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Dokumentenidentifikation DE19543847A1 28.05.1997
Titel Poliervorrichtung
Anmelder Ebara Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nishi, Toyomi, Yokohama, Kanagawa, JP;
Takahashi, Tamami, Yamato, Kanagawa, JP;
Togawa, Tetsuji, Fujisawa, Kanagawa, JP
Vertreter Wagner, K., Dipl.-Ing.; Geyer, U., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 24.11.1995
DE-Aktenzeichen 19543847
Offenlegungstag 28.05.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.05.1997
IPC-Hauptklasse B24B 29/02
IPC-Nebenklasse B24B 37/04   H01L 21/302   
Zusammenfassung Eine Poliervorrichtung mit einer leichten und leicht auswechselbaren Tuchkassette mit einem hohen Deformationswiderstand wird vorgesehen. Die Tuchkassette wird dadurch erzeugt, daß man ein Poliertuch mit einem Kassettenglied verbindet, welches ein Wabenstrukturglied aufweist, das sandwichartig zwischen oberen und unteren dünnen Aluminiumplatten vorgesehen werden kann. Das Wabenstrukturglied kann verschiedene Zellengrößen besitzen und auch aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei diese Materialien im Handel sind und für den Zweck außerordentlich effektiv sind. Das Wabenstrukturglied aus einem Aluminiummaterial sieht ein steifes und thermisch beständiges Kassettenglied vor.
Die Zellenräume in dem Wabenstrukturglied können gekühlt oder erwärmt werden und zwar abhängig von der Natur der verwendeten Polieraufschlemmung, dadurch, daß man ein geeignetes Strömungsmittel durch das Basisglied leitet. Dies wird dadurch möglich gemacht, daß man Strömungsöffnungen oder Löcher vorsieht und zwar in den Zellenwänden, die die Wabenzellen trennen. Diese Möglichkeit ist effektiv hinsichtlich der Erzeugung einer optimalen Polierleistungsfähigkeit durch die Tuchkassette. Die thermische Steuerung kann allgemein oder örtlich ausgeführt werden, wobei es sein kann, daß die Wärme erforderlich ist oder aber entfernt werden muß.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Polieren von Materialien. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Poliervorrichtung zum Polieren eines Objektes, wie beispielsweise eines Halbleiter-Wafers auf eine ebene oder flache und spiegelnde Endbearbeitung.

Hochdicht integrierte Halbleitervorrichtungen machten in den letzten Jahren zunehmend feinere Mikroschaltungen erforderlich und der Zwischenabstand (interline Abstand oder spacing) zeigte eine ständig abnehmende Tendenz. Für optische Lithografie-Vorgänge, basierend auf einem geringeren als 0,5 Mikrometer Zwischenzeilenabstand, ist die Fokusiertiefe oder Tiefenschärfe flach und die am Polierobjekt erforderliche hochpräzise Flachheit muß mit der Fokusierebene der Schrittvorrichtung (stepper) zusammenfallen.

Dies Erfordernis bedeutet, daß die Waferoberfläche extrem flach sein muß und eine der Möglichkeiten, diese Präzision hinsichtlich der Flachheit zu erreichen, fängt an mit der ordnungsgemäßen Oberflächenaufbereitung durch Polieren mit einer Poliervorrichtung.

Die konventionelle Poliervorrichtung, die in solchen Anwendungsfällen verwendet wird, benutzt einen Drehtisch mit einem an einer Oberseite oder Oberfläche angebrachten Poliertuch; ferner ist ein oberer Ring vorgesehen, wobei jeweils eine unabhängige Drehsteuerung vorhanden ist und ein Polierobjekt zwischen dem oberen Ring und dem Drehtisch gehalten wird. Die Oberfläche des zu polierenden Objektes wird nach unten auf das Poliertuch durch den oberen Ring gedrückt, und zwar durch Ausüben eines gesteuerten Drucks, während man eine Polierlösung auf das Poliertuch tröpfeln läßt. Das Polierverfahren wird solange fortgesetzt bis die Polieroberfläche auf den gewünschten Grad an Ebenheit und die Spiegelpolitur poliert ist.

