DE10241155B4 - Apparatus for terminating the thinning of a workpiece and method for terminating a machining operation - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
(10) zum Beenden des Dünnens
eines Werkstücks
(40),
mit einer Strahlungssendeeinheit (20), die eine Strahlung (46)
auf einen Bereich (44) richtet, durch den von einer zu bearbeitenden
Fläche
eines Werkstücks
(40) kommender Abtrag oder Abrieb transportiert wird,
mit einer
Strahlungsempfangseinheit (22), die aus dem Bereich (44) kommende
Strahlung (48) empfängt,
und
mit einer Auswerteeinheit (24),
wobei der bestrahlte Bereich
(44) außerhalb
eines zwischen Werkstück
(40) und einer Arbeitsfläche
(14) liegenden Bearbeitungsbereiches liegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinheit (24) abhängig von einem Ausgangssignal
(50) der Strahlungsempfangseinheit (22) einen Farbumschlag erfasst
und den Bearbeitungsvorgang beendet.Device (10) for terminating the thinning of a workpiece (40),
with a radiation transmission unit (20) which directs radiation (46) onto a region (44) through which removal or abrasion coming from a surface to be machined of a workpiece (40) is transported,
with a radiation receiving unit (22) receiving radiation (48) coming from the area (44),
and with an evaluation unit (24),
wherein the irradiated area (44) lies outside of a processing area lying between the workpiece (40) and a work surface (14),
characterized in that the evaluation unit (24) detects a color change depending on an output signal (50) of the radiation receiving unit (22) and terminates the processing operation.
Description
Die Erfindung betrifft bspw. eine Vorrichtung zum ganzflächigen Dünnen eines Werkstücks, z. B. in einem Poliervorgang, in einem Schleifvorgang, in einem Läpp- oder in einem Hohnvor gang. Solche Vorrichtungen enthalten eine Aufnahmevorrichtung, die mindestens ein Werkstück während eines Bearbeitungsvorganges zum Dünnen aufnimmt. Außerdem gibt es mindestens eine Auflagefläche, die während des Bearbeitungsvorganges eine zu bearbeitende Fläche des Werkstücks berührt. Eine Antriebs- und Energieübertragungseinheit erzeugt während des Bearbeitungsvorganges eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Arbeitsfläche. Durch die Relativbewegung wird von der zu bearbeitenden Fläche Abrieb abgerieben, wodurch das Werkstück gedünnt wird.The The invention relates to, for example, a device for full-surface thinning of a Workpiece z. B. in a polishing process, in a grinding process, in a Lapping or in a mocking process. Such devices include a receiving device which at least one workpiece while a processing operation for thinning absorbs. There are also there is at least one support surface, the while the machining process a surface to be machined workpiece touched. A drive and power transmission unit generated during the Machining process a relative movement between the workpiece and work surface. By the relative movement becomes abrasion from the surface to be worked rubbed off, causing the workpiece thinned becomes.
Aus
der
Aus
der
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Dünnen eines Werkstücks anzugeben, mit der der Endzeitpunkt des Bearbeitungsvorganges auf einfache Art bestimmbar ist. Außerdem soll ein zugehöriges Verfahren zum Beenden eines Bearbeitungsvorganges angegeben werden.It Object of the invention, a simply constructed device for thin a workpiece specify with the end time of the machining operation on simple way is determinable. Furthermore should be an associated Method for terminating a machining operation can be specified.
Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The The object related to the device is achieved by a device solved with the features specified in claim 1. further developments are in the subclaims specified.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass insbesondere Übergänge zwischen verschiedenen Schichten des Werkstücks zum Erfassen des Endzeitpunktes besonders geeignet sind. Ein solcher Übergang könnte über den geänderten Antriebsstrom der Antriebseinheit beim Übergang zwischen den Schichten erfasst werden. Auch eine Endzeiterkennung über eine chemische Analyse des Abriebs wäre möglich. Jedoch ist der apparative Auf wand für solche Verfahren beträchtlich. Außerdem geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass es beim Übergang zwischen den Schichten üblicherweise eine Änderung in der Anzahl von Abriebteilchen und/oder in der Farbe des Abriebs gibt. Solche Änderungen lassen sich einfach erfassen, weil sich dadurch die Transmission-, Reflektions- bzw. Absorptionseigenschaften des Abriebs bezüglich einer auf den Abrieb gerichteten Strahlung ändern.The Invention goes from consideration from that particular transitions between different layers of the workpiece for detecting the end time are particularly suitable. Such a transition could be via the changed drive current of the drive unit at the transition be detected between the layers. Also an end-time detection via a chemical analysis of the abrasion would be possible. However, the equipment required for such procedures is considerable. Furthermore the invention goes from consideration from that, it's the transition between the layers usually a change in the number of abrasive particles and / or in the color of the abrasion gives. Such changes can be easily detected because this causes the transmission, Reflecting or absorbing properties of the abrasion with respect to a change to the abrasion-directed radiation.
