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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Poliertuchs
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Poliertücher werden
im Bereich der Halbleitertechnik für CMP-Prozesse eingesetzt, um Oberflächen von
Halbleitermaterialien mit einem chemisch-mechanischen Polierverfahren
zu bearbeiten, insbesondere um die Oberfläche eines Halbleiterbausteins
zu planarisieren und/oder abzutragen.
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CMP-Prozesse
werden insbesondere bei elektronischen Speicherelementen eingesetzt,
die in der Regel schichtweise aus unterschiedlichen Materialien
aufgebaut sind. Beim Aufbau der Speicherelemente werden nach einem
Aufbau- und Strukturierungsschritt, der z.B, in einem Ätzen, Sputtern
oder einer Oxidabscheidung besteht, ein Planarisierungsschritt durchgeführt, da
der Schichtaufbau in der Regel nicht die erforderlichen, hochpräzisen Oberflächenanforderungen
erfüllt.
Beim CMP-Prozess werden möglichst
topographieselektiv höher
liegende Oberflächenbereiche
durch ein Zusammenwirken flüssiger
Chemikalien und auf der Oberfläche
bewegter Abrasivkörper,
wie z.B. frei bewegliche oder in einem Poliertuch fixierte Polierkörner, präzise abgetragen.
Die Poliertücher
können
aus verschiedensten Materialien bestehen und beispielsweise mit
oder ohne Polierkörner
ausgebildet sein. Beim Polieren oder Schleifen der Halbleiteroberfläche wird
das Poliertuch unter Anwendung von mechanischem Druck und unter
Zuhilfenahme chemischer Substanzen translatorisch und/oder rotatorisch über die
Halbleiteroberfläche
geführt.
Dieser Vorgang führt
jedoch zu einer Veränderung
der mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften, die wiederum
einen Einfluss auf den chemisch-mechanischen
Poliervorgang haben.
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Beim
Polieren der Halbleiteroberfläche
tritt zudem eine Veränderung
der Oberflächenschicht des
Poliertuchs, insbesondere eine Verglasung des Poliertuchs, auf.
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Deshalb
ist es erforderlich, dass das Poliertuch in regelmäßigen Abständen wieder
aufbereitet und in einen Ausgangszustand versetzt wird. Hierzu besitzen
CMP-Anlagen Konditionierwerkzeuge, mit denen das Poliertuch bearbeitet
wird. Dabei wird das Konditionierwerkzeug, das eine Bearbeitungsscheibe
aufweist, mit Rotationsbewegungen und einem festgelegten Druck über das
Poliertuch geführt.
Bei diesem Konditioniervorgang wird die Oberfläche des Poliertuchs mit der
Bearbeitungsscheibe oder dem Ring aufbereitet und es werden beispielsweise
Ablagerungen oder Verunreinigungen aus dem Poliertuch herausgebürstet bzw.
entfernt und zudem die Struktur des Poliertuchs wieder in einen
Ausgangszustand gebracht. Bei dem Konditioniervorgang werden vorzugsweise
auch Chemikalien wie z.B. Ammoniak-Lösungen unterstützend eingesetzt.
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Beim
Konditioniervorgang wird vorzugsweise ein makrogeometrisches ebenes
Poliertuch erzeugt. Zudem wird vorzugsweise eine Verglasung der
Oberflächenschicht
des Poliertuchs abgebürstet und
entfernt. Weiterhin ist es in vielen Fällen vorteilhaft, wenn das
Poliertuch eine definierte Rauhigkeit aufweist. Auch diese definierte
Rauhigkeit wird vorzugsweise durch den Konditioniervorgang wieder hergestellt.
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Aus
DE 101 31 668 A1 ist
ein Verfahren zur abrasiven Bearbeitung von Oberflächen bekannt,
bei dem ein Poliertuch mit einem Polierkornträger und darin fixierten Polierkörnern zur
Bearbeitung von Halbleiterwafern eingesetzt wird. Zur Regenerierung des
Poliertuchs wird in regelmäßigen Abständen ein Konditionierschritt
durchgeführt,
bei dem das Poliertuch wieder in den Ausgangszustand versetzt wird.
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Aus
DE 197 37 854 A1 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen eines Poliertuchs beschrieben,
bei dem das Po liertuch mithilfe eines Gas-Wasser-Gemisches gereinigt
wird, das mit einem hohen Druck über
eine Abstrahldüse
in einem flachen Winkel auf das zu reinigende Poliertuch gespritzt
wird. Bei diesem Verfahren wird die Reinigung des Poliertuchs über dem
Wasserstrahl erreicht. Weiterhin ist es bekannt, ein Poliertuch
mithilfe eines Ultraschallreinigungsverfahrens wieder aufzubereiten.
