DE102010046258A1 - Polierkissen mit dualer Porenstruktur - Google Patents

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Abstract

Das Polierkissen ist zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet. Eine poröse Polierschicht umfasst eine duale Porositätsstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix. Die duale Porositätsstruktur weist einen primären Satz von Poren auf, der Porenwände mit einer Dicke von 15 bis 55 μm und einem Speichermodul von 10 bis 60 MPa, gemessen bei 25°C, aufweist. Darüber hinaus enthalten Porenwände einen sekundären Satz von Poren mit einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 30 μm. Die poröse Polierschicht ist zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Film- oder Blattsubstrat fixiert oder zu einer Webstruktur oder einer Vliesstruktur ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft poröse Polyurethan-Polierkissen, die zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet sind. Beispielsweise sind die Polierkissen für das chemisch-mechanische Polieren (CMP) von Halbleiter-Wafermaterialien und insbesondere für defektarme Verfahren zum Polieren von Halbleitersubstraten besonders gut geeignet.
  • Die Herstellung von Halbleitern umfasst typischerweise mehrere Verfahren des chemisch-mechanischen Polierens (CMP). In jedem CMP-Verfahren entfernt ein Polierkissen in Kombination mit einer Polierlösung, wie z. B. einer Schleifmittel-enthaltenden Polieraufschlämmung oder einer Schleifmittel-freien reaktiven Flüssigkeit, überschüssiges Material in einer Weise, so dass eine Planarisierung stattfindet oder die Ebenheit für den Empfang einer nachfolgenden Schicht aufrechterhalten wird. Das Stapeln dieser Schichten bildet eine Kombination in einer Weise, so dass eine integrierte Schaltung gebildet wird. Die Herstellung dieser Halbleitervorrichtungen wird aufgrund von Anforderungen für Vorrichtungen mit höheren Betriebsgeschwindigkeiten, geringeren Leckströmen und vermindertem Energieverbrauch immer komplexer. Bezüglich der Vorrichtungsarchitektur bedeutet dies feinere Merkmalsgeometrien und eine erhöhte Anzahl von Metallisierungsniveaus. Diese immer strengeren Vorrichtungsgestaltungsanforderungen treiben den Einsatz immer kleinerer Linienabstände mit einer entsprechenden Zunahme der Strukturdichte voran. Der kleinere Maßstab der Vorrichtungen und die erhöhte Komplexität haben zu höheren Anforderungen bezüglich der CMP-Verbrauchsmaterialien, wie z. B. Polierkissen und Polierlösungen, geführt. Darüber hinaus werden mit abnehmenden Merkmalsgrößen integrierter Schaltungen die CMP-induzierten Defekte, wie z. B. ein Verkratzen, zu einem größeren Problem. Ferner erfordert die abnehmende Filmdicke integrierter Schaltungen Verbesserungen bei den Defekten, während gleichzeitig einem Wafersubstrat eine akzeptable Topographie verliehen wird; diese Topographieanforderungen verlangen immer striktere Polierspezifikationen bezüglich der Planarität, des Linien-Dishings und der Erosion von kleinen Merkmalsanordnungen. Ferner sind höhere Polierentfernungsgeschwindigkeiten erforderlich, um den Waferdurchsatz zu erhöhen, und die relativen Entfernungsgeschwindigkeiten von Metall zu Dielektrikummaterialien sind wichtig, da sowohl Metallmaterialien als auch Dielektrikummaterialien gleichzeitig poliert werden. Um zukünftige Waferintegrationsbedürfnisse zu erfüllen, sind höhere Dielektrikum (z. B. TEOS) zu Metall (z. B. Kupfer)-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivitätsverhältnisse erforderlich.
  • In der Vergangenheit haben gegossene Polyurethan-Polierkissen die mechanische Integrität und chemische Beständigkeit für die meisten Poliervorgänge bereitgestellt, die zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendet worden sind. Beispielsweise weisen Polyurethan-Polierkissen eine ausreichende Zugfestigkeit und Dehnung, um einem Reißen zu widerstehen, eine ausreichende Abriebbeständigkeit zum Vermeiden von Verschleißproblemen während des Polierens und eine ausreichende Stabilität auf, um einem Angriff durch stark saure und stark kaustische Polierlösungen zu widerstehen. Das IC1000TM-Polierkissen, das von Dow Electronic Materials geliefert wird, stellt den Industriestandard eines Polyurethan-Polierkissens dar, das zum Polieren vieler Substrate geeignet ist, wie z. B. Aluminium, Barrierematerialien, Dielektrika, Kupfer, harten Masken, Low-k-Dielektrika, Wolfram und Ultra-low-k-Dielektrika (IC1000 ist eine Marke von Dow Electronic Materials oder deren Tochtergesellschaften).
  • Während der letzten Jahre sind Halbleiterhersteller mehr und mehr zu poromeren Polierkissen übergegangen, wie z. B. PolitexTM-Polyurethan-Polierkissen für Fertigbearbeitungs- oder Endpoliervorgänge, bei denen wenige Defekte eine wichtigere Anforderung sind (Politex ist eine Marke von Dow Electronic Materials oder deren Tochtergesellschaften). Für die Zwecke der Beschreibung bezieht sich der Begriff „poromer” auf poröse Polyurethan-Polierkissen, die aus wässrigen oder nicht-wässrigen Lösungen hergestellt worden sind. Der Vorteil dieser Polierkissen besteht darin, dass sie eine effiziente Entfernung mit wenigen Defekten bereitstellen. Diese Verminderung der Defekte kann zu einer sehr starken Zunahme der Waferausbeute führen.
  • Eine Polieranwendung von besonderer Wichtigkeit ist das Kupfer-Barriere-Polieren, bei dem wenige Defekte zusammen mit dem Vermögen, sowohl Kupfer als auch TEOS-Dielektrikum derart gleichzeitig zu entfernen, dass die TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit höher ist als die Kupfer-Entfernungsgeschwindigkeit, erforderlich sind, um fortgeschrittenen Waferintegrationsgestaltungen zu genügen. Käufliche Kissen, wie z. B. Politex-Polierkissen, stellen für zukünftige Gestaltungen weder ausreichend wenige Defekte bereit, noch ist das TEOS:Kupfer-Selektivitätsverhältnis hoch genug. Andere käufliche Kissen enthalten grenzflächenaktive Mittel, die während des Polierens austreten, so dass übermäßige Mengen an Schaum erzeugt werden, die das Polieren stören. Ferner können die grenzflächenaktiven Mittel Alkalimetalle enthalten, welche die Funktion des Dielektrikums beeinträchtigen können und die funktionelle Leistungsfähigkeit des Halbleiters vermindern können.
