DE69921354T2

DE69921354T2 - Hin- und hergehende linear poliermaschine mit ladbarem halter

Info

Publication number: DE69921354T2
Application number: DE69921354T
Authority: DE
Inventors: Homayoun Talieh
Original assignee: ASM Nutool Inc
Current assignee: ASM Nutool Inc
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: ATE280014T1; TW425332B; US6207572B1; WO2000032356A1; DE69921354D1; JP2002531933A; KR20010089531A; CN1131765C; EP1135236A1; KR100638798B1; CN1329533A; US6103628A; AU1629900A; EP1135236B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des chemisch-mechanischen Polierens. Genauer ausgedrückt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren eines Halbleiter-Wafers bis zu einem hohen Grad von Ebenheit und Gleichmäßigkeit. Dies wird erreicht, wenn der Halbleiter-Wafer mit Pads bei einer hohen bidirektionalen linearen oder sich hin- und herbewegenden Geschwindigkeiten poliert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) von Halbleiter-Wafern für VLS1 und ULS1-Anwendungen hat eine wichtige und weitgehende Anwendung in der Halbleiterindustrie. CMP ist ein Verfahren zum Plätten und Polieren von Halbleiter-Wafern, das die chemische Entfernung von Halbleiterschichten wie Isolatoren, Metallen und Photolacken mit mechanischem Buffern einer Wafer-Oberfläche kombiniert. CMP wird im Allgemeinen eingesetzt, um Wafer zu plätten/polieren, nach Kristallwachstum während des Wafer-Herstellungsverfahrens, und ist ein Verfahren, das globales Ebenmachen der Wafer-Oberfläche erreicht. Zum Beispiel wird CMP oft während des Wafer-Herstellungsverfahrens verwendet, um die Profile zu plätten/polieren, die sich in mehrschichtigen Metallverbindungsanordnungen ausbilden. Das Erreichen der erwünschten Flachheit der Wafer-Oberfläche muss ohne Kontaminieren der erwünschten Oberfläche stattfinden. Auch muss es das CMP-Verfahren vermeiden, Abschnitte der funktionierenden Schaltkreisteile wegzupolieren.
Herkömmliche Systeme zum chemisch-mechanischen Polieren von Halbleiter-Wafern werden nun beschrieben. Eines der herkömmlichen CMP-Verfahren erfordert das Positionieren eines Wafers auf einer Haltevorrichtung, die sich um eine erste Achse dreht und auf einen Polierpad abgesenkt wird, der sich um eine zweite Achse in der entgegengesetzten Richtung dreht. Die Wafer-Haltevorrichtung drückt den Wafer während des Ebenmachungsverfahrens gegen den Polierpad. Ein Poliermittel oder eine Schmirgelemulsion wird typischerweise auf den Polierpad aufgetragen, um den Wafer zu polieren. In einem anderen herkömmlichen CMP-Verfahren positioniert und drückt eine Wafer-Haltevorrichtung den Wafer gegen einen riemenförmigen Polierpad, während der Pad kontinuierlich in der selben linearen Richtung in Bezug auf den Wafer bewegt wird. Der sogenannte riemenförmige Polierpad ist während dieses Polierverfahrens auf einem fortlaufenden Pfad beweglich. Diese herkömmlichen Polierverfahren mögen weiterhin eine Bearbeitungsstation umfassen, die auf dem Pfad des Polierpads positioniert ist, um den Pad während des Polierens zu konditionieren. Faktoren, die kontrolliert werden müssen, um die erwünschte Flachheit und Ebenheit zu erreichen, umfassen Polierzeit, Druck zwischen dem Wafer und dem Pad, Rotiergeschwindigkeit, Partikelgröße der Schmirgelemulsion, Zufuhrrate der Schmirgelemulsion, chemische Zusammensetzung der Schmirgelemulsion, und Material für den Pad.
Obwohl die vorstehend beschriebenen CMP-Verfahren weit verbreitet und in der Halbleiter-Industrie akzeptiert sind, bleiben Probleme bestehen. Zum Beispiel verbleibt ein Problem in Bezug auf die Vorhersage und Steuerung der Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit, mit welcher das Verfahren Materialien von dem Substrat entfernen wird. Als ein Ergebnis ist CMP ein arbeitsaufwendiges und teures Verfahren, weil die Dicke und Gleichmäßigkeit der Schichten auf der Oberfläche des Substrats fortlaufend überwacht werden müssen, um ein übermäßiges Polieren oder ungleichmäßiges Polieren der Wafer-Oberfläche zu verhindern.
Dementsprechend werden ein kostengünstiges und gleichmäßigeres Verfahren und Vorrichtung zum Polieren eines Halbleiter-Wafers benötigt.
