DE102017008997A1

DE102017008997A1 - Vorrichtung zum formen der oberfläche von chemisch- mechanischen polierkissen

Info

Publication number: DE102017008997A1
Application number: DE102017008997.3A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey James Hendron; Jeffrey Robert Stack
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Current assignee: DuPont Electronic Materials Holding Inc
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-03-29
Also published as: US20180085891A1; CN107877359A; JP2018058203A; FR3056431A1; KR20180035697A; TW201819110A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtungen zum Vorkonditionieren von polymeren, vorzugsweise porösen polymeren, chemisch-mechanischen (CMP) Polierkissen oder -schichten und Polieren eines Substrats bereit, die eine Rotationsschleifanordnung mit einem Rotor mit einer Schleifoberfläche aus einem porösen abrasiven Material, eine Flachbettplatte zum Halten des CMP-Polierkissens oder der CMP-Polierschicht an Ort und Stelle, derart, dass die Schleifoberfläche der Rotationsschleifanordnung oberhalb und parallel zu der Oberfläche der Flachbettplatte angeordnet ist, so dass eine Grenzfläche der Oberfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials gebildet wird, und einen Substrathalter umfassen, der sich oberhalb und parallel zu einer obersten Oberfläche der Flachbettplatte befindet und an dem ein CMP-Substrat angebracht wird, wodurch eine Poliergrenzfläche zwischen der Oberfläche des Substrats und der CMP-Polierschicht erzeugt wird, wobei sich der Substrathalter unabhängig von der Rotationsschleifanordnung und der Flachbettplatte dreht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Bereitstellung einer Kissenoberflächenmikrotextur in Polierkissen, wie z. B. polymeren Polierkissen, die für eine chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) von Substraten, wie z. B. einem Halbleitersubstrat, einem magnetischen Substrat und einem optischen Substrat, verwendet werden, sowie Verfahren zu deren Verwendung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Schleifen der Oberfläche einer CMP-Polierschicht, die eine Rotationsschleifeinrichtung mit einer Schleifoberfläche aus einem porösen abrasiven Material bzw. Schleifmittelmaterial zur Bildung einer Grenzfläche der Oberfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials, und eine Flachbettplatte zum Halten der CMP-Polierschicht an Ort und Stelle umfasst.
Es ist bekannt, dass die Herstellung von Polierkissen zur Verwendung bei einer chemisch-mechanischen Planarisierung das Formen und das Aushärten eines geschäumten oder porösen Polymers in einem Formwerkzeug mit dem gewünschten Durchmesser des fertigen Polierkissens, wie z. B. einem Polyurethan, gefolgt von einem Entformen und Schneiden des ausgehärteten Polymers in einer Richtung parallel zu der obersten Oberfläche des Formwerkzeugs zur Bildung einer Schicht mit der gewünschten Dicke z. B. durch Schälen, und dann durch Formen der resultierenden Schicht z. B. durch Schleifen, Fräsen oder Prägen einer Endoberflächengestaltung in die Oberseite eines Polierkissens umfasst. Bisher umfassen bekannte Verfahren des Formens solcher Schichten zu Polierkissen das Spritzgießen der Schichten, das Extrudieren der Schichten, das Schwabbeln der Schichten mit einem Band mit fixiertem Schleifmittel und/oder das Schlichten der Schichten zu einer gewünschten Dicke und Ebenheit. Diese Verfahren weisen ein begrenztes Vermögen zum Erreichen einer einheitlichen Kissenoberflächenmikrotextur auf, die für eine geringe Defektanzahl in polierten Substraten und eine einheitliche Entfernung von Material von Substraten erforderlich ist. Tatsächlich erzeugen die Verfahren im Allgemeinen eine sichtbare Gestaltung, wie z. B. Rillen mit einer gegebenen Breite und Tiefe und einer sichtbaren, aber uneinheitlichen Textur. Beispielsweise ist ein Schälverfahren für das Formen einer Kissenoberfläche unzuverlässig, da sich die Steifigkeit des Formwerkzeugs mit der Formwerkzeugdicke verändert und die Schälklinge einem kontinuierlichen Verschleiß unterliegt. Einpunktschlichttechniken konnten aufgrund eines kontinuierlichen Werkzeugverschleißes und der Drehmaschinenpositionierungsgenauigkeit keine einheitliche Kissenoberflächenmikrotextur bereitstellen. Kissen, die durch Spritzgießverfahren hergestellt werden, weisen aufgrund eines uneinheitlichen Materialflusses in dem Formwerkzeug keine Einheitlichkeit auf; ferner neigen die Formkörper beim Erstarren und Aushärten des Kissens zu einem Verziehen, da das Härtungsmittel und der Rest des geformten Materials während des Spritzens in einen umgrenzten Bereich, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, mit verschiedenen Geschwindigkeiten fließen können.
Schwabbelverfahren wurden ebenfalls zum Glätten von chemisch-mechanischen Polierkissen mit einer härteren Oberfläche verwendet. In einem Beispiel für ein Schwabbelverfahren offenbart das US-Patent Nr. 7,118,461 für West et al. glatte Kissen zum chemisch-mechanischen Planarisieren und Verfahren zur Herstellung der Kissen, wobei die Verfahren ein Schwabbeln oder Polieren der Oberfläche der Kissen mit einem Schleifmittelband zum Entfernen von Material von der Kissenoberfläche umfassen. In einem Beispiel wurde nach einem Schwabbeln ein Schwabbelschritt mit einem kleineren Schleifmittel durchgeführt. Das Produkt der Verfahren zeigt ein verbessertes Planarisierungsvermögen auf dem gesamten Kissenprodukt, das nicht geglättet worden ist. Während die Verfahren von West et al. ein Kissen glätten können, stellen sie leider keine einheitliche Kissenoberflächenmikrotextur bereit und können nicht zum Behandeln eines weicheren Kissens (Shore D-Härte gemäß ASTM D2240-15 (2015) eines Kissens oder einer Kissenpolymermatrix von 40 oder weniger) verwendet werden. Ferner entfernen die Verfahren von West et al. so viel Material, dass die Lebensdauer der resultierenden Polierkissen nachteilig beeinflusst werden kann. Es verbleibt ein Bedarf zur Bereitstellung eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer einheitlichen Oberflächenmikrotextur ohne Begrenzung der Lebensdauer des Kissens.
Das Konditionieren eines chemisch-mechanischen Polierkissens ist einem Schwabbeln ähnlich, wo die Kissen im Allgemeinen im Gebrauch mit einer rotierenden Schleifscheibe mit einer Oberfläche konditioniert werden, die feinem Schleifpapier ähnelt. Eine solche Konditionierung führt zu einer verbesserten Planarisierungseffizienz nach einem „Einlauf”-Zeitraum, während dem das Kissen nicht zum Polieren verwendet wird. Es verbleibt ein Bedarf zum Beseitigen des Einlaufzeitraums und zur Bereitstellung eines vorkonditionierten Kissens, das sofort zum Polieren verwendet werden kann.
Die vorliegenden Erfinder haben versucht, Vorrichtungen zur Herstellung von vorkonditionierten CMP-Kissen zu finden, die eine einheitliche Kissenoberflächenmikrotextur aufweisen, während sie ihre ursprüngliche Oberflächentopographie beibehalten.
ANGABE DER ERFINDUNG

1. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Vorrichtungen zum Bereitstellen von vorkonditionierten polymeren, vorzugsweise porösen polymeren, chemisch-mechanischen(CMP)-Polierkissen oder -schichten aus Polyurethan oder einem Polyurethanschaum mit einer Kissenoberflächenmikrotextur, die zum Polieren effektiv ist, eine Rotationsschleifanordnung mit einer Scheibe oder einem Rotor mit einer Schleifoberfläche aus einem porösen abrasiven Material, und eine Flachbettplatte zum Halten der CMP-Polierschicht an Ort und Stelle, wie z. B. durch ein druckempfindliches Haftmittel bzw. einen Haftklebstoff oder vorzugsweise durch ein Vakuum, wobei die Schleifoberfläche der Rotationsschleifanordnung oberhalb und parallel zu oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Flachtbettplatte zur Bildung einer Grenzfläche der Oberfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials angeordnet ist.
2. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 1, wobei die CMP-Polierschicht einen Radius aufweist, der sich von deren Mittelpunkt zu deren äußerem Rand bzw. Umfang erstreckt, und die Schleifoberfläche der Scheibe oder des Rotors der Rotationsschleifanordnung einen Durchmesser aufweist, der mit dem Radius der CMP-Polierschicht identisch oder größer als dieser, vorzugsweise mit dem Radius der CMP-Polierschicht identisch ist.
3. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 2, wobei die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung so angeordnet ist, dass der äußere Rand bzw. Umfang von deren Schleifoberfläche während des Schleifens direkt über der Mitte der CMP-Polierschicht vorliegt.
4. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1, 2 oder 3, wobei sich die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung und die CMP-Polierschicht und die Flachbettplatte jeweils während des Schleifens der CMP-Polierschicht drehen. Vorzugsweise dreht sich die Flachbettplatte in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Rotationsschleifanordnung.
5. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 4, wobei sich die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung mit einer Drehzahl von 50 bis 500 U/min oder vorzugsweise von 150 bis 300 U/min dreht und sich die Flachbettplatte mit einer Drehzahl von 6 bis 45 U/min oder vorzugsweise von 8 bis 20 U/min dreht.
6. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung während des Schleifens oberhalb der CMP-Polierschicht und der Flachbettplatte angeordnet ist, und die Rotationsschleifanordnung von einem Punkt unmittelbar oberhalb der CMP-Polierschichtoberfläche mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 15 μm/Umdrehung oder vorzugsweise von 0,2 bis 10 μm/Umdrehung nach unten bewegt wird, d. h., zum Verkleinern der Grenzfläche der Oberfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials.
7. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei die Rotationsschleifanordnung ein Antriebsgehäuse umfasst, das einen Motor oder Drehaktuator, wie z. B. einen Elektro- oder Servomotor, und eine vertikal angeordnete Achse umfasst, die mit dem Motor oder Drehaktuator verbunden ist und von diesem angetrieben ist, wie z. B. mittels eines Zahnrads oder eines Antriebsriemens, und sich in das Antriebsgehäuse erstreckt und an dessen unterem Ende und mittels einer mechanischen Verbindung, wie z. B. einem Zahnrad oder einem Antriebsriemen, derart mit dem Rad oder dem Rotor verbunden ist, so dass sie sich mit einer gewünschten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) dreht.
8. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 7, wobei in dem Antriebsgehäuse die vertikal angeordnete Achse eine Kugelgewindespindel oder einen sekundären Servomotor umfasst, die oder der sich dort, wo die Achse mit dem Motor oder dem Drehaktuator verbunden ist, an der mechanischen Verbindung der Achse mit der Scheibe oder dem Rotor oder an beiden Stellen befindet, wodurch die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung mit einer eingestellten, inkrementellen Geschwindigkeit nach unten bewegt werden kann.
9. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 8, wobei die Scheibe oder der Rotor ein(en) oder mehrere Exzenter, pneumatische(n) Aktuator(en), wie z. B. Zylinder, elektrische(n) Aktuator(en) oder Motoraktuator(en), wie z. B. Servomotoren, umfasst, vorzugsweise drei bis acht solcher Aktuatoren, die in einer radialen Gruppierung um die Scheibe oder den Rotor angeordnet sind, wodurch die Scheibe oder der Rotor so geneigt werden kann, dass deren oder dessen Schleifoberfläche im Wesentlichen parallel zur obersten Oberfläche der Flachbettplatte ist, so dass das Schleifen so ermöglicht wird, dass CMP-Polierschichten oder -kissen erzeugt werden, die in der Mitte dick sind oder in der Mitte dünn sind.
10. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung, wobei die Rotationsschleifanordnung eine Scheibe oder einen Rotor aufweist, die oder der das Schleifmedium aus dem porösen abrasiven Material vorzugsweise so aufweist, dass es auf einem einzelnen Trägerring geträgert ist, wobei das Schleifmedium an der Unterseite von dessen Randbereich angebracht ist, wie z. B. mittels einer radialen Gruppierung von Klammern, Befestigungseinrichtungen oder eines lateral mit Federdruck beaufschlagten Einschnapprings, die oder der sich auf der Unterseite der Rotationsschleifanordnung befinden oder befindet und in die oder den der Randbereich eines Rings aus dem porösen abrasiven Material genau passt.
11. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 11, wobei das Schleifmedium aus dem porösen abrasiven Material in einer Mehrzahl von Segmenten angeordnet ist, die sich um die Unterseite des Randbereichs bzw. Umfangs der Rotationsschleifanordnung erstrecken und Lücken zwischen den Segmenten aufweisen.
12. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, wobei das poröse abrasive Material ein Verbund aus einer porösen kontinuierlichen Phase ist, in der fein verteilte nicht-poröse abrasive Teilchen, wie z. B. Bornitrid- oder vorzugsweise Diamantteilchen, dispergiert sind.
13. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 12, wobei die poröse kontinuierliche Phase des porösen abrasiven Materials einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 3 bis 240 μm oder vorzugsweise von 10 bis 80 μm aufweist.
14. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 8 oder 9, wobei die poröse kontinuierliche Phase des porösen abrasiven Materials eine Keramik, vorzugsweise eine Sinterkeramik, wie z. B. Aluminiumoxid oder Ceroxid, umfasst.
15. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1 bis 14, wobei die Flachbettplatte eine Mehrzahl von kleinen Löchern, wie z. B. mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, durch die Platte umfasst, die mit einem Vakuum verbunden sind. Die Löcher können in jedweder geeigneten Weise zum Halten des CMP-Polierschichtsubstrats an Ort und Stelle während des Schleifens angeordnet sein, wie z. B. entlang einer Reihe von Speichen, die sich auswärts von dem Mittelpunkt der Flachbettplatte erstrecken, oder in einer Reihe von konzentrischen Ringen.
16. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1 bis 15, die ferner eine Leitung, einen Schlauch, eine Düse oder ein Ventil zum Blasen eines komprimierten Inertgases oder von Druckluft diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich umfasst, und welche(r) bzw. welches so angeordnet ist, dass das Inertgas oder die Luft derart in die Grenzfläche der Oberfläche des CMP-Polierschichtmaterials und des porösen abrasiven Materials geblasen wird, das es oder sie während des Schleifens auf das poröse abrasive Material auftrifft, vorzugsweise von einem Punkt angrenzend an den Mittelpunkt der CMP-Polierschicht auf der Flachbettplatte durch die Grenzfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials, oder mehr bevorzugt die Leitung, den Schlauch, die Düse oder das Ventil, welche(r) bzw. welches so angeordnet ist, dass das Inertgas oder die Luft von einem Punkt angrenzend an den Mittelpunkt der CMP-Polierschicht auf der Flachbettplatte durch die Grenzfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials derart geblasen wird, das es oder sie auf das poröse abrasive Material auftrifft, und separat eine zweite Leitung, ein zweiter Schlauch oder ein zweites Ventil zum Blasen eines komprimierten Inertgases oder von Druckluft aufwärts von einem Punkt unmittelbar unterhalb des Randbereichs oder Umfangs der Rotationsschleifanordnung angeordnet ist, so dass es oder sie während des Schleifens auf dem porösen abrasiven Material auftrifft, z. B. wo sich der Randbereich oder Umfang der CMP-Polierschicht und der Randbereich oder Umfang der Rotationsschleifeinrichtung berühren.
17. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1 bis 16, wobei die Vorrichtungen ferner einen Substrathalter umfassen, der sich derart oberhalb und parallel zu der obersten Oberfläche der Flachbettplatte befindet, dass er nicht mit dem Bereich überlappt, über dem die Rotationsschleifanordnung angeordnet ist, und an dem ein CMP-Substrat, wie z. B. ein Halbleitersubstrat oder Wafer, ein magnetisches Substrat oder ein optisches Substrat angebracht, wie z. B. geklemmt, wird, wodurch eine Poliergrenzfläche zwischen der Oberfläche des Substrats und der CMP-Polierschicht erzeugt wird, wobei sich der Substrathalter unabhängig von der Rotationsschleifanordnung und der Flachbettplatte dreht, wie z. B. mit einer individuellen Drehzahl von 1 bis 200 U/min oder vorzugsweise von 10 bis 100 U/min.
18. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach dem vorstehenden Gegenstand 17, wobei der Substrathalter einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Radius der CMP-Polierschicht oder des CMP-Polierkissens, die oder das auf der Flachbettplatte gehalten ist, und wobei ferner der Substrathalter mechanisch mit einem ersten Aktuator, wie z. B. einem Servomotor, zum Drehen der Schleifeinrichtung um eine Mittelachse, und einem zweiten Aktuator, wie z. B. einem zweiten Servomotor oder einer Z-Achse-Kugelgewindespindel, zum Drücken des Substrathalters gegen die CMP-Polierschicht oder das CMP-Polierkissen verbunden oder darauf montiert ist.
19. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorstehenden Gegenstände 1 bis 18, wobei die gesamte Vorrichtung innerhalb eines luftdichten Gehäuses eingeschlossen ist, wie z. B. eines luftdichten Gehäuses, in dem die relative Feuchtigkeit (RH) in einem Bereich von 5 bis 100%, z. B. von 5 bis 50% liegen kann.