  • Trotz der mit poromeren Polierkissen einhergehenden niedrigen TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit gehen einige fortgeschrittene Polieranwendungen in die Richtung von CMP-Poliervorgängen mit vollständig poromeren Kissen, und zwar aufgrund des Potenzials, dass mit poromeren Kissen im Gegensatz zu anderen Kissentypen, wie z. B. IC1000-Polierkissen, weniger Defekte erreicht werden können. Obwohl diese Vorgänge wenige Defekte liefern, bleibt die Herausforderung, Kissen-induzierte Defekte weiter zu vermindern und die Poliergeschwindigkeit zu erhöhen.
  • Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet ist, umfassend eine poröse Polierschicht, wobei die poröse Polierschicht eine duale Porositätsstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix aufweist, wobei die duale Porositätsstruktur einen primären Satz von Poren aufweist, wobei der primäre Satz von Poren Porenwände aufweist, wobei die Porenwände eine Dicke von 15 bis 55 μm und einen Speichermodul von 10 bis 60 MPa, gemessen bei 25°C, aufweisen, und einen sekundären Satz von Poren innerhalb der Porenwände enthält, wobei der sekundäre Satz von Poren eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 30 μm aufweist und wobei die poröse Polierschicht zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Film- oder Blattsubstrat fixiert ist oder zu einer gewebten Struktur bzw. Webstruktur oder einer nicht-gewebten Struktur bzw. Vliesstruktur ausgebildet ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet ist, umfassend eine poröse Polierschicht, wobei die poröse Polierschicht eine duale Porositätsstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix aufweist, wobei die duale Porositätsstruktur einen primären Satz von Poren aufweist, wobei der primäre Satz von Poren Porenwände und einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 40 µm aufweist, wobei die Porenwände eine Dicke von 20 bis 50 µm und einen Speichermodul von 10 bis 50 MPa, gemessen bei 25°C, aufweisen, und einen sekundären Satz von Poren innerhalb der Porenwände enthält, wobei der sekundäre Satz von Poren eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 25 µm aufweist und wobei die poröse Polierschicht zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Film- oder Blattsubstrat fixiert ist oder zu einer gewebten Struktur bzw. Webstruktur oder einer nicht-gewebten Struktur bzw. Vliesstruktur ausgebildet ist. Das Polierkissen der Erfindung ist zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet. Insbesondere ist das Polyurethankissen zum Polieren von Halbleiterwafern geeignet und insbesondere ist das Kissen zum Polieren von fortgeschrittenen Anwendungen, wie z. B. Kupfer-Barriere-Anwendungen geeignet, bei denen sehr wenige Defekte wichtiger sind als das Vermögen zum Planarisieren und bei denen es erforderlich ist, mehrere Materialiengleichzeitig zu entfernen, wie z. B. Kupfer, Barrierematerialien und Dielektrikummaterialien, einschließlich unter anderem TEOS, Low-k- und Ultra-low-k-Dielektrika. Für die Zwecke der Beschreibung sind „Polyurethane” Produkte, die von difunktionellen oder polyfunktionellen Isocyanaten, wie z. B. Polyetherharnstoffen, Polyisocyanuraten, Polyurethanen, Polyharnstoffen, Polyurethan harnstoffen, Copolymeren davon und Gemischen davon, abgeleitet sind. Um Schäumprobleme und eine potenzielle Beeinträchtigung der Funktion des Dielektrikums zu vermeiden, sind diese Formulierungen vorzugsweise Formulierungen, die frei von grenzflächenaktiven Mitteln sind. Das Polierkissen umfasst eine poröse Polierschicht, die eine duale Porenstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix aufweist, die auf einem stützenden Basissubstrat aufgebracht ist. Die duale Porenstruktur weist einen primären Satz von größeren Poren und einen sekundären Satz von kleineren Poren innerhalb und zwischen den Zellwänden der größeren Poren auf. Diese duale Porositätsstruktur dient zur Verminderung von Defekten, während die Entfernungsgeschwindigkeit für einige Poliersysteme erhöht wird.
  • Die poröse Polierschicht ist zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Filmsubstrat fixiert oder zu einer gewebten Struktur oder einer nicht-gewebten Struktur oder Vliesstruktur ausgebildet. Wenn die poröse Polierschicht auf einem polymeren Substrat aufgebracht wird, wie z. B. einem nicht-porösen Poly(ethylenterephthalat)-Film oder -Blatt, ist es häufig vorteilhaft, Bindemittel zu verwenden, wie z. B. ein Urethan- oder Acrylhaftmittel, um die Haftung an dem Film oder dem Blatt zu erhöhen. Obwohl diese Filme oder Blätter eine Porosität enthalten können, sind diese Filme oder Blätter vorzugsweise nicht-porös. Der Vorteil von nicht-porösen Filmen oder Blättern besteht darin, dass sie eine einheitliche Dicke oder Ebenheit fördern, die Gesamtsteifigkeit erhöhen und die Gesamtkompressibilität des Polierkissens vermindern und während des Polierens Aufschlämmungsdochteffekte beseitigen.
  • In einer alternativen Ausführungsform dient eine Webstruktur oder eine Vliesstruktur als Basis für die poröse Polierschicht. Obwohl die Verwendung von nicht-porösen Filmen als das Basissubstrat Vorteile hat, wie es vorstehend dargelegt worden ist, weisen Filme auch Nachteile auf. Insbesondere können zwischen dem Polierkissen und der Platte des Polierwerkzeugs Luftblasen eingeschlossen werden, wenn ein nicht-poröser Film als das Basissubstrat verwendet wird. Dies führt zu großen Problemen bezüglich einer Uneinheitlichkeit des Polierens, mehr Defekten, einem hohen Kissenverschleiß und einer verminderten Lebensdauer des Kissens. Diese Probleme werden beseitigt, wenn Filz als das Basissubstrat verwendet wird, da Luft durch den Filz hindurchdringen kann und Luftblasen nicht eingeschlossen werden. Zweitens hängt dann, wenn die Polierschicht auf den Film aufgebracht wird, die Haftung der Polierschicht an dem Film von der Festigkeit der adhäsiven Bindung ab. Bei manchen aggressiven Polierbedingungen kann diese Bindung versagen und zu einem vollständigen Fehlschlagen des Polierens führen. Wenn Filz verwendet wird, dringt die Polierschicht für eine bestimmte Tiefe in den Filz ein und bildet eine feste, mechanisch ineinander greifende Grenzfläche. Obwohl gewebte Strukturen akzeptabel sind, können nicht-gewebte Strukturen oder Vliesstrukturen eine zusätzliche Oberfläche für eine starke Bindung an das poröse Polymersubstrat bereitstellen. Ein hervorragendes Beispiel einer geeigneten Vliesstruktur ist ein Polyesterfilz, der mit einem Polyurethan imprägniert ist, um die Fasern zusammenzuhalten. Typische Polyesterfilze weisen eine Dicke von 500 bis 1500 µm auf.