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Die
bisher bekannten Verfahren zum Konditionieren eines Poliertuchs,
d.h. zum Wiederaufbereiten des Poliertuchs ein einen definierten
Anfangszustand, sind bisher zeitgesteuert. Dabei wird das Poliertuch
mit dem Konditionierwerkzeug über
eine festgelegte Zeitdauer aufbereitet. Die Zeitdauer ist experimentell
ermittelt und so gewählt,
dass das Poliertuch in einen gewünschten
Ausgangszustand versetzt wird. Dieses Verfahren ist jedoch relativ
ungenau in der Erreichung des gewünschten Ausgangszustands des
Poliertuchs.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren
zum Aufbereiten eines Poliertuchs bereitzustellen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch
1 besteht darin, dass während
des Aufbereitens des Poliertuchs der Aufbereitungszustand des Poliertuchs überwacht wird
und die Aufbereitung beendet wird, wenn ein festgelegter Aufbereitungszustand
erreicht wird. Auf diese Weise ist eine flexible Festlegung der
Zeitdauer des Aufbereitungsverfahrens in Abhängigkeit von dem Zustand des
Poliertuchs möglich.
Dadurch wird eine optimale Zeitdauer auch bei verschiedensten Zuständen des
Poliertuchs erreicht. Zudem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
sichergestellt, dass das Poliertuch einen festgelegten Zustand nach
der Aufbereitung aufweist. Beispielsweise kann eine zu lange Aufbereitung
des Poliertuchs zu einem erhöhten
Verschleiß oder
einer Beschädigung
des Poliertuchs führen.
Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
sicher vermieden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch
erreicht, dass der Zustand des Poliertuchs während der Aufbereitung überwacht
wird und dass das Aufbereitungsverfahren beendet wird, wenn ein festgelegter
Zustand des Poliertuchs erreicht wird.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Poliertuch mit einem mechanischen Aufbereitungsverfahren
aufbereitet, wobei ein Reinigungswerkzeug zum Aufbereiten des Poliertuchs
mit einem mechanischen Druck auf das Poliertuch gedrückt und über das
Poliertuch bewegt wird. Versuche haben gezeigt, dass die zwischen
dem Reinigungswerkzeug und dem Poliertuch wirkende Reibungskraft
von dem Zustand des Poliertuchs abhängt. Somit kann über die
zwischen dem Poliertuch und dem Reinigungswerkzeug wirkende Reibungskraft
ein festgelegter Zustand des Poliertuchs erfasst werden und damit
in Abhängigkeit
von der herrschenden Reibungskraft und/oder in Abhängigkeit
von der Änderung
der herrschenden Reibungskraft das Aufbereitungsverfahren des Poliertuchs
beendet werden. Im Fall der mechanischen Wechselwirkung zwischen
dem Reinigungswerkzeug und dem Poliertuch bietet die Erfassung der
Reibungskraft eine einfache und präzise Steuerung des Aufbereitungsverfahrens.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird das Reinigungswerkzeug und/oder das Poliertuch mithilfe eines
Motors bewegt, insbesondere mit einer festgelegten Drehzahl. Bei
dieser Anordnung bietet die Erfassung des Motorstroms einen einfachen
Parameter, um bei einer vorliegenden Änderung und/oder einem vorliegenden
Wert des Motorstroms als Maß für die Reibungskraft
ein Erreichen eines gewünschten
Aufbereitungszustands des Poliertuchs zu erkennen und damit das
Verfahren zur Aufbereitung des Poliertuchs zu beenden.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Aufbereitungszustand des Poliertuchs über das Erfassen einer festgelegten Änderung und/oder
das Erfassen eines festgelegten Zustands der Oberflächenstruktur
des Poliertuchs gesteuert. Dabei kann beispielsweise die Planheit
des Poliertuchs als Parameter für
die Struktur der Poliertuchoberfläche verwendet werden. Weist
das Poliertuch eine vorgegebene Planheit auf, wobei die Oberfläche des
Poliertuchs Höhenschwankungen
nur in einem festgelegten Bereich aufweist, so wird ein festgelegter
Aufbereitungszustand des Poliertuchs erkannt und das Verfahren zur
Aufbereitung des Poliertuchs beendet.
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Vorzugsweise
wird die Struktur der Poliertuchoberfläche mittels eines optischen
Messverfahrens erfasst.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird für
die Erfassung des Aufbereitungszustands des Poliertuchs die Dicke
des Poliertuchs erfasst und bei Erreichen einer festgelegten Dicke
und/oder einer festgelegten Dickenänderung das Aufbereitungsverfahren beendet.