Falls nichts anderes angegeben ist, sind die Bedingungen der Temperatur und des Drucks Umgebungstemperatur und Standarddruck. Alle angegebenen Bereiche sind einschließlich und kombinierbar.
Falls nichts anderes angegeben ist, bezieht sich jeder Begriff, der Klammern enthält, alternativ auf den gesamten Begriff, so als ob keine Klammern vorliegen würden, und den Begriff ohne die Klammern und Kombinationen jeder Alternative. Folglich bezieht sich der Begriff „(Poly)isocyanat” auf Isocyanat, Polyisocyanat oder Gemische davon.
Alle Bereiche sind einschließlich und kombinierbar. Beispielsweise würde der Begriff „ein Bereich von 50 bis 3000 cPs oder 100 oder mehr cPs” jedes von 50 bis 100 cPs, 50 bis 3000 cPs und 100 bis 3000 cPs umfassen.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „ASTM” auf Veröffentlichungen von ASTM International, West Conshohocken, PA.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Dickenvariation” auf den Wert, der durch die maximale Variation der Polierkissendicke festgelegt ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „im Wesentlichen parallel” auf einen Winkel, der durch die Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung und die oberste Oberfläche der CMP-Polierschicht gebildet wird, oder insbesondere auf einen Winkel von 178° bis 182° oder vorzugsweise von 179° bis 181°, der durch den Schnittpunkt eines ersten Liniensegments, das parallel zu der Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung verläuft und an einem Punkt oberhalb des Mittelpunkts der CMP-Polierschicht endet, und eines zweiten Liniensegments festgelegt ist, das von dem Ende des ersten Liniensegments und parallel zu der obersten Oberfläche der Flachbettplatte verläuft und an dem äußeren Randbereich der Flachbettplatte endet, wobei das erste und das zweite Liniensegment innerhalb einer Ebene liegen, die senkrecht zu der Flachbettplatte ist und die durch den Mittelpunkt der CMP-Polierschicht und den Punkt auf dem Randbereich bzw. Umfang der Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung verläuft, der am weitesten von dem Mittelpunkt der CMP-Polierschicht entfernt ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Sq.”, wenn er zum Festlegen der Oberflächenrauheit verwendet wird, auf den quadratischen Mittelwert einer angegebenen Anzahl von Oberflächenrauheitswerten, die an angegebenen Punkten auf der Oberfläche einer gegebenen CMP-Polierschicht gemessen werden.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Oberflächenrauheit” auf den Wert, der durch Messen der Höhe einer Oberfläche bezogen auf die am besten passende Ebene bestimmt wird, die eine horizontale Oberfläche parallel zu und auf der obersten Oberfläche einer gegebenen CMP-Polierschicht an jedwedem gegebenen Punkt auf dieser obersten Oberfläche darstellt. Eine akzeptable Oberflächenrauheit liegt im Bereich von 0,01 μm bis 25 μm, Sq, oder vorzugsweise von 1 μm bis 15 μm, Sq.
Wie hier verwendet, steht der Begriff „Gew.-%” für Gewichtsprozent.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Rotationsschleifvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Flachbettplatte und eine CMP-Polierschicht, die ein transparentes Fenster enthält.
2 zeigt eine CMP-Polierschicht, die mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung behandelt worden ist und auf deren Oberfläche eine einheitliche Mikrotextur von Furchen aufweist, die durch sich schneidende Bögen festgelegt sind, wobei jeder Bogen einen Krümmungsradius aufweist, der gleich dem Radius der CMP-Polierschicht oder geringfügig größer als dieser ist.
3 zeigt eine Rotationsschleifeinrichtung und eine Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Substrathalter aufweist, der zum Planarisieren oder Polieren eines Substrats, wie z. B. eines Halbleiters, angepasst ist.
Erfindungsgemäß verbessern die Schleifvorrichtungen die Oberflächenmikrotextur von CMP-Polierschichten, einschließlich die oberste Oberfläche von CMP-Polierkissen und Polierschichten. Die Vorrichtungen erzeugen eine einheitliche Oberflächenmikrotextur, die durch eine Reihe von sich schneidenden Bögen in der CMP-Polierschichtoberfläche, die denselben Krümmungsradius wie ein Kreis aufweisen, der durch den äußeren Randbereich bzw. Umfang der Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung festgelegt ist, und eine Oberflächenrauheit auf der oberen Oberfläche der CMP-Polierschicht von 0,01 bis 25 μm, Sq., gekennzeichnet ist. Die vorliegenden Erfinder haben gefunden, dass CMP-Polierschichten, die mit der Rotationsschleifeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt worden sind, mit einer geringen oder keiner Konditionierung gut funktionieren, d. h., sie sind vorkonditioniert. Ferner stellt die Kissenoberflächenmikrotextur der mit der Rotationsschleifeinrichtung behandelten CMP-Polierschichten ein verbessertes Polieren von Substraten bereit. Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung unterstützen dabei, Unregelmäßigkeiten in der Kissenmorphologie, die durch ein Schälen verursacht werden, zu vermeiden, die Oberflächendefekte, wie z. B. Rillen, in chemisch-mechanischen Polierkissen, sowie eine Blasenbildung von Fenstermaterialien verursachen können, die weicher sind als der Rest der CMP-Polierschicht. Ferner unterstützen die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei der Minimierung von negativen Einflüssen, die durch eine Verformung der Polierschicht während des Kissenstapelns verursacht werden, bei dem zwei oder mehr Kissenschichten durch Spalte geführt werden, die in einem feststehenden Abstand eingestellt sind, und eine lineare Welligkeit resultiert. Dies ist besonders wichtig bei weichen und komprimierbaren CMP-Polierschichten. Darüber hinaus ermöglichen die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung und die dadurch bereitgestellten behandelten Kissen eine optimierte Oberflächenmikrotextur, eine niedrigere Defektanzahl und eine verbesserte Einheitlichkeit der Materialentfernung auf einer Substratoberfläche, z. B. einer Halbleiter- oder Waferoberfläche.
Die vorliegenden Erfinder haben gefunden, dass das Schleifen einer CMP-Polierschicht mit einem porösen abrasiven Material ein Schleifen ohne Verschlechterung der Schleifmedien und ohne Verursachen einer Beschädigung des CMP-Polierschichtsubstrats ermöglicht. Die Poren in dem porösen abrasiven Material sind groß genug, dass sie die Teilchen, die von dem CMP-Polierschichtsubstrat entfernt werden, aufnehmen können, und die Porosität des porösen abrasiven Materials ist zum Aufnehmen der Masse des während des Schleifens entfernten Materials ausreichend. Vorzugsweise unterstützt das Blasen von Druckluft auf die Grenzfläche des porösen abrasiven Materials und des CMP-Polierschichtsubstrats ferner bei der Entfernung von Schleifrückständen und verhindert eine Verschlechterung der Schleifgeräte.
In jedwedem Verfahren, bei dem die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann das Blasen des komprimierten Gases oder der Druckluft auch vor oder nach dem Schleifen stattfinden.
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können eine Rotationsschleifeinrichtung und eine Flachbettplatte umfassen. Die Rotationsschleifeinrichtung wird mit einer eingestellten Geschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit auf eine CMP-Polierschicht abgesenkt, die auf der Flachbettplatte vorliegt.
Wie es in der 1 gezeigt ist, schleifen die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung die Oberfläche einer CMP-Polierschicht, die auf der Oberfläche einer Flachbettplatte (1) mit nicht gezeigten Vakuumöffnungen angeordnet ist. Die CMP-Polierschicht oder das CMP-Polierkissen (2) wird so auf der Flachbettplatte (1) angeordnet, dass der Mittelpunkt der Flachbettplatte (1) und derjenige der CMP-Polierschicht (2) ausgerichtet sind. Die Flachbettplatte (1) in der 1 weist Vakuumabsaugöffnungen (nicht gezeigt) zum Halten der CMP-Polierschicht (2) an Ort und Stelle auf. In der 1 weist die CMP-Polierschicht (2) ein Fenster (3) auf. Der Schleifmechanismus der vorliegenden Erfindung umfasst eine Rotationsschleif(Scheiben)-Anordnung (4) oder einen Rotor, die oder der an der Unterseite von deren oder dessen Randbereich ein angebrachtes Schleifmedium aufweist, das ein poröses abrasives Material (5) umfasst, das, wie es gezeigt ist, in einer Mehrzahl von Segmenten angeordnet ist, die sich um die Unterseite des Randbereichs des Rotors (4) erstrecken. Die Segmente weisen kleine Spalte zwischen diesen auf. In der 1 ist die Rotationsschleifanordnung (4) in der gewünschten Weise derart angeordnet, dass sich deren Randbereich unmittelbar über dem Mittelpunkt der CMP-Polierschicht (2) befindet; ferner weist die Rotationsschleifanordnung (4) die gewünschte Größe derart auf, dass deren Durchmesser etwa gleich dem Radius der CMP-Polierschicht (2) ist.
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise sowohl eine Schleif/Konditioniereinrichtung als auch eine Poliervorrichtung umfassen, in der ein CMP-Polierkissen auf der Flachbettplatte montiert ist und sowohl die Rotationsschleifanordnung als auch unabhängig ein Substrathalter auf das CMP-Polierkissen abgesenkt werden, so dass für jedes eine Grenzfläche zwischen diesen und der Oberseite der CMP-Polierschicht gebildet wird. Der Substrathalter ist mechanisch mit einem ersten Aktuator, wie z. B. einem Servomotor, zum Drehen des Substrathalters um eine Mittelachse, und einem zweiten Aktuator, wie z. B. einem zweiten Servomotor oder einer Z-Achse-Kugelgewindespindel, zum Drücken des Substrathalters gegen das CMP-Polierkissen verbunden oder auf diesem montiert.
