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Problemstellung
2 Problemstellung
Das CMP in der Halbleiterindustrie ist ein Prozess mit sehr vielen Einflussgrößen, wobei das
Polierergebnis unter anderem von den Eigenschaften der Wechselwirkungskomponenten
Wafer, Poliersuspension und Polierpad abhängig ist. Bei der Entwicklung neuer
Schaltkreisentwürfe werden laut Rzehak (2007) die strukturellen Abhängigkeiten der
Topografie nach dem CMP häufig im Verlauf von zeit- und kostenintensiven Lernzyklen
aufgedeckt und angepasst. Um Dauer und Kosten für die Entwicklung neuer Schaltkreise zu
reduzieren, sollte im Rahmen eines BMBF-Projektes ein umfassendes Gesamtmodell, welches
den Polierprozess ausführlich beschreibt, entwickelt werden. Für die Umsetzung dieses
Vorhabens ist ein umfassendes qualitatives und quantitatives Verständnis der mechanischhydrodynamischen
und physikalisch-chemischen Mechanismen zu erarbeiten, welche den
Materialabtrag und die Planarisierung beim CMP bestimmen.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es zum einen, mittels direkter Kraftmessung am AFM die
Wechselwirkungskräfte zwischen den Festkörperoberflächen von Schleifpartikel und Wafer
sowie zwischen den Schleifpartikeln untereinander in CMP-relevanten Flüssigkeiten und ihre
Bedeutung für das CMP zu untersuchen. Um die Wechselwirkungskräfte am AFM bestimmen
zu können, war zuvor die Entwicklung einer geeigneten Versuchsanordnung nötig. Zur
Absicherung der Ergebnisse aus den Kraftmessungen wurde eine Methode erarbeitet, um die
zwischenpartikulären Wechselwirkungen mittels rheologischer Untersuchungen indirekt
bestimmen zu können. Des Weiteren fanden rheologische Messungen zur Untersuchung der
Fließeigenschaften der Poliersuspensionen statt, wobei außerdem der Einfluss
anwendungsrelevanter hydrodynamischer Kräfte auf die Stabilität der Poliersuspension zu
überprüfen war.
Als Poliersuspensionen kamen kommerziell verfügbare Slurries sowie eine Modellslurry zum
Einsatz. Neben Systemen mit dispergierten Silica-Partikeln wurde auch eine Slurry mit Ceria-
Partikeln als disperse Phase betrachtet. Slurries mit dispergierten Ceria-Partikeln werden laut
Rzehak (2007) im Hinblick auf zukünftige Anwendungen wichtig sein, da sie auf Grund ihrer
chemischen Aktivität die Material- bzw. Strukturselektivität beim Polieren beeinflussen.
Verlässliche Erkenntnisse über das Polierverhalten von Ceria-Slurries liegen bislang kaum
vor, so dass im Rahmen dieser Arbeit erste Untersuchungen durchgeführt wurden. Die
kontinuierliche Phase einer Poliersuspension ist ein Mehrkomponentensystem und enthält
unterschiedlichste Additive. Untersucht wurde der Einfluss von pH-Wert und
Elektrolytkonzentration auf die Wechselwirkungskräfte, das Fließverhalten sowie den
Materialabtrag.
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