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Die
Erfindung betrifft eine Dispersion, welche Partikel von Ceroxid
und von Schichtsilikaten enthält, deren Herstellung und
deren Verwendung.
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Es
ist bekannt Ceroxiddispersionen zum Polieren von Glas-, Metall-
und dielektrischen Oberflächen einzusetzen und zwar sowohl
zum Grobpolieren (hoher Abtrag, unregelmäßiges
Profil, Kratzer)) und zum Feinpolieren (geringer Abtrag, glatte
Oberflächen, keine oder wenige Kratzer). Als nachteilig
erweist sich dabei oft, dass Ceroxidpartikel und zu polierende Oberfläche
die unterschiedliche elektrische Ladung tragen und sich dadurch
anziehen. In Folge ist es aufwändig die Ceroxidpartikel
von der polierten Oberfläche wieder zu entfernen.
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In
US 7112123 wird eine Dispersion
zum Polieren von Glas-, Metall- und dielektrischen Oberflächen offenbart,
welche als Abrasiv 0,1 bis 50 Gew.-% Ceroxidpartikel und 0,1 bis
10 Gew.-% Tonpartikel (englisch: clay abrasive particles) enthält,
wobei 90% der Tonpartikel einen Partikeldurchmesser von 10 nm bis
10 μm und 90% der Ceroxidpartikel einen Partikeldurchmesser
von 100 nm bis 10 μm aufweisen. Ceroxidpartikel, Tonpartikel
und Glas als die zu polierende Oberfläche weisen dabei
eine negative Oberflächenladung auf. Eine solche Dispersion
ermöglicht einen wesentlich höheren Abtrag als
eine nur auf Ceroxidpartikeln basierende Dispersion. Jedoch verursacht
eine solche Dispersion eine hohe Defektrate.
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Gewünscht
sind Dispersionen, die eine hohe Abtragsrate bei geringer Defektrate
und hoher Selektivität liefern. Nach dem Polieren und Reinigen
der Wafer sollen nur geringe oder keine Ablagerungen mehr auf der
Oberfläche zu finden sein.
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Es
wurde nun überraschend gefunden, dass die Aufgabe durch
eine Dispersion gelöst wird, die Ceroxidpartikel und Partikel
ein oder mehrerer Schichtsilikate enthält, wobei
- – das Zetapotential der Schichtsilikatpartikel
negativ und das der Ceroxidpartikel positiv oder gleich Null und das
Zetapotential der Dispersion insgesamt negativ ist,
- – der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel
und der mittlere Partikeldurchmesser der Schichtsilikatpartikel
maximal 200 nm beträgt und
- – der pH-Wert der Dispersion 7,5 bis 10,5, bevorzugt
9 bis 10, ist.
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Ein
Maß für die Oberflächenladung der Partikel
ist das Zetapotential. Unter Zetapotential ist das Potential an
der Scherebene innerhalb der elektrochemischen Doppelschicht Partikel/Elektrolyt
in der Dispersion zu verstehen. Eine wichtige Größe
im Zusammenhang mit dem Zetapotential ist der isoelektrische Punkt
(IEP) für einen Partikel. Der IEP gibt den pH-Wert an,
bei dem das Zetapotential Null ist. Je größer
das Zetapotential desto stabiler ist die Dispersion.
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Die
Ladungsdichte an der Oberfläche kann beeinflusst werden
durch Veränderung der Konzentration der potentialbestimmenden
Ionen im umgebenden Elektrolyten.
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Partikel
aus dem gleichen Material werden das gleiche Vorzeichen der Oberflächenladungen
besitzen und sich somit abstoßen. Wenn das Zetapotential
zu klein ist, kann die abstoßende Kraft jedoch nicht die
van der Waals-Anziehung der Partikel kompensieren und es kommt zu
Flockung und gegebenenfalls Sedimentation der Partikel.
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Das
Zetapotential kann beispielsweise bestimmt werden durch Messung
des kolloidalen Vibrationsstroms (CVI) der Dispersion oder durch
Bestimmung der elektrophoretischen Mobilität.
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Weiterhin
kann das Zetapotentials mittels der Elektrokinetischen Schallamplitude
(ESA) bestimmt werden.