Ein Wechsel des Poliertuchs am Drehtisch wird dadurch ausgeführt, daß man die Poliervorrichtung stoppt, das Poliertuch vom Drehtisch entfernt, verbleibende Polierlösungen auf der Oberfläche des Drehtisches abwäscht, den Drehtisch trocknet und schließlich das neue Poliertuch direkt auf den Drehtisch aufbringt, insbesondere verklebt. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und ruft eine längere Abschaltzeit der Vorrichtung vor, was zu einer niedrigen Produktivität führt, d. h. die Anzahl der polierten Objekte pro Zeiteinheit der Vorrichtung ist gering.

Eine Lösungsmöglichkeit für dieses Produktivitätsproblem besteht in der Verwendung eines Kassetten- oder cartridge-Tuchsystems, bei dem ein Poliertuch mit einer Basisstruktur verbunden oder verklebt ist und diese Anordnung auf dem Drehtisch angebracht oder von diesem entfernt wird. Die Verwendung des Kassetten- oder cartridge-Tuchsystems eliminiert die zum Wechsel des Tuchs am Drehtisch erforderliche Zeit, wodurch die Abschaltzeit der Vorrichtung verkürzt wird und so die Produktivität der Poliervorrichtung erhöht wird. Dieses Verfahren ist in den folgenden japanischen Patentanmeldungen H4-206929 (erste Publikation) und H2-30827 (zweite Publikation) beschrieben.

Um den Wechselvorgang des Kassetten-Tuchsystems zu erleichtern, ist es günstiger, eine leichte Kassette oder Patrone zu besitzen. Auch sollte die Kassette oder Patrone in der Lage sein, einer gewissen während des Poliervorgangs angelegten Belastung zu widerstehen und ferner Verformung bzw. Deformation Widerstand entgegenzusetzen, die sich ergeben kann aus Effekten der Reibungswärme erzeugt durch das auf dem Poliertuch gleitende Objekt.

Ein ideales Kassetten-Tuchsystem mit den Eigenschaften geringen Gewichts und hoher Festigkeit wurde jedoch bislang noch nicht verfügbar gemacht.

Ferner ist es manchmal erwünscht, die elastische Natur der Kassettenstruktur (Tuch und/oder Basisglied) zu ändern, und zwar abhängig von der Natur des Polierobjekts, wobei es aber bisher noch kein effektives und praktikables Verfahren zur Befriedigung dieses Bedürfnisses gab.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Poliervorrichtung vorzusehen mit einer Tuchkassette, die sowohl leicht als auch fest ist und die leicht an einem Drehtisch angebracht und von diesem entfernt werden kann.

Das Ziel wird bei einer Poliervorrichtung zum Erhalt einer ebenen Spiegelpolierung auf einem Polierobjekt erhalten, wobei die Poliervorrichtung folgendes aufweist:

einen Drehtisch; eine Tuchkassette lösbar befestigt am Drehtisch und mit einem Poliertuch mit einer Oberfläche oder Oberseite des Kassettengliedes der Tuchkassette verbunden oder verklebt; Preßmittel zum Hinabdrücken des Polierobjektes gegen das Poliertuch; und Versorgungs- oder Liefermittel zum Liefern einer Aufschlemmung an das Poliertuch; wobei die Tuchkassette eine Kompositstruktur oder einen zusammengesetzten Aufbau besitzt und zwar ein Bienenwabenstrukturglied und dünne Platten aufweisend. Die Wabenstruktur ist eine Struktur, die viele Zellen eines polygonalen Querschnitts, wie beispielsweise eines Hexagons, eines Pentagons usw. aufweist.

Die erfindungsgemäße Poliervorrichtung der oben genannten Art verwendet eine erfindungsgemäße Tuchkassette oder Tuchpatrone von geringem Gewicht und von Festigkeit dank des Wabenstrukturgliedes, welches auch das Grunderfordernis des schnellen Wechsels der Tuchkassette ermöglicht.

Die elastischen Eigenschaften der Tuchkassette werden leicht durch Änderungen der Zellengröße modifiziert, ferner auch durch die Wanddicke und das Material der Wabenstruktur je nach der jeweiligen Polieraufgabe.

Ferner kann die Oberflächentemperatur des Polierobjektes während des Polierens durch das Wabenstrukturglied gesteuert werden, und zwar dadurch, daß man Strömungsöffnungen an den Zellenwänden vorsieht und ein Strömungsmedium durch das Wabenstrukturglied fließen läßt, um die thermischen Bedingungen zu steuern, die an der Polieroberfläche herrschen. Die thermische Steuerung kann örtlich vorgesehen sein, und zwar dadurch, daß man die Verteilung der Löcher in ordnungsgemäßer Weise zielsicher vorsieht.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht der Poliervorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der Wabenstruktur zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Poliervorrichtung;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt zur Darstellung der Anordnung der Grundkomponenten der Poliervorrichtung der Erfindung;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Wabenstruktur mit Strömungsdurchlässen für die thermische Steuerung der Polierfläche.

