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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Aufbereitung (dressing) eines Poliertuchs, und insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Aufbereiten eines Poliertuchs zur Wiederherstellung der Polierfähigkeit
des Poliertuches in einer Poliervorrichtung zum Polieren eines Werkstückes wie
beispielsweise eines Halbleiterwafers mit einem Vorrichtungsmuster
darauf, auf einem flachen oder ebenen Spiegelendzustand, und zwar dadurch,
dass man die Oberfläche
des Werkstückes mit
einer Oberfläche
des Poliertuchs in Berührung bringt.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Der
vor kurzem auftretende schnelle Fortschritt bei der Halbleitervorrichtungsintegration
fordert kleinere und kleinere Verdrahtungsmuster oder Verbindungen
und auch schmälere
Räume oder
Beabstandungen zwischen den Verbindungen welche aktive Gebiete verbinden.
Einer zur Bildung solcher Zwischenverbindungen verfügbaren Prozesse
ist die Fotolithographie. Obwohl der fotolithographische Prozess
Verbindungen bzw. Zwischenverbindungen bilden kann, die höchsten 0,5 μm breit sind,
erfordert dieser Prozess, dass die Oberflächen auf denen die Musterbilder
zu fokussieren sind, und zwar durch eine Stufenvorrichtung (stepper)
so flach wie möglich sind,
da die Brennweite des optischen Systems relativ klein ist.
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Es
ist daher notwendig die Oberflächen
der Halbleiterwafer vor der Fotolithographie flach zu machen. Eine übliche Art
und Weise zur Flachmachung der Oberflächen von Halbleiterwafern besteht
darin diese mit einer Poliervorrichtung zu polieren, wobei ein solcher
Prozess als chemisch-mechanische Polierung (CMP = chemical mechanical
polishing) bezeichnet wird, bei dem die Halbleiterwafer chemisch und
mechanisch poliert werden, während
eine Ab riebflüssigkeit
(abbrasive Flüssigkeit)
zugeführt
wird, die Körner
und eine chemische Lösung
wie beispielsweise eine Alkalilösung
umfasst.
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Konventionellerweise
besitzt eine Poliervorrichtung einen Drehtisch und einen oberen
Ring (Oberring) die sich mit entsprechenden individuellen Geschwindigkeiten
oder Drehzahlen drehen. Ein Poliertuch ist an der oberen Oberfläche (Oberseite)
des Drehtischs angebracht. Ein Halbleiterwafer der zu Polieren ist,
wird auf dem Poliertuch angeordnet und zwischen dem Oberring und
dem Drehtisch festgeklemmt. Eine Abriebkörner enthaltende Abriebflüssigkeit
wird auf das Poliertuch geliefert und auf dem Poliertuch gehalten.
Während
des Betriebs übt
der Oberring einen bestimmten Druck auf den Drehtisch aus und die
Oberfläche
des Halbleiterwafers wird gegen das Poliertuch gehalten bzw. gedrückt und
wird daher auf einen flachen oder ebenen Spiegelendzustand poliert,
während
Oberring und Drehtisch sich drehen. In der konventionellen Poliervorrichtung
wird oftmals ein nicht gewebtes Stofftuch als Poliertuch verwendet,
und zwar zum Polieren des Halbleiterwafers mit einem Vorrichtungsmuster
darauf.
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Die
seit kurzem gefordertere höhere
Integration von IC oder LSI erfordert jedoch einen immer mehr planarisierten
oder geebneten Endzustand für den
Halbleiterwafer. Um diesen Forderungen genüge zu tun wurden kürzlich härtere Materialien
wie beispielsweise Polyurethanschaum als das Poliertuch verwendet.
Nachdem beispielsweise einer oder mehrere Halbleiterwafer dadurch
poliert wurden, dass man den Halbleiterwafer in Gleitkontakt mit
dem Poliertuch brachte und den Drehtisch in Rotation versetzte,
wurden Abriebkörner
in der Abriebflüssigkeit oder
abgeschliffene Teilchen des Halbleiterwafers an dem Poliertuch zum
Anhaften gebracht. Im Falle eines nicht gewebten Stofftuches ist
das Poliertuch genoppt bzw. gerauht. In dem Falle, wo die Halbleiterwafer
wiederholt mit dem gleichen Poliertuch poliert werden, wird ein
Polierwirkungsgrad oder eine Polierperformance des Poliertuches
verschlechtert, was somit eine Polierrate absenkt, und eine nicht-gleichförmige Polierwirkung
verursacht. Daher wird nach dem Polieren eines Halbleiterwafers
oder während des
Polierens eines Halbleiterwafers das Poliertuch verarbeitet bzw.
be arbeitet, um seine ursprüngliche Polierfähigkeit
wiederzugewinnen, und zwar geschieht dies durch einen Aufbereitungs-
bzw. Dressingprozess.
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Als
ein Aufbereitungsprozess zur Wiedererlangung der Polierfähigkeit
des Poliertuchs hergestellt aus relativ hartem Material wie beispielsweise Polyurethanschaum
wurde ein Aufbereiter (Dresser) vorgeschlagen, der Diamantkörner besitzt.
Dieser Aufbereitungsprozess unter Verwendung des Diamantkorndressers
ist bei der Wiederherstellung der Polierfähigkeit des Poliertuchs effektiv
und senkt die Polierrate desselben tendenziell nicht schnell ab.
