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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen und
genauer ein Verfahren und eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen
Polieren von Halbleitersubstraten mit einer verbesserten Beständigkeit,
Zuverlässigkeit
und Poliereffektivität.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Da
die Gesamtmaße
von Halbleitervorrichtungen weiter abnehmen, nimmt die Nachfrage
zum Bilden mehrerer Metallverbindungsschichten auf einem Halbleitersubstrat
ständig
zu. Die Verbindungsschichten oder Zwischenschichten aus Metall zum Isolieren
der Metallverbindungsschichten sollten planarisiert (geebnet) sein,
um einen Fokusrand für
ein folgendes Fotolithografieverfahren zu sichern. Bei den meisten
herkömmlichen
Herstellungsverfahren wurden die Zwischenschichten unter Verwendung
einer BPSG (Borphosphorsilikatglas)-Aufschmelztechnik bzw. BPSG-Reflowtechnik
geebnet. Bei der BPSG-Reflowtechnik wird eine aufgedampfte BPSG-Schicht
durch Fließen
der BPSG-Schicht geebnet, während
das Substrat auf 800°C
oder mehr erhitzt wird. Die Temperatur des Reflowverfahrens ist jedoch
zu hoch, um auf Verbindungsschichten aus Aluminium anwendbar zu
sein. Zudem ist die Reflowtechnik für die Planarisierung Submikron
feiner Muster oder die umfassende Planarisierung eines Substrates
inadäquat.
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Anstelle
der Reflowtechnik ist eine Resist-Rückätztechnik in der Technik der
Oberflächenplanarisierung
bekannt. Die Resist-Rückätztechnik weist
jedoch einige Nachteile auf, wie beispielsweise die Zunahme in der
Stärke
der Isolierzwischenschichten, die Notwendigkeit zusätzlicher
Verfahren und die Schwierigkeit des Steuerns des Ätzverhältnisses
der Isolierzwischenschichten und Resistschichten.
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Daher
wurde vor kurzem das chemisch-mechanische Polieren (CMP) zum Liefern
geebneter Topografien entwickelt. CMP ist ein Verfahren zum Verbessern
der Oberflächenebenheit
eines Halbleitersubstrates und bringt die Verwendung eines Polierkissens
mit einer Suspension mit sich. Im Allgemeinen beinhaltet die Suspension
ein mechanisches Poliermittel, wie beispielsweise Aluminium oder
Siliziumoxid. Zudem beinhaltet die Suspension entionisiertes Wasser
und ausgewählte
Chemikalien, welche während
der Bearbeitung verschiedene Oberflächen des Substrates ätzen. Die
Chemikalien beinhalten eine den pH regelnde Lösung, wie beispielsweise KOH
oder NaOH. Das mechanische Polieren und chemische Polieren werden
während
eines Gesamtpolierverfahrens gleichzeitig durchgeführt.
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Beim
CMP-Verfahren ist die Poliergeschwindigkeit proportional zu den
Parametern, wie beispielsweise dem Druck des Polierkissens auf das Substrat
und der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Substrat und Polierkissen.
Bei einer Drehbewegung tendiert der Umfang des Substrates sich mit
einer höheren
Geschwindigkeit als die Mitte des Substrates zu drehen. Daher wird
beim CMP-Verfahren, welches zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet
wird, die relative Geschwindigkeit zwischen dem Substrat und dem
Polierkissen durch das Kombinieren von zwei Drehbewegungen mit den gleichen
Drehgeschwindigkeiten gehalten, um gleich zu sein.
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1 ist
eine Teilansicht einer CMP-Vorrichtung im Querschnitt, bei welcher
das herkömmliche CMP-Verfahren
eingesetzt wird. In Bezug auf 1 dreht
ein Plattenantriebsmotor 130 ein an einer Platte 120 angebrachtes
Polierkissen 110. Ein in einem Substratträger 150 gehaltenes
Substrat 140 wird durch einen Trägerantriebsmotor 160 gegen
das Kissen 110 gedreht. Wenn sich das Substrat 140 und das
Kissen 110 drehen, wobei eine Suspension zur Schnittstelle
des Substrates 140 und Kissens 110 zugeführt wird,
wird das Substrat 110 chemisch und mechanisch poliert.
