Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung des Verfahrens, mit einem Halter für das zu planarisie- rende Substrat und einem weiteren Halter für eine Schleif- scheibe sowie mit einer Zuführung für Poliermittel.

Das chemisch-mechanische Polieren ist ein Planarisierungsver- fahren, das in der gesamten Halbleitertechnologie vielfältig eingesetzt wird. Es wird üblicherweise so durchgeführt, daß das zu planarisierende Substrat oberhalb einer sich drehenden Schleifscheibe angeordnet wird, und in gleichem oder entge- gengesetztem Drehsinn zu dieser rotiert. Das zu bearbeitende Substrat wird hierbei auf die Schleifscheibe gedrückt. Vor oder während des Schleifvorgangs wird ein Poliermittel, in dem Polierkörner suspendiert sind, auf die Schleifscheibe aufgetragen. Das Poliermittel erfüllt zwei verschiedene Funk- tionen. Zum einen führen die in dem Poliermittel enthaltenen aktiven chemischen Zusätze zu einem chemischen Angriff auf das zu planarisierende Substrat. Zum anderen wird auf der Oberfläche durch die Polierkörner, die härter sind als das zu

planarisierende Substrat, ein mechanischer Abrieb des Substrats erzeugt.

Um eine gleichmäßige Durchmischung der Polierkörner in der Lösung zu erzielen, wird das Poliermittel, bevor es zugeführt wird, durchgerührt.

Um einen Sedimentationsprozeß der Polierkörner während des Planarisierungsvorganges zu vermeiden, ist es ferner bekannt, das Poliermittel während des Planarisierungsvorgangs umzupum- pen. Dabei wird das Poliermittel, in dem eine Sedimentation stattfand, durch frisches Poliermittel ersetzt.

Beide Verfahren sind mit dem Nachteil verbunden, daß eine große Menge Poliermittel zugeführt wird und während des Pro- zesses verbraucht wird. Dieser Verbrauch äußert sich dahinge- hend, daß bei einem längeren Einsatz des Poliermittels die Abtragerate abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll das Ver- fahren so durchgeführt werden, daß eine möglichst hohe Abtra- gerate des zu planarisierenden Substrats erzielt wird. Ferner soll die Abtragerate auch beim Planarisieren von dickeren Schichten aufrechterhalten werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verfahren so durchgeführt wird, daß hochfrequente Schall-, Ultraschall-oder Megaschallwellen in das Poliermittel gelei- tet werden.

Die Erfindung sieht also vor, durch eine gezielte Zufuhr von Energie eine Agglomeration, eine Clusterbildung oder eine Se- dimentation der Polierkörner zu vermeiden oder rückgängig zu machen. Außerdem wird das Poliermittel homogener. Durch die höhere Homogenität des Poliermittels erfolgt eine gleichmäßi- gere Abtragung des zu planarisierenden Substrats.

Die Energiezufuhr erfolgt auf akustische Weise. Grundsätzlich eignen sich für die Energiezufuhr alle phononischen Anregun- gen. Diese werden hier auch dann als akustische Wellen be- zeichnet, wenn ihre Frequenz weit jenseits des hörbaren Fre- quenzbereichs liegt. Daher sind die Begriffe hoch-frequente Schallwellen, Ultraschallwellen oder Megaschallwellen"in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Die Verwendung die- ser Begriffe soll vielmehr anzeigen, daß vom Bereich des hochfrequenten hörbaren Schalls bis zu Frequenzen im Mega- hertz-Bereich alle Anregungen im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können.

Das Einleiten der hochfrequenten Schallwellen, Ultraschall- wellen oder Megaschallwellen kann zu einem beliebigen Zeit- punkt erfolgen.

Zur Homogenisierung des Poliermittels und zur Vermeidung ei- ner Agglomeration, einer Clusterbildung oder einer Sedimenta- tion der Polierkörner ist es zweckmäßig, daß die hochfrequen- ten Schallwellen oder Ultraschall-oder Megaschallwellen in das Poliermittel geleitet werden, während das Substrat sich gegenüber der Schleifscheibe bewegt.

Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, daß auch bei einem länger andauernden Planarisierungsprozeß, wie er beispielsweise zum Planarisieren von mehreren hundert Nanome- ter dicken Schichten verwendet wird, ein Austausch des Po- liermittels nicht erforderlich wird. Außerdem führt die Homo- genität des Poliermittels zu einem gleichmäßigen Abtragepro- zeß des zu planarisierenden Substrats.

Die Erfindung sieht ferner vor, eine gattungsgemäße Vorrich- tung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß sie eine oder mehrere Zuleitungseinrichtungen für hochfre- quente Schallwellen, Ultraschallwellen oder Megaschallwellen enthält.

Besonders zweckmäßig ist es, diese Vorrichtung so auszustat- ten, daß die Schleifscheibe und das zu planarisierende Substrat sich in einer Kontaktfläche berühren können, und daß die Kontaktfläche in einer Ebene liegt, in der die Zulei- tungseinrichtung für hochfrequente Schallwellen oder Ultra- schallwellen oder Megaschallwellen angeordnet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die hochfrequenten Schallwellen, Ultraschallwellen oder Megaschallwellen in das Poliermittel geleitet werden, während oder bevor das Poliermittel zwischen dem Substrat und der Schleifscheibe zugeführt wird.

Das Einleiten der hochfrequenten Schallwellen, Ultraschall- wellen oder Megaschallwellen in das Poliermittel kann hierbei beispielsweise in der Zuführung für das Poliermittel erfol- gen.

Eine Einleitung der Wellen unmittelbar vor dem Zuführen des Poliermittels kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei Po- liermitteln, deren Polierkörner eine weniger ausgeprägte Ten- denz zur Agglomeration, Clusterbildung oder Sedimentation ha- ben, kann das Einleiten der Wellen jedoch auch einige Minuten oder Stunden vor dem Planarisierungsvorgang erfolgen.

Um die zuzuführende Energiemenge möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, daß bevor oder während hochfrequente Schallwellen, Ultraschallwellen oder Megaschallwellen in das Poliermittel geleitet werden, das Poliermittel gerührt wird.

Dieses Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß die bekannten Vorrichtungen, bei denen das zu planarisierende Substrat oberhalb der Schleifscheibe angeordnet sind, nicht umgebaut werden müssen. Lediglich eine geeignete Einleitung für die Schallwellen muß geschaffen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Kontaktebene zwischen dem zu planarisierenden Substrat und der Schleifscheibe sich waagerecht erstreckt, und daß die Zuführvorrichtung für die hochfrequenten Schallwellen, Ultraschallwellen oder Mega- schallwellen in dieser Ebene angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Zulei- tungseinrichtung für hochfrequente Schallwellen, Ultraschall- wellen oder Megaschallwellen in oder an der Zuführung für Po- liermittel angeordnet ist.

So ist beispielsweise ein Zuführungskanal oder Zuführungsrohr für das Poliermittel vorgesehen, und die Vorrichtung zum Er- zeugen von hochfrequenten Schallwellen, Ultraschallwellen oder Megaschallwellen ist in oder an diesem Zuführungskanal oder Zuführungsrohr angeordnet.

Die Zufuhr des hochfrequenten Schalls, des Ultraschalls oder des Megaschalls in das Poliermittel kann sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es je- doch, wenn der hochfrequente Schall, der Ultraschall oder der Megaschall lokal in das Lösungsmittel eingeführt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Nachfolgend werden Beispiele für die erfindungsgemäße Durch- führung des Verfahrens sowie für eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung ange- geben : Beispiel 1 : Oberhalb einer sich drehenden Schleifscheibe ist auf einem rotierbaren Scheibenträger ein Halbleitersubstrat derart be- festigt, daß seine zu planarisierende Oberfläche parallel zur Schleifscheibe und auf diese gerichtet angeordnet ist.