Deshalb enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Strahlungseinheit, die eine Strahlung auf einen Bereich richtet, durch den beim Arbeitsvorgang von der zu bearbeitenden Fläche kommender Abrieb transportiert wird. Eine Strahlungsempfangseinheit empfängt die aus dem bestrahlten Bereich kommende Strahlung. Eine Auswerteeinrichtung erfasst einen Farbumschlag und beendet abhängig von einem Ausgangssignal der Strahlungsempfangseinheit den Bearbeitungsvorgang.Therefore contains the device according to the invention a radiation unit that directs radiation to a region by the abrasion coming from the surface to be treated during the working process is transported. A radiation receiving unit receives the radiation coming from the irradiated area. An evaluation device detects a color change and stops depending on an output signal the radiation receiving unit the machining process.
Erfindungsgemäß liegt der vom Abrieb durchquerte Bereich außerhalb eines zwischen dem Werkstück und der Arbeitsfläche liegenden Bearbeitungsbereiches. Durch diese Maßnahme lassen sich die Strahlungssendeeinheit und die Strahlungsempfangseinheit auf einfache Art in die Vorrichtungen einbauen. Der Bearbeitungsbereich ist nämlich nur schwer zugänglich. Insbesondere wird vermieden, dass die Strahlungssendeeinheit oder die Strahlungsempfangseinheit an rotierenden Teilen befestigt werden muss.According to the invention the area traversed by abrasion outside of between the workpiece and the working surface lying processing area. By this measure, the radiation transmission unit can be and the radiation receiving unit in a simple manner in the devices Install. The editing area is difficult to access. In particular, it is avoided that the radiation transmitting unit or the radiation receiving unit are attached to rotating parts got to.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Strahlungssendeeinheit eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Diese Dioden senden Strahlung nur innerhalb eines schmalen Frequenzbandes aus. Die Strahlungsempfangseinheit muss somit ebenfalls nur Strahlung innerhalb eines schmalen Frequenzbandes empfangen und ist bei einer anderen Weiterbildung eine Fotodiode oder ein Fototransistor. Durch das Verwenden nur eines Strahlungssenders und nur eines Strahlungsempfängers sind in der Vorrichtung zusätzlich erforderliche Einheiten zur Erfassung des Endzeitpunktes sehr einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar, insbesondere mit wenigen und dazu noch sehr preiswerten Bauelementen. Insbesondere wird keine Auswertung eines sich über mehrere hundert Nanometer erstreckenden Strahlungsspektrums ausgeführt.at a development of the device according to the invention is the radiation transmission unit a light emitting diode or a laser diode. These diodes send radiation only within a narrow frequency band. The radiation receiving unit must thus also only radiation within a narrow frequency band received and is in another development, a photodiode or a phototransistor. By using only one radiation transmitter and only one radiation receiver are additional in the device required units for the detection of the end time very easy built and inexpensive Can be produced, especially with a few and very cheap Components. In particular, no evaluation of one over several one hundred nanometers extending radiation spectrum.
Bei einer nächsten Weiterbildung ist die Vorrichtung eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren. Die Poliervorrichtung enthält eine Poliermittelzuführeinheit, die während des Bearbeitungsvorganges Poliermittel zuführt. Das Poliermittel enthält Polierkörner und einen das abzutragende Material angreifenden chemischen Zusatz. Die Polierkörner haben beispielsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen zwanzig Nanometern und vierhundert Nanometern, vorzugsweise bis einhundert Nanometern.In a next development, the device is a device for chemical-mechanical polishing. The polishing apparatus includes a polishing agent supply unit which during the processing tion process supplies polishing agent. The polishing agent contains polishing grains and a chemical additive attacking the material to be removed. The polishing grains have, for example, a diameter in the range between twenty nanometers and four hundred nanometers, preferably up to one hundred nanometers.
