DE102006016312A1 - Radial ausgerichtetes Polierkissen - Google Patents

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Abstract

Das Polierkissen ist zum Polieren von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet. Das Kissen umfasst eine Polierschicht mit einem Drehzentrum und einer ringförmigen Polierspur, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist. Die Breite der ringförmigen Polierspur weist keine nicht-radialen Rillen auf. Ferner weist das Kissen eine Mehrzahl radialer Mikrokanäle in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur auf, wobei der größte Teil der radialen Mikrokanäle in erster Linie eine radiale Orientierung und eine durchschnittliche Breite von weniger als 50 mum aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Polierkissen für das chemisch-mechanische Polieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung konditionierte Polierkissen, die zum chemisch-mechanischen Polieren magnetischer Substrate, optischer Substrate und von Halbleitersubstraten geeignet sind.
  • Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen elektronischen Vorrichtungen werden mehrere Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers abgeschieden und davon entfernt. Dünne Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können durch eine Anzahl von Abscheidungstechniken abgeschieden werden. Gebräuchliche Abscheidungstechniken bei einer modernen Waferverarbeitung umfassen unter anderem eine physikalische Dampfabscheidung (PVD), die auch als Sputtern bekannt ist, eine chemische Dampfabscheidung (CVD), eine Plasma-verstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) und ein elektrochemisches Plattieren. Gebräuchliche Entfernungstechniken umfassen unter anderem isotropes und anisotropes Nass- und Trockenätzen.
  • Da Schichten von Materialien aufeinander folgend abgeschieden und entfernt werden, wird die oberste Oberfläche des Wafers nicht-Planar. Da eine anschließende Halbleiterverarbeitung (z.B. eine Metallisierung) erfordert, dass der Wafer eine flache Oberfläche aufweist, muss der Wafer planarisiert werden. Die Planarisierung ist zur Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie und von Oberflächendefekten, wie z.B. rauhen Oberflächen, agglomerierten Materialien, Kristallgitterbeschädigungen, Kratzern und kontaminierten Schichten oder Materialien geeignet. Die Planarisierung wird im Wafermaßstab als Einheitlichkeit gemessen. Typischerweise wird eine Dünnfilmdicke an mehreren zehn bis hunderten von Punkten auf der Oberfläche des Wafers gemessen und die Standardabweichung wird berechnet. Die Planarisierung wird auch am Vorrichtungsmerkmalsmaßstab gemessen. Diese Nanotopographie wird unter anderem als Dishing und Erosion gemessen. Eine typische Nanotopographie wird bei einer höheren Frequenz aufgelöst, jedoch über einem kleineren Bereich gemessen.
  • Das chemisch-mechanische Planarisieren oder chemisch-mechanische Polieren (CMP) ist eine gebräuchliche Technik, die zum Planarisieren oder Polieren von Werkstücken, wie z.B. von Halbleiterwafern, verwendet wird. Bei dem herkömmlichen CMP wird ein Waferträger oder Polierkopf auf einer Trägeranordnung montiert. Der Polierkopf hält den Wafer und positioniert den Wafer in Kontakt mit einer Polierschicht eines Polierkissens innerhalb einer CMP-Vorrichtung. Die Trägeranordnung stellt einen steuerbaren Druck zwischen dem Wafer und dem Polierkissen bereit. Gleichzeitig fließt eine Aufschlämmung oder ein anderes Poliermedium auf das Polierkissen und in den Spalt zwischen dem Wafer und der Polierschicht. Um ein Polieren zu bewirken, drehen sich das Polierkissen und der Wafer typischerweise relativ zueinander. Die Waferoberfläche wird durch die chemische und mechanische Wirkung der Polierschicht und des Poliermediums auf der Oberfläche poliert und planarisiert. Da sich das Polierkissen unterhalb des Wafers dreht, erzeugt der Wafer eine typische ringförmige Polierspur oder einen typisch ringförmigen Polierbereich, wobei die Oberfläche des Wafers der Polierschicht direkt gegenüber liegt.
  • Wichtige Erwägungen bei der Gestaltung einer Polierschicht umfassen unter anderem die Verteilung des Poliermediums über der Fläche der Polierschicht, den Fluss von frischem Poliermedium in die Polierspur, den Fluss von gebrauchtem Poliermedium aus der Polierspur und die Menge des Poliermediums, das im Wesentlichen ungebraucht durch die Polierzone fließt. Ein Weg zur Berücksichtigung dieser Erwägungen besteht darin, die Polierschicht mit einer gerillten Makrotextur auszustatten. Im Laufe der Jahre wurden einige unterschiedliche Rillenmuster und -konfigurationen implementiert. Typische Rillenmuster umfassen unter anderem radiale Rillenmuster, konzentrisch-kreisförmige Muster, kartesische Gittermuster und Spiralmuster.
