DE69937181T2 - Polierschleifscheibe und substrat polierverfahren mit hilfe dieser schleifscheibe - Google Patents

Polierschleifscheibe und substrat polierverfahren mit hilfe dieser schleifscheibe Download PDF

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Kazuto Chigasaki-shi Hirokawa
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    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine abrasiv wirkende Platte bzw. Polierscheibe und ein Verfahren zum Polieren eines Objekts, wie beispielsweise eines Halbleiterwafers, unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte, um eine flache und spiegelnde Politur zu erhalten, wie sie beispielsweise aus dem Dokument JP-A-56 052 183 bekannt ist.
  • Hintergrund der Technik
  • Da die Dichte der Schaltkreisintegration in Halbleitervorrichtungen immer größer wird, werden in letzter Zeit Schaltkreismuster feiner und die Abstände zwischen den Leitungen werden enger. Da die Leitungsbreite feiner wird, wird insbesondere die Tiefenschärfe des Steppers bei der photolithographischen Reproduktion der Schaltkreismuster sehr flach, und die Oberfläche des Wafers, die auf der Brennebene des Steppers angeordnet wird, muss flach sein, um den erforderlichen Grad an Bildschärfe zu erzeugen. Ein Verfahren zum Erhalten einer flachen Oberfläche besteht in dem Polieren des Objekts in einer Poliervorrichtung.
  • Eine Bauart einer herkömmlichen Poliervorrichtung weist einen Drehtisch mit einem Poliertuch und einem oberen bzw. Top-Ring auf, der gegen den Drehtisch mit einem vorgegebenen Druck gepresst wird, während das Polierobjekt dazwischen gehalten wird, sowie das Liefern einer Polierlösung an die Zwischenfläche, um eine flache und spiegelpolierte Oberfläche zu erzeugen. Dieser Ansatz wird als chemisch-mechanisches Polieren (CMP = Chemical Mechanical Polishing) bezeichnet.
  • 1 zeigt wesentliche Teile eines Beispiels einer herkömmlichen CMP-Vorrichtung. Die Vorrichtung ist mit Folgendem vorgesehen: einem drehenden Drehtisch 5 mit einem Poliertuch 6, wie beispielsweise einem Urethantuch; einem Top-Ring 1, der ein Objekt 4, wie beispielsweise einen Halbleiterwafer 4, gegen das Tuch 6 hält; und einen Zerstäuber bzw. eine Sprühdüse 9 zum Liefern einer Polierlösung Q an das Poliertuch 6. Der Top-Ring 1 ist mit einem Top-Ringschaft 8 verbunden, und der Top-Ring 1 hält einen Halbleiterwafer 4 in Kontakt mit einer elastischen Unterlage bzw. Matte 2, wie beispielsweise einem Polyurethan. Der Top-Ring 1 besitzt einen zylindrischen Führungsring 3 auf seinem Außenumfang, so dass sich der Wafer 4 nicht von dem Boden des Top-Rings 1 lösen kann. Der Führungsring 3 ist an dem Top-Ring 1 befestigt, und der Wafer 4 wird innerhalb der Halteoberfläche gehalten, so dass der Wafer 4 aufgrund der Reibungskräfte mit dem Tuch 6 nicht aus dem Top-Ring heraus springen kann. Der Top-Ring 1 wird auf einem sphärisches Lager getragen, so dass er in Bezug auf den Schaft 8 geneigt werden kann.
  • Während der Wafer 4 auf der Bodenoberfläche der elastischen Unterlage 2 des Top-Rings 1 gehalten wird, wird der Wafer 4 gegen das Tuch 6 auf dem Drehtisch 5 gepresst, und der Drehtisch 5 und der Top-Ring 1 werden unabhängig gedreht, um die Oberfläche des Wafers 4 relativ zu dem Tuch 6 gleiten zu lassen, um den Wafer 4 zu polieren. In diesem Fall wird eine Polierlösung Q von der Düse 9 auf die obere Oberfläche des Tuchs 6 aufgetragen. Die Polierlösung weist abrasiv wirkende Partikel, wie beispielsweise Siliciumdioxid- bzw. Silica-Partikel, auf, die in einer alkalischen Lösung suspendiert sind, die zwei Effekte des chemischmechanischen Polierens auf Halbleiterwafer haben, beispielsweise das chemische Polieren durch Verwendung der alkalischen Lösung und das mechanische Polieren durch Verwendung der abrasiv wirkenden Partikel.
  • Die herkömmlichen Polierverfahren des chemisch-mechanischen Polierens, die eine derartige Aufschlämmungslösung verwenden, die zahlreiche abrasiv wirkende Partikel enthalten, zeigen jedoch zwei Betriebsprobleme.
  • Das erste Problem besteht darin, dass während der Anfangsstufe des Polierens erhöhte Bereiche der Oberflächenstruktur bevorzugt entfernt werden, aber allmählich vertiefte Bereiche ebenfalls entfernt werden. Daher ist es schwierig, Unebenheiten der Oberflächen zu verringern. Es wird erwogen, dass dieses Phänomen beim chemisch-mechanischen Polieren erzeugt wird, da ein relativ weiches Tuch gemeinsam mit freien, abrasiv wirkenden Partikeln verwendet wird, die in der Polierlösung enthalten sind, so dass nicht nur die erhöhten Teile, sondern auch die vertieften Teile der Oberflächenstruktur ebenfalls durch derartige, abrasiv wirkende Partikel entfernt werden. 2 stellt derartige Probleme des herkömmlichen chemisch-mechanischen Polierens dar, die Unebenheiten der Oberflächenfilmdickenstruktur, die durch einen erhöhten Teil und einen vertieften Teil verursacht werden, auf der vertikalen Achse und die relative Zeit auf der horizontalen Achse zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt, werden, um zu einem relativen Zeitpunkt 1 eine Stufe der Oberflächenentfernung zu erreichen, die erhöhten Bereiche von einer Höhe von ungefähr 27.000 Angström auf eine Höhe von 16.000 Angström, aber die vertieften Bereiche ebenfalls von 20.000 Angström auf 16.000 Angström poliert, an welchem Punkt die Unebenheiten beseitigt sind. 3A zeigt Oberflächenprofile einer feinen Oberflächenstruktur in einer Anfangsstufe, 3B in einer mittleren Stufe und 3C in einer Endstufe des Polierens. Wie in diesen Zeichnungen dargestellt, sind die Unebenheiten sehr schwer zu beseitigen und infolgedessen ist es ein zeitintensiver Prozess.
  • Das zweite Problem bezieht sich auf die Kosten und die Umweltabwägungen. Die Polierlösung ist gewöhnlich eine Aufschlämmung, die ein feines Siliciumdioxidpulver in Suspension enthält, aber um eine gleichförmig flache Oberfläche hoher Qualität zu erhalten, ist es notwendig, die Lösung in einer großzügigen Menge auf die Polieroberfläche aufzutragen. Das Meiste der Lösung wird jedoch tatsächlich als eine überschüssige Lösung abgelassen, ohne viel zu dem Polierprozess beizutragen. Die Polierlösungen, die für Hochpräzisionspolieren der Halbleitervorrichtungen verwendet werden, sind teuer, welches ein Faktor ist, der zu einem Problem hoher Polierkosten führt. Da eine derartige Polierlösung in einem Aufschlämmungszustand eine große Menge abrasiv wirkender Partikel, wie beispielsweise Siliciumdioxid-Partikel, enthält, neigt das Aufrechterhalten der Arbeitsumgebung ebenso dazu, schwierig zu sein. D.h. die Kontamination des Lösungsliefersystems und Abflusssystems durch die Aufschlämmung ist schwerwiegend und die überschüssige Lösung muss ebenso umfangreich vor dem Entsorgen behandelt werden. Nach dem CMP-Prozess werden die Wafer ebenfalls gewaschen, um die Polierlösung zu entfernen, aber das Abflusswasser von diesem Prozess muss ebenfalls in ähnlicher Art und Weise behandelt werden und stellt ein Umweltproblem dar.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine abrasiv wirkenden Platte gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4 unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte, vorzugsweise zum ausschließlichen Entfernen erhöhter Bereiche auf einem Wafer mit Halbleiterstrukturen mit feinen, auf der Oberfläche erzeugten Unebenheiten, und wobei wenn die Unebenheiten beseitigt sind, die abrasiv wirkende Platte eine Selbstanhaltefunktion besitzt, um das Fortsetzen des Polierens automatisch anzuhalten.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Polierverfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, die die abrasiv wirkende Platte verwenden, die es in einfacher Weise ermöglicht, zusätzlich zu dem Entfernen einer bestimmten Filmdicke gleichmäßig zu polieren, nachdem ein Höhenunterschied durch Polieren beseitigt wurde.
  • Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine abrasiv wirkende Platte vorgesehen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die auf diese Weise erzeugte abrasiv wirkende Platte eine optimierte Zusammensetzung der Partikel, des Grundstoffs bzw. des Bindemittels und der Volumenporosität, so dass erhöhte Bereiche der Polieroberfläche vorzugsweise von der Objektoberfläche entfernt werden und vertiefte Bereiche nicht entfernt werden. Daher wird ein fortgesetztes Polieren, nachdem die erhöhten Bereiche abgeflacht und die Oberfläche flach bzw. eben geworden sind, nicht fortfahren, die Filmdicke der Oberflächenstruktur zu verändern. Das Anhalten oder die Verringerung der Entfernungsrate wird automatisch erreicht, und wird als eine Selbstanhaltefähigkeit bezeichnet. Wenn die abrasiv wirkenden Partikel im Überschuss vorhanden sind oder das Bindemittelmaterial unzureichend ist, werden abrasiv wirkende Partikel einfach selbsterzeugt (freigelegt), so dass das Abreiben bzw. Polieren fortgesetzt wird, selbst nachdem eine ebene Oberfläche erzeugt worden ist, und die Selbstanhaltefunktion kann nicht bewirkt werden. Wenn die Menge der abrasiv wirkenden Partikel unzureichend ist oder das Bindemittelmaterial im Überschuss vorhanden ist, ist es schwierig, dass abrasiv wirkende Partikel selbsterzeugt (freigelegt) werden und die Polierrate kann verringert werden, so dass die Polierkapazität abnimmt. Eine ähnliche Tendenz wird auf die Porosität angewendet, und es ist bevorzugt, 10-40 Vol.-% oder noch bevorzugter 15-30 Vol.-% zu haben, um die Selbstanhaltefähigkeit für die abrasiv wirkende Platte vorzusehen. Mit anderen Worten macht eine zu hohe Porosität die abrasiv wirkende Platte zu weich und fördert die Erzeugung von freigelegten Partikeln, während eine zu geringe Porosität die abrasiv wirkende Platte zu hart macht, was der Selbsterzeugung freier (freigelegter) Partikel entgegenwirkt. Da die Partikel eine Größe von weniger als 2 µm besitzen, wird die Wahrscheinlichkeit verringert, den Wafer zu verkratzen, aber es ist bevorzugt Partikelgrößen von weniger als 0,5 µm zu verwenden.
  • Im Allgemeinen wird die Polierrate durch eine große Anzahl von freigelegten, abrasiv wirkenden Partikeln in der Gleitzwischenfläche erhöht. Wenn dort eine geringe Anzahl von freien, abrasiv wirkenden Partikeln vorhanden ist, wird die Polierrate verringert und der Waferbearbeitungsfähigkeit, und zwar die Durchsatzmenge, wird verringert. Wenn die Oberfläche eines Wafers mit Halbleiterstrukturen mit erhöhten und vertieften Bereichen durch die abrasiv wirkende Platte poliert wird, wird demgemäß ein hoher Oberflächendruck auf die erhöhten Bereiche des Wafers durch die abrasiv wirkende Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte angelegt, wodurch die erhöhten Bereiche die abrasiv wirkenden Oberflächen der abrasiv wirkende Platte angreifen (bite and shave) anschneiden und abschaben, so dass abrasiv wirkende Partikel von der Anfangsstufe zur Endstufe des Polierens freigelegt werden. Eine große Anzahl von abrasiv wirkenden Partikeln wird freigelegt und während der Polierstufe erzeugt, wodurch das Polieren mit einer relativ großen Polierrate durch die freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel fortschreitet. Daher bleiben dem Wafer in der Endstufe des Polierens, wenn die Oberfläche eben geworden ist, wenig erhöhte Bereiche auf dem Wafer erhalten, die die abrasiv wirkende Platte anschneiden, so dass eine geringe Anzahl von aus der abrasiv wirkende Platte freigelegten Partikeln erzeugt wird. Beim Polieren verschiebt die Gleitzwischenfläche konstant ihre Position, und die zurückbleibenden, freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel gehen von der Gleitzwischenfläche verloren. Auf diese Weise wird die Menge der freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel, die auf der Gleitzwischenfläche verbleiben, extrem gering und die Poliereinwirkung hält schließlich an, wodurch eine Selbstanhaltefunktion vorgesehen wird, die als eine extreme Abnahme der Polierrate auftritt.