EP-A-0517594 offenbart ine Poliermaschine, die einen Abrasionsriemen aufweist, der zwischen einer Zufuhr- und einer Aufnahmespule eingespannt ist. Es ist ein Kopf vorgesehen, um ein Musterstück so zu stützen, dass eine Seite des Musterstücks von dem Abrasionsriemen poliert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen Halbleiter-Wafer mit gleichmäßiger Ebenheit polieren.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen Halbleiter-Wafer mit einem Pad polieren, der hohe bidirektionale lineare oder sich hin- und herbewegende Geschwindigkeiten aufweist.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Größe der Polierstation reduzieren, wodurch der Raum und die Kosten einer solchen Station verringert werden.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung bereitzustellen, die das Erfordernis des Pad-Konditionierens eliminieren oder verringern.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um in effizienter Weise einen Halbleiter-Wafer auf ein Wafer-Gehäuse zu laden und zu entladen.
Entsprechend eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung bereitgestellt, um die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers zu polieren, wobei die Poliervorrichtung aufweist: ein Wafer-Gehäuse, das zum Stützen des Wafers ausgebildet ist; und eine Polierstation, die einen Pad aufweist, der die Oberfläche des Wafers mit einer bidirektionalen linearen Bewegung poliert.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine Oberfläche eines Halbleiter-Wafers poliert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Stützen des Wafers, so dass die Oberfläche des Wafers einem Polierpad ausgesetzt ist, und gekennzeichnet durch das Polieren der Oberfläche des Wafers, indem der Polierpad bidirektional linear bewegt wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung werden bereitgestellt, die einen Wafer mit einem Pad polieren, der hohe bidirektionale lineare Geschwindigkeiten hat. Zusammengefasst beinhalten bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung einen Polierpad, der an einem Synchronriemen befestigt ist, der es dem Pad erlaubt, sich in einer hin- und hergehenden Weise zu bewegen, d.h. sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung, bei hohen Geschwindigkeiten. Die konstante Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Polierpads, während dieser den Wafer poliert, verschafft überlegene Ebenheit und Gleichmäßigkeit über die Waferoberfläche hinweg. Das Wafer – Gehäuse einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, um den Wafer sicher zu halten, während dieser poliert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich und leichter einzuschätzen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten beispielhaften Ausführung der Erfindung, genommen im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, von welchen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung der Erfindung veranschaulicht;
2 eine Seitenansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung veranschaulicht;
3 eine Frontalansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Befestigen eines Polierpads an Synchronriemen in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung veranschaulicht;
4 Seitenansichten eines sich um die Synchronriemen – Rollen bewegenden Polierpads in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 eine Seitenansicht eines Wafer-Gehäuses, das zum Laden und Entladen eines Wafers auf ein Wafer-Gehäuse ausgebildet ist, in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung veranschaulicht;
6 eine Seitenansicht eines Wafer-Gehäuses, das herausragende Stifte hat, welche zum Laden/Entladen eines Wafers auf ein Wafer-Gehäuse ausgebildet sind, in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung veranschaulicht;
7 eine Seitenansicht eines Wafers, der auf ein Wafer-Gehäuse geladen ist, in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung veranschaulicht; und
8 eine Unteransicht eines Wafers, der mittels drei Stiften auf ein Wafer-Gehäuse geladen und entladen wird, in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Die bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1–8 beschrieben, wobei gleiche Komponenten in all den verschiedenen Abbildungen mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet sind. Diese Erfindung ist auf ein CMP-Verfahren und eine Einrichtung, die bei hohen bidirektionalen linearen oder sich hin- und herbewegenden Geschwindigkeiten des Pads und mit einer reduzierten Standfläche funktionieren kann, ausgerichtet. Die hohen bidirektionalen linearen Padgeschwindigkeiten optimieren die Ebnungseffizienz, während die reduzierte Standfläche die Kosten der Polierstation verringert. Weiterhin, da der Polierpad zum Fortbewegen in bidirektionalen linearen Richtungen ausgebildet ist, reduziert dies den Pad-Glanzschleifeffekt, welcher ein verbreitetes Problem bei herkömmlichen CMP-Polierern ist. Weil der Pad sich in bidirektionalen linearen Richtungen fortbewegt, ist der Pad im Wesentlichen selbstkonditionierend.
1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht und 2 veranschaulicht eine Seitenansicht einer Vorrichtung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Die Wafer-Polierstation 2 beinhaltet einen bidirektionalen oder umkehrbar linearen Polierer 3 und ein Wafer-Gehäuse 4. Das Wafer-Gehäuse 4 (welches sich, wie bekannt, um seine Mittelachse drehen und sich von Seite zu Seite bewegen kann) positioniert einen Wafer 18 in sicherer Weise, so dass eine Oberfläche 17 poliert werden kann. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird hier weiter untenstehend ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zum Laden und Entladen des Wafers 18 auf das Wafer-Gehäuse 4 vollständiger beschrieben.
