab hängt, um die durch die Abgabe eines Spülmittels verursachten Spritzeffekte einzuschränken und um einen Kanal für eine verstärkte Beseitigung von Teilchen vom Pad zu bilden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung können die Düsen an dem Arm mit einem Winkel relativ zur Ebene des Arms angeordnet sein, um ein Fluid quer über eine ausgewählte Oberfläche in einem nicht senkrechten Winkel dazu gerichtet abzugeben, um auf der Oberfläche einen Überstreicheffekt zu erzielen. Alternativ können Düsen-Sprühmuster gewählt werden, um ein Fluid gerichtet an die Oberfläche abzugeben. In einem Aspekt ist wenigstens eine Düse so ausgebildet, dass sie ein Spülmittel an das Zentrum des Pads oder nahe an das Zentrum des Pads abgibt, ohne dem Erfordernis, den Arm darüber zu erstrecken. Dies kann eine Düse umfassen, welche über dem Zentrum des Pads angeordnet ist, oder eine Düse, die auf dem Spülarm nahe des Zentrums des Pads angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Spülarm nicht über das Zentrum des Pads. Zudem können ein oder mehrere Düsen so ausgebildet sein, dass sie ein Spülmittel nach unten auf die Oberfläche oder in einer Richtung zum Rand des Pads hin abgeben, um die Beseitigung des Spülmittels und angesammelten Materials vom Pad zu erleichtern.
In einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein CMP-Verfahren, welches einen Polierschritt und einen Pad-Reinigungsschritt, der jedem Polierschritt folgt, umfasst, um die Anzahl von Teilchen auf jeder Platte zu verringern und die Wiederholbarkeit jedes Polierschritts durch Konditionieren des Pads vor jedem Verarbeitungsschritt zu verbessern. Vorzugsweise wird der Reinigungsschritt eingeleitet, bevor das Substrat von dem Pad entfernt worden ist, und dauert an, bis ein weiteres Substrat zur Verarbeitung positioniert ist oder das Pad gereinigt ist. In einem Multi-Padsystem wird der Reinigungsschritt vorzugsweise an jeder Station durchgeführt. Alternativ kann eine abschließende Reinigungsstation enthalten sein, an welcher sich das Substrat nach dem Polieren an anderen Pads einer zusätzlichen Reinigung unterzieht.
Damit die Art und Weise, in welcher die oben genannten Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung erreicht werden, im Detail verstanden werden können, kann eine speziellere Beschreibung der Erfindung, die oben kurz zusammen gefasst wurde, durch Bezugnahme auf die Ausführungsformen derselben, welche in den angehängten Zeichnungen dargestellt sind, erhalten werden.
Es sei jedoch angemerkt, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung darstellen und deshalb nicht als den Schutzbereich beschränkend anzusehen sind, da die Erfindung auf andere gleich wirksame Ausführungsformen angewandt werden kann.
1 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften chemisch mechanischen Poliervorrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist;
2 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Fluid-Zuführarmes und zugehöriger Hardware der vorliegenden Erfindung;
3a bis c und 4a bis d sind schematische Ansichten im Querschnitt alternativer Ausführungsformen eines Fluid-Zuführarmes, die den Spülmittel-Zuführkanal und die Sprühmuster und Anordnungen der Düsen zeigen;
5 ist eine detaillierte Ansicht einer Abdichtungseinheit für den Spülmittel-Zuführkanal;
6 ist eine Teil-Schnittansicht einer Ausführungsform eines Fluid-Zuführarmes, die Spülmittel-Zuführdüsen und ein Schlämme-Zuführrohr zeigt;
7 ist eine detaillierte Ansicht einer Abdichtungseinheit für den Spülmittel-Zuführkanal;
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Spülverfahren der vorliegenden Erfindung beschreibt; und
9 ist eine schematische Ansicht eines Multi-Padsystems.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Fluid-Zuführeinheit für eine chemisch mechanisch polierende Vorrichtung mit wenigstens einer Spülmittel-Zuführleitung und vorzugsweise einer Schlamm-Zuführleitung. In einem Aspekt der Erfindung hat die Spülmittel-Zuführleitung ein oder mehrere Sprühdüsen, die darauf über ihre Länge angeordnet sind, um einen Spülmittelstrahl auf eine Oberfläche über dem Umgebungsdruck abzugeben, und einen Spritzschutz, um den Strahl aus den Düsen aufzunehmen und die Querkontaminierung anderer Systemkomponenten oder Wafer zu kontrollieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fluidzuführeinheit angrenzend an die Oberfläche, an welche sie das Spülmittel und/oder den Schlamm abgeben soll, drehbar angebracht, um zum Zwecke eines Austausches und/oder einer anderen Wartung einen leichten Zugriff auf die Oberfläche zu schaffen. Zudem können überstreichende Düsen auf dem Arm angeordnet sein, um das Spülmittel und Debris zum Rand der gerade gereinigten Oberfläche und über diesen hinaus zu drücken.