  • In der abrasiv wirkenden Platte sollten die Proportionen der abrasiv wirkenden Partikel, eines Bindemittelmaterials und die Porosität 10-60 Vol.-% (vorzugsweise 20-50 Vol.-%), 30-60 Vol.-% (vorzugsweise 35-55 Vol.-%) bzw. 10-40 Vol.-% (vorzugsweise (15-30 Vol.-%) betragen, um die oben beschriebene Selbstanhaltefähigkeit zu erreichen.
  • Die abrasiv wirkende Platte weist abrasiv wirkende Partikel mit einer chemischen Reinheit von nicht weniger als 90% (vorzugsweise höher als 94%) auf; und die abrasiv wirkende Platte weist derartige Partikel, ein Bindemittelmaterial und eine Porosität auf. Demgemäß wird die abrasiv wirkende Platte, die aus derartigen abrasiv wirkenden Partikeln besteht, die in einfacher Weise erhalten werden können, eine geringe Gefahr für die Kontamination der Wafer mit Halbleiterstrukturen (strukturierten Wafer) darstellen.
  • Ein Verfahren gemäß Anspruch 4 wird dargestellt, zum Polieren eines Wafers mit Halbleiterstrukturen, der mit einer feinen Oberflächenstruktur auf der Polieroberfläche hergestellt ist, und zwar unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst in bevorzugten Ausführungsbeispielen die folgenden Bearbeitungsschritte: Aufbereiten bzw. Abrichten einer abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte, um eine aufgeraute Struktur auf der abrasiv wirkenden Oberfläche zu erzeugen; Entfernen der freigelegten Partikel, die an der aufgerauten Struktur anhaften; und Polieren der Polieroberfläche mit einer bearbeiteten, abrasiv wirkenden Platte, die eine stabilisierte Polierrate besitzt, die durch die vorangehenden Schritte erzeugt wird. Gemäß dem Verfahren kann das charakteristische Merkmal der Selbstanhaltefunktion der vorliegenden abrasiv wirkenden Platte vollständig wirksam sein, um beim Polieren des Wafers mit Halbleiterstrukturen genutzt zu werden.
  • Das vorliegende Verfahren des Polierens des Wafers mit Halbleiterstrukturen, auf dessen Oberfläche feine Strukturen hergestellt sind, umfasst ebenso ein Merkmal, dass eine Polieroberfläche einer abrasiv wirkende Platte abgerichtet ist, um eine mikrorauhe Oberfläche zu erzeugen, und freigelegte, abrasiv wirkende Partikel, die an der Polieroberfläche anhaften, vor dem Pressen auf eine Oberfläche des zu polierenden Objekts entfernt werden, so dass die abrasiv wirkenden Oberfläche einen stabilisierten Zustand erreicht hat, um ein Blanket-Wafer (eine Wafer, der durch einen Gesamtfilm abgedeckt ist) mit einer ausreichend geringen Polierrate zu polieren. Dieses Verfahren erzeugt wirksam die Selbstanhaltefunktion.
  • Das vorliegende Verfahren des Polierens des Wafers mit Halbleiterstrukturen, auf dessen Oberfläche feine Strukturen hergestellt sind, umfasst ebenfalls ein Merkmal, dass die zusätzliche Oberflächenentfernung mit einer abrasiv wirkende Platte unter Verwendung einer Flüssigkeit ausgeführt wird, die keine abrasiv wirkenden Partikel für eine bestimmte Zeitdauer enthält, gefolgt von einem zusätzlichen Polieren unter Verwendung einer Aufschlämmung, die abrasiv wirkende Partikel enthält, einer zu polierenden Oberfläche. Eine bestimmte Zeitdauer ist eine Dauer, die ausreichend ist, um die Oberfläche durch Entfernen der hohen und tiefen Stellen zu ebnen. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, die gleiche abrasiv wirkende Platte zu verwenden, um eine zusätzliche Oberflächenentfernung durch Verwendung einer Aufschlämmung zu erreichen, die eine große Menge an freigelegten, abrasiv wirkenden Partikeln enthält. Da dieses Polieren unter Verwendung einer Aufschlämmung ausgeführt wird, die eine große Menge abrasiv wirkender Partikel enthält, kann die Oberflächenentfernung, um eine erwünschte Filmdicke zu erreichen, in einer relativ kurzen Zeit erzielt werden.
  • Das vorliegende Verfahren des Polierens des Wafers mit Halbleiterstrukturen, auf dessen Oberfläche feine Strukturen hergestellt sind, umfasst ebenfalls ein Merkmal, dass die zusätzliche Oberflächenentfernung unter Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte und einer Flüssigkeit ausgeführt wird, die keine abrasiv wirken den Partikel für eine bestimmte Zeitdauer enthält, gefolgt von einem zusätzlichen Polieren, unter Verwendung freigelegter, abrasiv wirkender Partikel, die durch das gleichzeitige Abrichten der abrasiv wirkende Platte erzeugt werden. Dieses Verfahren ermöglicht es, die gleiche abrasiv wirkende Platte zu verwenden, so dass die freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel, die durch Ausführen des Abrichtens gleichzeitig zu dem Polieren der abrasiv wirkenden Platte erzeugt werden, verwendet werden, um eine schnelle Entfernung des Oberflächenmaterials zu erhalten, wodurch die Polierrate erhöht wird. Es ist daher nicht notwendig, zusätzliche Vorrichtungen aufzuweisen, wie beispielswiese die Polierlösungsliefervorrichtung, so dass eine gewöhnliche Vorrichtung, basierend auf der abrasiv wirkenden Platte, verwendet werden kann, um die zusätzliche Oberflächenentfernung auszuführen.
  • Das vorliegende Verfahren des Polierens des Wafers mit Halbleiterstrukturen, auf dessen Oberfläche feine Strukturen hergestellt sind, umfasst ebenfalls ein Merkmal, dass die zusätzliche Oberflächenentfernung unter Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte und einer Flüssigkeit ausgeführt wird, die keine abrasiv wirkenden Partikel für eine bestimmte Zeitdauer enthält, gefolgt von einem zusätzlichen Polieren, unter Verwendung eines Poliertuchs und einer Aufschlämmung, die abrasiv wirkende Partikel enthält. Dieses Verfahren ermöglicht es, die bestehende Vorrichtung zu verwenden, um eine zusätzliche Oberflächenentfernung auszuführen, und zwar basierend auf einer herkömmlichen Aufschlämmung und einem Poliertuch.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittansicht einer herkömmlichen Poliervorrichtung.
  • 2 ist ein Diagramm der Poliercharakteristiken der in 1 gezeigten Poliervorrichtung.
  • 3A-3C sind Darstellungen, der Oberflächenstufen, die durch die Vorrichtung mit den in 2 gezeigten Poliercharakteristiken erzeugt werden.
  • 4A, 4B sind schematische Diagramme der wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels der Poliervorrichtung der Drehtischbauart der vorliegenden Erfindung und zeigen eine Draufsicht in 4A und eine Querschnittansicht in 4B.
  • 5 ist eine Querschnittansicht eine Poliervorrichtung des Scroll-Typs der vorliegenden Erfindung.
  • 6A, 6B sind jeweils schematische Diagramme der wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels der Poliervorrichtung des Scroll-Typs, die in 5 gezeigt ist, und 6A zeigt eine Draufsicht eines Scroll-Mechanismus und 6B zeigt eine Querschnittansicht entlang einer Ebene A-A in 6A.
  • 7A ist eine schematische Darstellung der abrasiv wirkenden Platte, der abrasiv wirkenden Partikel und der Polieroberfläche, und 7B ist eine Darstellung der Beziehung des Polierkissens, der abrasiv wirkenden Partikel und einer Polieroberfläche eines Substrats.
  • 8A, 8B sind Darstellungen, die die Wirkungen der Partikelgröße auf eine Druckverteilung zeigen, und 8A zeigt einen Fall groß dimensionierter Partikel und 8B zeigt einen Fall klein dimensionierter Partikel.
  • 9 ist ein Dreiachsendiagramm der abrasiv wirkenden Plattenparameter einschließlich der abrasiv wirkenden Partikel, des Bindemittelmaterials und der Porosität (Volumenverhältnis), um einen Bereich B der Parameter für eine optimale Leistungsfähigkeit des Selbstanhaltens anzuzeigen.
  • 10 ist ein Diagramm, um die Poliercharakteristiken einer abrasiv wirkenden Platte mit der Selbstanhaltefähigkeit zu zeigen.
  • 11A-11C sind Darstellungen voranschreitender Veränderungen der Unebenheiten während des Polierens gemäß den Poliercharakteristiken der abrasiv wirkenden Platte, die in der 10 gezeigt sind.
  • 12 ist ein Diagramm, das die Poliercharakteristiken einer abrasiv wirkenden Platte zeigt, die keine Selbstanhaltefähigkeit besitzt.
  • 13A-13C sind Darstellungen, die Oberflächenanhebungen zeigen, die durch die in 12 gezeigte abrasiv wirkende Platte erhalten werden.
  • 14 ist ein Diagramm, das Veränderungen in der Polierrate der abrasiv wirkende Platte nach dem Abrichten (Aufrauhen) der abrasiv wirkende Plattenoberfläche, zeigt.
  • 15A, 15B sind schematische Darstellungen der abgerichteten abrasiv wirkenden Oberfläche, und 15A zeigt einen Fall einer großen Anzahl von Restpartikeln und 15B zeigt einen Fall einer vernachlässigbaren Anzahl von Restpartikeln.
  • 16A-16C sind Vergleiche verschiedener abrasiv wirkender Platten: 16A mit einer Selbstanhaltefunktion; 16B, 16C ohne eine Selbstanhaltefunktion. Die Diagramme in der linken Spalte zeigen Übergänge in der Polierrate mit der Polierzeit auf der X-Achse und der Polierrate auf der Y-Achse; die Diagramme in der Mitte zeigen Übergänge in der Filmdicke, mit der Polierzeit auf der X-Achse und der Filmdicke auf der Y-Achse; und die Diagramme in der rechten Spalte zeigen Vergleiche der Anfangs-(D1) und End-(D2) Stufen des Poliers eines Blanket-Wafers (BL) und eines Wafers mit Halbleiterstrukturen.
  • 17A-17D sind Darstellungen der Schritte zur Entfernung der Restpartikel: 17A zeigt ein Bürstenverfahren; 17B zeigt ein Rollbürstenverfahren; 17C zeigt ein Wasserstrahlverfahren; und 17D zeigt ein Ultraschallverfahren.
  • 18A, 18B sind Diagramme, um das Verfahren des Polierens in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darzustellen.
  • 19 ist eine Darstellung der Veränderungen der Filmdicke während des Erststufenpolierens und des Zweitstufenpolierens.
  • 20A, 20B sind Darstellungen eines Verfahrens zur Steuerung der Filmdicke, und 20A zeigt die zeitbasierte Steuerung und 20B zeigt die dickenbasierte Steuerung.
  • 21 ist ein schematisches Diagramm eines Schaltmechanismus zur Veränderung von einer Flüssigkeit W, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält, zu einer Aufschlämmung Q, die abrasiv wirkende Partikel enthält.
  • 22 ist ein Flussdiagramm des Schaltprozesses zur Veränderung von einer Flüssigkeit W zu einer Aufschlämmung Q.
  • 23 zeigt ein Verfahren zum Polieren in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 24 ist ein schematisches Diagramm eines Schaltmechanismus für Abrichtprozesse.
  • 25 ist ein Flussdiagramm des Schaltprozesses für die Abrichtprozesse.
  • 26A, 26B sind Darstellungen eines Verfahrens zum Polieren in einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 27 ist eine Draufsicht eines Beispiels der Poliervorrichtung, die geeignet für die oben dargestellten Verfahren ist.
  • 28 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels der Poliervorrichtung, die für die oben dargestellten Verfahren geeignet ist.
  • 29 ist eine vergrößerte Draufsicht der wesentlichen Teile der in 28 gezeigten Vorrichtung.
  • 30 ist eine Draufsicht der Gesamtstruktur eines Beispiels der Poliervorrichtung, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
  • BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen dargestellt.
