DE102005059545A1

DE102005059545A1 - CMP Kissen, das eine überlappende abgestufte Rillenanordnung aufweist

Info

Publication number: DE102005059545A1
Application number: DE102005059545A
Authority: DE
Inventors: Carolina L. Glen Mills Pa Elmufdi; Gregory P. Muldowney
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-07-13
Also published as: JP4949677B2; TWI372092B; CN100419965C; KR20060067140A; FR2879953A1; KR101200424B1; US20060128290A1; JP2006167908A; CN1790624A; US7059949B1; FR2879953B1; TW200626294A

Abstract

Polierkissen (104, 300), das eine ringförmige Polierspur (152, 320) und eine Mehrzahl von Gruppen (160, 308) von Rillen (112, 304) aufweist, die in Umfangsrichtung um das Rotationszentrum (128) des Kissens wiederholt sind. Die Mehrzahl von Rillen in jeder Gruppe ist entlang einer Trajektorie bzw. Bahn (164, 312) in einer versetzten und überlappenden Weise so angeordnet, um eine Mehrzahl von überlappenden Stufen (172, 316) innerhalb der ringförmigen Polierspur zur Verfügung zu stellen. Die Gruppen können in einer voneinander beabstandeten oder verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet eines chemisch mechanischen Polierens (CMP). Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein CMP Kissen gerichtet, das eine überlappende abgestufte Rillenanordnung aufweist.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen elektronischen Vorrichtungen werden mehrere Schichten bzw. Lagen von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers abgeschieden und davon entfernt. Dünne Schichten aus leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können unter Verwendung einer Anzahl von Abscheidtechniken abgeschieden werden. Übliche Abscheidtechniken bei einer modernen Waferbearbeitung umfassen bzw. beinhalten unter anderem eine physikalische Dampfabscheidung (PVD), die auch als Sputtern bekannt ist, eine chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaverstärkte, chemische Dampfabscheidung (PECVD) und ein elektronisches Plattieren. Übliche Entfernungstechniken enthalten unter anderem ein nasses und trockenes, isotropes und anisotropes Ätzen.
Da Materialschichten sequentiell abgeschieden und entfernt werden, wird die oberste Oberfläche des Wafers uneben bzw. nicht-planar. Da ein nachfolgendes Halbleiterbearbeiten (z.B. eine Metallisierung) erfordert, daß der Wafer eine ebene bzw. flache Oberfläche aufweist, muß der Wafer planarisiert bzw. eingeebnet werden. Ein Einebnen ist zum Entfernen einer untererwünschten Oberflächentopographie und von Oberflächendefekten, wie rauhen Oberflächen, agglomerierten Materialien, Kristallgitterschäden, Kratzern und kontaminierten Schichten oder Materialien verwendbar bzw. nützlich.
Ein chemisch mechanisches Ebnen oder chemisch mechanisches Polieren (CMP) ist eine übliche Technik, die verwendet wird, um Werkstücke, wie Halbleiterwafer einzuebnen. In konventionellen CMP wird ein Waferträger oder Polierkopf auf einer Trägeranordnung montiert bzw. festgelegt. Der Polierkopf hält den Wafer und positioniert den Wafer in Kontakt mit einer Polierschicht eines Polierkissens innerhalb einer CMP Vorrichtung. Die Trägeranordnung stellt einen steuer- bzw. regelbaren Druck zwischen dem Wafer und dem Polierkissen zur Verfügung. Simultan dazu wird eine Aufschlämmung oder ein anderes Poliermedium auf das Polierkissen und in den Spalt zwischen dem Wafer und der Polierschicht fließen gelassen. Um ein Polieren auszuführen bzw. zu bewirken, werden das Polierkissen und der Wafer relativ zueinander bewegt, typischerweise gedreht. Die Waferoberfläche wird durch eine chemische und mechanische Tätigkeit der Polierschicht und des Poliermediums auf der Oberfläche poliert und eben gemacht. Wenn bzw. da das Polierkissen unter dem Wafer rotiert, spült der Wafer eine typischerweise ringförmige Polierspur oder einen Polierbereich aus bzw. überstreicht diese(n), wobei die Waferoberfläche direkt der Polierschicht gegenüberliegt.
Wichtige Betrachtungen beim Ausbilden einer Polierschicht enthalten unter anderem die Verteilung eines Poliermediums über die Fläche der Polierschicht, den Fluß von frischem Poliermedium in die Polierspur, den Fluß von verwendetem Poliermedium aus der Polierspur und die Menge von Poliermedium, welche durch die Polierzone im wesentlichen unbenutzt fließt. Ein Weg zum Adressieren bzw. Berücksichtigen dieser Betrachtungen ist es, die Polierschicht mit Nuten bzw. Rillen zu versehen bzw. zur Verfügung zu stellen. Über die Jahre wurde eine Anzahl von unterschiedlichen Rillenmustern und Konfigurationen implementiert. Konventionelle bzw. bekannte Rillenmuster umfassen bzw. enthalten unter anderem radiale, konzentrisch-kreisförmige, kartesische Gitter und spiralige. Konventionelle Rillenkonfigurationen enthalten Konfigurationen, worin die Tiefe von allen Rillen gleichmäßig über alle Rillen ist, und Konfigurationen, wo die Tiefe der Rillen von einer Rille zur anderen variiert.
