DE10206098A1

DE10206098A1 - Conditioning tool has disk-shaped base body with chemically inert material on each surface, diamond surface at least on conditioning surface with deterministic or stochastic force absorbing structure

Info

Publication number: DE10206098A1
Application number: DE2002106098
Authority: DE
Inventors: Lothar Schaefer; Thorsten Matthee; Volker Herold; Olaf Sandkuhl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2003-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Konditionierwerkzeug zum Aufrauhen und Entfernen von Unebenheiten bzw. Formabweichungen eines Polierwerkzeuges für Wafer oder optische Bauteile, mit einem scheibenförmigen Grundkörper. DOLLAR A Der Grundkörper besteht auf jeder seiner Oberflächen entweder aus einem chemisch inerten Material oder ist mit einem chemisch inerten Material beschichtet und weist zumindest auf einer Konditionieroberfläche eine Diamantoberfläche mit einer determinierten oder stochastischen kraftaufnehmenden Struktur auf.The invention relates to a conditioning tool for roughening and removing imperfections or shape deviations of a polishing tool for wafers or optical components, with a disk-shaped base body. DOLLAR A The base body either consists of a chemically inert material on each of its surfaces or is coated with a chemically inert material and has at least on a conditioning surface a diamond surface with a determined or stochastic force-absorbing structure.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konditionierwerkzeug und Verwendungen hierfür. Derartige Konditionierwerkzeuge werden zur Aufarbeitung, Einsatzvorbereitung und/oder Verschleißbeseitigung von Polierwerkzeugen aus dem Bereich der Wafer-Herstellung oder der Herstellung optischer Bauelemente verwendet. The present invention relates to a Conditioning tool and uses therefor. such Conditioning tools are used for processing, Preparing for use and / or removing wear from Polishing tools from the field of Wafer manufacture or the manufacture of optical components used.

Wafer werden nach jedem Strukturierungsprozeß zu ihrer Planarisierung poliert. Dazu wird u. a. das chemomechanische Polieren mit chemisch aggressiven Medien (Suspensionen, Slurries) eingesetzt. Dabei kommt es beim Polieren der Wafer sowohl zum Verschleiß als auch zu einer Veränderung der Oberflächenschicht, einer sogenannten Verglasung, der Polier-Pads. Um reproduzierbare Polierergebnisse zu erhalten, muß das Polier-Pad regelmäßig konditioniert (abgerichtet) werden. Bei dem Abrichtprozeß wird die veränderte Oberflächenschicht aufgerauht und zugleich die Ebenheit der Oberfläche des Polier-Pads wieder hergestellt. Wafers become clogged after each structuring process their planarization polished. For this, u. a. the chemomechanical polishing with chemically aggressive media (Suspensions, slurries). It happens when polishing the wafers both for wear and tear also to a change in the surface layer, a so-called glazing, the polishing pads. Around To get reproducible polishing results, that must Polishing pad regularly conditioned (dressed) become. In the dressing process, the changed Roughened surface layer and at the same time the Flatness of the surface of the polishing pad again manufactured.

Nach dem Stand der Technik erfolgt das Konditionieren mit abrasiv wirkenden Diamant-Werkzeugen (Diamantkörner mit galvanischer oder Sinterbindung), bürstenartigen Werkzeugen, z. B. aus Kunststoff, oder mit Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen. The conditioning takes place according to the state of the art with abrasive diamond tools (Diamond grains with galvanic or sinter bond), brush-like tools, e.g. B. made of plastic, or with High-pressure liquid jets.

Ziel des Konditionierens ist die Erzeugung eines makrogeometrisch ebenen Polier-Pads, z. B. für die Waferbearbeitung, bzw. allgemein eines formgenauen Polierwerkzeuges. Beispielsweise kann beim Polieren optischer Bauteile das Polierwerkzeug z. B. auch ein Ausschnitt aus einer Kugeloberfläche sein. Daneben soll die hinsichtlich ihrer Eigenschaften durch den Polierprozeß veränderte Randschicht ("Verglasung") beseitigt werden. Für den Polierprozeß ist es weiterhin in vielen Fällen vorteilhaft, wenn eine definierte Aufrauhung erfolgt. Zur Gewährleistung der Formgenauigkeit/Ebenheit ist es erforderlich, daß einerseits das Konditionierwerkzeug makrogeometrisch eine definierte Form bzw. Ebene verkörpert und andererseits eine geeignete Relativbewegung zwischen Konditionierwerkzeug ("Dresser") und Polierwerkzeug gewählt wird. The aim of conditioning is to create one macro-geometrically flat polishing pads, e.g. B. for the Wafer processing, or generally one of precise shape Polishing tool. For example, when polishing optical components the polishing tool z. B. also a Excerpt from a spherical surface. Besides should the properties of the Polishing process modified edge layer ("glazing") be eliminated. It is for the polishing process continue to be beneficial in many cases if one defined roughening takes place. To ensure the Shape accuracy / flatness, it is required that On the one hand, the conditioning tool is a macro-geometric one embodies the defined form or level and on the other hand, a suitable relative movement between Conditioning tool ("Dresser") and polishing tool is chosen.