  • Zusätzlich zur Verteilung und dem Fluss des Poliermediums beeinflussen das Rillenmuster und die Rillenkonfiguration andere wichtige Aspekte des CMP-Verfahrens und schließlich die Waferplanarität, wie z.B. die Poliergeschwindigkeit, den Kanteneffekt, das Dishing und andere Aspekte. Ferner beeinflussen das Rillenmuster und die Rillenkonfiguration die Waferplanarität durch ein Phänomen, das als „Rillenmusterübertragung" bekannt ist. Das Ergebnis dieses Phänomens besteht darin, dass bestimmte Rillenmuster in der Erzeugung von kohärenten Strukturen auf der Oberfläche des Wafers resultieren, die dem Muster der Rillen auf dem Polierkissen entsprechen. Es ist wichtig, zu beachten, dass Umfangsrillen (Rillen, die mit einer Linientangente zur Polierkissengeschwindigkeit kleine Winkel einschließen), d.h. kreisförmige Rillen, kreisförmige x-y-Rillen oder Spiralrillen, einen ausgeprägteren Rillenmusterübertragungseffekt erzeugen als x-y-Rillen oder radiale Rillen.
  • Die Polierkissenkonditionierung ist für das Aufrechterhalten einer konsistenten Polieroberfläche für eine konsistente Polierleistung kritisch. Im Zeitverlauf wird die Polieroberfläche des Polierkissens abgenutzt und die Mikrotextur der Polieroberfläche wird geglättet („Zusetzen").
  • Zusätzlich können Abriebteilchen von dem CMP-Verfahren die Mikrokanäle verstopfen, durch welche die Aufschlämmung über die Polieroberfläche fließt. Wenn dies stattfindet, nimmt die Poliergeschwindigkeit des CMP-Verfahrens ab und dies kann zu einem nichteinheitlichen Polieren zwischen Wafern oder innerhalb eines Wafers führen. Ein periodisches oder kontinuierliches „in situ"-Konditionieren erzeugt eine neue Textur auf der Polieroberfläche, die zum Aufrechterhalten der gewünschten Poliergeschwindigkeit und -einheitlichkeit in dem CMP-Verfahren geeignet ist.
  • Die herkömmliche Polierkissenkonditionierung wird durch mechanisches Abtragen der Polieroberfläche mit einer Konditionierscheibe erreicht. Die Konditionierscheibe weist eine rauhe Konditionieroberfläche auf, die typischerweise eingebettete Diamantpunkte umfasst. Die Konditionierscheibe wird entweder während einer Unterbrechung in dem CMP-Verfahren oder während des CMP-Verfahrens mit der Polieroberfläche in Kontakt gebracht. Typischerweise wird die Konditionierscheibe in einer Position gedreht, die bezüglich der Drehachse des Polierkissens feststeht, und erzeugt einen ringförmigen Konditionierbereich, wenn das Polierkissen gedreht wird. Das beschriebene Konditionierverfahren erzeugt eine einheitliche Konditionierung in dem Konditionierbereich, wobei die Mikrokanäle typischerweise eine auf den Umfang ausgerichtete Orientierung aufweisen, da die Lineargeschwindigkeit des Poliertischs diejenige jedweden Punkts auf der Konditionierscheibe übersteigt.
  • Im Stand der Technik wurde beschrieben, dass eine uneinheitliche Konditionierung den Fluss eines Poliermediums auf der Polieroberfläche verstärkt. Beispielsweise beschreiben Breivogel et al. im US-Patent 5,216,843 ein Polierkissen mit Umfangsmakrorillen und radialen Mikrorillen, die durch ein Diamantpunktkonditionierverfahren erzeugt worden sind. Das Polierkissen von Breivogel et al. enthält jedoch Umfangsrillen, die durch die unerwünschten Effekte der Rillenmusterübertragung negativ beeinflusst werden. Diese Rillenmusterübertragung kann uneinheitliche Wafer mit unerwünschten kohärenten Strukturen erzeugen, die sich zu unterpolierten Waferregionen entwickeln. Mit einer typischen Höhe von mehreren zehn Nanometern oder mehr sind die kohärenten Strukturen, die aus einer Rillenmusterübertragung resultieren, für die zukünftige Herstellung von Halbleiterwafern inakzeptabel.
  • Es besteht ein Bedarf für ein Polierkissen, welches die Verteilung und den Fluss eines Poliermediums in dem CMP-Verfahren steuert und einheitliche Wafer mit einem größeren Planaritätsgrad erzeugt.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Ein Aspekt der Erfindung umfasst ein Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat geeignet ist, umfassend: a) eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur frei von nicht-radialen Rillen ist, um die Rillenmusterübertragung zu vermindern, wobei nicht-radiale Rillen solche Rillen sind, die eine Orientierung innerhalb von 30° des Umfangs bezogen auf das Drehzentrum aufweisen, und b) eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur, wobei der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist und eine durchschnittliche Breite von weniger als 50 μm aufweist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat geeignet ist, umfassend: a) eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur radiale Rillen enthält, wobei die radialen Rillen eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, und b) eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur, wobei die radialen Mikrokanäle eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, die um ein Mehrfaches von mindestens 10 kleiner ist als die durchschnittliche Querschnittsfläche der radialen Rillen und der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat in der Gegenwart eines Poliermediums, umfassend: Polieren mit einem Polierkissen, wobei das Polierkissen eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur frei von nicht-radialen Rillen ist, um die Rillenmusterübertragung zu vermindern, wobei nicht-radiale Rillen solche Rillen sind, die eine Orientierung innerhalb von 30° des Umfangs bezogen auf das Drehzentrum aufweisen, und eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur umfasst, wobei der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist und eine durchschnittliche Breite von weniger als 50 μm aufweist, und Konditionieren des Kissens während des Polierens zur Einführung zusätzlicher radialer Mikrokanäle.