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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Abschleifen oder zum
Polieren einer Oberfläche,
wie beispielsweise der Oberfläche
eines strukturierten Halbleiterwafers oder dergleichen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Bei
der Herstellung von integrierten Schaltkreisen erfahren die Halbleiterwafer,
die für
die Halbleiterfertigung verwendet werden, typischerweise zahlreiche
Bearbeitungsschritte, einschließlich
Aufdampfen, Mustererstellen, und Ätzen. Einzelheiten dieser Herstellungsschritte
für Halbleiterwafer
werden von Tonshoff et al. in „Abrasive
Machining of Silicon" (Schleifbearbeitung
von Silizium) erläutert,
veröffentlicht
in den Annalen der International Institution for Production Engineering
Research, (Band 39/2/1990, Seiten 621–635. Bei jedem Herstellungsschritt
ist es häufig
notwendig oder wünschenswert,
eine freiliegende Oberfläche
des Wafers zu modifizieren oder zu veredeln, um sie für anschließende Fertigungs-
oder Herstellungsschritte vorzubereiten.
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Bei
herkömmlichen
Fertigungsprogrammen für
Halbleitervorrichtungen erfährt
ein flacher Siliziumbasiswafer eine Reihe von Bearbeitungsschritten,
in welchen einheitliche Schichten von zwei oder mehreren diskreten
Materialien aufgedampft werden, um eine einzige Schicht einer mehrschichtigen
Struktur zu bilden. Bei diesem Verfahren ist es üblich, eine einheitliche Schicht
eines ersten Materials auf den Wafer selbst oder auf eine bestehende
Schicht eines Zwischenkonstrukts durch irgendeines der in der Technik üblicherweise
verwendeten Mittel aufzutragen, Vertiefungen in diese Schicht oder
durch sie hindurch zu ätzen,
und danach die Vertiefungen mit einem zweiten Material zu füllen. Als
Alternative können
Strukturen von ungefähr
einheitlicher Dicke, die ein erstes Material umfassen, auf den Wafer
oder auf eine vorhergehend hergestellte Schicht des Wafers übli cherweise
durch eine Maske aufgedampft werden, und danach können die
benachbarten Gebiete dieser Strukturen mit einem zweiten Material
gefüllt
werden, um die Schicht zu vervollständigen. Nach dem Aufdampfungsschritt
ist im Allgemeinen eine weitere Bearbeitung des aufgedampften Materials
oder der aufgedampften Schicht auf einer Waferoberfläche erforderlich,
bevor eine zusätzliche
Aufdampfung oder anschließende
Bearbeitung stattfindet. Wenn dies abgeschlossen ist, ist die äußere Oberfläche im Wesentlichen vollständig planar
und parallel zu der Siliziumbasiswaferoberfläche. Ein besonderes Beispiel
für ein
solches Verfahren sind die Damaszier-Metallverfahren.
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Bei
dem Damaszier-Verfahren wird ein Muster in eine dielektrische Oxidschicht
(z. B. Siliziumdioxid) geätzt.
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Nach
dem Ätzen
werden optionale Haftungs-/Sperrschichten auf die gesamte Oberfläche aufgedampft.
Typische Sperrschichten können
beispielsweise Tantal, Tantalnitrid, Titan oder Titannitrid umfassen. Als
Nächstes
wird ein Metall (z. B. Kupfer) auf das Dielektrikum und jede Haftungs-/Sperrschicht
aufgedampft. Die aufgedampfte Metallschicht wird danach modifiziert,
veredelt oder fertig bearbeitet, indem das aufgedampfte Metall und
optionale Abschnitte der Haftungs-/Sperrschicht von der Oberfläche des
Dielektrikums entfernt werden. Typischerweise wird genügend Oberflächenmetall
entfernt, so dass die äußere freiliegende Oberfläche des
Wafers sowohl Metall als auch ein dielektrisches Oxidmaterial enthält. Eine
Draufsicht auf die freiliegende Waferoberfläche würde eine planare Oberfläche mit
Metall zeigen, die dem geätzten
Muster und dielektrischem Material direkt neben dem Metall entspricht.
Das Metall (die Metalle) und das (die) dielektrische(n) Oxidmaterial(ien),
das(die) auf der modifizierten Oberfläche des Wafers liegt (liegen),
weist (weisen) von Natur aus unterschiedliche physikalische Eigenschaften
auf, wie beispielsweise unterschiedliche Härtewerte. Die zur Modifizierung
eines durch das Damaszier-Verfahren hergestellten Wafers verwendete
Schleifbehandlung muss so ausgelegt sein, dass sie gleichzeitig
das Metall und die dielektrischen Materialien modifiziert, ohne
eine der Materialoberflächen
zu verkratzen. Die Schleifbehandlung muss eine planare äußere freiliegende
Oberfläche
auf einem Wafer erzeugen, der einen freiliegenden Bereich mit Metall
und einen freiliegenden Bereich eines dielektrischen Materials aufweist.
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Das
Verfahren zum Modifizieren der aufgedampften Metallschicht, um das
dielektrische Material freizulegen, lässt, wegen der in Submikron
gemessenen Metallstrukturen, die auf der Waferoberfläche angeordnet sind,
wenig Spielraum für
Fehler. Die Abtragungsgeschwindigkeit des aufgedampften Metalls
sollte relativ hoch sein, um die Herstellungskosten zu minimieren,
und das Metall muss vollständig
aus den Bereichen, die nicht geätzt
wurden, entfernt werden. Das in den geätzten Bereichen verbleibende
Metall muss auf diskrete Bereiche oder Zonen beschränkt bleiben,
während
es innerhalb jener Bereiche oder Zonen durchgängig ist, um die korrekte Leitfähigkeit
sicherzustellen. Kurz gesagt, das Metallmodifizierungsverfahren
muss in einer Größenordnung
von Submikron einheitlich, gesteuert und reproduzierbar sein.
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Bei
einem herkömmlichen
Verfahren zum Modifizieren oder zum Veredeln von freiliegenden Oberflächen von
strukturierten Wafern wird eine Waferoberfläche mit einer Aufschlämmung behandelt,
die eine Mehrzahl von losen Schleifteilchen enthält, die in einer Flüssigkeit
feinst verteilt sind. Typischerweise wird diese Aufschlämmung auf
ein Polierkissen aufgetragen und die Waferoberfläche wird danach abgeschliffen
oder gegen das Kissen bewegt, um Material von der Waferoberfläche zu entfernen.
Im Allgemeinen kann die Aufschlämmung
außerdem
chemische Wirkstoffe oder Arbeitsflüssigkeiten enthalten, welche
mit der Waferoberfläche
reagieren, um die Abtragungsgeschwindigkeit zu modifizieren. Das
vorstehend be schriebene Verfahren wird herkömmlicherweise als ein chemisch-mechanisches
Einebnungsverfahren (CMP, chemical-mechanical planarization) bezeichnet.
Gewisse Nachteile des herkömmlichen
CMP-Verfahrens sind festgestellt worden. Beispielsweise ist es teuer,
die verbrauchten Aufschlämmungen
auf umweltverträgliche
Weise zu entsorgen. Darüber
hinaus kann es schwierig sein, zurückgebliebene Schleifteilchen
von der Oberfläche
des Halbleiterwafers nach dem Poliervorgang zu entfernen. Wenn sie
nicht entfernt werden, können
diese zurückgebliebenen
Teilchen zu elektrischem und mechanischem Ausfall der fertigen Halbleiter-Vorrichtungen
führen.