Während beim Schleifen der Werkzeugeingriff meist wegbestimmt ist, ist er beim Konditionieren kraftbestimmt. Weiterhin liegt beim Konditionieren ein vollflächiger Engriff (Kontakt) zwischen Konditionierwerkzeug und Polier-Pad vor. Nach der Terminologie der Fertigungstechnik ist das hier beschriebene Konditionieren aufgrund der Kinematik und der Kontaktbedingungen innerhalb der Hauptgruppe "Trennen" je nach Ausführungsform des Werkzeuges der Gruppe "Spanen mit geomtetrisch bestimmter Schneide" oder "Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide" zuzuordnen. Hinsichtlich der Kinematik und der Art des Werkzeugeingriffes gibt es Ähnlichkeiten mit dem Fertigungsverfahren "Honen" (DIN 8589). Die relative Geschwindigkeit beim Konditionieren ist vergleichsweise niedrig, während sie beim Schleifen meist sehr hoch gewählt wird. While the tool engagement is mostly during grinding is determined, he is conditioning force determined. There is also a condition full contact (contact) between Conditioning tool and polishing pad. According to the terminology the manufacturing technology is the one described here Conditioning due to the kinematics and the Contact conditions within the main group "disconnect" depending on Embodiment of the tool from the group "Machining with geometrically determined cutting edge "or" cutting with geometrically undefined cutting edge ". Regarding the kinematics and the type of Tool engagement there are similarities to that Manufacturing process "honing" (DIN 8589). The relative Conditioning speed is comparatively slow, while they are usually chosen very high when grinding becomes.

Die scheibenförmigen Konditionierwerkzeuge nach dem Stand der Technik werden, nachdem mittels eines Polier-Pads ein Wafer bearbeitet wurde, unter Wirkung einer Normalkraft stirnseitig mit dem bereits verwendeten Polier-Pad in Kontakt gebracht und in radialer Richtung mehrmals über das Polier-Pad geführt, wobei sowohl das Konditionierwerkzeug als auch das Polierwerkzeug (Table) mit dem Polier-Pad eine rotatorische Bewegung ausführen. Mit herkömmlichen Werkzeugen wird jedoch das gewünschte Konditionierergebnis nur unzureichend erreicht. Insbesondere wird die metallische Bindung zwischen dem Grundkörper des Konditionierwerkzeugs und der darauf befindlichen Konditionierschicht infolge der chemischen Einwirkung angegriffen, wodurch Körner sich von dem Konditionierwerkzeug lösen können, welche sich in das Polier-Pad einlagern oder sich dann darauf befinden und dann beim Polieren Kratzer auf den Wafern erzeugen. The disk-shaped conditioning tools after State of the art, after using a Polishing pads a wafer has been processed under effect a normal force on the face with the already used polishing pad brought into contact and in a radial Directed several times over the polishing pad, whereby both the conditioning tool and that Polishing tool (table) with the polishing pad a rotary Carry out movement. With conventional tools however, the desired conditioning result only insufficiently achieved. In particular, the metallic Binding between the main body of the Conditioning tool and the one located on it Conditioning layer due to chemical exposure attacked, causing grains to separate from the conditioning tool can loosen, which are stored in the polishing pad or then on top of it and then polishing Create scratches on the wafers.

Bekannte Lösungen von Konditionierwerkzeugen für die CMP-Technologie beruhen darauf, dass entsprechend strukturierte Körper aus hochfesten Keramiken (Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid) verwendet werden (Fa. Kyocera/Japan) oder dass metallisch gebundene Diamant-Werkzeuge mit einer zusätzlichen korrosionsbeständigen Schicht versehen werden (Fa. Abrasive Technology/USA). Known solutions of conditioning tools for the CMP technology is based on that structured body made of high-strength ceramics (Aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride) are used be (Kyocera / Japan) or that metallic bonded diamond tools with an additional corrosion-resistant layer (company Abrasive Technology / USA).

