DE102011117944B4

DE102011117944B4 - Verfahren zum Bilden eines Silikat-Polierkissens

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Publication number: DE102011117944B4
Application number: DE102011117944.9A
Authority: DE
Inventors: Donna M. Alden; Andrew R. Wank; Robert Gargione; Mark E. Gazze; Joseph So; David Drop; Shawn Riley; Mai Tieu Banh
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: TW201221293A; JP2012101353A; US20120117889A1; US8202334B2; KR101861372B1; FR2967368A1; DE102011117944A1; TWI593509B; JP5845832B2; CN102463531B; CN102463531A; FR2967368B1; KR20120057518A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Silikat-enthaltenden Polierkissens, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten und optischen Substraten geeignet ist, umfassend:a. Einbringen eines Beschickungsstroms von gasgefüllten polymeren Mikroelementen in einen Gasstrahl, wobei die polymeren Mikroelemente unterschiedliche Dichten, unterschiedliche Wanddicken und unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen, wobei die polymeren Mikroelemente Silikat-enthaltende Bereiche aufweisen, die auf einer Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente verteilt sind, wobei die Silikat-enthaltenden Bereiche so beabstandet sind, dass sie 1 bis 40 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und wobei sie zusammen mit insgesamt mehr als 0,1 Gewichtsprozent der folgenden vorliegen: i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind,b. Leiten der gasgefüllten Mikroelemente in dem Gasstrahl angrenzend an einen Coanda-Block, wobei der Coanda-Block eine gekrümmte Wand zum Trennen der polymeren Mikroelemente mit dem Coanda-Effekt, der Trägheit und dem Gasströmungswiderstand aufweist,c. Trennen von groben polymeren Mikroelementen von der gekrümmten Wand des Coanda-Blocks zum Reinigen der polymeren Mikroelemente,d. Sammeln der polymeren Mikroelemente, wobei insgesamt weniger als 0,1 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente zusammen mit i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, vorliegen, unde. Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix zum Bilden eines Polierkissens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polierkissen zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) und sie betrifft insbesondere polymere Verbundpolierkissen, die zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten oder optischen Substraten geeignet sind.
Halbleiterwafer mit darauf ausgebildeten integrierten Schaltungen müssen poliert werden, um eine ultraglatte und flache Oberfläche bereitzustellen, die in einer gegebenen Ebene nur um einen Bruchteil eines Mikrometers variieren darf. Dieses Polieren wird üblicherweise in einem chemisch-mechanischen Polierprozess (CMP-Prozess) erreicht. Diese „CMP“-Prozesse nutzen eine chemisch aktive Aufschlämmung, die zum Polieren durch ein Polierkissen gegen die Waferoberfläche gedrückt wird. Die Kombination aus der chemisch aktiven Aufschlämmung und dem Polierkissen führt zu einem Polieren oder Planarisieren einer Waferoberfläche.
Ein Problem, das mit dem CMP-Prozess einhergeht, ist das Verkratzen eines Wafers. Bestimmte Polierkissen können Fremdmaterialien enthalten, die zu einer Bildung von Furchen oder einem Verkratzen des Wafers führen. Beispielsweise kann das Fremdmaterial zu Rattermarken in harten Materialien, wie z.B. TEOS-Dielektrika, führen. Für die Zwecke dieser Beschreibung repräsentiert TEOS das harte, glasartige Dielektrikum, das durch die Zersetzung von Tetraethyloxysilikaten gebildet wird. Diese Beschädigung des Dielektrikums kann zu Waferdefekten und einer geringeren Waferausbeute führen. Ein weiteres Problem bezüglich eines Verkratzens, das mit Fremdmaterialien zusammenhängt, ist die Beschädigung von nicht-Eisen-Zwischenverbindungen, wie z.B. Kupfer-Zwischenverbindungen. Wenn das Kissen zu tiefe Kratzer in der Zwischenverbindungsleitung ausbildet, nimmt der Widerstand der Leitung bis zu einem Punkt zu, bei dem der Halbleiter nicht richtig funktionieren wird. In extremen Fällen erzeugen diese Fremdmaterialien sehr große Kratzer, die dazu führen können, dass ein gesamter Wafer unbrauchbar wird.
Reinhardt et al. beschreiben im US-Patent Nr. US 5 578 362 A ein Polierkissen, bei dem Glaskügelchen durch hohle polymere Mikroelemente ersetzt werden, um innerhalb einer polymeren Matrix eine Porosität zu erzeugen. Die Vorteile dieser Gestaltung umfassen ein einheitliches Polieren, eine niedrige Defektanzahl und eine erhöhte Entfernungsgeschwindigkeit. Die IC1000™-Polierkissengestaltung von Reinhardt et al. weist bezüglich eines Verkratzens ein besseres Leistungsvermögen auf als das frühere IC60-Polierkissen, und zwar aufgrund eines Ersetzens der keramischen Glasphase durch eine polymere Hülle. Darüber hinaus haben Reinhardt et al. eine unerwartete Zunahme der Poliergeschwindigkeit gefunden, die mit dem Ersetzen von harten Glaskügelchen durch weichere polymere Mikrokügelchen einhergeht. Die Polierkissen von Reinhardt et al. haben lange Zeit als Industriestandard für das CMP-Polieren gedient und spielen immer noch eine wichtige Rolle bei hochentwickelten CMP-Anwendungen.
Ein weiteres Problemfeld, das mit dem CMP-Prozess einhergeht, ist die Variabilität von Kissen zu Kissen, wie z.B. eine Dichtevariation und eine Variation innerhalb eines Kissens. Um diese Probleme zu berücksichtigen, haben Polierkissenhersteller auf sorgfältige Gießtechniken mit kontrollierten Härtungszyklen zurückgegriffen. Diese Bemühungen haben sich auf die Makroeigenschaften des Kissens konzentriert, haben sich jedoch nicht mit den Mikropolieraspekten befasst, die mit Polierkissenmaterialien zusammenhängen.
DE 10 2010 018 012 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Polierschichten eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit verminderten Gaseinschlussdefekten. DE 694 27 169 T2 beschreibt einen Gasstrom-Sichter, ein Verfahren zum Sichten mittels eines Gasstroms und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tonerherstellung.
In der Industrie gibt es einen Bedarf für Polierkissen, die eine verbesserte Kombination aus Planarisierung, Entfernungsgeschwindigkeit und Verkratzen bereitstellen. Darüber hinaus besteht nach wie vor ein Bedarf für ein Polierkissen, das diese Eigenschaften in einem Polierkissen mit einer geringeren Variabilität von Kissen zu Kissen bereitstellt.
In Anbetracht dessen liegt der vorliegenden Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens bereitzustellen, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten und optischen Substraten geeignet ist, wobei das Polierkissen eine verbesserte Kombination aus Planarisierung, Entfernungsgeschwindigkeit und Verkratzen bereitstellen und eine geringere Variabilität von Kissen zu Kissen aufweisen soll.
Diese technische Aufgabe wird durch das Bereitstellen der Verfahren gemäß der beigefügten Ansprüche 1 und 6 gelöst. Konkrete Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Ein Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Silikat-enthaltenden Polierkissens, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten und optischen Substraten geeignet ist, umfassend: Einbringen eines Beschickungsstroms von gasgefüllten polymeren Mikroelementen in einen Gasstrahl, wobei die polymeren Mikroelemente unterschiedliche Dichten, unterschiedliche Wanddicken und unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen, wobei die polymeren Mikroelemente Silikat-enthaltende Bereiche aufweisen, die auf einer Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente verteilt sind, wobei die Silikat-enthaltenden Bereiche so beabstandet sind, dass sie 1 bis 40 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und wobei sie zusammen mit insgesamt mehr als 0,1 Gewichtsprozent der folgenden vorliegen: i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, Leiten der gasgefüllten Mikroelemente in dem Gasstrahl angrenzend an einen Coanda-Block, wobei der Coanda-Block eine gekrümmte Wand zum Trennen der polymeren Mikroelemente mit dem Coanda-Effekt, der Trägheit und dem Gasströmungswiderstand aufweist, Trennen von groben polymeren Mikroelementen von der gekrümmten Wand des Coanda-Blocks zum Reinigen der polymeren Mikroelemente, Sammeln der polymeren Mikroelemente, wobei insgesamt weniger als 0,1 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente zusammen mit i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, vorliegen, und Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix zum Bilden eines Polierkissens.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Silikat-enthaltenden Polierkissens, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten und optischen Substraten geeignet ist, umfassend: Einbringen eines Beschickungsstroms von gasgefüllten polymeren Mikroelementen in einen Gasstrahl, wobei die polymeren Mikroelemente unterschiedliche Dichten, unterschiedliche Wanddicken und unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen, wobei die polymeren Mikroelemente Silikat-enthaltende Bereiche aufweisen, die auf einer Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente verteilt sind, wobei die Silikat-enthaltenden Bereiche so beabstandet sind, dass sie weniger als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und wobei sie zusammen mit insgesamt mehr als 0,2 Gewichtsprozent der folgenden vorliegen: i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, Leiten der gasgefüllten Mikroelemente in dem Gasstrahl angrenzend an einen Coanda-Block, wobei der Coanda-Block eine gekrümmte Wand zum Trennen der polymeren Mikroelemente mit dem Coanda-Effekt, der Trägheit und dem Gasströmungswiderstand aufweist, Trennen von groben polymeren Mikroelementen von der gekrümmten Wand des Coanda-Blocks zum Reinigen der polymeren Mikroelemente, Sammeln der polymeren Mikroelemente, wobei insgesamt weniger als 0,1 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente zusammen mit i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, vorliegen, und Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix zum Bilden eines Polierkissens.