Die Dicke des Poliertuchs stellt einen einfach zu erfassenden Parameter
dar, der zudem eine ausreichende Aussage über den Aufbereitungszustand
des Poliertuchs ermöglicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem eine mechanische Wechselwirkung zwischen dem Reinigungswerkzeug
und dem Poliertuch auftritt, wird zur Erkennung eines festgelegten
Aufbereitungszustands des Poliertuchs die Temperatur des Poliertuchs
erfasst und bei Erfassen einer festgelegten Änderung der Temperatur oder
einer festgelegten Temperatur das Aufbereitungsverfahren beendet. Die
Temperatur des Poliertuchs stellt einen einfach zu erfassenden Parameter
dar, der von der Reibungskraft abhängt, die zwischen dem Poliertuch und
dem Reinigungswerkzeug während
der Aufbereitung herrscht und deshalb als Parameter für den Aufbereitungszustand
des Poliertuchs verwendet werden kann.
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In
einem weiteren bevorzugten Verfahren, bei dem eine Flüssigkeit
zur Aufbereitung des Poliertuchs verwendet wird, wobei das Poliertuch
während des
Aufbereitungsverfahrens mit der Flüssigkeit gespült wird,
wird der pH-Wert der Flüssigkeit
erfasst und bei einer festgelegten Änderung und/oder bei einem
festgelegten Wert des pH-Werts das Aufbereitungsverfahren beendet.
Dieses Verfahren ist insbesondere dann einsetzbar, wenn sich im
Poliertuch während
des CMP-Verfahrens chemische Poliermittel angereichert haben.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
bei der zur Aufbereitung des Poliertuchs eine Spülflüssigkeit verwendet wird, wird
zum Erkennen eines gewünschten
Aufbereitungszustands des Poliertuchs eine Konzentration eines festgelegten
Stoffes erfasst und bei einer festgelegten Änderung und/oder bei einer
festgelegten Konzentration des Stoffes das Aufbereitungsverfahren
beendet. Als Stoff kann ein beim CMP-Prozess eingesetztes Poliermittel oder
ein beim CMP-Prozess abgetragenes Material verwendet werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Anordnung einer ersten Vorrichtung zum Aufbereiten
eines Poliertuchs;
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2 eine
zweite schematische Anordnung zur Aufbereitung eines Poliertuchs;
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3 eine
Anordnung mit einer Reibungsmesseinheit; und
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4 eine
Anordnung mit einer kapazitiven Messeinheit.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine erste Anordnung zur Aufbereitung
eines Poliertuchs 1. Das Poliertuch 1 ist auf
einem Tuchträger 2 befestigt,
der über
eine erste Achse 3 mit einem ersten Motor 4 verbunden
ist. Der Tuchträger 2 und das
Poliertuch 1 sind in einem Spülbecken 5 angeordnet.
Oberhalb des Poliertuchs 1 ist ein Konditionierwerkzeug 6 angeordnet,
das wiederum drehbar mit einem zweiten Motor 7 verbunden
ist. Der zweite Motor 7 ist wiederum an einer Führungsachse 8 gehaltert,
die mit einem Antrieb 9 verbunden ist.
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Weiterhin
ist ein Zuleitungsrohr 10 mit einer Öffnung oberhalb des Poliertuchs 1 angeordnet
und das Spülbecken 5 weist
einen Abfluss 11 auf. Über das
Zuleitungsrohr 10 wird eine Spülflüssigkeit auf eine Oberfläche 12 des
Poliertuchs 1 geführt,
die seitlich am Poliertuch 1 wieder abfließt und über einen
Boden des Spülbeckens 5 zu
einem Abfluss 11 fließt
und das Spülbecken 5 verlässt.
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Das
Konditionierwerkzeug 6 weist eine Bearbeitungsfläche 13 auf,
die beispielsweise aus Diamanten besteht. Das Konditionierwerkzeug 6 wird dazu
verwendet, um das Poliertuch 1 wieder in einen gewünschten
Ausgangszustand zu versetzen. Der Ausgangszustand wird sowohl von
der Struktur der Oberfläche 12 des
Poliertuchs 1, von mechanischen Eigenschaften wie Rauheit,
Weichheit usw, und durch Verunreinigungen des Poliertuchs 1 bestimmt. Somit
hat das Konditionierwerkzeug 6 die Aufgabe, das Poliertuch 1 sowohl
zu reinigen, als auch die Struktur des Poliertuchs 1, insbesondere
die Oberfläche 12 des
Poliertuchs 1 wieder in einen Ausgangszustand zu bringen.