Bei einer anderen Weiterbildung erzeugt die Antriebs- und Energieübertragungsvorrichtung eine Rotationsbewegung der Arbeitsfläche. Durch die Rotationsbewegung wird der Abrieb auf einfache Art und Weise aus dem Arbeitsbereich in den Bestrahlungsbereich transportiert. Durch das Verwenden einer Arbeitsflüssigkeit lässt sich der Abrieb bspw. auch quer zur Rotationsrichtung transportieren. Aber auch Linearbewegungen zwischen Werkstück und Unterlage werden verwendet, bspw. beim Polieren mit Hilfe eines Polierbandes.at another development generates the drive and power transmission device a rotational movement of the work surface. By the rotation movement Abrasion is easily removed from the work area transported in the irradiation area. By using a working fluid let yourself the abrasion, for example, transversely to the direction of rotation transport. But also linear movements between workpiece and base are used For example, when polishing with the help of a polishing belt.
Bei einer anderen Weiterbildung sind die Strahlungssendeeinheit und die Strahlungsempfangseinheit relativ zu einem Maschinenrahmen der Vorrichtung ruhend und damit auf einfache Art angeordnet. Insbesondere müssen keine Maßnahmen getroffen werden, die ein Verdrehen und letztlich ein Abreißen von Leitungen verhindern.at another development, the radiation transmission unit and the radiation receiving unit relative to a machine frame of the device resting and thus arranged in a simple way. In particular, no need activities which are twisting and ultimately tearing off Prevent cables.
Die Vorrichtung wird bei einer nächsten Weiterbildung zur Bearbeitung von Halbleiterscheiben verwendet. Deshalb ist die Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe geeignet. Die Halbleiterscheibe wird beispielsweise mit Hilfe eines Unterdrucks in der Aufnahmevorrichtung gehalten. Jedoch gibt es auch Spannvorrichtungen für Halbleiterscheiben. Insbesondere müssen bei Halbleiterscheiben hohe Anforderungen an den Bearbeitungsprozess erfüllt werden. So haben beispielsweise bereits kleine Abweichungen von einer vorgegebenen Dicke des Werkstücks erhebliche Änderungen von Leitbahnwiderständen zur Folge. Damit müssen Abweichungen der Polierrate von einer Sollpolierrate und auch Abweichungen der Dicke von einer Solldicke beim Aufbringen der abzutragenden Schicht ausgeglichen werden. Dies ist aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Art und Weise möglich.The Device will be at a next Training used for processing of semiconductor wafers. Therefore, the receiving device for receiving a semiconductor wafer suitable. The semiconductor wafer is, for example, by means of a negative pressure held in the receiving device. However, there are also tensioning devices for semiconductor wafers. In particular, need For semiconductor wafers high demands on the machining process Fulfills become. For example, even small deviations from a given thickness of the workpiece significant changes of track resistances result. So have to Deviations of the polishing rate from a target polishing rate and also deviations the thickness of a target thickness during application of the ablated Layer are compensated. This is due to the method of the invention in a simple way possible.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beenden eines Bearbeitungsvorganges. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der Oberfläche eines Werkstücks Material einer abzutragenden Schicht abgetragen, bspw. abgerieben. Die abzutragende Schicht grenzt an eine Stoppschicht, die eine andere Materialzusammensetzung als die abzutragende Schicht hat. Damit entsteht auch ein Abrieb mit einer anderen Materialzusammensetzung, wenn die Stoppschicht erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abrieb mit einer Strahlung bestrahlt. Aufgrund des Erfassens einer beim Erreichen der Stoppschicht auftretenden anderen Wechselwirkung zwischen Abrieb und Strahlung als vor dem Erreichen der Stoppschicht wird dann der Bearbeitungsvorgang beendet.The Invention also relates a method for ending a machining operation. In the method according to the invention gets off the surface a workpiece Ablated material of a layer to be removed, for example, rubbed off. The layer to be removed borders on one stop layer, the other one Material composition than the layer to be removed. In order to also creates an abrasion with a different material composition, if the stop layer is reached. In the method according to the invention the abrasion is irradiated with radiation. Because of the detection a different interaction occurring upon reaching the stop layer between abrasion and radiation as before reaching the stop layer then the editing process is ended.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird zum Erzeugen des Abriebs ein flüssiges oder fließfähiges Arbeitsmittel genutzt. Das Arbeitsmittel ist bspw. ein Poliermittel, das Polierkörner und einen das abzutragende Material angreifenden chemischen Zusatz enthält. Der chemische Zusatz greift das Material der abzutragenden Schicht und das Material der Stoppschicht unterschiedlich stark an. Außerdem kommt es aufgrund des chemischen Zusatzes mit dem Material der abzu tragenden Schicht oder mit dem Material der Stoppschicht zur Bildung eines Materials, dass das Poliermittel verfärbt. Bei einer Ausgestaltung bildet der Zusatz mit dem Material der abzutragenden Schicht oder mit dem Material der Stoppschicht eine Verbindung mit einer Farbe, die verschieden von weiß ist. Beim Erreichen der Stoppschicht tritt ein Farbumschlag der Färbung des Poliermittels auf, der sich auf einfache Art erfassen lässt.at a development of the method is used to generate the abrasion a liquid or flowable working medium used. The working fluid is, for example, a polishing agent, the polishing grains and contains a chemical additive which attacks the material to be removed. Of the chemical additive attacks the material of the layer to be removed and the material of the stop layer to different degrees. Besides that comes it due to the chemical additive with the material to be worn Layer or with the material of the stop layer to form a material, that the polish discolored. In one embodiment, the additive forms with the material of the ablated Layer or with the material of the stop layer, a compound with a color that is different from white. When reaching the stop layer occurs a color change of the coloring of the polishing agent, which can be detected in a simple manner.