Die Erfindung liefert ferner Reinigungs- und Polierverfahren, bei welchen ein Spülmittel auf eine Oberfläche, wie einer polierenden Pad-Oberfläche, abgegeben wird, während sich ein Substrat noch in Kontakt mit dem Pad befindet und kurz danach, um das Substrat und die Oberfläche zu spülen. Die Verfahren haben den Vorteil, wenigstens den Substratdurchsatz zu erhöhen, indem im Wesentlichen ein Spülschritt durchgeführt wird, während ein Substrat von einem Träger aufgenommen/abgelegt wird oder während die Träger zu einer weiteren Verarbeitungsstation gedreht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Spülschritt die Anzahl von durch Teilchen erzeugte Defekte senkt, die mit jedem Substrat verbunden sind, indem das Substrat vor der Wegnahme vom Pad gespült wird und dann das Pad weiter gespült wird, bevor ein weiteres Substrat darauf zur Verarbeitung positioniert wird.
2 ist eine Draufsicht eines CMP-Systems mit einer Ausführungsform eines Fluid-Zuführsystems 20 der vorliegenden Erfindung, das über einem Polierpad 22 angeordnet ist. Das Fluid-Zuführsystem umfasst einen Zuführarm 24 mit einem Basisbereich 26, der außerhalb des Randes des Pads angeordnet ist, und mit einem Endbereich 28, der über dem Pad angeordnet ist. Der Basisbereich 26 ist auf einem Schaft 40 montiert (in den 3a, 3b, 3c und 6 gezeigt), um eine Drehung des Fluid-Zuführsystems 20 zwischen einer Verarbeitungsposition über dem Polierpad und einer Wartungsposition neben dem Pad zu ermöglichen. Der Arm ist ganz allgemein über seine Länge von seinem Basisbereich 26 bis zu seinem Endbereich angewinkelt, obwohl er gerade sein kann, und enthält zwei Schlamm-Zuführleitungen 30, 32, die auf dem Fluid-Zuführarm 24 montiert oder in diesem angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Rohrleitungsnetz als die Schlamm-Zuführleitungen verwendet und werden ein oder mehrere Schlämme aus ein oder mehreren Schlammquellen unter Verwendung einer diastolischen Pumpe oder irgendeiner anderen Art des Herauspumpens durch das Ende der Rohrleitung heraus gepumpt. Eine zentrale Spülmittel-Zuführleitung 38 liefert ein oder mehrere Spülmittel an eine Mehrzahl von Düsen 34, 36, die an der unteren Oberfläche 44 des Fluid-Zuführarms montiert sind. Der Endbereich 28 endet vorzugsweise an einer Position knapp vor dem Zentrum des Pads 22, um dem das Substrat haltenden Träger zu erlauben, sich radial über das Pad zu bewegen und sich dem Zentrum des Pads während des Poliervorgangs anzunähern oder sich darüber zu bewegen, ohne der Gefahr ausgesetzt zu sein, dass der Arm mit dem Träger kollidiert. Eine Düse 36 ist auf dem Endbereich des Arms in einem Winkel zu der Ebene des Arms angeordnet, um ein oder mehrere Spülmittel an das Zentrum des Pads abzugeben. Alternativ erstreckt sich ein gerader Arm oder ein winkelförmiger Arm über das Zentrum des Pads und trägt eine Düse 34 nahe dem distalen Endes des Arms, um ein Spülmittel an den zentralen Bereich des Pads abzugeben. Typische Schlauchdrucke liegen im Bereich von etwa 102,75 × 10³ bis 685 × 10³ N/m² (15 psi bis etwa 100 psi), wobei dieser Bereich ausreicht, um das Spülmittel an das Pad mit einem höheren Druck als in der Umgebung abzugeben. Vorzugsweise wird das Spülmittel mit einem Druck von etwa 205,5 × 10³ N/m² (30 psi) oder höher, abgegeben.
3a ist eine Ansicht im Querschnitt der Fluid-Zuführeinheit 20 aus 2, welche die Spülmittel-Zuführleitung 38 und die Montagewelle 40 zeigt. Die Welle 40 begrenzt einen Spülmittelkanal 42 über ihre Länge, welcher ein Fluid an den Fluid-Zuführarm 24 abgibt. Der Arm begrenzt ebenso einen Kanal bzw. eine Zuführleitung 38 über seine Länge, welcher/welche an dem Endbereich 28 endet. In unten gezeigten alternativen Ausführungsformen kann der Spülmittelkanal bzw. die Zuführleitung 38 Erstreckungen aufweisen, um ein Fluid an überstreichende Düsen 37 abzugeben, welche unten beschrieben werden. Ein Stopfen 46 kann in einem oder beiden Enden des Kanals angeordnet sein, abhängig von dem Verfahren, das verwendet wird, um den Kanal bzw. die Leitung 38 maschinell zu bearbeiten.
