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BEZUGNAHME
AUF ZUGEHÖRIGE
ANMELDUNGEN
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Die
Anmeldung ist eine continuation-in-part-Anmeldung von der US-Anmeldung
mit der Seriennummer 11/449 358, eingereicht am 08. Juni 2006, nun
anhängig.
US-Anmeldung Seriennummer 11/449,358 ist eine continuation-in-part-Anmeldung
der US-Anmeldung
mit der Seriennummer 11/357,481, eingereicht am 16. Februar 2006,
nun aufgegeben.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Polierkissen
für chemisch-mechanisches
Polieren. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein chemisch-mechanisches
Polierkissen mit Polierstruktur, das zum chemisch-mechanischen Polieren
magnetischer, optischer und Halbleitersubstrate nützlich ist,
gerichtet.
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Bei
der Herstellung von integrierten Schaltkreisen und anderen elektronischen
Bauteilen werden eine Vielzahl von Schichten leitender, halbleitender
und dielektrischer Materialien abgeschieden und von einer Fläche eines
Halbleiterwafers entfernt. Dünnschichten
von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können unter
Verwendung einer Vielzahl von Abscheidungstechniken abgeschieden
werden. Übliche
Abscheidungstechniken bei moderner Waferverarbeitung schließen unter
anderem physikalische Dampfabscheidung (PVD), auch bekannt als Sputtering,
chemische Dampfabscheidung (CVD), Plasma-verstärkte chemische Dampfabscheidung
(PECVD) und elektrochemisches Plattieren ein. Übliche Entfernungstechniken
schließen
unter anderem isotropes und anisotropes Nass- und Trocken-Ätzen ein.
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Da
Materialschichten nacheinander abgeschieden und entfernt werden,
wird die oberste Fläche
des Wafers uneben. Da die anschließende Halbleiterverarbeitung
(beispielsweise Metallisierung) erfordert, dass der Wafer eine ebene
Fläche
aufweist, muss der Wafer geebnet werden. Die Ebnung ist zur Entfernung
unerwünschter
Flächentopographie
und Flächenmängel nützlich,
wie raue Flächen,
agglomerierte Materialien, Kristallgitterschäden, Kratzer und kontaminierte
Materialschichten.
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Chemisch-mechanisches
Ebnen oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist eine übliche Technik,
die zum Ebnen oder Polieren von Werkstücken, wie Halbleiterwafer,
eingesetzt wird. Bei üblichem
CMP wird ein Waferträger
oder Polierkopf auf einer Trägeranordnung
befestigt. Der Polierkopf hält den
Wafer und positioniert den Wafer in Kontakt mit der Polierschicht
eines Polierkissens, das auf einem Tisch oder einer Platte innerhalb
einer CMP-Vorrichtung befestigt ist. Die Trägeranordnung liefert einen kontrollierbaren
Druck zwischen Wafer und Polierkissen. Gleichzeitig wird eine Aufschlämmung oder
ein anderes Poliermedium auf das Polierkissen dosiert und wird in
den Abstand zwischen Wafer und Polierschicht gezogen. Um Polierung
zu bewirken, rotieren das Polierkissen und der Wafer im Allgemeinen
relativ zueinander. Da das Polierkissen unterhalb des Wafers rotiert,
streicht der Wafer im Allgemeinen eine kreisförmige Polierspur heraus, oder
einen Polierbereich, worin die Fläche des Wafers direkt mit der
Polierschicht konfrontiert ist. Die Waferfläche wird poliert und durch
chemische und mechanische Wirkung der Polierschicht und eines Poliermediums
auf der Fläche
geebnet.
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Die
Wechselwirkung unter Polierschichten, Poliermedien und Waferflächen während CMP
wurde Gegenstand ausführlicher
Untersuchung, Analyse und fortgeschrittener numerischer Modellierung
in den letzten zehn Jahren, um Polierkissenentwicklungen optimieren
zu können.
Die meisten der Polierkissenentwicklungen beinhalten, da der Einsatz
von CMP als Halbleiterherstellungsverfahren empirischer Natur ist,
Versuche von zahlreichen verschiedenen porösen und nichtporösen Polymermaterialien.
Vieles bei der Konstruktion von Polierflächen oder -schichten fokussierte
sich auf das Versehen dieser Schichten mit verschiedenen Mikrostrukturen,
oder Mustern von Leerflächen
und durchgängigen
Flächen,
und Makrostrukturen oder Anordnungen von Flächenperforationen oder -vertiefungen,
von denen vorgegeben wird, dass sie die Polierrate erhöhen, Poliergleichförmigkeit
verbessern oder Poliermängel vermindern
(Kratzer, Pits, delaminierte Bereiche und andere Flächen- oder Subflächenschädigung).
In den letzten Jahren wurden einige verschiedene Mikrostrukturen
und Makrostrukturen vorgeschlagen, um die CMP-Leistung zu erhöhen.
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Für übliche Polierkissen
ist "Konditionieren" oder "Fertigbehandlung" der Kissenfläche kritisch, um
eine konsistente Polierfläche
für stabile
Polierleistung aufrecht zu erhalten. Mit der Zeit verschleißt die Polierfläche des
Polierkissens, wobei sich die Mikrotextur der Polierfläche glättet – ein Phänomen, das "Verglasen" genannt wird. Die
Herkunft von Verglasen ist plastisches Fließen des Polymermaterials aufgrund
Reibungswärme
und Scherkraft an den Kontaktpunkten zwischen Kissen und Werkstück. Außerdem kann
Debris vom CMP-Verfahren die Flächenhohlräume verstopfen,
sowie die Mikrokanäle, durch
die die Aufschlämmung über die
Polierfläche strömt. Wenn
dies stattfindet, nimmt die Polierrate des CMP-Verfahrens ab, und dies kann zu ungleichförmigem Polieren
zwischen Wafern oder innerhalb eines Wafers führen. Das Konditionieren erzeugt eine
neue Textur auf der Polierfläche,
die zum Aufrechterhalten der gewünschten
Polierrate und zur Gleichförmigkeit
bei dem CMP-Verfahren nützlich
ist.
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Übliches
Polierkissenkonditionieren wird durch mechanisches Abschleifen der
Polierfläche
mit einer Konditionierscheibe erzielt. Die Konditionierscheibe hat
eine raue Konditionierfläche,
die im Allgemeinen eingebettete Diamantspitzen aufweist. Die Konditionierungsscheibe
wird mit der Polierfläche, entweder
während
zeitweiliger Pausen in dem CMP-Verfahren, wenn das Polieren ausgesetzt
wird ("ex situ"), oder während das
CMP-Verfahren im Gange ist ("in
situ") in Kontakt
gebracht. Im Allgemeinen wird die Konditionierscheibe in eine Position
gedreht, die hinsichtlich der Rotationsachse des Polierkissens festgelegt
ist, und streift einen kreisförmigen Konditionierungsbereich
aus, wenn das Polierkissen rotiert. Der wie beschriebene Konditionierungsvorgang
schneidet mikroskopische Furchen in die Kissenfläche, wobei das Kissenmaterial
sowohl abgerieben als auch zerfurcht wird und die Poliertextur erneuert
wird.
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Obwohl
Konstrukteure von Kissen verschiedene Mikrostrukturen und Konfigurationen
von Flächentextur
durch sowohl Kissenmaterialherstellung als auch Flächenkonditionierung
erzeugt haben, sind vorliegende CMP-Kissenpoliertexturen in zwei
wichtigen Aspekten weniger als optimal. Zunächst ist die tatsächliche
Kontaktfläche
zwischen einem üblichen CMP-Kissen
und einem typischen Werkstück
unter angewandtem Druck, der bei CMP ausgeübt wird, gering – gewöhnlich nur
wenige Prozent der gesamten gegenüberliegenden Fläche. Dies
ist eine direkte Konsequenz der Unexaktheit üblicher Flächenkonditionierung, die sich
auf statistisches Reißen
der durchgehenden Bereiche der Struktur in Fetzen, unter Hinterlassen
einer Population von Merkmalen oder Flächenerhebungen von verschiedener
Form und Höhe
beläuft,
von denen nur die höchsten
tatsächlich
das Werkstück
berühren.