Es ist allgemein anerkannt unter CMP Praktikern, daß bestimmte Rillenmuster in einem höheren Aufschlämmungsverbrauch resultieren als andere, um vergleichbare Materialentfernungs-Geschwindigkeiten bzw. -Raten zu erzielen. Kreisförmige Rillen, welche nicht mit dem Außenumfang der Polierschicht verbinden, tendieren dazu, weniger Aufschlämmung zu verbrauchen als radiale Rillen, welche den kürzestmöglichen Pfad für eine Aufschlämmung zur Verfügung stellen, um den Kissenumfang unter den Kräften zu erreichen, die aus der Rotation des Kissens resultieren. Kartesische Gitter von Rillen, welche Pfade verschiedener Längen zu dem Außenumfang der Polierschicht zur Verfügung stellen, halten eine zwischenliegende Position.

Verschiedene Rillenmuster wurden in dem Stand der Technik geoffenbart, welche versuchen, einen Aufschlämmungsverbrauch zu reduzieren und eine Aufschlämmungsretentionszeit auf der Polierschicht zu maximieren. Beispielsweise offenbart U.S. Patent Nr. 6,241,596 von Osterheld et al. ein rotationsartiges Polierkissen, das Rillen aufweist, die Zickzack-Kanäle definieren, welche allgemein strahlenförmig nach außen von der Mitte des Kissens ausgehen. In einer Ausbildung enthält das Kissen von Osterheld et al. ein rechteckiges "x-y"-Gitter von Rillen. Die Zickzack-Kanäle sind bzw. werden durch ein Blockieren von gewählten der Schnitte bzw. Kreuzungspunkte zwischen den Rillen in x- und y-Richtung definiert, während andere Schnitte unblockiert bleiben. In einer anderen Ausbildung enthält das Kissen von Osterheld et al. eine Mehrzahl von diskreten bzw. gesonderten, allgemein radialen Zickzack-Rillen. Allgemein inhibieren die Zickzack-Kanäle, die in dem x-y-Gitter von Rillen oder durch die diskreten Zickzack-Rillen definiert sind, den Fluß einer Aufschlämmung durch die entsprechenden Rillen wenigstens relativ zu einem nicht behinderten rechteckigen x-y-Gitter von Rillen und geraden radialen Rillen. Ein anderes Rillenmuster gemäß dem Stand der Technik, welches beschrieben wurde, daß es eine erhöhte Aufschlämmungsretentionszeit zur Verfügung stellt, ist ein spiraliges Rillenmuster, von welchem angenommen wird, daß es die Aufschlämmung zu dem Zentrum der Polierschicht unter der Kraft einer Kissenrotation drückt.

Forschung und ein Modellieren von CMP bisher, enthaltend neueste Computer-Fluiddynamiksimulationen haben gezeigt, daß in Netzwerken von Rillen, die eine feststehende oder sich stufenweise bzw. zunehmend verändernde Tiefe aufweisen, eine signifikante Menge an Polieraufschlämmung nicht den Wafer kontaktieren können wird, da die Aufschlämmung in dem tiefsten Abschnitt von jeder Rille unter dem Wafer ohne Kontakt fließt bzw. strömt. Während Rillen mit einer minimalen Tiefe zur Verfügung gestellt sein müssen, um zuverlässig eine Aufschlämmung zu fördern, wenn sich die Oberfläche des Polierkissens abschleift bzw. verschleißt, wird jede übermäßige Tiefe darin resultieren, daß ein Teil der Aufschlämmung, die auf der Polierschicht zur Verfügung gestellt ist, nicht verwendet wird, da in konventionellen Polierschichten ein nicht unterbrochener Strömungs- bzw. Flußpfad unter dem Werkstück existiert, worin die Aufschlämmung fließt, ohne am Polieren teilzunehmen. Dement sprechend besteht ein Erfordernis für eine Polierschicht, die Rillen aufweist, die in einer Weise angeordnet sind, welche die Menge einer mangelnden bzw. Unterbenutzung einer Aufschlämmung reduziert, die der Polierschicht zur Verfügung gestellt ist, und folglich die Verschwendung an Aufschlämmung reduziert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In einem Aspekt der Erfindung ist die Erfindung ein Polierkissen, umfassend: a) eine Polierschicht, die konfiguriert ist, um eine Oberfläche von wenigstens einem eines magnetischen, optischen oder Halbleitersubstrats in der Anwesenheit eines Poliermediums zu polieren, wobei die Polierschicht eine Rotationsachse und eine ringförmige Polierspur konzentrisch zur Rotationsachse aufweist; und b) eine Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen, die in der Polierschicht ausgebildet sind und in einer Mehrzahl von Gruppen jeweils entlang einer Trajektorie bzw. Bahn angeordnet sind, die sich durch die ringförmige Polierspur erstreckt, wobei einige der Mehrzahl der Rillen innerhalb jeder Gruppe ein überlappendes abgestuftes Muster innerhalb der ringförmigen Polierspur ausbildet.