DE10246025A1

DE10246025A1 - Polieranlage zur Verwendung beim CMP

Info

Publication number: DE10246025A1
Application number: DE10246025A
Authority: DE
Inventors: Champion Yi Roc
Original assignee: Promos Technologies Inc
Current assignee: Promos Technologies Inc
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2003-05-08
Also published as: US20030068965A1; US6780092B2; TW559580B

Abstract

Es ist eine für einen CMP-Vorgang verwendbare Polieranlage offenbart. Die Polieranlage umfasst einen Polierteller zum Halten eines Wafers in nach oben gerichteter Weise und zum Tragen des Wafers, um diesen zwischen einer ersten Position und einer zweiter Position vor und zurück zu bewegen, ein Polierkissen zum Polieren des Wafers und einen Halter zum Halten des Polierkissens zur Eigendrehung und zum Tragen des Polierkissens für die Bewegung über die Waferoberfläche hinweg und zum Antreiben des Polierkissens, um den Wafer zu polieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Polieranlage und betrifft insbesondere eine Polieranlage, die für einen chemisch mechanischen Polier-(CMP)Vorgang verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Halbleiterelementen ist die Kontrolle des Herstellungsvorganges von Halbleitern immer wichtiger. Für den Einebnungsvorgang gilt, dass das traditionelle Aufschleudern von Glas und das Zurückätzen kaum mehr die gegenwärtigen Anforderungen des Einebnens erfüllen können, und daher wird das chemisch mechanische Einebnen bzw. Polieren (CMP) immer häufiger verwendet.

Die Anwendung von Polierkissen mit fixierten Schleifmaterial ist bislang die verbreitetste Technik beim CMP, um eine globale Einebnung zu erreichen. Das Kissen mit fixiertem Schleifmittel ist patentrechtlich durch die Firma 3M in deren Mikroreplikationstechnologie geschützt. Durch Mischen der CeO₂-Schleifpartikel mit Harz zur Ausbildung von Erhebungen auf der Oberfläche kann das Kissen mit dem fixierten Schleifmittel Material von dem "Hügel"Gebiet der Wafertopografie entfernen, ohne den "Tal-"Bereich der Wafertopografie (d. h. des ICs) zu berühren. Ferner wird typischerweise KOH dem Kissen zugesetzt, um zu verhindern, dass Siliziumoxid und CeO₂-Reste an der Waferoberfläche haften, um dadurch die Bildung von Kratzern zu reduzieren und um die Polierrate zu steigern. Da ein flüssiger Schleifzusatz für diese Art von Polierkissen nicht verwendet wird, wird dies oft als "schleifmittelflüssigkeitsfreies" CMP bezeichnet.

Das Polierkissen mit fixiertem Schleifmaterial wird für gewöhnlich im Zusammenhang mit einer nicht rotierenden Polieranlage (etwa einem stationären Gewebe und einem linearen Hochgeschwindigkeitsriemen) eingesetzt, um den Wafer zu polieren. Die traditionelle rotierende Polieranlage ist für das Kissen mit fixiertem Schleifmaterial aufgrund der folgenden Nachteile nicht geeignet:

1. Die Lebensdauer des Kissens ist aufgrund des wiederholten Verschleißes des Kissens auf der gleichen Fläche nur kurz, und dadurch werden die Produktionskosten gesteigert.
2. Das freigesetzte CeO₂-Pulver und Teile verbleiben auf dem Kissen und neigen dazu zu verklumpen und verursachen ferner Kratzer auf der Waferoberfläche.
3. Die Waferrandgleichförmigkeit ist nur schwer steuerbar, da die fortschrittlichen Träger alle so ausgestaltet sind, dass ein Randring auf das Kissen drückt, was sich für das Kissen mit fixiertem Schleifmaterial als noch nicht günstig nachgewiesen ist.