  • 4 zeigt ein Beispiel der Poliervorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Drehtisch 5 mit einer abrasiv wirkenden Platte 15 von ungefähr 60 cm Durchmesser anstelle eines Poliertuchs darauf; eine Düse 10 zum Liefern von Wasser oder einer aktiven Lösung W ohne abrasiv wirkende Partikel während des Polierens. Weitere Komponenten, wie beispielsweise ein Top-Ring 1 zum Halten eines Wafers 4 sind die gleichen, wie die in der herkömmlichen, in 1 gezeigten, Vorrichtung. Der Grund für das Liefern einer Polierlösung W, wie beispielsweise Wasser oder einer aktiven Lösung, besteht darin, eine Schmierung auf der Gleitzwischenfläche vorzusehen, um chemische Reaktionen auf der Gleitzwischenfläche zu fördern, und um die Wärme, die durch das Polieren erzeugt wird, zur Kühlung abzuführen. Wasser oder die aktive Lösung W umfassen saure Lösungen mit pH-Werten bis zu ungefähr 1, alkalische Lösungen mit pH-Werten bis zu ungefähr 12, Pufferlösungen, Oberflächenaktivatoren, oxidierende Lösungen, reduzierende Lösungen, Reinstwasser und elektrolytisch ionisiertes Wasser und Ähnliches. Beispielsweise kann die Strömungsrate des Wassers 200 ml/min betragen. Wasser kann Reinstwasser sein, um Unreinheiten auszuschließen. Der Wafer 4 als ein Polierobjekt wird gegen die Polieroberfläche der abrasiv wirkenden Platte 15 durch eine elastische Unterlage 2, die in dem Top-Ring 1 angeordnet ist, gepresst und durch die Antriebswelle 8 gedreht. Der Drehtisch 5 mit der angebrachten, abrasiv wirkenden Platte 15 wird ebenfalls unabhängig gedreht, und die abrasiv wirkende Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte 15 bildet eine Gleitzwischenfläche mit der Oberfläche des Wafers 4, auf der die Poliereinwirkung zwischen den gleitenden und pressenden Oberflächen stattfindet.
  • Die in 4 gezeigte Poliervorrichtung weist eine abrasiv wirkende Platte anstelle eines Poliertuchs auf, das in der herkömmlichen Vorrichtung verwendet wird. Aber die Poliervorrichtung zum Polieren des Objekts unter Verwendung der abrasiv wirkende Platte, um eine flache und spiegelnde Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten, kann ebenfalls verwendet werden, und derartige Bauarten umfassen einen Verschiebe- bzw. Scroll-Typ oder Schalen- bzw. Cup-Typ, abweichend von der Drehtischbauart.
  • Die Polierung des Scroll-Typs basiert auf dem Halten des Wafers in einer Waferhaltevorrichtung und einer abrasiv wirkenden Platte, die auf eine Basisscheibe gebondet ist, und die beiden Teile werden in einer kreisförmigen und linearen Bewegung relativ zueinander bewegt. Die Polierung des Cup-Typs basiert auf einer schalenförmigen Platte oder einer ringförmigen Platte, die in einer Plattenhaltevorrichtung gehalten wird und der Wafer ist fest an der Basisplatte angebracht. Die Polieroberfläche eines Gegenstands wird gegen die abrasiv wirkende Oberfläche der Platte gepresst und gerollt, um eine Poliertätigkeit zu erzeugen. In diesen Bauarten der Vorrichtungen ist es ebenfalls möglich, eine Selbstanhaltefunktion zu verwenden, um das Polieren automatisch anzuhalten, wenn die Unebenheiten beseitigt sind.
  • 5 und 6A, 6B stellen einen kreisförmigen und linearen Bewegungsmechanismus einer Poliervorrichtung des Scroll-Typs dar. Die kreisförmige (oder zirkulierende) und lineare Bewegung bedeutet, dass zwei Oberflächen nur eine Translationsbewegung mit kreisförmiger oder ähnlicher Bewegung erzeugen, und zwar ohne Verändern der relativen Ausrichtung. In einem derartigen Aufbau muss die abrasiv wirkende Platte nur etwas größer als das zu polierende Substrat sein. Da her ist es möglich, in einfacher Weise die abrasiv wirkende Platte mit höchst flacher Oberfläche zu erzeugen und der Antriebsmotor kann klein sein, und die Vorrichtung kann ebenfalls verkleinert und kompakt gemacht werden, um Grundfläche einzusparen. Die Vorrichtung besteht aus einem Linearbewegungs- bzw. Translationstischabschnitt 31, um eine kreisförmige und lineare Bewegung vorzusehen, und einem Top-Ring 32 zum Halten eines Wafers 4, wobei seine Polieroberfläche nach unten weist, um seine Polieroberfläche gegen die abrasiv wirkende Oberfläche der Platte zu pressen.
  • Der Linearbewegungs- bzw. Translationstisch 31 wird an drei oder mehr Umfangspositionen durch eine Trageplatte 35 getragen, die sich innerhalb einer Ringform erstreckt und mit einem Trageabschnitt 36 an der Oberseite eines Gehäuses 34 vorgesehen ist, das im Inneren einen Motor 33 unterbringt, um eine befestigte Scheibe 37 zu tragen. Die obere Oberfläche des Trageabschnitts 36 und die untere Oberfläche der befestigten Scheibe 37 sind mit entsprechenden Vertiefungen 38, 39 vorgesehen, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und entsprechende Lager 40, 41 unterbringen. Die Lager 40, 41 sind durch ein Verbindungsglied 44 verbunden, deren Wellen 42, 43 mit einer Distanz „e", wie in 6 gezeigt, beabstandet sind, und deren Enden in die entsprechenden Lager eingeführt werden. Die befestigte Scheibe 37 erfährt auf diese Weise eine kreisförmige und lineare Bewegung entlang eines Kreises mit Radius „e".
  • Die befestigte Scheibe 37 wird durch den Motor 33 gedreht, dessen Welle 45 einen Versetzungsantriebsstift 46 besitzt, der in einen Hohlraum 48 durch ein Lager 47 eingeführt wird. Der Versetzungsbetrag ist der gleiche wie die Distanz „e". Der Motor 33 ist in der Motorkammer 49 in dem Gehäuse 34 untergebracht, und die Welle 45 wird durch die oberen und unteren Lager 50, 51 getragen und ist mit Ausgleichsvorrichtungen 52a, 52b vorgesehen, um die Versetzung auszugleichen.
  • Die befestigte Scheibe 37 besitzt einen Radius, der etwas größer als der Wafer 4 ist, und zwar um den Versetzungsbetrag „e" und umfasst zwei gebondete Scheibenglieder 53, 54. Die beiden Scheibenglieder bilden eine Raum 55 zwischen den Scheiben zum Strömen von Wasser oder Lösungsmittel, das an die Polierzwischenfläche geliefert werden soll. Der Raum 55 steht in Verbindung mit dem Lösungslieferloch 56, das auf der Seitenoberfläche gebildet ist, und steht ebenfalls in Verbindung mit einer Vielzahl von Flüssigkeitsauslässen 57. Die befestigte Scheibe 37 besitzt eine abrasiv wirkende Platte 59, die auf ihre obere Oberfläche gebondet ist. Die Flüssigkeitsauslässe 57, die auf der abrasiv wirkenden Platte 59 gebildet sind, entsprechen den Ablasslöchern 58, die auf der befestigten Scheibe 37 gebildet sind. Diese Ablasslöcher 57, 58 sind normalerweise gleichmäßig über die befestige Scheibe 37 und die abrasiv wirkende Platte 59 hinweg verteilt.
  • Der Top-Ring 32 dient als ein Anpress- bzw. Presswerkzeug für den Wafer 4 und ist an der Welle 60 angebracht, um eine Kippen in Bezug auf die Polieroberfläche des Wafers 4 zu ermöglichen. Der Top-Ring 32 wird durch einen Luftzylinder (nicht gezeigt) betätigt und wird durch den Antriebsmotor über die Welle 60 gedreht. Der Wafer 4 ist an dem Basishalteabschnitt 61 des Top-Rings 32 mit der elastischen Unterlage 62 angebracht, die zwischen die beiden Oberflächen eingeschoben ist. Das Gehäuse 34 besitzt eine Lösungsmittelrückgewinnungswanne 63, die an ihrer äußeren Oberfläche an der Oberseite angebracht ist.
  • Der Prozess des Polierens unter Verwendung der Poliereinheit wird unten beschrieben. Der Motor 33 wird gedreht, um die befestige Scheibe 37 zu betätigen, und der Wafer 4, der an dem Top-Ring 32 angebracht ist, wird gegen die abrasiv wirkende Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte 59 gepresst, die an die befestigte Scheibe 37 gebondet ist. Die Polierflüssigkeit wird an die Polierzwischenfläche durch das Flüssigkeitslieferloch 56, den Raum 55 und die Ablasslöcher 57, 58 geliefert und an die Polierzwischenfläche durch die Nuten geliefert, die auf der Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte 59 hergestellt sind.
  • Hier wird eine kreisförmige und lineare Bewegung eines Radius „e" zwischen den Oberflächen der abrasiv wirkenden Platte 59 und dem Wafer 4 erzeugt, um ein gleichförmiges Polieren auf der gesamten Oberfläche des Wafers 4 zu erzeugen. In diesem Fall, wenn die Positionen des Objekts und die abrasiv wirkende Oberfläche fixiert sind, werden lokale Unterschiede in der Beschaffenheit der abrasiv wirkenden Oberfläche die polierte Oberfläche beeinflussen, und um einen solchen Effekt zu verhindern, wird der Top-Ring 32 langsam selbst gedreht, so dass das Polieren nicht auf der gleichen Stelle ausgeführt wird.
  • Die in der Vorrichtung verwendete abrasiv wirkende Platte besitzt eine Selbstanhaltefähigkeit, die das Polieren automatisch anhält, wenn die Unebenheiten von der Polieroberfläche beseitigt sind. Die abrasiv wirkenden Partikel können ein ultrafeines Pulver aus Ceroxid (CeO2) sein, und das Bindemittel ist ein Polymerharz, wie beispielsweise Polyimid oder Phenol.
  • Die abrasiv wirkenden Partikel können SiO2, Al2O3, ZrO2, MnO2 und Mn2O3 zusätzlich zu CeO2 umfassen. Das Bindemittel kann andere Polymerharze, wie beispielsweise Urethan-, Epoxid-, Polyvinylakoholharze zusätzlich zu Polyimid- oder Phenolharzen umfassen. Die Wahl wird durch die Beschaffenheit der Filme bestimmt, die auf dem Halbleiterwafer gebildet sind und der Kompatibilität der abrasiv wirkenden Partikel mit dem Bindemittel.
  • Die abrasiv wirkende Platte besitzt eine sehr große Härte (extrem hoher Elastizitätskoeffizient) und daher beeinflusst die Größe der abrasiv wirkenden Partikel direkt das Ausmaß des Oberflächenschadens, verglichen mit dem gewöhnlichen CMP, das ein Polierkissen verwendet. Wie in 7B gezeigt, ist beispielsweise das normale Polierkissen 20 weich verglichen mit einer abrasiv wirkenden Platte 21, so dass eine vertikale Last die abrasiv wirkenden Partikel 22 in den Wafer 23 drängen wird, während das Kissen 20 selbst den Wafer 23 berührt. Mit anderen Worten wird die Druckkraft über das Kissen hinweg verteilt, so dass der Druck nicht auf die abrasiv wirkenden Partikel 22 konzentriert wird. Im Gegensatz dazu ist in dem Fall der abrasiv wirkenden Platte 21, wie in 7A gezeigt, die abrasiv wirkende Platte 21 wesentlich härter als das Kissen 20, so dass sie dazu neigt, den Wafer nicht zu berühren und die Andruck- bzw. Anpresskraft lastet fast vollständig auf den abrasiv wirkenden Partikeln 22. Mit anderen Worten ist der Druck, der auf jeden der abrasiv wirkenden Partikel 22 angelegt wird, höher als der in dem CMP-Prozess und natürlich kann der Oberflächenschaden schwerwiegender sein.
  • Eine Gegenmaßnahme besteht darin, die Anzahl der abrasiv wirkenden Partikel 22 zu erhöhen, so dass auf jeden abrasiv wirkenden Partikel 22 weniger Druck angelegt wird. Wenn beispielsweise die Partikelgröße um ¼ bis 0,5 µm von 2,0 µm verringert wird, steigt die Anzahl der Partikel, die einen gegebenen Bereich füllen, um ein 16-faches an, wie in den 8A, 8B gezeigt und eine einfache Schätzung ist eine Verringerung des Drucks auf 1/16 auf jeden der abrasiv wirkenden Partikel 22. Es ist daher erwünscht, die Größe der abrasiv wirkenden Partikel zu verringern. Die Wirkung der feinen Partikelgröße auf die Verringerung des Oberflächenschadens ist wichtiger als in dem Fall des normalen CMP. Aus diesem Gesichtspunkt ist es erwünscht, dass die Größe der abrasiv wirkenden Partikel kleiner als 2,0 µm und noch bevorzugter kleiner als 0,5 µm ist.