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Polierkissen, umfassend: a) eine Polierschicht, die konfiguriert ist, um eine Oberfläche von wenigstens einem eines magnetischen, optischen oder Halbleitersubstrats in der Anwesenheit eines Poliermediums zu polieren, wobei die Polierschicht eine Rotationsachse und eine ringförmige Polierspur konzentrisch zu der Rotationsachse aufweist; und b) eine Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen, die in der Polierschicht ausgebildet sind und in einer Mehrzahl von Gruppen jeweils entlang einer Trajektorie ausgebildet sind, welche sich durch die ringförmige Polierspur erstreckt, wobei einige der Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen innerhalb jeder Gruppe wenigstens eine überlappende Stufe innerhalb der ringförmigen Polierspur ausbilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines chemischen mechanischen Poliersystems (CMP) der vorliegenden Erfindung;

2A ist eine Draufsicht auf das Polierkissen von 1, das eine Mehrzahl von überlappenden abgestuften Rillen aufweist, die in Gruppen angeordnet sind, die voneinander in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Kissen beabstandet sind; 2B ist eine Draufsicht auf das Polierkissen von 2A, das eine der voneinander beabstandeten Gruppen von Rillen illustriert;

3A ist eine Draufsicht auf ein alternatives Polierkissen der vorliegenden Erfindung, das eine Mehrzahl von überlappenden abgestuften Rillen aufweist, die in Gruppen angeordnet sind, die ineinander aufgenommen bzw. miteinander verschachtelt sind in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Kissen; und 3B ist eine Draufsicht auf das Polierkissen von 3A, das eine der verschachtelten Gruppen von Rillen und das Verschachteln der Gruppen illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Indem nun auf die Zeichnungen bezug genommen wird, zeigt 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein chemisch mechanisches (CMP) Poliersystem, welches allgemein durch das Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Das CMP System 100 umfaßt bzw. enthält ein Polierkissen 104, das eine Polierschicht 108 aufweist, welche eine Mehrzahl von Rillen 112 enthält, die angeordnet und konfiguriert sind, um die Verwendung eines Poliermediums 116 zu verbessern, das auf das Polierkissen während eines Polierens eines Halbleiterwafers 120 oder eines anderen Werkstücks, wie Glas, Siliziumwafer und magnetische Informationsspeicherdisketten unter anderem aufgebracht ist. Der Einfachheit halber wird der Ausdruck "Wafer" in der Beschreibung unten verwendet. Jedoch werden Fachleute erkennen, daß Werkstücke verschieden von Wafern innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen. Das Polierkissen 104 und seine einzigartigen Merkmale werden unten im Detail beschrieben.
Das CMP System 100 kann eine Polierplatte 124 enthalten, die um eine Achse 128 durch einen Plattenantrieb (nicht gezeigt) drehbar ist. Die Platte 124 kann eine obere Fläche bzw. Oberfläche aufweisen, auf welcher das Polierkissen 104 montiert bzw. festgelegt ist. Ein Waferträger 132, der um eine Achse 136 drehbar ist, kann über der Polierschicht 108 abgestützt sein. Der Waferträger 132 kann eine untere Fläche bzw. Oberfläche aufweisen, welche den Wafer 120 ergreift. Der Wafer 120 hat eine Oberfläche 140, welche der Polierschicht 108 gegenüberliegt und während eines Polierens eingeebnet wird. Der Waferträger 132 kann durch eine Trägersupportanordnung (nicht gezeigt) abgestützt sein bzw. werden, die adaptiert ist, um den Wafer 120 zu rotieren und eine nach unten gerichtete Kraft F zur Verfügung zu stellen, um eine Waferoberfläche 140 gegen die Polierschicht 108 zu pressen, so daß ein gewünschter Druck zwischen der Waferoberfläche und der Polierschicht während eines Polierens existiert.