Wie es in der 3 gezeigt ist, polieren die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung ein Substrat, während sie die Oberfläche einer CMP-Polierschicht schleifen, die auf der Oberfläche einer Flachbettplatte (1) angeordnet ist. Die CMP-Polierschicht oder das CMP-Polierkissen (2) wird so auf der Flachbettplatte (1) angeordnet, dass der Mittelpunkt der Flachbettplatte (1) und der CMP-Polierschicht (2) ausgerichtet sind. Die Flachbettplatte (2) in der 3 weist Vakuumabsaugöffnungen (nicht gezeigt) zum Halten der CMP-Polierschicht (2) an Ort und Stelle auf. In der 3 weist die CMP-Polierschicht (2) ein Fenster (3) auf. Der Schleifmechanismus der vorliegenden Erfindung umfasst eine Rotationsschleif(Scheibe)-Anordnung (4) oder einen Rotor, bei der oder dem auf der Unterseite von deren oder dessen Randbereich bzw. Umfang ein Schleifmedium angebracht ist, das ein poröses abrasives Material (5) umfasst, das, wie es gezeigt ist, in einer Mehrzahl von Segmenten angeordnet ist, die sich um die Unterseite des Randbereichs bzw. Umfangs des Rotors (4) erstrecken. Darüber hinaus hält ein Substrathalter (6) oder Waferträger, der von der Rotationsschleifanordnung (4) versetzt ist, einen 300 mm Wafer (7) auf dessen Unterseite.
Die Schleif- und Poliervorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Das Substrat, wie z. B. ein Halbleiterwafer, wird auf der unteren Oberfläche des Substrathalters gehalten und gegen das CMP-Polierkissen auf der oberen Oberfläche der Flachbettplatte gedrückt. Die Flachbettplatte und der Substrathalter werden relativ zueinander gedreht, wodurch die untere Oberfläche des Substrats in einen gleitenden Kontakt mit dem Polierkissen gebracht wird. Dabei führt dem Polierkissen eine Schleifmittelflüssigkeitdüse (nicht gezeigt) eine Schleifmittelflüssigkeit, wie z. B. eine wässrige Siliziumoxid- oder Schleifmitteloxid-, -carbid- oder -nitrid-Teilchenaufschlämmung, zu. Die untere Oberfläche des Substrats wird durch eine Kombination aus einer mechanischen Polierwirkung von Schleifmittelkörnern in der Schleifmittelflüssigkeit und der Oberfläche der CMP-Polierschicht poliert.
Die Rotationsschleifeinrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine runde Rotationsschleifanordnung oder einen Rotor, an deren oder dessen Randbereich bzw. Umfang ein poröses abrasives Material angebracht ist, vorzugsweise ein poröses abrasives Material, das eingekerbt ist oder Unterbrechungen oder Lücken um den Randbereich bzw. Umfang der Rotationsschleifeinrichtung umfasst. Die Unterseite des porösen abrasiven Materials ist die Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung. Das poröse abrasive Material kann in der Form eines Rings oder von Ringsegmenten vorliegen, der oder die in die Unterseite der Rotationsschleifanordnung passen oder daran angebracht werden können. Das poröse abrasive Material kann eine radiale Gruppierung von nach unten gerichteten Segmenten, üblicherweise von 10 bis 40 Segmenten, des porösen abrasiven Materials, die Lücken dazwischen aufweisen, oder einen perforierten Ring umfassen, der aus dem porösen abrasiven Material mit periodischen Perforationen darin hergestellt ist. Die Lücken oder Perforationen ermöglichen das Blasen von komprimiertem Gas oder von Druckluft in die Grenzfläche der Oberfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials zum Entfernen von Schleifrückständen und Reinigen des porösen abrasiven Materials vor, während oder nach dem Schleifen. Darüber hinaus unterstützen die Kerben oder Lücken in dem porösen abrasiven Material beim Kühlen der Oberflächen des porösen abrasiven Materials und des CMP-Polierschichtsubstrats während des Schleifens.
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können so positioniert werden, dass unerwünschte CMP-Substratverschleißprofile kompensiert werden, wie z. B. wenn CMP-Verfahren zu uneinheitlichen Verschleißprofilen führen, wie z. B. einer zu geringen oder zu starken Entfernung an der Kante eines Substrats. Dies wiederum kann die Kissenlebensdauer verlängern. In solchen Positionen kann die Schleifoberfläche der Rotationsschleifanordnung so eingestellt werden, dass sie im Wesentlichen parallel, jedoch nicht genau parallel zur obersten Oberfläche der Flachbettplatte oder der CMP-Polierschicht ist. Beispielsweise kann die Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung so eingestellt werden, dass ein dickes Zentrum (der Winkel zwischen der Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung und einem Flachbettplattenradius in einer Ebene, die senkrecht zur Flachbettplatte ist und durch den Mittelpunkt der CMP-Polierschicht und dem Punkt auf dem Randbereich bzw. Umfang der Schleifoberfläche der Rotationsschleifeinrichtung verläuft, der am weitesten von dem Mittelpunkt der CMP-Polierschicht entfernt ist, beträgt mehr als 180°) oder ein dünnes Zentrum (Winkel beträgt weniger als 180°) erhalten wird.
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können in einer nassen Umgebung, wie z. B. zusammen mit Wasser oder einer wässrigen Schleifmittelaufschlämmung, wie z. B. einer Siliziumoxid- oder Ceroxidaufschlämmung, verwendet werden.
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind skalierbar, so dass sie zu CMP-Polierschichten mit verschiedenen Größen passen, da die Größe des Rotationsschleifelements variiert werden kann. Gemäß den Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sollte die Flachbettplatte größer sein als die CMP-Polierschicht oder sollte vorzugsweise eine Größe aufweisen, die einen Radius aufweist, der mit dem Radius der CMP-Polierschicht identisch ist oder innerhalb von 10 cm länger ist als der Radius der CMP-Polierschicht. Die Vorrichtungen sind somit so skalierbar, dass CMP-Polierschichten mit einem Radius von 100 mm bis 610 mm behandelt werden können.
Mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Rotationsschleifanordnungen verwendet werden, wobei eine nach der anderen verwendet wird. Die Rotationsschleifanordnung wird so ausgewählt, dass deren Durchmesser mit dem Radius der CMP-Polierschicht, die geschliffen wird, identisch ist oder geringfügig größer als dieser ist. Alternativ ist die Rotationsschleifanordnung so angepasst, dass ein Ring oder eine Scheibe, vorzugsweise ein einzelner Trägerring, aus einem Schleifmedium aus dem porösen abrasiven Material mit verschiedenen Durchmessern an der Unterseite von deren Randbereich bzw. Umfang angebracht werden kann.
Mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Substrathalter verwendet werden, wobei einer nach der anderen verwendet wird. Der Substrathalter wird so ausgewählt, dass dessen Durchmesser kleiner ist als der Radius der CMP-Polierschicht, die zum Polieren verwendet wird, und größer ist als der Durchmesser des Substrats, das poliert wird.
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Bereitstellung von CMP-Polierschichten oder -kissen, die keine Fensterausbauchungen und durch Schälen verursachte Defekte aufweisen. Folglich kann gemäß einem Verfahren zur Verwendung der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung eine CMP-Polierschicht durch Formen eines Polymers zur Bildung eines porösen Formteils mit einem gewünschten Durchmesser oder Radius, wobei es sich um die Größe der daraus hergestellten Kissen handelt, dann Schälen des Formteils bis zu einer gewünschten Dicke, welche die Zieldicke eines Kissens ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und dann Schleifen des Kissens oder der CMP-Polierschicht zum Bereitstellen der gewünschten Kissenoberflächenmikrotextur auf der Polieroberfläche des Kissens gebildet werden.
In den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung kann das Schleifen mit einer einzelnen Schicht oder einzelnen Kissen sowie mit gestapelten Kissen mit einer Unterkissenschicht durchgeführt werden. Vorzugsweise umfassen die Verfahren in dem Fall von gestapelten Kissen das Schleifen der CMP-Polierschicht, nachdem die Kissen so gestapelt worden sind, dass das Schleifen bei der Entfernung von Verformungen in gestapelten Kissen unterstützen kann.
Geeignete CMP-Polierkissen können durch Formen des Polymers und Schälen des geformten Polymers zur Bildung der CMP-Polierschicht zur Verwendung als Kissen gebildet werden, oder vorzugsweise durch Formen des Polymers und Schälen des geformten Polymers zur Bildung der CMP-Polierschicht und dann Stapeln der CMP-Polierschicht auf einer Unterkissen- oder Basisschicht mit demselben Durchmesser wie die CMP-Polierschicht zur Bildung des CMP-Polierkissens gebildet werden.
Die Verfahren zur Verwendung der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können das Bilden der CMP-Polierkissen, das Bilden von Rillen in den Kissen, wie z. B. durch eine Drehbearbeitung der Kissen, und dann das Schleifen der CMP-Polierkissen mit der Rotationsschleifeinrichtung zur Bildung einer Kissenoberflächenmikrotextur umfassen, einschließlich eine Reihe von sich sichtbar schneidenden Bögen auf der Polieroberfläche, die einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich dem oder größer als der, vorzugsweise gleich dem Radius der Polierschicht ist, während gleichzeitig ein Substrat mit den CMP-Polierkissen planarisiert wird. In solchen Verfahren werden die CMP-Polierkissen konditioniert und mit einer neuen Oberfläche versehen, während sie in Gebrauch sind.