Zweitens nimmt der Raum, der verfügbar ist, damit die Aufschlämmung strömt, um Polierdebris
wegzutransportieren und Wärme
abzuführen,
eine dünne
Schicht auf der Polierfläche
ein, sodass Polierabfall in enger Nähe bei dem Werkstück bleibt,
bis es vollständig
unter dem Werkstück
herausgelangt. Ein Aufschlämmungsstrom
zwischen dem Kissen und dem Werkstück muss über die sehr unregelmäßige Fläche und um
beliebige Erhebungen gelangen, die die gesamte vertikale Distanz
von dem Kissen zu dem Werkstück überbrücken. Dies
führt zu
einer hohen Wahrscheinlichkeit, dass das Werkstück wieder sowohl verbrauchten
Chemikalien als auch Material, das bereits entfernt wurde, ausgesetzt
wird. Die üblichen
Kissenmikrostrukturen sind nicht optimal, da Kontaktmechanik und
Fluidmechanik innerhalb der Flächentextur gekuppelt
sind: Die Höhenverteilung
von Erhebungen begünstigt
weder guten Kontakt, noch wirksam Fluidströmung und -transport.
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Mangelentstehung
bei CMP hat seinen Ursprung in beiden Fehlern der üblichen Kissenmikrostruktur.
Beispielsweise offenbaren Reinhardt et al. in US-Patent Nummer 5
578 362 die Verwendung von Polymerkugeln zur Einführung in
die Textur in einem Polyurethanpolierkissen. Da die genauen Mechanismen
der Defektbildung nicht vollständig
verstanden werden, ist es im Allgemeinen klar, dass Vermindern der
Defektbildung ein Minimieren der Extrempunktbeanspruchung auf dem
Werkstück
erfordert. Unter einer gegebenen angewendeten Last oder einem Polierdruck
ist der tatsächliche
Kontaktpunktdruck invers proportional zu der realen Kontaktfläche. Ein CMP-Verfahren,
das bei 3 psi (20,7 kPa) Polierdruck und mit 2 % Realkontaktfläche über alle
herausragenden Spitzen ausgeführt
wird, unterzieht das Werkstück
tatsächlich
einer mechanischen Normalbeanspruchung von im Durchschnitt 150 psi
(1 MPa). Beanspruchungen dieser Größenordnung reichen aus, um
Flächen-
und Subflächenschädigung hervorzurufen.
Wenn stumpf und unregelmäßig in der Form,
führen
Unregelmäßigkeiten
auf üblichen CMP-Kissen
auch zu ungünstigen
Strömungs-mustern:
Lokalisierte Drücke
von Fluid, die auf Unregelmäßigkeiten
treffen, können
wesentlich sein, und Bereiche von stagnierender oder separierter
Strömung können zur
Ansammlung von Polierdebris und Wärme führen oder eine Umgebung zur
Teilchenagglomeration schaffen.
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Über das
Bereitstellen von Quellen zur potentiellen Defektbildung ist die
Mikrotextur konventioneller Polierkissen nicht optimal, weil die
Kissenflächenkonditionierung
im Allgemeinen nicht exakt reproduzierbar ist. Die Diamanten auf
einer Konditionierscheibe werden bei Verwendung matt bzw. stumpf,
sodass der Konditionierer nach einem Zeitraum ersetzt werden muss;
während
seiner Standzeit ändert
sich somit die Wirksamkeit des Konditionierers kontinuierlich. Konditionieren
trägt auch
größtenteils
zu der Verschleißrate
eines CMP-Kissens bei. Es ist bekannt, dass etwa 95 % des Verschleißes eines
Kissens aus der Abreibung bzw. Abrasion des Diamant-Konditionierers
und nur etwa 5 % aus dem Kontakt mit Werkstücken resultiert. Somit könnte, zusätzlich zur
Defektverminderung, verbesserte Kissenmikrostruktur das Erfordernis
zum Konditionieren beseitigen und die Kissenlebensdauer verlängern.
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Der
wesentliche Punkt zur Beseitigung von Kissenkonditionierung ist
die Entwicklung einer Polierfläche,
die selbsterneuernd ist; das heißt, welche dieselbe wesentliche
Geometrie und Konfiguration beibehält, wenn sie verschleißt. Um selbsterneuernd zu
sein, muss die Polierfläche
somit dergestalt sein, dass der Verschleiß im Wesentlichen nicht die
durchgehenden Bereiche wieder zurückformt. Dies erfordert seinerseits,
dass die durchgehenden Bereiche nicht kontinuierlicher Scherwirkung
und Hitzewirkung, ausreichend, um wesentlichen Grad von plastischem
Fließen
zu erzeugen, unterzogen werden, oder dass die durchgehenden Bereiche
so konfiguriert sind, dass sie Scherwirkung oder Erhitzen in einer
Weise begegnen, die die Scherwirkung und das Erhitzen auf andere
durchgehende Bereiche verteilt.
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Zusätzlich zur
geringen Defektbildung müssen
CMP-Kissenpolierstrukturen einen guten Ebnungsgrad erzielen. Übliche Kissenmaterialien
erfordern einen Kompromiss zwischen diesen zwei Leistungsparametern,
weil geringe Defektanfälligkeit
erreicht wird, indem man das Material weicher und anschmiegsamer
macht, dennoch aber führen
dieselben Eigenschaftsänderungen
zur Einbuße
an Ebnungswirkungsgrad. Letztlich erfordert Ebnung ein steifes,
ebenes Material, während
geringe Defektbildung ein weniger steifes, anschmiegsames Material erfordert.
Es ist mithin schwierig, den wesentlichen Kompromiss zwischen diesen
Parametern mit einem einzigen Material zu überwinden. Übliche Kissenstrukturen nähern sich
diesem Problem in einer Vielzahl von Wegen, einschließlich der
Verwendung von Compositmaterialien bzw. Verbundmaterialien, verbunden
mit harten und weichen Schichten, die aneinander gebunden sind.
Während
Verbundmaterialien Verbesserungen über eine Ein-Schicht-Struktur
bieten, wurde bislang noch kein Material entwickelt, das idealen
Ebnungswirkungsgrad und gleichzeitig null Defektbildung erzielt.
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Folglich
gibt es, obwohl Kissenmikrostruktur und Konditionierungsmaßnahmen
für moderne CMP-Anwendungen
existieren, einen Bedarf hinsichtlich der Entwicklung von CMP-Kissen,
die eine höhere
Realkontaktfläche
mit dem Werkstück
und wirksamere Aufschlämmungsströmungsmuster
zur Entfernung von Polierdebris erzielen sowie das Erfordernis für Retexturierung
vermindern oder eliminieren. Zudem besteht Bedarf für CMP-Pad-Strukturen, die
eine unnachgiebige, steife Struktur, die für guten Ebnungswirkungsgrad
erforderlich ist, mit einer weniger steifen, anschmiegsamen Struktur,
die für
geringe Mangelbildung erforderlich ist, kombinieren.