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Genauer
gesagt, wird der Aufbereitungsprozess in zwei Prozesse klassifiziert,
wobei der eine ein Prozess ist um das genoppte bzw. gerauhte Poliertuch
zu erhöhen
bzw. aufzulockern, und zwar durch einen plötzliches Ereignis (Blush) Wasserstrahl
oder Gasstrahl und durch Herauswaschen der verbleibenden Abriebkörner oder
der abgeschliffenen Teilchen vom Poliertuch, wobei ferner der andere
Prozess ein Prozess ist zum Abschaben einer Oberfläche des
Poliertuches durch Diamant oder SIC um eine neue Oberfläche auf
dem Poliertuch zu schaffen. In dem erstgenannten Fall wird selbst
wenn die Aufbereitung nicht gleichförmig über die gesamte Aufbereitungsfläche des
Poliertuchs durchgeführt
wird, die Poliertuchoberfläche
des Halbleiterwafers nicht stark durch das auf diese Weise aufbereitete
Poliertuch beeinflusst. Im letztgenannten Falle wird die Poliertuchoberfläche des
Halbleiterwafers jedoch stark durch das Poliertuch beeinflusst,
welches in nicht gleichförmiger
Weise aufbereitet wurde.
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Konventionellerweise
besitzt die Poliervorrichtung mit einem Diamantkornaufbereiter einen Oberring
zum Halten des Halbleiterwafers und zum Pressen des Halbleiterwafers
gegen ein Poliertuch auf einem Drehtisch, und einen Dresser oder
Aufbereiter zum Aufbereiten der Oberfläche des Poliertuches, und der
Oberring und der Aufbereiter werden durch die entsprechenden Köpfe getragen.
Der Aufbereiter ist mit einem am Aufbereiterkopf vorgesehen Motor
verbunden. Der Aufbereiter wird gegen die Oberfläche des Poliertuchs gepresst,
während
der Aufbereiter um seine Mittelachse gedreht wird und der Aufbereiterkopf
wird herumgeschwungen, wodurch ein bestimmtes Gebiet des Poliertuches
welches zum Polieren verwendet werden soll aufbereitet wird, d.
h. die Aufbereitung des Poliertuchs wird durch die Drehung des Drehtischs
ausgeführt,
durch das Pressen des drehbaren Aufbereiters gegen das Poliertuch
und durch Bewegen des Aufbereiters radial gegenüber dem Poliertuch durch eine
Schwingbewegung des Aufbereiterkopfes. In dem konventionellen Aufbereitungsprozess
ist die Drehzahl des Aufbereiters gleich der Drehzahl des Drehtischs.
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Wenn
jedoch das Poliertuch durch den Diamantkornaufbereiter aufbereitet
wird, so wird das Poliertuch leicht abgekratzt. Wenn das Poliertuch
nicht gleichförmig
ab- oder weggekratzt wird, und zwar in irgendeiner vertikalen Querschnittsrichtung,
d. h. gleichförmig
weggekratzt wird in einer Radialrichtung des Poliertuchs, so kann
der Halbleiterwafer der ein zu polierendes Werkstück ist nicht
gleichförmig
poliert werden, da die Anzahl der Aufbereitungsprozesse ansteigt.
Durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung wurde bestätigt, dass
dann, wenn die Aufbereitung in der Weise ausgeführt wird, dass die Drehzahl
des Aufbereiters gleich der Drehzahl des Drehtisches ist, die von
der Innenumfangsregion des Poliertuchs entfernte Materialmenge größer ist
als die Materialmenge die von der äußeren Umfangsregion des Poliertuchs
entfernt wird.
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6 zeigt
Messungen der Materialmengenentfernung im Poliertuch, welches durch
das konventionelle Aufbereitungsverfahren aufbereitet wurde. In 6 stellt
die Horizontalachse einen Abstand von einer Drehmitte dar, d. h.
einen Radius (cm) des Poliertuchs, und die Vertikalachse stellt
die von dem Poliertuch entfernte Materialmenge dar, die durch die Entfernungsdicke
(mm) des Materials ausgedrückt wird. 6 zeigt
Messungen der Entfernungsdicke dann, wenn die Drehzahl der Aufbereitungsvorrichtung
und des Drehtisches die gleichen waren und ungefähr 500 Halbleiterwafer auf
dem Poliertuch poliert wurden und die entsprechende Anzahl von Aufbereitungsprozessen
auf dem Poliertuch oder an dem Poliertuch angewandt wurden. Zwei
Arten von Diamantkorngrößen wurden
in dem Versuch verwendet. Beispielswei se war die Drehzahl des Drehtisches
13 Umdrehungen pro Minute und die Drehzahl der Aufbereitungsvorrichtung
war 13 Umdrehungen pro Minute und 500 Halbleiterwafer wurden an
dem Poliertuch poliert, und zwar war dies Poliertuch hergestellt aus
Polyurethanschaum und die entsprechende Anzahl von Aufbereitungsprozessen
wurde an dem Poliertuch vorgenommen. In diesem Falle war die Differenz
einer Entfernungsdicke des Materials zwischen der Außenumfangsregion
und der Innenumfangsregion des Poliertuchs ungefähr 100 μm.
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Auf
den Stand der Technik genauer Bezug nehmend zeigt
US 5,456,627 A eine Poliervorrichtung
zum Polieren einer Oberfläche
eines Werkstücks,
die Folgendes aufweist: einen Drehtisch mit einem Poliertuch; Mittel
zum Drehen des Drehtischs; einen oberen Ring bzw. Topring zum Tragen
des zu polierenden Werkstücks
und zum Drücken
des Werkstücks
gegen das Poliertuch; eine Abricht- bzw. Aufbereitungseinrichtung
bzw. einen Dresser zum Aufbereiten bzw. Abrichten des Poliertuchs
auf dem Drehtisch; einen Betätiger
zum Drehen der Aufbereitungseinrichtung um eine Mittelachse der
Aufbereitungseinrichtung.
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US 5,486,131 A offenbart
eine Vorrichtung zum Konditionieren der Oberfläche eines Polierkissens. Diese
Vorrichtung sieht ein starres Tragelement vor, welches Schneidmittel
an seiner Bodenoberfläche
trägt und
welches für
eine Vertikalbewegung geeignet ist, und zwar in- und außer Eingriff
mit der Oberfläche
eines Polierkissens.