Die Schleifscheibe weist einen größeren Durchmesser als der Scheibenträger auf.

Oberhalb der Schleifscheibe ist in dem nicht von dem Schei- benträger bedeckten Bereich ein Zuführungsrohr für das Po- liermittel angeordnet. Unmittelbar über der Oberfläche der Schleifscheibe ist ein miniaturisierter Ultraschallgenerator angeordnet.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird das Verfahren so betrieben, daß das Poliermittel durch das Zuführungsrohr für Poliermit- tel auf die Schleifscheibe aufgebracht wird. Geeignete Po- liermittelmengen sind 50 ml bis 500 ml, wobei 200 ml bevor- zugt sind. Unmittelbar nach dem Auftragen von Poliermittel werden die Schleifscheibe und der Scheibenträger in Rotation versetzt, wobei der Scheibenträger unter Krafteinwirkung das Halbleitersubstrat gegen die sich drehende Schleifscheibe drückt.

Gleichzeitig werden über den Ultraschallgenerator mikrolokal Ultraschallwellen mit Frequenzen im Bereich von 40 bis 50 kHz in das auf der Schleifscheibe befindliche Poliermittel einge- leitet. Als geeignete Leistung haben sich 2 bis 10 W heraus- gestellt, wobei 4 W besonders vorteilhaft sind. Der Ultra- schall wird bei Schleifprozessen bis 3 Minuten während des gesamten Schleifprozesses zugeführt. Bei längeren Schleifpro- zessen, die bis zu 15 Minuten dauern können, hat es sich ge- zeigt, daß eine Ultraschallzufuhr von 3 Minuten ausreicht, um eine Agglomeration, Clusterbildung oder Sedimentation wirksam zu vermeiden.

Um ein ausreichendes Planarisierungsresultat zu erzielen, ist in der Regel eine Schleifzeit und eine Zuführungsdauer des Ultraschalls von wenigstens 30 Sekunden geeignet.

Bei noch längeren Schleifprozessen, das heißt in der Regel bei Schleifprozessen die länger als drei Minuten dauern, ist wegen des gegebenenfalls einsetzenden Verbrauchs des Polier- mittels durch den Planarisierungsprozeß eine weitere Zufuhr des Poliermittels über das Zuführungsrohr nötig. Dabei ist es nicht nötig, daß die Zufuhr des Ultraschalls in das auf dem Scheibenträger befindliche Poliermittel unterbrochen wird.

Beispiel 2 : Wie in Beispiel 1 ist oberhalb einer sich drehenden Schleif- scheibe auf einem rotierbaren Scheibenträger ein Halbleiter- substrat derart befestigt, daß seine zu planarisierende Ober- fläche parallel zur Schleifscheibe und auf diese gerichtet angeordnet ist. Im Unterschied zu Beispiel 1 befindet die Schleifscheibe sich jedoch in einem mit Poliermittel gefüll- ten Behältnis.

Die Schleifscheibe weist wiederum einen größeren Durchmesser als der Scheibenträger auf.

Oberhalb der Schleifscheibe ist in dem nicht von dem Schei- benträger bedeckten Bereich ein Zuführungsrohr für das Po- liermittel angeordnet. Unmittelbar über der Oberfläche der Schleifscheibe ist ein miniaturisierter Ultraschallgenerator angeordnet.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird das Verfahren so betrieben, daß das Behältnis mit Poliermittel gefüllt wird. Geeignete Poliermittelmengen sind 0, 5 1 bis 10 1, wobei 3 bis 5 1 be-

vorzugt sind. Nach dem Einfüllen des Poliermittels werden die Schleifscheibe und der Scheibenträger in Rotation versetzt, wobei der Scheibenträger unter Krafteinwirkung das Halblei- tersubstrat gegen die sich drehende Schleifscheibe drückt.