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DARLEGUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Polierkissens,
nützlich
zum Polieren von zumindest einem magnetischen, optischen und Halbleitersubstrat
in Gegenwart- eines Poliermediums, wobei das Polierkissen umfasst:
a) ein dreidimensionales Netzwerk von miteinander verbundenen Einheitszellen,
wobei die miteinander verbundenen Einheitszellen netzförmig ausgebildet
sind, damit Fluidstrom und Entfernung von Polierdebris gestattet
sind; b) eine Vielzahl von Polierelementen, die das dreidimensionale
Netzwerk von miteinander verbundenen Einheitszellen bilden, wobei
die miteinander verbundenen Einheitszellen eine Höhe von zumindest
drei Einheitszellen aufweisen, wobei die Polierelemente ein erstes
Ende, verbunden an ein erstes benachbartes Polierelement an einem
ersten Verknüpfungspunkt,
und ein zweites Ende, verbunden an ein zweites benachbartes Polierelement
an einem zweiten Verknüpfungspunkt,
aufweisen und mit einer Querschnittsfläche, die innerhalb 30 % zwischen
den ersten und den zweiten Verknüpfungspunkten
verbleibt; und c) eine Polierfläche,
gebildet aus der Vielzahl von Polierelementen, wobei die Polierfläche einen
Flächenbereich,
gemessen in einer Ebene, parallel zur Polierfläche, aufweist, der für mehrere
Poliervorgänge
konsistent bleibt.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Polierkissen, nützlich zum
Polieren von zumindest einem von einem magnetischen, optischen und
Halbleitersubstrat, in Gegenwart eines Poliermediums, wobei das
Polierkissen umfasst: a) ein dreidimensionales Netzwerk von miteinander
verbundenen Einheitszellen, wobei die miteinander verbundenen Einheitszellen
eine Höhe
von zumindest zehn Einheitszellen aufweisen, wobei die miteinander
verbundenen Einheitszellen mit linearen Polierelementen ausgebildet
sind und die miteinander verbundenen Einheitszellen netzförmig ausgebildet
sind, damit Fluidstrom und Entfernung von Polierdebris gestattet
sind; b) eine Vielzahl von den linearen Polierelementen, die das
dreidimensionale Netzwerk von miteinander verbundenen Einheitszellen
bilden, wobei die linearen Polierelemente ein erstes Ende, verbunden
an ein erstes benachbartes Polierelement an einem ersten Verknüpfungspunkt,
und ein zweites Ende, verbunden an ein zweites benachbartes Polierelement an
einem zweiten Verknüpfungspunkt,
aufweisen und mit einer Querschnittsfläche, die innerhalb 30 % zwischen
den ersten und den zweiten Verknüpfungspunkten
verbleibt; und c) eine Polierfläche,
gebildet aus der Vielzahl von Polierelementen, wobei die Polierfläche einen
Flächenbereich,
gemessen in einer Ebene, parallel zur Polierfläche, aufweist, der für eine Vielzahl
von Poliervorgängen
konsistent bleibt.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren
zumindest einem von einem magnetischen, optischen und Halbleitersubstrats
mit einem Polierkissen in Gegenwart von einem Poliermedium bereit,
umfassend die Schritte von: Herstellung von dynamischem Kontakt
zwischen dem Polierkissen und dem Substrat zum Polieren des Substrats,
wobei das Polierkissen umfasst: ein dreidimensionales Netzwerk von
miteinander verbundenen Einheitszellen, wobei die miteinander verbundenen Einheitszellen
netzförmig
ausgebildet sind, damit Fluidstrom und Entfernung von Polierdebris
gestattet sind; eine Vielzahl von Polierelementen, die das dreidimensionale
Netzwerk von miteinander verbundenen Einheitszellen bilden, wobei
die miteinander verbundenen Einheitszellen eine Höhe von zumindest zehn
Einheitszellen aufweisen, wobei die Polierelemente ein erstes Ende,
verbunden an ein erstes benachbartes Polierelement an einem ersten
Verknüpfungspunkt,
und ein zweites Ende, verbunden an ein zweites benachbartes Polierelement
bei einem zweiten Verknüpfungspunkt,
aufweisen und mit einer Querschnittsfläche, die innerhalb 30 % zwischen
den ersten und den zweiten Verknüpfungspunkten
verbleibt; eine Polierfläche,
gebildet aus einer Vielzahl von Polierelementen, wobei die Polierfläche einen Flächenbereich,
gemessen in einer Ebene, parallel zur Polierfläche, aufweist, der für eine Vielzahl
von Poliervorgängen
konsistent bleibt; und Einfangen von Polierdebris in den Polierelementen
des dreidimensionalen Netzwerks.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils von einem Dual-Achsen-Polierer,
geeignet zur Verwendung in der Erfindung.
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2A ist
ein stark vergrößerter,
schematischer Querschnitt des Polierkissens von 1 mit
einer Polierstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2B ist
eine stark vergrößerte, schematische
Draufsicht des Polierkissens von 1 mit einer
Polierstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine stark vergrößerte, schematische
Querschnittsansicht einer alternativen Polierkissenpolierstruktur
der vorliegenden Erfindung, und
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4 ist
eine stark vergrößerte, schematische
Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Polierkissenpolierstruktur
der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen, erläutert 1 im
Allgemeinen die primären
Merkmale eines Doppel-Achsen-Polierers 100 für chemisch-mechanisches
Polieren (CMP), geeignet zur Verwendung mit einem Polierkissen 104 der
Erfindung. Polierkissen 104 enthält im Allgemeinen eine Polierschicht 108 mit
einer Polierfläche 110 zum
Gegenüberanordnen
eines Gegenstands, wie eines Halbleiterwafers 112 (verarbeitet
oder unverarbeitet) oder eines anderen Werkstücks, beispielsweise unter anderen
Glas, Flachbildschirm oder Speicherdiskette für magnetische Aufzeichnungen,
sodass Polieren der polierten Fläche 116 des
Werkstücks
in Gegenwart eines Poliermediums 120 bewirkt wird. Poliermedium 120 wandert
durch gegebenenfalls spiralförmige
Vertiefung 124 mit einer Tiefe 128. Der Übereinkunft
halber wird der Begriff "Wafer" nachstehend, ohne
auf die Verallgemeinerung zu verzichten, verwendet. Außerdem umfasst
der Begriff "Poliermedium", wie er in dieser
Beschreibung, einschließlich den
Ansprüchen,
verwendet wird, Partikel-enthaltende
Polierlösungen
und Nicht-Partikel-enthaltende Lösungen,
wie Abrasions-freie und reaktiv-flüssige Polierlösungen.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst Bereitstellen einer Polierschicht 108 mit
einer Poliertextur 200 (2)
mit einem hohen Anteil an Leerraum oder Prozentsatz von offenem
Volumen gegenüber dem
Vollvolumen, zur Bildung einer Polierschicht 108 aus einer
Reihe von ähnlichen
oder identischen makroskopischen oder mikroskopischen schmalen Elementen,
wobei jedes Element von einem oder mehreren Enden beschränkt bzw.
eingeengt ist, sodass der gesamte Raum, der von den Elementen eingenommen
wird, bezüglich
des gesamten verfügbaren Raums
gering ist, die Beabstandung der einzelnen Elemente relativ gering
ist zu der Größe des Wafers, und
die Elemente in drei Dimensionen miteinander verbunden sind, um
das Netzwerk hinsichtlich Scher- und Biegewirkung zu versteifen.
Vorzugsweise haben die Elemente mikroskopische Abmessungen, um eine
Mikrotextur zu schaffen. Es zeigt sich, dass diese Merkmale sowohl
höheren
realen Kontaktbereich zwischen dem Kissen und dem Wafer und günstigere Aufschlämmungsströmungsmuster
zwischen dem Kissen und dem Wafer bereitstellen, als unter Verwendung üblicher
Polierkissen verwirklicht wird, sowie eine selbsterneuernde Struktur
liefert, die das Erfordernis zur Kissenkonditionierung beseitigt.
Zudem zeigt sich, dass diese Merkmale in einer Weise funktionieren,
die dem Kissen in der Längsabmessung Steifigkeit
verleiht, welche für
einen guten Ebnungswirkungsgrad erforderlich ist, während Anschmiegevermögen bei
den kürzeren
Längenabmessungen
ermöglicht
wird, was für
eine geringe Defektbildung erforderlich ist.