Die Verfahren zur Verwendung der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können das Bilden der CMP-Polierkissen, das Schleifen der CMP-Polierkissen mit der Rotationsschleifeinrichtung zur Bildung einer Kissenoberflächenmikrotextur, einschließlich eine Reihe von sich sichtbar schneidenden Bögen auf der Polieroberfläche, die einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich dem oder größer als der, vorzugsweise gleich dem Radius der Polierschicht ist, während gleichzeitig ein Substrat mit den CMP-Polierkissen planarisiert wird, und dann das Bilden von Rillen in den Kissen umfassen, wie z. B. durch Drehbearbeiten der Kissen.
Darüber hinaus können die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung als CMP-Polier- oder Planarisierungswerkzeug, d. h, eine Schleif- und Poliervorrichtung, verwendet werden.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verwendung der Schleif- und Poliervorrichtung der vorliegenden Erfindung bereit. Gemäß den Verfahren zur Verwendung der Schleif- und Poliervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein CMP-Polierkissen an der oberen Oberfläche der Flachbettplatte angebracht und das Substrat, wie z. B. ein zu polierender Halbleiterwafer, wird derart an den Substrathalter geklemmt, dass dessen Unterseite auf das CMP-Polierkissen abgesenkt werden kann, das sich auf der Flachbettplatte befindet, worauf die Flachbettplatte, die Rotationsschleifanordnung und der Substrathalter gedreht werden.
In dem Verfahren zur Verwendung der Schleif- und Poliervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird eine Schleifmittelflüssigkeit, die Schleifmittelkörner, wie z. B. Siliziumoxid, Ceroxid oder Aluminiumoxid oder deren Gemische, enthält, auf das Polierkissen zugeführt und darauf gehalten. Während des Betriebs übt der Substrathalter eine gewünschte Andruckkraft von 2 bis 69 kPa, vorzugsweise von 3 bis 48 kPa, auf die Flachbettplatte aus und die Oberfläche des Substrats, das gegen das CMP-Polierkissen gehalten wird, wird daher planarisiert, während sich der Substrathalter und die Flachbettplatte drehen.
Vorzugsweise werden in Verfahren zum Polieren eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung der Substrathalter und die Flachbettplatte in derselben Richtung gedreht.
Geeignete CMP-Polierschichten zur Verwendung gemäß den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfassen ein Polymer oder umfassen vorzugsweise ein poröses Polymer, einen polymeren Schaum oder ein Füllstoff-enthaltendes poröses Polymermaterial mit einer Shore D-Härte gemäß ASTM D2240-15 (2015) von 20 bis 80 oder beispielsweise 40 oder weniger.
Vorzugsweise können die Verfahren der vorliegenden Erfindung mit jedwedem CMP-Polierkissen durchgeführt werden, einschließlich denjenigen, die aus relativ weichen Polymeren hergestellt sind, und können insbesondere zur Behandlung von weichen Kissen mit einer Shore D-Härte von 40 oder weniger verwendet werden.
Geeignete CMP-Polierschichten zur Verwendung gemäß den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können ferner einen oder mehrere nicht-poröse(n), transparente(n) Fensterabschnitt(e) umfassen, wie z. B. solche, die ein nicht-poröses Polyurethan mit einer Glasübergangstemperatur (DSC) von 75 bis 105°C umfassen, wie z. B. Fensterabschnitte, die sich nicht über den Mittelpunkt der CMP-Polierschicht erstrecken. In solchen CMP-Polierschichten weist der eine Fensterabschnitt oder weisen die mehreren Fensterabschnitte eine oberste Oberfläche auf, die durch eine Fensterdickenvariation von 50 μm oder weniger über die größte Abmessung des Fensters, wie z. B. den Durchmesser eines runden Fensters oder der Größeren der Länge oder der Breite eines rechteckigen Fensters, festgelegt ist.
Ferner können geeignete CMP-Polierschichten zur Verwendung mit den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Poren oder Mikroelementen, vorzugsweise polymeren Mikrokügelchen, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 60 μm umfassen. Vorzugsweise weist eine solche CMP-Polierschicht ringförmige Streifen mit abwechselnd höherer Dichte und niedrigerer Dichte auf, die sich von dem Mittelpunkt der CMP-Polierschicht in der Richtung von deren äußerem Randbereich bzw. Umfang auswärts erstrecken. Beispielsweise weisen die ringförmigen Streifen mit höherer Dichte eine Dichte auf, die um 0,01 bis 0,2 g/cm³ höher ist als diejenige der ringförmigen Streifen mit niedrigerer Dichte.
Demgemäß können die chemisch-mechanischen (CMP) Polierkissen, die gemäß den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, eine poröse polymere CMP-Polierschicht mit einem Radius und einer Oberflächenrauheit von mindestens 0,01 μm bis 25 μm, Sq, oder vorzugsweise von 1 μm bis 15 μm, Sq, und einer Reihe von sich sichtbar schneidenden Bögen auf der Polierschichtoberfläche bereitstellen, die einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich der oder größer als die Hälfte, vorzugsweise gleich der Hälfte des Krümmungsradius der Polierschicht ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Reihe von sich sichtbar schneidenden Bögen auf der gesamten Oberfläche der Polierschicht in einer radialen Symmetrie um den Mittelpunkt der Polierschicht.
Die CMP-Polierkissen, die gemäß den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, weisen einen Mittelpunkt und einen Radius auf. Solche Polierkissen können eine Dicke aufweisen, wobei die Kissen so abgeschrägt sind, dass die Dicke näher an deren Mittelpunkt größer wird, oder so abgeschrägt sind, dass die Dicke weiter weg vom Mittelpunkt größer wird.
BEISPIELE: In den folgenden Beispielen sind, falls nichts anderes angegeben ist, alle Einheiten des Drucks Standarddruck (etwa 101 kPa) und alle Einheiten der Temperatur sind Raumtemperatur (21 bis 23°C).
Beispiel 1: Versuche wurden mit zwei Versionen eines bzw. einer VP5000^TM CMP-Polierkissens oder -schicht (Dow Chemical, Midland, MI (Dow)) mit einem Radius von 330 mm (13'') durchgeführt. Die Kissen wiesen keine Fenster auf. Im Beispiel 1-1 umfasste die CMP-Polierschicht ein einzelnes poröses Polyurethankissen mit einer Dicke von 2,03 mm (80 mil), wobei das Polyurethan eine Shore D-Härte von 64,9 aufwies. Im Beispiel 1-2 umfasste die CMP-Polierschicht ein gestapeltes Kissen mit dem gleichen Polyurethankissen wie im Beispiel 1-1, das mittels eines Haftklebstoffs auf ein aus Polyesterfilz hergestelltes SUBA IV^TM-Unterkissen (Dow) gestapelt worden ist.
Die Vergleichsgegenstände in den Beispielen 1-A und 1-B waren jeweils die gleichen Kissen wie in den Beispielen 1-1 und 1-2, die jedoch nicht gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt worden sind: Das gestapelte Kissen wies ein SIV-Unterkissen auf.
Alle Kissen wiesen 1010 Rillen (ein konzentrisches Kreisrillenmuster mit einer Tiefe von 0,0768 cm (0,030'') × einer Breite von 0,0511 cm (0,020'') × einem Abstand von 0,307 cm (0,120'')) und kein Fenster auf.
Das poröse abrasive Material war ein verglastes poröses Diamantschleifmittel mit einer durchschnittlichen Schleifmittelgröße von 151 μm. Zum Schleifen des Substrats wurde die Rotationsschleifanordnung parallel zu der Oberseite der Flachbettplatte angeordnet und im Gegenuhrzeigersinn mit 284 U/min gedreht und die Aluminiumflachbettplatte wurde im Uhrzeigersinn mit 8 U/min gedreht. Ausgehend von einem Punkt, an dem das poröse abrasive Material gerade beginnt, das CMP-Polierschichtsubstrat zu berühren, wurde die Rotationsschleifanordnung mit einer Geschwindigkeit von 5,8 μm (0,0002'')-Inkrementen pro 3 Kissenumdrehungen nach unten in die Richtung der Flachbettplatte bewegt. Während dieser Zeit wurde von 2 Düsen trockene Druckluft (CDA) in die Grenzfläche der Oberfläche des porösen abrasiven Materials und der CMP-Polierschicht geblasen, wobei sich eine unmittelbar oberhalb des Mittelpunkts der CMP-Polierschicht befand und sich die andere etwa 210 mm (8,25'') entfernt von der Kissenmitte auf der Vorderseite des porösen abrasiven Materials befand. Das Schleifen wurde für etwa 5 min fortgesetzt.
Die im Beispiel 1 erhaltenen Kissen wurden in Poliertests bezüglich der Entfernungsgeschwindigkeit, der Uneinheitlichkeit und Rattermarken (Defektanzahl) wie folgt bewertet:
Entfernungsgeschwindigkeit: Wurde mit einem Tetraethoxysilikat(TEOS)-Substrat mit einer Größe von 200 mm durch Planarisieren der Substrate unter Verwendung der angegebenen Kissen und einer wässrigen Aufschlämmung von pyrogenem Siliziumoxid ILD3225^TM (Dow) bei einer Flussrate von 200 ml/min bestimmt. Der Polierdruck wurde mit einer Andruckkraft von 0,11, 0,21 und 0,32 kg/cm² (1,5, 3,0, 4,5 psi) bei 93/87 Platten/Substratträger-U/min mit einem Mirra^TM-Poliergerät (Applied Materials, Santa Clara, CA) variiert. Vor dem Testen wurden alle Polierkissen für 40 Minuten bei 3,2 kg (7 Pfund) mit einer SAESOL^TM 8031C1-Scheibe (gelötete Diamantstauboberfläche, Durchmesser 10,16 cm, Saesol Diamond Ind. Co., Ltd., Korea) als Konditionierer konditioniert. Während des Testens wurde dieselbe Konditionierung der Kissen fortgesetzt. Pro Kissen wurden insgesamt 18 Wafer getestet und die Durchschnitte wurden erhalten.
Uneinheitlichkeit: Wurde in der Weise, die bezüglich des Testens der Entfernungsgeschwindigkeit offenbart ist, mit demselben TEOS-Substrat bestimmt, das beim Testen der Entfernungsgeschwindigkeit planarisiert worden ist, mit der Ausnahme, dass die Daten durch Feststellen der Variation der Dicke innerhalb eines Wafers erhalten wurden. Pro Kissen wurden insgesamt 18 Wafer getestet und die Durchschnitte wurden erhalten.
Rattermarken oder Defektanzahl: Wurde in der Weise, die bezüglich des Testens der Entfernungsgeschwindigkeit offenbart ist, mit demselben TEOS-Substrat bestimmt, das beim Testen der Entfernungsgeschwindigkeit planarisiert worden ist, mit der Ausnahme, dass die Daten durch Feststellen der Gesamtzahl von CMP-Defekten erhalten wurden. Pro Kissen wurden insgesamt 18 Wafer getestet und die Durchschnitte wurden erhalten.