Für die
Vielzahl von existierenden chemisch-mechanischen Polierverfahren
gibt es eine Vielzahl von unterschiedlich aufgebauten Poliertüchern 1.
Die Poliertücher 1 unterscheiden
sich sowohl in mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der Rauheit,
der Oberflächenstruktur,
der Weichheit usw., als auch in den Materialien, aus denen die Poliertücher 1 hergestellt
sind. Zudem ist es beispielsweise bekannt, für einen „fixed abrasive" CMP-Prozess ein
Poliertuch zu verwenden, in dem Polierkörner in einem Polierkornträger integriert
sind. Entsprechend den unterschiedlichen Arten von Poliertüchern gibt
es auch entsprechende unterschiedliche Arten von Bearbeitungsflächen 13,
mit denen ein Konditionierwerkzeug 6 ausgestattet sein
kann. Das Konditionierwerkzeug wird auch auf das abgetragene Material
und das Prozessziel abgestimmt. Die Bearbeitungsfläche 13 ist
jeweils auf das entsprechende Poliertuch 1 abgestimmt.
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Zur
Aufbereitung des Poliertuchs 1 wird das Poliertuch 1 über den
ersten Motor 4 um eine Mittenachse gedreht. Gleichzeitig
wird die Bearbeitungsfläche 13 des
Konditionierwerkzeugs 6 ebenfalls um eine Mittenachse durch
den zweiten Motor 7 gedreht und die Bearbeitungsfläche 13 wird
auf die Oberfläche 12 des
Poliertuchs 1 mit einem festgelegten Druck aufgelegt. Gleichzeitig
wird die Position des Konditionierwerkzeugs 6 während des
Aufbereitungsvorgangs in axialer Richtung durch den Antrieb 9 von
einem Randbereich des Poliertuchs 1 bis in einen Mittenbereich,
der über
der Mittenachse des Poliertuchs 1 angeordnet ist, hin-
und herbewegt. Zudem wird Spülflüssigkeit
auf die Oberfläche 12 über das
Zuleitungsrohr 10 geleitet.
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In
dem bisherigen Verfahren wurde der Aufbereitungsvorgang nach einer
vorgegebenen Zeit gesteuert. Im Gegensatz dazu wird nun der Aufbereitungszustand
des Poliertuchs verwendet, um den Aufbereitungsvorgang zu beenden.
Zur Erfassung des Aufbereitungszustands des Poliertuchs 1 können verschiedene
Parameter verwendet werden. Die verwendeten Parameter hängen sowohl
von der Art des Poliertuchs, als auch von der Art des CMP-Prozesses
ab, bei dem das Poliertuch eingesetzt wurde.
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Der
erste Motor 4, der zweite Motor 7 und der Antrieb 9 stehen über Strom-
und Steuerleitungen 14, 15, 16 mit einem
Steuergerät 17 in
Verbindung. Das Steuergerät 17 steuert
sowohl die Drehzahl des ersten, als auch des zweiten Motors 4, 7.
Weiterhin sind in einer ersten Ausführungsform ein erster Stromsensor 18 an
ersten Stromleitungen 14 des ersten Motors 1 und
ein zweiter Stromsensor 19 an zweiten Stromleitungen 15 des
zweiten Motors 7 angeordnet. Der ersten Stromsensor 18 und
der zweite Stromsensor 19 stehen über Signalleitungen mit dem
Steuergerät 17 in
Verbindung. In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
reicht auch die Anordnung nur eines Stromsensors 18, 19 entweder
beim ersten oder beim zweiten Motor 4, 7 aus.
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Versuche
haben gezeigt, dass sich der Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 in
der Reibungskraft zeigt, die zwischen dem Konditionierwerkzeug 6 und
dem Poliertuch 1 während
des Aufbereitungszustands vorliegt.
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Somit
kann durch Erfassung der während des
Aufbereitungszustands vorliegenden Reibungskraft, die zwischen dem
Konditionierwerkzeug 6 und dem Poliertuch 1 herrscht,
der Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 erfasst werden.