Bei einer nächsten Weiterbildung ist die abzutragende Schicht eine Metallschicht, insbesondere eine Kupferschicht, die aus Kupfer besteht oder einer Kupferlegierung mit einem Kupferanteil von über neunzig Volumenprozent oder über neunzig Masseprozent. Beim chemisch-mechanischen Polieren von Kupfer wird beispielsweise Wasserstoffperoxid H2O2 verwendet, das bspw. zur Bildung von Kupferhydroxid Cu(OH)2 führt. Auch Kupfer(II)acetat und Kupferkarbonat CuCO3 werden bei entsprechenden Zusätzen gebildet. Die genannten Verbindungen färben das Poliermittel grün bzw. bläulich-grün bis zu türkis-grün. Diese Färbung ist vom sogenannten Grünspan bzw. von Kupfer-Patina her bekannt. Bei einem grünlich gefärbten Poliermittel wird eine rote oder eine blaue Strahlung verwendet, um ein sicheres Ermitteln des Endzeitpunktes zu gewährleisten.In a next development, the layer to be removed is a metal layer, in particular a copper layer, which consists of copper or a copper alloy with a copper content of more than ninety percent by volume or over ninety percent by mass. In the chemical-mechanical polishing of copper, for example, hydrogen peroxide H 2 O 2 is used, which, for example, leads to the formation of copper hydroxide Cu (OH) 2 . Also copper (II) acetate and copper carbonate CuCO 3 are formed with appropriate additives. The compounds mentioned dye the polish green or bluish-green to turquoise-green. This color is known from the so-called verdigris or from copper patina ago. In the case of a greenish-colored polish, red or blue radiation is used to ensure a safe determination of the end time.
Bei einer anderen Weiterbildung ist die abzutragende Schicht eine dielektrische Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht aus Siliziumdioxid. Das Poliermittel enthält einen Zusatz, der bei der Reaktion mit dem Material der dielektrischen Schicht eine Verbindung mit einer anderen Farbe als weiß bildet, beispielsweise einer braunen Farbe, falls eisenhaltige Zusätze verwendet werden. In diesem Fall werden mit einer blauen Strahlung gute Erfassungsergebnisse erzielt.at In another development, the layer to be removed is a dielectric Layer, for example, an oxide layer of silicon dioxide. The polish contains an additive used in the reaction with the material of the dielectric Layer forms a compound with a color other than white, for example a brown color if ferrous additives are used. In this Case become good detection results with a blue radiation achieved.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine seiner Weiterbildungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer ihrer Weiterbildungen ausgeführt. Auch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich um Einheiten ergänzen, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen geeignet sind.In a next development, the method according to the invention or one of its developments is carried out with the aid of the device according to the invention or one of its developments. The device according to the invention can also be supplemented by units which are used to carry out the invention method according to the invention or one of its developments are suitable.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:in the Below are embodiments of the Invention with reference to the accompanying drawings. In this demonstrate:
Der
Poliertisch
Die
Poliertischauflage
Aus
der Poliermittelzuführeinheit
Die
Auswerteeinheit
Im
Ausführungsbeispiel
wird ein pnp-Fototransistor FT eingesetzt, dessen Emitter über einen Arbeitswiderstand
R3 mit der Masseleitung M verbunden ist. Der Kollektor des Fotowiderstandes
FT ist mit der Betriebsspannungsleitung UM verbunden. Vom Emitter
des Fototransistors FT führt
außerdem eine
elektrisch leitende Verbindung zu einem Eingang des Analog-Digital-Wandlers
Der
Analog-Digital-Wandler
Das
Sende-/Empfangsteil
Das
Polieren der Halbleiterscheibe
Zum
Zeitpunkt t3 ist eine auf der Halbleiterscheibe
Nach
dem Abscheiden der Tantalnitridschicht
Auf ähnliche
Art und Weise wurde anschließend
mit Hilfe eines dualen Damascene-Verfahrens ein Leitbahn-Kontaktlochsystem
in der Metallisierungslage
Danach
wurde mit der Herstellung weiterer Metallisierungslagen
Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
enthält
der Sende-/Empfangsteil
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden an Stelle des Tantals bzw. des Tantalnitrids Titan bzw. Titannitrid einge setzt. Andere geeignete Materialien werden ebenfalls als Material der Polierstoppschicht eingesetzt.at another embodiment In place of the tantalum or tantalum nitride titanium or titanium nitride set. Other suitable materials are also used as material the polishing stopper used.