1A stellt eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines Coanda-Block-Luftklassierers dar.
1B stellt eine schematische Querschnittsansicht eines Coanda-Block-Luftklassierers von Vorne dar.
2 stellt eine Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Mikrographie von feinen Silikat-enthaltenden Teilchen dar, die mit einem Coanda-Block-Luftklassierer abgetrennt worden sind.
3 stellt eine SEM-Mikrographie von groben Silikat-enthaltenden Teilchen dar, die mit einem Coanda-Block-Luftklassierer abgetrennt worden sind.
4 stellt eine SEM-Mikrographie von gereinigten hohlen polymeren Mikroelementen dar, in die Silikatteilchen eingebettet sind und die mit einem Coanda-Block-Luftklassierer abgetrennt worden sind.
5 stellt eine SEM-Mikrographie eines mit Wasser abgetrennten Rückstands von feinen Silikat-enthaltenden Teilchen dar, die mit einem Coanda-Block-Luftklassierer abgetrennt worden sind.
6 stellt eine SEM-Mikrographie eines mit Wasser abgetrennten Rückstands von groben Silikat-enthaltenden Teilchen dar, die mit einem Coanda-Block-Luftklassierer abgetrennt worden sind.
7 stellt eine SEM-Mikrographie eines mit Wasser abgetrennten Rückstands von gereinigten hohlen polymeren Mikroelementen dar, in die Silikatteilchen eingebettet sind und die mit einem Coanda-Block-Luftklassierer abgetrennt worden sind.