Der umkehrbar lineare Polierer 3 umfasst einen Polierpad 6 zum Polieren der Wafer-Oberfläche 17, einen Mechanismus 8 zum Antreiben des Polierpads 6 in einer bidirektionalen linearen oder sich hin- und herbewegenden (Vorwärts- und Rückwärts-) Bewegung, und eine Stützplatte 10 zum Stützen des Pads 6, während der Pad 6 die Wafer-Oberfläche 17 poliert. Ein Poliermittel oder eine Schmiergelemulsion, welche eine Chemikalie enthalten, die eine Waferschicht oxidiert und mechanisch entfernt, werden zwischen dem Wafer 18 und dem Polierpad 6 eingeflößt. Das Poliermittel oder die Schmirgelemulsion wie etwa Kolloidsilika oder verdampftes Silika werden im Allgemeinen verwendet. Das Poliermittel oder die Schmirgelemulsion bilden im Allgemeinen eine dünne Schicht von Silikondioxid oder Oxid auf der Wafer-Oberfläche 17 aus, und die Pufferungsaktion des Polierpads 6 entfernt in mechanischer Weise das Oxid. Als ein Ergebnis werden erhabene Profile auf der Wafer-Oberfläche 17 entfernt, bis eine extrem ebene Oberfläche erreicht ist. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass die Größe der Partikel aus dem Poliermittel oder der Schmirgelemulsion, welche zum Polieren der Wafer-Oberfläche 17 verwendet werden, vorzugsweise mindestens zwei- oder dreimal größer ist als die charakteristische Größe der Wafer-Oberfläche 17. Wenn zum Beispiel die charakteristische Größe der Waferoberfläche 17 ein Mikron beträgt, so sollte die Größe der Partikel mindestens 2 oder 3 Mikron betragen.
Die Unterseite des Polierpads 6 ist zum Stützen des Pads 6 an einem flexiblen, aber festen und flachen Material (nicht abgebildet) befestigt. Der Polierpad 6 ist im Allgemeinen ein steifes Polyurethan-Material, obwohl andere geeignete Materialien, die in der Lage sind, die Wafer-Oberfläche 17 zu polieren, verwendet werden können.
In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung wird nun der Antriebs- oder Übertragungsmechanismus 8 zum Antreiben des Polierpads 6 in einer bidirektionalen linearen Bewegung beschrieben. Obwohl 1–2 nur einen Antriebsmechanismus 8 von der Vorderseite des umkehrbar linearen Polierers 3 her veranschaulichen, versteht es sich, dass auf der Rückseite des umkehrbar linearen Polierers 3 ein ähnlicher Antriebsmechanismus 8 ebenfalls vorhanden ist. Der Antriebsmechanismus 8 beinhaltet drei Synchronriemen, zwei vertikal aufgehängte Synchronriemen 14, 15 und einen horizontal aufgehängten Synchronriemen 16. Die Synchronriemen 14, 15 und 16 können aus jeglichem geeigneten Material ausgebildet sein, wie etwa rostfreier Stahl oder hochfeste Polymere, die eine ausreichende Festigkeit haben, um das Gewicht auszuhalten, das den Riemen durch den Wafer 18 auferlegt wird. Ein Ende der vertikal aufgehängten Synchronriemen 14, 15 ist an Rollen 20 gesichert, während das andere Ende an Rollen 22 gesichert ist. In gleicher Weise ist jedes Ende des horizontal aufgehängten Synchronriemens 16 an Rollen 20 gesichert. Wie in 1 veranschaulicht, ist zu beachten, dass der horizontal aufgehängte Synchronriemen 16 in einer z-Ebene plaziert ist, die etwas außerhalb der z-Ebene der vertikal aufgehängten Synchronriemen 14, 15 liegt.
Die Rollen 20 verbinden die zwei vertikal aufgehängten Synchronriemen 14, 15 mit dem horizontal aufgehängten Synchronriemen 16, so dass die Drehgeschwindigkeit eines jeden Riemens von der Drehgeschwindigkeit der anderen Riemen abhängt. Die Rollen 20 und 22 halten die Synchronriemen 14, 15 und 16 unter einer geeigneten Spannung, so dass der Polierpad 6 ausreichend straff ist, um die Wafer-Oberfläche 17 gleichmäßig zu polieren. Die Spannung der Synchronriemen kann, wie benötigt, erhöht oder verringert werden, indem die Position der Rollen 22 im Verhältnis zu Rolle 20 adjustiert wird.