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US 4,984,390 offenbart eine
Schleifscheibenaufbereitungsvorrichtung mit einer Drehaufbereitungsvorrichtung
zur Verwendung in einer Schleifmaschine.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung vorzusehen, zum Aufbereiten eines Poliertuches,
wobei ein gleich förmiges
Abschaben oder Abkratzen des Poliertuches in einer Radialrichtung
desselben erfolgt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche eines
Werkstücks
nach Anspruch 1 vorgesehen und ferner ein Polierverfahren zum Polieren
einer Oberfläche
eines Werkstücks
gemäß Anspruch
4. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Die
oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen die
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Vertikalquerschnitt einer Poliervorrichtung mit einer Aufbereitungsvorrichtung
gemäss
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2A ist
eine Ansicht einer Aufbereitungsvorrichtung gemäss einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung von unten;
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2B ist
ein Querschnitt längs
Linie a-a der 2A;
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2C ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schlitzes b der 2B;
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3 ist
eine Draufsicht einer Anordnung des Aufbereiters und eines Poliertuchs
angebracht auf einem Drehtisch gemäss einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 ist
eine graphische Darstellung von Messungen der Entfernungsdicke des
Materials im Poliertuch, welches gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
aufbereitet wurde;
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5A ist
eine Ansicht der Verteilung der relativen Geschwindigkeitsvektoren
wenn ein Drehzahlverhältnis
des Drehtisches zum Aufbereiter 1 : 0,5 ist;
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5B ist
eine Ansicht welche die Verteilung relativer Geschwindigkeitsvektoren
dann zeigt, wenn ein Drehzahlverhältnis des Drehtisches zum Aufbereiter
1 : 1 ist;
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5C ist
eine Ansicht der Verteilung der relativen Geschwindigkeitsvektoren
dann, wenn das Drehzahlverhältnis
des Drehtisches zum Aufbereiter 1 : 1,5 ist;
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6 ist
eine graphische Darstellung die Messungen der Entfernungsdicke des
Materials in dem Poliertuch zeigt, welches gemäß dem konventionellen Verfahren
aufbereitet wurde;
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7 ist
eine Seitenansicht einer Aufbereitungsvorrichtung gemäss einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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8 ist
eine Draufsicht auf die Aufbereitungsvorrichtung gemäß 7;
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9 ist
ein Flussdiagramm der Schritte des Aufbereitungsprozesses gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 ist
eine graphische Darstellung der Höhen einer Oberfläche des
Poliertuchs an Radialstellen oder Radialpositionen des Poliertuchs
in einer Radialrichtung desselben, und zwar gemessen durch eine
Messvorrichtung der Aufbereitungsvorrichtung gemäss einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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11 ist
eine graphische Darstellung, welche die Entfernungsdicke des Materials
in einer Radialrichtung des Poliertuchs zeigt, welches gemäß der Erfindung
aufbereitet wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Eine
Aufbereitungsvorrichtung gemäss
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; sei nunmehr unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
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Eine
Aufbereitungsvorrichtung ist in einer Poliervorrichtung in 1 installiert.
Wie in 1 gezeigt, weist die Poliervorrichtung einen Drehtisch 20, einen
oberen Ring (Oberring) 3 positioniert oberhalb des Drehtisches 20 zum
Halten eines Halberleiterwafers 2 und zum Pressen des Halbleiterwafers 2 gegen den
Drehtisch 20 auf. Der Drehtisch 20 ist mit einem Motor 7 gekuppelt
und ist um seine eigene Achse, wie durch einen Pfeil angezeigt,
drehbar. Ein Poliertuch 4 (beispielsweise IC-1000 hergestellt
durch die Rodel Products Corporation) ist an der oberen Oberfläche (Oberseite)
des Drehtischs 20 angebracht.
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Der
Oberring 3 ist mit einem Motor gekuppelt und auch mit einem
Hub/Absenkzylinder (nicht gezeigt). Der Oberring 3 ist
vertikal beweglich und um seine eigene Achse wie dies durch die
Pfeile angedeutet ist durch den Motor und den Hub/Absenkzylinder
bewegbar. Der Oberring 3 kann daher den Halbleiterwafer 2 gegen
das Poliertuch 4 mit einem gewünschten Druck pressen. Der
Halbleiterwafer 2 ist an einer unteren Oberfläche (Unterseite)
des Oberrings 3 unter Vakuum oder dergleichen angebracht. Ein
Führungsring 6 ist
an der äußeren Umfangskante der
Unterseite des Oberrings 3 angebracht, um zu verhindern,
dass der Halbleiterwafer 2 sich von dem Oberring 3 trennt.
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Eine
Abriebflüssigkeitsversorgungsdüse 5 ist oberhalb
des Drehtisches 20 angeordnet, um eine Abriebflüssigkeit
auf das Poliertuch 4 angebracht am Drehtisch 20 zu
liefern. Ein Aufbereiter (Dresser; Aufbereitungsvorrichtung) zur
Ausführung
einer Aufbereitung (Dressing) des Poliertuchs 4 ist diametral
entgegengesetzt bezüglich
des Oberrings 3 positioniert. Das Poliertuch 4 wird
mit einer Aufbereitungsflüssigkeit
wie beispielsweise Wasser von einer Aufbereitungsflüssigkeitslieferdüse 9 beliefert,
die sich über dem
Drehtisch 20 erstreckt. Der Aufbereiter 10 ist
mit einem Motor 15 gekuppelt und auch mit einem Anheb/Absenkzylinder 16.
Der Aufbereiter 10 ist vertikal beweglich und drehbar um
seine eigene Achse, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, und
zwar geschieht dies durch den Motor 15 und den Anheb/Absenkzylinder 16.