Die Erfindung stellt ein Silikat-Verbundpolierkissen bereit, das zum Polieren von Halbleitersubstraten geeignet ist. Das Polierkissen umfasst eine polymere Matrix, hohle polymere Mikroelemente und Silikatteilchen, die in den polymeren Mikroelementen eingebettet sind. Überraschenderweise neigen diese Silikatteilchen nicht dazu, dass ein übermäßiges Verkratzen oder Bilden von Furchen für hochentwickelte CMP-Anwendungen resultiert, wenn sie zu einer spezifischen Struktur klassiert werden, die zusammen mit polymeren Mikroelementen vorliegt. Dieses begrenzte Bilden von Furchen und Verkratzen liegt vor, obwohl die polymere Matrix Silikatteilchen an deren Polieroberfläche aufweist.
Typische Matrixmaterialien für ein polymeres Polierkissen umfassen Polycarbonat, Polysulfon, Nylon, Ethylencopolymere, Polyether, Polyester, Polyether-Polyester-Copolymere, Acrylpolymere, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyethylencopolymere, Polybutadien, Polyethylenimin, Polyurethane, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyketone, Epoxyverbindungen, Silikone, Copolymere davon und Gemische davon. Vorzugsweise ist das polymere Material ein Polyurethan und es kann sich entweder um ein vernetztes oder ein unvernetztes Polyurethan handeln. Für die Zwecke dieser Beschreibung sind „Polyurethane“ Produkte, die von difunktionellen oder polyfunktionellen Isocyanaten abgeleitet sind, wie z.B. Polyetherharnstoffe, Polyisocyanurate, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyurethanharnstoffe, Copolymere davon und Gemische davon.
Vorzugsweise ist das polymere Material ein Blockcopolymer oder ein segmentiertes Copolymer, das sich in Phasen trennen kann, die reich an einem Block oder Segment oder mehreren Blöcken oder Segmenten des Copolymers sind. Insbesondere ist das polymere Material ein Polyurethan. Gegossene Polyurethanmatrixmaterialien sind zum Planarisieren von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten besonders geeignet. Ein Ansatz zur Steuerung der Poliereigenschaften eines Kissens besteht darin, dessen chemische Zusammensetzung zu verändern. Darüber hinaus beeinflusst die Auswahl von Ausgangsmaterialien und des Herstellungsverfahrens die Polymermorphologie und die schließlich erhaltenen Eigenschaften des zur Herstellung von Polierkissen verwendeten Materials.
Vorzugsweise umfasst die Urethanerzeugung die Herstellung eines Urethanvorpolymers mit Isocyanatendgruppen aus einem polyfunktionellen aromatischen Isocyanat und einem Vorpolymerpolyol. Für die Zwecke dieser Beschreibung umfasst der Begriff Vorpolymerpolyol Diole, Polyole, Polyol-Diole, Copolymere davon und Gemische davon. Vorzugsweise ist das Vorpolymerpolyol aus der Gruppe, umfassend Polytetramethylenetherglykol [PTMEG], Polypropylenetherglykol [PPG], Polyole auf Esterbasis, wie z.B. Ethylen- oder Butylenadipate, Copolymere davon und Gemische davon, ausgewählt. Beispiele für polyfunktionelle aromatische Isocyanate umfassen 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, 4,4'-Diphenyl-methandiisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat, Tolidindiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat und Gemische davon. Das polyfunktionelle aromatische Isocyanat enthält weniger als 20 Gewichtsprozent aliphatische Isocyanate, wie z.B. 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat und Cyclohexandiisocyanat. Vorzugsweise enthält das polyfunktionelle aromatische Isocyanat weniger als 15 Gewichtsprozent aliphatische Isocyanate und mehr bevorzugt weniger als 12 Gewichtsprozent aliphatisches Isocyanat.
Beispiele für Vorpolymerpolyole umfassen Polyetherpolyole, wie z.B. Poly(oxytetramethylen)glykol, Poly(oxypropylen)glykol und Gemische davon, Polycarbonatpolyole, Polyesterpolyole, Polycaprolactonpolyole und Gemische davon. Die als Beispiele angegebenen Polyole können mit Polyolen mit niedrigem Molekulargewicht, einschließlich Ethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol, 1,5-Pentandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,6-Hexandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und Gemischen davon, gemischt werden.
Vorzugsweise ist das Vorpolymerpolyol aus der Gruppe, umfassend Polytetramethylen-etherglykol, Polyesterpolyole, Polypropylenetherglykole, Polycaprolactonpolyole, Copolymere davon und Gemische davon, ausgewählt. Wenn das Vorpolymerpolyol PTMEG, ein Copolymer davon oder ein Gemisch davon ist, dann weist das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-endgruppen vorzugsweise einen Gewichtsprozentsatz von nicht umgesetztem NCO im Bereich von 8,0 bis 20,0 Gewichtsprozent auf. Für Polyurethane, die mit PTMEG oder PTMEG, das mit PPG gemischt ist, ausgebildet worden sind, liegt der bevorzugte Gewichtsprozentsatz von NCO im Bereich von 8,75 bis 12,0 und insbesondere beträgt dieser 8,75 bis 10,0. Spezielle Beispiele für Polyole der PTMEG-Familie sind die folgenden: Terathane^® 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 und 250 von Invista, Polymeg^® 2900, 2000, 1000, 650 von Lyondell, PolyTHF^® 650, 1000, 2000 von BASF und Spezies mit niedrigerem Molekulargewicht, wie z.B. 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol und 1,4-Butandiol. Wenn das Vorpolymerpolyol ein PPG, ein Copolymer davon oder ein Gemisch davon ist, dann weist das Reaktionsprodukt mit Isocyanatendgruppen insbesondere einen Gewichtsprozentsatz von nicht umgesetztem NCO im Bereich von 7,9 bis 15,0 Gew.-% auf. Spezielle Beispiele für PPG-Polyole sind die folgenden: Arcol^® PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 und 4000 von Bayer, Voranol^® 1010L, 2000L und P400 von Dow, Desmophen^® 1110BD, Acclaim^® Polyol 12200, 8200, 6300, 4200, 2200, beides Produktlinien von Bayer. Wenn das Vorpolymerpolyol ein Ester, ein Copolymer davon oder ein Gemisch davon ist, dann weist das Reaktionsprodukt mit Isocyanatendgruppen insbesondere einen Gewichtsprozentsatz von nicht umgesetztem NCO im Bereich von 6,5 bis 13,0 auf. Spezielle Beispiele für Esterpolyole sind die folgenden: Millester 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 10, 16, 253 von Polyurethane Specialties Company, Inc., Desmophen^® 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K², 2500, 2501, 2505, 2601, PE65B von Bayer, Rucoflex S-1021-70, S-1043-46, S-1043-55 von Bayer.
Typischerweise wird das Vorpolymerreaktionsprodukt mit einem härtenden Polyol, Polyamin, Alkoholamin oder einem Gemisch davon umgesetzt oder gehärtet. Für die Zwecke dieser Beschreibung umfassen Polyamine Diamine und andere multifunktionelle Amine. Beispiele für härtende Polyamine umfassen aromatische Diamine oder Polyamine, wie z.B. 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin [MBCA], 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) [MCDEA], Dimethylthiotoluoldiamin, Trimethylenglykoldi-p-aminobenzoat, Polytetramethylenoxid-di-p-aminobenzoat, Polytetramethylenoxidmono-p-aminobenzoat, Polypropylenoxiddi-p-aminobenzoat, Polypropylenoxidmono-p-aminobenzoat, 1,2-Bis(2-aminophenylthio)ethan, 4,4'-Methylen-bis-anilin, Diethyltoluoldiamin, 5-tert-Butyl-2,4- und 3-tert-Butyl-2,6-toluoldiamin, 5-tert-Amyl-2,4- und 3-tert-Amyl-2,6-toluoldiamin und Chlortoluoldiamin. Gegebenenfalls ist es möglich, Urethanpolymere für Polierkissen mit einem einzigen Mischschritt herzustellen, der die Verwendung von Vorpolymeren vermeidet.
Die Komponenten des Polymers, das zur Herstellung des Polierkissens verwendet wird, werden vorzugsweise so ausgewählt, dass die resultierende Kissenmorphologie stabil und einfach reproduzierbar ist. Wenn beispielsweise 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin [MBCA] mit Di-isocyanat zur Bildung von Polyurethanpolymeren gemischt wird, ist es häufig vorteilhaft, die Konzentrationen von Monoamin, Diamin und Triamin einzustellen. Das Einstellen des Anteils von Mono-, Di- und Triaminen trägt zur Aufrechterhaltung des chemischen Verhältnisses und des resultierenden Polymermolekulargewichts innerhalb eines einheitlichen Bereichs bei. Darüber hinaus ist es für eine einheitliche Herstellung häufig wichtig, Zusätze, wie z.B. Antioxidationsmittel, und Verunreinigungen, wie z.B. Wasser, einzustellen bzw. zu kontrollieren. Da beispielsweise Wasser mit Isocyanat unter Bildung von gasförmigem Kohlendioxid reagiert, kann die Kontrolle bzw. Einstellung der Wasserkonzentration die Konzentration von Kohlendioxidblasen, die Poren in der polymeren Matrix bilden, beeinflussen. Eine Isocyanatreaktion mit zufällig vorliegendem Wasser vermindert auch das verfügbare Isocyanat für die Reaktion mit einem Kettenverlängerungsmittel, so dass die Stöchiometrie zusammen mit dem Ausmaß der Vernetzung (wenn ein Überschuss von Isocyanatgruppen vorliegt) und dem resultierenden Polymermolekulargewicht verändert wird.
Das polymere Polyurethanmaterial wird vorzugsweise aus einem Vorpolymerreaktionsprodukt aus Toluoldiisocyanat und Polytetramethylenetherglykol mit einem aromatischen Diamin ausgebildet. Insbesondere ist das aromatische Diamin 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin oder 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin). Vorzugsweise weist das Vorpolymerreaktionsprodukt 6,5 bis 15,0 Gewichtsprozent nicht umgesetztes NCO auf. Beispiele für geeignete Vorpolymere innerhalb dieses Bereichs von nicht umgesetztem NCO umfassen: Airthane^®-Vorpolymere PET-70D, PHP-70D, PET-75D, PHP-75D, PPT-75D, PHP-80D, die von Air Products and Chemicals, Inc. hergestellt werden, und Adiprene^®-Vorpolymere LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, LF753D, L325, die von Chemtura hergestellt werden. Darüber hinaus könnten Gemische von anderen Vorpolymeren neben den vorstehend angegebenen Vorpolymeren verwendet werden, um ein geeignetes Ausmaß eines Prozentsatzes von nicht umgesetztem NCO als Ergebnis eines Mischens zu erreichen. Viele der vorstehend angegebenen Vorpolymere, wie z.B. LFG740D, LF700D, LF750D, LF751 D und LF753D, sind Vorpolymere mit einem geringen Gehalt an freiem Isocyanat, die weniger als 0,1 Gewichtsprozent freies TDI-Monomer aufweisen und eine einheitlichere Molekulargewichtsverteilung des Vorpolymers als herkömmliche Vorpolymere aufweisen und so die Bildung von Polierkissen mit hervorragenden Poliereigenschaften erleichtern. Diese verbesserte Einheitlichkeit des Molekulargewichts des Vorpolymers und der niedrige Gehalt an freiem Isocyanatmonomer führen zu einer regelmäßigeren Polymerstruktur und tragen zu einer verbesserten Konsistenz des Polierkissens bei. Für die meisten Vorpolymere beträgt dieser niedrige Gehalt an freiem Isocyanatmonomer vorzugsweise weniger als 0,5 Gewichtsprozent. Ferner sollten „herkömmliche“ Vorpolymere, die typischerweise höhere Reaktionsniveaus (d.h., mehr als ein Polyol ist mit einem Diisocyanat an jedem Ende abgesättigt) und höhere Konzentrationen an freiem Toluoldiisocyanatvorpolymer aufweisen, ähnliche Ergebnisse erzeugen. Darüber hinaus erleichtern Polyolzusätze mit niedrigem Molekulargewicht, wie z.B. Diethylenglykol, Butandiol und Tripropylenglykol, die Einstellung bzw. Kontrolle des Gewichtsprozentsatzes an nicht umgesetztem NCO des Vorpolymerreaktionsprodukts.