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Die
Relativbewegung zwischen einem Substrat und Polierkissen wird in 2 gezeigt,
wenn sie sich jeweils drehen. An einem willkürlichen Punkt P auf dem Substrat
kann die Bewegungsgeschwindigkeit V p/pad des Substrates relativ zum Polierkissen durch
die Gleichung 1 dargestellt werden, d.h. einen Unterschied zwischen
der Bewegungsgeschwindigkeit V PH des Substrates und der Bewegungsgeschwindigkeit
VPP des Kissens. V p/pad = V PH – V PP (Gleichung
1)
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Da
die Geschwindigkeiten V PH und V PP gleich den Vektorprodukten der jeweiligen
Winkelgeschwindigkeiten und Radiusvektoren sind, kann die Gleichung
1 als die folgende Gleichung 2 ausgedrückt werden.
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V p/pad = V PH – V PP = ω H × r H – ω P × r V = ω H × r H – ω P × (r CC + r H)
= (ω H – ω P) × r H – ω P × r CC(Gleichung
2), wobei ω H die Drehwinkelgeschwindigkeit des Substrates, ω P die
Drehwinkelgeschwindigkeit des Polierkissens, r H der Positionsvektor
vom Drehmittelpunkt des Substrates zum Punkt P, r P der Positionsvektor vom
Drehmittelpunkt des Polierkissens zum Punkt P und r CC der Positionsvektor
vom Drehmittelpunkt des Polierkissens zum Drehmittelpunkt des Substrates ist.
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Wenn
die Drehwinkelgeschwindigkeiten des Substrates und Polierkissens
gleich sind (ω H – ω P), verkürzt sich
die Gleichung 2 auf die Gleichung 3.
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V p/pad = –ω P × r CC (Gleichung
3)
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Aus
der Gleichung 3 wird erkannt werden, dass die relative Bewegungsgeschwindigkeit
zwischen dem Substrat und dem Polierkissen von der Drehwinkelgeschwindigkeit
und dem Abstand zwischen zwei Drehmittelpunkten aber nicht von der
Position oder Richtung des Substrates abhängt.
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Wenn
die jeweiligen Antriebsmotoren der Platte und des Trägers derart
gesteuert werden, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten des Substrates und
Polierkissens gleich sein können,
kann das Substrat folglich gleichmäßig poliert werden, da die
relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und dem
Polierkissen an allen Punkten auf dem Substrat gleich ist.
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Die
Bewegung der Gleichung 3 gleicht der der Substratbahnen mit einem
Radius von rCC gegen ein stationäres Polierkissen
ohne Drehung, wie in den 3A bis 3C gezeigt.
Aus Sicht der Relativbewegung gleicht sie auch der der Polierkissenbahnen
mit einem Radius von rCC gegen ein stationäres Substrat
ohne Drehung. 3A zeigt sequenziell die Zustände, dass
das Substrat und das Polierkissen um 0,45, 90, 180 bzw. 270 Grad
gedreht werden. Es wurden schwarze Punkte in die Figur eingefügt, um die
absoluten Positionen des Substrates und Polierkissens anzuzeigen.
Beim Fixieren der Position des Polierkissens kann 3A durch 3B ausgedrückt werden.
Wie in 3C gezeigt, verfolgen alle Punkte
des Substrates einen kreisförmigen
Weg mit einem Radius von rCC auf dem Polierkissen.
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Wenn
ein Punkt eines Substrates einen Linienweg auf einem Polierkissen
verfolgt, kann eine triviale Ungleichmäßigkeit auf dem Polierkissen
eine schädliche
Wirkung auf das Substrat ausüben.