Das CMP System 100 kann auch ein Zufuhrsystem 144 zum Zuführen von Poliermedium 116 zur Polierschicht 108 enthalten. Das Zufuhrsystem 144 kann ein Reservoir (nicht gezeigt), z.B. ein temperaturgesteuertes bzw. -geregeltes Re servoir enthalten, welches das Poliermedium 116 enthält. Eine Leitung 148 kann Poliermedium 116 von dem Reservoir bzw. Vorratsbehälter zu einem Ort benachbart dem Polierkissen 104 tragen bzw. fördern, wo das Poliermedium auf die Polierschicht 108 abgegeben bzw. ausgebracht wird. Ein Fluß-Steuer- bzw. -Regelventil (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um die Abgabe des Poliermediums 116 auf das Kissen 104 zu steuern bzw. zu regeln. Während der Poliertätigkeit dreht der Plattenantrieb die Platte 124 und das Polierkissen 104 und das Zufuhrsystem 144 wird aktiviert, um das Poliermedium 116 auf das rotierende Polierkissen abzugeben. Das Poliermedium 116 breitet sich über die Polierschicht 108 aufgrund der Rotation des Polierkissens 104 aus, enthaltend den Spalt bzw. Abstand zwischen dem Wafer 120 und dem Polierkissen 104. Der Waferträger 132 kann bei einer gewählten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl, z.B. 0 U/min bis 150 U/min gedreht sein bzw. werden, so daß sich die Waferoberfläche 140 relativ zur Polierschicht 108 bewegt. Der Waferträger 132 kann auch gesteuert bzw. geregelt werden, um eine nach unten gerichtete Kraft F zur Verfügung zu stellen, um einen gewünschten Druck, z.B. 0 psi bis 15 psi (0 kPa bis 103 kPa) zwischen dem Wafer 120 und dem Polierkissen 104 zu induzieren bzw. zur Verfügung zu stellen. Die Polierplatte 124 wird typischerweise bei einer Geschwindigkeit bzw. Drehzahl von 0 bis 150 U/min gedreht. Wenn das Polierkissen 104 unter dem Wafer 120 gedreht wird, überstreicht die Oberfläche 140 des Wafers eine typischerweise ringförmige Waferspur oder Polierspur 152 auf der Polierschicht 108.
Es wird festgehalten, daß unter bestimmten Umständen die Polierspur 152 nicht strikt kreisförmig sein kann. Beispielsweise würde, wenn die Oberfläche 140 des Wafers 120 länger in einer Richtung als in einer anderen ist und der Wafer und das Polierkissen 104 bei speziellen Geschwindigkeiten gedreht werden, so daß diese Abmessungen immer in derselben Weise an denselben Orten auf der Polierschicht 108 orientiert sind, die Polierspur 152 allgemein kreis- bzw. ringförmig sein, jedoch eine Breite aufweisen, welche von der längeren Abmessung zu der kürzeren Abmessung variiert. Ein ähnlicher Effekt würde bei bestimmten Rotationsgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen auftreten, wenn die Oberfläche 140 des Wafers 120 biaxial symmetrisch wäre, wie bei einer kreisförmigen oder quadratischen Form, wobei jedoch der Wafer außerhalb des Zentrums relativ zu dem Rotationszentrum dieser Oberfläche festgelegt bzw. montiert ist. Noch ein weiteres Beispiel, wenn eine Polierspur 152 nicht vollständig kreisförmig sein würde, ist, wenn der Wafer 120 in einer Ebene parallel zur Polierschicht 108 oszilliert wird und das Polierkissen 104 bei einer Geschwindigkeit gedreht wird, so daß der Ort des Wafers aufgrund der Oszillation relativ zu der Polierschicht derselbe bei jeder Umdrehung des Kissens ist. In all diesen Fällen, welche typischerweise Ausnahmen sind, ist die Polierspur 152 immer noch ringförmig in der Art, so daß alle unter den Bereich des Begriffs "ringförmig" fallen, wie dieser Begriff in den beiliegenden Ansprüchen verwendet wird.
2A und 2B illustrieren das Polierkissen 104 von 1 in größerem Detail als 1. Bezugnehmend sowohl auf 2A als auch 2B sind die Rillen 112 allgemein in einer Mehrzahl von Gruppen 160 angeordnet, welche in einer allgemein radialen Weise um die Rotationsachse 128 des Polierkissens 104 verteilt sind und vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise zueinander identisch sind. Jede Gruppe 160 kann eine Anzahl N von Rillen 112 enthalten, wobei N > 2 ist. In dem vorliegenden Beispiel enthält jede Gruppe 160 vier Rillen 112, d.h. N = 4. Rillen 112 inner halb einer Gruppe 160 sind so angeordnet und konfiguriert, um zu definieren, was als eine "überlappende abgestufte Anordnung" beschrieben werden kann, die allgemein entlang einer Trajektorie bzw. Bahn 164 liegt. Jede Rille 112 innerhalb einer Gruppe 160 kann betrachtet werden, daß sie ein radial nach innen gerichtetes Ende 166 und ein radial nach außen gerichtetes Ende 168 aufweist. Folglich bezieht sich der "überlappende" Abschnitt der vorangehenden Beschreibung auf die radial nach innen und nach außen gerichteten Enden 166, 168 von unmittelbar benachbarten Rillen 112, die voneinander in einer Umfangsrichtung 170 relativ zu dem Polierkissen 104 entlang einer Überlappungslänge L ungleich null sind. Der "abgestufte" Abschnitt bzw. Bereich der vorhergehenden Beschreibung bezieht sich auf benachbarte von überlappenden Rillen 112 in jeder Gruppe 160, die voneinander um einen Abstand D beabstandet oder versetzt sind, um allgemein einen diskontinuierlichen Poliermediumflußpfad entlang der Trajektorie 164 auszubilden. Wenn jede Trajektorie 164 von einem ihrer Enden zu dem anderen überquert wird, hat jede Versetzung allgemein das Aussehen einer Treppenstufe angetroffen. Daher kann jede dieser Versetzungen betrachtet werden, daß sie eine Stufe definiert und genauer eine überlappende Stufe 172, die eine Überlappungslänge L aufweist.