Zur Erfassung der Reibungskraft können verschiedene Parameter
verwendet werden. Wird beispielsweise der erste Motor 4 und/oder
der zweite Motor 7 mit konstanter Drehzahl während des
Aufbereitungsverfahrens angetrieben, so kann durch eine Veränderung
der Stromaufnahme durch den ersten und/oder den zweiten Motor 4, 7 eine
Veränderung
in der zwischen dem Konditionierwerkzeug 6 und dem Poliertuch 1 wirkenden
Reibungskraft erkannt werden. Dazu überwacht das Steuergerät 17 über die
Stromsensoren 18, 19 die Stromaufnahme des ersten
und/oder des zweiten Motors 4, 7. In einem Speicher
des Steuergeräts 17 sind
festgelegte Stromänderungen
und/oder festgelegte Stromwerte abgelegt, die einem gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 entsprechen. Erkennt nun das Steuergerät 17,
dass während des
Aufbereitungszustands die im Speicher abgelegte Stromänderung
und/oder die im Speicher abgelegten Stromwerte für den ersten und/oder den zweiten Motor 4, 7 vorliegen,
so wird vom Steuergerät 17 der Aufbereitungsvorgang
des Poliertuchs 1 abgebrochen. Die im Speicher abgelegten
Stromänderun gen und/oder
Stromwerte sind experimentell für
das verwendete Konditionierwerkzeug und das verwendete Poliertuch
zu ermitteln, da diese sowohl von der Art des Konditionierwerkzeugs,
als auch von der Art des Poliertuchs abhängen. Weiterhin sind die abgelegten Stromänderungen
und die abgelegten Stromwerte, die einem gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 entsprechen, auch von den für den ersten
und den zweiten Motor 4, 7 verwendeten Motortypen
abhängig.
Zudem hat auch die verwendete Spülflüssigkeit
und die verwendete Drehzahl Einfluss auf die Stromänderungen
und/oder die Stromwerte, die einem gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 entsprechen.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
werden der erste und/oder der zweite Motor 4, 7 nicht
mit einer konstanten Drehzahl, sondern mit einem konstanten Strom
angetrieben. In dieser Ausführungsform
kann die Änderung
der Reibungskraft und die Größe der Reibungskraft,
die zwischen dem Konditionierwerkzeug 6 und dem Poliertuch 1 herrscht, über die
Drehzahl des ersten und/oder des zweiten Motors 4, 7 erfasst
werden. In dieser Ausführungsform
sind dem ersten und/oder dem zweiten Motor 4, 7 jeweils ein
erster bzw. ein zweiter Drehzahlsensor 20, 21 zugeordnet,
die über
jeweils eine Signalleitung mit dem Steuergerät 17 verbunden sind.
In dieser Ausführungsform
sind im Speicher 22 des Steuergeräts 17 entsprechende
Werte für
die Drehzahländerung und/oder
die Drehzahl abgelegt, die zuvor experimentell ermittelt wurden,
und die einem gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 entsprechen. Durch einen Vergleich der
abgelegten Drehzahländerungen
und/oder Drehzahlwerte erkennt das Steuergerät das Erreichen eines gewünschten Aufbereitungszustands
des Poliertuchs und beendet den Aufbereitungsvorgang.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
bei der die Reibungskraft als Maß für den Aufbereitungszustand
des Poliertuchs verwendet wird, wird die Temperatur der Oberfläche 12 des
Poliertuchs 1 als Maß für die Reibungskraft
erfasst und mit abge legten Temperaturwerten und/oder Temperaturänderungen verglichen.
Die Temperaturwerte und/oder Temperaturänderungen sind im Datenspeicher 22 abgelegt. Zudem
ist ein optischer Temperatursensor 23 über dem Poliertuch 1 angeordnet,
der während
des Aufbereitungsvorgangs die Temperatur der Oberfläche 12 des
Poliertuchs 1 erfasst. Der Temperatursensor ist über eine
Signalleitung mit dem Steuergerät 17 verbunden.
Das Steuergerät 17 erfasst
die Temperatur des Poliertuchs 1 und vergleicht die aktuelle
Temperatur mit der im Speicher 22 abgelegten Temperatur,
die zuvor experimentell ermittelt wurde und einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 entspricht. Anstelle
der Temperatur kann auch eine experimentell ermittelte Temperaturänderung
des Poliertuchs 1 verwendet werden, die einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 entspricht. Die
Temperatur ist auch in diesem Fall wieder ein Maß für die zwischen dem Konditionierwerkzeug 6 und
dem Poliertuch 1 herrschenden Reibungskraft. Weist das
Poliertuch 1 die im Speicher 22 abgelegten Temperatur
und/oder Temperaturänderung
auf, so weist das Poliertuch 1 den gewünschten Aufbereitungszustand
auf und das Steuergerät 17 beendet
den Aufbereitungsvorgang.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Erfassung des Aufbereitungszustands des Poliertuchs 1 die
Dicke des Poliertuchs 1 während des Aufbereitungszustands
erfasst. Dazu sind im Datenspeicher 22 für das verwendete
Poliertuch 1 entsprechende Werte für die Dicke abgelegt, die einem
gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 entsprechen. Die Werte wurden zuvor experimentell
ermittelt. Die Dickenänderung
während
des Konditioniervorgangs ist signifikanter als eine absolute Dicke
in Korrelation zum Aufbereitungszustand.