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat in der Gegenwart eines Poliermediums, umfassend: Polieren mit einem Polierkissen, wobei das Polierkissen eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur radiale Rillen enthält, wobei die radialen Rillen eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, und eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur umfasst, wobei die radialen Mikrokanäle eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, die um ein Mehrfaches von mindestens 10 kleiner ist als die durchschnittliche Querschnittsfläche der radialen Rillen und der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist, und Konditionieren des Kissens während des Polierens zur Einführung zusätzlicher radialer Mikrokanäle.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht eines Polierkissens der vorliegenden Erfindung, das radiale Rillen aufweist;
  • 1A ist eine vergrößerte Draufsicht des Polierkissens von 1;
  • 2 ist eine Draufsicht eines alternativen Polierkissens der vorliegenden Erfindung, das gekrümmte radiale Rillen aufweist;
  • 2A ist eine vergrößerte Draufsicht des Polierkissens von 2;
  • 3 ist eine Draufsicht eines alternativen Polierkissens der vorliegenden Erfindung, das abgestufte radiale Rillen aufweist;
  • 3A ist eine vergrößerte Draufsicht des Polierkissens von 3;
  • 4 ist eine schematische Draufsicht des Polierkissens von 1 mit einer Konditionierplatte zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung mit einem nicht-gerillten Kissen; und
  • 4A ist eine schematische Darstellung des nicht-gerillten Polierkissens von 4.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Polierkissen mit einer Makro- und Mikrotextur, welche die Rillenmusterübertragungseffekte auf das resultierende polierte Substrat vermindert. Es wurde gefunden, dass eine radiale Konditionierung die Oberflächenuneinheitlichkeiten auf magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten vermindern kann. Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich die radiale Richtung auf einen Weg innerhalb von 60° einer geraden Linie von der Mitte zum Umfang des Polierkissens („radiale Richtung"). Vorzugsweise liegen die Mikrokanäle innerhalb von 45° und am meisten bevorzugt innerhalb von 30° der radialen Richtung. Die radialen Mikrokanäle, die durch Konditionieren erzeugt werden, können die Verteilung der Aufschlämmung nach außen erleichtern, was unterpolierte Bereiche vermindern kann, die mit dem Rillenmusterübertragungsphänomen zusammenhängen. Typischerweise sind die unterpolierten Bereiche, die sich durch das Polieren ergeben, umso geringer, je größer der Prozentsatz der Mikrokanäle innerhalb einer radialen Richtung ist. Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich „der größte Teil von radial ausrichteten Mikrokanälen" auf die Gesamtheit radialer Mikrokanäle, die durch die lineare Gesamtheit gemessen worden sind, die größer ist als die Gesamtheit der nicht-radialen Mikrokanäle, die durch die lineare Gesamtheit gemessen worden sind. Diese radial konditionierten Kissen können die Einheitlichkeit des Wafers in einem Maßstab erleichtern, welcher der Frequenz der Mikrokanäle entspricht, wenn Substrate mit einem Poliermedium poliert werden. Gemäß der Verwendung in dieser Beschreibung umfasst der Begriff „Poliermedium" Teilchenenthaltende Polierlösungen und nicht-Teilchen-enthaltende Lösungen, wie z.B. schleifmittelfreie und reaktive Flüssigkeit-Polierlösungen.
  • Typische polymere Polierkissenmaterialien umfassen Polycarbonat, Polysulfon, Nylon, Polyether, Polyester, Polyether-Polyester-Copolymere, Acrylpolymere, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyethylen-Copolymere, Polybutadien, Polyethylenimin, Polyurethane, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyketone, Epoxymaterialien, Silikone, Copolymere davon und Gemische davon. Vorzugsweise ist das polymere Material ein Polyurethan und am meisten bevorzugt handelt es sich um ein vernetztes Polyurethan, wie z.B. bei IC1000TM- und Vision-PadTM-Polierkissen, die von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies hergestellt werden. Diese Kissen bestehen typischerweise aus Polyurethanen, die von difunktionellen oder polyfunktionellen Isocyanaten abgeleitet sind, wie z.B. aus Polyetherharnstoffen, Polyisocyanuraten, Polyurethanen, Polyharnstoffen, Polyurethanharnstoffen, Copolymeren davon und Gemischen davon.
  • Diese Polierkissen können porös oder nicht-porös sein. Wenn sie porös sind, enthalten diese Polierkissen typischerweise eine Porosität von mindestens 0,1 Vol.-%. Diese Porosität trägt zu dem Vermögen des Polierkissens bei, Polierfluide zu übertragen. Vorzugsweise weist das Polierkissen eine Porosität von 0,2 bis 70 Vol.-% auf. Insbesondere weist das Polierkissen eine Porosität von 0,25 bis 60 Vol.-% auf. Vorzugsweise weisen die Poren oder Füllstoffteilchen ein Gewichtsmittel des Durchmessers von 1 bis 100 μm auf. Insbesondere weisen die Poren oder Füllstoffteilchen ein Gewichtsmittel des Durchmessers von 10 bis 90 μm auf. Ferner kann ein Gewichtsmittel des Durchmessers von 10 bis 30 μm (am meisten bevorzugt 15 bis 25 μm) die Polierleistung weiter verbessern. Der Nennbereich des Gewichtsmittels des Durchmessers von geschäumten hohlen polymeren Mikrokügelchen beträgt typischerweise 10 bis 50 μm. Gegebenenfalls können ungeschäumte hohle polymere Mikrokügelchen direkt in ein flüssiges Vorpolymergemisch zugesetzt werden. Typischerweise schäumen ungeschäumte Mikrokügelchen in situ während des Gießens.