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Bei
einer neueren Alternative zu den CMP-Aufschlämmungsverfahren wird ein Schleifgegenstand
verwendet, um eine Halbleiteroberfläche zu modifizieren oder zu
veredeln, und dadurch entfällt
die Notwendigkeit für
die vorhergehenden Aufschlämmungen. Über dieses
alternative CMP-Verfahren wird beispielsweise in der internationalen
Veröffentlichung
Nr. WO 97/11484 berichtet, die am 27. März 1997 veröffentlicht wurde. Der Schleifgegenstand, über den
berichtet wird, weist eine strukturierte Schleifoberfläche auf,
welche in einem Bindemittel feinst verteilte Schleifteilchen enthält. Bei
der Verwendung ist der Schleifgegenstand mit einer Halbleiterwaferoberfläche in Kontakt,
häufig
in Gegenwart einer Arbeitsflüssigkeit,
mit einer Bewegung, die angepasst ist, um eine einzige Materialschicht
auf dem Wafer zu modifizieren und um eine planare, einheitliche
Waferoberfläche
zur Verfügung
zu stellen. Die Arbeitsflüssigkeit
wird auf die Oberfläche
des Wafers zur chemischen Modifizierung aufgetragen oder um andernfalls
das Entfernen eines Materials von der Oberfläche des Wafers durch die Wirkung
des Schleifgegenstandes zu erleichtern.
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Die
vorstehend genannten Arbeitsflüssigkeiten
können
irgendeine aus einer Vielfalt von Flüssigkeiten umfassen, wie beispielsweise
Wasser oder was typischer ist, wässrige
Lösungen
von Komplexbildnern, Oxidierungsmitteln, Passivierungsmitteln, grenzflächenaktiven
Stoffen, Benetzungsmitteln, Puffern, Rostschutzmitteln, Schmiermitteln,
Seifen, Kombinationen von diesen Zusätzen, oder dergleichen. Die
Zusätze
können außerdem Mittel
enthalten, welche mit dem zweiten Material reagieren, z. B. mit
Metall oder Metalllegierungsleitern auf der Waferoberfläche, wie
beispielsweise Oxidierungs-, Reduzierungs-, Passivierungsmittel
oder Komplexbildner.
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Es
ist wünschenswert,
Verbesserungen an CMP-Verfahren zur Verfügung zu stellen. Es ist insbesondere
wünschenswert,
Verbesserungen an CMP-Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei denen
Schleifgegenstände
verwendet werden, welche eine höhere
Stufe einer selektiven Einebnung bieten, als diejenigen, die mit herkömmlichen,
auf Aufschlämmung
beruhenden Verfahren produziert werden. Es ist außerdem wünschenswert,
Verfahren zur Verfügung
zu stellen, bei denen Schleifgegenstände verwendet werden, die frei
von herkömmlichen
Schleifteilchen sind, wohingegen sie, ohne die Notwendigkeit der
zuvor genannten Aufschlämmungen,
immer noch in einem CMP-Verfahren wirkungsvoll sind.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Modifizieren einer
Oberfläche
zur Verfügung,
das die folgenden Schritte umfasst:
- (a) Kontaktieren
der zu modifizierenden Oberfläche
mit einer Arbeitsoberfläche
eines Schleifgegenstandes, wobei der Schleifgegenstand, der frei
von herkömmlichen
Schleifteilchen ist, ein phasensepariertes Polymer mit einer ersten
Phase und einer zweiten Phase aufweist, wobei die erste Phase härter als
die zweite Phase ist; und
- (b) relatives Bewegen der zu modifizierenden Oberfläche und
des fixierten Schleifgegenstandes, um bei Abwesenheit einer Schleifaufschlämmung Material
von der zu modifizierenden Oberfläche zu entfernen.
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Das
phasenseparierte Polymer kann aus irgendeiner aus einer Vielfalt
von phasenseparierten Polymeren ausgewählt werden, wobei die Brucharbeit
des phasenseparierten Polymers größer ist als die Brucharbeit
für das
von der Oberfläche
des Wafers entfernte Material. In diesem Zusammenhang bedeutet Brucharbeit der
integrierte Bereich unter der Spannungs-/Dehnungs-Ausfallkurve für ein bestimmtes
Material. Der Bereich unter einer solchen Kurve weist Arbeitseinheiten
auf. Im Allgemeinen ist das phasenseparierte Polymer ein Blockcopolymer,
das aus der Gruppe ausgewählt
wird, die aus A-B-Diblockcopolymer, A-B-A-Triblockcopolymer, A-B-A-B-Tetrablockcopolymer,
A-B-Multiblock-
und Sternblockcopolymer besteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform,
ist das phasenseparierte Polymer ein Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer
oder ein Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-Copolymer. Bei diesen Copolymersystemen
liegt Styrol in dem phasenseparierten Polymer in einer Menge vor,
die ausreicht, um harte Segmentbereiche mit einem mittleren Durchmesser
von zwischen etwa 50 Ångström bis etwa
1000 Ångström bilden.
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Wenn
es gewünscht
wird, können
größere diskrete
Bereiche häufig
geschaffen werden, indem das Blockpolymer mit Homopolymer vermischt
wird, das der Zusammensetzung der diskreten Bereiche entspricht.
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Unter
Bezugnahme auf Aspekte der Erfindung wird vorausgesetzt, dass bestimmte
Ausdrücke
die folgende Bedeutung haben:
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„Schleifverbundwerkstoff" bezieht sich auf
einen aus einer Mehrzahl von geformten Körpern, welche gemeinsam eine
Schleifoberfläche
zur Verfügung
stellen können.
In diesem Zusammenhang ist eine „dreidimensionale Schleifoberfläche" eine Schleifoberfläche, welche
eine wellenförmige,
topografische Oberfläche von
erhabenen und vertieften Schleifabschnitten aufweist.
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„Präzise geformt", unter Bezugnahme
auf die Schleifverbundwerkstoffe, bezieht sich auf eine Gestalt, die
ohne weiteres von dem menschlichen Auge wahrgenommen werden kann
und die ohne weiteres während des
Herstellungsverfahrens (z. B. durch Formpressen) reproduziert werden
kann, um eine vollständige
Schleifoberfläche
von präzise
geformten Schleifverbundwerkstoffen zur Verfügung zu stellen.
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Diese
und weitere Aspekte der Erfindung werden für Fachleute nach Berücksichtigung
der verbleibenden Veröffentlichung,
einschließlich
der ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und der beigefügten Ansprüche, verständlich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht im Querschnitt eines Abschnitts eines
strukturierten Wafers vor der Oberflächenmodifizierung;
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2 ist
eine schematische Ansicht im Querschnitt eines Abschnitts eines
strukturierten Wafers nach der Oberflächenmodifizierung;
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3 ist
eine schematische seitliche Teilansicht einer Vorrichtung zum Modifizieren
der Oberfläche eines
Wafers, der in der Halbleiterfertigung verwendet wird; und
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4 ist
eine Ansicht im Querschnitt eines Abschnitts eines Schleifgegenstandes,
der für
das Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Bei dieser ausführlichen
Beschreibung wird Bezug auf die verschiedenen Figuren genommen,
wobei gewisse Merkmale durch Bezugszeichen identifiziert sind, und
wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale kennzeichnen.