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Der
Aufbereiter 10 besitzt eine ringförmige Diamantkornschicht 13 an
seiner Unterseite. Der Aufbereiter 10 wird durch einen
(nicht gezeigten) Aufbereiterkopf getragen und ist in einer Radialrichtung des
Poliertuchs beweglich. Die Abriebflüssigkeitsversorgungs- oder
Lieferdüse 5 und
die Aufbereitungsflüssigkeitslieferdüse 9 erstrecken
sich in eine Zone oder Region nahe der Mittelachse des Drehtisches 20 oberhalb
der Oberseite derselben, um Abriebflüssigkeit bzw. Aufbereitungsflüssigkeit
wie beispielsweise Wasser an das Poliertuch 4 an einer
vorbestimmten Position darauf zu liefern.
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Die
Poliervorrichtung arbeitet wie folgt. Der Halbleiterwafer 2 wird
an der Unterseite des Oberrings 3 gehalten und gegen das
Poliertuch 4 auf der Oberseite des Drehtisches 20 gedrückt. Der
Drehtisch 20 und der Oberring 3 werden relativ
zueinander verdreht, um dadurch die Unterseite des Halbleiterwafers 2 in
Gleitkontakt mit dem Poliertuch 4 zu bringen. Zu dieser
Zeit liefert die Abriebflüssigkeitsdüse 5 die
Abriebsflüssigkeit
an das Poliertuch 4. Die Unter seite des Halbleiterwafers 2 ist
nunmehr poliert, und zwar durch eine Kombination einer mechanischen
Polierwirkung von Abriebkörnern
in der Abriebsflüssigkeit
und einer chemischen Polierwirkung einer Alkalilösung der Abriebflüssigkeit.
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Der
Polierprozess endet dann, wenn der Halbleiterwafer 2 auf
eine vorbestimmte Dicke einer Oberflächenschicht desselben poliert
ist. Wenn der Polierprozess beendet ist, so sind die Poliereigenschaften
des Poliertuchs 4 verändert
und die Polierperformance bzw. der Polierwirkungsgrad des Poliertuchs 4 verschlechtert
sich. Daher wird das Poliertuch 4 aufbereitet, um seine
Poliereigenschaften wiederherzustellen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung besitzt eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines Poliertuchs
einen Aufbereiter (Dresser) 10 der in den 2A bis 2C gezeigt
ist. 2A ist eine Ansicht des Aufbereiters 10 von
unten, 2B ist ein Querschnitt entlang
der Linie a-a der 2A, 2C ist
eine vergrößerte Ansicht
die einen Teil b der 2B zeigt.
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Der
Aufbereiter 10 weist einen Aufbereiterkörper 11 auf, und zwar
aus einer kreisförmigen
Platte, ferner einen ringförmigen
Vorsprungteil 12 der von einem Außenumfangsteil des Aufbereiterkörpers 11 wegragt,
und eine ringförmige
Diamantkornschicht 13 auf dem ringförmigen Vorsprungsteil 12.
Die ringförmige
Diamantkornschicht 13 ist aus Diamantkörnern hergestellt, die auf
dem ringförmigen
vorspringenden Teil 12 elektroabgeschieden sind. Die Diamantkörner sind
auf dem ringförmigen
Vorsprungsteil 12 durch Nickelplattieren abgeschieden.
Die Größen der
Diamantkörner
liegen im Bereich von 10 bis 40 μm.
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Ein
Beispiel des Aufbereiters 10 ist das folgende: der Dresser
oder Aufbereiterkörper 11 besitzt einen
Durchmesser von 250 mm. Die ringförmige Diamantkornschicht 13 besitzt
eine Breite von 6 cm, und zwar ausgebildet auf der Umfangsfläche der
Unterseite des Aufbereiterkörpers 11.
Die ringförmige Diamantkornschicht 13 weist
eine Vielzahl von Sektoren auf (und zwar acht in diesem Ausführungsbeispiel).
Der Durchmesser des Aufbereiterkörpers 11 ist
größer als
der Durchmesser des Halbleiterwafers 2, der ein zu polierendes
Werkstück
darstellt. Auf diese Weise besitzt die aufbereitete Oberfläche des
Poliertuchs Ränder
an den inneren und äußeren Umfangsregionen
oder – zonen
bezüglich
der Oberfläche
des Halbleiterwafers der poliert wird.
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Das
Poliertuch wird durch die Aufbereitungsvorrichtung in einer in 3 gezeigten
Art und Weise aufbereitet. Das aus Polyurethanschaum hergestellte Poliertuch 4 welches
aufbereitet werden soll ist an der Unterseite des Drehtisches 20 angebracht,
der sich in einer durch Pfeil A angegebenen Richtung dreht. Der
Aufbereiten 10 der in einer durch den Pfeil B angedeuteten
Richtung rotiert, wird gegen das Poliertuch derart gepresst, dass
die ringförmige
Diamantkornschicht 13 in Kontakt mit dem Poliertuch 4 gebracht
wird. Der Drehtisch 20 und der Aufbereiter 10 werden
relativ zueinander gedreht, und zwar um die Unterseite der Diamantkornschicht
in Gleitkontakt mit dem Poliertuch 14 zu bringen. In diesem
Falle wird die Aufbereitungsvorrichtung nicht geschwungen oder verschwenkt.
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In
der Poliervorrichtung wird der Drehtisch 20 durch den Motor 7 gedreht,
und die Drehzahl des Drehtisches 20 ist variabel. Der Aufbereiter 10 ist durch
den Motor 15 drehbar und die Drehzahl des Aufbereiters 10 ist
ebenfalls variabel. Speziell kann die Drehzahl des Aufbereiters 10 auf
einen Sollwert eingestellt werden, der unabhängig ist von der Drehzahl des
Drehtisches 20.
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In
den Ausführungsbeispielen
der unten beschriebenen Aufbereitungsprozesse sind die Drehzahlverhältnisse
des Drehtisches zum Aufbereiter 20 Umdrehungen pro Minute:
12 Umdrehungen pro Minute, 50 upm: 30 upm, und 150 upm: 90 upm,
die auf ein Verhältnis
auf 1 : 0,6 jeweils eingestellt sind.