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Der
Anteil an Ceroxid in der erfindungsgemäßen Dispersion
kann über einen weiten Bereich variiert werden. Vorzugsweise
kann der Gehalt an Ceroxid 0,01 bis 50, Gew.-%, bezogen auf die
Dispersion, betragen. Hohe Anteile werden angestrebt, wenn es beispielsweise
darum geht Transportkosten niedrig zu halten. Bei Einsatz als Poliermittel
beträgt der Anteil an Ceroxid bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%
und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion.
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Der
Anteil an Schichtsilikat beträgt bevorzugt 0,01 bis 10
Gew.-% und besonders bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf
die Dispersion.
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Es
hat sich ferner als vorteilhaft bei Polierprozessen erwiesen, wenn
das das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Schichtsilikat 1:2 bis
100:1 ist. Besonders bevorzugt ist ein Gewichtsverhältnis
von 10:1 bis 2:1.
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Weiterhin
kann eine erfindungsgemäße Dispersion bevorzugt
sein, in der außer Ceroxidpartikeln und Schichtsilikatpartikeln
keine weiteren Partikel vorliegen.
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Der
mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel in der erfindungsgemäßen
Dispersion beträgt maximal 100 nm. Bevorzugt ist ein Bereich
von 40 bis 90 nm ist. In diesem Bereich ergeben sich bei Polierprozessen
bezüglich Abtrag, Selektivität und Defektrate
die besten Ergebnisse.
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Die
Ceroxidpartikel können dabei als isolierte Einzelpartikel
wie auch in Form aggregierter Primärpartikel vorliegen.
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße
Dispersion aggregierte Ceroxidpartikel beziehungsweise die Ceroxidpartikel
liegen überwiegend oder vollständig in aggregierter
Form vor.
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Als
besonders geeignet haben sich dabei Ceroxidpartikel erwiesen, die
auf ihrer Oberfläche und in oberflächennahen Schichten
Carbonatgruppen enthalten. Insbesondere solche wie sie in
DE-A-10 2005 038 136 offenbart
sind. Dabei handelt es sich um Ceroxidpartikel die
- – eine BET-Oberfläche von 25 bis 150 m2/g besitzen,
- – die Primärpartikel einen mittleren Durchmesser
von 5 bis 50 nm aufweisen,
- – die oberflächennahe Schicht der Primärpartikel
eine Tiefe von ca. 5 nm aufweist,
- – in der oberflächennahen Schicht die Carbonatkonzentration
ausgehend von der Oberfläche, auf der die Carbonatkonzentration
am höchsten ist, nach innen abnimmt,
- – der von den Carbonatgruppen herrührende
Kohlenstoffgehalt auf der Oberfläche 5 bis 50 Flächenprozent beträgt
und in der oberflächennahen Schicht in einer Tiefe von
ca. 5 nm 0 bis 30 Flächenprozent beträgt
- – der Gehalt an Ceroxid, gerechnet als CeO2 und
bezogen auf das Pulver, mindestens 99,5 Gew.-% beträgt und
- – der Gehalt an Kohlenstoff, umfassend organischen
und anorganischen Kohlenstoff, 0,01 bis 0,3 Gew.-% bezogen auf das
Pulver, beträgt.
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Die
Carbonatgruppen im können sowohl an der Oberfläche
als auch in einer Tiefe bis ca. 5 nm der Ceroxidpartikel nachgewiesen
werden. Die Carbonatgruppen sind dabei chemisch gebunden und können
beispielsweise wie in den Strukturen a–c angeordnet sein.
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Die
Carbonatgruppen können beispielsweise durch XPS/ESCA-Analyse
nachgewiesen werden. Zum Nachweis der Carbonatgruppen in der oberflächennahen
Schicht kann ein Teil der Oberfläche mittels Argonionenbeschuss
abgetragen werden und die sich ergebende neue Oberfläche
ebenfalls mittels XPS/ESCA (XPS = Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie;
ESCA = Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) analysiert werden.