  • Die abrasiv wirkende Platte wird innerhalb des Reinraums verwendet, so dass es wichtig ist, keine Verunreinigungen darin zu enthalten. Verunreinigungen (insbesondere metallische Substanzen) beeinflussen die Leistungsfähigkeit der Halbleitervorrichtungen negativ. Der Metallgehalt in der Polieraufschlämmung besitzt besonders schwerwiegende Wirkungen auf die Qualität der Vorrichtung, wobei Metalloxide in den abrasiv wirkenden Partikeln sich ebenfalls in der sauren oder alkalischen Lösung auflösen können, um Ionen zu produzieren. Die metallischen Substanzen im Ionenzustand in der Aufschlämmungslösung können in einen isolierenden SiO2-(Oxid-)Oberflächenfilm diffundieren und verringern die Isolationsqualitäten des Films. Die metallische Restkontamination auf die gereinigten Wafer stellt ebenfalls ein Problem dar, da sie den nachfolgenden Prozess beeinflussen und den Reinraum kontaminieren kann. Daher ist es erwünscht, dass die Metallgehalte in den abrasiv wirkenden Partikeln (andere Metalle als der Partikelhauptbestandteil) so niedrig wie möglich gehalten werden. Im Fall von CeO2 ist beispielsweise die Reinheit normalerweise geringer als 50%, es gibt aber keine Fälle in denen eine abrasiv wirkende Platte abrasiv wirkende Partikel mit einer Reinheit von mehr als 90% verwendet. Bei Aufschlämmungen, die für die gewöhnliche CMP verwendet werden, sind Metallgruppenunreinheiten, beispielsweise Fe, mit einem Pegel von 60 ppm enthalten, und können selbst nach dem Waschen auf der Oberfläche des Halbleiterwafers verbleiben. Wenn der Fe-Gehalt auf weniger als einige ppm beschränkt ist, ist ein normales Waschen ausreichend, um die Kontamination zu beseitigen. Daher kann durch Verwenden abrasiv wirkender Partikel mit einer Reinheit von mehr als 90% (vorzugsweise höher als 94%), die Kontamination durch metallische Verunreinigungen vermieden werden. Zusätzlich besitzt Na einen besonders negativen Effekt auf die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung, so dass die Na-Konzentration in den abrasiv wirkenden Partikeln bei weniger als 100 ppm gehalten werden sollte.
  • Die Beziehung zwischen der Größe der abrasiv wirkenden Partikel (CeO2) und der Schwere der Verkratzungen wurde experimentell untersucht. Die Polierplatten werden durch Verwenden abrasiv wirkender Partikel aus CeO2 mit durchschnittlichen Partikelgrößen von 1,3 µm und 0,4 µm hergestellt. Als Bindemittel wurde Polyimidbindemittel verwendet. Die abrasiv wirkenden Platten werden durch ein Trockendruckformverfahren mit Wärmebehandlung hergestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schwere der Schäden (Anzahl der Verkratzungen), die durch abrasiv wirkende Partikel von 0,4 µm verursacht wurden, nur 1/10 betrugen von denen, die durch abrasiv wirkende Partikel von 1,3 µm verursacht wurden. Die Polierleistung war ungefähr die gleiche für beide Größen, was auf diese Weise anzeigt, dass eine feinere Größere der abrasiv wirkenden Partikel bevorzugt ist.
  • Es wird erwogen, dass das Polieren primär durch die Wirkung der abrasiv wirkenden Partikel, die in der abrasiv wirkenden Platte befestigt sind, gegen die erhöhten Bereiche des Wafers ausgeführt wird, ebenso wie durch die Wirkung der freien, abrasiv wirkenden Partikel, die aus der Platte in der Gleitzwischenfläche freigelegt werden. In dem Polierverfahren unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte, wird, da die abrasiv wirkende Platte vergleichsweise härter als das herkömmliche Poliertuch (Polierkissen) ist, die abrasiv wirkende Oberfläche der Platte nur die erhöhten Bereiche des Wafers mit einem vergleichsweise höheren Druck berühren, wodurch ein hoher Oberflächendruck auf die erhöhten Bereiche angelegt wird. Das Ergebnis ist, dass die Ablösung der abrasiv wirkenden Partikel durch die Wirkung der erhöhten Bereiche des Wafers auftritt, die die abrasiv wirkende Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte abschaben. Die aus der Matrix der abrasiv wirkenden Platte freigelegten Partikel, werden eine weitere Polierwirkung auf die Polieroberfläche hervorrufen. Wenn die Unebenheiten beseitigt sind, wird die Anzahl der freigelegten Partikel abnehmen, und da sich die Gleitzwischenfläche gemeinsam mit den Bewegungen des Top-Rings und des Drehtischs verschiebt, werden weniger abrasiv wirkende Restpartikel in der Gleitzwischenfläche verbleiben. Die Polierrate wird auf diese Weise verringert und die Selbstanhaltefunktion der abrasiv wirkenden Platte wird bewirkt.
  • Gemäß dem Polierverfahren durch die abrasiv wirkende Platte, wird das Polieren ohne eine Aufschlämmungslösung ausgeführt, die eine große Anzahl von abrasiv wirkenden Partikeln enthält. Daher ist keine teure, spezielle Polierlösung erforderlich, und die Polierkosten können verringert werden, und die verbrauchte Lösung kann ohne Probleme behandelt werden, so dass Umweltprobleme verringert werden. Zudem ist kein sich aufbrauchendes Poliertuch erforderlich, was weiter zu Verringerung der Polierkosten beiträgt.
  • 9 zeigt ein Dreiachsendiagramm der Zusammensetzung in Volumenprozent der abrasiv wirkenden Platte, das einen optimalen Bereich der abrasiv wirkenden Partikel, des Bindemittels und der Porosität zeigt, um abrasiv wirkende Platten mit einer Selbstanhaltefähigkeit zu erzeugen, erhalten durch Experimente. Gefüllte Dreiecke stellen Phenolbindemittel, gefüllte Kreise stellen Polyimidbindemittel und unausgefüllte Quadrate stellen Urethanbindemittel dar. Die abrasiv wirkenden Partikel sind CeO2.
  • Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die abrasiv wirkenden Platten, die in den innerhalb eines Bereichs B gezeigten Proportionen hergestellt sind, eine gute Selbstanhaltefähigkeit aufweisen werden. D.h. die abrasiv wirkenden Partikel sollten mehr als 10% betragen und sollten weniger als das Doppelte des Bindemittelvolumens sein. Wenn das Volumen der abrasiv wirkenden Partikel mehr als das Doppelte des Bindemittelvolumens beträgt, sind die freien, abrasiv wirkenden Partikel wahrscheinlich selbsterzeugt und die übermäßig erhöhten, freien Partikel in der Gleitzwischenfläche stören die Selbstanhaltefunktion. Eine derartige abrasiv wirkende Platte weist auch eine größere Abnutzung auf, wobei die mechanische Festigkeit fehlt. Eine derartige abrasiv wirkende Platte ist schwierig herzustellen, da die Tendenz besteht, Risse während des abrasiv wirkenden Plattenformbetriebs zu bilden. Wenn das Volumen der abrasiv wirkenden Partikel geringer als 10% ist, werden andererseits die freigelegten Partikel verringert, wodurch die Polierrate verringert und der Durchsatz bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen gesenkt wird.
  • Das Volumen des Bindemittels sollte mehr als die Hälfte des Volumens der abrasiv wirkenden Partikel betragen und weniger als 60 Vol.-% des Gesamtvolumens. Wenn das Bindemittelvolumen weniger als die Hälfte des Volumens der abrasiv wirkenden Partikel ist, wird die Partikelrückhaltestärke in der Matrix verringert, und die abrasiv wirkenden Partikel werden schneller aus der abrasiv wirkenden Platte selbsterzeugt, wodurch die Selbstanhaltefunktion verloren geht. Eine derartige abrasiv wirkende Platte ist anfällig für Abnutzung und wird spröde bzw. brüchig. Wenn das Bindemittelvolumen 60% übersteigt, wird die Partikelrückhaltestärke zu stark erhöht, und wenige freigelegte, abrasiv wirkende Partikel werden erzeugt, und die Polierrate wird verringert. Auch die mechanische Festigkeit der abrasiv wirkende Platte wird zu hoch, und die Gefahr der Verursachung von Schäden auf der Oberfläche des Halbleiterwafers steigt an.
  • Der Betrag der Porosität sollte vorzugsweise 10-40% betragen. Wenn die Porosität weniger als 10% beträgt, ist das Bindemittelvolumen zu groß und bewirkt, dass die Partikelfixierung bzw. -zurückhaltung zu stark wird und keine freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel gebildet werden, und die Polierrate verringert wird, wie oben erläutert, so dass die Selbstanhaltefunktion verloren geht. Wenn die Porosität über 40% hinaus ansteigt, wird die mechanische Festigkeit der abrasiv wirkende Platte verringert und die abrasiv wirkende Platte wird brüchig, und der Abnutzungswiderstand als Ganzes wird gesenkt. Zu viele abrasiv wirkende Partikel werden erzeugt und die Selbstanhaltefunktion ist wiederum nicht wirksam. Der Bereich der durch B eingegrenzt wird, stellt ein Volumen der abrasiv wirkenden Partikel von 10-60%, des Bindemittels von 30-60% und der Porosität von 10-40% dar. Es ist bevorzugt, dass die Volumenzusammensetzung in den folgenden Bereichen liegt: abrasiv wirkende Partikel 20-50 Vol.-%, Bindemittel 35-55 Vol.-% und Porosität 15-30 Vol.-%.
  • Die 10 und 11A, 11B, 11C zeigen die Ergebnisse des Polierens eines Wafers mit Halbleiterstrukturen mit erhöhten und vertieften Bereichen mit Selbstanhaltefunktion, erzeugt durch eine abrasiv wirkende Platte die mit der Zusammensetzung hergestellt ist, die durch den Punkt A in 9 dargestellt wird. Die Partikel waren CeO2 und das Bindemittel war Polyimid, gemischt in einem Verhältnis der Partikel:Bindemittel:Porosität von jeweils 30:45:25. Wie in diesen Ergebnissen gezeigt, weisen die erhöhten Bereiche eine Höhe von anfänglich mehr als 20.000 Angström auf, und innerhalb einer relativen Zeiteinheit wurde die Höhe auf weniger als 15.000 Angström verringert und diese Höhe wurde beibehalten, selbst wenn das Polieren für weitere 2 Zeiteinheiten fortgesetzt wurde, so dass die Höhe der erhöhten und vertieften Bereiche die gleiche blieb. Und zwar wurden nur die erhöhten Bereiche poliert und die vertieften Bereiche wurden nicht poliert. Dadurch ist es einfach, die flache Oberflächenstruktur durch Beseitigen der Unebenheiten zwischen den erhöhten Bereichen und den vertieften Bereichen des Wafers mit Halbleiterstrukturen zu erhalten. Selbst wenn das Polieren fortgesetzt wird, bleibt danach die Filmdicke unverändert, der Polierprozess erreicht auf diese Weise die Selbstanhaltefunktion, so dass die Materialentfernung automatisch gesteuert wird, nachdem eine ebene Oberfläche erhalten wurde. Auf diese Weise wird die Aufgabe der zeitbasierten Steuerung einfacher, der zulässige Bereich der Bearbeitung (das Bearbeitungsfenster) wird breiter. Die Filmdicke in den vertieften Bereichen wird auf der Originaldicke gehalten, so dass der Aufbau der Filmdicke verbessert wird. Wenn es einige Bereiche gibt, die langsam poliert werden, sind diese Bereiche, die bereits poliert wurden, ebenfalls keinem weiteren Polieren ausgesetzt, während sie warten, dass die langsamen Bereiche aufholen. Wenn die langsamen Bereiche poliert sind, erhält die Gesamtoberfläche eine einzelne, flache und gleichmäßige Ebenheit.
  • 11A-11C stellen die Veränderungen in dem Profil der Oberflächenstruktur dar. 11A zeigt eine Anfangsstufe, 11B zeigt die mittlere Stufe (Zeit 1) bzw. 11C zeigt die Endstufe des Polierens (Zeit 2). Wie dargestellt, werden nur die erhöhten Bereiche in der relativen Zeit 1 poliert, um eine ebene Oberfläche zu er zeugen, die unverändert bleibt, selbst wenn das Polieren bis zur Zeit 2 fortgesetzt wird.
  • 12 zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte erhalten werden, die durch Punkt C in 9 angezeigt ist, die keine Selbstanhaltefunktion besitzt mit einem Verhältnis von Partikeln:Bindemittel:Porosität von 50:15:35. Der Polierfortschritt ist in 13A für die Anfangsstufe (Zeit 0), in 13B für die mittlere Stufe (Zeit 1) bzw. in 13C für die Endstufe (Zeit 2) dargestellt.