Trotz der hohen Verschleißfestigkeit der Hochleistungskeramiken ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich einzelne Körner verschleißbedinqt aus dem Werkstoff herauslösen relativ hoch. Ebenso wird eine mit dem Ziel der Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit aufgebrachte Beschichtung während des Konditionierprozesses beansprucht und damit Verschleiß unterliegen, so dass nach einer gewissen Zeit die Korrosionsbeständigkeit nicht mehr gegeben ist und die Bindung der Diamantkörner der chemischen Beanspruchung ausgestzt ist. Despite the high wear resistance of the High performance ceramics is the probability that individual grains are subject to wear from the material detach relatively high. Likewise, one with the Aim of increasing corrosion resistance applied coating during the Conditioning process claimed and thus subject to wear, so that after a while the Corrosion resistance is no longer given and the binding of the Diamond grains are exposed to chemical stress is.

Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, dass Diamantkörner mit einer CVD (Chemical Vapor Deposited) Schicht mit einem Silizium-Substrat verbunden werden (Fa. Diamonex/USA). Hier dient die CVD-Diamantschicht, ähnlich wie bei der Lösung der Fa. Abrasive Technology/USA in erster Linie als korrosionsbeständige Schutzschicht, die darüber hinaus eine feste Bindung zu den Diamantkörnern und zur Silicium- Unterlage herstellen soll. Der eigentliche Schneidstoff ist daher die vorab aufgebrachte Diamantkörnung mit Korngrößen von 50 µm und mehr, die aus der Hochtemperatur/Hochdruck-Diamantsynthese oder aus natürlichen Diamantvorkommen stammen, und nicht die CVD-Diamantschicht. Die Zerspanungseigenschaften beim Konditionieren werden daher durch diese Körner bestimmt und nicht durch die CVD-Diamantschicht. Dies schränkt die Flexibilität bei der Gestaltung der Werkzeugoberflächenstrukturen erheblich ein und führt wegen der Unregelmäßigkeiten der Körner in Bezug auf Form, Größe und Aufbringung auf die Siliciumoberfläche zu einer vergleichsweise großen Variation der Kornüberstände. Dies limitiert die Genauigkeit der Konditionierbearbeitung. Another known solution is that Diamond grains with a CVD (Chemical Vapor Deposited) Layer can be connected to a silicon substrate (Diamonex / USA). Here is the CVD diamond layer, similar to the solution from Abrasive Technology / USA primarily as corrosion-resistant protective layer, which is also a solid Bond to diamond grains and silicon To produce the pad. The actual Cutting material is therefore the previously applied diamond grit with grain sizes of 50 µm and more, which from the High temperature / high pressure diamond synthesis or off natural diamond deposits, and not those CVD diamond layer. The cutting properties of the Conditioning is therefore through these grains determined and not by the CVD diamond layer. This limits flexibility in the design of the Tool surface structures significantly and leads because of the irregularities of the grains in relation to Shape, size and application on the Silicon surface to a comparatively large variation of the Grain supernatants. This limits the accuracy of the Konditionierbearbeitung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Konditionierwerkzeug zu schaffen, mit dem eine zuverlässige Konditionierung von Polier-Pads für die CMP (Chemo-Mechanisches Polieren)-Technologie durchgeführt werden kann. The object of the present invention is therefore a To create conditioning tool with one reliable conditioning of polishing pads for the CMP (Chemo-mechanical polishing) technology can be carried out.

Diese Aufgabe wird durch das Konditionierwerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie Verwendungen der erfindungsgemäßen Konditionierwerkzeuge werden in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. This task is accomplished by the conditioning tool solved according to claim 1. Advantageous further training and uses of the invention Conditioning tools are set out in the following claims described.