  • Es ist möglich, die Porosität durch Gießen von entweder vorgeschäumten oder geschäumten Mikrokügelchen in situ, durch die Verwendung von chemischen Schaumbildnern, durch die Verwendung von gelösten Gasen, wie z.B. Argon, Kohlendioxid, Helium, Stickstoff und Luft oder überkritischen Fluiden, wie z.B. überkritischem Kohlendioxid, durch Sintern von Polymerteilchen, durch selektives Lösen, durch mechanisches Belüften, wie z.B. Rühren, oder durch die Verwendung eines Haftmittels zum Agglomerieren von Polymerteilchen einzubringen.
  • Darüber hinaus können polymere Polierkissen polymere Film-bildende Materialien umfassen, bei denen sich eine flüssige Lösungsmittellösung bildet und eine Schicht der Lösung trocknet, wobei ein normalerweise fester polymerer Film gebildet wird (d.h. der bei normalen Umgebungstemperaturen fest ist). Das polymere Material kann aus reinen Polymeren oder Gemischen davon mit Additiven, wie z.B. Härtungsmitteln, Farbmitteln, Weichmachern, Stabilisatoren und Füllstoffen, bestehen. Beispiele für Polymere umfassen Polyurethanpolymere, Vinylhalogenidpolymere, Polyamide, Polyesteramide, Polyester, Polycarbonate, Polyvinylbutyral, Poly-alpha-methylstyrol, Polyvinylidenchlorid, Alkylester von Acryl- und Methacrylsäuren, chlorsulfoniertes Polyethylen, Copolymere aus Butadien und Acrylnitril, Celluloseester und -ether, Polystyrol und Kombinationen davon. Vorzugsweise weisen poröse koagulierte Polierkissen eine poröse Matrix auf, die mit einem Polyurethanpolymer gebildet ist. Ganz besonders bevorzugt bilden sich die porösen Polierkissen durch Koagulieren eines Polyetherurethanpolymers mit Polyvinylchlorid, wie z.B. PolitexTM-Polierkissen von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies. Es ist möglich, die koagulierte Matrix auf einer Matrix des Filz-Typs oder einer Matrix auf Filmbasis, wie z.B. einem MylarTM- Polyethylenterephthalatfilm, abzuscheiden. Die poröse Matrix weist eine nicht-faserförmige Polierschicht auf. Für die Zwecke dieser Beschreibung ist die Polierschicht der Abschnitt des Polierkissens, der ein Substrat während des Polierens kontaktieren kann. Obwohl eine geschlossenzellige oder nicht-netzförmige Struktur akzeptabel ist, handelt es sich bei dieser Struktur insbesondere um eine offene oder netzförmige Zellenstruktur, die mikroporöse Öffnungen enthält, welche die Zellen verbinden. Die mikroporöse netzförmige Struktur ermöglicht einen Gasfluss durch die Poren, beschränkt jedoch das Eindringen der Aufschlämmung in das Polierkissen, so dass während des Polierens eine einheitlichere Polierkissendicke aufrechterhalten wird.
  • Typische radiale Mikrokanäle können eine durchschnittliche Breite von weniger als 50 μm aufweisen, können jedoch bei einer aggressiven Diamantkonditionierung eine große Breite von 100, 150 oder 200 μm aufweisen. Abhängig von der Diamantform, der Schneidgeschwindigkeit und dem Substrat weisen die Mikrokanäle typischerweise eine Tiefe auf, die mindestens mit der Mikrokanalbreite identisch ist, das Doppelte oder das Dreifache der Mikrokanalbreite beträgt. Aufgrund der Verschleißbedingungen, die mit dem Polieren und dem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Konditionieren zusammenhängen, wird das Kissen Mikrokanäle mit einem Bereich von Mikrokanalhöhen und -breiten aufweisen. Der größte Teil dieser Mikrokanäle weist eine radiale Orientierung in der Waferspur auf, jedoch weisen vorzugsweise mindestens 80 % eine radiale Orientierung in der Waferspur auf. Insbesondere weisen alle Mikrokanäle eine radiale Richtung in der Waferspur auf. Obwohl typische CMP-Poliervorgänge die Oszillation des Wafers während des Polierens nutzen können, um die Einheitlichkeit zu erhöhen, bezieht sich für die Zwecke dieser Beschreibung der Ausdruck „in der Polierspur" oder „in der Waferspur" auf die Waferspur, die ohne Oszillation erzeugt worden ist.
  • Bei porösen Polierkissensubstraten weist das Kissen typischerweise radiale Mikrokanallängen von mindestens dem 100-fachen des durchschnittlichen Porendurchmessers auf. Vorzugsweise weisen die porösen Kissen radiale Mikrokanallängen von mindestens dem 10000-fachen des durchschnittlichen Porendurchmessers auf. Die größere Länge in der radialen Richtung kann den Aufschlämmungsfluss und die Abriebteilchenentfernung erleichtern sowie die Musterübertragung auf das Substrat, wie z.B. einen Halbleiterwafer, vermindern.