Zusätzlich zur Einstellung bzw. Kontrolle des Gewichtsprozentsatzes an nicht umgesetztem NCO weisen das Härtungsmittel und das Vorpolymerreaktionsprodukt typischerweise ein stöchiometrisches Verhältnis von OH oder NH₂ zu nicht umgesetztem NCO von 85 bis 115 Prozent, vorzugsweise von 90 bis 110 Prozent auf, und insbesondere weisen sie ein stöchiometrisches Verhältnis von OH oder NH₂ zu nicht umgesetztem NCO von mehr als 95 bis 109 Prozent auf. Beispielsweise stellen Polyurethane, die mit nicht umgesetztem NCO im Bereich von 101 bis 108 Prozent gebildet werden, hervorragende Ergebnisse bereit. Diese Stöchiometrie könnte entweder direkt durch Bereitstellen der stöchiometrischen Mengen der Ausgangsmaterialien oder indirekt durch Umsetzen eines Teils des NCO mit Wasser entweder absichtlich oder durch Aussetzen gegenüber zufällig vorliegender Feuchtigkeit erreicht werden.
Die polymere Matrix enthält polymere Mikroelemente, die innerhalb der polymeren Matrix und an der Polieroberfläche der polymeren Matrix verteilt sind. Die polymeren Mikroelemente weisen eine Außenoberfläche auf und sind fluidgefüllt, um eine Textur an der Polieroberfläche zu erzeugen. Das Fluid, das die Matrix füllt, kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Wenn das Fluid eine Flüssigkeit ist, dann ist das bevorzugte Fluid Wasser, wie z.B. destilliertes Wasser, das nur zufällige Verunreinigungen enthält. Wenn das Fluid ein Gas ist, dann ist Luft, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder eine Kombination davon bevorzugt. Für einige Mikroelemente kann das Gas ein organisches Gas, wie z.B. Isobutan, sein. Die gasgefüllten polymeren Mikroelemente weisen typischerweise eine durchschnittliche Größe von 5 bis 200 Mikrometer auf. Vorzugsweise weisen die gasgefüllten polymeren Mikroelemente typischerweise eine durchschnittliche Größe von 10 bis 100 Mikrometer auf. Insbesondere weisen die gasgefüllten polymeren Mikroelemente typischerweise eine durchschnittliche Größe von 10 bis 80 Mikrometer auf. Obwohl dies nicht erforderlich ist, weisen die polymeren Mikroelemente vorzugsweise eine Kugelform auf oder stellen Mikrokügelchen dar. Wenn die Mikroelemente kugelförmig sind, stellen die durchschnittlichen Größenbereiche folglich auch Durchmesserbereiche dar. Beispielsweise liegt der durchschnittliche Durchmesser im Bereich von 5 bis 200 Mikrometer, vorzugsweise 10 bis 100 Mikrometer und insbesondere 10 bis 80 Mikrometer.
Das Polierkissen enthält Silikat-enthaltende Bereiche, die innerhalb von jedem der polymeren Mikroelemente verteilt sind. Diese Silikatbereiche können Teilchen sein oder eine längliche Silikatstruktur aufweisen. Typischerweise stellen die Silikatbereiche Teilchen dar, die in den polymeren Mikroelementen eingebettet sind oder daran anhaften. Die durchschnittliche Teilchengröße der Silikate beträgt typischerweise 0,01 bis 3 µm. Vorzugsweise beträgt die durchschnittliche Teilchengröße der Silikate 0,01 bis 2 µm. Diese Silikat-enthaltenden Bereiche sind so beabstandet, dass sie weniger als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken. Vorzugsweise bedecken die Silikat-enthaltenden Bereiche 1 bis 40 Prozent der Oberfläche der polymeren Mikroelemente. Insbesondere bedecken die Silikat-enthaltenden Bereiche 2 bis 30 Prozent der Oberfläche der polymeren Mikroelemente. Die Silikat-enthaltenden Mikroelemente weisen eine Dichte von 5 g/Liter bis 200 g/Liter auf. Typischerweise weisen die Silikat-enthaltenden Mikroelemente eine Dichte von 10 g/Liter bis 100 g/Liter auf.
Um ein verstärktes Verkratzen oder Bilden von Furchen zu vermeiden, ist es wichtig, Silikatteilchen mit einer nachteiligen Struktur oder Morphologie zu vermeiden. Diese nachteiligen Silikate sollten insgesamt weniger als 0,1 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente ausmachen. Vorzugsweise sollten diese nachteiligen Silikate insgesamt weniger als 0,05 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente ausmachen. Bei dem ersten Typ von nachteiligem Silikat handelt es sich um Silikatteilchen mit einer Größe von mehr als 5 µm. Von diesen Silikatteilchen ist bekannt, dass sie zu Ratterdefekten in TEOS und zu Verkratzungs- und Furchenbildungsdefekten in Kupfer führen. Bei dem zweiten Typ von nachteiligem Silikat handelt es sich um Silikat-enthaltende Bereiche, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken. Diese Mikroelemente, die eine große Silikatoberfläche aufweisen, können auch Wafer verkratzen oder sich von den Mikroelementen lösen, was zu Ratterdefekten in TEOS und zu Verkratzungs- und Furchenbildungsdefekten in Kupfer führt. Bei dem dritten Typ von nachteiligem Silikat handelt es sich um Agglomerate. Insbesondere können polymere Mikroelemente mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomerieren. Die Agglomerationsgröße von 120 µm ist typisch für Mikroelemente mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 40 µm. Größere Mikroelemente werden größere Agglomerate bilden. Silikate mit dieser Morphologie können zu sichtbaren Defekten und Verkratzungsdefekten bei sensiblen Poliervorgängen führen.
Eine Luftklassierung kann nützlich sein, um die Silikat-enthaltenden polymeren Verbund-Mikroelemente mit minimalen nachteiligen Silikatspezies zu erzeugen. Leider weisen Silikat-enthaltende polymere Mikroelemente häufig unterschiedliche Dichten, unterschiedliche Wanddicken und unterschiedliche Teilchengrößen auf. Darüber hinaus weisen die polymeren Mikroelemente unterschiedliche Silikat-enthaltende Bereiche auf, die auf ihren Außenoberflächen verteilt sind. Folglich weist das Trennen von polymeren Mikroelementen mit unterschiedlichen Wanddicken, Teilchengrößen und Dichten viele Probleme auf und viele Versuche zur zentrifugalen Luftklassierung und Teilchensiebung waren ergebnislos. Diese Verfahren sind bestenfalls dazu geeignet, einen nachteiligen Bestandteil, wie z.B. Feinbestandteile, von dem Ausgangsmaterial zu entfernen. Da beispielsweise ein großer Teil der Silikat-beladenen Mikrokügelchen die gleiche Größe wie der gewünschte Silikatverbund aufweist, ist es schwierig, diese mittels Siebverfahren abzutrennen. Es wurde jedoch gefunden, dass Trenneinrichtungen, die mit einer Kombination aus Trägheit, Gas- oder Luftströmungswiderstand und dem Coanda-Effekt arbeiten, effektive Ergebnisse bereitstellen können. Der Coanda-Effekt ist derart, dass dann, wenn eine Wand auf einer Seite eines Strahls angeordnet wird, dieser Strahl dazu neigt, entlang der Wand zu strömen. Insbesondere trennt das Leiten von gasgefüllten Mikroelementen in einem Gasstrahl angrenzend an eine gekrümmte Wand eines Coanda-Blocks die polymeren Mikroelemente. Die groben polymeren Mikroelemente trennen sich von der gekrümmten Wand des Coanda-Blocks, so dass die polymeren Mikroelemente in einer Zweiwegetrennung gereinigt werden. Wenn das Ausgangsmaterial Silikat-Feinbestandteile enthält, kann das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Trennens der polymeren Mikroelemente von der Wand des Coanda-Blocks umfassen, wobei die Feinbestandteile dem Coanda-Block folgen. In einer Dreiwegetrennung trennen sich die groben Bestandteile bei dem größten Abstand von dem Coanda-Block, die mittlere oder gereinigte Fraktion wird bei einem mittleren Abstand getrennt und die Feinbestandteile folgen dem Coanda-Block. Die Matsubo-Corporation stellt Luftklassierer mit gekrümmtem Strahl her, welche diese Merkmale zur effektiven Teilchentrennung nutzen. Zusätzlich zu dem Ausgangsmaterialstrahl stellen die Matsubo-Trenneinrichtungen einen zusätzlichen Schritt des Leitens von zwei zusätzlichen Gasströmen in die polymeren Mikroelemente bereit, um das Trennen der polymeren Mikroelemente von den groben polymeren Mikroelementen zu erleichtern.
Das Trennen der Silikat-Feinbestandteile und der groben polymeren Mikroelemente findet in vorteilhafter Weise in einem einzigen Schritt statt. Obwohl ein einziger Durchgang zum Entfernen sowohl von groben als auch feinen Materialien effektiv ist, ist es möglich, die Trennung in verschiedenen Abfolgen zu wiederholen, wie z.B. einem ersten Grobdurchgang, einem zweiten Grobdurchgang und dann einem ersten Feindurchgang und einem zweiten Feindurchgang. Typischerweise werden die saubersten Ergebnisse jedoch von Zwei- oder Dreiwegetrennungen erhalten. Der Nachteil von zusätzlichen Dreiwegetrennungen sind die Ausbeute und die Kosten. Das Ausgangsmaterial enthält typischerweise mehr als 0,1 Gewichtsprozent von nachteiligen Silikat-Mikroelementen. Ferner ist die Trennung mit mehr als 0,2 Gewichtsprozent und mehr als 1 Gewichtsprozent von nachteiligen Silikat-Ausgangsmaterialien effektiv.
Nach dem Abtrennen oder Reinigen der polymeren Mikroelemente bildet das Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine flüssige polymere Matrix das Polierkissen. Das typische Mittel zum Einbringen der polymeren Mikroelemente in das Kissen umfasst Gießen, Extrusion, Substitution mit einem wässrigen Lösungsmittel und wässrige Polymere. Ein Mischen verbessert die Verteilung der polymeren Mikroelemente in einer flüssigen Polymermatrix. Nach dem Mischen bildet ein Trocknen oder Härten der Polymermatrix das Polierkissen, das für die Bildung von Rillen, zum Perforieren oder für andere Vorgänge zur Fertigstellung des Polierkissens geeignet ist.
Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B weist der Luftklassierer mit gekrümmtem Strahl eine Breite „w“ zwischen zwei Seitenwänden auf. Luft oder ein anderes geeignetes Gas, wie z.B. Kohlendioxid, Stickstoff oder Argon, strömt durch Öffnungen 10, 20 und 30, so dass eine Strahlströmung um den Coanda-Block 40 erzeugt wird. Das Einbringen bzw. Injizieren von polymeren Mikroelementen mit einer Zuführungseinrichtung 50, wie z.B. einer Pumpe oder einem Vibrationsdosierer, bringt die polymeren Mikroelemente in einen Strahlstrom ein und initiiert den Klassiervorgang. In dem Strahlstrom liegen die Kräfte der Trägheit, des Luftwiderstands (oder des Gasströmungswiderstands) und des Coanda-Effekts kombiniert vor, so dass die Teilchen in drei Klassen aufgetrennt werden. Die Feinbestandteile 60 folgen dem Coanda-Block. Die Silikat-enthaltenden Teilchen mit einer mittleren Größe weisen eine ausreichende Trägheit auf, um den Coanda-Effekt zu überwinden und sich als gereinigtes Produkt 70 zu sammeln. Schließlich legen die groben Teilchen 80 den größten Weg zur Trennung von den mittleren Teilchen zurück. Die groben Teilchen enthalten eine Kombination aus i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind. Die groben Teilchen neigen dazu, negative Einflüsse auf das Waferpolieren und insbesondere auf das Polieren eines strukturierten Wafers für fortgeschrittene Knoten aufzuweisen. Die Beabstandung oder Breite der Trenneinrichtung bestimmt den Anteil, der zu der jeweiligen Klasse getrennt wird. Alternativ ist es möglich, die Sammeleinrichtung für den Feinanteil zu schließen, um die polymeren Mikroelemente in zwei Fraktionen, nämlich eine grobe Fraktion und eine gereinigte Fraktion, zu trennen.
Beispiele
Beispiel 1