  • Der primäre Satz von Poren (hier auch als Makroporen bezeichnet) ist zur Polieroberfläche hin offen und weist typischerweise einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 35 μm auf. Für die Zwecke der Beschreibung repräsentiert der durchschnittliche Durchmesser der primären Poren die durchschnittliche maximale Weite von Poren, die in einem quer verlaufenden Querschnitt in einer Richtung parallel zu der Polieroberfläche des Polierkissens gemessen wird. Vorzugsweise weisen die primären Poren oder Makroporen einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 40 µm auf. Diese großen Poren erleichtern den Aufschlämmungstransport und die Entfernung von Polierfremdkörpern. Die Makroporen weisen eine längliche Struktur orthogonal zur Polieroberfläche auf und stellen für die Lebensdauer des Polierkissens eine einheitliche Polieroberfläche bereit. Die primären Poren können kegelförmige Seitenwände oder vorzugsweise eine säulenförmige Struktur mit vertikalen Seitenwänden aufweisen.
  • Darüber hinaus enthält der primäre Satz von Poren Porenwände. Diese Porenwände weisen eine Dicke von 15 bis 55 µm auf. Diese Wanddicke trägt zur Steifigkeit des Kissens und zum Poliervermögen bei. Wenn die Zellwand zu dünn ist, wird sie die für ein einheitliches Polieren erforderliche Steifigkeit nicht aufweisen, der Kissenverschleiß wird hoch sein und die Lebensdauer des Kissens wird verkürzt. Wenn die Zellwand zu dick ist, wird sie entsprechend keine geeignete Struktur für ein effektives Polieren aufweisen. Vorzugsweise weist die Zellwand eine Dicke von 20 bis 50 µm auf. Zusätzlich zur Dicke ist es wichtig, dass die Zellwand die erforderliche Steifigkeit oder den erforderlichen Modul aufweist, um eine geeignete Polierkraft auf das Zielsubstrat, wie z. B. einen Wafer, zu übertragen, während sie gleichzeitig einen Modul aufweist, der niedrig genug ist, um ein Polieren mit wenigen Defekten zu erreichen. Für die Zwecke der Beschreibung repräsentiert der Modul den Zugspeichermodul (E') des Materials, der nach dem Lösen des Polymers in Dimethylformamid, Aufbringen der Lösung auf eine Glasplatte, Entfernen des Lösungsmittels bei erhöhter Temperatur, dann Entfernen der getrockneten Beschichtung von der Glasplatte, so dass ein freitragender nicht-poröser Film zurückbleibt, Konditionieren des Films für 5 Tage bei 25°C bei 50% Feuchtigkeit und dann Prüfen bei einer Frequenz von 10 rad/Sekunde und einer Temperatur von 25°C gemäß ASTM D5026-06 „Standard Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Tension" unter Verwendung einer Dünnfilmaufspannvorrichtung gemessen wird. Wie es durch dieses Prüfverfahren ermittelt worden ist, stellt ein Speichermodul von 10 bis 60 MPa hervorragende Polierergebnisse mit wenigen Defekten bereit. Vorzugsweise weisen die Wände einen Speichermodul von 10 bis 50 MPa auf. Insbesondere weisen die Wände einen Speichermodul von 10 bis 40 MPa auf. Unterhalb eines Speichermoduls von 10 MPa weisen die Porenwände eine unzureichende Steifigkeit auf, um die mechanischen Belastungen des Koagulationsherstellungsverfahrens zu überstehen. Oberhalb eines Speichermoduls von 60 MPa erhöhen sich die Defektwerte auf Niveaus, die für anspruchsvolle Polierverfahren nicht akzeptabel sind. Aufgrund dessen gibt es eine Beziehung zwischen dem Modul des Polymers in der Porenwand und dem Niveau von Defekten, die während des Polierens erzeugt werden.
  • Zusätzlich zu dem primären Satz von Poren (Makroporen) stellt ein sekundärer Satz von Poren (hier auch als Mikroporen bezeichnet) innerhalb der Wände der Makroporen zusätzliche Poliervorteile für das Polierkissen bereit. Der sekundäre Satz von Poren weist eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 30 µm auf und neigt dazu, stärker kugelförmig zu sein als die primären Poren. Für die Zwecke der Beschreibung stellt die sekundäre Porengröße den durchschnittlichen Durchmesser der Mikroporen in der Makroporenzellwand in einem Schnitt quer zur Polieroberfläche dar, der die sekundären Poren halbiert. Vorzugsweise weisen die sekundären Poren eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 25 µm auf.
  • Zusätzlich zur Mikroporengröße weisen die Zellwände vorzugsweise eine Porosität von mindestens 10 Volumenprozent, jedoch nicht mehr als 55 Volumenprozent auf. Für die Zwecke der Beschreibung repräsentiert die Porosität den Porenanteil, der in der Zellwand mit einem Rasterelektronenmikroskop bei einer 500-fachen Vergrößerung von Zellwänden sichtbar ist, die quer zur Polieroberfläche geschnitten sind, so dass die sekundären Poren halbiert werden. Vorzugsweise weisen die Zellwände in vorteilhafter Weise eine Porosität von mindestens 20 Volumenprozent, jedoch nicht größer als 50 Volumenprozent auf. Die Zellwände weisen insbesondere eine Porosität von etwa 20 bis 40 Volumenprozent auf. Ferner weisen die Porenwände optional eine Dicke gleich dem 2- bis 10-fachen der durchschnittlichen Größe der Mikroporen oder vorzugsweise dem 4- bis 10-fachen der durchschnittlichen Porengröße der Mikroporen auf.
  • Die Erzeugung von porösen Polymerstrukturen durch eine Lösungsmittel/nicht-Lösungsmittel-Koagulationstechnologie wurde für viele Jahre eingesetzt, um entweder Kunstleder (vgl. z. B. Encyclopedia of Polymer Science, „Leather-like Materials") oder synthetische Membranen (vgl. z. B. Encyclopedia of Polymer Science, „Membrane Technnology") herzustellen. Bei dem Koagulationsverfahren wird eine Lösung eines Polymers in einem Lösungsmittel einer Lösung zugesetzt, die für das Polymer ein nicht-Lösungsmittel ist. Die Polymerphase trennt sich von der Lösung unter Bildung einer polymerreichen Phase und einer polymerarmen Phase. Die polymerreiche Phase bildet die Porenwände und die polymerarme Phase die Poren als solche. Durch Einstellen der Polymerchemie und der Koagulationsbedingungen ist es möglich, viele verschiedene Porenstrukturen für verschiedene Anwendungen zu erzeugen. Zusätzlich zur Erzeugung von porösen Strukturen unter Verwendung einer Polymerlösung auf Lösungsmittelbasis ist es möglich, eine wässrige dispergierbare Polymerbeschichtung durch Verfahren zu koagulieren, die von einem Lösungsmittel/nicht-Lösungsmittel-Austausch verschieden sind. Mögliche Ansätze zur Destabilisierung der wässrigen Polymerdispersion umfassen eine pH-Änderung, die Änderung der Ionenstärke oder die Änderung der Temperatur.