  • Darüber hinaus umfasst das Polierkissen vorzugsweise keine kreisförmigen oder spiralförmigen Rillen in der Waferspur, um die unterpolierten Bereiche, die mit den Rillen zusammenhängen, zu vermeiden. Insbesondere weist das Kissen keinerlei Rillen innerhalb von 30° des Umfangs bezüglich des Drehzentrums auf. Dies vermeidet die Rillenkonfigurationen, die mit den größten Rillenmusterübertragungsproblemen zusammenhängen. Um die Rillenmusterübertragung weiter zu beschränken, enthält das Polierkissen gegebenenfalls keine Rillen mit einer durchschnittlichen Querschnittsfläche (durchschnittliche Rillentiefe multipliziert mit der durchschnittlichen Rillenbreite für rechteckig ausgebildete Rillenquerschnitte) von mehr als 15000 μm2 innerhalb der ringförmigen Polierspur. Dies kann gegebenenfalls weiter beschränkt werden, um die Rillen mit Querschnitten von mehr als 7500 μm2 innerhalb der ringförmigen Polierspur auszuschließen.
  • Das Polierkissen enthält gegebenenfalls radiale Makrorillen, wie z.B. gerade radiale, gekrümmte radiale, abgestufte radiale oder andere radial ausgerichtete Rillen, zusätzlich zu den radialen Mikrokanälen. Das Hinzufügen radialer Rillen zu den radialen Mikrokanälen erhöht die Entfernungsgeschwindigkeit weiter und erleichtert die Entfernung von Abriebteilchen. Das Einbeziehen gekrümmter radialer Rillen kann den weiteren Vorteil einer Verbesserung der Poliereinheitlichkeit über ein Substrat aufweisen. Diese gekrümmten radialen Gestaltungen sind insbesondere für ein Polieren im großen Maßstab effektiv, wie z.B. für ein Polieren von 300 mm-Halbleiterwafern. Wenn radiale Rillen hinzugefügt werden, weisen die Rillen typischerweise eine Querschnittsfläche auf, die mindestens zehnmal größer ist als die Querschnittsfläche der Mikrokanäle. Vorzugsweise weisen die radialen Rillen eine Querschnittsfläche auf, die mindestens hundertmal größer ist als die Querschnittsfläche der Mikrokanäle. Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich diese Querschnittsfläche auf das anfängliche Verhältnis während des Polierens und nicht auf das am Ende des Polierverfahrens erhaltene Endverhältnis, wo das Konditionieren und der Kissenverschleiß die Rillentiefe dramatisch vermindern können.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht die 1 ein Polierkissen 100 mit einem Umfang 101 und einem Drehzentrum 102. Wenn das Polierkissen 100 während des CMP-Verfahrens gedreht wird, erzeugt der Wafer 130, der mit der Polierschicht (nicht gezeigt) in Kontakt gehalten wird, eine ringförmige Polierspur (oder Waferspur) 125, die durch eine äußere Grenze 131 und eine innere Grenze 132 definiert ist und eine Breite 133 aufweist. Zusätzlich kann das Polierkissen Rillen aufweisen, wie z.B. gerade radiale Rillen 120, um die Aufschlämmungsverweilzeit zu erhöhen und die Poliereffizienz zu verbessern.
  • Die 1A veranschaulicht im Zusammenhang mit dem Polierkissen 100 von 1 eine vergrößerte Ansicht der Polierschicht im Bereich 140 von 1. Es ist gezeigt, dass gerade radiale Rillen 120 eine Breite 121 aufweisen. Die Breite kann variieren. Die Breite 121 ist jedoch vorzugsweise für alle Rillen gleich und entlang der Länge jeder Rille einheitlich. Die geraden radialen Rillen 120 weisen auch eine Tiefe auf, die mit dem Konditionieren und Po lieren nach und nach abnimmt. In dem Bereich zwischen den geraden radialen Rillen 120 befinden sich radiale Mikrokanäle 151, 152, 153 und 154. Die radialen Mikrokanäle 151, 152, 153 und 154 weisen auch eine Breite auf (nicht gezeigt). Die Breite und die Querschnittsfläche der radialen Mikrokanäle sind geringer als die Breite und die Querschnittsfläche der Rillen 121.
  • Die radialen Mikrokanäle können viele Muster und Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können die radialen Mikrokanäle gerade radiale Mikrokanäle 151, 152, 153 sein oder sie können wie die radialen Mikrokanäle 154 gekrümmt sein. Die radialen Mikrokanäle können über die ganze Polierspur kontinuierlich sein, wie die radialen Mikrokanäle 152, oder es kann sich um segmentierte radiale Mikrokanäle 151 oder 153 handeln. Die radialen Mikrokanalsegmente können regelmäßig beabstandet sein und eine einheitliche Länge aufweisen, wie die radialen Mikrokanäle 153, oder sie können unregelmäßig beabstandet sein und eine unregelmäßige Länge aufweisen, wie die radialen Mikrokanäle 151. Zusätzlich können die radialen Mikrokanäle über die Breite der Polierspur eine einheitliche Dichte aufweisen oder die Dichte kann in einer radialen Richtung, in einer Umfangsrichtung oder sowohl in der radialen Richtung als auch in der Umfangsrichtung variieren. Typischerweise wird die Erhöhung der Dichte der Mikrokanäle einer lokalisierten Zunahme der Entfernungsgeschwindigkeit entsprechen. Gegebenenfalls schneiden sich die radialen Mikrokanäle 151, 152, 153 und 154 mit den Rillen 120, um einen radialen Fluss des Poliermediums zu erleichtern und die Entfernung von Polierabriebteilchen zu verbessern. In einer anderen optionalen Ausführungsform schneiden sich die radialen Mikrokanäle 151, 152, 153 und 154 nicht mit den Rillen 120.