Obwohl die Erfindung einen Antriebsmechanismus beschreibt, der drei an vier Rollen gesicherte Synchronriemen hat, versteht es sich, dass jede geeignete Anzahl von Rollen und/oder Synchronriemenn, oder ein Antriebsmechanismus, der nicht auf Rollen/Riemen beruht, d.h. ein Schaukelmechanismus, so dass dieser die bidirektionale lineare oder sich vorwärts und rückwerts bewegende Bewegung gewährleistet, als innerhalb des Bereichs und des Geistes der Erfindung liegend anzusehen ist.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Polierpad 6 und das entsprechende Stützmaterial so ausgebildet sind, dass sie sich an den Ecken 24 in einem Winkel biegen, welcher Winkel vorzugsweise ungefähr 90° beträgt. Jedes Ende des Polierpads 6 ist an einem Punkt auf den zwei vertikal positionierten Synchronriemenn 14, 15 mittels Befestigung 12, 13 befestigt. Ein Ende des Polierpads 6 ist an der Befestigung 12 gesichert, und das andere Ende ist an der Befestigung 13 gesichert. Befestigungen 12 und 13 sind vorzugsweise eine Hülse und ein Stift, wie weiter untenstehend ausführlicher beschrieben. Sich wiederum auf 1 und 2 beziehend, während ein Ende des Polierpads 6 sich mit Hilfe von Synchronriemen 14 und Befestigung 12 vertikal nach unten bewegt, bewegt sich das andere Ende des Polierpads 6 mit Hilfe von Synchronriemen 15 und Befestigung 13 vertikal nach oben. Die mechanische Ausrichtung der Synchronriemen 14, 15 und 16 mit den Rollen 20 und 22 ermöglicht es, dass eine solche Bewegung zustandekommt.
Um die Synchronriemen 14, 15 und 16 auf eine erwünschte Geschwindigkeit anzutreiben, wird ein herkömmlicher Motor (nicht abgebildet) eingesetzt, um die Rollen 20 und/oder 22 zu rotieren. Der Motor ist mit Rollen 20 oder 22 oder mit jeglichem mit Rollen 20 und/oder 22 verbundenen geeigneten Element verbunden, und er verschafft die notwendige Drehkraft, um Rollen 20 und 22 bei einem erwünschten Rotationsgrad zu drehen. Der Motor veranlasst Rollen 20 und 22 direkt/indirekt dazu, sich zu drehen, so dass die Synchronriemen 14, 15 und 16 mit einer erwünschten Geschwindigkeit sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung angetrieben werden. Zum Beispiel wird, wenn die Befestigung 13 die Rolle 22 während ihrer nach unten gerichteten Bewegung erreicht, dies die Richtung des Polierpads 6 umkehren, da die Befestigung 13 sich nun nach oben bewegt. Bald danach erreicht nun die selbe Befestigung 13 die Rolle 20 und ändert wiederum ihre Richtung in einer nach unten gerichteten Richtung. Die Auf- und Abbewegung von Befestigung 13 erlaubt es dem Polierpad 6, sich sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu bewegen. Vorzugsweise liegt die Geschwindigkeit, mit welcher der Polierpad 6 bewegt wird, innerhalb des Bereichs von ungefhr 100 bis 600 Fuß pro Minute für ein optimales Ebenmachen der Wafer-Oberfläche 17. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Geschwindigkeit des Polierpads 6 in Abhängigkeit von vielen Faktoren (Größe des Wafers, Padtyp, chemische Zusammensetzung der Schmirgelemulsion usw.) variieren kann. Weiterhin kann der Pad 6 in beiden bidirektionalen linearen Richtungen bei einer zuvor festgelegten Geschwindigkeit bewegt werden, welche vorzugsweise im Durchschnitt bei 100 bis 600 Fuß pro Minute (ungefähr 1/2 bis 3 Meter pro Minute) liegt.
3 veranschaulicht eine Frontalansicht, und 4 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Befestigen des Polierpads 6 an den Synchronriemen 14, 15 in Übereinstimmng mit der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie hier weiter oben beschrieben, ist die Unterseite des Polierpads 6 an dem flexiblen, aber festen und flachen Material, das nicht dehnbar ist, befestigt. An jedem Ende des Materials, und daher an den Enden des Polierpads 6 ist ein Stift 40 befestigt. Der Stift 40 erstreckt sich horizontal von dem Pad 6 aus, wie in 3 dargestellt. Eine Hülse 42, d.h. ein Zylinder oder ein Schlitz, ist ebenfalls an jedem der vertikal aufgehängten Synchronriemen 14, 15 befestigt, und ein Abschnitt 44 der Hülse 42 erstreckt sich horizontal, um den Stift 40 zu erreichen, wie wiederum in 3 veranschaulicht. Wenn der Stift 40 und die Hülse 42 verbunden sind, erlaubt es dies dem Polierpad 6, sich bidirektional mit hohen linearen Geschwindigkeiten zu bewegen, ohne das Problem, dass der Polierpad 6 um die Rollen 20, 22 gewickelt wird. 4 veranschaulicht weiterhin eine Seitenansicht des Polierpads 6, während dieser sich um die Rollen 20, 22 dreht.