Die resultierenden Kissen wiesen eine Kissenoberflächenmikrotextur auf, die sich schneidende Bögen mit einem Krümmungsradius umfasste, der mit demjenigen des Randbereichs bzw. des Umfangs der Rotationsschleifanordnung identisch war. Ferner ergaben, wie es in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt ist, die erfindungsgemäßen Kissen der Beispiele 1-1 und 1-2 dieselben Planarisierungsgeschwindigkeiten auf einem Substrat wie die Vergleichskissen der Beispiele 1-A (einzeln) und 1-B (gestapelt); dabei erzeugten die erfindungsgemäßen Kissen von Beispiel 1-1 und 1-2 eine signifikant geringere Defektanzahl und sehr viel weniger Rattermarken in dem Substrat als die Kissen der Vergleichsbeispiele 1-A und 1-B, die nicht den Schleifverfahren der vorliegenden Erfindung unterzogen worden sind. Tabelle 1: Morphologie und Polierleistungsvermögen – kleine Kissen

	*Beispiel 1-A	Beispiel 1-1	*Beispiel 1-B	Beispiel 1-2
Anzahl der Proben	5	5	4	4
Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min	3515	3468	3762	3737
Uneinheitlich-keit, %	4,5	3,7	4,2	3
Defektanzahl, Rattermarken (0,11 kg/cm²)	144	100	91	61
Defektanzahl, Rattermarken (0,21 kg/cm²)	369	173	118	42
Defektanzahl, Rattermarken (0,32 kg/cm²)	425	216	218	100