Wie oben erwähnt, können die Rillen 112 jeder Gruppe 160 in jeder Anzahl N > 2 vorliegen. Folglich wird jede Gruppe 160 N-1 überlappende Stufen 172 aufweisen. Aus unmittelbar unten diskutierten Gründen sollten alle überlappenden Stufen 172 innerhalb der Polierspur 152 angeordnet sein. Allgemein ist es ein primäres Konzept, das den Gruppen 160 zugrunde liegt, einen unterteilten bzw. segmentierten Pfad für ein Poliermedium zur Verfügung zu stellen, um innerhalb der Polierspur 152 zu fließen. Wenn ein Po liermedium innerhalb von einer der Rillen 112 vorhanden ist, fließt es typischerweise innerhalb dieser Rille unter dem Einfluß einer Zentrifugalkraft, wenn bzw. da das Polierkissen 104 während eines Polierens gedreht wird. Jedoch tendiert das Poliermedium dazu, nicht von einer Rille 112 zu einer benachbarten Rille über die Steg- bzw. Landbereiche 174 dazwischen unter dem Einfluß dieser Zentrifugalkraft zu fließen bzw. zu strömen. Statt dessen wird das Poliermedium allgemein von einer Rille 112 zu einer nächsten benachbarten Rille über den Rippen- bzw. Landbereich 174 primär durch die Wechselwirkung des Wafers 120 mit dem Poliermedium auf der Polierschicht 108 bewegt, wenn der Wafer dem Polierkissen 104 gegenüberliegend rotiert wird oder rotiert und oszilliert wird.
Indem Gruppen 160 von diskontinuierlichen Nuten 112 zur Verfügung gestellt werden, kann das Poliermedium effektiver als in konventionellen Polierkissen (nicht gezeigt) verwendet werden, die kontinuierliche Rillen aufweisen, die sich durch ihre Polierspuren erstrecken. Allgemein ist dies deshalb so, da sich das Poliermedium zu der Umfangskante bzw. dem Umfangsrand 176 des Polierkissens 104 von einer Rille 112 zu der nächsten Rille 112 im wesentlichen nur dann vorbewegt, wenn der Wafer 120 vorhanden ist, um das Poliermedium über die Landbereiche 174 zu bewegen. Dies ist im Gegensatz zu der typischen Situation mit kontinuierlichen Rillen (nicht gezeigt), in welchen das Poliermedium zu der Umfangskante des Polierkissens, selbst wenn der Wafer nicht vorhanden ist, einfach aufgrund der Rotation des Polierkissens fortschreitet bzw. sich vorwärts bewegt.
Wenn jede Gruppe 160 drei oder mehr Rillen 112 aufweist und entsprechend zwei oder mehr überlappende Stufen 172 innerhalb der Polierspur 152 angeordnet sind, wird jede Anzahl N-2 der Rillen typischerweise einen geradlinigen End-zu-End-Abstand S (d.h. einen Abstand entlang einer geraden Linie, die die Endpunkte 166, 168 der betrachteten Rille verbindet) aufweisen, der kleiner als die Breite W der Polierspur 152 ist. In dem exemplarischen bzw. beispielhaften Polierkissen 104 stellen die vier Rillen 112 in jeder Gruppe 160 drei überlappende Stufen 172 zur Verfügung, die vollständig innerhalb der Polierspur 152 angeordnet sind. Folglich haben zwei der vier Rillen 112 in jeder Gruppe 160 geradlinige Abstände S kürzer als die Breite W der Polierspur 152. Tatsächlich weisen in diesem Beispiel alle vier Rillen 112 innerhalb jeder Gruppe 160 geradlinige Abstände S kürzer als die Breite W auf. Es ist festzuhalten, daß die Beziehung S < W nicht für jedes Design gilt. Beispielsweise, für N = 3 mit zwei überlappenden Stufen 172 innerhalb der Polierspur 152 kann der geradlinige Abstand S gleich oder größer als die Breite W sein, insbesondere wenn die Trajektorie 164 eine relativ große Umfangskomponente innerhalb der Polierspur aufweist.