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Der
Anteil an Natrium beträgt in der Regel nicht mehr als 5
ppm und an Chlor nicht mehr als 20 ppm. Die genannten Elemente sind
in der Regel beim chemisch-mechanischen Polieren nur in geringen
Mengen tolerierbar.
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Die
eingesetzten Ceroxidpartikel weisen bevorzugt eine BET-Oberfläche
von 30 bis 100 m2/g und besonders bevorzugt
von 40–80 m2/g auf.
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Die
erfindungsgemäße Dispersion umfasst neben den
Ceroxidpartikeln auch Schichtsilikatpartikel.
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In
den Schichtsilikaten ist jedes Tetraeder bereits über drei
Ecken an drei Nachbartetraeder gebunden. Die Verknüpfung
erfolgt in der Weise, dass zweidimensional unendliche Tetraedernetze
entstehen, zwischen denen Schichten von oktaedrisch von O– und (OH)– umgebenen
Kationen, beispielsweise K+, Li+,
Mg2+, Zn2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+ liegen. In den Tetraederschichten weisen
alle freien Tetraederspitzen in eine Richtung.
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Sind
die Tetraeder einer Schicht zu Einzel- oder Doppelnetzen aus Sechserringen
verbunden, so entstehen hexagonale bzw. pseudohexagonale Minerale,
wie in der Glimmer-Familie (Muskovit, Biotit), Chlorit-Reihe (Klinochlor)
und Kaolinit-Serpentinit-Familie (Chrysotil, Kaolinit). Besteht
die Schicht dagegen aus Viererringen, so ist das Mineral tetragonal
bzw. pseudotetragonal (z. B. Apophyllit).
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Zu
den Schichtsilikaten gehören unter anderem Talk, Glimmer-Gruppe
(Seladonit, Paragonit, Muskovit, Phlogopit, Annit/Biotit, Trilithionit/Lepidolith,
Margarit), Tonminerale (Montmorillonit-Gruppe, Chlorit-Gruppe, Kaolinit-Gruppe,
Serpentin-Gruppe, Sepiolith, Gyrolith, Cavansit, Pentagonit.
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Bevorzugterweise
umfasst die erfindungsgemäße Dispersion ein synthetisch
hergestelltes Schichtsilikat. Dieses wird bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus natürlichen und synthetischen
Montmorilloniten, Bentoniten, Hectoriten, Smectiten und Talk.
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Die
in der erfindungsgemäßen Dispersion vorliegenden
Schichtsilikatpartikel weisen bevorzugt einen mittleren Durchmesser
im Bereich von 5 bis 100 nm auf. Der mittlere Teilchendurchmesser
der Schichtsilikate ist zu verstehen als Durchmesser in der Längsrichtung,
das heißt in der Richtung der größten
Ausdehnung der Teilchen.
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Weiterhin
ist das Aspektverhältnis der Schichtsilikatpartikel, das
heißt das Verhältnis von Längenausdehnung
zu Dicke, vorzugsweise größer als 5 und besonders
bevorzugt größer als 20.
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Besonders
bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Dispersion,
in der das Schichtsilikat ein synthetisches Lithiummagnesiumsilikat
der Zusammensetzung 59 ± 2 Gew.-% SiO2,
27 ± 2 Gew.-% MgO, 0,7 ± 0,2 Gew.-% Li2O, 3,0 ± 0,5 Gew.-% Na2O, < 10 Gew.-% H2O ist.
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Besonders
bevorzugt ist weiterhin eine erfindungsgemäße
Dispersion, in der das Schichtsilikat eines auf Basis von Montmorrilonit
mit einem Partikeldurchmesser von 10 bis 200 nm und einer Dicke
von 1 bis 10 nm ist. Das Aspektverhältnis dieses Schichsilikat
ist vorzugsweise > 100.
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In
der erfindungsgemäßen Dispersion ist der mittlere
Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel bevorzugt größer
als der der Schichtsilikatpartikel.
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Die
erfindungsgemäße Dispersion zeichnet sich unter
anderem dadurch aus, dass der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel
und der mittlere Partikeldurchmesser der Schichtsilikatpartikel
maximal 200 nm beträgt. Dabei ist vorzugsweise der mittlere
Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel größer
ist als der der Schichtsilikatpartikel. Insbesondere ist eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Dispersion bevorzugt, in
der der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel 40 bis
90 nm und der der Schichtsilikatpartikel 5 bis 15 nm ist.