7 ist ein detaillierter Schnitt des Anschlusses zwischen dem Arm 24 und der Welle 40, welcher die Dichtung um das Rohr 32 zeigt. Die Dichtung ist um das Rohr 32 herum an der Schnittstelle des Arms 24 und der Welle 40 ausgebildet, indem eine Unterlegscheibe 60 um das Rohr herum angeordnet wird, und zwar angrenzend an einen O-Ring 62, der in einer gegenüber liegenden Paßfläche des Schaftes ausgebildeten 0-Ring-Nut 64 angeordnet ist. Die Unterlegscheibe 60 ist in einer Aussparung 66 aufgenommen, die in der unteren Oberfläche des Arms ausgebildet ist. Der Spülmittelkanal 62 liefert ein oder mehrere Spülmittel aus einer Quelle, die in Verbindung mit einem CMP-System vorgesehen ist, an den Kanal bzw. an die Fluid-Zuführleitung 38 des Arms 24. Eine Dichtung ist zwischen der Welle 40 und dem Arm 24 vorgesehen und wird in größerem Detail unten mit Bezug auf 5 beschrieben. Die Kanäle 42, 38 können maschinell bearbeitete Kanäle sein oder können Rohrleitungen sein, die durch die Welle und durch den Arm hindurch angeordnet und in beiden befestigt sind.
Eine Reihe von Düsen 34, 36 sind in die untere Oberfläche 44 des Arms eingeschraubt oder in anderer Weise darauf angeordnet und sind mit der Spülmittel-Zuführleitung 38 verbunden. In einer Ausführungsform sind fünf Sprühdüsen über die Länge des Armes mit den gezeigten Sprühmustern schraubverbunden. Die Enddüse 36 ist in einem Winkel zu der Ebene des Armes angeordnet, das heißt, einem spitzen Winkel, um ein Fluid um eine Strecke weg von dem Endbereich 28 des Arms in Richtung des zentralen Bereichs C des Pads 14 abzugeben. Die Düsen sind vorzugsweise fein gespitzte Düsen, welche das Spülmittel in einer fächerförmigen Ebene abgeben, um die Spritzeffekte zu verringern, die durch das Auftreffen des Sprühmittelstrahls auf die Padoberfläche verursacht werden. Ein Beispiel von Düsen, welche vorteilhaft verwendet werden können, sind erhältlich von Spraying Systems Company, Wheaton, IL, unter Modell Veejet Spray Nozzle, Kynar® Series. In einer bevorzugten Ausführungsform geben die Düsen ein Fluid in einem überlappenden Muster ab, um sicher zu stellen, dass ein wesentlicher Bereich des Pads dem Strahl aus den Düsen ausgesetzt ist. Die Enddüse 36 ist so positioniert, dass sie das Fluid über das Ende des Arms hinaus nach außen abgibt, um die verbleibenden Padregionen, einschließlich des zentralen Bereichs des Pads, abzudecken, und gleichzeitig auch vorzugsweise den Strahl aus der benachbarten Düse überlappt, um sicher zu stellen, dass jede Region des Pads gereinigt wird. Obwohl vorgezogen wird, die Sprühmuster zu überlappen, ist es nicht notwendig, dass jedes Sprühmuster die benachbarten Muster überlappt.
In einer weiteren Ausführungsform können die Düsen Sprühmuster umfassen, welche das Sprühmittel nach unten und über die Oberfläche des Pads nach außen in Richtung des Randes E des Pads 14 richten. Als ein Beispiel können Düsen mit einem fächerförmigen Muster, das nach außen in Richtung der Basis des Arms 26 gerichtet ist, wie in 3b gezeigt ist, verwendet werden. Alternativ, wie in 3c gezeigt ist, sind überstreichende Düsen 37 mit Düsen 34 vermischt und können in dem Arm in einem nicht senkrechten Winkel zu der Ebene des Spülarms montiert sein. Überstreichende Düsen 37 lenken dadurch den Strahl aus den Düsen 34 und 37 und schieben akkumuliertes Spülmittel und Debris in Richtung des äußeren Randes E und dann vom Pad 14 weg. Als ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der Arm 28, wie er in 3c gezeigt ist, über das Zentrum C des Polierpads 14.