Die Polierspur 152 wird typischerweise eine allgemein kreisförmige innere Grenze 180 aufweisen, die von der Rotationsachse 128 des Polierkissens 104 beabstandet ist und eine allgemein kreisförmige Außengrenze 184 nahe zu, jedoch beabstandet von der Umfangskante 176 des Kissens. Die Innengrenze 180 definiert typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise einen zentralen Bereich 188 der Polierschicht 108. In gleicher Weise definieren die Außengrenze 184 und die Umfangskante 176 typischerweise einen Umfangsbereich 190. Es wird festgehalten, daß einer, der andere oder beide des zentralen Bereichs 188 und des Umfangsbereichs 190 nicht vorhanden sein können. Der zentrale Bereich bzw. die zentrale Region 188 würde nicht vorhanden sein, wenn die innere Grenze 180 mit der Rotationsachse 128 des Polierkissens 104 zusammenfällt oder die Rotationsachse in der Polierspur 152 enthalten wäre. Der Umfangsbereich 190 würde nicht vorhanden sein, wenn die Außengrenze 184 mit der Umfangskante 176 zusammenfällt.
In einem CMP System, welches das Polierkissen 104 verwendet, das den zentralen Bereich 188 aufweist, und welches ein Poliermedium zu dem Kissen in dem zentralen Bereich zur Verfügung stellt, wie das CMP System 100 von 1, kann jede Gruppe 160 von Rillen 112 eine radial innerste Rille 192 beinhalten, welche sich von dem zentralen Bereich in die Polierspur 152 erstreckt. Auf diese Weise können die Rillen 192 bei einem Bewegen des Poliermediums von dem zentralen Bereich 188 zu der Polierspur 152 während eines Polierens beitragen bzw. unterstützen. Wie oben erwähnt, wird das Poliermedium dazu tendieren, innerhalb der Rillen 112, enthaltend die Rillen 192 zu fließen, selbst wenn der Wafer 120 nicht vorhanden ist. Wenn die Rillen 192 größtenteils radial sind, werden die Zentrifugalkräfte, die durch ein Rotieren des Polierkissens 104 mit bzw. bei einer konstanten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl erzeugt werden, dazu tendieren, das Poliermedium zu veranlassen, innerhalb dieser Rillen bzw. Nuten zu der Umfangskante 176 des Kissens fließen zu lassen.
Wenn das Polierkissen 104 einen Umfangsbereich 190 enthält, kann jede Gruppe 160 von Rillen 112 eine radial äußerste Rille 194 enthalten, welche sowohl in der Polierspur 152 als auch dem Umfangsbereich vorhanden ist. In Abhängigkeit von ihrer Ausrichtung relativ zu der Rotationsrichtung des Polierkissens 104 tendieren die Rillen 194 dazu, den Transport des Poliermediums aus der Polierspur 152 zu unterstützen. Einige, keine oder alle der radial am weitesten außen liegenden Rillen 194 kann bzw. können sich zur Umfangskante 176 in Abhängigkeit von einem speziellen Design erstrecken. Ein Erstrecken der äußersten Rillen 194 zu der Umfangskante 176 tendiert dazu, ein Poliermedium aus dem Umfangsbereich 190 und von dem Polierkissen 104 mit einer höheren Geschwindigkeit bzw. Rate zu transportieren als dies auftreten würde, wenn die Rillen kurz vor der Umfangskante enden würden. Für bestimmte Ausrichtungen bzw. Orientierungen ist dies so aufgrund der Tendenz des Poliermediums, innerhalb der Rillen 194 unter dem Einfluß der Rotation des Polierkissens 104 zu fließen.
Die Trajektorie 164 von jeder Gruppe 160 kann allgemein jede gewünschte Form aufweisen, wie unter anderem die gekrümmte Form, die gezeigt ist, jegliche gekrümmte Form, die eine größere oder eine kleinere Krümmung als die Krümmung aufweist, die gezeigt ist, oder eine Krümmung in der entgegengesetzten Richtung von der gezeigten Richtung, gerade, entweder in einer radialen Richtung oder abgewinkelt dazu oder eine wellige oder Zickzackform. Gruppen 160 können voneinander in Umfangsrichtung 170 beabstandet sein, wie dies gezeigt ist, oder alternativ können sie ineinander aufgenommen bzw. verschachtelt sein, wie dies in 3A illustriert ist, wie dies unten beschrieben ist. Allgemein ist eine Gruppe 160 relativ zu einer unmittelbar benachbarten Gruppe "räumlich beabstandet", wenn eine Zwischenlinie 196, die denselben Charakter wie die Trajektorie 164 aufweist, mitten zwischen den Trajektorien der zwei Gruppen gezeichnet werden kann und alle Rillen 112 einer Gruppe auf einer Seite der Zwischenlinie liegen und alle Rillen der anderen Gruppe auf der anderen Seite Zwischenlinie liegen.