Wie weiter oben beschrieben, biegt sich der Polierpad 6 in einem Winkel, vorzugsweise von etwa 90°, an den zwei Ecken 24. Dieser Ansatz ist vorteilhaft aus verschiedenen Gründen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung muss die Länge des Polierpads 6 auf der zum Polieren der Wafer-Oberfläche 17 benötigten horizontalen Ebene nur unwesentlich länger als der Durchmesser des Wafers 18 sein. Optimalerweise sollte die gesamte Länge des Polierpads nur unwesentlich länger als dreimal der Durchmesser des Wafers 18 sein. Dies erlaubt die effizienteste und kostengünstigste Verwendung des gesamten Polierpads 6. Während des Polierens kann Schmirgelemulsion oder ein anderes Mittel auf die Abschnitte des Polierpads 6 aufgetragen werden, die nicht in Kontakt mit der Wafer-Oberfläche 17 sind. Die Schmirgelemulsion oder das andere Mittel können auf den Polierpad vorzugsweise an Stellen in der Nähe von Ecken 24 aufgetragen werden. Die vorstehend beschriebene Konfigurierung des Polierpads 6 verringert zudem die Größe der Stützplatte 10, die zum Stützen des Pads 6 benötigt wird. Weiterhin kann, auch wenn die bidirektionale lineare Bewegung einen im wesentlichen selbstkonditionierenden Pad gewährleistet, ein Konditionierungselement ebenfalls an dieser Stelle oder um diese selbe Stelle herum angeordnet werden.
Der oben beschriebene neuartige Ansatz hat viele weitere Vorteile und Gewinne. Zum Beispiel braucht die CMP-Vorrichtung der vorliegende Erfindung weniger Platz als die meisten herkömmlichen CMP-Vorrichtungen, weil etwa zwei Drittel des Polierpads 6 in einer vertikalen Position sein können. Die bidirektionale lineare Bewegung der CMP-Vorrichtung erhöht weiter die Effizienz der Padverwendung, weil die Hin- und Herbewegung des Pads 6 eine selbstkonditionierende Funktion gewährleistet, da sich der Pad 6 in verschiedenen, vorzugsweise einander entgegengesetzten Richtungen bewegt.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird im Allgemeinen nur ein Wafer zu einer Zeit poliert. Wie obenstehend beschrieben, bewegt sich der Polierpad 6 bidirektional mit hohen linearen Geschwindigkeiten, um so die Wafer-Oberfläche 17 gleichmäßig zu polieren. Weil für das Polieren der Wafer-Oberfläche 17 hohe Padgeschwindigkeiten benötigt werden, ist die Bewegungsenergie, und demzufolge die erzeugte Trägheit, sehr hoch. Daher wird, wenn der Polierpad 6 seine Richtung umkehrt, ausreichende Energie benötigt, um zu gewährleisten, dass sich der Pad weiterhin mit den gewünschten Geschwindigkeiten bewegt. Wenn die Gesamtfläche (Länge und Breite) des Polierpads 6 auf ein Minimum reduziert wird, verringert sich entsprechend die Energie, die benötigt wird, um das Bewegen des Pads bei erwünschten Geschwindigkeitenen einzuhalten. Daher kann, durch das Begrenzen der Länge des Polierpads 6, ein herkömmlicher Motor die notwendige Energie bewerkstelligen, die benötigt wird, um den Pad bei erwünschten Geschwindigkeiten in Bewegung sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu halten. Die gesamte Länge des Polierpads 6 sollte etwas länger als zwei Durchmesserlängen des Wafers 18 sein, und vorzugsweise drei Durchmesserlängen des Wafers 18. Der Grund hierfür ist, dass so der Polierpad 6 konditioniert werden kann, und dass Schmirgelemulsion auf beide Seiten des Pads aufgetragen werden kann, gegenüber der Stelle, an der der Wafer 18 positioniert ist, in unmittelbarer Nähe der Ecken 24.
Obwohl die Erfindung zum Polieren eines einzigen Wafers gleichzeitig ausgebildet ist, kann ein Fachmann die bevorzugte Ausführung der Erfindung verändern, um mehrfache Wafer zur gleichen Zeit zu polieren. Schmirgelemulsion (nicht abgebildet) kann auf die Oberfläche des Polierpads 6 in herkömmlicher Weise aufgetragen werden, und der Pad 6 kann auch zudem in herkömmlicher Weise konditioniert werden.