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1 ist
eine repräsentative
Ansicht eines strukturierten Wafers 10, der für die Verwendung
in dem Verfahren der Erfindung geeignet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind bekannte Merkmale, wie dotierte Gebiete, aktive Einrichtungen,
epitaxiale Schichten, Träger-
und Feldoxidschichten weggelassen worden. Der Wafer 10 weist
eine Basis 11 auf, die typischerweise aus irgendeinem geeigneten
Material, wie beispielsweise Einzelkristallsilizium, Galliumarsenid
oder anderen in der Technik bekannten Materialien hergestellt ist.
Eine Sperr- oder Haftungsschicht 13, typischerweise Titannitrid,
Titan, Tantal, Tantalnitrid oder Siliziumnitrid bedeckt die Basisschicht 11 und
die Basisstrukturen.
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Eine
leitende Metallschicht 14 bedeckt die Frontfläche der
Sperrschicht 13 und der Basisstrukturen. Eine Vielfalt
von Metall oder Metalllegierungen kann verwendet werden, wie beispielsweise
Titan, Aluminium, Kupfer, Aluminiumkupferlegierung, Wolfram oder
Silber. Die Metallschicht wird typischerweise durch Aufdampfen einer
durchgehenden Schicht des Metalls auf die Sperrschicht 13 aufgetragen. Überschüssiges Metall
wird danach entfernt, um das gewünschte
Muster von Metallverdrahtungen 15, wie in 2 dargestellt,
zu bilden. Die Entfernung von Metall stellt diskrete Metallverdrahtungsoberflächen 15 und
diskrete Strukturoberflächen 16 zur
Verfügung,
die vorzugsweise eine planare Oberfläche bereitstellen, die frei
von Kratzern oder anderen Defekten ist, welche die Funktionsfähigkeit
der fertigen Halbleitervorrichtung stören könnten.
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3 stellt
auf schematische Weise eine Vorrichtung zum Modifizieren von Wafern
dar, die in CMP-Verfahren nützlich
ist. Abwandlungen dieser Maschine und/oder zahlreiche weitere Maschinen
können für diese
Erfindung nützlich
sein. Diese Art von Vorrichtung ist in der Technik zur Verwendung
mit Polierkissen und losen Schleifaufschlämmungen bekannt. Ein Beispiel
einer geeigneten, im Handel erhältlichen
Vorrichtung für
das CMP-Verfahren ist diejenige, die von IPEC/WESTECH aus Phönix, Arizona,
USA, erhältlich
ist. Alternative Maschinen für
das CMP-Verfahren sind von STRASBAUGH oder SPEEDFAM erhältlich.
Noch weitere Maschinen, die ausgelegt sind, um Netze oder Polierbänder aufzunehmen,
werden beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 5,643,044 und
5,791,969 beschrieben, beide von Lund. Die Vorrichtung 30 umfasst eine
Kopfeinheit 31, die mit einem (nicht dargestellten) Motor
verbunden ist. Ein Spannfutter 32 erstreckt sich von der
Kopfeinheit 31 ausgehend. Ein Beispiel eines solchen Spannfutters
ist ein Kardanspannfutter. Die Ausgestaltung von Spannfutter 32 nimmt
vorzugsweise unterschiedliche Kräfte
auf und dreht sich so, dass der Schleifgegenstand die gewünschte Oberflächenbearbeitung
und Flachheit auf dem Wafer zur Verfügung stellt. Das Spannfutter
kann dem Wafer allerdings ermöglichen,
oder nicht, sich während
der Einebnung zu drehen.
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An
dem Ende des Spannfutters 31 befindet sich ein Waferhalter 33,
der den Wafer 34 mit der Kopfeinheit 31 fest verbindet
und verhindert, dass sich der Wafer während der Bearbeitung verschiebt.
Der Waferhalter ist so ausgelegt, dass er den Wafer aufnimmt und
er kann dabei beispielsweise kreisförmig, oval, rechteckig, quadratisch,
achteckig, sechseckig oder fünfeckig
sein. In einigen Fällen
schließt
der Waferhalter zwei Teile ein, einen optionalen Rückhaltering
und ein Waferträgerkissen.
Der Rückhaltering
kann eine im Wesentlichen kreisförmige
Vorrichtung sein, die um den Umfang des Halbleiterwafers passt.
Das Waferträgerkissen
kann aus einem oder aus mehreren Elementen hergestellt sein, z.
B. Poly urethan-Schaum. Der Waferhalter 33 erstreckt sich
entlang des Halbleiterwafers 34 an dem Ringabschnitt 35.
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Der
optionale Ringabschnitt kann ein separates Teil sein oder er kann
in dem Halter 33 integriert sein. So wie in 3 gezeigt,
kann der Waferhalter 33 so konstruiert sein, dass sich
der Ringabschnitt 35 nicht über die Oberfläche 36 des
Wafers 34 hinaus erstreckt. In dieser Konfiguration wird
der Waferhalter 33 die Arbeitsoberfläche 41 des Schleifgegenstandes
nicht berühren
oder mit ihr in Kontakt treten. In anderen Fällen kann sich der Ringabschnitt 35 des
Waferhalters 33 über
die Oberfläche 36 des
Wafers 34 erstrecken. Bei dieser Anordnung der Teile wird
der Ringabschnitt 35 mit der Schleifoberfläche 41 in
Kontakt treten und dadurch die Eigenschaften des Schleifverbundwerkstoffes
beeinflussen, indem beispielsweise dem Waferhalter 33 ein
geeigneter Aufbau zur Verfügung
gestellt wird, um die Schleifoberfläche „zu konditionieren", indem der äußerste Abschnitt
der Oberfläche
während
der Bearbeitung entfernt wird. Der Waferhalter oder der Rückhaltering
können
irgendeine Ausgestaltung aufweisen oder aus irgendeinem Material
bestehen, welches dem Schleifgegenstand ermöglichen wird, dem Wafer den
gewünschten
Modifizierungsgrad zu verleihen. Beispiele für geeignete Materialien schließen Polymerwerkstoffe
ein.
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Die
Geschwindigkeit, mit welcher sich der Waferhalter 33 dreht,
wird von der bestimmten Vorrichtung, den Bearbeitungsbedingungen,
dem Schleifgegenstand und den gewünschten Wafermodifizierungskriterien abhängen. Im
Allgemeinen dreht sich der Waferhalter 33 mit ungefähr 2 bis
ungefähr
1000 U/min, typischerweise zwischen ungefähr 5 bis ungefähr 500 U/min,
und vorzugsweise zwischen ungefähr
10 bis ungefähr
300 U/min, und noch mehr vorgezogen werden zwischen ungefähr 20 bis
ungefähr
100 U/min. Wenn sich der Waferhalter zu langsam oder zu schnell
dreht, könnte
die gewünschte
Abtragungsgeschwin digkeit nicht erreicht werden. Der Waferhalter 33 und/oder
die Basis 42 können
sich auf kreisförmige
Weise, auf spiralförmige
Weise, auf nicht einheitliche Weise, auf elliptische Weise, so wie
in Form einer Acht, oder auf eine zufällige Bewegungsweise drehen.
Häufig
verschiebt sich der Waferhalter entlang eines Radius des Schleifgegenstandes. Der
Waferhalter oder die Basis können
außerdem
oszillieren oder vibrieren, wie beispielsweise durch Übertragung
von Ultraschallvibrationen durch den Halter oder die Basis.
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In
dem Verfahren der Erfindung wie vorstehend beschrieben, wird ein
Schleifgegenstand mit einer Arbeitsoberfläche verwendet, die geeignet
ist, um die Oberfläche
eines Werkstückes,
wie beispielsweise eine Schicht eines strukturierten Halbleiterwafers,
abzuschleifen. Das Verfahren der Erfindung erfordert keine Verwendung
einer Schleifaufschlämmung.