Bei dem erfindungsgemäßen Konditionierwerkzeug besteht der Grundkörper aus einem formstabilen, verschleißfesten Werkstoff, beispielsweise einer Hochleistungskeramik. Dieser wird mit einer determinierten oder stochastischen kraftaufnehmenden Struktur versehen. Daraufhin wird der Grundkörper mit einer Diamantschicht beschichtet. Alternativ kann auch die Diamantschicht selbst die determinierte oder stochastische kraftaufnehmende Struktur aufweisen, die der Diamantschicht bei der Erzeugung oder nachfolgend mit einem geeigneten Verfahren aufgeprägt wird. Als weitere Alternative kann auch der Grundkörper selbst aus monokristallinem Diamant, beispielsweise als scheibenförmiges Teil, strukturiert sein. In the conditioning tool according to the invention the basic body consists of a dimensionally stable, wear-resistant material, for example one Advanced ceramics. This is with a determined or stochastic force-absorbing Structure. Then the main body is with coated with a diamond layer. Alternatively, too the diamond layer itself the determined or have stochastic force-absorbing structure that the diamond layer during production or afterwards is imprinted using a suitable method. As the basic body itself can be another alternative made of monocrystalline diamond, for example as disc-shaped part, be structured.

Das Konditionierwerkzeug kann dabei vollflächig strukturiert sein oder aus einzelnen Elementen (Pellets) aufgebaut werden, die jeweils einen Grundkörper mit Diamantoberfläche aufweisen. Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, daß sämtliche der Außenwelt ausgesetzten Oberflächen des Konditionierwerkzeuges des Grundkörpers oder der Konditionier-Oberfläche aus einem chemisch inerten Material bestehen oder allseitig bzw. in den verbleibenden Bereichen mit einem chemisch inerten Material, vorzugsweise Diamant, beschichtet ist. The conditioning tool can cover the entire surface be structured or from individual elements (Pellets) are built, each a basic body with diamond surface. Essential to the present invention it is further that all surfaces of the Conditioning tool of the base body or the Conditioning surface made of a chemically inert material exist or on all sides or in the remaining Areas with a chemically inert material, preferably diamond.

Als kraftaufnehmende Struktur werden vorteilhafterweise keilförmige Elemente, beispielsweise eine Pyramidenstruktur oder eine Kegelstruktur, eine Pyramidenstumpfstruktur oder eine Kegelstumpfstruktur, vorteilhafterweise mit einer Grundfläche zwischen 0,5 × 0,5 und 0,6 × 0,6 mm, mit einem Spitzen-Winkel von ca. 90° verwendet. Diese Strukturen weisen eine entsprechende abrasive bzw. abtrennende Wirkung auf das Polier-Pad auf. Die Schneidwirkung resultiert dabei einerseits aus der kraftaufnehmenden Struktur und außerdem aus den mikrokristallinen Schneidkanten der polykristallinen Diamantoberflächenschicht. Diese scharfen Kanten der Diamantkristalle der Oberflächenschicht sind entsprechend schneidfreudig. As a force-absorbing structure advantageously wedge-shaped elements, for example a Pyramid structure or a cone structure, a Truncated pyramid structure or a truncated cone structure, advantageously with a footprint between 0.5 × 0.5 and 0.6 × 0.6 mm, with a tip angle of 90 ° used. These structures have one corresponding abrasive or separating effect on the Buffing pad on. The cutting effect results on the one hand from the force-absorbing structure and also from the microcrystalline cutting edges of the polycrystalline diamond surface layer. This sharp edges of the diamond crystals The surface layer is accordingly easy to cut.

Im folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Konditionierwerkzeuge beschrieben. The following are some examples Conditioning tools according to the invention described.

Es zeigen Show it

Fig. 1 ein erstes erfindungsgemäßes Konditionierwerkzeug und Fig. 1 shows a first conditioning tool according to the invention and

Fig. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Konditionierwerkzeug. Fig. 2 shows another conditioning tool according to the invention.

In Fig. 1A ist ein Konditionierwerkzeug 1 dargestellt, das eine scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser 2 und einer Höhe 3 aufweist (Fig. 1A). In Fig. 1B ist ein Ausschnitt aus der Oberfläche des Konditionierwerkzeuges 1 aus Fig. 1A dargestellt. Wie zu erkennen ist, befindet sich auf einem Substrat 5 eine Anordnung aus pyramidenstumpfförmigen Strukturen 6, die jeweils eine Stumpfoberfläche 7 aufweisen. Die Basisdimensionen der vierseitigen Pyramiden 6 betragen 0,5 mm für Länge und Breite, während die Pyramidenstumpfoberfläche eine Breite und Länge 11 von jeweils 0,1 mm aufweist. FIG. 1A shows a conditioning tool 1 which has a disk-like shape with a diameter 2 and a height 3 ( FIG. 1A). FIG. 1B shows a detail from the surface of the conditioning tool 1 from FIG. 1A. As can be seen, there is an arrangement of truncated pyramid structures 6 on a substrate 5 , each of which has a truncated surface 7 . The basic dimensions of the four-sided pyramids 6 are 0.5 mm for length and width, while the truncated pyramid surface has a width and length 11 of 0.1 mm each.