Als Nächstes wird, unter Bezugnahme auf 5, ein Wafer-Gehäuse 4 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung der Erfindung beschrieben. Wafer-Gehäuse 4 umfasst eine nichtleitende, vorzugsweise kreisförmige Kopfanordnung 28 mit einem Hohlraum 29, der vorzugsweise an seinem Zentrum einige Millimeter tief ist, und einen Auflagepad 30 besitzt. Der Wafer 18 wird in den Hohlraum 29 geladen, mit der Rückseite zuerst, gegen den Auflagepad 30. Ein herkömmlicher Typ eines Sicherungsmechanismusses 31 (d.h. Vakuum) wird verwendet, um sicherzustellen, dass der Wafer 18 in sicherer Weise in Bezug auf die Wafer-Kopfanordung 28 positioniert ist, während der Wafer 18 poliert wird. Der Auflagepad 30 kann auch von einem Typ sein, der den Wafer 18 mittels Ansaugen der Rückseite von Wafer 18 sichert, wenn der Auflagepad 30 nass ist.
Wie oben beschrieben, kann der umkehrbar lineare Polierer 3 den Wafer 18 während verschiedener Stufen des Wafer-Herstellungsverfahrens polieren. Dementsprechend wird nun, unter Bezugnahme auf 6, ein Verfahren zum Laden des Wafers 18 in den Hohlraum 29 in solcher Weise, dass ein zusätzlicher Lademechanismus nicht benötigt wird, beschrieben. Zuerst wird das Wafer-Gehäuse 4 ausgerichtet, um den Wafer 18 in den Hohlraum 29 zu laden.
Die Kopfanordnung 28 umfasst ein Stiftgehäuse 32, das so ausgebildet ist, dass es sich unter Verwendung eines Motors oder einer pneumatischen Steuerung (nicht abgebildet) in Bezug auf den Hohlraum 29 nach oben und unten bewegt. Während des Ladens des Wafers 18 erstreckt sich das Stiftgehäuse 32 nach unten aus einer ursprünglicen Position heraus, die durch die gestrichelten Linien veranschaulicht wird, bis unter die Oberfläche 17 des Wafers 18. Mindestens drei Stifte 34 werden dann automatisch dazu veranlasst, aus dem Siftgehäuse 32 hervorzustehen, unter Verwendung einer herkömmlichen Rückziehvorrichtung mit Motorsteuerung, so dass der Wafer 18 aufgehoben und in den Hohlraum 29 der Kopfanordung 28 geladen werden kann. Während die Stifte 34 nach außen vorstehen, zieht sich das Stiftgehäuse 32 automatisch auf seine ursprüngliche Position zurück, und dadurch wird der Wafer 18 in den Hohlraum 29 geladen. Wenn die Kopfanordnung 28 und der Auflagepad 30 die Position des Wafers 18 sichern, wie oben beschrieben, ziehen sich die Stifte 34 automatisch in das Stiftgehäuse 32 zurück, und das Stiftgehäuse 32 zieht sich in seine ursprüngliche Position zurück, so dass der Wafer 18 poliert werden kann, wie es in 7 veranschaulicht ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 wird, nachdem der Wafer 18 sicher auf das Wafer-Gehäuse 4 geladen ist, das Wafer-Gehäuse 4 automatisch abgesenkt bis die Wafer-Oberfläche 17 in Kontakt mit dem Polierpad 6 ist. Der Polierpad 6 poliert die Wafer-Oberfläche 17 in Übereinstimmung mit dem hierin beschriebenen Verfahren; der Wafer 18 ist dann bereit zum Entladen aus dem Wafer-Gehäuse 4.
Mit Bezugnahme auf 6 wird der Wafer 18 aus dem Wafer-Gehäuse 4 entladen, unter Einsatz von einer im Wesentlichen umgekehrten Reihenfolge der Ladeschritte. Nach dem Polieren des Wafers 18 wird das Wafer-Gehäuse 4 von dem Polierpad 6 abgehoben, und das Stiftgehäuse 32 erstreckt sich nach unten aus seiner ursprünglichen Position, die durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist, bis unter die Oberfläche 17 des Wafers 18. Die Stifte 34 werden dann automatisch dazu veranlasst, hervorzustehen, so dass der Wafer 18 gestützt werden kann, wenn er aus dem Hohlraum 29 entladen wird. Wenn die Stifte 34 hervorstehen, wird das Vakuum mit entgegengesetztem Luftstrom rückgängig gemacht, wodurch der Wafer 18 von der Kopfanordnung 28 weg und auf die Stifte 34 abfällt, d.h., Wafer 18 wird von dem Auflagepad 30 auf die Stifte 34 hin positioniert. Aus dieser Position kann der Wafer dann zu der nächsten Herstellungs-Bearbeitungsstation transportiert werden.