Die Arbeitsoberfläche
des Gegenstandes umfasst eine strukturierte Arbeitsoberfläche, die
vorzugsweise eine Mehrzahl von erhabenen Gebieten umfasst, um die
strukturierte Waferoberfläche
entweder gesondert oder in Gegenwart einer geeigneten chemischen
Umgebung abzuschleifen oder zu polieren. Jedes der erhabenen Kontaktgebiete
wird typischerweise eine Mehrzahl von Bereichen umfassen, in denen
jede der Polymerphasen vorhanden ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird ein bevorzugter Aufbau
eines Schleifgegenstandes, der in dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung nützlich
ist, gezeigt und nun beschrieben. Der Schleifgegenstand 40 enthält eine
Schleifoberfläche,
die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 41 angegeben ist.
Die Schleifoberfläche 41 ist
an einer Hauptoberfläche
der Basis 42 befestigt und umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl
von Schleifverbundwerkstoffen 44, die an der Basis 42 befestigt
werden. Die Verbundwerkstoffe 44 können als integraler Bestandteil
mit der Basis formgepresst werden oder durch einen Klebstoff oder
dergleichen daran befestigt werden. Vorzugsweise enthält die Schleifoberfläche offene
Kanäle,
die im Allgemeinen mit 46 angegeben sind, die sich zwischen
den Verbundwerkstoffen 44 erstrecken, um die Zirkulation
einer Arbeitsflüssigkeit über die
gesamte Oberfläche 41 zu
erleichtern, wenn der Schleifgegenstand 40 in einem CMP-Verfahren verwendet
wird. Arbeitsflüssigkeiten
sind bekannt und können
beispielsweise verwendet werden, um die Grenzfläche zwischen dem Halbleiterwafer
und der Schleifoberfläche 41 zu
kühlen,
um geeignete Chemikalien zu der Grenzfläche zu befördern, um durch den Poliervorgang
freigesetzten Abfall zu entfernen, oder Kombinationen davon und
weitere Funktionen. Es wird erkannt, dass das relative Volumen der
Kanäle 46 und
der Verbundwerkstoffe 44 abhängig von den Anforderungen
eines spezifischen Poliervorganges unterschiedlich sein kann. Die
Kanäle 46 werden
allerdings typischerweise zwischen 5 und 95 Prozent des Volumens
zwischen der Arbeitsoberfläche 48 und
der Ebene der Basen der Verbundwerkstoffe einnehmen, und vorzugsweise
zwischen 50 und 80 Prozent eines solchen Volumens.
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Nützliche
Schleifgegenstände
können
außerdem
eine (nicht dargestellte) Unterlage enthalten, die an der Oberfläche der
Basis 42, den Verbundwerkstoffen 44 gegenüberliegend,
befestigt wird. Bekannte beschichtete Schleifunterlagen sind zur
Verwendung in den Schleifgegenständen
geeignet. Die Unterlage kann flexibel sein oder alternativ kann
die Unterlage steifer sein. Beispiele für typische flexible Schleifunterlagen schließen Polymerfilme,
grundierte Polymerfilme, Metallfolie, Leinen, Papier, vulkanisierte
Fasern, Textilverbundstoffe ein, sowie behandelte Ausführungen
davon und Kombinationen davon. Die Unterlage kann außerdem eine
Behandlung enthalten, um ihre physikalischen Eigenschaften zu modifizieren.
Ein weiteres Beispiel einer Unterlage ist in US-Patentschrift Nr.
5,417,726 beschrieben. Beispiele von steiferen Unterlagen schließen Metallplatten,
Keramikplatten, behandelte Textilverbundstoffsubstrate, behandeltes
Leinen und dergleichen ein. Die Unterlage kann außerdem aus zwei
oder mehreren miteinander laminierten Unterlagen bestehen. Die Unterlage
kann außerdem
aus verstärkten
Fasern bestehen, die in einem Polymerwerkstoff eingeschlossen sind,
wie in der veröffentlichten
PCT-Anmeldung WO93/12911 offenbart.
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Bevorzugte
Unterlagen für
die Einebnung eines Halbleiterwafers sind in ihrer Dicke sehr einheitlich. Wenn
die Unterlage keine einheitliche Dicke aufweist, kann dies zu größerer Unterschiedlichkeit
bei der Zwischenstufe der Flachheit eines Halbleiterwafers nach
dem Einebnungsvorgang führen.
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Eine
bevorzugte Art von Unterlagen sind Polymerfilme und Beispiele von
solchen Filmen schließen Polyesterfilme,
Polyester- und Copolyesterfilme, Polyesterfilme mit Mikrofehlstellen,
Polyimidfilme, Polyamidfilme, Polyvinylalkoholfilme, Polypropylenfilme,
Polyethylenfilme und dergleichen ein. Außerdem sollte eine gute Haftung
zwischen der Polymerfilmunterlage und dem Schleifgegenstand oder
der Beschichtung bestehen. In vielen Fällen sind die Polymerfilmunterlagen
grundiert. Die Grundierung kann aus einer Oberflächenveränderung oder einer Art chemischen
Grundierung bestehen. Beispiele von Oberflächenveränderungen schließen Corona-Behandlung,
UV-Behandlung, Elektronenstrahlenbehandlung, Flammenbehandlung und Abreiben
ein, um den Oberflächenbereich
zu erhöhen.
Beispiele für
Grundierungen chemischer Art schließen Ethylen-Acrylsäure-Copolymer
ein, wie in US-Patentschrift
Nr. 3,188,265, kolloidale Dispersionen wie in US-Patentschrift Nr.
4,906,523 gelehrt, Werkstoffe der Aziridin Art wie in US-Patentschrift,
4,749,617 offenbart und durch Strahlung aufpolymerisierte Grundierungen,
wie in US-Patentschriften Nr. 4,563,388 und 4,933,234 gelehrt. Die
Dicke der Polymerfilmunterlage bewegt sich im Allgemeinen zwischen
ungefähr
20 bis 1000 Mikrometern, vorzugsweise zwischen 50 und 500 Mikrometern
und noch eher bevorzugt zwischen 60 und 200 Mikrometern.
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Die
Schleifverbundwerkstoffe 44 umfassen vorzugsweise ein phasensepariertes
Polymersystem, das eine erste oder „harte" Phase und eine zweite oder „weiche" Phase aufweist,
wobei die harte Phase die harten Segmente des Polymers umfasst und
die weiche Phase die weichen Segmente des Polymers umfasst. Die harte
Phase des phasenseparierten Polymers ist härter als die weiche Phase,
und die harte Phase kann durch ihre Glasübergangstemperatur (Tg) charakterisiert werden, welche vorzugsweise
höher als
die Temperatur der Arbeitsoberfläche
des Gegenstandes während
der Verwendung in einem CMP-Verfahren ist. Typischerweise wird die
Tg des harten Segmentes höher als
ungefähr
49°C sein
und im Allgemeinen zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 100°C betragen. Die weiche Phase
des phasenseparierten Polymers kann durch ihre Glasübergangstemperatur
charakterisiert werden, welche vorzugsweise niedriger als die Temperatur
der Arbeitsoberfläche
des Gegenstandes während
der Verwendung in einem CMP-Verfahren ist. Bei einem solchen phasenseparierten
Polymersystem wird die harte Phase des Polymers auf eine Weise funktionieren,
die einem Schleifkorn während
eines CMP-Verfahrens ähnlich
ist, während
die weichere Phase des Polymers örtliche Einheitlichkeit
des Kissens auf der Oberfläche
des strukturierten Wafers, der poliert wird, unterstützen wird.