Es wird angenommen, dass ein nach unten und nach außen Richten des Strahls mit Hilfe der überstreichenden Düsen 37 über der Padoberfläche die Beseitigung von Material und das Reinigen der Padoberfläche verbessern kann. Vorzugsweise sind die Düsen 34 und 36 so angeordnet, dass sie einen Strahl des Spülmittels direkt auf das Pad abgeben, während überstreichende Düsen 37 so angeordnet sind, dass die Beseitigung des Materials und des Spülmittels vom Pad verbessert wird. Die Düsen 34 und 36 richten das Spülmittel, eingestellt auf einen optimalen Druck, um ein ausreichendes Volumen des Spülmittels zwischen dem Pad und dem Spülarm 28 und dem Abschirmelement 68 zu schaffen, derart, dass eine Turbulenz verursacht wird und Teilchen dadurch angehoben und in dem Flüssigkeitsvolumen in Suspension gebracht werden. Vorzugsweise ist der angewinkelte Strahl aus den Düsen 37 auch auf einen optimalen Druck eingestellt, um die in Suspension befindlichen Teilchen und das Spülmittel vom Pad weg zu lenken, das heißt, dadurch das Pad von Teilchen und Fluid frei zu schieben und die Beseitigung des Spülmittels und Debris vom Pad 14 zu verbessern. Die überstreichenden Düsen 37 haben eine spezielle Anwendung in solchen Verfahren, in welchen schwere Materialien verwendet werden oder eine schwere Aufstauung von Schlamm, Agglomeraten und/oder Waferdebris während des Polierens auftritt.
Die 4a bis d sind schematische Darstellungen weiterer alternativer Ausführungsformen der Düsen und Sprühmuster zum Abgeben des Sprühmittels auf das Pad.
Die Ausführungsformen umfassen die Düsen 34 und 36, wie sie in den 3a–c gezeigt sind, und zusätzliche überstreichende Düsen 37, wie sie in 3c gezeigt sind, die in dem Arm 24 angeordnet sind oder in anderer Weise so ausgebildet sind, dass sie ein Sprühmittel in einem nicht senkrechten Winkel zu der Oberfläche des Pads abgeben. 4a zeigt die Düsen 34 und 36 versetzt vom Zentrum auf dem Arm 24 und angrenzend an die überstreichenden Düsen 37, die angrenzend dazu angeordnet sind. Die überstreichenden Düsen 37 können seitlich mit den Düsen 34 und 36 ausgerichtet sein oder versetzt von diesen sein. Die 4a–d zeigen die überstreichenden Düsen 37 versetzt zu den Düsen 34 und 36.
4b zeigt die Düsen 34, 36 zentral angeordnet über die Länge des Arms, und zwei Reihen der überstreichenden Düsen 37 sind entlang jeder Seite des Arms angeordnet. Diese überstreichenden Düsen 37 können mit den Düsen, 34, 36 ausgerichtet sein oder zu diesen versetzt sein. 4c ist eine weitere Modifikation, welche ein versetztes Muster für die zwei Reihen überstreichender Düsen 37 zeigt. 4d zeigt noch eine weitere Ausführungsform, in der eine zusätzliche Düse 34 und ein zusätzliches Paar überstreichender Düsen 37 eingebaut ist. Die Düsen 34, die an dem Ende der in den 4c und 4d gezeigten Arme angeordnet sind, erstrecken sich über das Zentrum des Pads oder wenigstens nahe des Zentrum des Pads, um ein Spülmittel an den zentralen Bereich des Pads abzugeben. Die Anzahl und die Anordnung der Düsen 34, 36, 37 können in Abhängigkeit von der Größe des Pads und der verwendeten Materialien, einschließlich dem Schlammmaterial, dem Padmaterial, dem zu polierenden Material, dem Wasservolumen und dem Wasserdruck, etc., variiert werden. Zudem sind die Düsen und die Leitungen, welche den Düsen 34, 36, 37 ein Fluid zuführen, so angeordnet, dass die Schlamm-Zuführleitungen entlang der Länge des Arms geführt werden können.
5 ist ein detaillierter Schnitt des Anschlusses zwischen dem Arm 24 und dem Schaft 40, welcher die Dichtung zwischen den Kanälen 38, 42 zeigt, die in jedem Arm und in jedem Schaft ausgebildet ist. Vorzugsweise hat die Oberseite des Schafts eine planare Paßfläche 48, auf welcher der Arm moniert ist. Der Arm ist an dem Schaft 40 unter Verwendung von Schrauben 49 oder einem anderen verbindenden Element/Anordnung festgelegt. Eine Ringkupplung 50 ist an dem oberen Endes des Schaftes um den Kanal 42 herum ausgebildet und passt mit einer Aussparung 51 zusammen, die in der unteren Oberfläche des Arms 24 ausgebildet ist. Ein 0-Ring-Nut 52 ist in der passenden Oberfläche 48 auf dem oberen Ende des Schafts 40 ausgebildet, um einen 0-Ring 54 für eine Abdichtung des Schaftes an dem Arm zu montieren. Die abgeschrägten Ränder der Kupplung 50 vereinfachen den Zusammenbau.