8 veranschaulicht eine Unteransicht der Oberfläche des Wafers 18, während diese mittels der Stifte 34 in den Hohlraum geladen und entladen wird. Obwohl 8 drei hervorstehende Stifte 34 darstellt, sollte verstanden werden, dass mehr als drei Stifte oder ein alternativer Stützmechanismus in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 wird non die Stützplatte 10 zum Stützen des Polierpads 6 beschrieben. Der Polierpad 6 wird gegen die Wafer-Oberfläche 17 mit Hilfe der Stützplatte 10 gehalten, welche mit einem Magnetfilm beschichtet sein mag. Die Rückseite des Stützmaterials, an welchem der Polierpad 6 befestigt ist, mag ebenfalls mit einem Magnetfilm beschichtet sein, wodurch der Polierpad 6 dazu veranlasst wird, sich von der Stützplatte 10 abzuheben, während er sich mit einer erwünschten Geschwindigkeit bewegt. Es sollte verstanden werden, dass andere herömmliche Verfahren eingestzt werden könnten, um den Polierpad 6 von der Stützplatte 10 abzuheben, während dieser die Wafer-Oberfläche 17 poliert, wie etwa Luft, Schmiermittel, und/oder andere geeignete Flüssigkeiten.
Es sollte verstanden werden, dass in der vorstehenden Diskussion und in den angefügten Ansprüchen die Ausdrücke „ Wafer-Oberfläche" und „Oberfläche des Wafers" einswchließen, aber nicht beschränkt sind auf: die Oberfläche des Wafers vor der Bearbeitung und die Oberfläche einer jeglichen auf dem Wafer ausgebildeten Schicht, einschließlich oxidierte Metalle, Oxide, aufgesponnenes Glas, Keramik usw.
Obwohl verschiedene bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung offenbart worden sind, werden es die Fachleute einsehen können, dass Zusätze oder Ersetzungen möglich sind, ohne sich von der Reichweite der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen offenbart, zu entfernen.

Claims

Chemisch-mechanische Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers, wobei die Poliervorrichtung aufweist: ein Wafer-Gehäuse (4), das so ausgebildet ist, dass es den Wafer (18) stützt; gekennzeichnet durch eine Polierstation (7) mit einem Pad (6), welches so ausgebildet ist, dass es die Oberfläche des Wafers (18) mit einer bidirektionalen linearen Bewegung poliert.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bidirektionale lineare Bewegung erhalten wird durch alternatives Bewegen des Pads (6) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Pad (6) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung mit einem Übertragungsmechanismus (8) bewegt wird, welcher einen Motor beinhaltet, welcher eine sich unidirektional drehende Welle hat.
Poliervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Übertragungsmechanismus aufweist: einen horizontal aufgehängten Synchronriemen (16); einen ersten Satz Rollen (20), die so ausgebildet sind, dass sie den horizontal aufgehängten Synchronriemen sichern; einen zweiten Satz Rollen (22); und zwei vertikal aufgehängte Synchronriemen (14, 15), die mit jedem Ende des Pads verbunden sind, wobei jeder der vertikal aufgehängten Synchronriemen (14, 15) durch einen des ersten Satzes Rollen oder einen des zweiten Satzes Rollen gesichert ist.
Poliervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Übertragungsmechanismus (8) so ausgebildet ist, dass er das Pad mit ungefähr 100 bis 600 Fuß pro Minute (ca. 1/2 bis 3 ms^–1) bewegt.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wafer-Gehäuse aufweist: eine Kopfanordnung mit einem Raum (29), der so ausgebildet ist, dass er den Wafer (18) stützt, und einem beweglichen Stiftgehäuse (32), das Stifte (34) beinhaltet, die so ausgebildet sind, dass sie in das und aus dem Stiftgehäuse (32) vorstehen.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polierstation weiterhin eine Stützplatte (30) aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie das Pad stützt, wenn das Pad die Oberfläche des Wafers poliert.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Pad-Länge mindestens doppelt so groß ist wie eine Wafer-Durchmesserlänge.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Pad-Länge mindestens dreimal so groß ist wie eine Wafer-Durchmesserlänge.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Pad-Länge auf einer Horizontalebene ungefähr eine Wafer-Durchmesserlänge beträgt.
Poliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die weiterhin aufweist: einen Raum mit einem Ablage-Pad ...; und ein bewegliches Stiftgehäuse (37) und zurückziehbare Stifte (34), die an einem Abschnitt des Stiftgehäuses (37) angeordnet sind, um den Wafer (18) in das und aus dem Wafer-Gehäuse zu laden und zu entladen.