Die weiche Phase wird vorzugsweise ausreichende Nachgiebigkeit aufweisen,
die es ermöglicht,
dass Oberflächenerhebungen über die
Ebene des aktiven Schleifkorns hervorstehen, und abgeschoren werden,
wenn das Schleifkorn vorbei kommt. Die Fachleute werden erkennen,
dass die Morphologie der härteren
Phase durch Änderungen
der relativen Molarvolumina der harten und weichen Phase verändert werden
kann.
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Für die Rezeptur
der Verbundwerkstoffe 44 können A-B-Blockpolymeren verwendet werden, wobei eine
der Komponenten die vorgenannten harten Segmente ausbildet und die
andere Komponente die weichen Segmente ausbildet.
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Das
Polymersystem kann außerdem
aus einem Blockcopolymer der Art A-B-A bestehen, oder aus einem
Polymer, das eine so genannte Sternblockkonfiguration bereitstellt.
Es wird auch erwartet, dass mikro-phasenseparierte Urethane (z.
B. Estanes) in einigen CMP-Polieranwendungen verwendet werden können. In
den weitesten Aspekten der Erfindung, wird ein Polymerwerkstoff
als nützlich
für die
Bildung der Verbundwerkstoffe betrachtet, wenn der integrierte Bereich
unter der Spannungs-/Dehnungs-Ausfallkurve (Brucharbeit) größer ist
als die entsprechende Brucharbeit für das zu entfernende Material.
Um eine Selektivität
für die Materialentfernung
zu fördern,
kann es für
die Brucharbeit des Polymerwerkstoffes wünschenswert sein, dass sie
größer als
die entsprechende Brucharbeit für
das zu entfernende Material ist, während sie kleiner als die Brucharbeit
für die
darunter liegende dielektrische Schicht und/oder irgendeine Haftungs-/Sperrschicht ist,
die unter dem zu entfernenden Material liegt.
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Ein
bevorzugtes Polymersystem zur Verwendung in den Schleifverbundwerkstoffen 44 ist
ein Styrol-Butadien-Styrol
(SBS) Blockcopolymersystem. Im Allgemeinen ist das SBS-System kostengünstig, einfach durch
Thermoformen oder Lösungsmittelgießen herzustellen,
und kann ohne weiteres strukturell modifiziert werden, um an unterschiedliche
Polieranwendungen angepasst zu werden. Bei diesem System ist die
Styrolphase in der Lage, während
eines CMP-Verfahrens Kupfer abzuschleifen, und ist insbesondere
in der Lage, Kupferverbindungen abzuschleifen, welche sich bilden,
wenn eine Kupferoberfläche
einer oxidierenden Umgebung ausgesetzt wird, die aus dem Auftragen
einer Arbeitsflüssigkeit
(z. B. eine Lösung
aus Wasserstoffperoxid) auf das Kupfermetall resultiert, das beispielsweise
während
eines dualen Damaszier-Verfahrens auf den strukturierten Wafer aufgedampft
wird. Den Fachleuten sind für
CMP-Verfahren nützliche
Arbeitsflüssigkeiten
bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben. Beispiele solcher
Arbeitsflüssigkeiten
können
in den Vereinigten Staaten von Amerika anhängigen Patentanmeldungen mit
der Seriennummer 09/091,932, eingereicht am 24. Juni 1998 und in
der Patentanmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika mit der
Seriennummer 09/266,208, eingereicht am 10. März 1999, gefunden werden.
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Bei
dem SBS-System und bei relativ niedrigen Gewichtsfraktionen von
Styrol, wird die Styrolphase als ein Schleifkorn fungieren und wird
wahrscheinlich die Gestalt von gleichmäßig in einer Butadienmatrix
feinst verteilten Kügelchen
annehmen. Die Styrolphase ist mehrwertig mit der verbleibenden Polymermatrix
gebunden und es ist deswegen unwahrscheinlich, dass sie sich während des
Poliervorgangs von der Matrix ablöst. Sobald der Styrolgehalt
in der SBS-Rezeptur erhöht
wird, werden die Styrolbereiche wachsen und können eine zylinderförmige Ausgestaltung
oder dergleichen innerhalb des SBS-Polymersystems annehmen. Sobald
der Styrolgehalt in dem SBS noch weiter erhöht wird, wird das SBS-System
schließlich
doppelt fortlaufend werden und danach eine lamellenförmige Struktur
annehmen, in welcher sich Styrolschichten mit Butadienschichten abwechseln.
Noch weitere Erhöhungen
des Styrolgehalts werden über
eine zweite doppelt fortlaufende Bereichsanordnung führen, um
eine Struktur zu begünstigen,
in welcher die kontinuierliche Phase aus Styrol besteht und der
Butadienabschnitt des Systems eine gut dispergierte Population von
Zylindern und danach Kügelchen
bildet. Weitere Einzelheiten über
die Morphologien von phasenseparierten Polymersystemen können in
der Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Band 9, Seiten
760–788,
John Wiley & Sons
(1987) gefunden werden.
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Wenn
das SBS-Polymersystem in dem Schleifgegenstand verwendet wird, um
die Verbundwerkstoffe zu bilden, wird der Styrolgehalt innerhalb
des SBS-Systems typischerweise innerhalb des Bereichs von ungefähr 10 Gew.-%
bis ungefähr
90 Gew.-% betragen. Am meisten werden ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 40 Gew.-%
bevorzugt. Im Gegensatz zu herkömmlichen
mineralischen Schleifmitteln kann jeder Polymerrückstand, der auf das Werkstück übertragen
wurde, ohne weiteres mit denselben Bearbeitungsbedingungen entfernt
werden, die verwendet werden, um die Polymermasken zu entfernen,
die als Bestandteil des Waferfertigungsverfahrens aufgedampft werden.
Vorzugsweise bildet die Styrolphase in dem SBS-Polymer kleine Gebiete,
die einem Schleifteilchen ähnlich
oder analog sind, das einen mittleren Durchmesser zwischen ungefähr 50 Ångström (Å) und ungefähr 1.000 Å aufweist.
Im Handel erhältliche
Blockcopolymeren, die zur Verwendung in den zuvor genannten Schleifgegenständen geeignet
sind, schließen
diejenigen ein, die unter der Handelsbezeichnung KRATON D1101 bekannt
sind, ein lineares Styrol-Butadien-Styrol Blockcopolymer, das ein
Styrol : Butadien-Gewichtsverhältnis von
31 : 69 aufweist und bei Shell Chemical Company aus Houston, Texas,
USA erhältlich
ist.
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Ein
weiteres geeignetes Polymer ist ein lineares Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol
Copolymer, das ein Styrol : Gummi-Gewichtsverhältnis von 29 : 71 aufweist
und von Shell Chemical Company unter der Handelsbezeichnung KRATON
G1650 erhältlich
ist.
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Falls
gewünscht
oder erforderlich, können
dem Polymersystem hängende
funktionelle Gruppen hinzugefügt
werden, um beispielsweise das Benetzen der Schleifoberfläche zu verbessern.