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4 ist
eine graphische Darstellung, die Messungen zeigt, und zwar der Entfernungsdicke des
Materials in dem Poliertuch, welches gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
aufbereitet wurde. In 4 zeigt die Horizontalachse
eine Radialposition am Poliertuch (cm) an, während die Vertikalach se eine
Entfernungsdicke (mm) des Materials vom Poliertuch angibt. LT repräsentiert
die Fläche oder
das Gebiet, wo der Aufbereiter das Poliertuch kontaktiert. Der Aufbereiter 10 wird
gegen das Poliertuch 4 mit einem Druck von 450 gf/cm2 gepresst. Wie oben beschrieben, ist die
Aufbereitungsfläche
(LT) größer als
die Fläche
(LD) wo der zu polierende Halbleiterwafer
das Poliertuch kontaktiert, um Ränder
zu ergeben, und zwar an inneren und äußeren Umfangsregionen oder
-zonen des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben.
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In
4 repräsentiert
das offene Symbol o ein Verifikationsbeispiel des konventionellen
Aufbereitungsverfahrens. D. h., die Drehzahl des Drehtisches ist
13 upm und die Drehzahl des Aufbereiters ist 13 upm. In diesem Falle
ist, wie oben beschrieben, die Entfernungsdicke des Materials vom
Poliertuch größer an der
Innenumfangsregion als an der Außenumfangsregion des Poliertuchs.
Im Gegensatz dazu repräsentiert
ein offenes Symbol ☐ ein Verifikationsbeispiel bei dem
die Drehzahl des Drehtisches 20 upm ist und die Drehzahl des Aufbereiters
ist 12 upm. In diesem Fall ist die Entfernungsdicke des Materials vom
Poliertuch im Wesentlichen gleichförmig an allen Radialpositionen
des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben. Ein offenes Symbol Δ repräsentiert ein
Verifikationsbeispiel bei dem die Drehzahl des Drehtisches 50 upm
und die Drehzahl des Aufbereiters 30 upm ist. In diesem Falle ist
die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch im Wesentlichen gleichförmig an
allen Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben.
Ein solides oder durchgehendes Symbol
ist
ein Verifikationsbeispiel bei dem die Drehzahl des Drehtisches 150
upm ist und die Drehzahl des Aufbereiters 90 upm ist. Auch in diesem
Falle ist die Materialdickenentfernung vom Poliertuch im Wesentlichen
gleichförmig
an allen Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung der
Aufbereitungsfläche
(L
T).
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In
den obigen Beispielen ist das Drehzahlverhältnis des Drehtisches zu dem
des Aufbereiters 1 : 06, jedoch ist die Materialentfernungsdicke
vom Poliertuch größer als
der Absolutwert der Drehzahl größer ist.
Ferner wird durch Experimente der Erfinder der vorliegenden Erfindung
bestätigt,
dass in dem Fall, wo das Drehzahlverhältnis des Drehtisches des Aufbereiters
im Bereich von 1 : 0,4 bis 1 : 0,85 liegt, die Materialentfernungsdicke
vom Poliertuch im wesentlichen gleichförmig an allen Radialpositionen
des Poliertuchs in Radialrichtung desselben ist.
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Wie
oben beschrieben ist erfindungsgemäss das Drehzahlverhältnis des
Drehtisches zu dem Aufbereiter eingestellt auf den Bereich von 1
: 0,4 bis 1 : 0,85 und die Entfernungsdicke des Materials vom Poliertuch
ist im wesentlichen gleichförmig
an allen Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben.
Wenn infolge dessen ein Halbleiterwafer durch das auf diese Weise
aufbereitete Poliertuch poliert wird, so wird die polierte Oberfläche des
Halbleiterwafers flach.
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Als
nächstes
wird nunmehr die Theorie beschrieben gemäß welcher die Materialentfernungsdicke
vom Poliertuch im wesentlichen gleichförmig ist, und zwar von dem
inneren Umfangsbereich oder der inneren Umfangsregion zu dem äußeren Umfangsbereich
oder zur äußeren Umfangsregion
des Poliertuchs, und zwar durch Einstellen des Drehzahlverhältnisses
des Drehtisches zum Aufbereiter auf einen Bereich von 1 : 0,4 bis
1 : 0,85. Diese Theorie basiert auf der Annahme dass die Relativgeschwindigkeit zwischen
dem Aufbereiter und dem Poliertuch die Menge des entfernten Materials
vom Poliertuch beeinflusst und dass die von dem Poliertuch entfernte Materialmenge
größert ist
wenn die Relativgeschwindigkeit größer ist.
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Die 5A, 5B und 5C zeigen
die Verteilung der relativen Geschwindigkeitsvektoren zwischen dem
Poliertuch und dem Aufbereiter. Die Mitte (O) des Drehtisches ist
an der linken Seite des Aufbereiters vorgesehen. Die 5A zeigt
ein Verifikationsbeispiel bei dem die Drehzahl des Drehtisches 100
upm ist und die Drehzahl des Aufbereiters 50 upm ist. 5B zeigt
ein Verifikationsbeispiel bei dem die Drehzahlen des Drehtisches
und die des Aufbereiters jeweils 100 upm sind. 5C zeigt
ein Verifikationsbeispiel bei dem die Drehzahl des Drehtisches 100
upm ist und die Drehzahl des Aufbereiters 150 upm ist, d. h. die
Drehzahl des Aufbereiters ist höher
als die des Drehtisches. In den 5A, 5B und 5C repräsentiert „O" eine Mitte des Drehtisches 20, eine
Anzahl von Pfeilen in der ringförmigen
Diamantkornschicht 13 des Aufbereiters 10 repräsentiert
relative Geschwindigkeitsvektoren die Vektoren der relativen Geschwindigkeit
zwischen der Diamantkornschicht 13 und dem Poliertuch 4 sind
an entsprechenden Positionen. Da der Absolutwert des relativen Geschwindigkeitsvektors
größer ist,
ist die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch größer an der
betroffenen Position oder Stelle. Wenn, wie in dem konventionellen
Verfahren, die Drehzahl des Aufbereiters gleich der Drehzahl des
Drehtisches ist, so sind die relativen Geschwindigkeitsvektoren
in allen Gebieten oder Zonen die durch den Aufbereiter 10 aufbereitet
werden, wie in 5B gezeigt, gleichförmig. In
diesem Zustand ist die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch größer an der
Innenumfangsregion des Poliertuchs die näher zur Mitte (O) des Drehtisches
liegt, und die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch ist kleiner
an der Außenumfangsregion
die weiter weg von der Mitte (O) des Drehtisches liegt. Um die nicht
gleichförmige
Tendenz der Dickenentfernung des Materials vom Poliertuch zu korrigieren
ist es daher erwünscht
dass die Relativgeschwindigkeit an der äußeren Umfangsregion die weiter
weg von der Mitte (O) des Drehtisches liegt größer ist und die Relativgeschwindigkeit
an der Innenumfangsregion die näher
zur Mitte (O) des Drehtisches liegt kleiner ist.