  • Die radialen Mikrokanäle 151, 152, 153 und 154 sind aus Gründen der Zweckmäßigkeit in der gleichen Figur gezeigt. Während ein Polierkissen der vorliegenden Erfindung, wie z.B. das Polierkissen 100, verschiedene Mikrokanalmuster und -konfigurationen in verschiedenen Bereichen zwischen Rillen (oder verschiedenen Bereichen in einem Polierkissen ohne Rillen) aufweisen kann, ist es bevorzugt, dass ein Polierkissen nur ein(e) Mikrokanalmuster und -konfiguration oder mehrere Mikrokanalkonfigurationen aufweist, die in der Polieroberfläche in einer symmetrischen Weise eingebracht sind.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 weist das gekrümmte radiale Polierkissen 200 einen Umfang 201, ein Drehzentrum 202 und eine Polierspur 225 für einen Wafer 230 auf, die durch eine äußere Grenze 231 und eine innere Grenze 232 mit einer Breite 233 definiert ist. Das Polierkissen 200 weist gekrümmte radiale Rillen 220 auf. Es ist gezeigt, dass die gekrümmten radialen Rillen 220 ein erstes Ende an der inneren Grenze der Polierspur 232 und ein zweites Ende an dem Umfang 201 aufweisen. Gekrümmte radiale Rillen sind besonders zur Steuerung der Entfernungsgeschwindigkeit über den Wafer und zum Einstellen des schnellen und langsamen Polierens in der Mitte geeignet. Alternativ können gekrümmte radiale Rillen 220 (wie jedwede radiale Rillen der vorliegenden Erfindung) ein erstes Ende nahe an dem Drehzentrum 202 oder innerhalb der Polierspur aufweisen. Entsprechend kann eine gekrümmte radiale Rille 220 (oder andere) ein zweites Ende innerhalb der Polierspur oder nahe an der äußeren Grenze 231 aufweisen.
  • Die 2A veranschaulicht Mikrokanäle in einer vergrößerten Ansicht der Polierschicht in dem Bereich 240 von 2. Gekrümmte radiale Rillen 220 sind so gezeigt, dass sie eine Breite 221 aufweisen. Radiale Mikrokanäle 251, 252, 253 und 254 sind in ihren jeweiligen Bereichen zwischen radialen Rillen 220 gezeigt. In einigen Ausführungsformen, die gekrümmte radiale Rillen 220 enthalten, ist es für die radialen Mikrokanäle, d.h. für gerade radiale Mikrokanäle 251 oder gekrümmte radiale Mikrokanäle 254, vorteilhaft, wenn sie sich mit den Rillen, d.h. den gekrümmten radialen Rillen 220, schneiden. Dies kann den Aufschlämmungsfluss und die Abriebteilchenentfernung erleichtern. In anderen Ausführungsformen ist es für die radialen Mikrokanäle vorteilhaft, dass der größte Teil davon in einer Weise eingebracht wird, dass sie die radialen Rillen, d.h. die gekrümmten radialen Mikrokanäle 252 und die segmentiert-gekrümmten radialen Mikrokanäle 253, nicht schneiden.
  • In der 3 weist das Polierkissen 300 mit abgestuften radialen Rillen einen Umfang 301, ein Drehzentrum 302 und einen Wafer 330 auf, der eine Polierspur 325 mit einer äußeren Grenze 331 und einer inneren Grenze 332 und einer Breite 333 belegt. Das Polierkissen 300 weist gekrümmte radiale Rillen 320 und 321 auf. Die gekrümmten radialen Rillen 321 weisen ein erstes Ende nahe an dem Drehzentrum 302 und ein zweites Ende in der Polierspur 325 auf. Die gekrümmten radialen Rillen 320 weisen ein erstes Ende in der Polierspur 325 und ein zweites Ende nahe an dem Umfang 301 auf. Die gekrümmten radialen Rillen 320 und 321 können eine erhöhte Poliereffizienz für das Poliermedium erleichtern. Die Figur veranschaulicht gekrümmte radiale Rillen 320 und 321 mit dem gleichen Muster und der gleichen Orientierung. Diese können jedoch verschiedene Muster und Orientierungen aufweisen. Beispielsweise können gegebenenfalls mehr als zwei Sätze radialer Rillen vorliegen und die radialen Rillen müssen nicht zwischen Rillen jedes Satzes abwechseln. Vorzugsweise wechseln die Rillen zwischen denjenigen eines Satzes in einem regelmäßigen Muster ab (wie es für ein Polierkissen mit zwei Sätzen von Rillen gezeigt ist). Es sind gekrümmte radiale Rillen 320 und 321 gezeigt, die einen Überlappungsbereich 310 aufweisen, jedoch ist dies nicht erforderlich. Es ist bevorzugt, dass der Überlappungsbereich 310 mehr als 20 % der Breite 333 der Polierspur 325 für ein Polierkissen mit mehreren Sätzen radialer Rillen beträgt. Insbesondere beträgt die Überlappung 310 mehr als 50 % der Breite 333 der Polierspur 325.