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Die
Dicke des Poliertuchs 1 ändert sich während des
CMP-Prozesses durch
die mechanische Beanspruchung und/oder durch das Ansammeln von Poliermaterial,
das bei dem CMP-Prozess verwendet wird. Bei dem Aufbereitungsvorgang
wird sowohl die mechanische Struktur des Poliertuchs 1 wieder
gelockert, als auch das Poliertuch 1 von Poliermaterial gereinigt.
Somit ändert
sich während
des Aufbereitungsvorgangs die Dicke des Poliertuchs 1,
die somit als Maß für den Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 verwendet werden kann.
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Zur
Erfassung der Dicke des Poliertuchs 1 wird beispielsweise
ein optischer Sensor 24 eingesetzt. Der Sensor 24 erfasst
dabei den Abstand zwischen der Oberfläche 12 des Poliertuchs 1 und
dem Sensor 24. Dazu ist der Sensor 24 ortsfest
oberhalb des Poliertuchs 1 angeordnet. Zudem ist im Datenspeicher 22 ein
Wert für
den Abstand zwischen der Oberfläche
des Tuchträgers 2 und
dem Sensor 24 abgelegt. Aus der Differenz zwischen dem
Abstand des Sensors 24 und der Oberfläche 12 des Poliertuchs 1 und
dem abgelegten Wert für
den Abstand zwischen dem Sensor 24 und der Oberfläche des Tuchträgers 2 berechnet
das Steuergerät 17 die
aktuelle Dicke während
des Aufbereitungsvorgangs. Entspricht die aktuelle Dicke des Poliertuchs
1 einem abgelegten Wert für
die Dicke, die einem gewünschten
Aufbereitungszustand entspricht, so beendet das Steuergerät 17 den
Aufbereitungsvorgang.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Dicke des Poliertuchs mit einem induktiven Messverfahren
bestimmt. Dazu ist auf der Oberfläche 12 des Poliertuchs 1 eine
metallische Platte 29 angeordnet, die zusammen mit dem
metallischen Tuchträger 2 als Kondensator
wirkt. Aus der Kapazität
des Kondensators ermittelt das Steuergerät 17 die Dicke des
Poliertuchs 1.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird zur Erfassung der Dicke des Poliertuchs 1 bzw. zur
Erfassung des Aufbereitungszustands des Poliertuchs 1 die
Höhenposition
des Konditionierwerkzeugs 6 erfasst. Dazu weist das Konditionierwerkzeug 6 eine
Messfläche 25 auf,
die der Sensor 24 abtastet. Das Konditionierwerkzeug 6 wird
während
des Aufbereitungsverfahrens mit einem festgelegten Druck auf die
Oberflä che 12 des
Poliertuchs 1 gedrückt.
Versuche haben gezeigt, dass sich während des Aufbereitungsverfahrens
die Weichheit des Poliertuchs 1 ändert. Somit ändert sich
auch die Höhenposition
des Konditionierwerkzeugs 6 und kann deshalb für die Erkennung
eines gewünschten
Aufbereitungszustands des Poliertuchs 1 verwendet werden.
Dazu wurden zuvor experimentell Werte für die Höhenposition des Konditionierwerkzeugs 6 abgelegt,
die bei einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 vorliegen. Die Höhenposition des
Konditionierwerkzeugs 6 wird während des Aufbereitungsvorgangs
erfasst und das Steuergerät 17 vergleicht
den über
den Sensor 24 erfassten Abstand zum Konditionierwerkzeug 6 und
vergleicht den erfassten Abstand mit dem abgelegten Abstand, der
einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs entspricht. Anstelle des Abstands
bzw. der Höhenposition
der Konditionierwerkzeuges 6 kann auch eine Änderung
des Abstandes bzw. eine Änderung der
Höhenposition
des Konditionierwerkzeugs 6 verwendet werden, um einen
gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs zu erkennen. Dazu ist eine
entsprechende Änderung
der Höhenposition bzw.