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Wenn,
wie in 5A gezeigt, die Drehzahl des
Aufbereiters niedriger liegt als die Drehzahl des Drehtisches, so
ist die Relativgeschwindigkeit an der Innenumfangsregion die näher zur
Mitte (O) des Drehtisches liegt niedriger und sie ist höher an der Außenumfangsregion
die weiter weg von der Mitte (O) des Drehtisches liegt. Daher ist
die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch kleiner an der Innenumfangsregion
des Poliertuchs und größer an der Außenumfangsregion
des Poliertuchs, da der Absolutwert des Relativgeschwindigkeitsvektors
größer ist,
ist die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch größer an der
betroffenen oder in Rede stehenden Position.
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Andererseits
gilt: in dem Fall wo die Drehzahl des Drehtisches gleich die Drehzahl
des Aufbereiters ist, sind die relativen Geschwindigkeitsvektoren
an allen Position wie in 5B gezeigt
gleichförmig.
In diesem Falle, wie in Fi 6 gezeigt,
ist die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch größer an der
Innenumfangsregion des Poliertuchs kleiner an der Außenumfangsregion
desselben. Daher wird durch Kombination der in 6 gezeigten
Tendenz mit der in 5A gezeigten Tendenz wo die
Relativgeschwindigkeit höher
ist an der äußeren Umfangsregion
des Poliertuchs, d. h. dadurch dass man die Drehzahl des Aufbereiters
niedriger macht als die Drehzahl des Drehtisches, die Materialdickenentfernung vom
Poliertuch im wesentlichen gleichförmig an allen Radialpositionen
des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben.
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In
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispielen
ist der Aufbereiter mit der ringförmigen Diamantkornschicht versehen,
und zwar hergestellt aus Diamantkörnern, die auf dem ringförmigen Vorsprungsteil
elektroabgeschieden sind. Es kann jedoch Siliziumkarbid (SiC) anstelle
Diamantkörner verwendet
werden. Ferner kann Material und Struktur des Aufbereiters frei
ausgewählt
werden und der gleiche Aufbereitungseffekt kann unter Verwendung obiger
Prinzipien erhalten werden.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 die
Aufbereitungsvorrichtung beschrieben um eine gewünschte Oberfläche des
Poliertuchs zu erhalten, und zwar durch Verwendung der oben genannten
Prinzipien. Wie in 7 gezeigt wird der Aufbereiter 10,
der die ringförmige
Diamantkornschicht 13 besitzt, durch einen Aufbereitungskopf 21 getragen,
der durch eine Drehwelle 22 getragen ist. Eine Messvorrichtung 23 zur
Messung einer Oberflächenkontur
des Poliertuchs 4 ist an dem Aufbereitungskopf 21 befestigt.
Die Messvorrichtung 23 umfasst eine Messeinheit 24,
und zwar ein Mikrometer, eine Trageinheit 25 zum Tragen
der Messeinheit 24 und einen Kontakt 26 mit einer
Rolle, die am vorderen Ende der Messeinheit 24 befestigt
ist.
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Wie
in 7 gezeigt wird die Drehung des Drehtisches 20 gestoppt,
der Kontakt 26 kontaktiert die Oberfläche des Poliertuchs 4 und
der Aufbereitungskopf 21 wird um die Drehwelle 22 verschwungen
oder verschwenkt, und zwar durch Drehung der Drehwelle 22 um
ihre eigene Achse. Auf diese Weise wird, wie in 8 gezeigt,
der Kontakt 26 radial bewegt, während er die Oberfläche des
Poliertuchs 4 kontaktiert, und die Höhen der Radialpositionen des Poliertuchs
werden in einer Radialrichtung desselben während der Bewegung des Kontakts 26 gemessen. D.
h., die Oberflächenkontur,
d. h. die Wellung der Oberfläche
des Poliertuchs 24 in Radialrichtung desselben, wird gemessen.
Da die Aufbereitungsflüssigkeit,
wie beispielsweise Wasser, auf der Oberfläche des Poliertuchs 4 verbleibt,
ist es erwünscht,
dass der Sensor der Kontaktbauart verwendet wird, um die Oberflächenkontur
zu messen und nicht ein Sensor der Nicht-Kontaktbauart wenn die
Wellung der Oberfläche
des Poliertuchs gemessen wird. Als nächstes werden die Prozesse
durch die Aufbereitungsvorrichtung gemäß den 7 und 8 unter
Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Im
Schritt 1 werden die Höhen
an Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben
gemessen und die erhaltenen Werte, die auf Anfangswerte eingestellt
werden, werden gespeichert. 10 zeigt
die Höhen
der Oberfläche
des Poliertuchs an Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung
desselben. In 10 repräsentiert die Horizontalachse
einen Radius (mm) des Poliertuchs und die Vertikalachse repräsentiert
die Höhen
die tatsächlich
gemessen werden. In 10 zeigt die Kurve A Anfangswerte,
die die Höhen
an Radialpositionen des Poliertuches in einer Radialrichtung desselben
sind. In Schritt 2 wird die Drehzahl des Drehtisches 20 und
die Drehzahl des Aufbereiters 10 eingestellt. Im Schritt 3 wird
der Halbleiterwafer 2 poliert, und zwar unter Verwendung
des Poliertuchs 4, während
Abriebflüssigkeit
von der Abriebflüssigkeitslieferdüse 5 (vgl. 1)
beliefert wird. Im Schritt 4 wird die Aufbereitung des
Poliertuchs 4 vorgenommen, und zwar ausgeführt durch
den Aufbereiter 10.