Fig. 2 zeigt ein Konditionierwerkzeug, das demjenigen in Fig. 1 entspricht. Daher werden gleiche und ähnliche Bezugszeichen für gleiche und ähnliche Elemente verwendet. Im Unterschied zu Fig. 1 ist nun auf dem Grundkörper 5 (Substrat 5) eine Anordnung von vierseitigen Pyramidenstümpfen vorgesehen, wobei die Länge der Seitenkanten in Längs- und in Querrichtung der Basisfläche des Pyramidenstumpfes 6 jeweils 0,6 mm betragen. Die Stumpfoberfläche 11 besitzt wiederum Seitenkanten mit einer Länge von 0,1 mm in Längs- und Querrichtung. FIG. 2 shows a conditioning tool which corresponds to that in FIG. 1. Therefore, the same and similar reference numerals are used for the same and similar elements. In contrast to FIG. 1, an arrangement of four-sided truncated pyramids is now provided on the base body 5 (substrate 5 ), the length of the side edges in the longitudinal and transverse directions of the base surface of the truncated pyramid 6 each being 0.6 mm. The die surface 11 in turn has side edges with a length of 0.1 mm in the longitudinal and transverse directions.

Claims

1. Conditioning tool for roughening and removing imperfections or shape deviations of a polishing tool for wafers or optical components, with a disk-shaped base body, characterized in that
the base body either consists of a chemically inert material or is coated with a chemically inert material on each of its surfaces and
has at least on its conditioning surface a diamond surface with a determined or stochastic force-absorbing structure.

2. Tool according to the preceding claim, characterized in that the diamond surface excellent as a structure from the basic body Has structural elements.

3. Tool according to the preceding claim, characterized in that the diamond surface conical or pyramidal or truncated cone or truncated pyramid-shaped structural elements has, the base surface of the structural elements oriented towards the main body and its tip out protrudes from the main body.

4. Tool according to the preceding claim, characterized in that the diamond surface conical or pyramidal or truncated cone or truncated pyramid-shaped structural elements has that by Urform-, Umform- or Separation processes were produced as the basic body.

5. Tool according to the preceding claim, characterized in that the pyramid or pyramid-shaped structural elements a triangular or rectangular, to the body have oriented base area.

6. Tool according to one of the three previous Claims, characterized in that the pyramid and / or frustoconical structural elements one parallel to or below its base surface surface inclined at a predetermined angle Show stump tip.

7. Tool according to the preceding claim, characterized in that the area on the Butt tip a diameter between 0.05 and 0.5 mm.

8. Tool according to one of the two previous Claims, characterized in that the area at the tip of the stump an edge length between 0.05 and 0.2 mm.

9. Tool according to one of claims 3 to 8, characterized in that the base area of the Structural elements have a footprint of approximately 0.3 to 1.0 mm in diameter or edge length.

10. Tool according to the preceding claim, characterized in that the base area of the Structural elements have a footprint of approximately 0.5 to 0.6 mm in diameter or edge length.

11. Tool according to one of claims 3 to 10, characterized in that the pyramid or pyramid-shaped structural elements a Base surface with an edge length between 0.5 mm and have 0.6 mm

12. Tool according to one of claims 2 to 11, characterized in that the structural elements a rectangular, square, triangular, pentagonal, hexagonal, round or oval base surface exhibit.

13. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the diamond surface has a roughness between 50 nm and 50 µm.

14. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the diamond layer consists of polycrystalline diamond.

15. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the base body and / or the diamond layer for itself or consist of monocrystalline diamond.

16. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the base body the Has structure and coated with diamond is.

17. Tool according to one of claims 1 to 15, characterized in that the base body is not profiled according to the structure and the Structure as profiling of the diamond layer is trained.

18. Tool according to the preceding claim, characterized in that the diamond layer after or during application to the base body was provided with the structure.

19. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the base body is disc-shaped.

20. Tool according to the preceding claim, characterized in that the disc-shaped Base body between 20 mm and 30 mm and / or a thickness between 3 mm and 5 mm exhibit.

21. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that one or more Base body adjacent to a support element are arranged to each other.

22. Use of a tool according to one of the preceding claims for conditioning a Polishing tool, in particular a polishing tool for wafers or optical components such as mirrors, Lenses and the like.