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Dabei
hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ceroxidpartikel
auf ihrer Oberfläche und in oberflächennahen Schichten
Carbonatgruppen enthalten und der pH-Wert der Dispersion 9 bis 10
ist.
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Die
erfindungsgemäße Dispersion weist bevorzugt ein
Zetapotential von –20 bis –100 mV, besonders bevorzugt
eines von –25 bis –50 mV auf.
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Die
flüssige Phase der erfindungsgemäßen
Dispersion umfasst Wasser, organische Lösungsmittel und
Mischungen von Wasser mit organischem Lösungsmittel. In
der Regel ist der Hauptbestandteil mit einem Anteil von > 90 Gew.-% der flüssigen
Phase Wasser.
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Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Dispersion noch
Säuren, Basen, Salze enthalten. Die Einstellung des pH-Wertes
kann durch Säuren oder Basen erfolgen. Als Säuren
können anorganische Säuren, organische Säuren
oder Mischungen der vorgenannten Verwendung finden. Als anorganische
Säuren können insbesondere Phosphorsäure,
Phosphorige Säure, Salpetersäure, Schwefelsäure,
Mischungen daraus, und ihre sauer reagierenden Salze Verwendung
finden. Als organische Säuren finden bevorzugt Carbonsäuren
der allgemeinen Formel CnH2n+1CO2H, mit n = 0–6 oder n = 8, 10,
12, 14, 16, oder Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel
HO2C(CH2)nCO2H, mit n = 0–4,
oder Hydroxycarbonsäuren der allgemeinen Formel R1R2C(OH)CO2H, mit R1 = H, R2 = CH3, CH2CO2H, CH(OH)CO2H, oder Phthalsäure oder Salicylsäure,
oder sauer reagierende Salze der vorgenannten Säuren oder
Mischungen der vorgenannten Säuren und ihrer Salze. Eine
Erhöhung des pH-Wertes kann durch Addition von Ammoniak,
Alkalihydroxiden oder Aminen erfolgen.
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Bei
bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße
Dispersion 0,3–20 Gew.-% eines Oxidationsmittels enthält.
Hierfür kann Wasserstoffperoxid, ein Wasserstoffperoxid-Addukt,
wie zum Beispiel das Harnstoff-Addukt, eine organische Persäure,
eine anorganische Persäure, eine Iminopersäure,
ein Persulfat, Perborat, Percarbonat, oxidierende Metallsalze und/oder
Mischungen der vorgenannten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt
kann Wasserstoffperoxid eingesetzt werden. Aufgrund der verringerten
Stabilität einiger Oxidationsmittel gegenüber
anderen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Dispersion
kann es sinnvoll sein, dieses erst unmittelbar vor der Benutzung
der Dispersion hinzuzufügen.
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Die
erfindungsgemäße Dispersion kann weiterhin Oxidationsaktivatoren
beinhalten. Geeignete Oxidationsaktivatoren können die
Metallsalze von Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Ni, Os, Pd, Ru, Sn,
Ti, V und Mischungen daraus sein. Weiterhin sind Carbonsäuren,
Nitrile, Harnstoffe, Amide und Ester geeignet. Besonders bevorzugt
kann Eisen-II-nitrat sein. Die Konzentration des Oxidationskatalysators
kann abhängig vom Oxidationsmittel und der Polieraufgabe
in einem Bereich zwischen 0,001 und 2 Gew.-% variiert werden. Besonders bevorzugt
kann der Bereich zwischen 0,01 und 0,05 Gew.-% sein.