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Polierer 100 kann
ein Polierkissen 104 enthalten, das auf einer Platte 130 befestigt
ist. Platte 130 ist um eine Rotationsachse 134 durch
einen Plattenantrieb (nicht dargestellt) drehfähig. Wafer 112 kann
von einem Waferträger 138 getragen
werden, der um eine Rotationsachse 142, parallel zu und
beabstandet von, Rotationsachse 134 von Platte 130 drehfähig ist.
Waferträger 138 kann
gekennzeichnet sein durch eine kardanisch aufgehängte Verbindung (nicht dargestellt),
die gestattet, dass Wafer 112 eine Lage, etwas nichtparallel
zur Polierfläche 108,
annehmen kann, wobei in diesem Fall die Rotationsachsen 134, 142 ein
wenig schief sein können.
Wafer 112 umfasst polierte Fläche 116, die zu der
Polierschicht 108 weist und während des Polierens geebnet
wird. Der Waferträger 138 kann
mit einer Trägerstützenanordnung
(nicht dargestellt), angepasst, um Wafer 112 zu drehen,
getragen werden und liefert eine abwärts weisende Kraft F, um die
polierte Fläche 116 gegen
die Polierschicht 108 zu drücken, sodass ein gewünschter
Druck zwischen der polierten Fläche
und der Polierschicht während
des Polierens vorliegt. Polierer 100 kann auch einen Poliermediumeinlass 146 zur
Zuführung
von Poliermedium 120 zu Polierschicht 108 enthalten.
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Wie
der Fachmann erkennen wird, kann Polierer 100 weitere Komponenten
einschließen
(nicht gezeigt), wie einen Systemregler, einen Poliermediumspeicher
und ein Dosiersystem, Heizsystem, Spülsystem und verschiedene Steuerungen
zum Steuern verschiedener Aspekte des Poliervorgangs, unter anderem
wie die Nachstehenden: (1) Geschwindigkeitsregler und Selektoren
für eine
oder beide der Drehgeschwindigkeiten von Wafer 112 und Polierkissen 104;
(2) Regler und Selektoren zur Änderung
der Geschwindigkeit und des Orts der Abgabe von Poliermedium 120 zu
dem Kissen; (3) Regler und Selektoren zur Steuerung der Größe von Kraft
F, die zwischen dem Wafer und dem Polierkissen angewendet wird,
und (4) Regler, Betätiger
und Selektoren zur Steuerung der Lage der Rotationsachse 142 des
Wafers, bezogen auf die Rotationsachse 134 des Kissens.
Der Fachmann wird verstehen, wie diese Komponenten so aufgebaut
und implementiert sind, dass eine genaue Erläuterung derselben für den Fachmann
nicht erforderlich ist, um die vorliegende Erfindung zu verstehen
und auszuführen.
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Während des
Polierens werden Polierkissen 104 und Wafer 112 um
ihre jeweilige Rotationsachse 134, 142 gedreht
und Poliermedium 120 wird aus dem Poliermediumeinlass 146 auf
das sich drehende Polierkissen dosiert bzw. abgegeben. Das Poliermedium 120 verteilt
sich über
die Polierschicht 108, einschließlich des Zwischenraums unterhalb
Wafer 112, und Polierkissen 104. Polierkissen 104 und
Wafer 112 werden im Allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise,
bei ausgewählten
Geschwindigkeiten von 0,1 U/min bis 150 U/min gedreht. Die Kraft
F wird im Allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, in einer Höhe ausgewählt, um
einen gewünschten
Druck von 0,1 psi bis 15 psi (6,9 bis 103 kPa) zwischen Wafer 112 und
Polierkissen 104 auszulösen.
Wie der Fachmann erkennen wird, ist es möglich, das Polierkissen im
Flächengebildeformat
oder zu Polierkissen mit einem Durchmesser, weniger als der Durchmesser
des zu polierenden Substrats zu konfigurieren.
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Bezugnehmend
auf 2A–2B werden nun
Ausführungsformen
von Polierkissen 104 von 1 genauer
beschrieben, insbesondere in Bezug auf die Flächenpoliertextur 200.
Im Gegensatz zu CMP-Kissen des Standes der Technik, bei denen eine
Flächentextur
oder Unebenheiten der Rückstand
von Materialentfernung oder vom Zurückformungsvorgang (beispielsweise
Konditionieren) sind, ist Poliertextur 200 als Reihe von
identischen oder ähnlichen
Polierelementen 204 und 208 mit genauer Geometrie
aufgebaut. Für
Erläuterungszwecke
wird gezeigt, dass Poliertextur 200 aus im Wesentlichen vertikalen
Elementen 208 und im Wesentlichen horizontalen Elementen 204 besteht,
jedoch muss das nicht unbedingt der Fall sein. Poliertextur 200 ist gleichbedeutend
mit einer Vielzahl von solchen Polierelementen 204 und 208,
jeweils mit einer mittleren Breite 210 und mit einer mittleren
Querschnittsfläche 222,
wobei die Elemente mit einem mittleren Abstand 218 beabstandet
sind. Wie hier und durchweg verwendet, bedeutet der Begriff "mittlerer" das arithmetische
Mittel, genommen über
das gesamte Volumen des Elements oder der Struktur. Zudem hat das
miteinander verbundene Netzwerk von Elementen 204, 208 eine
mittlere Höhe 214 und
eine mittlere Halbhöhe 215.
Die Poliertextur 200 ist beim Einsatz ein Satz von hexaedrischen
Einheitszellen; das heißt
Raumeinheiten, in denen jede Fläche
(von sechs) quadratisch oder rechteckig ist und durchgehende Elemente,
entlang der Kanten nur von der Raumeinheit verlaufen, wobei die
Mitte von jeder Fläche
und von der Raumeinheit insgesamt leer gelassen wird.
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Das
Verhältnis
von mittlerer Höhe 214 zu mittlerer
Breite 210 von Elementen 208 ist zumindest 0,5.
Vorzugsweise ist das Verhältnis
von mittlerer Höhe 214 zu
mittlerer Breite 210 zumindest 0,75 und bevorzugter zumindest
1. Gegebenenfalls kann das Verhältnis
von mittlerer Höhe 214 zu
mittlerer Breite 210 zumindest 5 oder zumindest 10 sein.
Wenn die mittlere Höhe
zunimmt, nimmt die Zahl der miteinander verbindenden Elemente 204,
die erforderlich sind, um das Netzwerk von Polierelementen 208 zu versteifen,
während
des Polierens zu. Im Allgemeinen sind nur die nichteingeschränkten Enden
der Elemente 208, die über
die äußersten
miteinander verbindenden Elemente 204 hinausragen, frei
von Biegen unter Scherkräften
während
des Polierens. Die Höhe
der Elemente 208 zwischen der Grundschicht 240 und
dem obersten miteinander verbindenden Element 204 sind
stark eingeschränkt,
und auf irgendein Element 208 angewendete Kräfte werden
von vielen benachbarten Elementen 204 und 208 wirksam
getragen, ähnlich
einem Brückenträger oder einer äußeren Widerlagerstütze. In
dieser Weise ist die Poliertextur 200 über die Längen-skale, die für gute Ebnung
erforderlich ist, steif, ist allerdings örtlich bei kürzeren Längenskalen
anschmiegend, aufgrund der örtlichen
Verformbarkeit und Biegsamkeit der nichtgestützten Enden von Elementen 208.
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Die
miteinander verbundenen Elemente 204 und die Polierelemente 208 kombinieren
zur Bildung einer Einheitszelle 225, wobei die Einheitszelle
eine mittlere Breite 227 und eine mittlere Länge 229 aufweist.