  • In diesem Fall ist die abrasiv wirkende Platte mit einem geringen Bindemittelvolumen hergestellt, folglich ist die abrasiv wirkende Platte brüchig und die abrasiv wirkenden Partikel werden einfach aus der abrasiv wirkende Platte freigelegt, die in 9 gezeigt ist. Bis Zeit 1 werden bevorzugt die erhöhten Bereiche poliert und die vertieften Bereiche werden kaum poliert. Daher kann eine ebene Oberfläche in einfacher Weise erhalten werden, aber das Polieren bleibt aktiv selbst nachdem eine ebene Oberfläche erreicht wurde, und zwar aufgrund des Überschusses der freigelegten Partikel. Daher wird zur Zeit 2 die Höhe des Wafers jetzt infolge des fortgesetzten Polierens verringert. Aus diesem Grund wird, obwohl die Unebenheiten in einfacher Weise beseitigt werden, das Polieren fortgesetzt, so dass der zulässige Bereich der Bearbeitung (das Bearbeitungsfenster) verengt wird, d.h. die Poliersteuerung wird viel schwieriger. Darüber hinaus, da die Rate der Materialentfernung vor und nach dem Erreichen einer flachen Oberfläche unterschiedlich ist, ist es schwierig, die Polierzeit in geeigneter Weise zu steuern.
  • 14 zeigt die Poliercharakteristiken einer frisch abgerichteten (aufgerauten) abrasiv wirkende Platte auf einem Blanket-Wafer, der ohne feine Strukturen auf der Oberfläche hergestellt ist. Die Polierrate (in A/min) ist auf der vertikalen Achse abgetragen und die Polierzeit der abgerichteten, abrasiv wirkenden Platte nach dem Abrichten in Stunden ist auf der horizontalen Achse abgetragen. Es kann erkannt werden, dass die Rate der Materialentfernung durch die frisch abgerichtete (aufgeraute), abrasiv wirkende Platte, die in „a" gezeigt ist, hoch ist, und zwar aufgrund des Überschusses an freigelegten, abrasiv wirkenden Partikeln. Wenn eine derartige, frisch abgerichtete, abrasiv wirkende Platte an einen Wafer mit Halbleiterstrukturen angelegt wird, können die erhöhten Bereiche eines Wafers mit hoher Geschwindigkeit poliert werden und die Unebenheiten können beseitigt werden, aber die Poliertätigkeit wird fortgesetzt und führt zu einem Ergebnis, das den in 12 gezeigten Ergebnissen ähnlich ist. Es ist klar, dass die Selbstanhaltefunktion in diesem Fall nicht funktioniert. Selbstanhalten bedeutet, dass die Unebenheiten beseitigt werden und eine Ebenheit erreicht wird, und von diesem Zeitpunkt an weiteres Polieren keine weitere Materialentfernung erzeugen wird, d.h. die Filmdicke bleibt unverändert. Dieses Ergebnis ist äquivalent zu dem Ergebnis, das beim Polieren eines Blanket-Wafers erhalten wird, der keine derartig strukturierte Feinstruktur besitzt. Daher sollte, bevor eine frisch abgerichtete, abrasiv wirkende Platte auf einem Wafer mit Halbleiterstrukturen verwendet wird, die abgerichtete, abrasiv wirkende Platte fortsetzen, einen Blanket-Wafer zu verwenden, um die abrasiv wirkenden Partikel zu entfernen und die anfänglich rapide Materialentfernungsrate verlangsamen, so dass die Selbstanhaltefunktion effektiv funktionieren kann.
  • D.h. bevor der Wafers mit Halbleiterstrukturen poliert wird, sollte die frisch abgerichtete, abrasiv wirkende Platte unter Verwendung von Blanket-Wafern behandelt werden, so dass der Polierprozess ausgeführt wird, nachdem die Polierrate in ausreichender Weise abgesenkt wurde, wie durch „b" in der Fig. gezeigt, wodurch ermöglicht wird, dass eine abrasiv wirkende Platte vorgesehen wird, die eine Selbstanhaltefunktion aufweist, wie in 10 gezeigt.
  • Die abrasiv wirkende Platte kann durch ein Trockendruckformverfahren mit Wärmebehandlungen hergestellt werden, das die folgenden Schritte aufweist: Vermischen des Bindemittels und des abrasiv wirkenden Pulvers, Füllen einer Form, Formen einer abrasiv wirkenden Platte (Pressen und Erwärmen), Kühlen, Bonden an eine Basisplatte, Abschaben (Glätten) der abrasiv wirkenden Oberfläche. Die Ebenheit der fertigen, abrasiv wirkenden Platte beträgt ungefähr ± 100 µm, aber diese Flachheit ist ungeeignet, um Wafer mit Halbleiterstrukturen zu polieren, da der Kontakt der Polieroberfläche nur partiell ist und die Oberfläche nicht in geeigneter Weise bearbeitet werden kann. Daher erfordert die Bearbeitung von Halblei terwafern beispielsweise eine abrasiv wirkende Platte, die ursprünglich durch einen Abrichter mit Diamantpartikeln (Größe #100 oder #200), die in einer Nickelbasis elektroabgelagert sind, abgerichtet wird. Das Abrichten wird mit 400 g/cm2 für 10 Minuten ausgeführt. Dieser ursprüngliche Prozess wird als Formen der abrasiv wirkenden Platte bezeichnet. Die endgültige Oberflächenrauheit der abrasiv wirkenden Platte für das Polieren des Wafers mit Halbleiterstrukturen beträgt vorzugsweise weniger als ± 30 µm.
  • Die abrasiv wirkende Oberfläche der frisch geformten, abrasiv wirkenden Platte scheint ähnlich zu einer zu sein, die in 15A gezeigt ist, wo viele abrasiv wirkende Partikel 22 gefunden werden. Wenn ein Wafer mit Halbleiterstrukturen unter Verwendung einer abrasiv wirkende Platte mit einer derartigen abrasiv wirkenden Oberflächenstruktur poliert wird, ist die Polierrate sehr hoch, wie durch „a" in 14 angezeigt. Obwohl die Planierung bzw. Einebnung in einfacher Weise erhalten werden kann, schreitet der Materialentfernungsprozess voran, selbst nachdem die in den 12 und 13 gezeigte Flachheit erreicht worden ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Restpartikel 22, die auf der frisch abgerichteten Oberfläche verbleiben, entfernt werden, wie in 15A gezeigt, wird der Wafer mit Halbleiterstrukturen unter Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte mit einer in 15B gezeigten Oberflächenstruktur poliert, wo die Partikel abgeschabt wurden, wobei im Gegensatz dazu die Materialentfernungsrate langsamer ist, wie durch „b" in 14 gezeigt. Wenn ein Wafer mit Halbleiterstrukturen auf diese Weise poliert wird, wird eine flache Oberfläche erhalten, während erwünschte Unebenheiten beibehalten werden, und nachdem die erwünschte, flache Oberfläche erzeugt wurde, weist die abrasiv wirkende Platte eine Selbstanhaltefunktion auf, so dass es scheint, als wäre die Materialentfernung automatisch angehalten worden.
  • Es wird angenommen, dass die Selbstanhaltefunktion wie folgt erzeugt wird. Feine Strukturen, die auf einer Oberfläche eines Wafers mit Halbleiterstrukturen hergestellt sind, bestehen aus feinen, erhöhten Bereichen und vertieften Bereichen. Wenn ein derartiger Wafer mit Halbleiterstrukturen gegen eine abrasiv wirkende Oberfläche einer abrasiv wirkenden Platte gepresst wird, wirkt die feine Struktur wie ein Abricht- bzw. Abrichtwerkzeug und obwohl der Abrichteffekt nicht in dem Maße ist, wie der der durch den Diamantabrichter (Größe der Diamantpartikel beträgt ungefähr 100-300 µm) erzeugt wird, beißen die Spitzen der feinen Struktur in die abrasiv wirkende Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte und schaben die abrasiv wirkenden Partikel heraus, wodurch freie, abrasiv wirkende Partikel durch einen weichen Abrichtprozess erzeugt werden. Eine abrasiv wirkende Oberfläche, die in 15B gezeigt ist, kann die Oberfläche des Blanket-Wafers kaum abschleifen, wie durch „b" in 14 gezeigt. Aber wenn eine derartige, relativ saubere, abrasiv wirkende Oberfläche verwendet wird, um einen Wafer mit Halbleiterstrukturen mit erhöhten Bereichen und vertieften Bereichen zu polieren, ist der Effekt fast der gleiche, wie wenn die abrasiv wirkende Platte weich abgerichtet wird, um eine abrasiv wirkende Oberflächenstruktur ähnlich zu der zu erzeugen, die in 15A gezeigt ist. Die aufgeraute, abrasiv wirkende Oberfläche die durch den Wafer mit Halbleiterstrukturen erzeugt wird, kann abrasiv wirkende Partikel freisetzen, die wirksam bei der Einebnung bzw. Abflachung der Feinstruktur des Wafers mit Halbleiterstrukturen ist, und wenn die Abflachung erreicht worden ist, wird die Oberfläche des Wafers mit Halbleiterstrukturen effektiv ähnlich der eines Blanket-Wafers und das Profil der abrasiv wirkenden Platte verändert sich zu einer Struktur, ähnlich der, die in 15B gezeigt ist, die keine freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel mehr erzeugt und der Prozess wird aufgrund des Selbstanhalteeffekts der abrasiv wirkende Plattenstruktur angehalten.
  • Es sei bemerkt, dass das Selbstanhaltemerkmal nicht bei jeglicher Bauart der abrasiv wirkenden Platte erzeugt werden kann, und die Effekte können unterschiedlich sein, und zwar abhängig von der Zusammensetzung der abrasiv wirkenden Platte. Die Poliercharakteristiken für den Wafer mit Halbleiterstrukturen können in drei grobe Kategorien unterteilt werden, wie in 16A, 16B und 16C gezeigt. Die Unterschiede in den Charakteristiken werden durch das Ausführen kontinuierlicher Polierexperimente unter Verwendung von Blanket-Wafern mit einer konditionierten, abrasiv wirkenden Platte deutlich gemacht. Nur solche abrasiv wirkenden Platten, die das Verhalten eines raschen, anfänglichen Polierens gefolgt von einer langsameren Polierrate aufweisen, werden eine schnelle Beseitigung von Unebenheiten gefolgt von einem Selbstanhalteeffekt (Bezug nehmend auf 16A) aufweisen. Für abrasiv wirkenden Platten, die hohe Entfernungsraten aufweisen, selbst nachdem die Unebenheiten beseitigt wurden, werden keine Selbstanhalteeffekte beobachtet werden (Bezug nehmend auf 16B). Die abrasiv wirkenden Platten, die eine niedrige Entfernungsrate von Beginn an aufweisen, werden nicht durch das Weichabrichten durch den Wafer mit Halbleiterstrukturen beeinflusst, so dass keine Partikel herausgeschabt werden können, was zu fast keiner Materialentfernung und keinem Selbstanhalteeffekt führt (Bezug nehmend auf 16C). Die abrasiv wirkenden Platten, die die Art von Polierverhalten aufweisen, das in 16A gezeigt ist, werden in dem Zusammensetzungsbereich gefunden, der durch den Bereich B in 9 angezeigt ist. Außerhalb dieses Zusammensetzungsbereichs sind abrasiv wirkende Platten mit niedrigem Bindemittelvolumen oder hohem Porositätsvolumen relativ weiche, abrasiv wirkende Platten, und ihre Poliercharakteristiken sind in der 16B dargestellt. Abrasiv wirkende Platten mit hohem Bindemittelvolumen und niedrigem Porositätsvolumen sind relativ harte, abrasiv wirkende Platten, und ihre Poliercharakteristiken sind in 16C dargestellt.
  • Um die Selbstanhaltefähigkeit der abrasiv wirkenden Platte zu entwickeln, ist es notwendig, die Restpartikel von der abgerichteten, abrasiv wirkenden Platte zu entfernen, bevor sie für das Polieren eines Wafers verwendet werden kann. Ein Verfahren zum Beseitigen der restlichen, abrasiv wirkenden Partikel besteht darin, einen Blanket-Wafer zu bearbeiten, bis sich die Polierrate bei etwas niedrigeren Raten stabilisiert. Dieses Verfahren basiert auf dem Pressen und Drehen der abrasiv wirkenden Platte gegen einen Blanket-Wafer, der in einen Waferträger eingespannt ist, durch den Wasser während der Bearbeitung strömt. Aber das Bearbeitungswerkzeug ist nicht auf einen Blanket-Wafer beschränkt, und jeglicher Werkzeugtyp mit einer flachen Oberfläche, die aus einem harten Material besteht, kann verwendet werden. Beispielsweise kann ein Quartzglassubstrat oder Keramiksubstrat in der gleichen Art und Weise verwendet werden. Derartige Bearbeitungswerkzeuge werden ebenfalls in den Waferträger (Top-Ring) eingespannt, so dass das Werkzeug ungefähr die gleiche Größe und Dicke (weniger als 1 mm) haben sollte, wie die Wafer. Wenn dickeres Material verwendet wird, ist es notwendig, das Einspannen zu modifizieren, durch Hinzufügen eines angepassten Einspannmechanismus mit beispielsweise einer erhöhten Führungsringhöhe. Das Liefern von Flüssigkeit während der Bearbeitung ist absolut unerlässlich, und die Art der Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, sollte dem Kühlen des Bearbeitungswerkzeugs und dem Wegfegen der freigelegten Partikel dienen.