Eine einzelne gewünschte
Modifizierung des SBS-Polymersystems kann durch Sulfonierung eines
Bruchteils der Styrolgruppen des Blockpolymers erzielt werden, um
die Leistungsfähigkeit
von wässriger
Chemie zu verbessern, die herkömmlicherweise
in CMP-Verfahren verwendet wird, um den Schleifgegenstand während der
Verwendung gleichmäßiger zu
benetzen, als auch die Reibung zu reduzieren und/oder dazu beizutragen,
Metall oder Metallionen zu maskieren, sowie sie von der Oberfläche des
Halbleiterwafers entfernt werden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
weisen die Schleifverbundwerkstoffe 44 eine deutliche unterscheidbare
Gestalt in Form von abgestumpften Pyramiden auf. Die Verbundwerkstoffe
können
allerdings in irgendeiner Vielfalt von Gestalten, wie beispielsweise
Zylinder (oder Säulen),
Pyramiden, Würfel
oder dergleichen zur Verfügung
gestellt werden. Darüber
hinaus kann ein einziger Schleifgegenstand unterschiedlich ausgestaltete
Verbundwerkstoffe darauf enthalten. Die Verbundwerkstoffe können so
geformt sein, dass sie Arbeitsoberflächen 48 enthalten,
die im Wesentlichen in derselben Ebene liegen, wie in 4.
Als Alternative können
die individuellen Arbeitsoberflächen
in Bezug auf die Basis 42 derart geneigt sein, dass die
individuellen Arbeitsoberflächen
nicht innerhalb derselben Ebene liegen, sondern in mehr als einer
Ebene liegen können.
Einige der Verbundwerkstoffe können
Oberflächen
enthalten, die innerhalb derselben Ebene liegen, während andere
Verbundwerkstoffe desselben Gegenstandes in unterschiedlichen Ebenen
liegen. Darüber
hinaus können
die individuellen Verbundwerkstoffe aus einer Kombination von Ausgestaltungen
mit einer ersten Ausgestaltung an der Basis des Gegenstandes und
einer zweiten Ausgestaltung an der Arbeitsoberfläche des Verbundwerkstoffs bestehen.
Beispielsweise kann der Verbundwerkstoff einen Querschnitt aufweisen,
der einem sechsarmigen Stern an der Basis entspricht, und einen
kreisförmigen
Querschnitt an der anfänglichen
Arbeitsoberfläche.
Der Übergang
von einer Ausgestaltung zu der nächsten
innerhalb irgendeines einzelnen Verbundwerkstoffs kann ein kontinuierlicher Übergang
sein oder es kann ein plötzlicher
oder unterbrochener Übergang
sein.
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Zur
vereinfachten Herstellung können
die Verbundwerkstoffe als eine periodische Anordnung gebildet werden.
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Die
für die
Erfindung nützlichen
Gegenstände
können
allerdings eine Arbeitsoberfläche
enthalten, die eine zufällige
Anordnung von Verbundwerkstoffen umfasst. Vorzugsweise werden die
Verbundwerkstoffe 44 der Schleif- Oberfläche 41 das phasenseparierte
Polymer, wie vorstehend beschrieben, umfassen. Es wird allerdings
außerdem
in Erwägung
gezogen, dass die individuellen Verbundwerkstoffe 44 weitere
Werkstoffe zusätzlich
zu dem phasenseparierten Copolymer umfassen können. Beispielsweise können die
Verbundwerkstoffe das phasenseparierte Polymer in einem Gebiet des
Verbundwerkstoffs enthalten, das sich von der Arbeitsoberfläche 48 bis
zu einer definierten Entfernung von ihr erstreckt. Der Rest des
Verbundwerkstoffs kann ein weiteres Material enthalten, das zum
Tragen des phasenseparierten Polymers geeignet ist. Das phasenseparierte
Polymer kann als eine dünne
Beschichtung über
einem profilierten Gegenstand zur Verfügung gestellt werden, wobei
der profilierte Gegenstand abhängig
von den Eigenschaften des Werkstückes
entweder steifer oder weniger steif als das phasenseparierte Polymer
sein kann. Die Arbeitsoberfläche
des Verbundwerkstoffs kann außerdem
eine feine Struktur enthalten, wie beispielsweise Nuten oder dergleichen,
um die örtliche
Zufuhr/das örtliche
Ablaufen von Arbeitsflüssigkeit
zu verbessern und um das Einschließen von Teilchen zu vermeiden
oder zu vermindern, welche zu Kratzern führen können.
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Während die
Schleifoberfläche 41 vorzugsweise
eine Mehrzahl von Schleifverbundwerkstoffen, wie beispielsweise
die in 4 abgebildeten Verbundwerkstoffe 44 umfassen
wird, ist es verständlich,
dass weitere Ausgestaltungen der Schleifoberfläche außerdem innerhalb des Umfangs
der Erfindung liegen, und für die
Fachleute wird es verständlich
sein, dass die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Ausgestaltung
der Schleifoberfläche
beschränkt
ist. Die Arbeitsoberfläche
des Schleifgegenstandes wird vorzugsweise in irgendeiner Weise strukturiert
sein und wird ein Polymersystem umfassen, das mit der vorhergehend
aufgeführten
Beschreibung übereinstimmt.
Vorzugsweise wird die strukturierte Schleifoberfläche der
Erfindung auf eine Weise ausgestaltet sein, welche die Ausübung von
im Wesentlichen gleichmäßigem Druck
auf den während eines
CMP-Verfahrens zu polierenden Gegenstand erlaubt. Im Allgemeinen
sind die Gegenstände,
die in der vorliegenden Erfindung am praktischsten sind, durch eine
Schleifoberfläche
gekennzeichnet, die ein phasensepariertes Polymer umfasst, welches
harte Segmente und weiche Segmente enthält, wie hier beschrieben.
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Schleifgegenstände, die
in der vorliegenden Erfindung nützlich
sind, können
durch eine Reihe von unterschiedlichen, aber bekannten Herstellungsverfahren,
wie beispielsweise das Formgießen
oder das Formstanzen, hergestellt werden. Das Formstanzverfahren
sollte entweder unter Verwendung einer Walze oder einer Formstanzrolle
ausgeführt
werden und die Temperatur des Polymers während des Formstanzschrittes
sollte über
der Glasübergangstemperatur
des harten Segmentes des phasenseparierten Stufenpolymers liegen.
Die Herstellung dieser Gegenstände
ist darüber
hinaus in den Beispielen dargestellt.
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Die
in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlichen Gegenstände können in
irgendeiner der Vielfalt von Ausgestaltungen zur Verfügung gestellt
werden. Die Gegenstände
können
beispielsweise als Kissen zur Verfügung gestellt werden, wobei
die Schleifoberfläche,
welche mit dem Halbleiterwafer in Kontakt tritt, im Wesentlichen
kreisförmig
ist. Als Alternative kann der Schleifgegenstand als eine Netz- oder
als eine Bogenform zur Verfügung
gestellt werden, wobei der Schleifgegenstand aufgerollt sein kann
und in aufgerollter Form in einer geeigneten CMP-Maschine angebracht
sein kann, um jederzeit während
des CMP-Vorganges eine ungebrauchte Schleifoberfläche zur
Verfügung
zu stellen. Für
den Schleifgegenstand können
außerdem weitere
Formen möglich
sein, und für
Fachleute wird es verständlich
sein, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung eines Schleifgegenstandes
beschränkt
ist, der irgendein besonderes Format aufweist.