eine entsprechende Änderung
des Abstands zwischen dem Sensor 24 und dem Konditionierwerkzeug 6 im
Datenspeicher 22 abgelegt, die einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 entsprechen und
zuvor experimentell ermittelt wurden. Ändert sich die Höhenposition
gemäß dem abgelegten
Wert für
die Höhenposition,
so wird der Aufbereitungsvorgang des Poliertuchs beendet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Erfassung des Aufbereitungszustands des Poliertuchs 1 die
Qualität der
Spülflüssigkeit
verwendet. Versuche haben gezeigt, dass sich die Qualität der Spülflüssigkeit
mit dem Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 ändert. Dies
ist insbesondere dann der Fall, wenn das Poliertuch 1 bei
CMP-Prozessen eingesetzt wurde, bei denen chemische Poliermittel
und/oder mechanische Poliermittel eingesetzt wurden. Am Anfang des
Aufbereitungsverfahrens ist das Poliertuch 1 noch mit relativ
viel Poliermittel verunreinigt. Somit wird in der Anfangsphase relativ
viel Poliermittel aus dem Poliertuch 1 ausgebürstet und
ausgeschwemmt. Das Poliermittel wird mit der Spülflüssigkeit auf den Boden des
Spülbeckens 5 gespült. Zur
Erfassung der Verunreinigung ist ein entsprechender chemischer Sensor 26 am
Boden des Spülbeckens 5 angeordnet,
der über
eine Signalleitung mit dem Steuergerät 17 verbunden ist.
Der chemische Sensor 26 erfasst nun die Qualität des Spülwasser,
die beispielsweise in Form des pH-Wertes und/oder in Form der Konzentration von
festgelegten Ionen eines Poliermittels erfasst werden kann. In einer
Experimentierphase wird die Qualität des Spülmittels erfasst, die ein Poliertuch 1 aufweist,
das einem gewünschten
Aufbereitungszustand aufweist. Entsprechende Werte für die Qualität der Spülflüssigkeit,
insbesondere den pH-Wert oder eine festgelegte Konzentration eines
Ions, das bei einem vorhergehenden CMP-Prozess als Poliermittel verwendet
wurde, sind im Datenspeicher 22 abgelegt. Während des
Aufbereitungszustands erfasst der chemische Sensor 26 den
pH-Wert oder die entsprechende Ionenkonzentration und gibt ein entsprechendes
Signal an ein Steuergerät 17.
Das Steuergerät 17 vergleicht
die erfassten Werte für
den pH-Wert und/oder die Ionenkonzentration mit den abgelegten Werten
für den
pH-Wert und/oder die Ionenkonzentration, die einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs entsprechen. Weist die Spülflüssigkeit
den gleichen pH-Wert und/oder die gleiche Ionenkonzentration wie
die abgelegten Werte auf, so wird das Aufbereitungsverfahren beendet,
denn in diesem Fall weist das Poliertuch den gewünschten Aufbereitungszustand
auf. Anstelle von pH-Werten und/oder von Ionenkonzentrationen können auch Änderungen
des pH-Werts und Änderungen
der Ionenkonzentration als Vergleichswerte im Datenspeicher 22 abgelegt
sein, die zuvor experimentell ermittelt wurden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann als Maß für den Aufbereitungszustand
auch eine Ionenkonzentration eines Materials verwendet werden, das
beim CMP-Prozess abgetragen wurde und sich im Poliertuch abgesetzt
hat. Auch in diesem Fall werden Vergleichswerte, die einem gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs entsprechen, experimentell
ermittelt und im Datenspeicher abgelegt.
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Die
Qualität
der Spülflüssigkeit
kann zudem auch bei Aufbereitungsverfahren eingesetzt werden, bei
denen die Aufbereitung des Poliertuchs mit einem Flüssigkeitsstrahl
durchgeführt
wird.
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2 zeigt
eine weitere Vorrichtung zur Aufbereitung eines Poliertuchs 1,
das mithilfe von Ultraschallwellen gereinigt wird. Dazu ist auf
dem Poliertuch 1 ein Gefäß 35 angeordnet, das
eine Wassersäule 34 auf
dem Poliertuch 1 begrenzt. Das Poliertuch ist auf einem
Tuchträger 2 gehaltert.
Die Wassersäule
wird mit einer Spülflüssigkeit 27 gespült. Die Spülflüssigkeit 27 dient
zur Spülung
und als Übertragungsmedium
für die
Ultraschallwellen, die von einer Ultraschallquelle 28 abgegeben
werden. Die Ultraschallquelle 28 ist ebenfalls in der Wassersäule angeordnet.
Die Spülflüssigkeit 27 wird
von einem Zuleitungsrohr 10 in die Wassersäule 34 abgegeben. Das
Gefäß 35 weist
einen Abfluss 11 auf, über
den die Spülflüssigkeit
aus der Wassersäule
abfließt.
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Auch
bei dieser Anordnung kann die Qualität der Spülflüssigkeit zur Erfassung des
Aufbereitungszustands des Poliertuchs 1 verwendet werden.
Dazu ist nahe dem Abfluss 11 ein chemischer Sensor 26 angeordnet.