  • Zusätzlich zu einer Lösungsmittel/nicht-Lösungsmittel-Koagulation, die manchmal als Eintauchfällung bezeichnet wird, ist es möglich, ähnliche Porenstrukturen durch andere Techniken zu erzeugen. Diese umfassen Prozesse wie z. B. Sintern, Strecken, Spurätzen, Templatauswaschung und Phasenumkehr. Die Phasenumkehr umfasst eine Fällung durch Lösungsmittelverdampfen, Ausfällen aus der Dampfphase, Ausfällen durch kontrollierte Verdampfung und thermisches Ausfällen. Andere Verfahren zur Herstellung von miteinander verbundenen Poren umfassen die Verwendung von überkritischen Fluiden oder eine Technologie, bei dem ein Schaum mit niedriger Dichte verwendet wird.
  • Beispiele:
  • Die Tabelle 1 fasst Eigenschaften der Kissen zusammen, die in den nachstehenden Beispielen beschrieben sind. Einbezogen sind Gesamteigenschaften des Kissens, Messdaten für die Makroporen, Polierdaten und die Werte für mehrere Merkmale, die poromere Polierkissen definieren. Die Beispiele 1 bis 3 repräsentieren Vergleichsbeispiele von käuflichen poromeren Polyurethan-Polierkissen. Die Beispiele 4 bis 7 repräsentieren Polierkissen, die bezogen auf die käuflichen Polierkissen ein verbessertes Polierleistungsvermögen zeigen. Tabelle 1
    Vergleichsbeispiele
    Kissenparameter Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3
    Kissen-Gesamteigenschaften:
    Kissen-Gesamtdicke (mil)/(mm) 60/1,5 32/0,8 28/0,7
    Kissenbasissubstrat Filz Film Film
    Dicke der Polierschicht (mil)/(mm) 16/0,4 25/0,6 21/0,5
    Kissenkompressibilität (%) 14,7 20,3 21,3
    Kissendurchbiegung (mil)/(mm) 8,3/0,21 7,5/0,19 5,5/0,14
    Messdaten für die primären Poren (Makroporen):
    Messfläche (mm2) 6,0 6,0 6,0
    Porenanzahl in der Messfläche 642 213 514
    Porenanzahl/mm2 107 36 86
    Mittlere Porenfläche (mm2) 0,00383 0,00320 0,00180
    Porendurchmesser (µm) 70 64 48
    Porenanteil 0,410 0,114 0,154
    Messdaten für die sekundären Poren (Mikroporen):
    Geschätzter Volumenanteil von Mikroporen in der Makroporenwand (%) 0 > 60 20 bis 40
    Kritische Merkmale der Erfindung:
    Wanddicke der Makroporen (µm) 20 63 37
    Makro- und Mikroporen Nein Ja Nein
    Modul des Polymers in der Makroporenwand (MPa bei 25°C) 71 45 73
    Polierdaten:
    Defektanzahl 27 13 41
    TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) 807 945 1199
    Kupfer-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) 434 368 749
    TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivität 1,86 2,57 1,60
    Tabelle 1 (Fortsetzung)
    Beispiel der vorliegenden Erfindung
    Kissenparameter Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Beispiel 7
    Kissen-Gesamteigenschaften:
    Kissen-Gesamtdicke (mil)/(mm) 28/0,7 60/1,5 53/1,3 28/0,7
    Kissenbasissubstrat Film Filz Filz Film
    Dicke der Polierschicht (mil)/(mm) 21/0,5 21/0,5 16/0,4 21/0,5
    Kissenkompressibilität (%) 21,2 12,2 15,2 22,8
    Kissendurchbiegung (mil)/(mm) 5,5/0,14 7,0/0,18 7,6/0,19 5,9/0,15
    Messdaten für die primären Poren (Makroporen):
    Messfläche (mm2) 6,0 6,0 6,0 6,0
    Porenanzahl in der Messfläche 716 637 575 521
    Porenanzahl/mm2 119 106 96 87
    Mittlere Porenfläche (mm2) 0,00149 0,00223 0,00203 0,00150
    Porendurchmesser (µm) 44 53 51 44
    Porenanteil 0,178 0,237 0,195 0,130
    Messdaten für die sekundären Poren (Mikroporen):
    Geschätzter Volumenanteil von Mikroporen in der Makroporenwand (%) 20 bis 40 20 bis 40 20 bis 40 20 bis 40
    Kritische Merkmale der Erfindung:
    Wanddicke der Makroporen (µm) 30 28 32 39
    Makro- und Mikroporen Ja Ja Ja Ja
    Modul des Polymers in der Makroporenwand (MPa bei 25°C) 39 39 39 17
    Polierdaten:
    Defektanzahl 6 7 11 2
    TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) 1274 1100 1120 1053
    Kupfer-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) 366 288 339 369
    TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivität 3,48 3,82 3,30 2,85
  • Die Details bezüglich der Tabelle 1 sind wie folgt:
    DMA-Messungen: Der Zugspeichermodul des Polymers, das die Porenwände der poromeren Beschichtung bildet, wurde durch eine dynamisch-mechanische Analyse gegossener Filme bestimmt. Diese wurden durch Aufbringen des in Dimethylformamid gelösten Polymers auf eine Glasplatte, Entfernen des Lösungsmittels bei erhöhter Temperatur und dann Entfernen der getrockneten Beschichtung von der Glasplatte, so dass ein freitragender Film zurückbleibt, der frei von Luftblasen und anderen Mängeln ist und eine Dicke von etwa 300 Mikrometer aufweist, hergestellt. Nach dem Konditionieren des Films für 5 Tage bei 25°C und 50% relativer Feuchtigkeit wurde der Zugspeichermodul unter Verwendung eines Rheometric ScientificTM Solids Analyzer RSA III gemessen. Die Messungen wurden unter Zug unter Verwendung einer Dünnfilmaufspannvorrichtung bei einer Frequenz von 10 rad/Sekunde und einer Temperatur von 25°C gemäß ASTM D5026-06 „Standard Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Tension" durchgeführt. Die Proben wiesen Abmessungen von 20 mm Länge × 6,5 mm Breite auf.