  • Bei Verwendung eines Blanket-Wafers sind die Betriebsparameter beispielsweise die Folgenden: Drehgeschwindigkeiten des abrasiv wirkenden Plattentischs bzw. -substrats von 50 bzw. 35 U/min; Anpressdruck für das Substrat von 500 g/cm2, was äquivalent zu der Waferpolieroberfläche ist; Wasserströmungsrate von 200 ml/min; und Gesamtpolierzeit von ungefähr 10 Minuten.
  • Andere Verfahren umfassen ein Verfahren unter Verwendung einer Bürste 25, anstelle des Blanket-Wafers, zum Waschen der abrasiv wirkenden Oberfläche 15 mit Wasser (Bezugnahme auf 17A), oder ein Verfahren unter Verwendung einer Rollbürste 26 und Wasser (Bezugnahme auf 17B). Diese Verfahren sind wirksam bei der Entfernung der verbleibenden, abrasiv wirkenden Partikel und für die Erzeugung einer in geeigneter Weise aufgerauten, abrasiv wirkenden Platte (einschließlich einer Rauheit von weniger als ± 30 µm). Die Betriebsparameter sind beispielsweise die Drehgeschwindigkeiten des abrasiv wirkenden Plattentischs/-bürste mit 20/12 U/min, der Bürstenanpressdruck mit 200 g/cm2, die Wasserströmungsrate von 200 ml/min, und einer Entfernungszeit von 1 Minute. Die Bürste 25 sollte eine relativ weiche Spitze besitzen, die aus Fasern von weniger als 1 mm Durchmesser bestehen, und die gedreht und gegen die abrasiv wirkende Oberfläche 15 gepresst wird, während eine Flüssigkeit W, wie beispielsweise Wasser strömt, um die freigelegten, abrasiv wirkenden Partikel zu entfernen.
  • Auch Verfahren basierend auf Strömungsmitteldruck, der durch einen Wasserstrahl 27 (Bezugnahme auf 17C) oder einen Ultraschallstrahl 28a, der von einer Ultraschallquelle 28 (Bezugnahme auf 17D) ausgestoßen wird, sind ebenfalls effektiv. Der Wasserstrahl 27 sollte mit einem Druck von weniger als 5 kPa oder bevorzugterer Weise weniger als 2 kPa verwendet werden, um die verbleibenden, abrasiv wirkenden Partikel zu entfernen und um eine in geeigneter Weise bearbeitete, abrasiv wirkende Platte mit einer aufgerauten Oberfläche (einschließlich einer Rauheit von ± 30 µm) zu erzeugen. Ein exzessiv hoher Strahl druck sollte vermieden werden, da er nicht nur die verbleibenden, abrasiv wirkenden Partikel entfernt, sondern auch Risse in der in geeigneter Weise aufgerauten, abrasiv wirkenden Oberfläche verursacht, die geglättet werden soll, was die Abrichteffekte durch den Wafer mit Halbleiterstrukturen zunichte macht. Aus dem gleichen Grund sollten die Betriebsparameter, wie beispielsweise die Frequenz und die Intensität sorgfältig ausgewählt werden, um einen Ultraschallstrahl 28a anzuwenden.
  • Die Betriebsparameter für das Partikelentfernungsverfahren unter Verwendung eines Ultraschallströmungsmittels sind beispielsweise ein Frequenz von 20 kHz, eine Ausgangsleistung mit 50W, eine Bearbeitungszeit von einigen Minuten und eine Strömungsrate von 200 ml/min. Um die gesamte, abrasiv wirkende Oberfläche effektiv zu behandeln, ist es erwünscht, das Ultraschallwandlerhonwerkzeug 28 zu bewegen, so dass es sich zwischen der Mitte und der Kante der abrasiv wirkenden Platte 15 hin und her bewegt, und zwar mit einem Trennabstand von 1 mm oder weniger als 1 mm. Ein Wasserstrahl, wie beispielsweise Cabijet und Megajet (Handelsbezeichnung) kann ebenfalls verwendet werden. Diese Verfahren sind wirksam bei der Entfernung der verbleibenden, abrasiv wirkenden Partikel, um eine in geeigneter Weise aufgeraute Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte (mit einer Oberflächenrauheit von weniger als ± 30 µm) zu erzeugen. Eine übermäßige Behandlung kann nicht nur die verbleibenden, freigegebenen, abrasiv wirkenden Partikel entfernen, sondern auch Risse in der in geeigneter Weise aufgerauten, abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte verursachen, die entfernt werden müssen.
  • Durch Vorsehen einer derartigen Bearbeitungsbehandlung an einer abgerichteten, abrasiv wirkenden Platte, kann die Polierrate für eine kurze Zeit stabilisiert werden. Wenn das Polieren fortgesetzt wird, kann jedoch die Polierrate manchmal schrittweise abfallen, so dass die abrasiv wirkende Platte wieder abgerichtet werden muss. Während das erneute Abrichten (weiches Abrichten) der abrasiv wirkenden Platte ausgeführt wird, um eine moderate Rauheit der abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte wieder aufzubauen, sollte, im Gegensatz zuen dem anfänglich Abrichten zum Formen der abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte, wie zuvor gezeigt, dies unter Verwendung weniger starker (weicher) Parameter ausgeführt werden, und zwar mit einem Druck von weniger als 100 g/cm2. Nach einer derartigen Bearbeitung, ist eine Entfernung der verbleibenden Partikel nicht erforderlich, und selbst wenn dies erforderlich ist, ist eine kurze Behandlungszeit ausreichend. Die Parameter des erneuten Abrichtens sind beispielsweise: Diamantpartikel der Größe #200; Druck des Abrichters von weniger als 50 g/cm2; und eine Abrichtzeit von weniger als 1 Minute. Gemäß diesem Zustand wird eine abrasiv wirkende Platte mit einer Oberflächenrauheit von weniger als einigen Zehnteln eines Mikrometers erzeugt werden.
  • Als nächstes wird ein Grundriss des Herstellungsprozesses der abrasiv wirkenden Platte beschrieben werden. Im Allgemeinen ist der Prozess ein Trockendruckformen begleitet von einer gleichzeitigen Wärmebehandlung. Dieser Prozess umfasst ein gleichmäßig gemischtes Pulver abrasiv wirkender Partikel und eines Bindemittels in einem gegebenen Verhältnis, die in einen Hohlraum einer Pressform gefüllt werden. Die Mischung wird komprimiert und bis zu einem bestimmten Druck erwärmt, um eine abrasiv wirkende Platte der erforderlichen Abmessungen mit gleichzeitiger Wärmebehandlung zu erzeugen. Die Wärmebehandlung wird verwendet, um das Bindemittel aufzuweichen, um die Adhäsion an die Partikel und die Bildung einer starken Matrix zu fördern.
  • Andere Verfahren umfassen ein Nassverfahren zur Herstellung der abrasiv wirkenden Platte. Ein organisches Lösungsmittel (beispielsweise Ethanol) wird in einem Container vorbereitet, und ein Bindemittel, wie beispielsweise ein Polyimidharz (Flüssigkeit oder Pulver) wird in dem organischen Lösungsmittel aufgelöst, zu dem abrasiv wirkende Partikel hinzugefügt werden. In diesem Beispiel werden abrasiv wirkende Partikel, CeO2, in einem Verhältnis hinzugefügt, das zuvor beschrieben wurde, und die Flüssigkeitsmischung wird mit einer Rührvorrichtung gerührt, um eine Einspeisungsmischung mit gleichförmig dispergierten, abrasiv wirkenden Partikeln zu erzeugen.
  • Die Einspeisungsflüssigkeit mit den gleichmäßig in dem Bindemittel verteilten Partikeln, wird in eine Wanne gegossen und in einem Vakuumofen beispielsweise bei 50°C für zwei Stunden erwärmt, um die flüchtige Flüssigkeit herauszutreiben, um einen festen Vorläufer zu bilden. Der Vorläufer wird pulverisiert, um ein pulverisiertes Pulver des Bindemittelharzes zu erzeugen, das an den abrasiv wirkenden Partikeln anhaftet. Dieses Pulver wird in einen zylindrischen Container gefüllt und von oben gepresst, um eine feste Vorform zu erzeugen. Dieser Pressvorgang bestimmt die Form der abrasiv wirkenden Platte. Die komprimierte, feste Vorform wird in einem Ofen aufgewärmt, um das Bindemittel aufzuweichen (Gel) und veranlasst dieses, an dem Bindemittel festzuschmelzen, das an den benachbarten, abrasiv wirkenden Partikeln anhaftet. Dieser Prozess erzeugt eine feste, abrasiv wirkende Platte, die aus abrasiv wirkenden Partikeln besteht, die an ein Harzmatrixmaterial gebondet sind.
  • Die abrasiv wirkenden Partikel sind in einer derartigen, abrasiv wirkenden Platte in dem Matrixmaterial verteilt, das einen gegebenen Betrag an Porosität (Öffnung) enthält, und sind durch das Bindemittel miteinander verbunden. Es wird angenommen, dass die Porosität oder Öffnung durch Luft gebildet wird, die in dem pulverisierten Pulver während des Druckformprozesses des festen Zwischenprodukts enthalten ist. Daher kann das Volumenverhältnis der Porosität in der Matrix durch das Komprimierungsverhältnis in dem Pressvorgang gesteuert werden.
  • Es ist offensichtlich, dass obwohl die Ausführungsbeispiele unter Verwendung von CeO2 und Polyimid- oder Phenolharz dargestellt sind, können abrasiv wirkende Platten, die die Selbstanhalteeigenschaften aufweisen, unter Verwendung von abrasiv wirkenden Partikeln und Bindemitteln hergestellt werden, die nicht in der bisherigen Beschreibung enthalten waren.
  • Wie oben beschrieben, besitzt das oben beschriebene Polierverfahren einen Vorteil, dass nur die erhöhten Bereiche ursprünglich schnell entfernt werden, um die Einebnung zu erleichtern, aber bei Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte eines bestimmten Zusammensetzungsbereichs das Polieren nicht weiter voranschreitet. Es gibt jedoch Fälle, die die Entfernung von weiterem Material erfordern, um die Filmdicke zu verringern. Eine derartige zusätzliche Materialentfernung nachdem die Oberfläche flach geworden ist, kann nicht unter Verwendung des oben beschriebenen Polierverfahrens ausgeführt werden. Daher weist das vorliegende Polierverfahren zwei Schritte auf: ein Polieren in der ersten Stufe mit einer abrasiv wirkenden Platte; und ein Polieren in der zweiten Stufe zum zusätzlichen Entfernen des Oberflächenmaterials auf eine erwünschte Dicke.
  • 18A, 18B sind schematische Darstellungen des Prozesses des ersten Ausführungsbeispiels des vorliegenden Verfahrens. Das Erststufenpolieren ist in 18A gezeigt, und basiert auf dem Polieren unter Verwendung der abrasiv, wirkenden Platte, die oben beschrieben wurde. Diese abrasiv wirkende Platte besitzt eine Selbstanhalteeigenschaft, die es ermöglicht, die Materialentfernungsrate zu verringern, wenn die erhöhten Bereiche des Wafers mit Halbleiterstrukturen vorzugsweise beseitigt sind und die Unebenheiten durch Polieren beseitigt werden, während ausschließlich Wasser W von der Düse 10 geliefert wird. Wenn es jedoch erforderlich ist, die Filmdicke auf einen bestimmten Wert zu steuern, ist diese abrasiv wirkende Platte nicht geeignet, da ein weiteres Polieren das Oberflächenmaterial nicht entfernt, aufgrund des Eintretens der Selbstanhaltefunktion.
  • Aus diesem Grund wird die Polierzeit gesteuert, um sicherzustellen, dass die Unebenheiten beseitigt sind. Dann wird beim in 18B gezeigten Zweitstufenpolieren ein zusätzliches Polieren ausgeführt, durch Ersetzen des Wassers mit einer Polieraufschlämmung, die eine große Menge an freien, abrasiv wirkenden Partikeln enthält. Die Aufschlämmung Q des gleichen Typs, wie sie bei dem herkömmlichen CMP verwendet werden, wird von der Düse 9 geliefert. Beispielsweise ist SC-1 (Handelsbezeichnung für das Produkt der Cabot Company), das zu einer Kolloid-Kieselerde-Gruppe gehört, geeignet. Die Aufschlämmung enthält eine große Menge an normalen abrasiv wirkenden Polierpartikeln und ermöglicht die Oberflächenmaterialentfernung mit hohen Polierraten, wie in der herkömmlichen CMP.