Mit einem Luftklassierer mit gekrümmtem Strahl, Modell Labo von Matsubo Corporation, wurde die Trennung einer Probe eines Isobutan-gefüllten Copolymers aus Polyacrylnitril und Polyvinylidendichlorid mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 40 Mikrometern und einer Dichte von 42 g/Liter durchgeführt. Diese hohlen Mikrokügelchen enthielten Aluminium- und Magnesiumsilikatteilchen, die in dem Copolymer eingebettet waren. Die Silikate bedeckten etwa 10 bis 20 Prozent der Außenoberfläche der Mikrokügelchen. Darüber hinaus enthielt die Probe Copolymer-Mikrokügelchen, die zusammen mit Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedeckten, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert waren, vorlagen. Das Modell Labo mit gekrümmtem Strahl enthielt einen Coanda-Block und wies die Struktur der 1A und 1B auf. Das Zuführen der polymeren Mikrokügelchen durch einen Vibrationsdosierer in den Gasstrahl führte zu den Ergebnissen von Tabelle 1. Tabelle 1

Durchgang Nr.	Ausstoßeinrichtung Luftdruck	Zuführungszeit	Zuführungseinstellung	Zuführungsgeschwindigkeit	Kanten position		Luftstrom:	Mittel: M Ausbeute	Grob: G Ausbeute
	Ausstoßeinrichtung Luftdruck	Zuführungszeit	Zuführungseinstellung	[Pfund/Stunde]	FΔR [mm]	MΔR [mm]		(g)	(g)
	[MPa]	[min]	[-]	[kg/Stunde)	[m³/min]	[m³/m]	(m³/min)	(%)	(%)
1	0,30	270	VF 6,25	1,3 0,6	geschlossen	25,0		2560	8
1	0,30	270	VF 6,25	1,3 0,6	0,05	0,85	0,56	94,0 %	0,3 96
2	0,30	210	VF 6,25	2,0 0,9	geschlossen	25,0		3058	6
2	0,30	210	VF 6,25	2,0 0,9	0,05	0,85	0,56	97,4 96	0,2 %
3	0,30	215	VF 6,25	2,0 0,9	geschlossen	25,0		3212	6
3	0,30	215	VF 6,25	2,0 0,9	0,05	0.85	0,56	98,4 %	0,2 %