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Es
wird damit gerechnet, dass die Halbleiterwafer, die mit den zuvor
genannten Schleifgegenständen bearbeitet
werden, ein höheres
Maß selektiver
Einebnung aufweisen, als diejenigen, die mit auf herkömmlicher Aufschlämmung beruhender
Bearbeitung hergestellt werden, weil die harten Segmente in dem
gewählten
Polymersystem so ausgewählt
werden können,
dass sie beispielsweise Metall entfernen, während sie das dielektrische
Material unangetastet lassen. Darüber hinaus wäre das Wafereinebnungverfahren
im Wesentlichen frei von freien Schleifteilchen in der Arbeitsflüssigkeit,
und deswegen sollte die Arbeitsflüssigkeit sehr viel weniger Aufwand
beim Reinigen erfordern. Die Arbeitsflüssigkeit sollte ohne weiteres
durch Verwendung einfacher Filtration oder weiterer bekannter Verfahren
recycelt werden, um Abfall zu entfernen. Ähnliche Vorteile würden sich
bei weiteren Poliervorgängen
ergeben.
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Die
Erfindung wird darüber
hinaus durch die nicht einschränkenden,
nachstehend ausgeführten
Beispielen dargestellt.
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BEISPIELE
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Die
nachfolgenden Prüfverfahren
wurden hier angewendet.
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PRÜFVERFAHREN
I
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Mit
Kupfer beschichtete Deckschichtenwafer wurden aus einer monokristallinen
Siliziumbasiseinheit hergestellt, die einen Durchmesser von 100
mm und eine Dicke von ungefähr
0,5 mm aufweist; bezogen entweder von WaferNet oder Silicon Valley
Microelectronics, beide aus San Jose, CA, USA. Vor der Aufdampfung der
Metallschicht wurde eine Siliziumdioxidschicht von ungefähr 5.000 Å Dicke
auf dem Siliziumwafer gezogen. Eine Haftungs-/Sperrschicht aus Titan wurde vor der
Metallaufdampfung auf die Siliziumdioxidschicht aufgedampft. Die
Dicke von Ti betrug typischerweise 200 Å, kann allerdings zwischen
100 und 300 Å betragen. Danach
wurde eine einheitliche Schicht von Cu über die Siliziumbasis unter
Verwendung physikalischer Dampfablagerung (PVD, physical vapour
deposition) aufgedampft. Die Dicke der Metallschicht betrug typischerweise
zwischen 11.000 und 12.000 Å,
und wurde von einem berührungslosen
Metallüberwachungssystem,
Omnimap NC110, von TENCOR Instruments, Unternehmensbereich Prometrix,
Santa Clara, CA, USA, gemessen.
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Die
Versuchsmaschine war eine modifizierte Strasbaugh Läppmaschine,
Modell 6Y-1. Das Waferwerkstück
lag auf einer Schaumunterlage, die von Rodel aus Newark, DE, USA,
unter der Bezeichnung „DF200" erhältlich ist,
und die Anordnung wurde in einen federbelasteten Kunststoffrückhaltering
platziert. Der Schleifgegenstand des Beispiels war auf einem Trägerkissen
befestigt, das einen 20 Milli-Inch „PCF20" Polykarbonatbogen umfasst, der von
General Electric Structured Plastics, General Electric Corp., Schenectady,
NY, USA, erhältlich
ist, das mit einem 3M-Klebstoff 442 DL oder 9671LE, erhältlich von
3M, St. Paul, MN, USA, auf einen 90 Milli-Inch Ethylenvinylacetat-Schaum
mit geschlossenen Zellen laminiert wurde, erhältlich von Voltek, Unternehmensbereich
von Sekisui America Corp., Lawrence, Massachusetts, USA; das Kissen
wurde an der Platte der Strasbaugh befestigt.
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Der
Trägerkopf,
welcher den Wafer hält,
wurde mit einem Schleifgegenstand in Kontakt gebracht, der gemäß dem hier
angeführten
Prüfverfahren
III hergestellt wurde.
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Der
Wafer wurde bei ungefähr
40 U/min gedreht und die Platte wurde mit derselben Geschwindigkeit wie
der Trägerkopf
gedreht. Sowohl der Wafer als auch der Schleifgegenstand drehen
sich im Uhrzeigersinn. Zusätzlich
zu dem Drehen bewegte sich der Wafer in einem Bogen (ungefähr 31 mm
bei einer 9 Sekunden Periodizität),
angefangen bei ungefähr
13 mm von dem Rand des Schleifgegenstandes. Der Durchmesser der Platte
betrug 12 Inch. Der Schleifgegenstand und der Trägerkopf wurden mit einer nach
unten gerichteten Kraft von ungefähr 350 KPa (50 englische Pfund),
so weit nichts anderes angegeben ist, miteinander in Kontakt gebracht.
Die Arbeitsflüssigkeit
wurde auf den Schleifgegenstand gepumpt, bevor er mit dem Wafer
in Kontakt kommt. Während
des Polierens wurde Arbeitsflüssigkeit
mit einer Durchflussgeschwindigkeit von ungefähr 40 ml/min auf den Wafer
und die Schleifgrenzfläche
gepumpt. Der Schleifgegenstand wurde verwendet, um die Deckschichtenwafer
während
eines Zyklus von einer Minute (60 Sekunden) zu polieren. Nach dem
Polierzyklus wurde jeder Wafer aus dem Halter entfernt und ersetzt.
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Die
Abtragungsgeschwindigkeit von Metall und wurde berechnet, indem
die Veränderung
der Metallfilmdicke bestimmt wurde. Zu Anfang (d. h. vor dem Polieren)
und am Ende (d. h. nach dem Polieren) wurden Messungen an denselben
Stellen auf der NC110 vorgenommen. Fünf Ablesungen wurden gemittelt,
um die Abtragungsgeschwindigkeit in Ångström pro Minute (Å/min) zu
bestimmen. Die standardmäßige Abweichung der
Differenzen, geteilt durch das Mittel der Differenzen, wird als
die %NU (Non-Uniformity) oder Inhomogenität dargestellt. „Die Inhomogenität" ist ein Maß, das aussagt,
wie einheitlich die Abtragungsgeschwindigkeit von Kupfer über die
Oberfläche
des Wafers geschieht. Im Allgemeinen wird eine niedrige Zahl für die Inhomogenität (z. B.
2 bis 3%) bevorzugt.
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PRÜFVERFAHREN II (ARBEITSFLÜSSIGKEITEN)
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Arbeitsflüssigkeiten
wurden unter Verwendung der nachstehend aufgeführten Bestandteile hergestellt. Wasserstoffperoxid
der Halbleiterklasse wurde von Olin Corp. (Norwalk, CT, USA) als
eine 30%ige Lösung
bezogen, und wie erforderlich verdünnt. Ammoniumwasserstoffphosphat
(analyserein nach ACS, American Chemical Society,) Iminodiazidische
Säure,
Ammoniumzitrat (ein Chelatbildner) und 1-H- Benzotriazol (BHT) wurden
alle von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, WI, USA, bezogen.
Die Feststoffe wurden separat gewogen und in Wasser aufgelöst, wobei
die 30%ige Wasserstoffperoxidlösung
als letztes zugefügt
wurde (wenn zum Polieren bereit), um die richtige Verdünnung zu
erlangen. Der Rest für
jede Lösung
war voll entsalztes Wasser. Das gesamte Gewicht der Arbeitsflüssigkeit
betrug 1000 g, was ungefähr
1 Liter entspricht. Der pH-Wert der fertigen Lösung betrug ungefähr 7,4.
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ZUSAMMENSETZUNG DER ARBEITSFLÜSSIGKEIT
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- 3,0% Ammoniumwasserstoffphosphat
- 3,3% Wasserstoffperoxid
- 0,5% Ammoniumzitrat
- 0,1% 1-H-Benzotriazol (BTA)
- 93,1% Wasser.