  • 19 zeigt schematisch die Schritte des Polierprozesses. Der erste Schritt wird nur zur Einebnung bzw. Planarisierung verwendet, und die abrasiv wirkende Platte wird verwendet, um die erhöhten Bereiche schnell einzuebnen. Nachdem die Unebenheiten durch Verwenden der abrasiv wirkenden Platte beseitigt wurden, wird die Polierrate rasch verringert, so dass die Polierzeit in der ersten Stufe gesteuert wird, wobei einige zusätzliche Zeit zugelassen wird, zusätzlich zu der Zeit die erforderlich ist, um die Unebenheiten zu beseitigen. Das Zweitstufenpolieren zielt darauf ab, einen bestimmten Betrag an Oberflächenmaterial zu entfernen und wird durch Verwenden der gleichen, abrasiv wirkenden Platte mit einer abrasiv wirkenden Aufschlämmung ausgeführt, die durch die Düse in der Polierzwischenfläche, wie in 18B gezeigt, geliefert wird. Die Polierrate wird durch den Typ der verwendeten, abrasiv wirkenden Aufschlämmung bestimmt, so dass die erwünschte Filmdicke Ax in einer relativ kurzen Zeit erhalten werden kann. Da diese Polierphase mit einer flachen Oberfläche begonnen wird, kann das CMP ein gleichmäßiges Polieren über die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers hinweg vorsehen und eine hochqualitative, gleichmäßig polierte Oberfläche kann erzeugt werden.
  • Eine gegebene Dicke des Restfilms kann durch eine zeitbasierte Steuerung und eine filmdickenbasierte Steuerung erreicht werden. 20A zeigt ein Beispiel des zeitgesteuerten Polierverfahrens unter Verwendung der in 18A gezeigten, abrasiv wirkenden Platte, und der Prozess wird bis zum Zeitpunkt T1 fortgesetzt, um eine flache Oberfläche zu erzeugen. Demgemäß wird eine Einebnung bzw. Planarisierung über die gesamte Oberfläche hinweg erreicht. Nach dem Liefern der Aufschlämmung von der Düse 9, wie in 18B gezeigt, wird das Polieren bis zum Zeitpunkt T2 fortgesetzt. Wie oben beschrieben, kann die Polierzeit durch die Art der verwendeten Aufschlämmung bestimmt werden, und es ist daher möglich, das Oberflächenmaterial zu entfernen, während das Polieren bis zu einer gegebenen Zeit fortgesetzt wird. 20B zeigt ein Beispiel des filmdickenbasierten Steuerungsverfahrens. Durch Polieren des Substrats unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte mit der in 18A gezeigten Vorrichtung, führt das Polieren zu einer Beseitigung der Unebenheiten, um eine gleichmäßig flache Oberfläche mit einer Filmdicke A1 zu erreichen. Das zusätzliche Polieren wird unter Verwendung der abrasiv wirkenden Aufschlämmung ausgeführt, während die Filmdicke überwacht wird, um eine Filmdicke A2 unter Verwendung der in 18B gezeigten Vorrichtung erhalten wird. Da der Prozess durch Überwachen der Dicke gesteuert wird, kann eine exakte Filmdicke erhalten werden.
  • Der Prozess des Umschaltens von einem Polieren mit einer „Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält" beim Erststufenpolieren zu einem Polieren mit einer „Flüssigkeit, die abrasiv wirkende Partikel enthält" beim Zweitstufenpolieren wird gemäß einem Flussdiagramm betrieben, das in 22 gezeigt ist. Der Prozess wird durch Betätigen des Öffnen und Schließens der elektromagnetischen (em) Ventile X1, X2, Y1, Y2 gesteuert, wie in 21 gezeigt. Beispielsweise befinden sich anfänglich die Ventile in der Anfangsstufe des Öffnens und Schließens, wie in 22 gezeigt, und die Lösung wird zwischen der Lieferrohrleitung und den Speichertanks (TK1, TK2) zirkuliert. In der ersten Stufe wird jedes Ventil in den Erststufenzustand, wie in 22 gezeigt, platziert und das Polieren wird unter der ausschließlichen Verwendung von Wasser W ausgeführt, das von der Düse 10 geliefert wird. Die erste Stufe wird basierend auf der Zeit gesteuert, so dass wenn die Zeit T1, die in 20A gezeigt ist, verstrichen ist, das Polieren angehalten wird. Die zweite Stufe wird begonnen, nachdem detektiert wurde, dass T1 verstrichen ist. Das Zweitstufenpolieren wird durch Liefern einer Aufschlämmung Q von der Düse 9 durch Betätigen des Ventilzustands durch einen Schalter ausgeführt, um sie, wie in 22 gezeigt, in einem Zweitstufenpolierzustand anzuordnen. Die Zeit des Beendens des Zweitstufenpolierens wird entweder durch die Zeit oder die Filmdicke gesteuert, so dass der Prozess endet, wenn die Zeit T2, die in 20A gezeigt ist, oder die Filmdicke A2, die in 20B gezeigt ist, erlangt worden ist.
  • Die 23A, 23B zeigen das zweite Ausführungsbeispiel des Polierverfahrens. 23A zeigt eine Zweitstufenpoliervorrichtung, die für das Erststufenpolieren unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte verwendet wird, und 23B zeigt eine Poliervorrichtung mit einem Diamantabrichter 16, der der in 23A gezeigten Vorrichtung hinzugefügt ist. Der Diamantabrichter 16 weist feine Diamantpartikel von einer Partikelgröße #200 auf, die in die abrasiv wirkende Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte 15 eingebettet sind, und führt die Konditionierung bzw. Bearbeitung der abrasiv wirkenden Platte 15 unter Verwendung von Wasser W aus. Wie dargestellt, wird auf einer Stelle auf der Oberfläche eines rotierenden Drehtisches 5 das Polieren des Wafers W durch die abrasiv wirkende Platte ausgeführt, während an einer anderen Stelle das Abrichten der abrasiv wirkenden Platte durch Pressen des Abrichters 16 auf die abrasiv wirkende Oberflä che der abrasiv wirkenden Platte ausgeführt wird, während Wasser W von der Düse 10 geliefert wird.
  • Das Erst- und Zweitstufenpolieren in dem zweiten Ausführungsbeispiel werden durch Schalten einer Reihe von Ventilen unter Verwendung der in 24 gezeigten Schaltvorrichtung gemäß dem in 25 gezeigten Flussdiagramm gesteuert. Das Erststufenpolieren wird ausschließlich unter Verwendung von Wasser W aus der Düse 10 durch Anordnen der Ventile und des Abrichters in dem Zustand, der für das Erststufenpolieren in 25 gezeigt ist, ausgeführt. Die erste Stufe wird auf der Zeit basierend gesteuert, so dass wenn die in 20A gezeigte Zeit verstrichen ist, das Polieren angehalten wird. Auf diese Weise wird das Zweitstufenpolieren begonnen, nachdem detektiert wurde, dass T1 verstrichen ist. Der Zweitstufenpolierbetrieb mit gleichzeitigem Abrichtbetrieb wird durch Liefern von Wasser W von der Düse 10 und abrasiv wirkender Partikel, die durch den Abrichter 16 erzeugt werden, ausgeführt, während die Ventile und der Abrichter durch die Schaltvorrichtung in einem Zweitstufenzustand angeordnet werden, der in 25 gezeigt ist. Die allgemeinen Betriebsbedingungen für den Abrichter 16 sind ungefähr die Folgenden: Drehgeschwindigkeit von 30 U/min; und ein Polierdruck von 50 g/cm2. Die Zeit zur Beendigung des Zweitstufenpolierens wird basierend auf entweder der Zeit oder der Filmdicke gesteuert, so dass der Prozess zum Zeitpunkt T2 endet, der in 20A gezeigt ist, oder wenn die Filmdicke A2 erlangt ist, wie in 20B gezeigt.
  • 26 zeigt schematisch das dritte Ausführungsbeispiel des Polierverfahrens, und 27 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung. Ein Wafer 4, bei dem die Erststufenpolierung unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte 15, gezeigt in 26A, durchgeführt wurde, wird zu einer herkömmlichen CMP-Vorrichtung, gezeigt in 26B, übertragen, wobei ein Poliertuch 6 und eine Aufschlämmung verwendet werden, die abrasiv wirkende Partikel enthält, und zwar durch einen herkömmlichen chemischen und mechanischen Polierprozess. Dieser CMP-Betrieb kann unter Verwendung einer einzelnen herkömmlichen Vorrichtung ausgeführt werden, er kann jedoch in einer kombinierten Art und Weise mit der Poliervorrichtung verwendet werden, die die abrasiv wirkende Platte aufweist, so dass beide in einer komplementären Art und Weise verwendet werden können. Und zwar aufgrund der Selbstanhaltefunktion der abrasiv wirkenden Platte unter Verwendung von Wasser oder chemischer Lösung wird die Oberflächenentfernung selbst in einem nachfolgenden Polierprozess nicht fortschreiten, nachdem die Unebenheiten in dem Polierprozess beseitigt worden sind. Andererseits, da das Poliertuch des herkömmlichen chemisch-mechanischen Polierens elastisch ist, wird das CMP unter Verwendung der Aufschlämmung Oberflächenmaterial von sowohl den erhöhten Bereichen als auch vertieften Bereichen entfernen, so dass dies den Nachteil besitzt, dass es schwierig ist, den Höhenunterschied schnell zu verringern. Das herkömmliche CMP besitzt jedoch den Vorteil, dass selbst eine flache Oberfläche mit einer hohen Polierrate poliert werden kann, und eine höchst flache, polierte Oberfläche erhalten werden kann. Daher kann gemäß einer Kombination des Erststufenpolierens unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte mit Wasser oder eine Lösung ohne abrasiv. wirkende Partikel und dem Zweitstufenpolieren unter Verwendung des herkömmlichen CMP mit einem Poliertuch und einer Aufschlämmung einschließlich ausreichender abrasiv wirkenden Partikel, eine flache Oberfläche mit einer Restfilmdicke eines erwünschten Werts in einer kurzen Gesamtzeitdauer auf einer Substratoberfläche mit Unebenheiten darauf, erhalten werden. Der Prozess kann gesteuert werden, wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, und zwar durch zeitbasierte Steuerverfahren oder filmdickenbasierte Steuerverfahren.
  • 27 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung, in der eine Poliervorrichtung 71, die eine abrasiv wirkende Platte verwendet, und eine Poliervorrichtung 72, die ein Poliertuch 6 verwendet, in einem gemeinsamen Polierraum 78 seitlich angeordnet sind. Die erste Vorrichtung 71 führt das Polieren unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte 15 mit einer Selbstanhaltefunktion aus, während Wasser oder eine chemische Lösung von der Düse 10 geliefert wird. Die zweite Vorrichtung 72 führt das chemisch-mechanische Polieren mit einer Aufschlämmung aus, die reichlich vorhandene, abrasiv wirkende Partikel enthält, die auf das Tuch 6 von der Düse 9 geliefert wird. In dieser Anlage, wird der Wafer 4 durch die Lieferöffnung 73 geliefert und wird auf einen Transporttisch 70 platziert, der innerhalb des Polierraums 78 angeordnet ist, und wird durch die Vorrichtung 71 unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte 15 poliert und nachdem die Oberfläche flach geworden ist und die Höhenunterschiede beseitigt worden sind, wird der Wafer 4 zu der Vorrichtung 72 zur zusätzlichen Materialentfernung durch einen CMP-Prozess übertragen. In der Vorrichtung 72 kann eine abrasiv wirkende Platte zur zusätzlichen Oberflächenentfernung und Fertigstellungspolitur installiert werden. Die zweite abrasiv wirkende Platte sollte in diesem Fall feinere, abrasiv wirkende Partikel und ein höheres Porositätsverhältnis als die abrasiv wirkende Platte 15 in der ersten Vorrichtung 71 aufweisen, so dass die freien, abrasiv wirkenden Partikel in einfacherer Weise aus der abrasiv wirkenden Oberfläche selbstgeneriert werden. Die Härte des Bindemittels der abrasiv wirkenden Fertigstellungsplatte sollte geringer sein als die der abrasiv wirkenden Platte 15.
  • Die 28, 29 zeigen jeweils eine perspektivische Innenansicht und eine Draufsicht einer Vorrichtung 80 mit einem Drehtisch, die ein Poliertuch 6 und eine abrasiv wirkende Platte 15 besitzt, die konzentrisch damit angeordnet ist. Die Vorrichtung 80 führt das Polieren unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte 15 aus, und dann wird der Top-Ring 1, der den Wafer 4 trägt, zu dem Tuch 6 übertragen und eine zusätzliche Oberflächenmaterialentfernung und Fertigstellungspoliervorgänge werden durch Liefern der Aufschlämmung Q von der Düse (nicht gezeigt) ausgeführt.