Daher sollte die Fläche,
welche ein Punkt des Substrates verfolgt, erweitert werden. Daher
wird erwünscht, dass
ein Substratträger
oder eine Platte innerhalb eines vorbestimmten Bereiches mit einer
relativ geringen Geschwindigkeit als Nebenbewegung bzw. Subbewegung
hin- und herbewegt wird. Hiernach wird auf die Bewegung, welche
eine chemisch-mechanische Polierwirkung induziert, als „Hauptbewegung" Bezug genommen,
wohingegen auf die Bewegung, welche einen kleinen Beitrag zum Polieren
leistet, zum Erhalten anderer Wirkungen als „Subbewegung" Bezug genommen wird.
Beim chemisch-mechanischen Polierverfahren des Standes der Technik
sind die Drehbewegungen des Substrates und Polierkissens Beispiele
für die
Hauptbewegung.
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4A zeigt
sequenziell die Zuständen, dass
das Substrat und Polierkissen beim Kombinieren der eine gleiche
Geschwindigkeit aufweisenden Drehbewegungen des Substrates und Polierkissens mit
den eine geringe Geschwindigkeit aufweisenden Hin- und Herbewegungen
derselben als Subbewegungen um 0,45, 90, 180 bzw. 240 Grad gedreht
werden.
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In
die Figur sind kurze Linien anstelle der schwarzen Punkte der 3A eingefügt, um die
absoluten Positionen des Substrates und Polierkissens anzuzeigen,
was darstellt, dass die Verfolgungsfläche in Richtung der Hin- und
Herbewegung erweitert ist.
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Beim
Fixieren der Position des Polierkissens kann 4A durch 4B ausgedrückt werden.
Die Fläche,
welche ein willkürlicher
Punkt eines Substrates verfolgt, wird erweitert, wie in 4C gezeigt.
Zudem verfolgen alle Punkte des Substrates die gleiche Fläche und
die Verfolgungswege sind einheitlich in allen Richtungen des Polierkissens
verteilt. In diesem Fall wird erwünscht, dass das Verhältnis der
Zeitdauer der Drehbewegung zu der der Hin- und Herbewegung keine
einfache ganze Zahl ist. Wenn das Verhältnis eine einfache ganze Zahl
ist, verfolgen die Punkte des Substrates einen geschlossenen Kurvenweg
innerhalb der Donut-Form der 4C. Wenn das
Verhältnis
keine ganze Zahl sondern eine irrationale Zahl ist, werden die Verfolgungswege
derselben idealster Weise die Innenseite der Donut-Form vollständig bedecken.
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Bei
einem chemisch-mechanischen Polierverfahren des Standes der Technik,
welches die eine gleiche Geschwindigkeit aufweisenden Drehbewegungen
des Substrates und Polierkissens als Hauptbewegung und die eine
geringe Geschwindigkeit aufweisenden Hin- und Herbewegungen derselben
als Subbewegungen einsetzt, werden jedoch zusätzliche Antriebsvorrichtungen
für die
Subbewegung anstelle von zwei Antriebsmotoren für die Drehungen des Substrates
und Polierkissens erfordert, was zu einer komplexeren mechanischen
Konfiguration führt.
Zudem sollten die Drehgeschwindigkeiten der zwei Antriebsmotoren
gesteuert werden, innerhalb eines äußerst kleinen Fehlerbereiches
zu liegen, um die Poliergleichmäßigkeit
an allen Stellen des Substrates beizubehalten.