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Als
nächstes
werden im Schritt 5 die Höhen an Radialpositionen des
Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben gemessen, und zwar
durch die Messvorrichtung 23. In 10 zeigt
die Kurve B die Höhen
an Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben,
wenn das Drehzahlverhältnis
des Drehtisches zu dem des Aufbereiters 1 : 0,5 ist. Die Kurve C
zeigt die Höhen
an Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben,
wenn das Drehzahlverhältnis
des Drehtisches zum Aufbereiter 1 : 0,7 ist.
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Als
nächstes
werden im Schritt 6 die gemessenen Werte erhalten im Schritt 5 von
den Anfangswerten erhalten im Schritt 1 abgezogen, um die
Materialentfernungsdicke des Poliertuchs an Radialpositionen des
Poliertuchs in Radialrichtung desselben zu erhalten. 11 zeigt
die Entfernungsdicke des Materials vom Poliertuch einer Radialposition
des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben. In 11 repräsentiert
die Horizontalachse den Radius (mm) des Poliertuchs und die Vertikalachse
repräsentiert
die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch. In 11 zeigt
die Kurve D die Entfernungsdicke des Materials an Radialpositionen
des Poliertuchs in einer Radialrichtung desselben, wenn das Drehzahlverhältnis des
Drehtisches zum Aufbereiter 1 : 0,5 ist. Die Kurve E zeigt die Entfernungsdicke
des Materials an Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung
desselben, dann, wenn das Drehzahlverhältnis des Drehtisches zum Aufbereiter
1 : 0,7 ist.
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Als
nächstes
wird im Schritt 7 die erhaltene Kurve wie beispielsweise
die Kurve D oder E mit der voreingestellten Solloberfläche des
Poliertuchs verglichen. Wenn die Entfernungsdicke des Materials vom
Poliertuch größer ist
an der Innenumfangsregion als an der Außenumfangsregion, so wird die
Drehzahl des Aufbereiters 10 im Schritt 8 abgesenkt. Wenn
die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch sich in einem zulässigen Bereich
an den inneren und äußeren Umfangsregionen
befindet, so wird die Drehzahl des Aufbereiters 10 im Schritt 9 nicht
geändert.
Wenn die Entfernungsdicke des Materials vom Poliertuch größer ist
an der äußeren Umfangsregion als
der inneren Umfangsregion, so wird die Drehzahl des Aufbereiters 10 in
Schritt 10 vergrößert. In
den Schritten 8 bis 10 wird die Drehzahl des Drehtisches nicht
geändert.
Nach dem Einstellen der Drehzahl des Aufbereiters 10 auf
einen optimalen Wert in den Schritten 8 bis 10 wird
als nächstes
ein Aufbereitungsprozess durch den eingestellten Wert der Drehzahl
des Aufbereiters 10 ausgeführt.
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In
den obigen Ausführungsbeispielen
werden die Höhen
einer Oberfläche
des Poliertuchs an Radialpositionen des Poliertuchs gemessen. Die
Höhen der
Oberfläche
des Poliertuchs stehen in direkter Beziehung mit der Dicke des Poliertuchs.
D. h. Unregelmäßigkeiten
der Materialentfernungsdicke vom Poliertuch rufen Unregelmäßigkeiten
der Dicke des Poliertuchs hervor, was Unregelmäßigkeiten der Höhen der
Oberfläche
des Poliertuchs zur Folge hat. Die Korrektur der Höhen der
Oberfläche
des Poliertuchs entspricht der Korrektur der Dicke der Oberfläche des
Poliertuchs. Bei den Ausführungsbeispielen wird
der Sensor des Kontakttyps dazu verwendet, um die Höhe des Poliertuchs
zu messen und die Oberflächenkontur
des Poliertuchs wird auf der Basis der gemessenen Werte gesteuert.
Es ist darum möglich
die Oberflächenkontur
des Poliertuchs durch Messen der Dicke des Poliertuchs zu steuern,
und zwar mit einem Dicke-Detektor und unter Verwendung der gemessenen
Werte.
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Ferner
wird in den Ausführungsbeispielen die
Oberflächenkontur
des Poliertuchs derart gesteuert, dass diese durch den Aufbereitungsprozess
flach ist. In einigen Fällen
kann jedoch die Oberfläche
des Drehtisches leicht konvex sein und somit ist die Oberfläche des
auf den Drehtisch befestigten Poliertuchs leicht konvex entsprechend
dem Zweck oder dem Zustand des Polierverfahrens. In diesem Fall
kann die Oberflächenkontur
des Poliertuchs so kontrolliert oder gesteuert werden, dass diese
leicht konvex ist, und zwar durch Einstellen eines Drehzahlverhältnisses
des Drehtisches zum Aufbereiter gemäss der vorliegenden Erfindung.