  • Porenmessdaten: Die primären Poren (Makroporen), die in der Oberfläche der poromeren Polierschicht vorliegen, wurden mittels optischer Mikroskopie unter Verwendung eines Nikon SMZ800TM-Mikroskops in Kombination mit der Image-Pro®-Software, die von Media Cybernetics® entwickelt worden ist, charakterisiert. Durch die Software wurden mehrere Porenparameter bestimmt. Diese umfassten: Anzahl der Poren (P), die in der Messfläche (A) vorlagen, mittlere Fläche jeder Pore (MPA), Porendurchmesser und Porenanteil. Aus diesen Parametern wurde die durchschnittliche Dicke (w) jeder Porenwand unter Verwendung der Formel: w = (A/πP)1/2 – (MPA/π)1/2 berechnet.
  • Polierbedingungen: Alle Polierdaten wurden unter Verwendung von Kissen mit einem Durchmesser von 20 Zoll (51 cm) erzeugt, mit denen auf einem Applied Mirra® 200 mm-Poliergerät poliert wurde. Die Kissen waren entweder mit einer Gittergestaltung mit Abmessungen eines Abstands von 100 mil (2,5 mm), einer Breite von 30 mil (0,8 mm) und einer Tiefe von 15 mil (0,4 mm) geprägt oder durch spanende Bearbeitung mit einem Gitterrillenmuster mit Abmessungen eines Abstands von 180 mil (4,6 mm), einer Breite von 30 mil (0,8 mm) und einer Tiefe von 15 mil (0,4 mm) versehen. Die verwendete Aufschlämmung war LK393c4, die von Dow Electronic Materials hergestellt worden ist, bei einer Flussrate von 200 ml/min. Die Platten- und Trägerkopfgeschwindigkeiten betrugen 93 U/min bzw. 87 U/min und die Andruckkraft betrug 1,5 psi.
  • Daten bezüglich der Kupfer- und Dielektrikum-Entfernungsgeschwindigkeit wurden unter Verwendung von unstrukturierten Cu- bzw. TEOS-Wafern gemessen. Defektmessdaten wurden mittels unstrukturierter Cu-Wafer unter Verwendung eines KLA SP1 Blanket Wafer Inspection Tool bei einer Erfassungsgrenze von 0,08 Mikrometer und einer anschließenden Defektklassifizierung unter Verwendung eines Vistec INS3300 Leica Defect Review-Mikroskops bestimmt.
  • Beispiel 1: Vergleichskissen A (POLITEXTM CMP-Polierkissen)
  • Das Vergleichskissen A war ein poromeres Polyurethankissen, das seit vielen Jahren zum Polieren von Halbleiterwafern verbreitet verwendet wird.
  • Das Kissen wurde durch Aufbringen einer Polyurethanlösung in Dimethylformamid (DMF) auf ein Urethan-imprägniertes Polyesterfilz-Vliessubstrat und dann Eintauchen des Substrats in ein nicht-Lösungsmittel/Lösungsmittel-Koagulationsbad zur Bildung einer porösen Beschichtung auf diesem Substrat hergestellt. Nach dem Spülen und Trocknen wurde das beschichtete Substrat mit Schleifpapier geschwabbelt, um die Hautschicht zu entfernen und die Porenstruktur freizulegen. Das Kissen wurde dann geprägt, um in der Polierschicht ein Gitterrillenmuster zu erzeugen. Das geprägte Rillenmuster erleichtert die Aufschlämmungsverteilung über die Kissenoberfläche während des Polierens.
  • Die Porenstruktur des Vergleichskissens A umfasste große vertikale Poren mit den in der Tabelle 1 angegebenen Abmessungen. Die Poren wiesen typischerweise einen Durchmesser von 70 Mikrometer und eine Länge von mehreren Hundert Mikrometern auf (gemessen in einem quer verlaufenden Querschnitt und parallel zu Polieroberfläche). Die meisten Poren waren kegelförmig, wobei die Poren in der Richtung zur Polieroberfläche enger wurden. Diese kegelförmige Struktur führte zu einer mit dem Kissenverschleiß variierenden Porendichte und die variierende Porendichte führte zu einem uneinheitlichen Polierleistungsvermögen, da die Kissenoberfläche während der Lebensdauer des Kissens erodierte.
  • Die Zellwände wiesen eine niedrige Porosität auf und waren in dem gewünschten Bereich von 5 bis 40 Mikrometer frei von Mikroporen. Jedwede vorliegenden Poren wiesen einen Durchmesser von signifikant weniger als 5 Mikrometer und üblicherweise von weniger als 1 Mikrometer auf. Es war möglich, aus den Makroporenmessdaten die Dicke der Porenwand unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Gleichung zu berechnen. Für das Vergleichskissen A betrug die berechnete Porenwanddicke 20 Mikrometer. Da dieser Wert niedrig war, trug er zu übermäßigen Kontaktkräften gegen die Waferoberfläche bei, die zu einer größeren Anzahl von Defekten führten. Der Modul des Polymers, das die Porenwand bildete, wies einen Wert von 71 MPa auf, gemessen mit dem vorstehend beschriebenen DMA-Verfahren. Dieser Wert war höher als erwünscht und führte ebenfalls zu einer höheren Anzahl von Defekten während des Polierens.
  • Unter Bezugnahme auf die Polierdaten und -bedingungen der Tabelle 1 war das Polierleistungsvermögen dieses Kissens für anspruchsvolle defektarme Polieranwendungen unzureichend. Beispielsweise waren die Defektwerte übermäßig und die TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten waren zu niedrig, um die Durchsatzanforderungen für kommerzielle Waferintegrationsstrukturen zu erfüllen. Insbesondere war das TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivitätsverhältnis für fortgeschrittene defektarme Polieranforderungen oder zukünftige Polieranforderungen zu niedrig.
  • Beispiel 2: Vergleichskissen B (H7000HN-PET, Fujibo)
  • Das Vergleichskissen B war ein poromeres Polyurethankissen, das zum Polieren von Halbleiterwafern verwendet wird und von Fujibo.Corporation unter der Bezeichnung H7000HN-PET verkauft wird. Das Kissen wurde mit einem ähnlichen Verfahren hergestellt, wie es im Beispiel 1 verwendet worden ist, mit der Ausnahme, dass die Polierschicht auf ein Polyesterfilmsubstrat aufgebracht worden ist und grenzflächenaktive Mittel, wie z. B. Dioctylnatriumsulfosuccinat, enthielt, die der Formulierung zugesetzt wurden, um die Porenstruktur zu steuern. Die Porenstruktur des Vergleichskissens B unterschied sich von derjenigen des Vergleichskissens A. Das Vergleichskissen B wies eine Porenstruktur auf, die sowohl aus großen Makroporen als auch aus kleineren Mikroporen innerhalb der Porenwände der Makroporen bestand.