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Das
U.S. Patent NR. 5,554,064 offenbart ein chemisch-mechanisches Polierverfahren, welches ein
nicht drehendes Kreisen eines Polierkissens (Hauptbewegung) mit
einer Drehung mit einer geringen Geschwindigkeit eines Substrates
(Subbewegung) kombiniert. Zudem offenbart das U.S. Patent Nr. 5,582,534
Verfahren und eine Vorrichtung zum chemisch- mechanischen Polieren, welche eine Drehung
eines Polierkissens (Hauptbewegung) mit einem Kreisen eines Substrates
(Subbewegung) kombiniert. Bei den oben erwähnten Verfahren erfahren jedoch
die Flächen
des Substrates, welche sich weiter vom Drehmittelpunkt entfernt
befinden, eine größere Kumulativbewegung
und daher eine höhere Materialabtragung
als Flächen
des Substrates, welche näher
am Drehmittelpunkt gehalten werden.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein chemisch-mechanisches
Polierverfahren und eine Vorrichtung zu liefern, welche ein gleichmäßiges Polieren über das
Substrat im Prinzip trotz des Verwendens einer geringeren Anzahl
von Antriebsvorrichtungen im Vergleich zum Stand der Technik garantieren
können.
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Wenn
die kreisende Bewegung eines Substrates oder Polierkissens als Hauptbewegung
eingesetzt wird, kann das Polierverfahren mit nur einer Antriebsvorrichtung
durchgeführt
werden, während
die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und
Kissen für
alle Punkte auf dem Substrat gleich gehalten wird. In diesem Fall
wird die zweite kreisende Bewegung als Subbewegung verwendet, um
zu verhindern, dass eine triviale Ungleichmäßigkeit auf dem Kissen eine
schädliche
Wirkung auf das Substrat ausübt.
Beim oben erwähnten
Polierverfahren ist die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen
dem Substrat und Kissen für
alle Punkte des Substrates jederzeit gleich, da sich alle Punkte
des Substrates und Kissens jederzeit mit der gleichen Richtung und
Geschwindigkeit bewegen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Teilansicht einer chemisch-mechanischen Poliervorrichtung im
Querschnitt, bei welcher das herkömmliche chemisch-mechanische
Polierverfahren eingesetzt wird;
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2 zeigt
begrifflich die Basiszustände zum
gleichmäßigen Polieren
beim chemisch-mechanischen Polierverfahrens des Standes der Technik;
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die 3A bis 3C sind
schematische Ansichten, welche ein chemisch-mechanisches Polierverfahren
des Standes der Technik zeigen, bei welchem die Drehgeschwindigkeiten
des Substrates und Kissens gleich sind;
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die 4A bis 4C sind
schematische Ansichten, welche ein chemisch-mechanisches Polierverfahren
des Standes der Technik zeigen, bei welchem die Hin- und Herbewegung
mit einer relativ geringen Geschwindigkeit als Subbewegung eingesetzt
wird;
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die 5A bis 5C sind
schematische Ansichten, welche das chemisch-mechanische Polierverfahren
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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die 6A und 6B sind
schematische Ansichten, welche die Wirkung des Kreisbahnradius zeigen,
welche auf das Kissen im chemisch-mechanischen Polierverfahren der
vorliegenden Erfindung ausgeübt
wird;
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7 ist
eine Querschnittsansicht der chemisch-mechanischen Poliervorrichtung
nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Platte der
chemisch-mechanischen Poliervorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
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die 9A und 9B zeigen
die Plattenstruktur;
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die 10A und 10B zeigen
die Plattenträgerstruktur;
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11 veranschaulicht
eine Vakuum-Ladevorrichtung des Substrates;
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12 zeigt
ein Beispiel des Messens des durch die Reibungskraft zwischen dem
Substrat und Kissen auferlegten Drucks, welcher zur Welle einer kreisenden
Bewegung übertragen
wird.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Wenn
das Substrat und Kissen jeweils kreisen und der Kreisbahnradius
des Kissens kleiner als der des Substrates ist, werden die Bewegungen
des Substrates und Kissens in 5A gezeigt. 5B zeigt
die Bewegung des Substrates relativ zum feststehenden Kissen. Die
Fläche,
welche ein willkürlicher
Punkt eines Substrates verfolgt, wird in 5C gezeigt.