3A und 3B illustrieren ein alternatives Polierkissen 300 der vorliegenden Erfindung, welches mit einem CMP System, wie einem CMP System 100 von 1 verwendet werden kann. Wie dies am besten in 3B gesehen werden wird, ist ein Basiskonstrukt des Polierkissens 300 die An ordnung von Rillen 304 in eine Mehrzahl von überlappenden abgestuften Gruppen 308 allgemein parallel zu Trajektorien 312 in einer Weise, die virtuell identisch zu der Art der Rillen 112 des Polierkissens 104 von 2A und 2B ist, welche in Gruppen 160 entlang der entsprechenden Trajektorien 164 angeordnet sind. Für eine detaillierte Beschreibung der Anordnung der Rillen 304 innerhalb jeder Gruppe 308 von 3A und 3B kann die vorangehende Beschreibung der Anordnung der Rillen 112 mit jeder Gruppe 160 von 2A und 2B in Analogie verwendet werden. In dem beispielhaften Polierkissen 300 von 3A und 3B enthält jede Gruppe 308 sechs Rillen 304, welche fünf überlappende Stufen 316 allgemein parallel zur Trajektorie 312 innerhalb eines ringförmigen Polierbereichs 320 bilden. Die überlappende abgestufte Anordnung von Rillen 304 stellt eine Funktionalität ähnlich zur Funktionalität der Rillenanordnung zur Verfügung, die oben im Zusammenhang mit 2A und 2B beschrieben ist. Ähnlich den Gruppen 160 von 2A und 2B können die Gruppen 308 von 3A und 3B jede Anzahl N von Rillen 304 und eine entsprechende Anzahl N-1 von überlappenden Stufen 316 aufweisen. In gleicher Weise können die Trajektorien 312 der Gruppen 308 irgendwelche der Formen aufweisen, die oben betreffend die Trajektorien 164 von 2B beschrieben sind. Darüber hinaus können wenigstens die N-2 Rillen 304, die vollständig innerhalb der Polierspur 320 enthalten sind, jeweils einen Abstand S' einer geraden Linie kleiner als die Breite W' der Polierspur 320 aufweisen.
Während Gruppen 160 von Rillen 112 in 2A als von unmittelbar benachbarten Gruppen beabstandet betrachtet werden, werden Gruppen 308 von 3A als innerhalb benachbarter Gruppen verschachtelt bzw. aufgenommen betrachtet. Das Verschachteln der Gruppen 308 wird am besten im Zusammenhang mit Gruppen G₁, G₂, G₃ und G_n von 3B gesehen, welche insbesondere derart zur Erleichterung der Darstellung bzw. Illustration numeriert sind. Gruppe G₁ enthält sechs Rillen G₁1, G₁2, G₁3, G₁4, G₁5, G₁6. In gleicher Weise enthalten die Gruppen G₂ und G₃ Rillen G₂1, G₂2, G₂3, G₂4, G₂5, G₂6 und Rillen G₃1, G₃2, G₃3, G₃4, G₃5, G₃6. In einem breiten Sinn bedeutet das "Verschachteln" von benachbarten Gruppen 308, daß eine Zwischenlinie (nicht gezeigt, jedoch ähnlich zur Zwischenlinie 196 von 2A), welche denselben Charakter wie Trajektorien 312 aufweist, welche in der Mitte zwischen zwei benachbarten Trajektorien liegt, nicht eine Gruppe von einer anderen unterteilt bzw. trennt. Statt dessen liegen die Rillen 304 von jeder der zwei benachbarten Gruppen 308 und möglicherweise sogar Rillen von anderen Gruppen auf beiden Seiten der Zwischenlinie. In einer speziellen Implementierung von verschachtelten Gruppen 308 sind bestimmte der Rillen 304 von einer Gruppe so angeordnet, daß sie mit bestimmten Rillen in anderen Gruppen ausgerichtet sind bzw. fluchten. Dies ist in 3A gezeigt und insbesondere in 3B im Zusammenhang mit den Gruppen G₁, G₂, G₃ und G_n illustriert. Es ist festzuhalten, daß ein Verschachteln nicht notwendigerweise erfordert, daß die Rillen 304 von Gruppe 308 mit irgendwelchen der Rillen einer anderen Gruppe ausgerichtet sind.
Indem speziell auf 3B bezug genommen wird, wird gesehen, daß, wenn die Gruppe G₂ mit der Gruppe G₁ verschachtelt ist, die Rille G₂3 von Gruppe G₂ mit der Rille G₁1 von Gruppe G₁ ausgerichtet ist. In gleicher Weise ist die Rille G₂4 von Gruppe G₂ mit der Rille G₁2 von Gruppe G₁ ausgerichtet. Dann ist, wenn die Gruppe G₃ in den Gruppen G₂ und G₁ verschachtelt ist, die Rille G₃6 von Gruppe G₃ mit den Rillen G₂4 und G₁2 der Gruppen G₂ und G₁ ausgerichtet.