Gleichzeitig werden über den Ultraschallgenerator mikrolokal Ultraschallwellen mit Frequenzen im Bereich von 40 bis 50 kHz in das auf der Schleifscheibe befindliche Poliermittel einge- leitet. Als geeignete Leistung haben sich 2 bis 10 W heraus- gestellt, wobei 4 W besonders vorteilhaft sind. Der Ultra- schall wird bei Schleifprozessen bis 3 Minuten während des gesamten Schleifprozesses zugeführt. Bei längeren Schleifpro- zessen, die bis zu 15 Minuten dauern können, hat es sich ge- zeigt, daß eine Ultraschallzufuhr von 3 Minuten ausreicht, um eine Sedimentation wirksam zu vermeiden.

Um ein ausreichendes Planarisierungsresultat zu erzielen, ist in der Regel eine Schleifzeit und eine Zuführungsdauer des Ultraschalls von wenigstens 30 Sekunden geeignet.

Bei noch längeren Schleifprozessen, das heißt in der Regel bei Schleifprozessen die länger als drei Minuten dauern, ist wegen des gegebenenfalls einsetzenden Verbrauchs des Polier- mittels durch den Planarisierungsprozeß eine weitere Zufuhr des Poliermittels nötig. Dabei ist es nicht nötig, daß die Einleitung des Ultraschalls in das auf dem Scheibenträger be- findliche Poliermittel unterbrochen wird.

Beispiel 3 :

Ein Poliermittel für die Verwendung in einem chemisch- mechanischen Planarisierungsprozeß wird in einem mehrere Li- ter fassenden Behältnis über ein mechanisches Rührwerk ge- rührt.

Das Behältnis hat üblicherweise ein Fassungsvermögen von 10 1 bis 250 1.

Nach dem Rühren des Poliermittels in diesem Behältnis werden alle Mengen des Poliermittels in einen weiteren Behandlungs- behälter, der vorzugsweise 100 ml bis 1 1 Poliermittel faßt, gegeben. In diesem Behälter wird Megaschall der Frequenz 750 kHz bis 1000 kHz zugeführt, wobei die Zufuhr von Megaschall der Frequenz 980 kHz besonders vorteilhaft ist. Die zugeführ- te akustische Leistung liegt zwischen 50 und 200 W, wobei sich Werte zwischen 150 und 250 W als besonders vorteilhaft erwiesen haben.

Beispiel 4 : Die Aufbereitung des Poliermittels im Prozeß des chemisch- mechanischen Planarisierens erfolgt in einem größeren Behält- nis, ohne daß ein vorheriges Rühren des Poliermittels erfor- derlich wäre.

Dieses Behältnis hat in der Regel ein Füllvolumen im Bereich von 10 1 bis 250 1. Es wird gleichfalls Megaschall der Fre- quenz 750 bis 1000 kHz zugeführt, wobei die Zufuhr von Mega- schall der Frequenz 980 kHz wiederum besonders vorteilhaft ist.

Eine Sedimentation der Schleifkörner kann besonders wirksam dann vermieden werden, wenn die zugeführte akustische Lei- stung wenigstens 1000 W beträgt. Bei Zuführung von Leistungen von 1500 W bis 2500 W werden besonders gute Ergebnisse bei einer nicht allzu hohen erforderlichen Leistung erzielt. Be- vorzugt ist die Zufuhr von Leistungen im Bereich von 2000 W.

Das gemäß den Beispielen 3 oder 4 hergestellte Poliermittel kann in einem üblichen Prozeß des chemisch-mechanischen Planarisierens verwendet werden.

Es ist jedoch gleichfalls möglich, daß ein derartig vorbehan- deltes Poliermittel in einem chemisch-mechanischen Planari- sierungsprozeß verwendet wird, in dem gleichfalls eine Zufuhr von hochfrequentem Schall, Ultraschall oder Megaschall er- folgt. Auf diese Weise wird die Ausführungsform gemäß Bei- spiel 1 oder 2 mit einer der Ausführungsformen nach den Bei- spielen 3 oder 4 kombiniert.