6 ist eine Ansicht im Querschnitt, die eine der Schlamm-Zuführleitungen 32 zeigt, die auf dem Arm 24 und durch den Schaft 40 hindurch angeordnet ist. Die Schlammleitungen 30, 32 sind vorzugsweise aus einem entfernbaren Rohrleitungssystem gemacht, dass durch einen Kanal 56 hindurch, der in dem Schaft 40 ausgebildet ist, angeordnet ist und in einem Paar Kanälen 58 (in 8 gezeigt), die in der unteren Oberfläche 44 des Arms ausgebildet sind, montiert ist. Eine Abdeckung 61 ist auf der unteren Oberfläche des Arms montiert um die Rohrleitung innerhalb der Kanäle 58 ortsfest festzulegen. Alternativ können die Leitungen in die Rillen 58 fest gedrückt und durch Klammern oder andere Fittings darin fest gehalten werden. Die Enden 59 der Schlamm-Zuführleitungen 30, 32 werden durch ein Paar von Kanälen 63 hindurch geführt, die in der Abdeckung 61 ausgebildet sind, und aus dem Ende des Arms 24 heraus geführt, um den Schlamm an das Pad abzugeben. Die Kanäle 63 können so angeordnet und angewinkelt sein, dass die abgebenden Enden der Rohre angrenzend an das Zentrum des Pads positioniert sind, so dass ein Schlamm an dieses abgegeben werden kann.
8 ist eine Ansicht im Querschnitt durch die Armanordnung entlang der Linie 8-8 in 6, welche die Beziehung der Schlamm-Zuführleitungen 30, 32, des Spülmittelkanals 38 und der Düsen 34 zeigt. Ein Abschirmelement 68 erstreckt sich von der unteren Oberfläche 44 des Arms nach unten und umfasst zwei Wände 70, 72, welche wenigstens einen Bereich des Sprühmittelstrahls zwischen sich eingrenzen. Die unteren Rändern 74, 76 des Abschirmelement 68 sind oberhalb der Oberfläche des Pads oder einer anderen Oberfläche, auf welche die Fluide abgegeben werden, positioniert, um einem Material zu erlauben, darunter hindurch zu gelangen, während das Spülmittel zwischen den Wänden, 70, 72 auch wirksam gesammelt wird. Die unteren Ränder 74, 76 und die obere Oberfläche des Pads begrenzen einen Durchgang, durch welchen das Spülmittel und die Aufschlämmung hindurch fließen können. Der Abstand zwischen dem unteren Rand des Schirmes und der Oberfläche wird vorzugsweise optimiert entsprechend den Fließgeschwindigkeiten der Aufschlämmung, des Spülmittels und der Drehgeschwindigkeit des Pads. Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen dem unteren Rand des Schirmes und dem Pad im Bereich von etwa 1 bis 5 mm, wenn eine Spülmittel-Fließgeschwindigkeit im Bereich von zwischen 230 ml/min und etwa 6000 ml/min bei einem Druck im Bereich von zwischen etwa 102,75 × 10³ N/m² (15 psi bis etwa 100 psi) liegt. Diese Bereiche sind nur repräsentativ und sind nicht als den Schutzbereich der Erfindung beschränkend anzusehen, weil andere Abstände und Fließgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von den Bedingungen und Materialien gewählt werden könnten, die für einen speziellen Prozess verwendet oder unterworfen sind. Zum Beispiel steigt bei einem Druck von 411 × 10³ N/m² (60 psi) eine Fließgeschwindigkeit von 5,151/min eine zufrieden stellende Beseitigung von Teilchen und Spülmittel von der Polierpadoberfläche. Die Fließgeschwindigkeit des Spülmittels und der Abstand zwischen dem unteren Rand des Schirmes und dem Substrat kann so eingestellt werden dass eine Welle des Spülmittels angehäuft und über die Oberfläche des Pads geschoben und über das Pad nach außen gelenkt werden kann, so dass das Pad und das Substrat gereinigt werden können. Wenn sich das Polierpad, in Kombination mit der winkelförmigen Kontur des Arms und des Schirms dreht, wie das in 2 gezeigt ist, werden das Spülmittel und das Überschussmaterial in Richtung des Randes des Pads E transportiert, wo das resultierende Material beseitigt werden kann. Es soll so verstanden sein, dass ein im wesentlichen gerader Arm verwendet werden kann und auch die vorteilhaften Effekte durch die vorliegende Erfindung bereit stellen wird.