Die Daten der Tabelle 1 zeigen die effektive Entfernung von 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozent grobem Material. Das grobe Material enthielt Copolymer-Mikrokügelchen, die zusammen mit Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedeckten, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert waren, vorlagen.

Mit dem Luftklassierer Modell 15-3S mit gekrümmtem Strahl wurde eine zusätzliche Charge des Silikat-Copolymers von Beispiel 1 getrennt. Für diese Testreihe war die Sammeleinrichtung für die Feinbestandteile vollständig geschlossen. Das Zuführen der polymeren Mikrokügelchen durch eine Pumpenzuführungseinrichtung in den Gasstrahl erzeugte die Ergebnisse der Tabelle 2. Tabelle 2

Durchgang Nr.	Kantentyp	Ausstoß-ein richtung Luftdruck	Zuführungs-g eschwindig-k eit kg/Stunde	Kantenposition		Ausbeute
				FΔR	MΔR	F [g]	M [g]	G [g]
		[MPa]		[mm]	[mm]	[%]	[%]	[%]
4	LE 50G	0,3	15,12	0	25	0	3005	18
						0.0 %	99,4 %	0,6 %
5	LE 50G	0,3	14,89	0	25	0,0 %	2957	20
						0,0 %	99,3 %	0,7 %

Diese Materialcharge führte zur Abtrennung von 0,6 und 0,7 Gew.-% grobem Material. Wie vorstehend enthielt das grobe Material Copolymer-Mikrokügelchen, die zusammen mit Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedeckten, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert waren, vorlagen.

Mit dem Luftklassierer Modell 15-3S mit gekrümmtem Strahl wurde zusätzliches Silikat-Copolymer von Beispiel 1 getrennt. Für diese Testreihen war die Sammeleinrichtung für die Feinbestandteile offen, um die Feinbestandteile zu entfernen (Durchgänge 6 bis 8) oder geschlossen, um die Feinbestandteile zurückzuhalten (Durchgänge 9 bis 11). Das Zuführen der polymeren Mikrokügelchen durch eine Pumpe in den Gasstrahl erzeugte die Ergebnisse der Tabelle 3. Tabelle 3

Nr.	Zuführungs-g eschwindig-k eit	Ausstoß-ein richtung Luftdruck	Kantenposition		Ausbeute
	[kg/Stunde]		FΔR	MΔR	F [g]	M [g]	G [g]	Gesamt [g]
		[MPa]	[mm]	[mm]	[%]	[%]	[%]	[%]
6	135	0,30	90	25,0	39,5	860,0	2,1	9016
					4,4 %	95,4 %	0,2 %	100,0 %
7	14,2	0,30	12,0	25,0	196,6	750	1,1	947,7
					20,7 %	79,1 %	0,1%	100,0 %
8	14,2	0,30	10,5	25,0	95,1	850	1,7	946,8
					10,0%	89,8 %	0,2 %	100,0 %
9	13,5	0,30	0,00	25,0	0,0	3310	17,9	3327,9
					0,0 %	99,5 %	0,5%	100,0 %
10	13,2	0,30	0,00	25,0	0,0	3070	21,5	3091,5
					0,0 %	99,3 %	0,7%	100,0 %
11	12,4	0,30	0,00	25,0	0,0	3000	37,3	3037,3
					0,0 %	98,8 %	1,2%	100,0 %