Es seien nunmehr bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Poliervorrichtung sei nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert, wobei Fig. 1 einen Querschnitt einer Tuchkassette zeigt, die in einer erfindungsgemäßen Poliervorrichtung Anwendung finden kann. Das Wabenstrukturglied (kurz im folgenden: Wabenglied genannt) 2 ist als Scheibe geformt und besitzt eine Vielzahl hexagonal förmiger Zellen, die vertikal orientiert sind. Ein Kassetten- oder Patronenglied wird dadurch hergestellt, daß man zwei dünne Aluminiumscheibenplatten 3 an oberen und unteren Oberflächen (Oberseiten und Unterseiten) des Wabengliedes 2 plaziert. Das Kassettenglied mit einer derartigen Dreilagenstruktur wird befestigt, und zwar durch Anordnen einer Klammer 5 am Außenumfang des Wabenglieds 2. Eine Tuchkassette 1 wird hergestellt durch Verbinden oder auch Verkleben eines Poliertuchs 4 mit der Oberfläche des Kassettengliedes (gebildet durch das Wabenglied 2), und die oberen und unteren Scheibenplatten 3.

Das Gewicht einer konventionellen Kassette aus einer massiven Aluminiumscheibe von 600 mm Durchmesser D und 15 mm Dicke t kann mit dem Gewicht eines Wabenkassettengliedes der gleichen Abmessungen D und t verglichen werden. Das Gewicht beträgt 12 kg für die konventionelle massive Scheibenkassette und 4 kg für die Wabenkassette. Das Gewicht der Tuchkassette der Erfindung ist daher ungefähr ein Drittel der konventionellen Tuchkassette, hergestellt aus einer massiven Scheibe.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels des Wabengliedes 2 zur Verwendung mit einer Tuchkassette der erfindungsgemäßen Poliervorrichtung. Das Wabenglied 2 weist Zellen oder Unterteilungswände 6 auf und zwar aus Aluminium zur Bildung hexagonal geformter hohler Zellen 2a. Die Hauptmerkmale der Wabenstruktur sind das geringe Gewicht und die hohe Steifigkeit in einer Richtung, wodurch sich die Brauchbarkeit in Anwendungen wie beispielsweise Flugzeugflügeln ergibt. Derartige Wabenstrukturen mit verschiedenen Zellengrößen und unterschiedlichen Materialien sind üblicherweise im Handel verfügbar. Durch Wahl einer geeigneten Größe der Wabe und eines Materials für den Aufbau können die elastischen Eigenschaften der Tuchkassette 1 derart eingestellt werden, daß sie den Anforderungen eines speziellen Anwendungsfalles genügen. Diese Flexibilität bei der Auswahl der Tuchkassetten ermöglicht es, eine Tuchkassette für maximale Leistungsfähigkeit zu wählen, und zwar für die unterschiedlichen Poliererfordernisse von unterschiedlich zu polierenden Objekten.

Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung des Polierabschnittes der Poliervorrichtung der Erfindung. Eine Tuchkassette 1 mit einem Poliertuch 4, verbunden mit einem Kassettenglied ist lösbar an der Oberseite eines Drehtischs 7 mittels Bolzen 8 befestigt. Ein zu polierender Wafer 9 ist an dem Bodenabschnitt eines oberen Rings 10 derart befestigt, daß eine zu polierende Oberfläche auf das Poliertuch 4 hinweist und der Wafer 9 nach unten auf das Poliertuch 4 gedrückt wird. Zum Polieren werden der Drehtisch 7 und der obere Ring 10 normalerweise betrieben zur Drehung in gleicher Richtung und mit der gleichen Drehgeschwindigkeit. Während des Polierens wird eine Aufschlemmung Q, die ein Abriebs- oder Abrasionsmaterial enthält auf das Poliertuch 4 durch eine Aufschlemmungsdüse 11 getröpfelt.