Der chemische Sensor 26 ist stromabwärts in Bezug auf das Poliertuch 1 und
der Strömung
der Spülflüssigkeit
angeordnet. Durch die laufende Spülung ändert sich die Qualität der Spülflüssigkeit
mit dem Aufbereitungszustand des Poliertuchs. Auch in dieser Ausführungsform
kann der pH-Wert der Spülflüssigkeit
und/oder eine festgelegten Ionenkonzentration über den chemischen Sensor 26 erfasst
und an das Steuergerät 17 (nicht
dargestellt) weitergeleitet werden.
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Im
Steuergerät 17 sind
für die
entsprechende Anordnung experimentell ermittelte Vergleichswerte für die pH-Konzentration
und/oder die festgelegte Ionenkonzentration abgelegt, die einem
gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs entsprechen. Anstelle des pH-Wertes und/oder der
festgelegten Ionenkonzentration kann auch eine pH-Wertänderung und/oder
eine Ionenkonzentrationänderung
als Vergleichswert erfasst und abgelegt sein. Auch die pH-Wertänderung
und/oder die Ionenkonzentrationänderung
wurde zuvor experimentell ermittelt. Erkennt das Steuergerät 17,
dass die Qualität
der Spülflüssigkeit
einem abgelegten Wert entspricht, so wird vom Steuergerät 17 der
Aufbereitungsvorgang durch die Ultraschallquelle 28 beendet.
-
3 zeigt
eine Anordnung, bei der eine Reibungsmesseinheit 31 vorgesehen
ist, mit der der Aufbereitungszustand des Poliertuchs 1 mit
einer Reibungsmessung erfasst wird. Dazu ist ein Drehmotor 32 vorgesehen,
der eine Messscheibe 33 in Rotationsbewegung über die
Oberfläche 12 des
Poliertuchs bewegt. Dabei wird die Messscheibe mit einer definierten
Kraft auf das Poliertuch 1 gedrückt. Gleichzeitig wird die
zwischen der Messscheibe 33 und dem Poliertuch 1 wirkende
Reibungskraft erfasst. Dazu wird beispielsweise die Stromaufnahme des
Drehmotors 32 erfasst. Der erfasste Wert für die Reibungskraft
wird an das Steuergerät 17 übermittelt und
mit abgelegten Vergleichswerten verglichen. Anstelle der Reibungskraft
kann auch oder zusätzlich eine Änderung
der Reibungskraft verwendet werden.
-
Aus
dem Vergleich erkennt das Steuergerät 17 einen gewünschten
Aufbereitungszustand des Poliertuchs und der Aufbereitungsvorgang
wird beendet.
-
4 zeigt
eine weitere Anordnung, bei der zusätzlich zur Platte 29,
die auf der Oberfläche
des Poliertuchs 1 aufgebracht ist, ein Kapazitätsmessgerät 30 vorgesehen
ist, das die Kapazität
des Kondensators erfasst, der zwischen der Platte 29 auf
dem Tuchträger 2 ausgebildet
ist. Der Wert und/oder die Änderung
des Werts der Kapazität
wird vom Kapazitätsmessgerät 30 an
das Steuergerät 17 weitergeleitet.
Das Steuergerät 17 erkennt
aus einem Vergleich der gemessenen Kapazität und/oder Kapazitätsänderung
mit abgelegten Werten einen gewünschten Aufbereitungszustand
des Poliertuchs 1 und beendet das Aufbereitungsverfahren.
-
- 1
- Poliertuch
- 2
- Tuchträger
- 3
- Erste
Achse
- 4
- Erster
Motor
- 5
- Spülbecken
- 6
- Konditionierwerkzeug
- 7
- Zweiter
Motor
- 8
- Führungsachse
- 9
- Antrieb
- 10
- Zuleitungsrohr
- 11
- Abfluss
- 12
- Oberfläche
- 13
- Bearbeitungsfläche
- 14
- Strom-/Steuerleitung
- 15
- Strom-/Steuerleitung
- 16
- Strom-/Steuerleitung
- 17
- Steuergerät
- 18
- Erster
Stromsensor
- 19
- Zweiter
Stromsensor
- 20
- Erster
Drehzahlsensor
- 21
- Zweiter
Drehzahlsensor
- 22
- Datenspeicher
- 23
- Temperatursensor
- 24
- Optischer
Sensor
- 25
- Messfläche
- 26
- Chemischer
Sensor
- 27
- Spülflüssigkeit
- 28
- Ultraschallquelle
- 29
- Platte
- 30
- Messgerät
- 31
- Reibungsmessgerät
- 32
- Drehmotor
- 33
- Messscheibe
- 34
- Wassersäule
- 35
- Gefäß