Wie aus den Figuren erkannt wird, verfolgen alle Punkte des Substrates
die gleiche Fläche
und die Verfolgungswege sind gleichmäßig in alle Richtungen des
Kissens verteilt. Es wird erwünscht,
dass das Verhältnis
der Zeitdauern der zwei kreisenden Bewegungen keine einfache ganze
Zahl ist. Wenn das Verhältnis
eine einfache ganze Zahl ist, verfolgen die Punkte des Substrates
einen geschlossenen Kurvenweg innerhalb der Donut-Form der 5C.
Wenn das Verhältnis
keine ganze Zahl sondern eine irrationale Zahl ist, werden die Verfolgungswege
derselben idealster Weise die Innenseite der Donut-Form vollständig bedecken.
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Wenn
die Kreisbahnradien und Winkelgeschwindigkeiten des Substrates und
Kissens gleich sind, tritt das Polieren nicht ein, da keine Relativbewegung
zwischen dem Substrat und Kissen besteht. Wenn die Kreisbahnradien
gleich sind und nur unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten zum
Polieren des Substrates beitragen, nimmt die Fläche nicht zu, welche ein Punkt
des Substrates verfolgt. Folglich wird erwünscht, dass sich die Kreisbahnradien
des Substrates und Kissens voneinander unterscheiden. Wenn sich
die Kreisbahnradien des Substrates und Kissens voneinander unterscheiden,
bedecken alle Punkte des Substrates die gleiche Verfolgungsfläche auf
dem Kissen, wobei der Verfolgungsweg in alle Richtungen gleichmäßig verteilt
ist.
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Wenn
das Substrat und Kissen jeweils in Haupt- und Subbewegungen und
umgekehrt gekreist werden, ist die Relativbewegung zwischen dem
Substrat und Kissen gleich. Daher kann das chemisch-mechanische
Polierverfahren der vorliegenden Erfindung jede der zwei Vorrichtungen
einsetzen. Wenn der ein Substrat haltende Träger weniger als die Platte
wiegt, ist die erste Vorrichtung mechanisch stabiler als die Letztere.
Um wiederholte Beschreibungen zu verhindern, wird die vorliegende
Erfindung hiernach in Bezug auf nur die erste Vorrichtung beschrieben
werden, die Beschreibung ist jedoch nicht in einem beschränkenden
Sinn zu betrachten. D.h. das Verfahren der vorliegenden Erfindung
kann gemäß der zweiten
Vorrichtung realisiert werden, bei welcher sich die Platte mit einem
auf derselben befestigten Polierkissen in einer Hauptbewegung bewegt.
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Nach
dem chemisch-mechanischen Polierverfahren des Standes der Technik
verfolgen alle Punkte des Substrates die gleiche Fläche und
die Verfolgungswege sind nur unter den unrealistischen Zuständen gleichmäßig in alle
Richtungen verteilt, dass zumindest drei Antriebsvorrichtungen verwendet
werden sollten und die Drehgeschwindigkeiten des Substrates und
Kissens völlig
gleich sind. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann
jedoch das gleiche Ergebnis im Prinzip mit einer oder zwei Antriebsvorrichtungen
und ohne Erfüllen
unrealistischer, beschränkender
Zustände
erhalten werden.
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Nach
der vorliegenden Erfindung kann das Substrat und Kissen durch nur
eine Antriebsvorrichtung gekreist werden. Bei einer Vorrichtung,
in welcher sowohl der Substratträger
als auch die Platte kreisen können,
liefert die Reibungskraft zwischen dem Substrat und Kissen eine
kreisende Bewegung der Platte mit dem darauf befestigtem Kissen,
wenn das Substrat durch eine Antriebsvorrichtung gekreist wird,
welche Antriebskräfte
zum Träger überträgt. Wenn
die Platte frei schwebt, ist die Poliergeschwindigkeit unausreichend,
da die relative Geschwindigkeit zwischen dem Substrat und Polierkissen
zu gering ist. In einer Vorrichtung, bei welcher der Substratträger und
die Platte durch eine Antriebsvorrichtung gekreist werden, wird
folglich erwünscht,
dass die chemisch-mechanische Poliervorrichtung der vorliegenden
Erfindung zudem eine Abbremsvorrichtung zum Verringern der Kreisbahngeschwindigkeit der
Platte aufweist.