Diese Daten zeigen, dass der Luftklassierer einfach zwischen Klassierungen in zwei oder drei Segmente umschalten kann. Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 zeigt die 2 die Feinbestandteile [F], die 3 zeigt die Grobbestandteile [G] und die 4 zeigt die gereinigten polymeren Mikrokügelchen mit Silikat [M]. Die Feinbestandteile weisen eine Größenverteilung auf, die nur einen kleinen Anteil von polymeren Mikroelementen mit mittlerer Größe enthält. Die grobe Fraktion enthält sichtbare Mikroelement-Agglomerate und polymere Mikroelemente, die Silikat-enthaltende Bereiche aufweisen, die mehr als 50 Prozent von deren Außenoberflächen bedecken. [Die Silikatteilchen mit einer Größe von mehr als 5 µm sind bei stärkeren Vergrößerungen und in der 6 sichtbar.] Die mittlere Fraktion ist frei von dem größten Teil der feinen und groben polymeren Mikroelemente. Diese SEM-Mikrographien veranschaulichen den sehr großen Unterschied, der durch die Klassierung in drei Segmente erreicht wird.
Beispiel 2
Mit dem folgenden Test wurde der Rückstand nach einer Verbrennung gemessen.
Proben von groben, mittleren und feinen Fraktionen wurden in gewogene Vicor-Keramiktiegel eingebracht. Die Tiegel wurden dann auf 150 °C erhitzt, um die Zersetzung der Silikat-enthaltenden polymeren Zusammensetzungen zu initiieren. Bei 130 °C neigen die polymeren Mikrokügelchen zum Zerfallen und zum Freisetzen des enthaltenen Treibmittels. Die mittleren und die feinen Fraktionen verhielten sich wie erwartet, wobei deren Volumina nach 30 Minuten signifikant vermindert waren. Im Gegensatz dazu hatte sich die grobe Fraktion um mehr als das Sechsfache von deren ursprünglichem Volumen ausgedehnt und zeigte nur geringe Anzeichen einer Zersetzung.
Diese Beobachtungen zeigen zwei Unterschiede. Erstens zeigte der Grad der Sekundärausdehnung bei der groben Fraktion, dass der relative Gewichtsprozentsatz des Treibmittels in der groben Fraktion viel größer gewesen sein musste als in den zwei anderen Fraktionen. Zweitens schien sich die Silikat-reiche Polymerzusammensetzung wesentlich zu unterscheiden, da sie sich nicht bei der gleichen Temperatur zersetzte.

Die in der Tabelle 4 angegebenen Rohdaten zeigen, dass die grobe Fraktion den niedrigsten Rückstandsgehalt aufweist. Dieses Ergebnis wurde durch den großen Unterschied beim Treibmittelgehalt oder der Isobutenfüllung der Teilchen verändert. Die Einstellung des Isobutangehalts bezogen auf den Grad der Sekundärausdehnung führte zu einem höheren Prozentsatz des in der groben Fraktion vorliegenden Rückstands. Tabelle 4

	Proben-ge wicht (g)	Gas-gewich t (g)	Volumen nach der Ausdehnung bei 150 °C		Probe - Gasgewicht (g)	Rückstandsgewicht (g)	Rückstand (%)	Rückstand ohne Gas (%)
Mittlere Fraktion	0,97	0,12125	1,4x	theoretisch	0,84875	0,0354	3,65	4,17
Feine Fraktion	1,35	0,16875	1,4x	theoretisch	1,18125	0,091	6,74	7,70
Grobe Fraktion	1,147	0,143375	1,4x	theoretisch	1,003625	0,0323	2,82	3,22
Korrigierte grobe Fraktion	1,147	0,716875	6,0x	*festgestellt	0,430125	0,0323	2,82	7,51

* Legt ein 5x bis 6x höheres ursprüngliches Gasgewicht nahe

Die Beseitigung der groben Fraktion, die eine Neigung zur Ausdehnung aufweist, erleichtert das Gießen von Polierkissen mit einer kontrollierten Dichte und einer geringeren Variation von Kissen zu Kissen.
Beispiel 3
Nach dem Klassieren mit der Vorrichtung mit gekrümmtem Strahl wurden drei 0,25 g-Fraktionen von verarbeiteten Silikat-enthaltenden polymeren Mikroelementen in 40 ml ultrareines Wasser eingebracht. Die Proben wurden gut gemischt und für drei Tage absetzen gelassen. Die grobe Fraktion wies nach mehreren Minuten ein sichtbares Sediment auf, die feine Fraktion wies nach mehreren Stunden ein sichtbares Sediment auf und die mittlere Fraktion zeigte nach 24 Stunden ein Sediment. Die aufschwimmenden polymeren Mikroelemente und Wasser wurden entfernt, wobei die Sedimentmasse und eine geringe Menge Wasser zurückblieben. Die Proben wurden über Nacht trocknen gelassen. Nach dem Trocknen wurden die Behälter und das Sediment gewogen, das Sediment wurde entfernt und die Behälter wurden gewaschen, getrocknet und zurückgewogen, um das Gewicht des Sediments zu bestimmen. Die 5 bis 7 veranschaulichen den sehr großen Unterschied bei der Silikatgröße und -morphologie, der durch die Klassierungstechnik erreicht worden ist. Die 5 zeigt eine Ansammlung von feinen Polymer- und Silikatteilchen, die sich in dem Sedimentationsprozess abgesetzt haben. Die 6 zeigt große Silikatteilchen (größer als 5 µm) und polymere Mikroelemente, bei denen mehr als fünfzig Prozent ihrer Außenoberfläche mit Silikatteilchen bedeckt sind. Die 7 zeigt bei einer etwa zehnmal stärkeren Vergrößerung als bei den anderen Photomikrographien feine Silikatteilchen und ein zerbrochenes polymeres Mikroelement. Das zerbrochene polymere Mikroelement weist eine beutelartige Form auf, die in dem Sedimentationsprozess abgesunken ist.
Die Endgewichte waren wie folgt:

Grob: 0,018 g
Sauber (mittel): 0,001 g
Fein: 0,014 g

Dieses Beispiel zeigte eine Trenneffizienz von mehr als 30 zu 1 für den Coanda-Block-Luftklassierer. Insbesondere umfasste die grobe Fraktion einen Prozentsatz von großen Silikatteilchen, wie z.B. Teilchen mit einer Kugelform, einer Halbkugelform und einer facettierten Form. Die mittlere oder gereinigte Fraktion enthielt die geringste Menge von Silikaten, und zwar sowohl große (durchschnittliche Größe über 3 µm) als auch kleine (durchschnittliche Größe weniger als 1 µm). Die Feinbestandteile enthielten die größte Menge von Silikatteilchen, jedoch wiesen diese Teilchen eine durchschnittliche Größe von weniger als 1 µm auf.
Beispiel 4
Eine Reihe von drei gegossenen Polierkissen wurde für einen Poliervergleich mit Kupfer hergestellt.
Die Tabelle 5 enthält eine Zusammenfassung der drei gegossenen Polyurethan-Polierkissen. Tabelle 5

Beschreibung Dichte (g/cm³) Polymere Mikroelemente (Gew.-%) Härte (Shore D)

Standard 0,782 1,9 55

Gereinigt 0,787 1,9 55

mit Rauigkeitsspitzen (grob) 0,788 2,1 54
Wie im Beispiel 1 enthielt das Standard-Polierkissen ein Isobutan-gefülltes Copolymer aus Polyacrylnitril und Polyvinylidendichlorid mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 40 Mikrometern und einer Dichte von 42 g/Liter. Diese hohlen Mikrokügelchen enthielten Aluminium- und Magnesiumsilikatteilchen, die in dem Copolymer eingebettet waren. Die Silikate bedeckten etwa 10 bis 20 Prozent der Außenoberfläche der Mikrokügelchen. Darüber hinaus enthielt die Probe Copolymer-Mikrokügelchen, die zusammen mit Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedeckten, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert waren, vorlagen. Das gereinigte Kissen enthielt nach dem Luftklassieren mit dem Luftklassierer Modell 15-3S mit gekrümmtem Strahl weniger als 0,1 Gew.-% der vorstehend genannten Materialien i) bis iii). Schließlich enthielt das Kissen mit Rauigkeitsspitzen 1,5 % des groben Materials der vorstehend genannten Materialien i) bis iii) mit Standardmaterial als Rest.