Die Fluid-Zuführanordnung, das heißt, der Arm 24 und das Abschirmelement 68, wird vorzugsweise aus einem steifen Material, wie Polypropylen hergestellt, welches chemisch inert ist und nicht mit den Poliermaterialien, die im CMP-Verfahren verwendet werden, nachteilig reagiert. Das Material muss ausreichend steif sein, so dass die Struktur über ihre Länge nicht absackt oder abfällt. Die Schlamm-Zuführleitungen sind vorzugsweise aus einem Rohrleitungsmaterial hergestellt, wie beispielsweise Teflon®, welches mit den verschiedenen Schlämmen, die im CMP-Verfahren verwendet werden, nicht reaktiv ist.
Die Verfahren zum Verwenden der obigen Vorrichtung werden nun unten im Detail beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass jedes der Verfahren auf einem Einzel- oder Multi-Padsystem praktisch umgesetzt werden kann. 9 ist ein Multi-Padsystem, das repräsentativ ist für das MIRRA^tm-System ist, das von Applied Materials, Inc. aus Santa Clara, California, erhältlich ist. Typischerweise wird ein Substrat auf einem Träger positioniert oder gespannt, welcher ein Substrat auf dem Polierpad positioniert und das Substrat auf dem Pad in Grenzen hält. Das Polierpad 14 wird typischerweise gedreht, und das Substrat kann auch innerhalb des Trägers 18 gedreht werden. Zudem kann der Träger radial über die Oberfläche des Polierpads bewegt werden, um ein gleichmäßiges Polieren der Substratoberfläche zu verbessern. Sobald das Substrat in dem Träger angeordnet ist und der Träger über dem Polierpad angeordnet ist, wird ein Schlamm typischerweise an das Polierpad abgegeben. Der Schlamm kann irgendeine Anzahl von Materialien, wie Natriumhydroxid, oder kann, falls auf einem Spülpad verwendet, nur vollständig entsalztes Wasser sein. Der Träger wird dann über dem Polierpad abgesenkt, so dass das Substrat das Pad berührt, und die Substratoberfläche wird dann entsprechend einer vorgewählten Regulierung poliert. Gegen Ende des Polierschrittes wird ein Spülmittel, wie Wasser, vol lig entsalztes Wasser, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder ein anderes bekanntes Mittel, an das Pad über die Düsen 34 und/oder 36, 37 auf dem Spülarm abgegeben, um das Polierpad und das Substrat zu spülen. Das Spülmittel wird an das Polierpad über eine Zeitspanne von etwa 5 bis etwa 20 Sekunden abgegeben, während dessen das Substrat von dem Polierpad 14 angehoben wird und der Träger 18 entweder zu der nächsten Verarbeitungsposition in mehrfachen Pad-Poliersystemen und/oder in eine Position zum Aufnehmen des nächsten Substrats zum Zwecke der Verarbeitung bewegt.
Es wird angenommen, dass eine Welle des Spülmittels, die zwischen den Wänden 72, 74 des Schirms 68 gebildet wird, eine Suspensionsschicht auf dem Substrat und auf dem Polierpad bildet, in welcher das weg genommene Material und die anderen Teilchen gesammelt und unter einer Zentrifugalkraft oder der Kraft des Strahles zum Rand des Pads gedrückt wird, wo es aus dem System entfernt oder gefiltert werden kann. Vorzugsweise dreht sich das Polierpad weiter, wenn das Spülmittel an das Pad abgegeben wird. Der Spülschritt kann fortdauern, bis ein weiteres Substrat in dem Träger 18 positioniert wird und der Träger zu einer Verarbeitungsposition bewegt wird. Vorzugsweise wird der Spülschritt für etwa 10 bis etwa 15 Sekunden ausgeführt, während die Träger auf einem Multiträger-Padsystem gedreht werden und ein Entlade/Aufnahme-Schritt an der Aufnahme-Entlade-Station durchgeführt wird.
In einem Dreier-Polierpadsystem, wie dem MIRRA^TM-System, erhältlich von Applied Materials, Inc., Santa Clara, California, umfasst eine bevorzugte Polierfolge zwei Polierstationen, eine Spülstation und eine Beladestation. Die ersten zwei Polierstationen haben vorzugsweise ein erstes und ein zweites Polierpad, wie ein IC 1000 Pad von Rodel, Inc., und die Spülstation trägt vorzugsweise ein Spülpad, wie ein Politex-Pad, auch von Rodel, Inc.. Vier Substratträgerköpfe 18 sind auf einem zentralen Karussell moniert, das über den Pads angeordnet ist, und welches sequentiell gedreht werden kann, um ein Substrat in den oben erwähnten vier unterschiedlichen Stationen zu positionieren.