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Die
Korrosionsinhibitoren, die in der Regel mit einem Anteil von 0,001
bis 2 Gew.-% in der erfindungsgemäßen Dispersion
vorhanden sind, können Stickstoff enthaltende Heterocyclen
wie Benzotriazol, substituierte Benzimidazole, substituierte Pyrazine,
substituierte Pyrazole und deren Mischungen sein.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren bei dem man
- – Ceroxidpartikel und Schichtsilikatpartikel
jeweils in Pulverform in einer flüssigen Phase, dispergiert
oder
- – in eine Ceroxidpartikel enthaltende Vordispersion
Schichtsilikatpartikel in Pulverform einbringt und nachfolgend dispergiert
oder
- – in eine Schichtsilikatpartikel enthaltende Vordispersion
Ceroxidpartikel in Pulverform einbringt und nachfolgend dispergiert
oder
- – eine Ceroxidpartikel enthaltende Vordispersion und
eine Schichtsilikatpartikel enthaltende Vordispersion zusammengibt
und nachfolgend dispergiert und
- – gegebenenfalls nachfolgend dem Dispergierschritt
der Varianten a) bis d) Oxidationsmittel, Oxidationskatalysator
und/oder Korrosionsinhibitor hinzufügt.
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Als
Dispergieraggregate eignen sich insbesondere solche, die einen Energieeintrag
von mindestens 200 KJ/m3 bewirken. Hierzu
zählen Systeme nach dem Rotor-Stator-Prinzip, zum Beispiel
Ultra-Turrax-Maschinen, oder Rührwerkskugelmühlen.
Höhere Energieeinträge sind mit einem Planetenkneter/-mixer
möglich. Die Wirksamkeit dieses Systems ist jedoch mit
einer ausreichend hohen Viskosität der bearbeiteten Mischung verbunden,
um die benötigten hohen Scherenergien zum Zerteilen der
Teilchen einzubringen.
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Mit
Hochdruckhomogenisierern werden zwei unter hohem Druck stehende
vordispergierte Suspensionsströme über eine Düse
entspannt. Beide Dispersionsstrahlen treffen exakt aufeinander und
die Teilchen mahlen sich selbst. Bei einer anderen Ausführungsform
wird die Vordispersion ebenfalls unter hohen Druck gesetzt, jedoch
erfolgt die Kollision der Teilchen gegen gepanzerte Wandbereiche.
Die Operation kann beliebig oft wiederholt werden um kleinere Teilchengrößen
zu erhalten.
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Weiterhin
kann der Energieeintrag auch mittels Ultraschall erfolgen.
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Die
Dispergier- und Mahlvorrichtungen können auch kombiniert
eingesetzt werden. Oxidationsmittel und Additive können
zu verschiedenen Zeitpunkten der Dispergierung zugeführt
werden. Es kann auch von Vorteil sein, beispielsweise Oxidationsmittel
und Oxidationsaktivatoren erst am Ende der Dispergierung, gegebenenfalls
bei geringerem Energieeintrag einzuarbeiten.
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Das
Zetapotential der eingesetzten Schichtsilikatpartikel beträgt
vorzugsweise –20 bis –100 mV, bei einem pH-Wert
von 7,5 bis 10,5.
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Das
Zetapotential der eingesetzten Ceroxidpartikel beträgt
vorzugsweise 0 bis 40 mV, bei einem pH-Wert von 7,5 bis 10,5.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen
Dispersion zum Polieren.
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Beispiele
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Analytik
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Die
spezifische Oberfläche wird bestimmt nach DIN 66131.
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Die
Oberflächeneigenschaften werden durch großflächige
(1 cm2) XPS/ESCA-Analyse (XPS = Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie;
ESCA = Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) ermittelt. Die
Auswertung beruht auf den allgemeinen Empfehlungen gemäß DIN-Fachbericht
No. 39, DMA(A)97 des National Physics Laboratory, Teddington, U.
K, und den bisherigen Erkenntnissen zur entwicklungsbegleitenden
Normung des Arbeitsauschusses „Oberflächen- und
Mikrobereichsanalysen" NMP816(DIN). Zudem werden die jeweils vorliegenden
Vergleichsspektren aus der Fachliteratur berücksichtigt.
Die Werte werden durch Untergrundsubtraktion, unter Berücksichtigung
der relativen Empfindlichkeitsfaktoren der jeweils angegebenen Elektronenniveaus
errechnet. Die Angabe erfolgt in Flächenprozent. Die Genauigkeit
ist mit +/– 5% relativ zu veranschlagen.