  • Wie in den 28, 29 gezeigt, besteht aufgrund des Mittelabschnitts und Umfangsabschnitts, der durch die konzentrische Anordnung des Tischs der abrasiv wirkenden Platte und des Tischs des Tuchs erzeugt wird, keine Notwendigkeit, zwei Drehtische vorzusehen, selbst wenn erste und zweite Polierstufen vorgesehen sind. Die Vorrichtung ist kompakt und nur ein Motor ist für beide Betriebe erforderlich. Wie in den Figuren gezeigt, ist zur Vermeidung der Vermischung der Flüssigkeiten, die für das Polieren mit der abrasiv wirkenden Platte und das Polieren mit dem Tuch verwendet werden, d.h. dem Wasser oder der chemischen Lösung und der Aufschlämmung, eine Ablassnut 81 dazwischen vorgesehen. In diesem Fall wird der Mittelabschnitt für die abrasiv wirkende Platte 15 verwendet und der äußere Abschnitt wird für das Tuch 6 verwendet, aber diese Anordnung kann umgekehrt werden, so dass der Mittelabschnitt für das Tuch 6 verwendet wird und der äußere Abschnitt für die abrasiv wirkende Platte 15 verwendet wird. Ebenfalls können der Mittelabschnitt und der äußere Abschnitt beide die abrasiv wirkende Platte aufweisen, so dass die Oberflächeneinebnung und die zusätzliche Materialentfernung mit unterschiedlichen, abrasiv wirkenden Platten, wie erforderlich, ausgeführt werden kann.
  • 30 zeigt eine Gesamtansicht der Anlage, die für ein Ausführungsbeispiel der Poliervorrichtung der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung weist einen Polierabschnitt 130 und einen Reinigungsabschnitt 150 auf. Der Polierabschnitt 130 weist einen zentral angeordneten Drehtisch 133 mit der abrasiv wirkenden Platte der vorliegenden Erfindung, eine Poliereinheit 137 mit einem Top-Ring 135, der auf einer Seite des Tischs 133 angeordnet ist, eine Abrichteinheit 141 mit einem Abrichtwerkzeug 139 und die auf der gegenüberliegenden Seite des Tisches 133 angeordnet ist, und eine Werkstückfördereinrichtung 143 auf, die neben der Poliereinheit 137 angeordnet ist. In dem Waschabschnitt 150 sind zwei Transportroboter 101, die in der Richtung eines Pfeils G bewegbar sind, in dem Mittelbereich angeordnet, und auf einer Seite der Roboterlinie sind erste und zweite Waschvorrichtungen 155, 157 und ein Schleudertrockner (oder Trockner mit Waschfähigkeit) 159 parallel zueinander angeordnet, und auf der gegenüberliegenden Seite sind zwei Werkstückumdrehvorrichtungen 161, 163 parallel zueinander angeordnet. Eine Kassette 165, die unpolierte Wafer enthält, ist in der in der Fig. gezeigten Position angeordnet, und der Transportroboter 101 auf der rechten Seite entfernt einen Wafer nach dem anderen und überführt ihn zu der Umdrehvorrichtung 163, die den Wafer umdreht. Der umgedrehte Wafer wird von dem rechten Roboter 101 zu dem linken Roboter 101 übergeben und zu der Werkstückfördereinrichtung 143 des Polierabschnitts 130 transportiert.
  • Der Wafer auf der Fördereinrichtung 143 wird auf der unteren Seite des Top-Rings 135 der Poliereinheit 137 gehalten, wobei er sich entlang der gepunkteten Linie bewegt, und wird oberhalb des Drehtischs 133 übertragen, um auf der Polieroberfläche 134 des rotierenden Drehtischs 133 poliert zu werden. Der polierte Wafer wird wiederum zu der Fördereinrichtung 143 zurückgeführt, zu der Umdrehvorrichtung 161 durch den linken Roboter 101 überführt und wird gewaschen und da durch umgedreht. Dann wird der polierte Wafer durch die primären und sekundären Waschvorrichtungen 155, 157 unter Verwendung von Wasser oder chemischer Lösung gewaschen, und in dem Schleudertrockner geschleudert und getrocknet, und wird zu der ursprünglichen Kassette 165 durch den rechten Roboter 101 zurückgeführt. Nachdem der Top-Ring 135 das Polieren des Wafers abschließt, bewegt sich die Abrichteinheit 141 herüber zu dem Drehtisch 133, wobei sie der gepunkteten Linie folgt, und presst das drehende Abrichtwerkzeug 139 auf die Polieroberfläche des rotierenden Drehtischs 133, um die Behandlung der Polieroberfläche 134 auszuführen. Es sei bemerkt, dass der Aufbau des Drehtischs 133 jegliche selbstdrehende Bauart aufweisen kann, sowohl den Scroll-Typ als auch den Cup-Typ.
  • Die Polieranlage kann innerhalb eines Reinraums verwendet werden. Da die Poliereinheit eine reichliche Menge an kontaminierenden Substanzen erzeugt, sollte die gesamte Poliervorrichtung in einem geschlossenen Gehäuse enthalten sein, und die Dunst- und Staubpartikel, die von dem Polierabschnitt und den Reinigungsabschnitten erzeugt werden, werden durch eine Entlüftungsvorrichtung abgegeben und chemische Filter sind in der Decke zum Liefern von reiner Luft in den Raum angeordnet. Der Druck innerhalb der Anlage wird niedriger gehalten als der Druck im Umgebungsbereich (Reinraum), so dass keine Leckage kontaminierter Luft, Dunst- und Staubpartikel aus der Anlage heraus stattfindet. Die abrasiv wirkenden Partikel bestehen aus Partikeln hoher Reinheit und die Partikelkontamination wird durch Waschen und Trocknen der polierten Wafer, bevor diese zu der Waferkassette zurückgeführt werden, verhindert und daher wird eine Kontamination durch metallische Kontaminanten und Partikel vermieden und die Atmosphäre des Reinraums wird nicht kontaminiert.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine abrasiv wirkende Platte mit der Selbstanhaltefunktionalität bzw. -fähigkeit durch Optimieren der Proportionen der abrasiv wirkenden Partikel, des Bindemittels und der Porosität in der abrasiv wirkenden Platte vor. Eine Poliervorrichtung unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte weist eine schnelle Abflachung bzw. Einebnung der Oberfläche auf, aber nachdem die Oberfläche abgeflacht bzw. eingeebnet wurde, tritt keine weitere Materialentfernung auf. Daher kann dieser Prozess durch Anpassen der Polierdauer gesteuert werden und die Oberflächengleichmäßigkeit wird verbessert. Die Übernahme der Erst- und Zweitstufenpolierverfahren der vorliegenden Erfindung ermöglichen es, die Unebenheiten beim Erststufenpolieren in schneller Weise zu beseitigen, und beim Zweitstufenpolieren kann eine Oberflächenmaterialentfernung gleichmäßig über die gesamte Oberfläche hinweg durch Polieren unter der Bedingung einer hohen Konzentration freier Partikel erreicht werden. Der kombinierte Polierprozess erzeugt rasch eine flache Oberfläche, während die Dicke des verbleibenden Films durch gleichmäßiges Entfernen des Oberflächenmaterials von dem abgeflachten Wafer gesteuert wird. Das Polierverfahren ist daher auf das Präzisionspolieren von Wafern mit Halbleiterstrukturen anwendbar.

Claims (19)

  1. Eine abrasiv wirkende Platte bzw. Polierscheibe (15) zum Polieren eines Objektes (4) mit einem erhöhten und vertieften Muster darauf, um eine flache, spiegelpolierte Oberfläche zu erzeugen, wobei die abrasiv wirkende Platte abrasiv wirkende Partikel, ein Bindermaterial und eine Porosität aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasiv wirkende Platte abrasiv wirkende Teilchen mit einer chemischen Reinheit von mehr als 90% und einer Na-Konzentration unterhalb 100 ppm aufweist.
  2. Eine abrasiv wirkende Platte nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der abrasiv wirkenden Partikel und des Bindermaterials 1:x ist, wobei x nicht kleiner ist als 0,5 hinsichtlich des Volumens (das Bindermaterial pro 1 Einheit der abrasiv wirkenden Partikel ist nicht kleiner als 0,5 Einheiten) und ein Anteil der abrasiv wirkenden Partikel, des Bindermaterials und der Porosität liegt bei nicht weniger als 10%, nicht mehr als 60% bzw. bei 10 bis 40% hinsichtlich des Volumens.
  3. Eine abrasiv wirkende Platte nach Anspruch 2, wobei der Anteil der abrasiv wirkenden Partikel, des Bindermaterials und der Porosität bei 10-60%, 30-60% bzw. 10-40% hinsichtlich des Volumens liegt.
  4. Verfahren zum Polieren eines Objektes (4) mit einem erhöhten und vertieften Muster darauf, zur Erzeugung einer flachen, spiegelpolierten Oberfläche, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte (15) gemäß Anspruch 1.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine zweite Politur durchgeführt wird, und zwar unter Verwendung eines Poliertuchs, nachdem die erste Politur unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte beendet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine zweite Politur durchgeführt wird unter Verwendung einer zweiten abrasiv wirkenden Platte, nachdem die erste Politur unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte beendet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polieren durchgeführt wird nach dem Aufbereiten bzw. Abrichten einer abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte, um eine mikro-raue Oberflächenstruktur zu bilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei weiterhin Folgendes vorgesehen ist: Aufbereiten bzw. Abrichten einer abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte, um eine fein aufgeraute Oberflächenstruktur zu bilden; Entfernen von freigelegten Partikeln, die an der Oberfläche anhaften; und Polieren des Objektes.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polieren durchgeführt wird, während gleichzeitig eine Aufbereitung der Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte vorgenommen wird, um eine fein aufgeraute Oberflächenstruktur zu bilden.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polieren durchgeführt wird, während eine, keine abrasiv wirkenden Partikel enthaltende Flüssigkeit zugeführt wird, um so freie abrasiv wirkende Partikel, die sich von der abrasiv wirkenden Oberfläche der abrasiv wirkenden Platte gelöst haben, zu erzeugen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält, Wasser oder eine chemische Lösung ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polieren unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte durchgeführt wird, die abrasiv wirkende Partikel mit Teilchengröße von nicht mehr als 0,5 µm, ein Bindermittel und eine Porosität aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: Polieren des Objektes durch Zuführen einer Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält, und zwar für eine vorbestimmte Zeitperiode; und weiteres Polieren des Objekts durch Liefern von abrasiv wirkenden Partikeln, um so eine zusätzliche Entfernung eines Oberflächenmaterials vorzusehen, um gleichmäßig eine bestimmte Film- oder Schichtdicke zu entfernen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das zusätzliche Entfernen eines Oberflächenmaterials mit der abrasiv wirkenden Platte durchgeführt wird, und zwar durch Zuführen einer Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält für eine bestimmte Zeitdauer, gefolgt von einer zusätzlichen Politur durch Liefern einer abrasiv wirkenden Partikel-enthaltenden Schlämme bzw. Mischung an die zu polierende Oberfläche.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zusätzliche Entfernung eines Oberflächenmaterials durchgeführt wird durch: Polieren unter Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte und Zuführen einer Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält für eine bestimmte Zeitdauer; und Zusätzliches Polieren während gleichzeitig eine Aufbereitung der abrasiv wirkenden Platte erfolgt, und zwar mit einer Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält, wodurch freie abrasiv wirkende Partikel daraus erzeugt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zusätzliche Entfernung eines Oberflächenmaterials durchgeführt wird durch: Polieren unter Verwendung einer abrasiv wirkenden Platte und Liefern einer Flüssigkeit, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält für eine bestimmte Zeitdauer; und Zusätzliches Polieren unter Verwendung eines Poliertuchs und einer abrasiv wirkende Partikel-enthaltenden Schlämme bzw. Mischung.
  17. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die abrasiv wirkenden Partikel CeO2 aufweisen und wobei das Bindermittel Polyimid-Harz aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die abrasiv wirkenden Partikel mindestens eine der folgenden Verbindungen aufweist: SiO2, Al2O3, ZrO2, MnO2 und Mn2O3 und wobei ferner das Bindemittel mindestens einen der folgenden Stoffe aufweist: Phenol-Harze, Urethan-Harze, Epoxy-Harze und Polyvinyl-Alkohol-Harze.
  19. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polieren durchgeführt wird unter Verwendung der abrasiv wirkenden Platte und einer Flüssigkeit aus Wasser oder einer chemischen Lösung ohne Verwendung einer abrasiv wirkenden Schlämme bzw. Mischung, die abrasiv wirkende Partikel enthält.
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