Während des Polierverfahrens kann zur Verhinderung einer thermischen Deformation der Tuchkassette 1 hervorgerufen durch die zwischen dem Wafer 9 und dem Poliertuch 4 erzeugte Reibungswärme das Wabenglied 2 dadurch gekühlt werden, daß man ein Kühlströmungsmittel, wie beispielsweise Wasser durch die Strömungsöffnung 7a, 5a leitet, die am Drehtisch 7 bzw. der Tuchkassette 1 vorgesehen sind.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von Strömungsöffnungen 12 vorgesehen an den Zellenwänden 6 des Wabenglieds 2. Die Strömungsöffnungen 12 werden an der Zellenwand 6 des Wabenglieds 2 gebildet und das Kühlmedium fließt durch die Strömungsöffnungen 12 zum Kühlen der Innenräume des Wabengliedes 2. Durch Begrenzung der Strömungsöffnungen auf bestimmte Stellen des aktiven Polierens kann eine effektive örtliche Kühlung erreicht werden. Verschiedene Experimente wurden ausgeführt, um die Kühleffekte zu untersuchen und es wurde festgestellt, daß es abhängig von der Art der verwendeten Aufschlemmung manchmal vorzuziehen ist, die Polierlösung anzuwärmen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man ein erwärmtes Strömungsmittel einsetzt, um einen ausreichenden Wärmegrad in dem Poliergebiet der Wabenstruktur vorzusehen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine Poliervorrichtung mit einer leichten und leicht auswechselbaren Tuchkassette mit einem hohem Deformationswiderstand wird vorgesehen. Die Tuchkassette wird dadurch erzeugt, daß man ein Poliertuch mit einem Kassettenglied verbindet, welches ein Wabenstrukturglied aufweist, das sandwichartig zwischen oberen und unteren dünnen Aluminiumplatten vorgesehen werden kann. Das Wabenstrukturglied kann verschiedene Zellengrößen besitzen und auch aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei diese Materialien im Handel sind und für den Zweck außerordentlich effektiv sind. Das Wabenstrukturglied aus einem Aluminiummaterial sieht ein steifes und thermisch beständiges Kassettenglied vor.

Die Zellenräume in dem Wabenstrukturglied können gekühlt oder erwärmt werden und zwar abhängig von der Natur der verwendeten Polieraufschlemmung, dadurch, daß man ein geeignetes Strömungsmittel durch das Basisglied leitet. Dies wird dadurch möglich gemacht, daß man Strömungsöffnungen oder Löcher vorsieht und zwar in den Zellenwänden, die die Wabenzellen trennen. Diese Möglichkeit ist effektiv hinsichtlich der Erzeugung einer optimalen Polierleistungsfähigkeit durch die Tuchkassette. Die thermische Steuerung kann allgemein oder örtlich ausgeführt werden, wobei es sein kann, daß die Wärme erforderlich ist oder aber entfernt werden muß.


Anspruch[de]
  1. 1. Poliervorrichtung zum Erhalt einer flachen und spiegelartigen Politur auf einem Polierobjekt, wobei folgendes vorgesehen ist:

    ein Drehtisch;

    eine Tuchkassette lösbar befestigt an dem Drehtisch mit einem Poliertuch verbunden oder befestigt an der Oberseite oder Oberfläche eines Kassettengliedes der Tuchkassette;

    Preßmittel zum An- oder Herabpressen des Polierobjektes gegen das Poliertuch; und

    Versorgungsmittel zum Liefern einer Aufschlemmung an das Poliertuch;

    wobei die Tuchkassette eine Kompositstruktur besitzt, insbesondere ein Wabenstrukturglied und dünne Platten aufweist.
  2. 2. Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tuchkassette eine Kompositstruktur ist, die ein Wabenstrukturglied aufweist und zwar sandwichartig angeordnet zwischen den erwähnten dünnen Platten.
  3. 3. Poliervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wabenstrukturglied Zellenwände aufweist, die Strömungsöffnungen besitzen, um ein Strömungsmittel hindurchströmen zu lassen und zwar zur thermischen Steuerung der Poliervorgänge.
  4. 4. Poliervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Steuerung die Kühlung ist.
  5. 5. Poliervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Steuerung das Erwärmen ist.
  6. 6. Poliervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Steuerung eine Mischung aus Kühlen und Heizen ist.
  7. 7. Poliervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierobjekt ein Halbleiterwafer ist.
  8. 8. Poliervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur Zellen von polygonalem Querschnitt besitzt.
  9. 9. Poliervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur Zellen von hexagonalem Querschnitt besitzt.






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