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Wenn
das Substrat und Kissen durch nur eine Antriebsvorrichtung gekreist
werden können, sind
die zwei Kreisbahnrichtungen die gleichen. Wenn der Substratträger und
die Platte durch separate Antriebsvorrichtungen angetrieben werden,
können
sie jedoch in entgegengesetzten Richtungen kreisen, was die relative
Geschwindigkeit zwischen dem Substrat und Kissen erhöht. Daher
kann die maximale Poliergeschwindigkeit bei einer gleichen Kreisbahngeschwindigkeit
verdoppelt oder die Mindestkreisbahngeschwindigkeit halbiert werden,
welche zum Erhalten der gleichen Poliergeschwindigkeit erfordert
wird.
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Das
chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung
kann zwei Suspensionszuführvorrichtungen
verwenden.
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Bei
einer ersten Vorrichtung kann die Suspension einem Polierkissen
durch eine Suspensionsöffnung
zugeführt
werden, welche die Suspension direkt auf das Polierkissen tropft.
Die erste Vorrichtung wird verwendet, wenn die Kreisbahnradien im
Vergleich zur Größe des Substrates
ausreichend groß sind,
genauer, wenn die Addition des Kreisbahnradius rM der
Hauptbewegung und Kreisbahnradius rS der Subbewegung
gleich oder größer als
der Radius rW des Substrates ist. In diesem
Fall gibt es keinen Punkt auf dem Kissen, welcher während dem
Polieren immer durch das Substrat bedeckt ist, wie in 6A gezeigt.
D.h. jeder Punkt auf dem Kissen kann zumindest für einen Zeitabstand während einer Kreisbahnzeitdauer
freiliegen. Folglich kann das gesamte Kissen während dem Polieren konditioniert werden.
Die erste Vorrichtung weist jedoch einen Nachteil auf, dass sie
eine größere Platte
im Vergleich zu der erfordert, welche in der folgenden zweiten Vorrichtung
verwendet wird.
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Bei
einer zweiten Vorrichtung wird die Suspension dem Polierkissen nach
dem Passieren durch das Polierkissen zugeführt wird. Die zweite Vorrichtung
wird verwendet, wenn die Kreisbahnradien im Vergleich zur Substratgröße klein
sind, genauer, wenn die Addition des Kreisbahnradius der Hauptbewegung
und Kreisbahnradius der Subbewegung kleiner als der Substratradius
ist. Durch das Einsetzen der zweiten Vorrichtung kann die Größe der Platte verringert
werden. Ein Abschnitt des Kissens kann jedoch nicht während dem
Polieren konditioniert werden, da der Abschnitt das Substrat immer
berührt, wie
in 6B gezeigt. Da der Abschnitt während der Zeitdauer der kreisenden
Bewegung immer durch das Substrat bedeckt ist, kann die Suspension
dem Abschnitt nicht durch das Verfahren des direkten Tropfens der
Suspension auf das Kissen zugeführt werden.
Das Problem, welches die zweite Vorrichtung mit sich bringt, kann
jedoch durch das Zuführen der
Suspension, welche aus der Zuführöffnung der Platte
kommt, zur Berührungsschnittstelle
des Substrates und Kissens nach dem Passieren durch die Öffnungen
oder Schlitze des Polierkissens gelöst werden. Die an der Platte
angeschlossene Suspensionszuführleitung
verdreht sich nicht, da sich die kreisende Platte nicht dreht. Bei
einer zweiten Vorrichtung wird die Suspension dem Polierkissen nach
dem Passieren durch das Polierkissen zugeführt.