Diese Einheitszellen haben eine netzförmige oder offenzellige Struktur,
die zur Bildung des dreidimensionalen Netzwerks kombinieren. Die
miteinander verbundenen Einheitszellen haben eine Höhe von zumindest
drei Einheitszellen und vorzugsweise zumindest 10 Einheitszellen.
Im Allgemeinen erhöht die
Zunahme der Höhe
des Polierkissens die Standzeit des Polierkissens sowie seine Massesteifigkeit, wobei
Letztere zur verbesserten Ebnung beiträgt. Gegebenenfalls ist die
mittlere Breite 227 der Einheitszelle nicht gleich ihrer
mittleren Länge 229.
Beispielsweise kann ein Verhältnis
von mittlerer Breite zu mittlerer Länge zumindest 2 oder zumindest
4 sein, um die Polierleistung für
gewisse Polieranwendungen weiter zu verbessern. Beispielsweise neigen Einheitszellen
mit einer verlängerten
horizontalen Länge
zur Bereitstellung steiferer Polierelemente für verbesserte Ebnung; und Einheitszellen
mit verlängerter
vertikaler Länge
neigen zu biegsameren Polierelementen für verbesserte Defektbildungsleistung.
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Ein
Vorteil des Verhältnisses
von hoher mittlerer Höhe
zu mittlerer Breite von Elementen 208 besteht darin, dass
der gesamte Polierflächenbereich von
Querschnittsbereich 222 für einen längeren Zeitraum konstant bleibt.
Wie in 2A gezeigt, wird an jedem Punkt
bei der Gebrauchszeit der Polierschicht 202, während das
Meiste von dem Kontaktbereich von Poliertextur 200 von
den Querschnitten 222 aus aufrechten Elementen 208 besteht,
alles oder ein Teil von einigen miteinander verbindenden Elemente 204 in
dem Vorgang verschleißen,
und diese werden insbesondere als Kontaktelemente 206 bezeichnet.
Vorzugsweise sind die vertikalen Positionen von miteinander verbindenden
Elementen 204 derart gestaffelt, dass der parallel zu Grundschicht 240 auftretende Verschleiß nur einem
geringen Bruchteil von miteinander verbindenden Elementen 204 bei
einem gegebenen Zeitpunkt erfasst, und diese Kontaktelemente 206 machen
einen kleinen Bruchteil des gesamten Kontaktbereichs aus. Dies gestattet
Polieren von verschiedenen Substraten mit ähnlichen Poliereigenschaften
und vermindert oder beseitigt das Erfordernis von periodischem Aufarbeiten
oder Konditionieren des Kissens. Diese Verminderung beim Konditionieren
verlängert
die Standzeit des Kissens und senkt die Verarbeitungskosten. Außerdem können Perforationen
durch das Kissen, die Einführung
von leitend ausgekleideten Nuten oder der Einbau eines Leiters,
wie leitfähige
Fasern, leitfähiges
Netzwerk, Metallgitter oder Metalldraht, die Kissen in eCMP ("elektrochemisch mechanische
Ebnung") Polierkissen
umwandeln. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur dieser Kissen kann
Fluidströmung
erleichtern und eine konsistente Flächenstruktur, die für eCMP-Anwendungen
erforderlich ist, beibehalten. Der erhöhte Fluidstrom verbessert die
Entfernung von verbrauchtem Elektrolyt aus dem eCMP-Verfahren, was
die Gleichförmigkeit
des eCMP-Verfahrens verbessern
kann.
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Vorzugsweise
existiert kein festes Material in Poliertextur 200, das
nicht in Polierelementen 204 und 208 enthalten
ist. Gegebenenfalls ist es möglich, die
abrasiven Teilchen oder Fasern an Polierelementen 204 und 208 zu
befestigen. Folglich gibt es kein Leervolumen in einem beliebigen
jeweiligen Element 204 oder 208, alle Leervolumen
in Poliertextur 200 liegen vorzugsweise zwischen und beabstandet außerhalb
Polierelementen 204 und 208 vor. Gegebenenfalls
können
jedoch Polierelemente 204 und 208 eine Hohl- oder
poröse
Struktur aufweisen. Polierelemente 208 sind unnachgiebig
an einem Ende der Grundschicht 240, die den Abstand 218 aufrecht
erhält
und die Polierelemente 208 in einer im Wesentlichen aufrechten
Orientierung aufrecht erhält,
fixiert. Die Ausrichtung bzw. Orientierung von Elementen 208 wird
weiterhin durch miteinander verbindende Elemente 204 an
den Verknüpfungspunkten 209,
die benachbarte Polierelemente 204 und 208 verbinden, aufrechterhalten.
Die Verknüpfungspunkte 209 können einen
Klebstoff oder eine chemische Bindung zum Befestigen von Elementen 204 und 209 einschließen. Vorzugsweise
geben Verknüpfungspunkte 209 eine
Verbindung derselben Materialien miteinander und besonders bevorzugt
eine nahtlose Verbindung derselben Materialien miteinander wieder.
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Es
ist bevorzugt, dass Breite 210 und Abstand 218 der
Polierelemente 208 gleichförmig oder nahezu gleichförmig über alle
Polierelemente 208 von Ende zu Ende zwischen den Verknüpfungspunkten 209 oder
gleichförmig über die
Untergruppen von Polierelementen 208 sind. Beispielsweise
haben die Polierelemente 208 vorzugsweise eine Breite 210 und
ein Abstand 218, die innerhalb 50 % der mittleren Breite
bzw. Abstand verbleiben, in der Polierschicht 202 zwischen
Kontaktelement 206 und halber Höhe 215. Insbesondere
haben Polierelemente 208 eine Breite 210 und einen
Abstand 218, die innerhalb 20 % der mittleren Breite bzw.
Abstand verbleiben, in Polierschicht 202 zwischen Kontaktelement 206 und halber
Höhe 215.
Besonders bevorzugt haben Polierelemente 208 eine Breite 210 und
einen Abstand 218, die innerhalb 10 % der mittleren Breite
bzw. Abstand verbleiben, in der Polierschicht 202 zwischen Kontaktelement 206 und
halber Höhe 215.
Insbesondere erleichtert Aufrechterhalten einer Querschnittsfläche von
Polierelementen 204 und 208 zwischen benachbarten
Verknüpfungspunkten 209 auf
innerhalb 30 % konsistente Polierleistung. Vor allem hält das Kissen
eine Querschnittsfläche
innerhalb 20 % und bevorzugter innerhalb 10 % zwischen benachbarten
Verknüpfungspunkten 209 aufrecht.
Außerdem
haben Polierelemente 204 bzw. 208 vorzugsweise
eine lineare Form, um konsistentes Polieren weiterhin zu erleichtern.
Eine direkte Folge dieser Merkmale besteht darin, dass die Querschnittsfläche 222 der
Polierelemente 208 in der Vertikalrichtung nicht stark
variiert. Somit werden Polierelemente 208 während des
Polierens verschlissen und die Höhe 214 nimmt
ab, während
es eine geringe Änderung
in der Fläche 222,
die zu dem Wafer weist, gibt. Diese Konsistenz im Flächenbereich 222 liefert
eine gleichförmige
Poliertextur 200 und erlaubt konsistentes Polieren für wiederholte
Poliervorgänge.
Beispielsweise erlaubt die einheitliche Struktur Polieren von mehrfach
bemusterten Wafern, ohne Nachstellen der Werkzeugeinstellungen.
Für die
Zwecke dieser Beschreibung gibt die Polierfläche oder die Textur 200 den
Flächenbereich
von Polierelementen 204 und 208, gemessen in einer
Ebene, parallel zu der Polierfläche,
wieder. Vorzugsweise bleibt der Gesamtquerschnittsbereich 222 von
Polierelementen 208 innerhalb 25 Prozent zwischen der anfänglichen
Polierfläche
oder Kontaktelementen 206 und der halben Höhe 215 der
vertikalen Säule
von Einheitszellen 225. Insbesondere bleibt der Gesamtquerschnittsbereich 222 der
Polierelemente 208 nahe 10 Prozent zwischen der anfänglichen
Polierfläche
und der Halbhöhe 215 der
vertikalen Säule
von Einheitszellen 225. Wie bereits angeführt, ist
es außerdem
bevorzugt, dass die vertikalen Positionen der miteinander verbindenden
Elemente 204 gestaffelt sind, um die Änderung im Gesamtquerschnittsbereich
klein zu halten, wenn die Elemente verschlissen werden.