  • Obwohl einige Aspekte dieser Porenstruktur für anspruchsvolle defektarme Polieranwendungen erwünscht sind, erreichte das Vergleichskissen B die duale Porenstruktur durch Hinzufügen von grenzflächenaktiven Mitteln zu der Polyurethanformulierung. Einige dieser grenzflächenaktiven Mittel enthielten Metallionen, wie z. B. Natrium, die das elektrische Leistungsvermögen der polierten Vorrichtungen beeinträchtigen können, während andere grenzflächenaktive Mittel zu einer nicht-akzeptablen Schaumerzeugung während des Polierens führen können.
  • Zweitens war die Konzentration von Mikroporen in den Makroporenwänden sehr hoch, was die Zellwand schwächt, was zu einem hohen Kissenverschleiß und einer verminderten Kissenlebensdauer führen kann. Schließlich ist aus der Tabelle 1 ersichtlich, dass die berechnete Porenwanddicke 63 Mikrometer betrug. Folglich bestand die Porenstruktur aus Poren, die durch Wände getrennt waren, die Abmessungen aufwiesen, die mit denjenigen des Durchmessers der Poren selbst vergleichbar waren. Eine solche Porenstruktur beeinflusst sowohl den Aufschlämmungstransport als auch die Kontaktkräfte zwischen Kissen und Wafer und war in nachteiliger Weise für anspruchsvollere defektarme Polieranwendungen ineffizient.
  • Beispiel 3: Vergleichskissen C (SPM3100TM)
  • Das Vergleichskissen C war ein poromeres Kissen, das zum Polieren von Siliziumwafern verwendet wird. Das Kissen wurde von Dow Electronic Materials unter der Bezeichnung SPM3100 hergestellt. Das Kissen wurde mit einem ähnlichen Verfahren hergestellt, wie es im Beispiel 1 verwendet worden ist, mit der Ausnahme, dass die Polierschicht auf ein Polyesterfilmsubstrat aufgebracht wurde. Obwohl das Vergleichskissen C eine gewünschte Porenmorphologie aufwies, die sowohl große als auch kleine Poren und eine gewünschte Wanddicke aufwies, war der Modul des Polymers in der Porenwand für ein defektarmes Polieren zu hoch. Dieses Beispiel zeigt den Bedarf für eine Einstellung des Moduls des Polymers in der Porenwand auf unterhalb eines kritischen Werts, um die sehr niedrigen Defektniveaus zu erreichen, die für anspruchsvolle defektarme Polieranwendungen erforderlich sind. Auch das TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivitätsverhältnis war für fortgeschrittene defektarme Polieranforderungen oder zukünftige Polieranforderungen zu niedrig.
  • Beispiel 4: Filmbasissubstrat
  • Ein Polyurethan wurde in DMF durch Umsetzen eines Gemischs aus einem Polyethylenpropylenglykoladipatpolyol (0,0102 mol) und Butandiol (0,0354 mol) mit Diphenylmethandiisocyanat (MDI) (0,0454 mol) synthetisiert, wobei ein Polyurethan mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 50000 und einer Polydispersität von 1,6 gebildet wurde. Die resultierende Polyurethanlösung wies eine Viskosität bei Raumtemperatur von etwa 3000 cP bei 25 Gew.-% Feststoffen auf. In der Formulierung lagen keine grenzflächenaktiven Mittel vor.
  • Eine Schicht der vorstehend genannten Polyurethanlösung bei 17°C mit einer Feuchtdicke von 75 mil (1,9 mm) wurde auf ein 7,5 mil (0,2 mm) dickes Polyesterfilmsubstrat aufgebracht. Der aufgebrachte Film wurde in ein Bad eingetaucht, das 14,5% DMF und 85,5% Wasser enthielt und bei 17°C gehalten wurde, um die polymere Beschichtung zu koagulieren und eine poröse Mikrostruktur zu bilden, die sowohl große als auch kleine Poren enthielt.
  • Nach dem Spülen und Trocknen wurde der aufgebrachte Film mit Schleifpapier geschwabbelt, um die Hautschicht zu entfernen und die Porenstruktur freizulegen. Rillen wurden durch eine spanende Bearbeitung in die Polierschicht eingebracht, um ein Gitterrillenmuster mit Nennabmessungen eines Abstands von 180 mil (4,6 mm), einer Tiefe von 15 mil (0,4 mm) und einer Breite von 30 mil (0,8 mm) zu erzeugen. Diese Rillen erleichterten die Aufschlämmungsverteilung über die Kissenoberfläche während des Polierens.
  • Die Kombination von Polyurethanformulierung und Koagulationsbedingungen führte zu einer erwünschten Porenmorphologie, die aus Makroporen mit einer durchschnittlichen Wanddicke von 30 Mikrometern mit Mikroporen in den Makroporenwänden bestand. Die Mikroporen waren etwa kugelförmig, wiesen einen Durchmesser von etwa 10 Mikrometer auf und deren Konzentration war derart, dass eine kontinuierliche Makroporenwand zwischen den Mikroporen vorlag. Folglich beeinträchtigten anders als die hohe Konzentration von überlappenden Mikroporen, die im Vergleichskissen B vorlag, die Mikroporen in diesem Beispiel die Festigkeit oder Steifigkeit der Makroporenwand nicht.
  • Das poromere Polyurethan mit dualer Porenstruktur wies mehrere Vorteile auf. Erstens war die duale Porenstruktur für die Erhöhung der TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten auf die höheren Werte verantwortlich, die für das Polieren hochentwickelter Knoten erforderlich ist, und erhöhte insbesondere das TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivitätsverhältnis auf einen bevorzugten Wert. Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit und das TEOS:Cu-Selektivitätsverhältnis von Beispiel 4 signifikant höher waren als die entsprechenden Werte des Vergleichskissens A von Beispiel 1. Das Vergleichskissen A wies die sekundären Mikroporen innerhalb der primären Porenwände nicht auf und wies nicht das gleiche Vermögen zum Halten und Transportieren von Aufschlämmung in dem Kissen-Wafer-Spalt auf. Obwohl das Vergleichskissen B von Beispiel 2 sowohl Mikro- als auch Makroporosität aufwies, waren sowohl die Mikroporenkonzentration als auch die Dicke der Makroporenwand zu hoch, um einen optimalen Kontakt und einen optimalen Aufschlämmungstransport zwischen den Oberflächen von Wafer und Kissen aufrechtzuerhalten. Folglich war die von dem Vergleichskissen B erreichte TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit für anspruchsvolle defektarme Polieranwendungen unzureichend.