  • In der 3A veranschaulicht der Polierbereich 340 von 3 gekrümmte radiale Rillen 320 und 321. Diese Rillen weisen eine Breite 322 auf, die für die Rillen 320 und 321 gleich oder für die Rillen 320 und 321 unterschiedlich sein kann. Gekrümmte radiale Mikrokanäle 351 sind in einem Bereich zwischen gekrümmten radialen Rillen 320 und 321 gezeigt. Gekrümmte radiale Mikrokanäle 351 folgen im Allgemeinen den Bögen der Rillen 320 und 321, um eine Überschneidung zu vermeiden. Die linearen radialen Mikrokanäle 352 schneiden sich mit gekrümmten radialen Rillen 320 und 321. Schließlich weisen die gekrümmten radialen Mikrokanäle 353 eine Krümmung auf, die so ausgerichtet ist, dass sie sich mit den gekrümmten radialen Rillen 320 und 321 schneidet.
  • Unter Bezugnahme auf die 4 weist das nicht-gerillte Polierkissen 400 einen Umfang 401, ein Drehzentrum 402 und einen Wafer 430 auf, der eine Polierspur 425 mit einer äußeren Grenze 431 und einer inneren Grenze 432 und einer Breite 433 belegt. Das Polierkissen 400 weist keine Rillen im herkömmlichen Maßstab auf. Die Konditionierplatte 460 oszilliert in der Richtung 465 zurück und vor, um die Polieroberfläche (nicht gezeigt) des Kissens 400 zu konditionieren. Die Oberfläche der Konditionierplatte 460 umfasst vorzugsweise Schneidmittel (nicht gezeigt), wie z.B. Diamantzähne, die in einem Muster angeordnet sind. Das Muster kann regelmäßig oder unregelmäßig sein und eine unterschiedliche Dichte an Zähnen innerhalb der Konditionieroberfläche aufweisen. Vorzugsweise weist die Konditionierplatte eine Keilform auf oder nutzt verschiedene Hublängen, um auf der Polierbahn 425 eine einheitlichere Konditionierung bereitzustellen.
  • Um das Polierkissen 400 zu konditionieren, wird mindestens ein Teil der Konditionierplatte 460 mit der Polierschicht des Polierkissens 400 in Kontakt gebracht. Die Konditionierplatte wird dann in einer Richtung 465 bezogen auf das Polierkissen bewegt. Die Richtung 465 ist als gerade und radial gezeigt, obwohl auch andere Richtungen vorgesehen sind. Darüber hinaus ist die Bewegung der Konditionierplatte bezogen auf das Polierkissen als oszillierend gezeigt, jedoch ist auch eine Bewegung in einer Richtung vorgesehen. Die Konditionierplatte kann mit einem herkömmlichen Einachsenmittel, wie z.B. einem Schwenkarm oder einem Schlitten, oder mit einem herkömmlichen Mehrachsenmittel, wie z.B. einem x-y-Schlitten oder einem verlängerbaren Schwenkarm, gesteuert werden. Die Bewegung der Konditionierplatte kann auch vertikale Bewegungen umfassen, um einen periodischen Kontakt mit der Polierschicht des Polierkissens 400 zu ermöglichen. Um die Anforderungen der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, ist es essentiell, dass die Bewegung der Konditionierplatte 460 in der Ebene parallel zu der Polierschicht des Polierkissens 400 relativ zu der Lineargeschwindigkeit des Polierkissens 400 schnell ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 4A umfassen optionale Mikrokanalmuster parallele radiale Mikrokanäle 451, radiale Mikrokanäle 452, gekrümmte radiale Mikrokanäle 453, abgestufte oder umgehende radiale Mikrokanäle 454 und segmentierte radiale Mikrokanäle 455. Darüber hinaus können diese Mikrokanäle andere Muster und Musterdichten aufweisen, die so gestaltet sind, dass sie den Fluss des Poliermediums in bevorzugter Weise führen. Diese Mikrokanäle stellen den Vorteil der Steuerung des Poliermediumflusses in einem kleinen Maßstab bereit. Beispielsweise können gekrümmte radiale Mikrokanäle die Wafereinheitlichkeit, wie z.B. Einheitlichkeitsprobleme eines schnellen und langsamen Polierens in der Mitte, korrigieren, und abgestufte radiale Mikrokanäle können die Effizienz des Poliermediums erhöhen.
  • Alternativ kann die Konditionierplatte auch eine drehbare Scheibe sein. Die Konditionierscheibe kann flach sein, gekrümmt sein (schalenförmig oder es kann die Kante einer flachen Scheibe verwendet werden) oder sie kann eine Mehrzahl flacher Oberflächen in verschiedenen Ebenen aufweisen. Beispielsweise kann eine Konditionierplatte verwendet werden, um radiale Mikrokanäle zu erzeugen, und zwar durch Drehen der Scheibe in einer Ebene, die von der Ebene verschieden ist, in der das Polierkissen liegt, wobei mindestens ein Teil der Konditionieroberfläche der Konditionierplatte mit der Polieroberfläche des Polierkissens in Kontakt ist. Darüber hinaus werden längere Konditionierhübe und breitere Konditionierplatten jeweils zu einer Zunahme des Anteils paralleler Mikrorillen führen. Vorzugsweise wird das Konditionierverfahren mit einer erhöhten Anzahl von Hochgeschwindigkeitshüben mit einer schmaleren Konditionierplatte durchgeführt, um den Anteil radialer Mikrokanäle zu erhöhen. Diese Hübe sind vorzugsweise mit der Drehzahl des Kissens asynchron, um die Verteilung der Mikrokanäle innerhalb der Polierspur auszugleichen. Darüber hinaus kann die bogenförmige Bewegung eines Schwenkarms einer Konditionierplatte in der Drehrichtung des Kissens die radiale Orientierung der Mikrokanäle weiter verbessern.