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Bei
den meisten chemisch-mechanischen Polierverfahren des Standes der
Technik wird das Substrat mit der am Transferelement angebrachten Polierfläche desselben
transferiert, aber dieses Verfahren neigt dazu, die gemusterte Vorderseite
des Substrates zu zerstören,
was zu einer Herabsetzung des Nutzens der Halbleitervorrichtungen
führt.
Daher ist es sicherer das Verfahren zum Transferieren des Wafers
einzusetzen, wobei die Rückseite
desselben am Transferelement angebracht ist. Das Verfahren kann
wie die folgenden Schritte sein: (1) Platzieren des Substrates auf
dem Polierkissen während
dem Halten der Rückseite
des Substrates, (2) Befestigen des Substrates mit einem Substratträger, (3)
Polieren der Vorderseite des Substrates, (4) Lösen des Substrates vom Träger und
(5) Anheben des polierten Substrates, um es zu einer anderen Position
zu transferieren. Insbesondere wird zwischen den Schritten (1) und
(2) erwünscht,
dass das Substrat am Kissen befestigt ist, um zu verhindern, dass
sich das Substrat bewegt. Aus diesem Grund kann das Substrat durch ein
an der Platte angeschlossenes Vakuum auf dem Kissen befestigt sein.
Die an der Platte angeschlossene Vakuumleitung verdreht sich nicht,
da sich die kreisende Platte nicht bewegt.
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Die
chemisch-mechanische Poliervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
kann die Reibungskraft zwischen dem Substrat und Kissen durch das
Messen eines Drucks an der Welle erfassen, welche die Platte trägt.
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7 ist
eine Querschnittsansicht der chemisch-mechanischen Poliervorrichtung
nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf 7 kann ein
Kopfhalter 310 durch einen Drehmotor 330 gedreht
werden. Unter dem Kopfhalter 310 ist ein Substratträger 320,
welcher um den Drehmittelpunkt H kreist, welcher vom Drehmittelpunkt
H des Kopfhalters 310 beabstandet ist, durch Lager (nicht
gezeigt) mit dem Kopfhalter 310 verbunden. Eine Platte 340 mit
einem daran angebrachten Polierkissen wird durch einen Plattenantriebsmotor 350 gedreht.
Eine Plattenbasis 360 ist durch eine Plattenführung 390 mit
dem Rahmen verbunden, um einen vorbestimmten Bereich einer Hin-
und Herbewegung zu ermöglichen.
Ein auf- und absteigender Antriebszylinder ist an einem mittleren
Abschnitt unter der Plattenbasis 260 angeordnet und eine
Vielzahl von Klemmzylindern 380 unter der Platte 340 ist vorgesehen,
um die Position der Platte 340 einzustellen. Eine Abbremsvorrichtung
zum Liefern einer Reibung zwischen dem Substrat und dem Kissen kann um
die Position des Plattenantriebsmotors 350 herum hinzugefügt werden.
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8 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Platte der
chemisch-mechanischen Poliervorrichtung der Erfindung veranschaulicht.
In Bezug auf 8 dreht sich ein Drehkörper 602 durch
den Plattenantriebsmotor um eine Mitte R. Lager (nicht gezeigt)
des Drehkörpers
sind am Drehkörper 602 angebracht,
wobei eine mittlere Welle B der Lager vom Drehkörper R beabstandet ist. Eine mittlere
Welle 604 der Platte wird in die Lager des Drehkörpers eingeführt, um
das Kreisen der Platte 340 mit der Drehung des Drehkörpers 602 zu
ermöglichen.
Eine mittlere Welle 604 der Platte ist direkt mit einer
bewegbaren Basis 608 verbunden und an derselben befestigt,
und die bewegbare Basis 608 ist an der x-y-Führung 610 befestigt.
Folglich kreist die bewegbare Basis 608 zusammen mit der
mittleren Welle B des Lagers, aber dreht sich nicht. Daher bewegen
sich ein Plattenträger 612,
die Platte 340 und das Polierkissen 614 während dem
Polieren jeweils in einer nicht drehenden, kreisenden Bewegung.