An
Stelle des Wendepunktes
Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
befindet sich der Bereich
- 1010
- Poliermaschinepolisher
- 1212
- Poliertischpolishing table
- 1414
- PoliertischauflagePolishing table support
- 1616
- Scheibenträgerdisk support
- 1818
- PoliermittelzuführeinheitPoliermittelzuführeinheit
- 2020
- Sendeeinheittransmission unit
- 2222
- Empfangseinheitreceiver unit
- 2424
- Auswerteeinheitevaluation
- 2626
- Antriebseinheitdrive unit
- 28, 3028 30
- Drehpfeilrotation arrow
- 3232
- KraftübertragungseinheitPower transmission unit
- 34, 3634 36
- Antriebswelledrive shaft
- 3838
- Poliermittelpolish
- 4040
- HalbleiterscheibeSemiconductor wafer
- 4242
- ArbeitsbereichWorkspace
- 4444
- Randbereichborder area
- 4646
- SendelichtstrahlTransmitted light beam
- 4848
- reflektierter Strahlreflected beam
- 50, 5250, 52
- Leitungmanagement
- AA
- Endpunktsignalendpoint signal
- 6060
- Sende-/EmpfangsteilTransmitting / receiving part
- 6262
- AD-WandlerADC
- 6464
- DatenverarbeitungsanlageData processing system
- 6666
- Leuchtdiodeled
- MM
- Masseleitungground line
- R1R1
- Vorwiderstanddropping resistor
- UMAROUND
- BetriebsspannungsleitungOperating voltage line
- FTFT
- Fototransistorphototransistor
- R3R3
- Arbeitswiderstandworking resistance
- 6868
- Datenbusbus
- 100100
- Spannungsverlaufvoltage curve
- 102102
- Koordinatensystemcoordinate system
- 104104
- x-AchseX axis
- tt
- Polierzeitpolishing time
- 106106
- y-Achsey-axis
- UU
- Spannungtension
- t0 bis t4t0 to t4
- Zeitpunkttime
- 108108
- Wendepunktturning point
- 110110
- Pfeilarrow
- 120120
- integrierte Schaltungsanordnungintegrated circuitry
- 122 bis 128122 to 128
- Metallisierungslagemetalization
- 130130
- Pfeilarrow
- 132132
- Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
- 134134
- dielektrische Schichtdielectric layer
- 136136
- Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
- 138138
- Kontaktlochcontact hole
- 140140
- Tantalschichttantalum layer
- 142142
- Tantalnitridschichttantalum nitride
- 144144
- Kupferschichtcopper layer
- 146146
- Pfeilarrow
- 148148
- Siliziumnitridschichtsilicon nitride
- 150150
- Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
- 152152
- Siliziumnitridschichtsilicon nitride
- 154154
- Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
- 156156
- Tantalschichttantalum layer
- 158158
- Tantalnitridschichttantalum nitride
- 160160
- Kupferleitbahncopper interconnect
- 162162
- Siliziumnitridschichtsilicon nitride
- 164164
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2002
- 2002-09-05 DE DE2002141155 patent/DE10241155B4/en not_active Expired - Fee Related
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