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Das
Zetapotentials wird im pH-Bereich 3–12 mittels der Elektrokinetischen
Schallamplitude (ESA) bestimmt. Dazu wird eine Suspension mit 1%
Ceroxid hergestellt. Die Dispergierung erfolgt mit einem Ultraschall-Stab
(400 W). Die Suspension wird mit einem Magnetrührer gerührt
und über eine Schlauchpumpe durch den PPL-80 Sensor des
ESA-8000 Geräts der Firma Matec gepumpt. Vom Ausgangs-pH-Wert
startet die potentiometrische Titration mit 5 m NaOH auf pH 12.
Die Rücktitration auf pH 4 wird mit 5 m HNO
3 vorgenommen.
Die Auswertung erfolgt mittels der Gerätesoftware Version
pcava 5.94.
mit
- ζ
- Zetapotential
- ϕ
- Volumenfraktion
- Δρ
- Dichtedifferenz zwischen
Partikel und Flüssigkeit
- c
- Schallgeschwindigkeit
in der Suspension
- η
- Viskosität
der Flüssigkeit
- ε
- Dielektrizitätskonstante
der Suspension
- |G(α)|
- Trägheitskorrektur
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Die
mittleren Partikeldurchmesser werden mit einem Partikelgrößen-Analysator
LB-500, Fa. Horiba bestimmt.
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Einsatzstoffe
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Als
Einsatzstoffe zur Herstellung von Dispersionen dienen ein pyrogen
hergestelltes Ceroxid wie in
DE-A-10 2005 038 136 , Beispiel 2 beschrieben,
sowie die synthetisch hergestellten Schichtsilikatpartikel Optigel
® SH, Fa. Süd-Chemie, und
Laponite
® D, Fa. Southern Clay
Products. Wichtige physikalisch-chemische Werte dieser Stoffe sind
in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1: Einsatzstoffe
| BET | Zetapotential | Partikeldurchmesser | Partikeldicke |
| m2/g | mV
(pH) | nm | nm |
Ceroxid | 60 | 5
(9,5) | 65a) | - |
Optigel® SH | - | –40
(9,5) | 100 | Ca.
1 |
Laponite® D | - | –58
(9,5) | 10 | Ca.
1 |
- a) bestimmt Partikelgrößen-Analysator
LB-500, Fa. Horiba
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Das
Ceroxid weist zudem noch folgende Werte auf: 99,79 Gew.-% CeO2, 0,14 Gew.-% C, Zetapotential 48 mV bei
pH = 5, IEP bei pH = 9,8, Cls synthetisiert/gesputtert 19,0/11,2
Fl.-% (gesputtert: nach Abtragen der Oberfläche durch Beschuß mit
Argonionen, 5 keV, ca. 10 min; Carbonat-C: Bindungsenergie ca. 289
eV)
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Wafer/Pad:
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- Siliciumdioxid (200 mm, Schichtdicke 1000 nm. thermisches
Oxid, Fa. SiMat) und Siliciumnitrid (200 mm, Schichtdicke 160 nm,
LPCVD, Fa. SiMat).
- Pad Rodel IC 1000-A3.
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Herstellung von Dispersionen
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- D1: Die Dispersion wird erhalten indem man
zu Wasser Ceroxidpulver gibt und durch Ultraschallbehandlung mit
einem Ultraschallfinger (Fa. Bandelin UW2200/DH13G), Stufe 8, 100%;
5 Minuten) dispergiert. Anschließend wird der pH-Wert mit
Ammoniakwasser auf 7,5 eingestellt.
- D2, D3: Die Dispersionen werden erhalten indem man eine Vordispersion
bestehend aus Ceroxid und Wasser und eine Vordispersion bestehend
aus Schichtsilikat und Wasser mischt, durch Ultraschallbehandlung mit
einem Ultraschallfinger (Fa. Bandelin UW2200/DH13G), Stufe 8, 100%;
5 Minuten) dispergiert und nachfolgend den pH-Wert mit Ammoniakwasser
auf 9,5 einstellt. Tabelle 2 zeigt wichtige Parameter der erhaltenen
Dispersionen.