* – Bezeichnet ein Vergleichsbeispiel.

Beispiel 2: Versuche wurden mit großen einschichtigen Polyurethankissen (Dow) IC1000^TM mit einem Radius von 419 mm (16,5'') und mit einer Shore D-Härte von 61,0 durchgeführt, wobei das Kissen von Beispiel 2 in der Weise wie im vorstehenden Beispiel 1 behandelt wurde, mit der Ausnahme, dass die Rotationsschleifanordnung mit einer Geschwindigkeit von 20,3 μm (0,0007'')-Inkrementen pro 8 Kissenumdrehungen nach unten zu der Flachbettplatte bewegt wurde und das Schleifen für 5,5 min fortgesetzt wurde. Das Vergleichsbeispiel 2-A war mit dem Kissen im Beispiel 2 identisch, das nicht gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt worden ist.
Versuche wurden mit 14 Kissen durchgeführt und der Durchschnitt der Ergebnisse ist für die Dickenvariation angegeben, die wie folgt getestet wurde:
Dickenvariation: Wurde mit einer Koordinatenmessmaschine über der Oberfläche der Polierkissen bestimmt. Insgesamt 9 getrennte Messstellen von der Kissenmitte zur Kante wurden pro Kissen erfasst. Die Dickenvariation wurde durch Subtrahieren des kleinsten Messwerts von dem größten Messwert berechnet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt.
Die resultierenden erfindungsgemäßen Kissen wiesen die charakteristische Kissenoberflächenmikrotextur auf. Die erfindungsgemäßen Kissen des Beispiels 2 weisen eine geringere durchschnittliche Dickenvariation auf und deren Form ist deshalb einheitlicher als diejenige des Kissens des Vergleichsbeispiels 2-A. Tabelle 2: Morphologie – größere Kissen