In ähnlicher Weise ist die Rille G₃5 von Gruppe G₃ mit den Rillen G₂3 und G₁1 der Gruppen G₂ und G₁ ausgerichtet. Dieses Verschachteln schreitet in Umfangsrichtung 324 fort, bis die Gruppe G_n schließlich mit der Gruppe G₁ verschachtelt ist, wenn die Rille G_n1 mit der Rille G₁3 ausgerichtet ist, die Rille G_n2 mit der Rille G₁4 ausgerichtet ist, die Rille G_n3 mit der Rille G₁5 ausgerichtet ist und die Rille G_n4 mit der Rille G₁6 ausgerichtet ist. Dieses Verschachteln, das durch die Anordnung von Rillen G_n1–6 zur Verfügung gestellt ist, die in 3B gezeigt sind, verstärkt eine Aufschlämmungsbewegung unter dem Wafer durch ein Erzeugen von mehreren Serien und parallelen Pfaden für die Aufschlämmung, um von einer Rille zu einer benachbarten Rille zu wandern, was es der Aufschlämmung ermöglicht bzw. erlaubt, sich über Steg- bzw. Landbereiche sowohl entlang eines abgestuften Pfads, der durch eine Gruppe von Rillen zur Verfügung gestellt ist, als auch entlang des glatten segmentierten Pfads vorwärts zu bewegen, der gemeinsam durch einige der Rillen in benachbarten verschachtelten Gruppen zur Verfügung gestellt wird, welche miteinander ausgerichtet sind.

Claims

Polierkissen, umfassend: a) eine Polierschicht, die konfiguriert ist, um eine Oberfläche von wenigstens einem eines magnetischen, optischen oder Halbleitersubstrats in der Anwesenheit eines Poliermediums zu polieren, wobei die Polierschicht eine Rotationsachse und eine ringförmige Polierspur konzentrisch zur Rotationsachse aufweist; und b) eine Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen, die in der Polierschicht ausgebildet sind und in einer Mehrzahl von Gruppen jeweils entlang einer Trajektorie angeordnet sind, die sich durch die ringförmige Polierspur erstreckt, wobei einige der Mehrzahl der Rillen innerhalb jeder Gruppe ein überlappendes abgestuftes Muster innerhalb der ringförmigen Polierspur ausbilden.
Polierkissen nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Gruppen voneinander in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse beabstandet ist.
Polierkissen nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Gruppen ineinander in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse verschachtelt ist.
Polierkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Mehrzahl von Gruppen wenigstens drei Rillen umfaßt.
Polierkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trajektorie von jeder der Mehrzahl von Gruppen gekrümmt ist.
Polierkissen nach Anspruch 5, wobei das Polierkissen eine Design-Rotationsrichtung aufweist und die Trajektorie von jeder der Mehrzahl von Gruppen in der Design-Rotationsrichtung gekrümmt ist.
Polierkissen, umfassend: a) eine Polierschicht, die konfiguriert ist, um eine Oberfläche von wenigstens einem eines magnetischen, optischen oder Halbleitersubstrats in der Anwesenheit eines Poliermediums zu polieren, wobei die Polierschicht eine Rotationsachse und eine ringförmige Polierspur konzentrisch zu der Rotationsachse aufweist; und b) eine Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen, die in der Polierschicht ausgebildet sind und in einer Mehrzahl von Gruppen jeweils entlang einer Trajektorie angeordnet sind, welche sich durch die ringförmige Polierspur erstreckt, wobei einige der Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen innerhalb jeder Gruppe wenigstens eine überlappende Stufe innerhalb der ringförmigen Polierspur ausbilden.
Polierkissen nach Anspruch 7, wobei einige der Mehrzahl von Nuten bzw. Rillen innerhalb jeder Gruppe wenigstens zwei überlappende Stufen innerhalb der ringförmigen Polierspur ausbilden.
Polierkissen nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Kissen weiterhin eine Umfangskante bzw. -band umfaßt und die ringförmige Polierspur eine innere kreisförmige Grenze beinhaltet, wobei die Polierschicht weiterhin einen zentralen Bereich, der durch die innere kreisförmige Grenze der ringförmigen Polierspur definiert ist, und einen Umfangsbereich beinhaltet, der zwischen der ringförmigen Polierspur und der Umfangskante des Kissens angeordnet ist, wobei jede der Mehrzahl von Gruppen eine innere Rille, die nur in dem zentralen Bereich, und der ringförmigen Polierspur vorhanden ist, und eine äußere Rille enthält, die nur in der ringförmigen Polierspur und dem Umfangsbereich vorhanden ist.
Polierkissen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die ringförmige Polierspur eine Breite aufweist und jede Rille in jeder der Mehrzahl von Rillen eine Länge kürzer als die Breite der ringförmigen Polierspur aufweist.