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PRÜFVERFAHREN III (HERSTELLUNG
VON SCHLEIFGEGENSTÄNDEN)
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Schleifgegenstände werden
aus einem Blockpolymersystem zur Verwendung in Kupferpoliervorgängen gefertigt.
Die Gegenstände
wurden aus im Handel erhältlichen
Polymeren hergestellt, die unter der Handelsbezeichnung KRATON G1650
und KRATON D1101 erhältlich
sind. Ein Muster wurde zum Pressformen vorbereitet, indem nacheinander
folgendes gestapelt wird: ein Bogen Kartonpappe, eine mit Chrom
plattierte Messingplatte, ein 16 Inch × 16 Inch (40,6 cm × 40,6 cm)
großes
Formstanzwerkzeug aus Nickel, eine Schicht aus Polymergranulat,
eine zweite, mit Chrom plattierte Messingplatte, und ein zweiter
Bogen Kartonpappe. Der Stapel wurde in einer Druckpresse (Wabash
Modell V75H-24-CLX erhältlich
von Wabash MPI, Wabash, ID) angeordnet und bei dem vorgeschriebenen
Druck, der vorgeschriebenen Zeit und Temperatur formgepresst. Der
Stapel wurde dann unter Druck auf die gewünschte Temperatur abgekühlt. Der
Stapel wurde aus der Presse entfernt und in Einzelteile zerlegt,
um ein monolithisches Polymer muster bereitzustellen.
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Das
Formstanzwerkzeug aus Nickel war so ausgelegt, dass es eine Anordnung
von abstumpften Pyramiden herstellt, welche nominal in einer quadratischen
Anordnung 0,0035 Inch (88,9 Mikron) hoch waren bei einem 0,00585
Inch (148,6 Mikron) Mittelpunktabstand. Die Spitzen der Säule sind
ursprünglich
0,00341 Inch (86,6 Mikron) quadratisch und die Seiten sind von der
Vertikalen ausgehend um 10° geneigt.
Die Säulen
machen ungefähr
47% des Volumens der Schleifoberfläche aus (z. B. zwischen den
Ebenen, die durch die Basen der Pyramiden und durch die Spitzen
der Pyramiden definiert sind), wodurch ungefähr 53% des Schleifoberflächenvolumens
als Strömungskanäle verbleiben.
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BEISPIEL I
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Ein
Schleifgegenstand wird gemäß Prüfverfahren
III unter Verwendung von ungefähr
900 ml KRATON D1101 SBS-Blockcopolymerpellets hergestellt. Der Gegenstand
wird unter 30 US-Tonnen (30,480 kg), bei 160°C über zwei Minuten formgepresst,
danach auf weniger als 70°C
abgekühlt
und aus dem Stapel entfernt, um einen Gegenstand von ungefähr 75 Milli-Inch
(1,9 mm) Dicke zu erhalten. Dieser Gegenstand wurde an einem Kupferdeckschichtenwafer
getestet. Der Deckschichtenwafer und der Versuch entsprachen dem
Prüfverfahren
I. Die Verfahrensbedingungen beinhalten 40 U/min Plattengeschwindigkeit,
40 U/min Trägergeschwindigkeit
und eine 40 ml/min Durchflussmenge für die Arbeitsflüssigkeit.
Das Testen wurde unter Verwendung eines einzelnen Schleifgegenstandes
durchgeführt,
wobei in dem Versuch jeweils nach 60 Sekunden Versuchsintervall
ein neuer Wafer verwendet wird. Die Ergebnisse werden in Tabelle
1 aufgeführt.
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BEISPIEL 2
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Ein
Schleifgegenstand wird gemäß Prüfverfahren
III unter Verwendung von ungefähr
400 ml KRATON G1650 SBS-Blockcopolymerpellets hergestellt. Der Gegenstand
wird mit 50 US-Tonnen (50,800 kg), bei 190°C über zwei Minuten formgepresst,
danach auf weniger als 70°C
abgekühlt
und aus dem Stapel entfernt, um einen Gegenstand von ungefähr 25–30 Milli-Inch
(0,64 bis 0,76 mm) Dicke zu erhalten. Dieser Gegenstand wurde an
einem Kupferdeckschichtenwafer getestet. Der Deckschichtenwafer
und der Versuch entsprachen dem Prüfverfahren I. Die Verfahrensbedingungen
beinhalteten eine 40 U/min Plattengeschwindigkeit, 40 U/min Trägergeschwindigkeit
und eine 40 ml/min Durchflussmenge für die Arbeitsflüssigkeit.
-
Das
Testen wurde unter Verwendung eines einzelnen Schleifgegenstandes
durchgeführt,
wobei in dem Versuch nach 60 Sekunden Versuchsintervall jeweils
ein neuer Wafer verwendet wurde. Die Ergebnisse werden in der Tabelle
2 aufgeführt.
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Auf
den vorhergehenden Testergebnissen beruhend erzielte der Gegenstand
aus Beispiel 2 eine mittlere Abtragungsgeschwindigkeit von 2527 Ångström pro Minute
bei einer 3,39%NU (Inhomogenität)
für die letzten
12 Wafer. Auf den Polierungstest folgend ergab eine optische Überprüfung des
Kissens, dass mehrere Ausschnitte, ungefähr 2 mm im Durchmesser, auf
der Arbeitsoberfläche
des Kissens vorhanden waren. Die Ausschnitte scheinen unvollständig erwärmte Abschnitte
des Polymers zu sein, welche nicht richtig formgestanzt wurden.
Der Gegenstand aus Beispiel I erzielte eine mittlere Abtragungsgeschwindigkeit
von 2821 Ångström pro Minute
bei einer 9,08%NU (Inhomogenität)
für die
letzten 7 Wafer. Es wurde beobachtet, dass die Farbe der Arbeitsflüssigkeit
in dem Versuch von Beispiel I während
des vierten Testintervalls (Wafer 9) von klar zu Grün wechselte,
wodurch der Beginn von Kupferabtragung angezeigt wird. Es wird erwartet,
dass durch Konditionieren des Schleifgegenstandes vor dem Polieren
eine sofortige Kupferabtragung mit diesen Gegenständen erreicht
wird.
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Während die
vorstehend bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die chemischmechanisch Einebnung
von Halbleiteroberflächen
beschreibt, ist es verständlich,
dass das beschriebene Verfahren auf die Modifizierung irgendeiner
von einer Vielfalt von Oberflächen
anwendbar ist. Insbesondere kann der beschriebene Schleifgegenstand
für die
Oberflächenmodifizierung
einer Vielfalt von aufgestäubten
Metallbeschichtungen für
Computerspeicherplatten verwendet werden, wobei die Metallbeschichtung
typischerweise (z. B. durch Aufstäuben) auf Glas, Aluminium,
Glaskeramik, oder irgendein anderes geeignetes Substrat aufgedampft
wird. Die beschriebenen Metallbeschichtungen können von dem Substrat entfernt
werden und anderweitig gemäß der vorliegenden
Erfindung modifiziert werden. Im Allgemeinen können die beschriebenen Gegenstände und
das Verfahren für
deren Verwendung bei der Modifizierung einer Oberfläche auf
irgendeinen aus einer Vielfalt von Schleifvorgängen angepasst werden, und
es wird davon ausgegangen, dass sie insbesondere auf die Oberflächenmodifizierung
von Oberflächen
anwendbar sind, welche den hier vorstehend beschriebenen Härtekriterien
entsprechen.
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Während eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ausführlich
beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass Änderungen
an der beschriebenen Ausführungsform
durch Fachleute vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung
zu verlassen, welcher in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