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Die 9A und 9B zeigen
die Plattenstruktur. 9A ist eine Draufsicht der Platte,
wobei sich die Mitten sowohl der Suspensionszuführöffnung h als auch des Suspensionskanals
c nicht decken. 9B ist eine Seitenschnittansicht
der Platte. In Bezug auf 9B ist
die Suspensionszuführöffnung h mit
dem Suspensionskanal c verbunden.
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Die 10A und 10B zeigen
die Struktur des Plattenträgers. 10A ist eine Draufsicht des Plattenträgers. In
Bezug auf 10A sind die Suspensionszuführflächen in
zwei Abschnitte O und P unterteilt. Der O-Abschnitt zeigt den mittleren
Kanal 632 der 8 und die P-Abschnitte zeigen
die Umfangskanäle 630 bzw. 634. 10B ist eine Seitenschnittansicht des Plattenträgers.
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11 veranschaulicht
eine Vakuum-Ladevorrichtung des Substrates. In dieser Ausführungsform,
in welcher der Kreisbahnradius des Substrates kleiner als der Kreisbahnradius
des Kissens ist, bewegt sich das Substrat 540 auf dem Kissen 614,
wie in der Figur gezeigt. Folglich besteht ein Abschnitt, welcher
während
dem Polieren immer durch ein Substrat bedeckt ist. Wenn sich der
O-Abschnitt der 10A innerhalb des bedeckten
Abschnitts befindet, wird sich der O-Abschnitt innerhalb des Substrates
befinden, wenn das Substrat 540 auf das Kissen 614 geladen
wird. Wenn die Vakuumvorrichtung nach dem Laden des Substrates arbeitet,
kann das Substrat sogar dann auf dem Kissen befestigt werden, wenn
die Platte nach oben geht.
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12 zeigt
ein Beispiel zum Messen des durch die Reibungskraft zwischen dem
Substrat und Kissen auferlegten Drucks, welcher zur Welle einer kreisenden
Bewegung übertragen
wird.
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In
Bezug auf 12 ist die Welle zum Tragen
der Platte in zwei Abschnitte unterteilt: einen unteren Wellenabschnitt 910 und
einen oberen Wellenabschnitt 920. Der angrenzende Abschnitt
beider Wellenabschnitte ist ein Quadrat und dort besteht ein Abstand
zwischen beiden Wellenabschnitten für die jeweiligen Flächen des
Quadrates. Vier Drucksensoren 930 sind innerhalb des Abstands
angeordnet und drückende
Platten bzw. Druckplatten 940 sind mit den jeweiligen Drucksensoren 930 versehen,
um die Erfassungsleistung zu verbessern. Die jeweiligen Druckplatten 940 drücken die
jeweiligen Drucksensoren 930 gegen den oberen Wellenabschnitt 920. Wenn
das Substrat 540 während
des Polierverfahrens in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn kreist,
legt die Reibungskraft zwischen dem Substrat 540 und Kissen 614 Kräfte, beispielsweise
F1 oder F2, auf die Platte in einer Tangentialrichtung der Kreisbahnbewegung
des Substrates auf. Die Kräfte werden
durch den oberen Wellenabschnitt 920 zum unteren Wellenabschnitt übertragen.
Dann erfassen die Drucksensoren 930 den Druck aufgrund
der übertragenen
Kräfte
und erzeugen Signale gemäß dem Druck.
Folglich können
die sich während
dem Fortschreiten des Polierprozesses verändernden Reibungskräfte durch
eine zusätzliche
Signalverarbeitungsvorrichtung direkt erfasst und analysiert werden.
Dies hilft das Polierverfahren zu überwachen und ein Timing zum
Stoppen des Polierens zu bestimmen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist ein gleichmäßiges Polieren über das
Substrat trotz des Verwendens einer geringeren Anzahl von Antriebsvorrichtungen
im Vergleich zum Stand der Technik prinzipiell garantiert.