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Gegebenenfalls
ist es möglich,
Polierelemente 208 in beabstandeten Gruppierungen von einigen
Polierelementen 208 anzuordnen – beispielsweise können die
Polierelemente kreisförmige
Gruppierungen um eine Fläche,
frei von Polierelementen, umfassen. Innerhalb jeder Gruppierung
ist es bevorzugt, dass die miteinander verbindenden Elemente 204 vorliegen,
um die Beabstandung und die wirksame Steifigkeit der Gruppierungen
von Elementen 208 aufrecht zu halten. Außerdem ist
es möglich,
die Dichte von den Polierelementen 204 oder 208 in
verschiedenen Bereichen einzustellen, um die Entfernungsraten und
Polier- oder Wafergleichförmigkeit fein
abzustimmen. Es ist außerdem
möglich,
die Polierelemente in einer Weise anzuordnen, dass sie offene Kanäle bilden,
wie kreisförmige
Kanäle,
X-Y-Kanäle,
radiale Kanäle,
gekrümmt-radiale
Kanäle
oder spiralförmige
Kanäle.
Die Einführung
von optionalen Kanälen
erleichtert die Entfernung von großer Debris und kann Polier-
oder Wafergleichförmigkeit
verbessern.
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Es
ist bevorzugt, dass die Höhe 214 von
Polierelementen 208 über
alle Elemente gleichförmig ist.
Es ist bevorzugt, dass die Höhe 214 innerhalb
20 % der mittleren Höhe,
bevorzugter innerhalb 10 % der mittleren Höhe bleibt, und besonders bevorzugt innerhalb
1 % der mittleren Höhe
innerhalb Poliertextur 200 bleibt. Gegebenenfalls kann
eine Schneidevorrichtung, wie ein Messer, eine mit hoher Geschwindigkeit
rotierende Klinge oder ein Laser, periodisch die Polierelemente
zu einer gleichförmigen Höhe schneiden.
Zudem können
der Durchmesser und die Geschwindigkeit der Schneidklinge gegebenenfalls
die Polierelemente bei einem Winkel schneiden, um die Polierfläche zu ändern. Beispielsweise erzeugen
Schneid-Polier-Elemente
mit kreisförmigem
Querschnitt bei einem Winkel eine Textur von Polierspitzen, die
mit dem Substrat in Wechselwirkung treten. Gleichförmigkeit
in der Höhe
gewährleistet,
dass alle Polierelemente 208 von Poliertextur 200 sowie
alle miteinander verbindenden Kontaktelemente 206 in der
Verschleißebene
das Potential zum Kontakt des Werkstücks aufweisen. Weil industrielle CMP-Tools
tatsächlich
eine Maschinerie aufweisen, um ungleichmäßigen Polierdruck bei unterschiedlichen
Anordnungen auf den Wafer anzuwenden, und weil der Fluiddruck, der
unter dem Wafer erzeugt wird, ausreicht, um den Wafer zu veranlassen,
an einer Position, die präzise
horizontal und parallel zur mittleren Höhe des Kissens ist, abzuweichen,
ist es möglich,
dass gewisse Polierelemente 208 den Wafer nicht kontaktieren.
In Bereichen des Polierkissens 104, in denen Kontakt stattfindet,
ist es allerdings erwünscht,
dass möglichst
viele Polierelemente 208 von ausreichender Höhe Kontakt
bereitstellen. Da außerdem
die ungestützten
Enden der Polierelemente 208 sich im Allgemeinen bei der
dynamischen Kontaktmechanik des Polierens biegen, wird ein anfänglicher
Polierflächenbereich
im Allgemeinen verschleißen,
um sich dem Biegewinkel anzupassen. Eine anfänglich kreisförmige obere
Fläche
wird beispielsweise verschleißen,
unter Bildung einer winkligen oberen Fläche und die Änderungen
in der Richtung, die während
des Polierens erfahren werden, werden Mehrfachverschleißmuster
schaffen.
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Die
Abmessungen und Beabstandungen von Polierelementen 204 und 208 werden
gewählt,
um sowohl hohen Kontaktbereich 222 zwischen dem Kissen
und einem Wafer, als auch hinreichende offene Strömungsfläche 226 für Aufschlämmung, um
Polierdebris zu entfernen, bereitzustellen. Die Polierelemente 204 und 208 machen
im Allgemeinen weniger als 80 Prozent des gemessenen Polierkissenvolumens
oberhalb der Grundschicht 240 aus. Vorzugsweise machen
die Polierelemente 204 und 208 weniger als 75
Prozent des Polierkissenvolumens, gemessen oberhalb der Grundschicht 240,
aus. Beispielsweise nehmen typische Elemente 204 und 208 5
bis 75 Prozent des Volumens vom Polierkissen, gemessen über die
Basisschicht 240, ein. Polierkissen, ausgelegt für eine Kontaktfläche, nehmen
typischerweise 40 bis 80 Prozent des Volumens vom Polierkissen,
gemessen über
die Grundschicht 240, ein. Es gibt einen intrinsischen
Kompromiss zwischen diesen Zielen: Zugabe von stärker polierenden Elementen 204 und 208 in
dem verfügbaren
Raum von Poliertextur 200 verstärkt den Gesamtkontaktbereich 222,
vermindert aber den Fließbereich 226,
der mehr Hürden
für den
Aufschlämmungsstrom 230 schafft, und
die Entfernung von Polierdebris. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass Polierelemente 204 und 208 ausreichend schmal
sind und weit beabstandet sind, um günstige Ausbalancierung von
Kontaktfläche
und Strömungsfläche zu gestatten.
Polierelemente 208 mit rechtwinkligen oder quadratischen
Querschnitten sind zum Erhöhen
der Kontaktfläche
vorteilhaft. Gemäß dieser
Ausbalancierung kann das Verhältnis
von der Abstand 218 der Polierelemente 208 zu
der Breite 210 der Polierelemente 208 gegebenenfalls
zumindest 2 sein. Mit diesen Grenzen kann die Kontaktfläche 222 von
Poliertextur 200 75 % (das heißt, das Quadrat von eins minus
der Breite/Abstandsverhältnis)
oder größer erreichen,
und die Strömungsfläche 226 ist
50 % der verfügbaren
Fläche
(das heißt,
eins minus der Breite/dem Abstandsverhältnis) oder größer. Typischerweise
wirken Polierelemente 208 zum Sammeln oder Einfangen von
Polierdebris bei einem Ort unterhalb der Fläche des Kissens. Dieses Merkmal
erleichtert die Abnahme von Defektbildung durch Einfangen von schädlicher
Debris an einem Ort, der nicht kontaktiert wird, oder Zerkratzen
der Fläche
eines Gegenstands während
des Polierens. Es ist außerdem
möglich,
dass das Verhältnis
von der Höhe 214 zu
der Breite 210 der Polierelemente 208 gegebenenfalls zumindest
vier, 4, sein kann, um die Strömungsfläche 226 maximal
zu gestalten, und um zu erlauben, dass die Polierdebris horizontal
unter den Polierelementen 204 und 208 transportiert
wird, während
noch vertikaler Abstand zwischen transportierter Debris und dem
Wafer erfolgt.
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Poliertextur 200 ist
außerdem
zur Auswahl der Querschnittsform von Polierelementen 204 und 208 optimiert,
damit sie hinsichtlich des Aufschlämmungsstroms 230,
der vorwiegend in horizontaler Richtung auftritt, stromlinienförmig sind.