Poliervorrichtung nach Anspruch 11, die weiterhin einen Sicherungsmechanismus (31) zum Sichern des Wafers aufweist.
Poliervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das bewegliche Stiftgehäuse (37) so ausgebildet ist, dass es sich in Bezug auf den Raum (29) mittels eines Motors oder einer pneumatischen Steuerung nach oben und unten bewegt.
Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Stützen des Wafers (18), so dass die Oberfläche des Wafers einem Polier-Pad ausgesetzt ist; gekennzeichnet durch Polieren der Oberfläche des Wafers durch bidirektionales lineares Bewegen des Polier-Pads (6).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Polierschritt weiterhin den Schritt beinhaltet, das Pad (6) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Pad (6) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bewegt wird mit einem Übertragungsmechanismus (8), welcher die bidirektionale lineare Bewegung durch einen Motor erzeugt, welcher eine sich unidirektional drehende Welle hat.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Übertragungsmechanismus (8) so ausgebildet ist, dass er das Pad mit ungefähr 100 bis 600 Fuß pro Minute (ca. 1/2 bis 3 ms^–1) bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Polierschritt weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Drehen einer Mehrzahl von Rollen (20, 22); Bewegen einer Mehrzahl von Synchronriemen (14, 15, 16), die an der Mehrzahl von Rollen (20, 22) gesichert sind; bidirektionales lineares Bewegen des Polier-Pads (6), wobei das Polier-Pad (6) an mindestes zwei der Mehrzahl von Synchronriemen (14, 15, 16) befestigt ist; und Polieren der Oberfläche des Wafers (18), wenn das Polier-Pad in Kontakt mit der Oberfläche kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Stützschritt weiterhin den Schritt des Sicherns des Wafers in einem Raum eines Wafer-Gehäuses aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der Stützschritt weiterhin folgende Schritte aufweist: Laden des Wafers (18) auf einen Raum eines Wafer-Gehäuses, welcher ein bewegliches Stiftgehäuse (32) und zurückziehbare Stifte (34) hat, die an einem Abschnitt des Stiftgehäuses (32) angeordnet sind; Positionieren des Abschnitts des Stiftgehäuses (32) unterhalb der Oberfläche des Wafers; Ausfahren der Stifte (34) aus dem Abschnitt des Stiftgehäuses (32), wobei die Stifte somit eine Stütze für den Wafer (18) bereitstellen, der darauf einführbar ist; Bewegen des Stiftgehäuses (32), so dass der Wafer nahe der Oberfläche des Wafer-Gehäuses angeordnet ist; Laden des Wafers auf den Raum (29) des Wafer-Gehäuses und weg von den Stiften; Zurückziehen der Stifte in den Abschnitt des Stiftgehäuses (32); und Entfernen des Stiftgehäuses (32) von der Oberfläche des Wafer-Gehäuses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, das weiterhin folgende Schritte aufweist: Positionieren eines Abschnitts eines Stiftgehäuses (32) unterhalb der Oberfläche des Wafers (18); Ausfahren der ausziehbaren Stifte (34) aus dem Abschnitt des Stiftgehäuses (32), wobei die Stifte somit eine Stütze für den Wafer bereitstellen, der darauf einführbar ist; Bewegen des Stiftgehäuses (32), so dass der Wafer (18) in der Nähe eines Wafer-Gehäuses angeordnet ist; Laden des Wafers (18) auf den Raum (29) des Wafer-Gehäuses und von den Stiften weg; Zurückziehen der Stifte (34) in den Abschnitt des Stiftgehäuses; und Entfernen des Stiftgehäuses (32) von der Oberfläche des Wafers.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin den Schritt des Sicherns des Wafers (18) in dem Wafer-Gehäuse mittels eines Sicherungsmechanismus (31) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Sicherungsmechanismus (31) ein Vakuum aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Positionieren eines Abschnitts eines Stiftgehäuses (32) unterhalb der Oberfläche des Wafers (18); Ausfahren der zurückziehbaren Stifte aus dem Abschnitt des Stiftgehäuses, wobei die Stifte (34) somit eine Stütze für den Wafer (18) bereitstellen, der darauf einführbar ist; Bewegen des Stiftgehäuses (32), so dass der Wafer von dem Raum eines Wafer-Gehäuses weg bewegt wird; und Entladen des Wafers aus dem Wafer-Gehäuse durch Zurückziehen der Stifte (34) in den Abschnitt des Stiftgehäuses (32).
Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin den Schritt des Einführens des Wafers auf den zurückziehbaren Stiften mittels eines Luftstroms aus einem Vakuum aufweist.