Gemäß einem Polierverfahren unterzieht sich ein Substrat einem Poliervorgang an der ersten Polierstation und dann an der zweiten Polierstation. Ein Polierschritt und eine Formulierung werden ausgewählt, um das bzw. die gewünschten Materialien so zu polieren, dass die gewünschten Ergebnisse erhalten werden. Mehrere Polierschritte, Formulierungen, Pads etc. können verwendet werden, um diese Ergebnisse zu erhalten. Das Substrat wird dann zu der Spülstation bewegt, wo ein Spülmittel an das Spülpad abgegeben wird, und das Substrat wird durch den Trägerkopf auf dem Pad angeordnet. Ein Pad/Substrat-Spülschritt wird an jeder Station durchgeführt. Vorzugsweise wird der Pad/Substrat-Spülschritt am Ende des Polierschritts durchgeführt und setzt sich fort, bis ein weiteres Substrat über dem Pad positioniert ist. Sobald der Polierschritt vollständig abgeschlossen ist, wird ein Spülmittel für eine Zeitspanne von einigen wenigen Sekunden, z. B. für etwa 3 bis etwa 60 oder mehr Sekunden, auf das Pad abgegeben, wenn sich das System darauf vorbereitet, das Substrat von dem Pad anzuheben, um wenigstens einen Teil des Restes des polierten Materials und des Schlamms von dem Pad und dem Substrat zu spülen. Der Spülschritt setzt sich dann fort, wenn das Substrat von dem Pad entfernt worden ist und das Trägerkopf-Karussell zu der nächsten Station gedreht wird, um ein Substrat an einem Pad für eine fortgesetzte Bearbeitung oder für eine Entnahme zu positionieren. Vorzugsweise wird der Spülschritt im wesentlichen während einer Weiterdrehung der Trägerköpfe durchgeführt, das heißt, wenn die Trägerköpfe zu der nächsten Position gedreht werden, so dass der Substratdurchsatz nicht nachteilig beeinflusst wird. Während des Spülschritts setzt sich die Drehung der Platte 16 des Pads 14 fort, so dass die Zentrifugalkraft das Spülmittel und das Schlammmaterial in Richtung des Randes des Pads und in einen Sammelbereich drückt. Vorzugsweise wird das Pad mit einer Geschwindigkeit von etwa 80 bis etwa 150 Umdrehungen pro Minute, ganz bevorzugt von etwa 95 bis etwa 115 rpm, gedreht. Zudem unterstützen in einer Ausführungsform die Düsen 37 das Bewegen des Materials und des Spülmittels über die Oberfläche des Pads.
In einer weiteren Ausführungsform können die Polierpads auf allen drei Platten montiert sein und der Spülschritt an jedem Polierpad durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform wird der Substrat-Reinigungsschritt vorzugsweise auf dem dritten Pad durchgeführt. Ein Spülschritt wird auf jedem Polierpad durchgeführt, wie dies oben beschrieben wurde. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der zusätzliche Spülschritt, der an dem dritten Pad durchgeführt wird, eine Defektbeseitigung verbessert, indem die Zeit verlängert wird, während welcher sich das Substrat in Kontakt mit dem Spülmittel befindet. Als Ergebnis wird auch das Spülpad an der dritten Platte in einem sehr sauberen Zustand gehalten.
Obwohl das Vorstehende auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entworfen werden, ohne den grundlegenden Schutzbereich zu verlassen, wie er durch die Ansprüche bestimmt ist, welche folgen.