Beispiel 2-A* Beispiel 2

Anzahl der Proben 10 10

Durchschnittliche Dickenvariation, μm 17,66 7,42

* – Bezeichnet ein Vergleichsbeispiel.
Beispiel 3: Die Oberflächenrauheit wurde mit den Kissen des vorstehenden Beispiels 2 gemessen, und zwar im Vergleich zu handelsüblichen IC1000^TM-Kissen (Dow). Das Kissen von Vergleichsbeispiel 2 war mit dem Kissen im Beispiel 2-A identisch, wurde jedoch nicht mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt.

Die Oberflächenrauheit wurde an 5 gleichmäßig von der Kissenmitte zur Kante beabstandeten Punkten von jedem von 2 Kissen gemessen und der Durchschnitt der Ergebnisse ist als Oberflächenrauheit in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3: Oberflächenrauheit

	Beispiel 3-A*	Beispiel 3
Anzahl der Proben	1	1
Quadratischer Mittelwert, (Sq) μm	12,52	5,48
Kernrautiefe, Sk, μm	14,82	10,17
Verminderte Peakhöhe, (Spk), μm	7,60	4,93
Verminderte Taltiefen, (Svk), μm	26,44	9,78

* – Bezeichnet ein Vergleichsbeispiel.

Wie es in der vorstehenden Tabelle 3 gezeigt ist, weisen die CMP-Polierschichten der vorliegenden Erfindung im Beispiel 3 eine festgelegte Kissenoberflächenmikrotextur und eine festgelegte Oberflächenrauheit auf, die durch eine verminderte Taltiefe gekennzeichnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7118461 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM D2240-15 (2015) [0003]
West et al. [0003]
ASTM D2240-15 (2015) [0041]

Claims

Vorrichtung zum Bereitstellen von vorkonditionierten polymeren chemisch-mechanischen(CMP)-Polierkissen oder -schichten mit einer Kissenoberflächenmikrotextur und zum Polieren eines Substrats, die eine Rotationsschleifanordnung mit einer Scheibe oder einem Rotor mit einer Schleifoberfläche aus einem porösen abrasiven Material, eine Flachbettplatte zum Halten der CMP-Polierschicht an Ort und Stelle, wobei die Schleifoberfläche der Rotationsschleifanordnung oberhalb und parallel zu oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Flachtbettplatte zur Bildung einer Grenzfläche der Oberfläche der CMP-Polierschicht und des porösen abrasiven Materials angeordnet ist, und einen Substrathalter umfasst, der sich derart oberhalb und parallel zu einer obersten Oberfläche der Flachbettplatte befindet, dass er den Bereich, über dem die Rotationsschleifanordnung angeordnet ist, nicht überlappt, und an dem ein CMP-Substrat angebracht wird, wodurch eine Poliergrenzfläche zwischen der Oberfläche des Substrats und der CMP-Polierschicht erzeugt wird, wobei sich der Substrathalter unabhängig von der Rotationsschleifanordnung und der Flachbettplatte dreht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Flachbettplatte die CMP-Polierschicht mittels Vakuum an Ort und Stelle hält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die CMP-Polierschicht einen Radius aufweist, der sich von deren Mittelpunkt zu deren äußerem Randbereich erstreckt und die Schleifoberfläche der Scheibe oder des Rotors der Rotationsschleifanordnung einen Durchmesser aufweist, der gleich dem Radius der CMP-Polierschicht oder größer als dieser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Durchmesser der Rotationsschleifanordnung gleich dem Radius der CMP-Polierschicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung so angeordnet ist, dass der äußere Randbereich von deren oder dessen Schleifoberfläche während des Schleifens direkt über der Mitte der CMP-Polierschicht angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher sich die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung und die CMP-Polierschicht und die Flachbettplatte während des Schleifens der CMP-Polierschicht jeweils drehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsschleifanordnung ein Antriebsgehäuse umfasst, das einen Motor oder Drehaktuator und eine vertikal angeordnete Achse umfasst, die mit dem Motor oder Drehaktuator verbunden und durch diesen angetrieben ist und sich in das Antriebsgehäuse erstreckt und mit deren unterem Ende mittels einer mechanischen Verbindung mit der Scheibe oder dem Rotor verbunden ist, so dass sie sich mit der gewünschten Drehzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) dreht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in dem Antriebsgehäuse die vertikal angeordnete Achse eine Kugelgewindespindel oder einen sekundären Servomotor dort, wo die Achse mit dem Motor oder Drehaktuator verbunden ist, an der mechanischen Verbindung der Achse mit der Scheibe oder dem Rotor oder an beiden Stellen umfasst, wodurch die Scheibe oder der Rotor der Rotationsschleifanordnung mit einer eingestellten inkrementellen Geschwindigkeit nach unten bewegt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Leitung, einen Schlauch, eine Düse oder ein Ventil zum diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Blasen eines komprimierten Inertgases oder von Druckluft umfasst, die oder der oder das so angeordnet ist, dass das Inertgas oder die Luft derart in die Grenzfläche der Oberfläche des CMP-Polierschichtmaterials und des porösen abrasiven Materials geblasen wird, dass es oder sie während des Schleifens auf das poröse abrasive Material auftrifft, und getrennt eine zweite Leitung, einen zweiten Schlauch oder ein zweites Ventil zum Blasen eines komprimierten Inertgases oder von Druckluft aufwärts von einem Punkt unmittelbar unterhalb des Randbereichs der Rotationsschleifanordnung umfasst, so dass es oder sie während des Schleifens auf das poröse abrasive Material auftrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Substrathalter einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Radius der CMP-Polierschicht oder des CMP-Polierkissens, die oder das auf der Flachbettplatte gehalten ist, und wobei ferner der Substrathalter mechanisch mit einem ersten Aktuator zum Drehen der Schleifeinrichtung um eine Mittelachse und einem zweiten Aktuator zum Drücken des Substrathalters gegen die CMP-Polierschicht oder das CMP-Polierkissen verbunden oder daran montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gesamte Vorrichtung innerhalb eines luftdichten Gehäuses eingeschlossen ist.