Die Polieranlage mit einem Wafer, der auf einem Vakuumhalter liegt, und mit einem kleinen Polierkissen darüber, das sich über die Waferoberfläche bewegt, ist bereits erhältlich (wie dies im US-Patent 6,227,956 offenbart ist), diese sind aber für konventionelle Verbrauchsgüter ausgelegt. Diese Art der Polieranlage, die für konventionelle Verbrauchsgüter verwendet wird, besitzt die folgenden Nachteile:

1. Der Wafer dreht sich noch bei hoher Geschwindigkeit, wodurch ein Verbrauch einer großen Menge an Schleifmittelverbrauch aufgrund der hohen Zentrifugalkraft hervorgerufen wird.
2. Die Reibungskraft zwischen dem Wafer und dem Kissen ist groß, so dass der Polierkopf nur schwer bewegbar ist.
3. Das Einhalten der Gleichförmigkeit ist schwierig aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Prozessparametern und den Schleifmittelströmungsmustem unter dem Kissen.

Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Polieranlage bereit, um die zuvor beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu beheben.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Polieranlage zur Verwendung in einem CMP-Vorgang bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Polieranlage einen Polierteller zum Halten eines nach oben ausgerichteten Wafers darauf und zum Tragen des Wafers, um diesen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position vor und zurück zu bewegen, ein Polierkissen zum Polieren des Wafers und einen Halter zum Halten des Polierkissens zur Drehung und zum Halten des Polierkissens, um dieses über die Waferoberfläche zu bewegen, und ferner um das Polierkissen anzutreiben, um den Wafer zu polieren.

Vorzugsweise ist die Größe des Kissens kleiner als jene des Wafers.

Vorzugsweise liegt der Durchmesser des Poliertellers im Bereich von 12 bis 20 Inch.

Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position mindestens einen Durchmesser des Wafers.

Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position zweimal den Durchmesser des Wafers.

Vorzugsweise liegt die Bewegungsgeschwindigkeit des Poliertellers im Bereich von einem bis 1000 mm/sec.

Vorzugsweise beträgt die Bewegungsgeschwindigkeit des Poliertellers 1 m/min.

Vorzugsweise ist die Bewegung des Poliertellers mit dem Wafer zwischen der ersten Position und der zweiten Position geradlinig.

Vorzugsweise ist der Polierteller eine Vakuumauflage.

Vorzugsweise weist die Vakuumauflage mehrere Luftansauglöcher auf, die nach Absaugen der darin befindlichen Luft unter Vakuum gehalten werden, so dass der Wafer fest an der Vakuumauflage haftet.

Vorzugsweise sind die mehreren Luftansauglöcher als mehrere Ringe mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet und werden einstellbar mit Luft abgesaugt, um der Größe des Wafers angepasst zu sein.

Vorzugsweise ist das Polierkissen ein Kissen mit fixiertem Schleifmaterial. Vorzugsweise liegt der Durchmesser des Polierkissens im Bereich von 1 bis 12 Inch. Vorzugsweise wird in der Polieranlage eine KOH-Lösung angewendet, um zu verhindern, dass Pulver und Teilchen, die in dem Polierprozess erzeugt werden, an der Waferoberfläche anhaften.

Vorzugsweise wird die KOH-Lösung in die Polieranlage durch den Halter eingeführt.

Vorzugsweise wird die KOH-Lösung direkt auf die Waferoberfläche aufgetragen.

Vorzugsweise ist die Eigenrotationsgeschwindigkeit des Kissens zwischen 1 bis 1000 UPM.

Vorzugsweise ist der Halter austauschbar zum Handhaben eines Polierkissens mit unterschiedlicher Größe.

Vorzugsweise umfasst die Polieranlage einen bewegbaren Arm, der mit dem Halter verbunden ist, um das Polierkissen zur Bewegung über die Waferoberfläche zu tragen.

Vorzugsweise ist die Bewegungslinie des Polierkissen zum Bewegen über die Waferoberfläche im Wesentlichen eine Kurve.