  • Ein zweiter Nutzen der vorteilhaften dualen Porenstruktur von Beispiel 4 lag darin, dass sie die Variation des Polierleistungsvermögens mit dem Kissenverschleiß verminderte. Für Kissen, die nur eine Makroporenstruktur aufwiesen, wie z. B. das Vergleichskissen A von Beispiel 1, fanden beim Verschleiß des Kissens während des Polierens Änderungen der Entfernungsgeschwindigkeit statt. Dies war eine Folge der Makroporen, die einen kegelförmigen Querschnitt aufwiesen, so dass sich der Porenquerschnitt mit dem Kissenverschleiß änderte. Polierdaten für Kissen mit der vorteilhaften dualen Porenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen, dass einhergehend mit dem Verschleiß des Kissens die Entfernungsgeschwindigkeiten während der Lebensdauer des Kissens nahezu konstant oder gleich bleibend waren und dass sich auch die Anzahl der Defekte nicht änderte, was einen signifikanten Nutzen gegenüber den käuflichen Kissen A, B und C darstellt.
  • Ein dritter Nutzen der dualen Porenstruktur von Beispiel 4 lag darin, dass die Gegenwart der Mikroporen das Erfordernis zum Erzeugen einer Textur in der Kissenoberfläche durch Diamantkonditionieren vermindert. Bei herkömmlichen Polierkissen ist es üblich, die Kissenoberfläche vor und während des Polierens mit einer abrasiven Diamantkonditionierscheibe zu konditionieren. Dieser Schritt ist zeitaufwändig und erfordert den Erwerb teurer Diamantkonditionierscheiben. Ein Polieren hat gezeigt, dass Kissen mit der Struktur von Beispiel 4, wenn überhaupt, ein minimales Diamantkonditionieren entweder vor oder während des Polierens erfordern und dass das Konditionieren der Kissenoberfläche mit einer einfachen, billigen Nylonbürste ausreichend war, um während der Lebensdauer des Kissens stabile Entfernungsgeschwindigkeiten und wenige Defekte aufrechtzuerhalten. Der Ausschluss oder zumindest die Minimierung einer Diamantkonditionierung führte zu einem geringeren Kissenverschleiß und einer erhöhten Kissenlebensdauer.
  • Ein vierter Nutzen der dualen Porenstruktur von Beispiel 4 lag darin, dass das Polierleistungsvermögen weniger von der Makrorillengestaltung abhängig war, die in die Kissenoberfläche geprägt oder durch spanabhebende Bearbeitung eingebracht worden ist. Makrorillen waren erforderlich, um die Haftreibung zwischen dem Kissen und dem Wafer während des Polierens zu verhindern und einen Aufschlämmungstransport in dem Kissen-Wafer-Spalt zu ermöglichen. Anders als bei herkömmlichen Polierkissen wiesen Variationen bei der Makrorillengestaltung von Kissen des Beispiels 4 nur einen geringen Effekt auf das Polierleistungsvermögen auf.
  • Der Speichermodul des Polymers in der Porenwand betrug 39 MPa. Dieser Wert stellt ein defektarmes Polieren in Kombination mit effektiven TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten und einem hohen TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivitätswert von 3,5 bereit. Das Kissen von Beispiel 4 wies einen sehr niedrigen Wert der Anzahl der Defekte von 6 auf, der signifikant niedriger war als das Defektniveau der Vergleichskissenbeispiele A, B und C.
  • Beispiel 5: Filzbasissubstrat
  • Eine Schicht der Polyurethanlösung mit einer Feuchtdicke von 75 mil wurde im Beispiel 4 bei 17°C hergestellt, jedoch wurde sie auf ein Polyurethan-imprägniertes Polyesterfilz-Vliessubstrat aufgebracht. Das von Dow Electronic Materials hergestellte Substrat wies eine Dichte von 0,340 g/cm3, eine Kompressibilität von 14%, eine Dicke von 49 mil (1,2 mm) und eine Härte von 49 Shore DO auf.
  • Der beschichtete Filz wurde in ein Bad eingetaucht, das 14,5 Volumenprozent DMF und 85,5 Volumenprozent Wasser enthielt und bei 17°C gehalten wurde, um die polymere Beschichtung zu koagulieren und eine poröse Mikrostruktur zu bilden, die sowohl große als auch kleine Poren enthielt. Nach dem Spülen und Trocknen wurde das beschichtete Substrat mit Schleifpapier geschwabbelt, um die Hautschicht zu entfernen und die Porenstruktur freizulegen. Die Polierschicht wurde dann geprägt, um ein Gitterrillenmuster mit Nennabmessungen eines Abstands von 100 mil (2,5 mm), einer Tiefe von 15 mil (0,4 mm) und einer Breite von 30 mil (0,8 mm) zu erzeugen. Das geprägte Rillenmuster erleichterte die Aufschlämmungsverteilung über die Kissenoberfläche während des Polierens.
  • Filzsubstrate weisen gegenüber einem Film die Vorteile auf, dass Luftblasen nicht zwischen dem Polierkissen und der Platte des Polierwerkzeugs eingeschlossen werden, was zu einem schlechten Polierleistungsvermögen führt, da die Blasen durch die durchlässige Filzschicht abgeführt werden können. Zweitens hängt dann, wenn die Polierschicht auf den Film aufgebracht wird, die Haftung der Polierschicht an dem Film von der Festigkeit der adhäsiven Bindung ab. Bei manchen aggressiven Polierbedingungen kann diese Bindung versagen und zu einem vollständigen Fehlschlagen des Polierens führen. Wenn Filz verwendet wird, dringt die Polierschicht für eine bestimmte Tiefe in den Filz ein und bildet eine feste, mechanisch ineinander greifende Grenzfläche. Im Gegensatz zum Beispiel 4 wurde im Beispiel 5 die gleiche Polierschicht auf einen Polyesterfilz anstelle eines Filmsubstrats aufgebracht. Der Polyesterfilz war viel stärker kompressibel und weniger steif als der Polyesterfilm. Da die Polierschicht aus der gleichen Polymerformulierung hergestellt worden ist und die Koagulationsbedingungen mit denjenigen von Beispiel 4 identisch waren, wurden im Beispiel 5 eine ähnliche duale Porenstruktur, Wanddicke und Porenwand-Polymermodulwert erreicht. Der einzige Unterschied war das Basissubstrat. Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass das Vlieskissen von Beispiel 5 niedrige Defektwerte, hohe TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten und ein hohes TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivitätsverhältnis erreicht.
  • Dieses Beispiel zeigt, dass ein gutes Polierleistungsvermögen auch mit einem Vliessubstrat auf Filzbasis erreicht werden konnte und dass verglichen mit dem Film die Probleme eines Lufteinschlusses und des Versagens einer adhäsiven Bindung beseitigt worden sind.