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Tabelle 2: Dispersionen
Dispersion | | D1 | D2 | D3 |
Ceroxid | Gew.-% | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
Schichtsilikat | | - | Optigel® SH | Laponite® D |
Gew.-% | 0 | 0,1 | 0,07 |
pH-Wert | | 7,5 | 9,5 | 9,5 |
Zetapotential | mV | 27 | –31 | –28 |
Partikeldurchmesser*
7d | nm | 65 | 85 | 71 |
Partikeldurchmesser*
44d | nm | - | 117 | 113 |
Tabelle 3: Polierergebnisse Dispersion | | | D1 | D2 | D3 |
RR
SiO2 | nm/min | | 295 | 201 | 245 |
RR
Si3N4 | nm/min | nach
Ansetzen | 88 | 84 | 67 |
SiO2/Si3N4 | | | 3,4 | 2,4 | 3,7 |
| | | | | |
RR
SiO2 | nm/min | | - | 207 | 157 |
RR
Si3N4 | nm/min | nach
14 d | - | 84 | 76 |
SiO2/Si3N4 | | | - | 2,5 | 2,1 |
| | | | | |
RR
SiO2 | nm/min | | - | 245 | 245 |
RR
Si3N4 | nm/min | nach
44 d | - | 76 | 101 |
SiO2/Si3N4 | | | - | 3,2 | 2,4 |
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Tabelle
3 zeigt die Polierabträge und Selektivitäten nach
Ansetzen der Dispersionen, nach 14 und nach 44 Tagen. Der Einsatz
der erfindungsgemäßen Dispersionen führt
zwar im Vergleich mit einer keine Schichtsilikatpartikel enthaltenden
Dispersion (D1) zu einer Verringerung der Abtragsrate. Diese ist
aber im Vergleich mit bekannten, organische Additive enthaltenden
Dispersionen aus dem Stand der Technik immer noch als zufriedenstellend
zu bezeichnen.
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Beurteilung von Polierrückständen
auf Wafern und Pads
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Die
Polierrückstände werden visuell (auch per Auflichtmikroskop
im Bereich bis zu 64facher Vergrößerung) beurteilt.
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Hierzu
werden die Partikelgrößen der Dispersionen D1
(Vergleich) und D3 (erfindungsgemäß) direkt nach
dem Polieren vermessen:
- – D1 ist instabil
und sedimentiert bereits nach wenigen Minuten. Die gemessene Teilchengröße
liegt deutlich oberhalb von einem Mikrometer.
- – D3 ist hingegen auch nach dem Polieren noch stabil
und die Teilchengröße liegt bei ca. 106 nm teilchenzahlgewichtet.
Dies bedeutet, dass es bei der erfindungsgemäßen
Dispersion nicht zur Bildung großer Agglomerate kommt.
Auch zeigt der mit D3 polierte Wafer erheblich weniger Rückstände.
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Der
Zusatz von negativ geladenen Schichtsilikatpartikeln beeinflusst
die Poliergüte einer Ceroxid enthaltenden Dispersion positiv,
in dem der Anteil an Polierrückständen vermindert
wird.
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Ein
möglicher Mechanismus umfasst, dass negativ geladene Schichtsilikatpartikel
positiv geladene Ceroxidpartikel nach außen hin abschirmen
und für eine effektive Umladung der Ceroxidpartikel sorgen.
Durch diese Umladung, bietet die erfindungsgemäße
Dispersion unter anderem die Möglichkeit bei pH-Werten
nahe des IEP des reinen Ceroxids zu polieren. Da es sich um elektrostatische
Wechselwirkungen handelt, können die Schichtsilikatpartikel
während des Poliervorgangs abgeschert werden, so dass die
Polierwirkung des Ceroxids erhalten bleibt. Dadurch, dass während
des gesamten Poliervorganges und danach alle Partikel nach außen
hin immer negativ geladen sind, wird die Agglomeratbildung deutlich
reduziert. Langzeituntersuchungen zeigen, dass die Stabilität
und die Poliereigenschaften auch über längere
Zeiträume erhalten bleiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 7112123 [0003]
- - DE 102005038136 A [0017, 0052]