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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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").
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht eines Polierkissens der vorliegenden Erfindung,
das radiale Rillen aufweist;
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1A ist
eine vergrößerte Draufsicht
des Polierkissens von 1;
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2 ist
eine Draufsicht eines alternativen Polierkissens der vorliegenden
Erfindung, das gekrümmte
radiale Rillen aufweist;
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2A ist
eine vergrößerte Draufsicht
des Polierkissens von 2;
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3 ist
eine Draufsicht eines alternativen Polierkissens der vorliegenden
Erfindung, das abgestufte radiale Rillen aufweist;
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3A ist
eine vergrößerte Draufsicht
des Polierkissens von 3;
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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
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4A ist
eine schematische Darstellung des nicht-gerillten Polierkissens
von 4.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.