Stromlinienförmig-Machen
von Körpern,
um minimalen Fluidnachzug zu erzielen, ist ein bekanntes Fach der
Ingenieurtechnik und bildet einen Teil der Wissenschaft, die routinemäßig bei
der Entwicklung von Flugzeugen, Wasserfahrzeugen, Automobilen, Projektilen und
anderen Gegenständen,
die sich in oder in Bezug auf Gas oder Flüssigkeit bewegen, angewendet wird.
Die Gleichungen für
Fluidströmung,
die letztere Human-Skale-Objects beherrschen, werden identisch für den Maßstab von
CMP-Kissenmakrostruktur oder -mikrostruktur angewendet. Im Wesentlichen besteht
Stromlinienförmig-Machen
in der Auswahl eines allmählich
gekrümmten
Querschnitts, der frei von scharfen Übergängen ist, sodass ein äußerer Fluidstrom
um den Querschnitt geleitet werden kann, ohne sich von der Fläche abzulösen und
sich entgegengesetzt kreisförmig
bewegende Wirbel zu erzeugen, die Fluidenergie verbrauchen. Aufgrund
dieser Betrachtung ist ein kreisförmiger Querschnitt 222 gegenüber einem
quadratischen oder rechtwinkligen Querschnitt für Polierelemente 204 und 208 bevorzugt.
Ein weiteres Stromlinienförmig-Machen
der Formen von Polier-elementen 208 erfordert Kenntnis der örtlichen
Richtung des Aufschlämmungs-stroms 230.
Da sowohl sich das Kissen als auch der Wafer drehen, kann sich der
Aufschlämmungsstrom 230 den
Polierelementen 204 und 208 aus einer Vielzahl von
Winkeln nähern
und das korrekte Stromlinienförmig-Machen
für einen
Annäherungswinkel
wird suboptimal für
andere Annäherungswinkel
sein. Die einzige Form, die für
alle Richtungen von Fluidannäherung
stromlinienförmig
gemacht ist, ist ein kreisförmiger
Querschnitt, der im allgemeinen Fall bevorzugt ist. Wenn die vorwiegende
Strömungsrichtung
ermittelt werden kann, wie im Fall eines CMP-Verfahrens mit einem
sehr hohen Verhältnis
von Plattengeschwindigkeit zu Trägergeschwindigkeit,
ist es bevorzugter, den Querschnitt der Polierelemente 204 und 208 hinsichtlich
jener Richtung stromlinienförmig
zu gestalten.
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Wie
in 2A gezeigt, schließt Polierkissen 104 Polierschicht 202 ein
und kann zusätzlich
ein Unterkissen 250 einschließen. Es ist anzumerken, dass Unterkissen 250 nicht
erforderlich ist und Polierschicht 202 kann direkt über Grundschicht 240 an
die Platte eines Polierers, beispielsweise Platte 130 von 1,
befestigt sein. Polierschicht 202 kann über Grundschicht 240 auf
Unterkissen 250 in einer beliebigen geeigneten Weise, wie
durch Klebstoffbindung, beispielsweise unter Verwendung einer Haftklebstoffschicht 245,
oder eines Heißschmelzklebstoffs,
Heißkleben,
chemisches Binden, Ultraschallkleben usw., befestigt sein. Die Grundschicht 240 oder
Unterlage 250 kann als Poliergrundlage zum Anhaften der
Polierelemente 208 dienen. Vorzugsweise erstreckt sich ein
Grundteil von Polierelementen 208 in die Grundschicht 240.
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Verschiedene
Verfahren zur Herstellung für Poliertextur 200 sind
möglich.
Für Netzwerke
größerer Skale
bzw. Abmessung schließen
diese Micromachining, Laser- oder
Fluidstrahlätzen,
und andere Verfahren zur Materialentfernung aus einer festen Ausgangsmasse,
und Polymerisation-fokussierten Laser, vorzugsweise optisches Härten, biologisches Wachsen,
und andere Verfahren zur Materialkonstruktion innerhalb eines vorgegebenen
Hohlvolumens ein. Für
Netzwerke kleinerer Abmessung können Kristallisation,
Keimpolymerisation, Lithographie oder andere Techniken zur bevorzugten
Materialabscheidung verwendet werden, wie Elektrophorese, Phasenkernbildung
oder andere Verfahren zur Herstellung einer Schablone für anschließende Materialselbstanordnung.
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Die
Polierelemente 204 und 208 und Grundschicht 240 von
Mikrostruktur 200 können
aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt werden, wie
Polycarbonate, Polysulfone, Nylons, Polyether, Polyester, Polystyrole,
Acrylpolymere, Polymethylmethacrylate, Polyvinylchloride, Polyvinylfluoride, Polyethylene,
Polypropylene, Polybutadiene, Polyethylenimine, Polyurethane, Polyethersulfone,
Polyamide, Polyetherimide, Polyketone, Epoxide, Silikone, Copolymere
davon (wie Polyether-Poly-ester-Copolymere) und Gemische davon.
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Polierelemente 204 und 208 und
Grundschicht 240 können
ebenfalls aus einem nichtpolymeren Material, wie Keramik, Glas,
Metall, Stein, Holz oder der Festphase eines einfachen Materials, wie
Eis, gefertigt sein. Polierelemente 204 und 208 und
Grundschicht 240 können
ebenfalls aus einem Verbund von einem Polymer mit einem oder mehreren
nichtpolymeren Material/Materialien gefertigt sein.
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Im
Allgemeinen ist die Wahl des Materials für Polierelemente 204 und 208 und
Grundschicht 240 durch ihre Eignung zum Polieren eines
Gegenstands, hergestellt aus einem bestimmten Material in gewünschter
Weise, begrenzt. In ähnlicher
Weise kann Subkissen 250 aus einem beliebigen geeigneten
Material, wie Materialien, die vorstehend für Polierelemente 204 und 208 und
Grundschicht 240 genannt wurden, hergestellt werden. Polierkissen 104 kann
gegebenenfalls einen Befestiger zum Befestigen des Kissens an einer
Platte, beispielsweise Platte 130 in 1,
ein Polierer, einschließen.
Das Befestigungselement kann beispielsweise eine Klebstoffschicht,
wie eine Haftklebstoffschicht 245, Heißschmelzklebstoff, eine mechanische
Befestigungsvorrichtung, wie ein Haken oder eine Schlaufe, Teil einer
Haken- und Schlaufenbefestigung, sein. Es ist auch innerhalb des
Umfangs der Erfindung, eine oder mehrere faseroptische Endpunktvorrichtung(en) 270 oder ähnliche
Transmissionsvorrichtungen einzubauen, die einen Leerraum oder mehrere
Leerräume
von Poliertextur 200 einnehmen.
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Mit
Bezug auf 3 wird eine zweite Ausführungsform
des Polierkissens 204 in 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung im Hinblick auf eine alternative Flächenpoliertextur 300 beschrieben – eine Seitenquerschnittsansicht
von 3 würde
dasselbe asymmetrische Muster von miteinander verbundenen, netzförmig ausgelegten
Einheitszellen innerhalb der Polierschicht 302 aufweisen. Ähnlich zu
Kissen von 2A, befestigt Klebschicht 345 Basisschicht 340 an
ein optionales Unterkissen 350 und schließt gegebenenfalls
eine Endpunktvorrichtung 370 ein. Poliertextur 300 unterscheidet
sich von Poliertextur 200 von 2A in
drei Aspekten. Erstens, die Elemente 308 der Poliertextur 300 sind
nicht streng vertikal, sondern sind in einer Vielzahl von Winkeln
zwischen 45 und 90 Grad, hinsichtlich der Grundschicht 340,
und der horizontalen Ebene angeordnet, und einige der Elemente 308 sind
gekrümmt,
anstatt geradlinig. Auch sind die miteinander verbindenden Elemente 304 nicht
alle horizontal, sondern einige sind mit Winkeln von 0 bis 45 Grad,
hinsichtlich der Grundschicht 340 und der horizontalen
Ebene, angeordnet. Als solches besteht Poliertextur 300 aus
Einheitszellen, aber die Zellen variieren in Form und Anzahl von
Flächen.