Das Polieren mit den Kissen auf unstrukturierten Kupferwafern mit einer schleifmittelfreien Polierlösung RL 3200 von Dow Electronic Materials lieferte Vergleichspolierdaten bezüglich Furchen und Defekten. Die Polierbedingungen waren 200 mm-Wafer auf einer Applied Mirra-Vorrichtung mit einer Plattendrehzahl von 61 U/min und einer Trägerdrehzahl von 59 U/min. Die nachstehende Tabelle 6 zeigt die Vergleichspolierdaten. Tabelle 6

Polierkissen	Waferanzahl	Furchen (% defekt)	Kratzer (% defekt)	Insgesamt (% defekt)
Standard	84	16	49	65
Standard	110	19	NV	NV
Gereinint	84	5	6	11
Gereinigt	110	9	1	10
mit Rauiqkeitsspitzen	84	10	2	12
mit Rauiqkeitsspitzen	110	19	13	32

NV = nicht verfügbar

Die Daten der Tabelle 6 veranschaulichen eine Verbesserung des Polierens für den Prozentsatz der Furchendefekte für das einheitliche Silikat-enthaltende Polymer. Darüber hinaus zeigen diese Daten auch eine Verbesserung bezüglich des Verkratzens von Kupfer, jedoch ist ein weiteres Polieren erforderlich.
Die Polierkissen der Erfindung umfassen Silikate, die in einer gleichmäßigen und einheitlichen Struktur verteilt sind, um Polierdefekte zu vermindern. Insbesondere kann die Silikatstruktur der beanspruchten Erfindung Furchen- und Kratzer-Defekte für ein Kupferpolieren mit gegossenen Polyurethan-Polierkissen vermindern. Darüber hinaus kann die Luftklassierung ein gleichmäßigeres Produkt mit einer geringeren Dichte und einer geringeren Variation innerhalb des Kissens bereitstellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Silikat-enthaltenden Polierkissens, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten und optischen Substraten geeignet ist, umfassend: a. Einbringen eines Beschickungsstroms von gasgefüllten polymeren Mikroelementen in einen Gasstrahl, wobei die polymeren Mikroelemente unterschiedliche Dichten, unterschiedliche Wanddicken und unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen, wobei die polymeren Mikroelemente Silikat-enthaltende Bereiche aufweisen, die auf einer Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente verteilt sind, wobei die Silikat-enthaltenden Bereiche so beabstandet sind, dass sie 1 bis 40 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und wobei sie zusammen mit insgesamt mehr als 0,1 Gewichtsprozent der folgenden vorliegen: i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, b. Leiten der gasgefüllten Mikroelemente in dem Gasstrahl angrenzend an einen Coanda-Block, wobei der Coanda-Block eine gekrümmte Wand zum Trennen der polymeren Mikroelemente mit dem Coanda-Effekt, der Trägheit und dem Gasströmungswiderstand aufweist, c. Trennen von groben polymeren Mikroelementen von der gekrümmten Wand des Coanda-Blocks zum Reinigen der polymeren Mikroelemente, d. Sammeln der polymeren Mikroelemente, wobei insgesamt weniger als 0,1 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente zusammen mit i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, vorliegen, und e. Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix zum Bilden eines Polierkissens.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die polymeren Mikroelemente Silikat-Feinbestandteile enthalten und das den zusätzlichen Schritt des Trennens der polymeren Mikroelemente von der Wand des Coanda-Blocks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Trennen der Silikat-Feinbestandteile und der groben polymeren Mikroelemente in einem einzigen Schritt stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, das den zusätzlichen Schritt des Leitens von zwei zusätzlichen Gasströmen in die polymeren Mikroelemente zum Erleichtern des Trennens der polymeren Mikroelemente von den groben polymeren Mikroelementen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix das Mischen der polymeren Mikroelemente in eine flüssige Polymermatrix umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Silikat-enthaltenden Polierkissens, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, magnetischen Substraten und optischen Substraten geeignet ist, umfassend: a. Einbringen eines Beschickungsstroms von gasgefüllten polymeren Mikroelementen in einen Gasstrahl, wobei die polymeren Mikroelemente unterschiedliche Dichten, unterschiedliche Wanddicken und unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen, wobei die polymeren Mikroelemente Silikat-enthaltende Bereiche aufweisen, die auf einer Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente verteilt sind, wobei die Silikat-enthaltenden Bereiche so beabstandet sind, dass sie weniger als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und wobei sie zusammen mit insgesamt mehr als 0,2 Gewichtsprozent der folgenden vorliegen: i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, b. Leiten der gasgefüllten Mikroelemente in dem Gasstrahl angrenzend an einen Coanda-Block, wobei der Coanda-Block eine gekrümmte Wand zum Trennen der polymeren Mikroelemente mit dem Coanda-Effekt, der Trägheit und dem Gasströmungswiderstand aufweist, c. Trennen von groben polymeren Mikroelementen von der gekrümmten Wand des Coanda-Blocks zum Reinigen der polymeren Mikroelemente, d. Sammeln der polymeren Mikroelemente, wobei insgesamt weniger als 0,1 Gewichtsprozent der polymeren Mikroelemente mit i) Silikatteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 5 µm, ii) Silikat-enthaltenden Bereichen, die mehr als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikroelemente bedecken, und iii) polymeren Mikroelementen, die mit Silikatteilchen zu einer durchschnittlichen Clustergröße von mehr als 120 µm agglomeriert sind, vorliegen, und e. Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix zum Bilden eines Polierkissens.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die polymeren Mikroelemente Silikat-Feinbestandteile enthalten und das den zusätzlichen Schritt des Trennens der polymeren Mikroelemente von der Wand des Coanda-Blocks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Trennen der Silikat-Feinbestandteile und der groben polymeren Mikroelemente in einem einzigen Schritt stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 6, das den zusätzlichen Schritt des Leitens von zwei zusätzlichen Gasströmen in die polymeren Mikroelemente zum Erleichtern des Trennens der polymeren Mikroelemente von den groben polymeren Mikroelementen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Einbringen der polymeren Mikroelemente in eine polymere Matrix das Mischen der polymeren Mikroelemente in eine flüssige Polymermatrix umfasst.