  • Beispiel 6: Filzbasissubstrat
  • Eine Schicht der Polyurethanlösung mit einer Feuchtdicke von 75 mil wurde im Beispiel 4 bei 17°C hergestellt und auf ein Polyurethan-imprägniertes Polyesterfilz-Vliessubstrat aufgebracht. Das von Dow Electronic Materials hergestellte Substrat wies eine Dichte von 0,318 g/cm3, eine Kompressibilität von 17%, eine Dicke von 44 mil (1,1 mm) und eine Härte von 39 Shore DO auf.
  • Der beschichtete Filz wurde unter Verwendung der gleichen Verfahrensschritte und -bedingungen, wie sie im Beispiel 5 beschrieben worden sind, zu einem Polierkissen ausgebildet.
  • Das Beispiel 6 zeigte, dass das erzeugte Filz-Vliessubstrat ein hervorragendes Polierleistungsvermögen bereitstellte.
  • Beispiel 7: Filmbasissubstrat
  • Ein Polyurethan wurde in DMF durch Umsetzen eines Gemischs aus einem Polyethylenpropylenglykoladipat (0,0117 mol) und Butandiol (0,0259 mol) mit Diphenylmethandiisocyanat (MDI) (0,0373 mol) synthetisiert, wobei ein Polyurethan mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 40000 und einer Polydispersität von 1,6 gebildet wurde. Die Polyurethanlösung wurde auf einen Film aufgebracht und unter Verwendung der gleichen Verfahrensschritte und -bedingungen, wie sie im Beispiel 4 beschrieben worden sind, zu einem Polierkissen ausgebildet.
  • Das Beispiel 7 unterscheidet sich vom Beispiel 4 darin, dass die Polyurethanformulierung modifiziert wurde, um den Modul des Polymers in der Porenwand zu vermindern. Andere Aspekte des Polierkissens, einschließlich die duale Porenstruktur und die Porenwanddicke, entsprechen denjenigen des Polierkissens von Beispiel 4.
  • Es besteht eine eindeutige Beziehung zwischen dem Modul des Polymers in der Porenwand und den Defektniveaus, die während des Polierens erzeugt werden. Bei einem Vergleich der Beispiele 7 und 4 ergibt sich, dass die Werte für den Modul des Polymers in den Porenwänden 17 bzw. 39 MPa betragen und die Defektniveaus 2 bzw. 6 betragen, was deutlich zeigt, dass die Verminderung des Porenwandmoduls die Anzahl der Defekte vermindert.
  • Das Polierkissen der Erfindung stellt mehrere Vorteile bereit, die durch herkömmliche poromere Polierkissen nicht erreicht werden. Beispielsweise erleichtern die Polierkissen mit dualer Porosität hohe TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten und eine hohe TEOS:Cu-Entfernungsgeschwindigkeit-Selektivität bei wenigen Defekten. Darüber hinaus erfordern die Polierkissen mit dualer Porosität ein vermindertes Einlaufen und stellen stabile Entfernungsgeschwindigkeiten bereit und erreichen diese stabilen Geschwindigkeiten mit einer verminderten Konditionierung. Das Kissen stellt eine hervorragende Lebensdauer von 1000 Wafern mit begrenztem Verschleiß bereit. Ferner stellen gewebte Substrate und nicht-gewebte oder Vliessubstrate eine hervorragende Zwischenschichthaftung bereit und beseitigen Lufteinschlüsse. Schließlich sind die Polierkissen frei von grenzflächenaktiven Mitteln und schäumen während des Polierens nicht oder bringen keine Alkalimetalle ein, die in Dielektrika und Low-k-Dielektrika diffundieren können und so das Polieren stören.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASTM D5026-06 „Standard Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Tension” [0012]
    • Encyclopedia of Polymer Science, „Leather-like Materials” [0015]
    • Encyclopedia of Polymer Science, „Membrane Technnology” [0015]
    • ASTM D5026-06 „Standard Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Tension” [0018]

Claims (10)

  1. Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet ist, umfassend eine poröse Polierschicht, wobei die poröse Polierschicht eine duale Porositätsstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix aufweist, wobei die duale Porositätsstruktur einen primären Satz von Poren aufweist, wobei der primäre Satz von Poren Porenwände aufweist, wobei die Porenwände eine Dicke von 15 bis 55 µm und einen Speichermodul von 10 bis 60 MPa, gemessen bei 25°C, aufweisen, und einen sekundären Satz von Poren innerhalb der Porenwände enthält, wobei der sekundäre Satz von Poren eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 30 µm aufweist und wobei die poröse Polierschicht zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Film- oder Blattsubstrat fixiert ist oder zu einer Webstruktur oder einer Vliesstruktur ausgebildet ist.
  2. Polierkissen nach Anspruch 1, bei dem die primären Poren einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 35 µm aufweisen.
  3. Polierkissen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein quer verlaufender Querschnitt der Porenwände eine Porosität von 10 bis 55% aufweist.
  4. Polierkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Porenwände eine Dicke gleich dem 2- bis 10-fachen der durchschnittlichen Porengröße der Mikroporen aufweisen.
  5. Polierkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Polyurethanmatrix eine koagulierte Struktur ist, die frei von grenzflächenaktiven Mitteln ist.
  6. Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet ist, umfassend eine poröse Polierschicht, wobei die poröse Polierschicht eine duale Porositätsstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix aufweist, wobei die duale Porositätsstruktur einen primären Satz von Poren aufweist, wobei der primäre Satz von Poren Porenwände und einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 40 μm aufweist, wobei die Porenwände eine Dicke von 20 bis 50 µm und einen Speichermodul von 10 bis 50 MPa, gemessen bei 25°C, aufweisen, und einen sekundären Satz von Poren innerhalb der Porenwände enthält, wobei der sekundäre Satz von Poren eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 25 µm aufweist und wobei die poröse Polierschicht zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Film- oder Blattsubstrat fixiert ist oder zu einer Webstruktur oder einer Vliesstruktur ausgebildet ist.
  7. Polierkissen nach Anspruch 6, bei dem der Speichermodul der Porenwände 10 bis 40 MPa, gemessen bei 25°C, beträgt.
  8. Polierkissen nach Anspruch 6 oder 7, bei dem ein quer verlaufender Querschnitt der Porenwände eine Porosität von 20 bis 50% aufweist.
  9. Polierkissen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Porenwände eine Dicke gleich dem 4- bis 10-fachen der durchschnittlichen Porengröße der Mikroporen aufweisen.
  10. Polierkissen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Polyurethanmatrix eine koagulierte Struktur ist, die frei von grenzflächenaktiven Mitteln ist.
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