  • Eine weitere Alternative besteht darin, das Polierkissen ohne die Verwendung einer Konditionierscheibe zu konditionieren, z.B. durch eine Rillenbildung in der Polieroberfäche des Polierkissens mit einer Klinge, wie z.B. einem Messer, oder einem Fräswerkzeug, wie z.B. einem CNC-Werkzeug. Darüber hinaus werden Mikrokanäle optional durch Abtragen oder Rillenbildung in der Polieroberfläche der Polierschicht mit einem Laser, einem Hochdruck-Flüssigkeits- oder -Gasstrahl oder ein anderes Mittel eingebracht. Insbesondere findet ein kontinuierliches in situ-Konditionieren während des Polierverfahrens statt. Darüber hinaus ist es in manchen optionalen Ausführungsformen möglich, das radiale Konditionieren mit einer herkömmlichen Konditionierung zu überlagern, die durch Drehen einer kreisförmigen Schei be, wie z.B. einer kreisförmigen Diamantscheibe, durchgeführt wird. Vorzugsweise weist jedoch der größte Teil der Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung in der Waferspur auf, um den Rillenmusterübertragungseffekt zu vermindern.

Claims (10)

  1. Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat geeignet ist, umfassend: a) eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur frei von nicht-radialen Rillen ist, um die Rillenmusterübertragung zu vermindern, wobei nicht-radiale Rillen solche Rillen sind, die eine Orientierung innerhalb von 30° des Umfangs bezogen auf das Drehzentrum aufweisen, und b) eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur, wobei der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist und eine durchschnittliche Breite von weniger als 50 μm aufweist.
  2. Polierkissen nach Anspruch 1, bei dem die Polierschicht keine Rillen mit einer durchschnittlichen Querschnittsfläche von mehr als 15000 μm2 innerhalb der ringförmigen Polierspurumfasst.
  3. Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat geeignet ist, umfassend: a) eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur radiale Rillen enthält, wobei die radialen Rillen eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, und b) eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur, wobei die radialen Mikrokanäle eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, die um ein Mehrfaches von mindestens 10 kleiner ist als die durchschnittliche Querschnittsfläche der radialen Rillen und der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist.
  4. Polierkissen nach Anspruch 3, bei dem die Mehrzahl der radialen Mikrokanäle die radialen Rillen nicht schneidet.
  5. Polierkissen nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Polierschicht gekrümmte radiale Rillen umfasst und die radialen Mikrokanäle gekrümmte radiale Mikrokanäle umfassen.
  6. Polierkissen nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem die Polierschicht keine Rillen mit einer durchschnittlichen Querschnittsfläche von mehr als 15000 μm2 innerhalb der ringförmigen Polierspur umfasst.
  7. Verfahren zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat in der Gegenwart eines Poliermediums, umfassend: das Polieren mit einem Polierkissen, wobei das Polierkissen eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur frei von nicht-radialen Rillen ist, um die Rillenmusterübertragung zu vermindern, wobei nicht-radiale Rillen solche Rillen sind, die eine Orientierung innerhalb von 30° des Umfangs bezogen auf das Drehzentrum aufweisen, und eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur umfasst, wobei der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist und eine durchschnittliche Breite von weniger als 50 μm aufweist, und das Konditionieren des Kissens während des Polierens zur Einführung zusätzlicher radialer Mikrokanäle.
  8. Verfahren zum Polieren von mindestens einem von einem magnetischen Substrat, einem optischen Substrat und einem Halbleitersubstrat in der Gegenwart eines Poliermediums, umfassend: das Polieren mit einem Polierkissen, wobei das Polierkissen eine Polierschicht, die ein Drehzentrum aufweist und eine ringförmige Polierspur umfasst, die mit dem Drehzentrum konzentrisch ist und eine Breite aufweist, wobei die Breite der ringförmigen Polierspur radiale Rillen enthält, wobei die radialen Rillen eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, und eine Mehrzahl von radialen Mikrokanälen in der Polierschicht innerhalb der Breite der ringförmigen Polierspur umfasst, wobei die radialen Mikrokanäle eine durchschnittliche Querschnittsfläche aufweisen, die um ein Mehrfaches von mindestens 10 kleiner ist als die durchschnittliche Querschnittsfläche der radialen Rillen und der größte Teil der radialen Mikrokanäle vorwiegend eine radiale Orientierung aufweist, und das Konditionieren des Kissens während des Polierens zur Einführung zusätzlicher radialer Mikrokanäle.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Konditionieren die Mikrokanäle einbringt, wobei der größte Teil der radialen Mikrokanäle die radialen Rillen nicht schneidet.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die radialen Rillen gekrümmte radiale Rillen sind und das Konditionieren gekrümmte radiale Mikrokanäle einbringt.
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