Die vorhergehenden Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung sowie der begleitenden Zeichnungen deutlich; es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Polieranlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 1 B eine Draufsicht, die den Aufbau der Vakuumauflage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 2 eine vertikale Ansicht, die die Bewegungslinie des Polierkissens bei der Bewegung über die Waferoberfläche hinweg gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es sei nun auf Fig. 1A verwiesen, die den Aufbau der Polieranlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Polieranlage, die für einen CMP-Prozess verwendbar ist, umfasst einen Polierteller einer Vakuumauflage 10, ein Polierkissen 12 und einen Halter 13. Die Vakuumauflage 10 wird verwendet, um einen Wafer nach oben gerichtet zu halten, und um den Wafer 11 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in einer geradlinigen Bewegung vor und zurück zu bewegen (wie dies durch Bezugszeichen 15 in Fig. 1A angedeutet ist). Die Vakuumauflage 10 besitzt mehrere Luftansauglöcher 101. Nachdem die Luft im Inneren abgesaugt ist, werden die Luftansauglöcher 101 unter Vakuum gehalten, so dass der Wafer 11 fest an der Vakuumauflage 10 haften kann. Der Durchmesser der Vakuumauflage 10 liegt im Bereich von 12 bis 20 Inch. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Vakuumauflage 10 liegt im Bereich von 1 bis 1000 mm/sec. und beträgt vorzugsweise 1 m/min. Ferner beträgt der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position mindestens einen Durchmesser des Wafers 11 und ist vorzugsweise zweimal dem Durchmesser des Wafer 11.
Es sei nun auf Fig. 1B verwiesen. Die mehreren Luftansauglöcher 101 der Vakuumauflage 10 sind als mehrere Ringe mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet. Die Vakuumauflage 10 kann für Wafer mit 12 bis 20 Inch Durchmesser verwendet werden, indem die Luftansauglöcher 101 ausgewählt werden, von denen Luft angesaugt wird, wenn die Wafergröße variiert. Wenn der Wafer ein 12 Inch Durchmesser Wafer ist, werden beispielsweise lediglich die inneren Ringe der Luftansauglöcher 101 abgesaugt, und wenn der Wafer größer ist, werden die äußeren Ringe der Luftansauglöcher 101 entsprechend der Wafergröße zusammen mit den inneren Ringen abgesaugt.
Es sei nun wieder auf Fig. 1A verwiesen. Das Polierkissen 12 kann die hervorstehenden Bereiche der Oxidschicht auf der Oberfläche des Wafers 11 polieren. Die Größe des Kissens ist kleiner als jene des Wafers 11. Das Polierkissen 12 ist vorzugsweise ein Kissen mit fixiertem Schleifmaterial und der Durchmesser des Polierkissens 12 liegt im Bereich von 1 bis 12 Inch.
Es sei nun auf die Fig. 1 und 2 verwiesen. Die Polieranlage umfasst ferner einen beweglichen Arm 14, der mit dem Halter 13 verbunden ist, um das Polierkissen 12 in Eigendrehung zu versetzen und über die Oberfläche des Wafers 11 hinweg zu bewegen (die Bewegungslinie ist im Wesentlichen eine Kurve, wie durch das Bezugszeichen 22 in Fig. 2 angedeutet ist), und um ferner das Polierkissen 12 zum Polieren der Oberfläche des Wafers 11 anzutreiben. Die Eigendrehgeschwindigkeit des Kissens liegt zwischen 1 bis 1000 UPM. Ferner ist der Halter 13 austauschbar, um das Polierkissen 12 mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 12 Inch zu handhaben.
In der Polieranlage wird ferner die KOH-Lösung verwendet, um zu verhindern, dass sich Pulver und Fragmente, die während des Poliervorgangs gebildet werden, an der Oberfläche des Wafers 11 anhaften. Die KOH-Lösung wird durch den Halter 13 in die Polieranlage eingeführt oder direkt auf die Oberfläche des Wafers 11 aufgetragen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegende Erfindung die Nachteile im Stand der Technik, etwa den hohen Verbrauch an Schleifmittel und die Schwierigkeit beim Bewegen des Polierkopfes aufgrund der hohen Reibungskraft zwischen dem Wafer und dem Polierkissen, beheben kann, wobei die folgenden Vorteile entstehen:

1. Die Geräteausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann für rotierende und nicht rotierende Polieranlagen angewendet werden.
2. Die Größen der Polierkissen und der Polierteller sind entsprechend für unterschiedliche Wafergrößen einstellbar.
3. Der Wafer ist während des Polierens stationär und damit wird ein Brechen des Wafers verhindert.
4. Die Reibungskraft zwischen dem Wafer und dem Polierkissen ist klein (aufgrund der kleinen Kontaktfläche), wodurch die Wahrscheinlichkeit der Waferbeschädigung verringert wird.
5. Das Polierkissen muss während seiner Lebensdauer (weniger als 100 Wafer) nicht aufbereitet werden, und es ist einfach, die Nutzung des Polierkissens zu beenden.
6. Das Polierkissen kann in effizienter Weise mit der kleinen Kissenoberfläche arbeiten, und wenn die Lebensdauer abgelaufen ist, kann es rasch ausgewechselt werden, wodurch die Standzeit verringert wird.

Daher zeigt die vorliegende Erfindung eine industrielle Anwendbarkeit und besitzt einen hohen ökonomischen Wert.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf Ausführungsformen beschrieben ist, die gegenwärtig als die praktikabelsten und bevorzugten Ausführungsformen betrachtet werden, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, diverse Modifikationen und ähnliche Strukturen, die im Grundgedanken und Schutzbereich der angefügten Patentansprüche liegen, mit abzudecken.

Claims

1. Polieranlage zur Anwendung für die chemisch mechanische Einebnung (CMP), mit:
einem Polierteller zum Halten eines Wafers in nach oben gerichteter Weise und zum Führen des Wafers, um diesen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position vor und zurück zu bewegen;
einem Polierkissen zum Polieren des Wafers; und
einem Halter zum Halten des Polierkissens, um dieses zu drehen, und zum Führen des Polierkissens, um dieses über die Waferoberfläche hinweg zu bewegen, und ferner zum Antreiben des Polierkissens, um den Wafer zu polieren.

2. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei die Größe des Kissens kleiner als jene des Wafers ist.

3. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des Poliertellers im Bereich von 12 bis 20 Inch liegt.

4. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position zumindest einen Durchmesser des Wafers beträgt.

5. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position gleich zweimal dem Durchmesser des Wafers ist.

6. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Poliertellers im Bereich von 1 bis 1000 mm/sec. liegt.

7. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Poliertellers 1 m/min. beträgt.

8. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei die Bewegung des Poliertellers mit dem Wafer zwischen der ersten Position und der zweiten Position linear ist.

9. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei der Polierteller eine Vakuumauflage ist.

10. Die Polieranlage nach Anspruch 9, wobei die Vakuumauflage mehrere Luftansauglöcher besitzt, die nach dem Absaugen der darin befindlichen Luft unter Vakuum gehalten werden, so dass der Wafer fest auf der Vakuumauflage anhaften kann.

11. Die Polieranlage nach Anspruch 10, wobei die mehreren Luftansauglöcher als mehrere Ringe mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind und wobei das Luftabsaugen einstellbar ist, um der Größe des Wafers anpassbar zu sein.

12. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei das Polierkissen ein Kissen mit fixiertem Schleifmaterial ist.

13. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des Polierkissens im Bereich von 1 bis 12 Inch liegt.

14. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei KOH-Lösung verwendet wird, um zu verhindern, dass während des Polierprozesses erzeugtes Pulver und Fragmente an der Waferoberfläche anhaften.

15. Die Polieranlage nach Anspruch 14, wobei die KOH-Lösung in die Polieranlage durch den Halter eingeführt wird.

16. Die Polieranlage nach Anspruch 14, wobei die KOH-Lösung direkt auf die Waferoberfläche aufgetragen wird.

17. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei eine Eigenrotationsgeschwindigkeit des Kissens zwischen 1 bis 1000 UPM liegt.

18. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei der Halter austauschbar ist, um Polierkissen mit unterschiedlicher Größe aufzunehmen.

19. Die Polieranlage nach Anspruch 1, die ferner einen bewegbaren Arm umfasst, der mit dem Halter verbunden ist, um das Polierkissen zur Bewegung über die Waferoberfläche hinweg zu tragen.

20. Die Polieranlage nach Anspruch 1, wobei die Bewegungslinie des Polierkissens für die Bewegung über die Waferoberfläche hinweg im Wesentlichen eine Kurve ist.