Diese Merkmale, Höhe 314 von Elementen 308,
variieren gleichwohl nicht wesentlich innerhalb Poliertextur 300 zwischen
der Polierschicht oder dem Polier-element 306 und der halben
Höhe 315 von
Poliertextur 300. Zweitens gibt es mehr Änderung
in der Breite 310, Abstand 318 und Querschnittsfläche 322 unter
Elementen 304 und 308, als in den entsprechenden
Eigenschaftsmerkmalen von Polier-elementen 208. Drittens,
der Aufschlämmungsstrom 330 durch
und unter Elementen 304 und 308 strömt in unregelmäßigeren
Wegen als die Strömung 230 durch
Polier-elemente 208. Trotzdem bildet Poliertextur 300 die
wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus, wenn
Elemente 306 die Polierfläche bilden. Insbesondere die
Elemente 304 und 308 verbinden sich miteinander
bei Verknüpfungen 309 zur
Bildung eines Netzwerks, das in drei Dimensionen untereinander verknüpft ist,
zu einem zufrieden stellenden Grad, um insgesamt Steifigkeit der
Poliertextur zu verleihen, während
die ungestützten
Enden von Elementen 308 lokale Flexibilität bereitstellen,
um sich dem Werkstück
anzupassen. Außerdem
sind die Elemente 304 und 308 noch ausreichend
schmal und breit beabstandet, um ein günstiges Ausbalancieren von
Kontaktfläche
und Strömungsfläche zu erlauben;
das Verhältnis
von mittlerem Pitch 318 von Elementen 308 zu mittlerer
Breite 310 von Elementen 308 ist zumindest 2 und
das Verhältnis
von Höhe 314 zu
mittlerer Breite 310 der Elemente 308 ist zumindest
4. Als solches kann Kontaktfläche 322 von
Poliertextur 300 25 % oder größer erreichen, und der Strömungsbereich 326,
obwohl unregelmäßiger als
der Strömungsbereich 326 von
Poliertextur 300, ist groß genug, um zu gestatten, dass Polierdebris
horizontal unter den Elementen 304 und 308 transportiert
wird, während
noch vertikaler Abstand zwischen dieser transportierten Debris und dem
Wafer bereitgestellt wird.
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Die
Poliertextur 300 von 3 veranschaulicht,
dass die vorliegende Erfindung offene, miteinander verbundene Netzwerke
umfasst, worin einzelne Elemente bei allen Winkeln, von vollständig horizontal
bis vollständig
vertikal, angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die Erfindung vollständig willkürliche Anordnungen
von miteinander verbundenen, schmalen Elementen, worin es keine
deutlich wiederholende Größe oder
Form zu den Leerräumen
gibt, oder wo Elemente stark gekrümmt, verzweigt oder miteinander
verwirrt sind. Übliche
Abbildungen, die, wie Polierkissenmikrostrukturen, in den Umfang
der Erfindung fallen würden,
sind Brückenabstützungen, Stiftmodelle
von Makromolekülen
und miteinander verbundene menschliche Nervenzellen. In jedem Fall muss
die Struktur dieselben kritischen Merkmale besitzen, nämlich, dass
ausreichend miteinander stattfindende Verbindung in drei Dimensionen
vorliegt, um das Gesamtnetzwerk zu versteifen, dass ein Verschleiß des Netzwerks
in einer horizontalen Ebene von der oberen Fläche schlanke Elemente erzeugt, mit örtlich ungestützten Enden,
die ein Anschmiegen mit einem Werkstück über einen kurzen Längenabstand
bereitstellen, und dass der offene Leerraum und das Verhältnis von
Länge zu
Breite der Elemente mit den vorstehend angegebenen geometrischen Grenzen übereinstimmt.
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Eine
zusätzliche
Ausführungsform
der Erfindung wird in 4 gezeigt und besteht aus Polierschicht 402 mit
einem regelmäßig-beabstandeten miteinander
verbundenen tetraedrischen Gitter. Alle Elemente 404 und 408,
die bei Verknüpfungen 409 zusammengefügt sind,
sind identisch in Länge
und Breite dargestellt, obwohl dies nicht unbedingt sein muss. Wie
in der Ausführungsform
gezeigt, ist die Einheitszelle ein regelmäßiges Tetraeder, worin jede (von
vier) Fläche
ein gleichseitiges Dreieck ist, die Seite davon ist der Abstand 418 von
dem Netzwerk, und durchgehende Elemente mit einer Breite 410 laufen
entlang nur der vier Kanten der Raumeinheit, wobei sie die Mitte
von jeder dreieckigen Fläche
und von der Raumeinheit als völlig
leer hinterlassen. Aufgrund der Symmetrie des tetraedrischen Gitters
würde eine
Seitenquerschnitts- und Draufsicht von 4 dasselbe
netzförmige
Muster bilden. Diese Poliertextur liefert die höchstmögliche Steifigkeit, weil dreieckig
facettierte Polyeder nichtverformbar sind. Wenn die Struktur verschleißt, werden
freie Enden an Elementen 408 gebildet, die lokale Verformbarkeit
und Anschmiegung an das Werkstück
bereitstellen. In der in 4 dargestellten Ausführungsform
ist das tetraedrische Netzwerk als eine etwas keilförmig geformte Grundschicht 440 aufgebaut,
sodass keine Ebenen des Netzwerks exakt parallel zu der Kontaktebene mit
dem Wafer angeordnet sind. Bei einem gegebenen Zeitpunkt werden
nur eine Untermenge von Elementen 406 zusammen mit ihren
längsten
Abmessungen verschlissen, während
das Meiste der Kontaktfläche
durch die kleineren Querschnittsflächen 422 von Elementen,
die über
ihre kürzeren
Abmessungen verschlissen werden, bereitgestellt wird. Dies liefert
das Merkmal, dass die Kontaktfläche
im Wesentlichen unveränderlich über der
Höhe 414 zwischen
der Polierschicht oder dem Polierelement 406 und der halben
Höhe 415 von
der Poliertextur 400 verbleibt. Über die keilförmige Grundschicht 440 variiert
die mittlere Fläche 426 für Aufschlämmungsstrom 430 etwas.
Um diese Variation klein zu halten, wird in der Praxis die Grundschicht 440 so
abgestuft, dass eine sich wiederholende Reihe von keilförmigen Abschnitten
das Netzwerk trägt.
Die in 4 dargestellte Struktur ist etwa eine wiederholende
Einheit. Ähnlich
zu dem Kissen von 2A befestigt Klebstoffschicht 445 Grundschicht 440 an
dem Unterkissen 450 und schließt gegebenenfalls Endpunktvorrichtung 470 ein.
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Die
Erfindung liefert den Vorteil der Entkupplung von Kontaktmechanik
von Fluidmechanik. Insbesondere erlaubt sie wirksam Fluidstrom innerhalb des
Kissens, um Polierdebris einfach zu entfernen. Außerdem erlaubt
sie Einstellen der Steifigkeit von Polierelementen, Höhe und Abstand
zu Kontrollkontaktmechanik mit einem Substrat. Außerdem erlaubt die
Form der Polierelemente Verminderung oder Beseitigung von Konditionierung
für eine
erhöhte
Standzeit des Polierkissens. Schließlich erlaubt eine gleichförmige Querschnittsfläche Polieren
von mehreren Substraten, wie gemusterte Wafer, mit ähnlichen
Poliereigenschaften.