Claims

Fluidzuführanordnung für eine CMP-Vorrichtung – mit einer Basis (40, 42), – mit einem Zuführarm (24), der an der Basis für eine Drehung um eine von der Basis gebildeten Achse angeordnet ist, wobei sich der Arm in eine radiale Richtung von der Basis aus erstreckt, und – mit Zuführleitungen (30, 32, 38) für Schlämme oder Spülmittel, die sich wenigstens teilweise über die Länge des Zuführarms erstrecken, dadurch gekennzeichnet, – dass der Arm gesonderte Zuführleitungen für Schlämme (30, 32) und für Spülmittel (38) hat, die sich wenigstens teilweise über die Länge des Zuführarms erstrecken, – dass der Arm eine Vielzahl von Düsen (34, 36, 37) hat, die längs des Arms angeordnet und mit einer oder mehreren der Spülmittel-Zuführleitungen verbunden sind, um auf die Oberfläche ein Spülmittel abzugeben, und – dass von dem Zuführarm aus längs wenigstens einer seiner Seiten ein Abschirmelement (68) herabhängt.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis einen Schaft (40) und eine Halterung aufweist, die den Schaft für eine Drehung um die Achse abstützt.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Düsen (34, 36, 37) so angeordnet sind, dass sie von dem Arm (24) aus nach unten wirken.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsen (37) in einer Einwärtsrichtung zu der Basis gerichtet ist, an der der Arm angebracht ist.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Düsen (37) in einem nicht senkrechten Winkel zu einer horizontalen Ebene des Zuführarms (24) angeordnet sind.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Düsen an dem Arm mit einem Winkel angeordnet sind, der zu einer Linie versetzt ist, die senkrecht zu der Ebene des Arms ist, während andere Düsen senkrecht zu der Ebene des Arms gerichtet sind.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe von Düsen an dem Arm an jeder Winkelversetzung zu einer Linie senkrecht zur Ebene des Arms und eine weitere Reihe von Düsen an dem Arm und in senkrechter Ausrichtung zu der Ebene des Arms angeordnet ist.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsen (34) so angeordnet ist, dass sie das Spülmittel auf die Mitte der Oberfläche richtet.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement zwischen etwa 1 mm und 5 mm von der Oberfläche angeordnet ist.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (68) einen ersten und einen zweiten Wandabschnitt (70, 72) aufweist, die von dem Förderarm auf gegenüberliegenden Seiten der Düsen nach unten hängen.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Wandabschnitt (70, 72) zwischen etwa 1 mm und 5 mm von der Oberfläche angeordnet ist.
Fluidzuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spülmittelversorgung für die Zuführung über die Düsen mit einem Druck von 274 × 10³N/m² bis 685 × 10³N/m² (etwa 40 bis etwa 100 psi) vorgesehen ist.
Substratpoliervorrichtung mit einer Anordnung zum Zuführen von Schlämme und Spülmittel nach Anspruch 1.
Substratpoliervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spülmittel-Zuführleitung (38) mit einer Spülmittelquelle verbunden ist und dass die oder jede Zuführleitung (30, 32) für Schlämme mit einer Quelle für die Schlämme verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, mit einem die Oberfläche bildenden horizontalen Kissen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführarm (24) kragarmartig an der Basis (40) angebracht ist und eine Mittelachse von wenigstens einer ersten der Düsen (36, 37) in einem nicht senkrechten Winkel zu dem insgesamt horizontalen Kissen ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Düse (37) an dem Fluidzuführarm mit einem Winkel angeordnet ist, der zu einer Linie versetzt ist, die senkrecht zu einer Ebene des Arms ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Düsen weiterhin wenigstens eine zweite Düse (34) aufweist, die eine Mittelachse hat, die in einem rechten Winkel bezüglich des insgesamt horizontalen Kissens angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse oder die zweiten Düsen (34) zentral an dem Arm angeordnet sind und dass die erste Düse (37) auf wenigstens einer Seite der zweiten Düse angeordnet ist.
Vorrichtung zum Polieren von Substraten mit a) einer oder mehreren auf der Basis angeordneten Platten, b) einem oder mehreren Substratträgern, die über der einen oder den mehreren Platten angeordnet sind, und c) mit einer oder mehreren Fluidzuführanordnungen nach Anspruch 1, die angrenzend an die eine oder mehreren Platten und ein oder mehrere Antriebselemente angeordnet sind, um die eine oder mehrere Platten zu drehen und um den einen oder mehrere Substratträger zu betätigen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement des oder eines jeden Zuführarms (24) erste und zweite Wandabschnitte aufweist, die einander gegenüberliegend von dem Arm nach unten hängen und einen Raum dazwischen bilden, in dem die Düsen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der einen oder mehreren Düsen (36, 37) des oder eines jeden Zuführarms (24) an dem Zuführarm mit einem Winkel angeordnet ist, der zu einer Linie versetzt ist, die senkrecht zur horizontalen Ebene des Arms ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der einen oder mehreren Düsen (34) des oder eines jeden Zuführarms (24) an dem Arm mit einem nicht senkrechten Winkel zu der horizontalen Ebene eines Arms angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Fluidzuführarm (24) an einer Basis (40) an einem Ende gehalten wird, und dass eine oder mehrere Reihen der Fluid zuführenden Düsen (37) mit einem nicht senkrechten Winkel zu der Längsrichtung des Arms angrenzend an eine oder mehrere Spülmittel-Zuführdüsen (34) angeordnet sind, die senkrecht zu der Längsrichtung des Arms sind und die Fluide quer über die Fläche eines Kissens zum Rand des Kissens hin drücken.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei wenigstens eine der einen oder mehreren Düsen (36) an dem Fluidzuführarm (24) mit einem Winkel angeordnet ist, der zu einer Linie versetzt ist, die senkrecht zur Ebene des Arms ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher wenigstens eine der Düsen an dem Fluidzuführarm mit einem nicht senkrechten Winkel zur Ebene des Arms angeordnet ist.