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Obwohl
in den Ausführungsbeispielen
die ringförmige
Diamantkornschicht und die ringförmige SiC-Schicht
eine kreisförmige
größere Form
bzw. eine kreisförmige
Innenform besitzen, können
diese auch eine elliptische Außenform
bzw. eine elliptische Innenform besitzen, oder eine kreisförmige Außenform
und eine herzförmige
Innenform oder irgendwelche anderen Formen. Ferner kann der Aufbereiter eine
feste bzw. solide kreisförmige
Diamantschicht oder eine solide kreisförmige SiC-Schicht ohne irgendeinen
hohlen Teil aufweisen. Der Aufbereiter kann auch einen Aufbereiterkörper besitzen
und eine Vielzahl von kleinen kreisförmigen Kontaktteilen hergestellt
aus Diamantkörnern
und angeordnet in einer kreisförmigen
Anordnung auf dem Aufbereiterkörper.
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Wie
sich aus der obigen Beschreibung ergibt, hat die Erfindung die folgenden
Vorteile:
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Da
die Höhen
der Oberfläche
des Poliertuchs an Radialpositionen des Poliertuchs in einer Radialrichtung
desselben gemessen werden, wird die Drehzahl des Aufbereiters relativ
zur Drehzahl des Drehtisches auf der Basis der gemessenen Werte
bestimmt und ein Aufbereitungsprozess wird mit dem bestimmten Drehzahlverhältnis des
Drehtisches zum Aufbereiter ausgeführt, wobei das Poliertuch gleichförmig aufgearbeitet
wird, und zwar in einer Radialrichtung um eine gewünschte Oberflächenkontur von
der inneren Umfangsregion zur äußeren Umfangsregion
zu haben.
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Ferner
wird das Poliertuch derart aufbereitet, dass die Drehzahl des Aufbereiters
niedriger ist als die Drehzahl des Drehtisches. Speziell ist das
Drehzahlverhältnis
des Drehtischs zu dem des Aufbereiters im Bereich von 1 : 0,4 bis
1 : 0,85. Die Materialentfernungsdicke vom Poliertuch ist im wesentlich gleichförmig in
der inneren Region bis zur äußeren Region
des Poliertuchs. Daher kann ein Werkstück wie beispielsweise ein Halbleiterwafer
mit einem darauf befindlichen Vorrichtungsmuster auf einen flachen
Spiegelendzustand poliert werden, und zwar durch die Verwendung
des auf diese Weise aufbereiteten Poliertuchs.
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Obwohl
bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt und im einzelnen beschrieben wurden, ist doch
klar, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können ohne den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
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Übersetzung
der Zeichnungslegende
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4
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- 13/13 rpm – 500
semiconductor wafers = 13/13 upm – 500 Halbleiterwafer
- 20/12 rpm – 500
semiconductor wafers = 20/12 upm – 500 Halbleiterwafer
- 50/30 rpm – 500
semiconductor wafers = 50/30 upm – 500 Halbleiterwafer
- 150/90 rpm – 500
semiconductor wafers = 150/90 upm – 500 Halbleiterwafer
- The area where the semiconductor wafer to be polished contacts
the polishing cloth (LD) = Das Gebiet oder
die Fläche
wo der zu polierende Halbleiterwafer das Poliertuch kontaktiert
(LD)
- Dressing area (LT) = Aufbereitungsfläche (LT)
- Radial position on the polishing cloth (cm) = Radialpositon
des Poliertuchs (cm)
- A removal thickness of material from the polishing cloth (mm)
= Entfernungs- oder
Abtragdicke des Materials vom Poliertuch (mm)
-
5A
-
- The center of the turntable (O) = Die Mitte des Drehtisches
(O)
-
5B
-
- The center of the turntable (O) = Die Mitte des Drehtisches
(O)
-
5C
-
- The center of the turntable (O) = Die Mitte des Drehtisches
(O)
-
6
-
- Radial position on the polishing cloth (cm) = Radialpositon
des Poliertuchs (cm)
- A removal thickness of material from the polishing cloth (mm)
= Entfernungs- oder
Abtragdicke des Materials vom Poliertuch (mm)
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8
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- Measurement of undulation of the polishing surface = Messung
der Wellung der Polieroberfläche
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9
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- (Step 1) Measuring heights of polishing surface
and memolizing them as inital vaues = (Schritt 1) Messen der
Höhen der
Polieroberfläche
und Speichern derselben als Anfangswerte
- (Step 2) Rotational speed of the turntable and the
rotational speed of the dresser are set ) = (Schritt 2)
Die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Drehtisches und die Drehzahl
der Aufbereitungsvorrichtung werden eingestellt.
- (Step 3) Polishing = (Schritt 3) Polieren
- (Step 4) Dressing = (Schritt 4) Aufbereiten
- (Step 5) Heights at radial position of the polishing cloth
in a redial direction are measured = (Schritt 5) Die Höhen an der
Radialposition des Poliertuchs in einer Radialrichtung werden gemessen.
- (Step 6) Measured values obtained in step 5 are substracted
from the initial values obtained in step 1 = (Schritt 6)
Die gemessenen Werte erhalten im Schritt 5 werden von den
Anfangswerten erhalten im Schritt 1 subtrahiert.
- (Step 7) = Obtained curve is compared with the preset
desired surface of the polishing cloth. = (Schritt 7) =
Die erhaltene Kurve wird mit der voreingestellten gewünschten
bzw. Solloberfläche
des Poliertuchs verglichen.
- (Step 8) Rotational speed of the dresser is lowered
= (Schritt 8) Die Drehzahl der Aufbereitungsvorrichtung wird
abgesenkt.
- (Step 9) Rotational speed of the dresser is not changed
= (Schritt 9) Die Drehzahl der Aufbereitungsvorrichtung
wird nicht geändert.
- (Step 10) Rotational speed of the dresser is increased
= (Schritt 10) Die Drehzahl der Aufbereitungsvorrichtung
wird erhöht.
-
10
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- Radius of the polishing cloth (mm) = Radius des Poliertuchs
(mm)
- Acutally measured heights = Tatsächlich gemessene Höhen (gemessene
Ist-Höhen)
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11
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- Radius of the polishing cloth (mm) = Radius des Poliertuchs
(mm)
- Removal thickness of material from the polishing cloth = Abtragungsdicke
des Materials vom Poliertuch